液相色谱的分离机理及色谱柱
液相色谱与气相色谱的异同点
液相色谱与气相色谱的异同点
液相色谱（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）
和气相色谱（Gas Chromatography，GC）都是常见的分离分析方法，它们的主要异同点如下：
相同点：
1. 原理：都是基于样品在移动相和固定相之间的分配平衡来实现分离的。
2. 色谱柱：都需要特定的色谱柱用于分离分析，色谱柱的选择对于分离效果至关重要。
3. 检测器：可以使用不同类型的检测器，如紫外/可见光检测器、荧光检测器等。
4. 数据处理：都需要对检测到的数据进行处理和分析。
异同点：
1. 移动相：液相色谱使用液体作为移动相，气相色谱使用气体作为移动相。
2. 固定相：液相色谱使用固定于色谱柱内部的固定相，气相色谱使用涂覆在固定相上的液体固定相。
3. 分析范围：液相色谱适用于分析极性化合物，气相色谱适用于分析非极性化合物。
4. 分析速度：液相色谱分析速度较慢，气相色谱分析速度较快。
5. 样品状态：液相色谱适用于液态样品，气相色谱适用于气态和固态样品。
6. 分离机理：液相色谱分离主要基于样品与固定相之间的物理相互作用，如极性、氢键等；气相色谱分离主要基于色谱柱中的固定相与样品的挥发性和热性质之间的相互作用。
7. 使用领域：液相色谱常用于生物医药、食品安全、环境监测等领域，气相色谱常用于石油化工、环境监测、毒理学等领域。
需要注意的是，液相色谱和气相色谱并不是互相替代的，而是根据不同的分离需求和样品特性选择使用的。
液相色谱的分离机理及色谱柱.
色谱分析—柱色谱(分析化学课件)
柱色谱应用
（五）分子排斥色谱 （size- exclusion chromatography） 原理：按分子大小分离。小分子可以扩散到凝
胶空隙，由其中通过，出峰最慢；中等分子只能通 过部分凝胶空隙，中速通过；而大分子被排斥在外 ，出峰最快；溶剂分子小，故在最后出峰。
全部在死体积前出峰； 可对相对分子质量在100-105范围内的化合物按 质量分离。
柱色谱应用
（三）离子交换色谱（ion-exchange chromatography） 原理：组分在固定相上发生的反复离子交换反应； 固定相：阴离子或阳离子离子交换树脂； 流动相：阴离子离子交换树脂作固定相，采用酸性水溶液；阳离子离子 交换树脂作固定相，采用碱性水溶液； 阳离子交换：R-SO3H+M+ =R-SO3 M+H + 阴离子交换：R-NR4OH+X-=R-NR4 X+OH应用：离子、可离解的化合物、氨基酸和核酸等。
柱色谱应用
1.吸附剂 吸附剂为多孔性微粒物质。常用的有硅胶、氧化铝、聚酰胺和大孔吸附树脂等。 需满足以下条件： ❖具有较大的吸附表面和吸附中心； ❖与样品、溶剂和洗脱剂均不发生化学反应； ❖不能被溶剂或洗脱剂溶解； ❖粒度均匀，且有一定的粒度。
柱色谱应用
（1）硅胶 适用于酸性或中性物质 （2）氧化铝 碱性氧化铝 pH 9.0～10.0 适于分析碱性、中性物质 中性氧化铝 pH＞7.5 适于分析酸性碱性和中性物质 酸性氧化铝 pH 4.0～5.0 适于分析酸性、中性物质 （3）聚酰胺 氢键作用，氢键能力↑强，组分越后出柱。 注：吸附剂含水量越大，活性级别越高，吸附活性越低，吸附能力越弱。
柱色谱应用
A
B
C
D
柱色谱应用
高效液相色谱柱
高效液相色谱柱高效液相色谱柱是一种在分析化学领域中广泛使用的技术。
它的原理是通过溶液在色谱柱中的流动过程中，对溶质进行分离和纯化。
高效液相色谱柱的优点是分析速度快、分离效果好、操作简便等。
本文将介绍高效液相色谱柱的原理、种类、应用以及未来的发展趋势等内容。
高效液相色谱柱的原理主要包括固定相和移动相两个基本要素。
固定相负责分离溶质，常用的固定相有疏水相、离子相、亲合相等。
移动相则是将溶质带动在柱子中流动的溶剂，通常是有机溶剂和水的混合物。
这样，在溶液在色谱柱中流动过程中，不同溶质会在固定相的作用下发生分离，从而实现对混合物的分析和纯化。
高效液相色谱柱根据固定相的不同可以分为几种不同的类型。
例如，疏水相色谱柱广泛应用于有机物的分离和分析，它的固定相表面通常具有疏水性，可以对有机物进行选择性的吸附和分离。
离子相色谱柱则适用于进行离子化合物的分离和分析，例如酸和碱等。
亲合相色谱柱主要是基于生物大分子与其他化合物之间的生物亲和性进行分析。
高效液相色谱柱在实际应用中有着广泛的用途。
在生命科学研究领域，高效液相色谱柱可以用于对蛋白质、核酸等生物大分子的分离和纯化。
在药物分析领域，高效液相色谱柱经常被用于药物的纯化和质量控制。
在环境监测方面，高效液相色谱柱可以用于对环境污染物的检测和分析。
此外，高效液相色谱柱还被广泛应用于食品安全、农药残留检测、天然产物分析等领域。
随着科学技术的不断进步，高效液相色谱柱也在不断发展和完善。
目前，研究人员正在努力提高高效液相色谱柱的分离效率和分离速度，使其更加适用于复杂物质的分离和分析。
同时，也在研发新的固定相和移动相，以满足不同类型化合物的分析需求。
此外，一些新的检测技术和装置也被引入到高效液相色谱柱中，提高对溶质的灵敏度和准确性。
总之，高效液相色谱柱是一种重要的分析技术，具有广泛的应用前景和发展空间。
它在生命科学、药物分析、环境监测等领域都有着重要的作用。
随着科学技术的不断进步，相信高效液相色谱柱在未来会发展出更多的新技术和新应用，为我们的科研和生产提供更多的支持和帮助。
c18色谱柱分离原理
c18色谱柱分离原理c18色谱柱是一种常用的高效液相色谱柱，广泛应用于生物化学、药物分析、环境监测、食品检测等领域。
本文将从色谱柱的基本原理、c18色谱柱的特点、分离机理、操作技巧以及应用等方面进行详细介绍。
一、色谱柱的基本原理色谱柱是高效液相色谱分离的关键部件之一，其基本原理是利用固定相与移动相之间的相互作用，将混合物中的化合物分离出来。
色谱柱的固定相有很多种，如silica gel、C18、C8、C4、CN等，其中C18是最常用的一种。
移动相一般由溶剂和缓冲液组成，其组成对于分离效果有很大的影响。
二、c18色谱柱的特点c18色谱柱是一种反相色谱柱，其特点是固定相为碳链烷基，移动相为水性溶液加有有机溶剂。
c18色谱柱的特点主要表现在以下几个方面：1. 疏水性强：c18色谱柱的固定相为碳链烷基，具有较强的疏水性，能够有效地分离疏水性化合物。
2. 分离效果好：c18色谱柱的分离效果好，分离峰形态好，峰的对称性和分离度都较高。
3. 适用范围广：c18色谱柱适用于各种样品的分离，包括小分子化合物、大分子化合物、蛋白质等。
三、c18色谱柱的分离机理c18色谱柱的分离机理主要有两种：静电作用和范德华力作用。
1. 静电作用：c18色谱柱的固定相为疏水性碳链烷基，移动相为水性溶液加有有机溶剂，两者之间存在一定的电荷差异，因此可以产生静电作用，使得疏水性化合物与固定相之间产生相互作用，从而实现分离。
2. 范德华力作用：c18色谱柱的固定相表面上存在着一些极性官能团，如羟基、羧基等，这些官能团可以与分子中的极性官能团产生范德华力作用，从而实现分离。
四、c18色谱柱的操作技巧1. 洗柱：新的c18色谱柱一般需要洗柱，将色谱柱内部的杂质去除，以提高分离效果。
2. 平衡：将移动相流过色谱柱，使得固定相充分与移动相接触，从而达到平衡状态。
3. 样品处理：样品处理是影响分离效果的重要因素，一般需要进行前处理，如提取、净化等。
液相色谱中柱温的影响
液相色谱中柱温的影响在液相色谱分析中，柱温是一个非常重要的参数，它对色谱分离和峰形的影响非常明显。
柱温的选择不仅与样品的性质有关，还与色谱柱的材质、填充物和流动相等因素相互作用。
本文将从色谱分离机理、影响柱温的因素以及柱温对分离效果的影响等方面展开详细讨论。
一、色谱分离机理及其与柱温的关系色谱分离的基本原理是利用样品成分之间在固定相（填充物）和流动相之间的差异程度来进行分离。
在液相色谱中，柱温是控制固定相和流动相之间相互作用的参数之一在液相色谱柱中，固定相往往由凝胶、硅胶或石墨烯等填充物构成。
柱温对填充物有直接的影响，填充物在不同的温度下，其表面吸附活性和相互作用的性质会发生变化，从而影响分离效果。
同时，柱温也会影响流动相的性质及其与固定相的相互作用。
在液相色谱中，流动相的选择十分重要，不同的流动相的性质会对柱温的影响有所不同。
柱温的提高会加快分子的扩散速度，因此会影响流动相的溶剂力度，从而改变流动相与固定相之间的相互作用。
二、影响柱温的因素1.样品的性质：样品的挥发性、热稳定性和化学性质等都会影响柱温的选择。
对于挥发性较强的样品，柱温较高时有助于提高检出率；而对于不稳定的样品，要避免在过高的温度下进行分析以防止降解。
此外，一些样品可能在高温下出现去骨架反应或结构修饰，从而影响分析结果。
2.色谱柱材质：色谱柱的温度一般取决于柱材质的耐温性能，如硅胶柱多数不宜在高于120℃的温度下使用。
因此，在选择柱温时需要考虑柱材质的限制。
3.填充物的特性：柱温也会影响填充物的稳定性，如高温下，一些填充物可能会脱水、溢出或发生裂缝等现象，从而降低分离效果。
而对于一些热稳定性较好的填充物，柱温的提高可以增加填充物与分析样品之间的相互作用，从而提高分离效果。
4.流动相的选择：不同的流动相对于柱温的影响也有所不同。
水和有机溶剂是液相色谱中常用的流动相，但它们在不同的温度下的溶剂力度也有变化。
温度的升高会使溶剂力度降低，从而影响到溶质分离的效果。
液相色谱基本原理
液相色谱基本原理
液相色谱（Liquid Chromatography，简称LC）是一种基于溶
液流动性的分离技术，广泛应用于化学、生物、医药等领域。
其基本原理是将待分析的混合物通过溶液流动，并在固定相上进行分离。
液相色谱的基本原理包括以下几个方面：
1. 手段：液体作为流动相，传递溶解后的待测物进入色谱柱中。
2. 色谱柱：色谱柱是液相色谱的核心部件，通常由一根加有固定相（Stationary Phase）的管道组成。
固定相的选择取决于待
分离物质的性质，如极性、分子大小等。
3. 固定相：液相色谱中的固定相可以是脂肪、硅胶、酸性树脂等。
固定相的选择应根据待测物质的极性、溶解性等特点。
4. 流动相：流动相在液相色谱中起到溶解、输送待测物质的作用。
流动相可以是无机溶液、有机溶剂或其混合物。
5. 分离机理：在液相色谱中，样品分离主要通过样品分子在固定相表面上与流动相的相互作用来实现。
不同成分在固定相上的相互作用力量差异较大，从而导致它们在色谱柱中以不同速度移动。
6. 检测器：液相色谱的检测器用于检测分离出的各个组分，并将其转化为电信号进行记录和分析。
常用的检测器包括紫外-
可见吸收检测器、荧光检测器、电子喷雾检测器等。
液相色谱的基本原理是基于分子之间的相互作用力差异实现物质的分离。
通过调整流动相的成分、固定相的性质或改变操作条件等，可以实现对不同成分的定量分离和分析。
液相色谱具有灵敏度高、分析速度快、选择性好和适用性广等特点，成为许多实验室和工业界的常用分析技术之一。
液相色谱质谱分析
质谱图是以质荷比(m/z)为横坐标、相对强度为纵坐标构 成，将原始质谱图上最强的离子峰定为基峰并定为相对强度 100％，其他离子峰以对基峰的相对百分值表示。
丙酮的质谱图
（2）离子峰的主要类型
分子在离子源中可产生各种电离，即同一分子可产生多 种离子峰：分子离子峰、同位素离子峰、碎片离子峰、重排 离子峰、亚稳离子峰等。 设有机化合物由A，B，C和D组成，当蒸汽分子进入离子 源，受到电子轰击可能发生下列过程而形成各种类型的离子：
CH3
1) 根据质谱峰的质荷比测定化合物的分子量， 推测分子式及结构式 2) 根据峰强度进行定量分析
2.质谱仪的结构
（1） 进样系统
作用：将样品分子引入到离子源中。 方式： 蠕动泵连续进样
六通阀直接进样 色谱进样系统
(2) 离子源
作用：
1. 将导入质谱仪系统的样品去溶剂化 2. 将离子源处的大气压与质谱仪系统一级 真空阻隔开 3. 被分析物离子化或将溶剂中的离子转化 成气相 4. 去除中性物质和带反极性电荷离子，否 则会对分析产生干扰
电喷雾电离源(ESI)
多电荷离子 测定的样品分子量大
(3) 质量分析器
作用: 是将不同碎片按质荷比m/z分开。 质量分析器类型：磁分析器、飞行时间、四 极杆、离子捕获、离子回旋等。
a 单聚焦型磁分析器
b 四级杆分析器
(4) 检测器
质谱仪常用的检测器有法拉第杯(Faraday Cup)、 电子倍增器及闪烁计数器、照相底片等。
分配比变化范围宽的 复杂样品应采取 梯度洗脱方式分离
流动相溶剂选 择的一般要求
1) 对样品有一定的溶解度，以防在柱头产生沉淀。 2) 适用于所选择的检测器。 3) 化学惰性好，以免破坏固定相。 4) 低粘度，增加样品的扩散系数，提高柱效。 5) 纯度高。溶剂不纯会增加检测器噪声，产生伪峰。
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色谱柱的使用及保养
流动相的转换
特别是GPC柱
流速(压力)的变化幅度 温度的变化幅度 专用色谱柱∶样品及溶剂的要求
色谱柱的清洗
对所做的样品要有充分的了解
用对该样品洗脱能力最强的流动相清洗
硅胶柱的一般方法
先用甲醇洗去极性杂质 用干燥的二氯甲烷、正庚烷100~200ml依次活化
键合相柱(烷基)的一般方法
30 20 10 0
0
50
100 样样样 样
150
200
250
内标法定量（三）
计算公式：
校正因子∶RF( X i ) = 内标样响应值R( I .S ) × 标样浓度C ( X i ) 标样响应值R( X i ) 样品峰面积Ai 内标峰面积Ai.s.
未知组分的浓度∶Ci = RF( X i ) ×
注意∶最小检测限不是一个单纯的检测器指标。它实际上是 评价整个色谱系统的指标，包括了色谱系统、分离机理、色 谱柱在内的综合性指标，信噪比亦如此
紫外-可见光检测器
基于样品池(S)中的样品对光产生吸收，有信号 差
如是可变波长检测器，还有分光系统(光珊) 流动池 光电二极管 灯 R
S
样品入口 Hg Zn Cd D2 254 214 229 可可
紫外灯的保养：
在分析前、柱平衡得差不多时，打开 检测器；在分析完成后，马上关闭检 测器。
内标法定量（一）
配制一系列浓度的标样，其中加有内标 + 储存内标样 储存标样 样
工作标样
0
1
增加溶质的浓度 内标样浓度不变
2
3
4
内标法定量（二）
1 .8 0
M e th y lP a ra b e n
1 .6 0
实际色谱图
v o lts
1 .4 0
E th y lP a ra b e n B u ty lP a ra b e n
05 .1
05 .1
00 .1
00 .1
05 .0
05 .0
00 .0 00 .0 00 .5 10 .0 10 .5 20 .0 20 .5 30 .0 30 .5 40 .0 40 .5 50 .0 50 .5 60 .0 60 .5 70 .0
00 .0 00 .0 00 .5 10 10 .0 .5 20 .0 20 30 .5 .0 30 .5 40 40 .0 .5 50 .0 50 .5 60 .0 60 .5 70 .0
00 .0 00 .0 00 .5 10 .0 10 .5 20 .0 20 30 .5 .0 30 .5 40 40 .0 .5 50 .0 50 .5 60 .0 60 .5 70 .0
Mu s in te
Mu s in te
Mu s in te
5,000 4,000
响应值 ( 峰面积 )
3,000 2,000 1,000 0
即所谓：
保留时间相同，可能是同样的组份 保留时间不同，肯定不是同样的组份
用保留时间定性
用“标样”的保留值定出被测组份的位 置
0.40 0.35
Ethylparaben
0.30
Propylparaben
0.25
AU
0.20
Uracil
0.15
0.10
0.05
0.00 0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
Minutes
进一步的确认
标准加入 同时用其他方法
其他色谱方法（改变机理，如：用不同的色 谱柱） 其他检测器
PDA，光谱图比较、谱库检索 MS，质谱图解析、谱库检索
其他仪器方法
定量分析的具体内容
确定样品的类型，主要成分/痕量成分 使分析条件的分离度（R）大于：1.5 色谱峰的定性，峰一致性测定 检测限及定量限：确定灵敏度及线性范围 用标样建立标准曲线 检查方法的准确度及精确度 用标样定期检查方法
20倍柱体积的：甲醇-氯仿-甲醇-水依次冲洗
色谱柱的存放
存放前的处理
除去杂质、盐
合适的存放溶剂 避免色谱柱床的干枯 避免机械震动 防止细菌生长 注意存放的温度
在线的保护装置
给色谱柱提供物理的保护
除去样品及流动相中的颗粒
给色谱柱提供化学的保护
防止分析柱被化学污染
装置
在线过滤器 自装填料保护柱 预装保护柱
如不用梯度：分离不理想
梯度条件的优化
压力曲线 梯度曲线
检测器
对检测器的要求
高灵敏度 可重现的设置 合适的带宽 快速或可变的时间常数 宽的线性响应 容易使用及保养 自我诊断功能
检测器的种类
996
电化学
示差折光 光电二极管矩阵 其他∶ 放射性、 其他 ∶ 放射性 、 质谱 热能、 热能 、 LALLS 蒸发质量、 蒸发质量 、 粘度 可调波长紫外/ 可调波长紫外 / 可见
痕量分析
如信/噪比不够，定量的精确度会受影响，因此要：
分析前浓缩样品 选择高灵敏度检测器 用衍生法
使色谱体系最优化
使用短的微径柱（减少样品的稀释） 使用高效色谱柱 使k'值尽可能小 增加进样体积和浓度 使用低流速（N增加） 采用梯度淋洗
常用的定量方法
峰面积百分比法
由于检测技术的影响，在液相色谱中不常用
在线过滤器
防止颗粒在色谱柱头累积 优点：基本不影响柱效
保护柱
可避免化学污染。
色谱泵的保养
流动相要过滤 常用缓冲液时，停泵前要用水冲洗，并用水冲 洗柱塞杆清洗孔 拧紧排液阀时，不要太用力，以不渗液为准 更换流动相时，要保证两种溶剂的互溶性如不 互溶，要用一种中间溶剂过渡，要防止沉淀 进液处的砂芯过滤头要经常清洗； 避免泵内堵塞或有气泡； 每次分析结束后，要反复冲洗进样口，防止样 品的交叉污染；
脉冲安培
荧光
电导
固定波长紫外 可编程紫外 / 可见 可编程紫外/
衡量检测器的指标
灵敏度∶ S = △R / △Q
△R是检测器响应值的增量 △Q是样品量的增量
噪音∶ 没有样品时检测器的最大输出信号 漂移∶ 检测器在一段时间内响应值的变化 线性动态范围∶最大线性相应与最小检出限之比 最小检测限∶样品产生两或三倍于噪音信号时的浓度 信噪比∶S/N
液相色谱的分离机理及色谱柱
选HPLC参数时的基本考虑
溶解度 - 选择流动相的条件 分子量 - 在样品预处理或GPC分析时有用 样品的基质 - 考虑如何前处理 在基质中样品的含量 检测特性 - 有否紫外吸收? 荧光? 找出样品中不同组份之间的差异
摸索条件的重要线索
极性问题
溶剂 极 性
水 甲醇 异丙醇 乙腈 CNH2 THF ROH 乙酸乙酯 RCN 醛/酮 CH2Cl2 N(R)2 NO2 CHCl3 NH3X/ArOH/RCOOH
特点：
无需各组份都被检出、洗脱 需要标样，需要内标样 结果与进样体积无关
内标法定量（四）
对内标物的要求
化学结构与待测组分相似(同系物、异构体) 在样品中不存在 不与样品中组份发生任何化学反应 保留值与待测组分接近 浓度（响应值）与待测组分相当 其色谱峰与其他色谱峰分离好
峰面积百分比法定量
Ai 公式：C % = ×100% ∑ Ai
样品浓度
定量校正曲线
曲线A：
因在零浓度时仍有色谱峰， 可能有杂质未分开
B C A D
曲线B：理想状态，实际情 况应是∶其延长线到零点
曲线D：
表明有样品的损失，可能是色谱柱的非特征吸附，也 可能 是样品制备时的损失
高效液相色谱仪的使用、保养 及注意事项
1 .2 0
1 .0 0
0 .8 0
P ro p y lP a ra b e n
0 .6 0
0 .4 0
0 .2 0
0 .0 0 2 .0 0 2 .5 0 3 .0 0 3 .5 0 4 .0 0 4 .5 0 5 .0 0 5 .5 0 6 .0 0
50 40
M in u te s
标准曲线
标样峰面积 内标样峰面积
同紫外检测器灵敏度有关的因素
信号强度(S)
从BEER定律可看出
样品的种类 样品浓度及进样的体积 检测池的长度
1AU
噪音 .25AU 10% 1%
所使用的波长，检测器的 时间常数
噪音(N)
流动相 所使用的波长，灯的能量 检测器的时间常数 非检测器因素 - 电噪音，泵脉动等
S/N = 1/0.1=10 S/N = 0.25/0.01 = 25
Beer's Law - BEER定律
光能量∶
P0 = 透过溶剂的光能量 P = 透过样品的光能量
A
B
光通量(透过率%)∶T=P/P0 吸光度∶ A = -log(T)= log(P0/P) 吸光度 = 单位吸光度 × 流动池长度 × 溶液浓度
即∶ A = abc
* 吸光度 AU 透过率 % * * * * 浓度 * * * * * 浓度
标准曲线
0
50
100 150 样 样 样样
200
250
外标法定量（三）
计算公式
校正因子∶RF( X i ) 标样浓度C ( X i ) = 标样响应值R ( X i )
未知组分的浓度∶Ci = RF( X i ) × 样品响应值Ai
特点
无需各组份都被检出、洗脱 需要标样 标样及样品测定的条件要一致 进样体积要准确
分配色谱概述
反相色谱的主要类型，基于分子的极性分离 洗脱次序：一般为反相，即极性高的先被洗脱 常用的流动相：