基本类型色谱方法及其分离机制 - 基本类型色谱方法及其分离机制
色谱法的分离原理
色谱法的分离原理色谱法是一种用于分离混合物中成分的分析技术。
它基于不同成分在固定相和流动相之间的不同相互作用力而实现分离。
色谱法可以分为两大类：一类是液相色谱法（Liquid Chromatography, LC），另一类是气相色谱法（Gas Chromatography, GC）。
下面将分别从液相色谱法和气相色谱法的分离原理进行介绍。
液相色谱法分离原理：液相色谱法是基于样品与液相载体在固定相表面上的相互作用力而进行分离的。
液相色谱法涉及两种基本类型的分离机制：吸附色谱和分配色谱。
1.吸附色谱：吸附色谱利用物质在固定相表面吸附的差异实现分离。
固定相通常是多孔吸附剂，具有大量活性表面。
当样品溶液通过固定相时，各组分与固定相之间的相互作用力不同，导致各组分在固定相上的吸附速率不同。
吸附速率较快的组分会滞留更少的时间在固定相上，因此会更早地被洗出。
吸附色谱广泛应用于分离极性化合物。
2.分配色谱：分配色谱基于样品组分在两种不相溶的液体流动相之间的分配差异实现分离。
固定相是一种多孔材料，比如固定相经过表面改性的多孔硅胶柱。
当样品溶液通过柱子时，样品中的各组分会被分配到液相和固定相之间，各组分在两相中的分配系数不同，导致各组分的迁移速率差异。
分配色谱广泛应用于分离中性有机化合物。
气相色谱法分离原理：气相色谱法是一种基于样品在气相载体中迁移速率的不同实现分离的方法。
它是通过将样品蒸发成气体并通过固定相柱进行分离的。
气相色谱法涉及两种基本类型的分离机制：分布系数和不饱和反应。
1.分布系数：在气相色谱法中，物质在流动相（气态）和固定相（涂覆在柱子上的材料）之间的分布行为是分离的基础。
各组分的分布系数不同，导致了在固定相中的不同保留时间和分离。
2.不饱和反应：气相色谱法中还存在不饱和反应的分离机制。
不饱和反应是指样品组分与固定相表面之间发生的特定化学反应。
这种化学反应会影响组分的迁移速率，从而实现分离。
需要注意的是，色谱法的具体分离原理和分离机制会受到多种因素的影响，包括载体的特性、流动相和固定相的选择、操作条件等。
色谱分析基本原理..
一、色谱分析法基本原理色谱法，又称层析法。
根据其分离原理，有吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱与排阻色谱等方法。
吸附色谱是利用吸附剂对被分离物质的吸附能力不同，用溶剂或气体洗脱，以使组分分离。
常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、聚酰胺等有吸附活性的物质。
分配色谱是利用溶液中被分离物质在两相中分配系数不同，以使组分分离。
其中一相为液体，涂布或使之键合在固体载体上，称固定相；另一相为液体或气体，称流动相。
常用的载体有硅胶、硅藻土、硅镁型吸附剂与纤维素粉等。
离子交换色谱是利用被分离物质在离子交换树脂上的离子交换势不同而使组分分离。
常用的有不同强度的阳、阴离子交换树脂，流动相一般为水或含有有机溶剂的缓冲液。
排阻色谱又称凝胶色谱或凝胶渗透色谱，是利用被分离物质分子量大小的不同和在填料上渗透程度的不同，以使组分分离。
常用的填料有分子筛、葡聚糖凝胶、微孔聚合物、微孔硅胶或玻璃珠等，可根据载体和试样的性质，选用水或有机溶剂为流动相。
色谱法的分离方法，有柱色谱法、纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法等。
色谱所用溶剂应与试样不起化学反应，并应用纯度较高的溶剂。
色谱时的温度，除气相色谱法或另有规定外，系指在室温下操作。
分离后各成分的检出，应采用各单体中规定的方法。
通常用柱色谱、纸色谱或薄层色谱分离有色物质时，可根据其色带进行区分，对有些无色物质，可在245-365nm的紫外灯下检视。
纸色谱或薄层色谱也可喷显色剂使之显色。
薄层色谱还可用加有荧光物质的薄层硅胶，采用荧光熄灭法检视。
用纸色谱进行定量测定时，可将色谱斑点部分剪下或挖取，用溶剂溶出该成分，再用分光光度法或比色法测定，也可用色谱扫描仪直接在纸或薄层板上测出，也可用色谱扫描仪直接以纸或薄层板上测出。
柱色谱、气相色谱和高效液相色谱可用接于色谱柱出口处的各种检测器检测。
柱色谱还可分部收集流出液后用适宜方法测定。
柱色谱法所用色谱管为内径均匀、下端缩口的硬质玻璃管，下端用棉花或玻璃纤维塞住，管内装有吸附剂。
色谱法的基本原理
设样品分子开始全部位于第0号塔板上， 当色谱柱中通过N体积载气后，计算在第 n块塔板上出现某组分分子的概率。这个 概率应该是考虑在塔板上某组分的一个 分子出现在流动相中的概率(Mp) 等于 在该塔板上流动相中组分分子的个数与 整个塔板上组分分子个数之比。
假设色谱柱由5块塔板组成： (0号板,1号,2号,…4号板) 令N=5(N表示进入柱中载气的脉冲次数 令组分进样量为：W=1 组分在柱内的分配过程是以气液色谱分
改变固定相， 改变流动相， 改变样品本身的性质（如衍生化法）
二 区域宽度
（1）标准偏差σ （2） 半峰宽 W1/2 （3） 峰底宽度W
从色谱图中，可得许多信息： 1 色谱峰的个数，可判断所含组分的最少个数； 2 根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析； 3 根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析； 4 色谱峰的保留值及其区域宽度，评价柱效依据；
t’R(z+n)---碳原子数为z+n的正构烷烃的调整保留时间
t’R(z) ≤t’R(x)≤ t’R(z+n) （通常 n=1）
规定正构烷烃的I 值是其他原子数的100倍， 如：正庚烷I=700
色谱柱效能的参数
柱效：也叫柱效能 。
tR 2 tR 2 n 5.54( ) 16( ) W1/ 2 W
选择性系数
KS
[ RSO3 X ] S [ X ] [ RSO3 H ] S [ H ] m
注：Ks与离子的电荷数、水合离子半径、流动相性质、 离子交换树脂性质以及温度有关 next
图示
分离机制： 依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力） 不同而实现分离 back
结论：
四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、 分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡 K分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和 渗透系数
[暨南大学课件][分析化学][教案PPT][精品课程]第十六章-第一节-色谱法概述-2
![[暨南大学课件][分析化学][教案PPT][精品课程]第十六章-第一节-色谱法概述-2](https://img.taocdn.com/s3/m/5ee2901dfe4733687f21aa55.png)
空间排阻色谱法
▪ 根据空间排阻（steric exclusion）理论，孔 内外同等大小的溶质分子处于扩散平衡状态：
Xm
Xs
▪ 渗透系数： Kp =Xs/Xm （0＜Kp＜1 ） 由溶质分子的线团尺寸和凝胶孔隙的大小
所决定。在一定分子线团尺寸范围内，Kp与 分子量相关，即组分按分子量的大小分离。
2020/6/17
吸附色谱法
➢ 流动相 有机溶剂（硅胶为吸附剂） ➢ 洗脱能力：主要由其极性决定。 ➢ 强极性流动相占据吸附中心的能力强，洗
脱能力强，使k值小，保留时间短。
➢ Snyder溶剂强度o：吸附自由能，表示洗 脱能力。o值越大，固定相对溶剂的吸附
能力越强，即洗脱能力越强。
2020/6/17
2020/6/17
分配色谱法
▪ 洗脱顺序 由组分在固定相或流动相中溶解度的 相对大小而决定。 正相液液分配色谱：极性强的组分后被洗脱。 （库仑力和氢键力）
反相液液分配色谱：极性强的组分先出柱。
2020/6/17
二、吸附色谱法 (P346)
▪ 分离原理 利用被分离组分对固定相表面吸 附中心吸附能力的差别而实现分离。
▪ 吸附过程是试样中组分的分子(X)与流动相 分子(Y)争夺吸附剂表面活性中心的过程， 即为竞争吸附过程。
▪ 吸附色谱法包括气固吸附色谱法和液固吸附 色谱法
2020/6/17
X m + nYa
Ka
=
[X a ][Ym ]n [X m ][Ya ]n
Ka
[Xa ] [Xm ]
Xa / Sa X m /Vm
（2） 灵敏度高：
可以检测出μg.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量.
中药化学2.2 色谱分离技术
聚酰胺吸附力的影响因素： 1:形成氢键的能力与溶剂有关 水中＞有机溶剂中＞碱性溶剂中 常用溶剂对聚酰胺洗脱能力顺序如下： 水＜甲醇或乙醇＜丙酮＜稀氢氧化钠液或稀氨溶 液＜甲酰胺或二甲基甲酰胺＜尿素水溶液。
注意温度超过150 ℃则游离硅醇基之间脱 水形成硅氧醚结构丧失游离硅醇基的吸附能力。 为酸性吸附剂适于分离中性或酸性成分。
常用硅胶：
硅胶H（不含黏合剂） 硅胶G（含黏合剂） 硅胶GF254(含煅石膏，另含有一种无机荧 光剂)。硅胶GF254nm紫外光下呈强烈黄绿色 荧光背景，在荧光背景下通过紫外光照射成分 斑点为暗斑，常用于一般显色手段不易显色的 成分的分离。
3、 洗脱：
洗脱操作的目的是要将加入的样品中各个 组分先后从上往下带出来，并能分开收集各成 分。 洗脱的过程中，上端溶剂不能干，分段收 集是关键；作定性检查合并相同成分。 TLC时Rf为0.2－0.3的溶剂系统是最佳的 洗脱系统，梯度洗脱。
4. 应用 柱色谱分离能力比薄层分离能力更强， 效果更好，尤其对结构相似、性质接近、 采用薄层难以分离的成分分离效果好。
（一）吸附剂
4、常用的吸附剂
（1）硅胶SiO2•xH2O 多孔性的硅氧烷交链结构，极性吸附剂， 吸附性较氧化铝稍低，既适于分离亲水性成分， 又可用于分离亲脂性成分。 其吸附作用的强弱取决于游离硅醇基的数 目，也与含水量有关，含水量达17％以上，则 失去吸附性，所以需110℃活化30分钟。
（一）吸附剂
例：求图中A、B、C三斑点Rf大小并判断三成分 极性大小顺序。
色谱分离法
离含-SH基的蛋白质或进一步分离该蛋白质中-SH基附近的 肽段。
16.3.5 聚焦色层分离法(Focusing chromatography)
基于离子交换的原理，根据两性电解质分子 间等电点的差别进行分离纯化的洗脱层析法。
当向层析柱内通入与柱内初始pH值不同的多缓 冲剂时，柱内pH值缓慢改变，在轴向形成连续的 pH梯度，使料液中的溶质依据各自的等电点或者 吸附或者脱附逐次向下移动，彼此之间得到分离。
16.2.5色谱分离的有关术语
死体积
保留时间（tR）和溶出体积（VR） 反应样品在柱子中的保留或阻滞能力，是色谱过程的 基本热力学参数之一。
16.2.5色谱分离的有关术语
④色谱柱的理论塔板数、塔板高度 Martin和Syng最早提出塔板理论，将色谱柱比作蒸馏塔， 把一根连续的色谱柱设想成由许多小段组成。在每一小段 内，一部分空间为固定相占据，另一部分空间充满流动相 。组分随流动相进入色谱柱后，就在两相间进行分配。并 假定在每一小段内组分可以很快地在两相中达到分配平衡 ，这样一个小段称作一个理论塔板，一个理论塔板的长度 称为理论塔板高度H。经过多次分配平衡，分配系数小的 组分，先离开蒸馏塔，分配系数大的组分后离开蒸馏塔。 由于色谱柱内的塔板数相当多，因此即使组分分配系数只 有微小差异，仍然可以获得好的分离效果。
16.3.3金属螯合层析
金属螯合层析技术在现代基因工程中常用 于表达蛋白的分离
NH2
Ni
NH2
His
His His
His
protein
▁▁▁▂▃▄▅▆▇▇▆▅▄▃▂▁▁▁▁▂▃▄▅▆▇▇▆▅▄▃▂▁
16.3.3金属螯合层析
利用 IMAC 分离纯化生物大分子
简述常见色谱分离法的类型及基本原理
简述常见色谱分离法的类型及基本原理色谱分离法是一种常用的分离分析方法，其基本原理是利用不同物质在固定相和流动相之间的分配平衡，实现物质的分离。
根据分离原理的不同，色谱分离法可以分为以下几种类型：
1. 液相色谱法（LC）：该方法是最常用的色谱分离法之一，其基本原理是利用不同物质在固定相和流动相之间的分配平衡，实现物质的分离。
液相色谱法具有高分离效能、高灵敏度、高选择性等优点，被广泛应用于生物、医药、环保、化工等领域。
2. 气相色谱法（GC）：该方法利用不同物质在气相状态下的吸附和解吸特性，实现物质的分离。
气相色谱法具有高分离效能、高灵敏度、分析速度快等优点，被广泛应用于环保、化工、食品、医药等领域。
3. 高效液相色谱法（HPLC）：该方法是一种改进的液相色谱法，通过提高固定相的粒径和流动相的速度，提高分离效率和速度。
高效液相色谱法具有高分离效能、高灵敏度、分析速度快等优点，被广泛应用于生物、医药、环保、化工等领域。
4. 薄层色谱法（TLC）：该方法是一种简便的色谱分离法，通过在薄层板上分离样品，实现物质的分离。
薄层色谱法具有操作简单、分析速度快、灵敏度高等优点，被广泛应用于食品、环保、化工等领域。
5. 离子交换色谱法（IEC）：该方法利用不同物质在离子交换剂
上的吸附和解吸特性，实现物质的分离。
离子交换色谱法具有高分离效能、高灵敏度、分析速度快等优点，被广泛应用于生物、环境等领域。
不同的色谱分离法具有不同的原理和特点，应根据具体的分析需求选择合适的色谱方法。
色谱学堂知识点总结图
色谱学堂知识点总结图一、色谱分析的基本原理1. 色谱基本原理色谱是通过样品和固定相之间的相互作用来进行分离的一种方法。
在色谱中，样品首先与移动相（气相或液相）一起通过色谱柱，其中移动相被固定相吸附或分配，从而实现了分离。
通过控制固定相和移动相的性质，可以实现对不同成分的选择性分离。
2. 色谱柱选择色谱柱是色谱分析中的重要组成部分，不同的色谱柱具有不同的分离机制和适用范围。
常见的色谱柱类型包括气相色谱柱、液相色谱柱和超高效液相色谱柱。
选择合适的色谱柱对于获得良好的分离效果非常重要。
3. 色谱分离机理色谱分离是通过样品成分与固定相之间的相互作用来实现的。
常见的色谱分离机理包括吸附色谱、分配色谱和离子交换色谱。
不同的分离机理适用于不同类型的样品和分析需求。
二、色谱技术1. 气相色谱技术气相色谱是一种常用的色谱分析技术，它适用于易挥发性和热稳定的样品。
在气相色谱中，样品首先以气体状态注入色谱柱，然后通过气相载气移动，最终被固定相吸附或分配，从而实现分离。
2. 液相色谱技术液相色谱是一种应用广泛的色谱分析技术，它适用于非挥发性和热敏感的样品。
在液相色谱中，样品首先以溶液状态注入色谱柱，然后通过液相流动，最终被固定相吸附或分配，从而实现分离。
3. 超高效液相色谱技术超高效液相色谱是一种高效的色谱分析技术，它利用超高压将样品溶液通过色谱柱，从而实现快速、高分辨率的分离。
4. 色谱联用技术色谱联用是指将色谱分离技术与其他分析技术（如质谱、光谱等）结合起来，从而进行更为全面和准确的分析。
常见的色谱联用技术包括气相色谱-质谱联用、液相色谱-质谱联用、气相色谱-光谱联用等。
三、色谱分析方法1. 样品前处理样品前处理是色谱分析中的重要步骤，它包括样品的提取、浓缩、净化等过程，旨在提高分析的灵敏度和准确性。
2. 色谱条件优化色谱条件的优化对于获得良好的分离效果非常重要。
包括固定相的选择、移动相的配比和流速、色谱柱温度等因素的优化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Thank you!
第二节 基本类型色谱方法 及其分离机制
一、色谱法的分类
按流动相的分子聚集状态分类: GC、LC、SFC 等
按固定相的分子聚集状态分类: GSC、GLC、LSC、LLC等
一、色谱法的分类
按操作形式分类: 柱色谱法、平面色谱法、毛细管电泳法等
按色谱过程的分离机制分类: 分配色谱法、吸附色谱法、离子交换色谱
留强，后被洗脱，Ka小的组分在吸附剂上保 留弱，先被洗脱。 • Ka与组分的性质（极性、取代基的类型和数 目、构型有关）。
三、吸附色谱法
以硅胶为吸附剂：极性强的组分吸附力强 ①非极性化合物，不被吸附; ②基本母核相同，引入的取代基极性越强，则
分子的极性越强，吸附能力越强；极性基 团越多，分子极性越强; ③不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸 附力越强。 ④分子中取代基的空间排列
二、分配色谱法
洗脱顺序 由组分在固定相或流动相中溶解度 的相对大小而决定 正相液液分配色谱：极性强的组分后被洗脱。
（库仑力和氢键力）
反相液液分配色谱：极性强的组分先出柱。
三、吸附色谱法
分离原理 利用被分离组分对固定相表面吸 附中心吸附能力的差别（吸附系数）而实现 分离。
吸附过程是试样中组分的分子(X)与流动相 分子(Y)争夺吸附剂表面活性中心的过程， 即为竞争吸附过程 。
法、分子排阻色谱法等
二、分配色谱法
• 分离原理 利用被分离组分在固定相或流动 相中的溶解度差别（分配系数）而实现分离
K＝ Cs X s Vs Cm X m Vm
组分在s中溶解度↑或在m中溶解度↓，K ↑ 在LLC中K主要与流动相的种类与极性有关； 在GLC中K与固定相极性和柱温有关。
二、分配色谱法
洗脱能力强，k↓，tR↓
三、吸附色谱法
Snyder溶剂强度o: 表示洗脱能力 o↑，溶剂在固定相的吸附↑ ，洗脱↑
溶剂 正戊烷
溶剂强度
（o）
0.00
溶剂
甲基特丁 基醚
溶剂强度
（o）
0.48
正己烷
0.00
醋酸乙酯
0.48
氯仿
0.26
乙腈
0.52
二氯甲烷
0.40
异丙醇
0.60
乙醚
0.43
二、分配色谱法
• 固定相 涂渍在惰性载体颗粒上的一薄层液体（固定 液） 化学键合相：通过化学反应将各种有机基团键合到 载体上形成的固定相
• 流动相 气液分配色谱法：气体，常为氢气或氮气 液液分配色谱法：与固定相不相溶的液体 正相色谱：流动相的极性弱于固定相的极性 反相色谱：流动相的极性强于固定相的极性
甲醇
0.70
三、吸附色谱法
• 洗脱顺序
组分的保留和分离选择性决定于： ① 组分分子与流动相分子对吸附剂表面活性中
心的竞争； ② 组分分子的基团与吸附剂表面活性中心的氢
键、偶极和诱导等作用； ③ 组分在流动相中的溶解性。
三、吸附色谱法
• 洗脱顺序 • 在色谱柱（Sa与Vm一定）时，Ka大的组分保
四、离子交换色谱法
• 分离原理 利用被分离组分离子交换能力的差 别（选择性系数）而实现分离。
• 分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法
固定相 离子交换剂—离子交换树脂 流动相 一定pH和离子强度的缓冲溶液
五、分子排阻色谱法
• 分离原理 根据被分离组分分子的线团尺寸 与凝胶的孔径大小不同（渗透系数）进行分离 固定相 多孔凝胶 流动相 水溶液→凝胶过滤色谱 有机溶剂→凝胶渗透色谱
三、吸附色谱法
X m + nYa
X a + nYm
Ka
=
[Xa ][Ym ]n [Xm ][Ya ]n
Ka
[X a ] [X m ]
Xa / Sa X m /Vm
Ka与组分的性质、吸 附剂的活性和流动相
的性质有关
三、吸附色谱法
固定相 吸附剂: 如硅胶、氧化铝 硅胶表面硅醇基为吸附中心
流动相 气体/有机溶剂 • 洗脱能力：主要由其极性决定 • 强极性流动相占据吸附中心的能力强，