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1、色谱概论和经典液相色谱第1页，本讲稿共39页图示固定相固定相固定相固定相CaCOCaCO3 3颗粒颗粒颗粒颗粒流动相流动相流动相流动相石油醚石油醚石油醚石油醚 色带色带色带色带第2页，本讲稿共39页二、色谱法定义、实质和目的二、色谱法定义、实质和目的定义：利用物质的物理化学性质建立的分离、分析定义：利用物质的物理化学性质建立的分离、分析 方法方法实质：分离实质：分离目的：定性分析或定量分析目的：定性分析或定量分析三、分类：三、分类：三、分类：三、分类：1 1按两相分子的聚集状态分：按两相分子的聚集状态分：按两相分子的聚集状态分：按两相分子的聚集状态分：流动相流动相流动相流动相 固定相固定相固定
2、相固定相 类型类型类型类型液相色谱液相色谱液相色谱液相色谱液体液体 固体固体 液液-固色谱固色谱液体液体 液体液体 液液-液色谱液色谱气体气体 固体固体 气气-固色谱固色谱气体气体 液体液体 气气-液色谱液色谱气相色谱气相色谱气相色谱气相色谱第3页，本讲稿共39页续前2 2按固定相的固定方式分：按固定相的固定方式分：按固定相的固定方式分：按固定相的固定方式分：3 3按分离机制分：按分离机制分：按分离机制分：按分离机制分：平面色谱平面色谱平面色谱平面色谱 纸色谱纸色谱 薄层色谱薄层色谱 高分子薄膜色谱高分子薄膜色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱色谱 填充柱色谱填充柱色谱 毛细管柱色谱毛细管柱色谱 分配色谱
3、分配色谱分配色谱分配色谱：利用分配系数的不同：利用分配系数的不同 吸附色谱吸附色谱吸附色谱吸附色谱：利用物理吸附性能的差异：利用物理吸附性能的差异 离子交换色谱离子交换色谱离子交换色谱离子交换色谱：利用离子交换原理：利用离子交换原理 空间排阻色谱空间排阻色谱空间排阻色谱空间排阻色谱：利用排阻作用力的不同：利用排阻作用力的不同第4页，本讲稿共39页图示色谱法简单分类色谱法简单分类色谱法简单分类色谱法简单分类第5页，本讲稿共39页四、色谱法的特点四、色谱法的特点优点：优点：优点：优点：“三高三高”、“一快一快”、“一广一广”缺点：缺点：缺点：缺点：高选择性高选择性可将性质相似的组分分开可将性质相似
4、的组分分开 高效能高效能反复多次利用组分性质的差异反复多次利用组分性质的差异 产生很好分离效果产生很好分离效果 高灵敏度高灵敏度1010-11-111010-13-13g g，适于痕量分析，适于痕量分析 分析速度快分析速度快几几 几十分钟完成分离几十分钟完成分离 一次一次 可以测多种样品可以测多种样品 应用范围广应用范围广气体，液体、固体物质气体，液体、固体物质 化学衍生化再色谱分离、分析化学衍生化再色谱分离、分析 对未知物分析的定性专属性差对未知物分析的定性专属性差 需要与其他分析方法联用需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS)(GC-MS,LC-MS)第6页，本讲稿共39页第二节第
5、二节 色谱过程与术语色谱过程与术语一、色谱过程、分离原理及特点二、基本类型色谱法的分离机制三、分配系数与保留行为的关系第7页，本讲稿共39页一、色谱过程、分离原理及特点一、色谱过程、分离原理及特点（一）色谱过程 指被分离组分在两相中的指被分离组分在两相中的“分配分配”平衡过程平衡过程以吸附色谱为例见图示以吸附色谱为例见图示 吸吸附附 解解吸吸再再吸吸附附 再再解解吸吸 反反复复多多次次洗洗脱脱被测组分分配系数不同被测组分分配系数不同 差速迁移差速迁移 分离分离第8页，本讲稿共39页图示n分配系数的微小差异吸附能力的微小差异n微小差异积累较大差异吸附能力弱的组分先流出；吸附能力强的组分后流出ba
6、ck第9页，本讲稿共39页续前（二）色谱分离原理（二）色谱分离原理 色谱分离基于各组分在两相之间平衡分配的差异，色谱分离基于各组分在两相之间平衡分配的差异，平衡分配可以用分配系数和分配比来衡量平衡分配可以用分配系数和分配比来衡量（三）色谱分离特点 1 1不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等 提供了分离的可能性提供了分离的可能性 2 2各组分沿柱子扩散分布各组分沿柱子扩散分布峰宽峰宽 不利于不同组分分离不利于不同组分分离第10页，本讲稿共39页二、分配系数与保留行为的关系二、分配系数与保留行为的关系（一）基本术语（一）基本术语1.1.色谱色谱（1 1）基基基基线线
7、线线：当当没没有有待待测测组组分分进进入入检检测测器器时时，反反映映检检测测器噪音器噪音 随时间变化的曲线（稳定随时间变化的曲线（稳定平直直线）平直直线）（2 2）峰高：）峰高：）峰高：）峰高：色谱峰与基线之间垂直的距离，用色谱峰与基线之间垂直的距离，用h h表示。表示。第11页，本讲稿共39页峰宽峰宽峰宽峰宽WW：正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交：正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交 的截距的截距标准差标准差标准差标准差：正态分布色谱曲线两拐点距离的一半：正态分布色谱曲线两拐点距离的一半 对应对应0.607h0.607h处峰宽的一半处峰宽的一半注：注：小，峰小，峰 窄，柱效窄，柱效 高高
8、半峰宽半峰宽半峰宽半峰宽WW1/21/2：峰高一半处所对应的峰宽：峰高一半处所对应的峰宽n 注：除了用于衡量柱效，还可以计算峰面积注：除了用于衡量柱效，还可以计算峰面积第12页，本讲稿共39页图示第13页，本讲稿共39页2.保留值保留值(1)保留时间保留时间t tR R：从进样开始到某组分色谱峰顶（浓度极大点）的时间，即组分在色谱柱中的停留时间或组分流经色谱柱所需要的时间。(2)死时间死时间t0或tm：分配系数为零的组分的保留时：分配系数为零的组分的保留时间，即组分在流动相中的停留时间或流动相流经间，即组分在流动相中的停留时间或流动相流经色谱色谱 柱所需要的时间（又称流动相保留时间）。柱所需要
9、的时间（又称流动相保留时间）。第14页，本讲稿共39页（3 3）调调整整保保留留时时间间tR：组组分分的的保保留留时时间间与与死死时间之差值，即组分在固定相中滞留的时间时间之差值，即组分在固定相中滞留的时间第15页，本讲稿共39页图示第16页，本讲稿共39页续前不对称因子不对称因子不对称因子不对称因子正常峰（对称）正常峰（对称）正常峰（对称）正常峰（对称）非正常峰非正常峰非正常峰非正常峰 前沿峰前沿峰前沿峰前沿峰 拖尾峰拖尾峰拖尾峰拖尾峰色谱峰色谱峰色谱峰色谱峰fs在0.951.05之间fs小于0.95fs大于1.05第17页，本讲稿共39页续前保留体积保留体积保留体积保留体积V VR R：从
10、进样开始到组分出现浓度极大点时：从进样开始到组分出现浓度极大点时所消耗的流动相的体积所消耗的流动相的体积 死体积死体积死体积死体积V Vmm：不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流：不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流 动相的体积，又指色谱柱中未被固定相所占据的空动相的体积，又指色谱柱中未被固定相所占据的空 隙体积，即色谱柱的流动相体积（包括色谱仪中的隙体积，即色谱柱的流动相体积（包括色谱仪中的 管路、连接头的空间、以及进样器和检测器的空间）管路、连接头的空间、以及进样器和检测器的空间）第18页，本讲稿共39页续前调整保留体积调整保留体积调整保留体积调整保留体积V VR R：保留体积与死体积之差，即
11、组分：保留体积与死体积之差，即组分停留在固定相时所消耗流动相的体积停留在固定相时所消耗流动相的体积相对保留值相对保留值相对保留值相对保留值r ri,si,s（选择性系数（选择性系数）：调整保留值之比：调整保留值之比第19页，本讲稿共39页续前保留指数保留指数保留指数保留指数I IX X：指将待测物的保留行为换算成相当于：指将待测物的保留行为换算成相当于正构烷烃的保留行为正构烷烃的保留行为(已知范围内组分的定性参数已知范围内组分的定性参数)第20页，本讲稿共39页3相平衡参数相平衡参数 分配系数分配系数分配系数分配系数 KK（平衡常数）：指在一定温度和压力（平衡常数）：指在一定温度和压力 下，组
12、分在色谱柱中达分配平衡后，在固定相与下，组分在色谱柱中达分配平衡后，在固定相与 流动相中的浓度比（色谱过程的相平衡参数）流动相中的浓度比（色谱过程的相平衡参数）第21页，本讲稿共39页续前注：注：注：注：K K为热力学常数为热力学常数 与组分性质、固定相性质、流动相性质及温度有关与组分性质、固定相性质、流动相性质及温度有关 实验条件固定，实验条件固定，K K仅与组分性质有关仅与组分性质有关 容容容容量量量量因因因因子子子子（容容量量比比，分分配配比比）k k：指指在在一一定定温温度度和和压压力力下下，组组分分在在色色谱谱柱柱中中达达分分配配平平衡衡时时，在在固固定定相相与与流流动相中的质量比动
13、相中的质量比更易测定更易测定第22页，本讲稿共39页tR R与与K的关系的关系的关系的关系：第23页，本讲稿共39页续前讨论：讨论：讨论：讨论：色谱条件一定时，色谱条件一定时，t tR R主要取决主要取决K K的大小的大小 （色谱法基本的定性参数（色谱法基本的定性参数 ）K K，t tR R ，组分后出柱，组分后出柱 K=0K=0，组分不保留，组分不保留 K K，组分完全保留，组分完全保留第24页，本讲稿共39页 结论：结论：结论：结论：色谱分离前提色谱分离前提各组分分配系数不等各组分分配系数不等 注：应选择合适分离条件使得难分离的组分注：应选择合适分离条件使得难分离的组分K K不等不等2 2
14、）色谱条件（）色谱条件（s s，mm，T T）一定时，）一定时，K K一定一定 t tR R一定一定 1 1）组分一定，）组分一定，K K不等的前提不等的前提 s s和和mm改变改变 T T改变改变第25页，本讲稿共39页4.4.分离参数分离参数（1 1）分离因子）分离因子第26页，本讲稿共39页（2 2）分离度）分离度）分离度）分离度：相临两组分间峰顶间距离是峰底宽相临两组分间峰顶间距离是峰底宽平均值的几倍（衡量色谱分离条件优劣的参数）平均值的几倍（衡量色谱分离条件优劣的参数）讨论：讨论：讨论：讨论：第27页，本讲稿共39页三、基本类型色谱法的分离机制三、基本类型色谱法的分离机制n n基本概
15、念：基本概念：固定相固定相固定相固定相（s s）；）；流动相流动相流动相流动相（mm）（一）吸附色谱法（一）吸附色谱法（二）分配色谱法（二）分配色谱法（三）离子交换色谱法（三）离子交换色谱法（四）空间排阻色谱法（四）空间排阻色谱法第28页，本讲稿共39页（一）吸附色谱法（一）吸附色谱法要求要求要求要求：固定相固定相吸附剂（硅胶或吸附剂（硅胶或ALAL2 2O O3 3）具表面活性吸附中心具表面活性吸附中心分离机制分离机制分离机制分离机制：见图示：见图示吸附系数吸附系数吸附系数吸附系数注：注：注：注：K Ka a与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质 及
16、温度有关及温度有关 nextnext吸附平衡吸附平衡 X Xmm+nY+nYa aXXa a+nY+nYmm 第29页，本讲稿共39页图示分离机制：分离机制：分离机制：分离机制：各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心 利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离吸附吸附解吸解吸再吸附再吸附再解吸再解吸无数次洗脱无数次洗脱分开分开 backback第30页，本讲稿共39页（二）分配色谱法（二）分配色谱法要求要求要求要求：固定相固定相机械吸附在惰性载体上的液体机械吸附在惰性载体上的液体 流动相流动相必须与固定相不
17、为互溶必须与固定相不为互溶 载体载体惰性，性质稳定，惰性，性质稳定，不与固定相和流动相发生化学反应不与固定相和流动相发生化学反应分离机制分离机制分离机制分离机制见图示见图示 狭义分配系数狭义分配系数狭义分配系数狭义分配系数注：注：K K与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质 以及柱温有关以及柱温有关 nextnext第31页，本讲稿共39页图示分离机制分离机制分离机制分离机制 利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离 连续萃取过程连续萃取过程 backback第32页，本讲稿共39页（三）离子交换色谱法（
18、三）离子交换色谱法要求要求要求要求：固定相固定相离子交换树脂离子交换树脂流动相流动相水为溶剂的缓冲溶液水为溶剂的缓冲溶液被分离组分被分离组分离子型的有机物或无机物离子型的有机物或无机物分离机制见图示分离机制见图示分离机制见图示分离机制见图示选择性系数选择性系数选择性系数选择性系数 n n阳离子交换树脂阳离子交换树脂 RSORSO3 3-H H+X+X+RSO RSO3 3-X X+H+H+注：注：K Ks s与离子的电荷数、水合离子半径、流动相性质、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离子交换树脂性质以及温度有关 nextnext 固定离子固定离子固定离子固定
19、离子可交换离子可交换离子可交换离子可交换离子待测离子待测离子待测离子待测离子第33页，本讲稿共39页图示分离机制：分离机制：分离机制：分离机制：依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力）依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力）不同而实现分离不同而实现分离 back第34页，本讲稿共39页（四）空间排阻色谱法（四）空间排阻色谱法要求要求要求要求：固定相固定相多孔性凝胶多孔性凝胶 流动相流动相水水凝胶过滤色谱凝胶过滤色谱 流动相流动相有机溶剂有机溶剂凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱 分离机制见图示分离机制见图示分离机制见图示分离机制见图示渗透系数渗透系数渗透系数渗透系数 注：注：K Kp p仅取决于待测
20、分子尺寸和凝胶孔径大小，仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小，与流动相的性质无关与流动相的性质无关 nextnext第35页，本讲稿共39页图示分离机制分离机制分离机制分离机制：利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性 渗透实现分离渗透实现分离 back第36页，本讲稿共39页 结论：结论：n n四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、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分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡 K K分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和 渗透系数渗
21、透系数n n除了凝胶色谱法中的除了凝胶色谱法中的K K仅与待测分子大小尺寸、凝胶仅与待测分子大小尺寸、凝胶 孔径大小有关外，其他三种孔径大小有关外，其他三种K K值都受组分的性质、流值都受组分的性质、流 动相的性质、固定相的性质以及柱温的影响动相的性质、固定相的性质以及柱温的影响第37页，本讲稿共39页图示第38页，本讲稿共39页第三节第三节 色谱法的历史与展望色谱法的历史与展望一、历史：一、历史：3030年代年代 茨维特分离绿叶色素茨维特分离绿叶色素 4040年代年代 TLCTLC，纸色谱，纸色谱 5050年代年代 GCGC出现使色谱具备分离和在线分析功能出现使色谱具备分离和在线分析功能 6060年代末年代末 HPLCHPLC出现，使色谱分析范围进一步扩大出现，使色谱分析范围进一步扩大 二、展望：二、展望：1 1新型固定相和检测器新型固定相和检测器 2 2联用仪器：联用仪器：GC-MSGC-MS，HPLC-MSHPLC-MS 3 3智能化发展智能化发展第39页，本讲稿共39页