色谱基本知识入门

1、1.1色谱法的产生和发展 1.1.1 色谱分析法的历史 色谱法是1906年俄国植物学家M.Tswett创立 叶绿素分离动画 实验现象：混合物被分成不同颜色的区域 色谱带， 所以命名为色谱法（色层法、层析法）. 不同色素的运动距离s=vt 第一章 色谱分离法概述 M.Tswett 实验的实质： CaCO3固定相 石油醚流动相 混合物随流动相在柱中流动，吸附 脱附 再吸附 再脱附 分离 两相作相对运动 现在的色谱法是指含义更为广泛的分 离方法：它是利用混合物中各组分在互不 相溶的两相中分配系数的差异，当两相作 相对运动时，混合物各组分在两相中反复 分配达到分离，然后分别测定，是一种分 离与检测相结

2、合的方法。 固定相 固体 液体 流动相 气体 液体 超临界流体 色谱分离基本原理色谱分离基本原理 利用利用外力外力使含有样品的使含有样品的流动相流动相通过一固定于通过一固定于柱柱或或平板平板 上、与流动相互不相溶的上、与流动相互不相溶的固定相固定相表面。样品中各组份在两表面。样品中各组份在两 相中进行不同程度的相中进行不同程度的作用作用。 与固定相作用强的组份随流动相流出的速度慢；与固定相作用强的组份随流动相流出的速度慢； 与固定相作用弱的组份随流动相流出的速度快。与固定相作用弱的组份随流动相流出的速度快。 由于流出的速度的差异，使得混合组份最终形成各个由于流出的速度的差异，使得混合组份最终形

3、成各个单组单组 份份的的“带（带（band）”或或“区（区（zone）”，对依次流出的各个对依次流出的各个 单组份物质可分别进行单组份物质可分别进行定性定性、定量定量分析。分析。 色谱法于色谱法于1906年创立后一直被遗忘，直到了年创立后一直被遗忘，直到了1931年，年， 德籍奥地利化学家库恩（德籍奥地利化学家库恩（R.Kuhn）利用茨维特的方法在）利用茨维特的方法在 纤维状氧化铝和碳酸钙的吸附柱上纤维状氧化铝和碳酸钙的吸附柱上,将过去一个世纪以来公将过去一个世纪以来公 认为单一的结晶状胡萝卜素分离成认为单一的结晶状胡萝卜素分离成a 和和b两个同分异构体，两个同分异构体， 并由所取得的纯胡萝卜

4、素确定出了其分子式。随后他还发并由所取得的纯胡萝卜素确定出了其分子式。随后他还发 现了八种新类胡萝卜素，并把它们制成纯品，进行了结构现了八种新类胡萝卜素，并把它们制成纯品，进行了结构 分析。分析。 同年，库恩又把注意力集中在维生素的研究上，确定同年，库恩又把注意力集中在维生素的研究上，确定 了维生素了维生素A 的结构。的结构。 1933年库恩从年库恩从35000升脱脂牛奶中分离出升脱脂牛奶中分离出1g核黄素核黄素 （即维生素（即维生素B2），制得结晶，并测定了它的结构。），制得结晶，并测定了它的结构。 此外，他还用色谱法从蛋黄中分离出了叶黄素；此外，他还用色谱法从蛋黄中分离出了叶黄素； 193

5、8年，库恩因在维生素和胡萝卜素的离析与结构年，库恩因在维生素和胡萝卜素的离析与结构 分析中取得了重大研究成果被授予诺贝尔化学奖。分析中取得了重大研究成果被授予诺贝尔化学奖。 从此，色谱法迅速为各国科学工作者注意和应用，从此，色谱法迅速为各国科学工作者注意和应用， 并广泛用于各种天然有机化合物的分离并广泛用于各种天然有机化合物的分离 1941年，英国学者Martin和Synge设计 了由40个容器组成的萃取仪器。将蛋白水 解产物乙酰化氨基酸从水相萃取到有机相 而使其离析出来。 分离乙酰化氨基酸混合物时采用 水分饱和的硅胶固定相 含乙醇的氯仿 流动相 液-液分配色谱 同时提出了用气体代替液体作流动

6、相的 可能性。 1952年，James、Martin和Synge在惰 性载体表面涂布一层薄而均匀的有机化合物 液膜，并用气体作冲洗剂，成功分离脂肪酸 和脂肪胺系列。 气液色谱法产生。 同时对气液色谱法的理论与实践做了精 确的叙述，提出塔板理论，因而Martin和 Synge获得1952年的诺贝尔化学奖。 1956年Van Deemter 等在前人研究的 基础上发展了描述色谱过程的速率理论， 提出了速率理论方程。1965年Giddings总 结和扩展了前人的色谱理论，为色谱的发 展奠定了理论的基础。 1957年，Golya发明了开口管毛细管 柱，使气相色谱的分离能力大大提高。同 年，霍姆斯等人首

7、次把气相色谱与质谱仪 连用成功，使色谱鉴定能力弱的缺点得到 克服。 20世纪60年代末，高压泵和化学键合相 用于液相色谱，出现了高效液相色谱 （HPLC)。 20世纪80年代初，超临界流体色谱(SFC) 得到发展，在90年代得到广泛的应用。 20世纪80年代初发展起来的毛细管电泳 (CZE),在90年代得到广泛的发展和应用。 1.1.2 色谱分析法的现代发展 20世纪初叶：色谱法产生，基本停滞30年后复苏 40年代：有突破性发展 50年代：有广度性的发展 60年代：有普遍性和广泛性的发展 70年代：有深入的高阶段发展 80年代：有突飞猛进、全面的高层次发展 90年代后 ：基础理论研究、色谱方法

8、应用、色谱 仪器进化都日新月异。 色谱科学现代发展基本状况 色谱法的提出由经典液相色谱开始，色谱理论 的发展是在气相色谱中提出并不断进步和完善。 （1）色谱理论 色谱理论研究的三个问题是： 热力学：组分在两相间的分配问题 动力学：组分在两相中扩散问题 分离条件：如何达到高分离效能和快速的目的 理论研究方向的工作： 柱过程热力学和动力学参数; 多维色谱配套; 开管柱和高效液相色谱柱; 保留规律预测; 最佳色谱分离条件选择; 超临界流体色谱等. （2）色谱技术问题 色谱技术的进展： 进样技术（特别是毛细管色谱）; 色谱柱制备技术; 固定相和流动相的选择技术; 多维色谱系统组分转换技术; 流出组分检

9、测技术; 程序升温技术和梯度洗脱技术; 复杂样品衍生化技术; 高纯流出组分制备技术; 多组分样品分析方法联用技术; 色谱系统与化学反应技术; 色谱程序控制和数据处理技术; 色谱专家系统的计算机技术. （3）色谱仪器进展 按使用领域可分为：分析色谱仪、制备色 谱仪、工业流程色谱仪等。 按主要方法可分为：气相色谱仪、液相 色谱仪、薄层色谱仪、离子色谱仪、氨基酸 分析仪、凝胶渗透色谱仪等。 1.2.1 按两相物理状态分类 气-固色谱（GSC） 气-液色谱（GLC） 液-固色谱（LSC） 液-液色谱（LLC） 气相色谱 液相色谱 超临界流体色谱（SFC） 1.2 色谱法的分类 1.2.2 按固定相的形

10、式分类 （1） 柱色谱 填充柱：固定相填满色谱柱管. 开管柱：固定相涂于柱管内壁，在柱管中 心留有流动相通过的通道。 色谱柱管：色谱柱管：通常是由玻璃、石英或不锈钢制成的圆管。通常是由玻璃、石英或不锈钢制成的圆管。 Packed GC column Capillary GC column WCOT PLOT （2）平面色谱 纸色谱： 滤纸上结合的水分或弱或弱/ 非极性溶剂非极性溶剂作固定相. 薄层色谱： 将粉末状的固定相 铺成薄层作固定相 1.2.3 按分离过程的原理分类 吸附色谱：固定相表面对不同组分的吸附性 能差异而分离. 分配色谱：不同组分在固定液中的溶解度不 同而分离 。 正相色谱：流

11、动相的极性小于固定相 反相色谱：流动相的极性大于固定相 离子交换色谱：不同组分在离子交换剂上的亲 和力不同而分离. 分子排阻色谱：利用分子的大小不同而在多孔 物质中的选择性渗透而分离。 电色谱（电泳）：利用带电粒子在电场中的电 效应而分离. 1.2.4 按色谱动力学过程分类 前沿法（迎头法） 样品本身是流动相，开始时 各组分留在柱上，柱饱和后流出 色谱柱，与固定相作用力小的先 流出。 吸附或溶解能力:123 流出顺序:1,1+2,1+2+3 台阶的位置:组分定性 台阶的高度：各组分定量 应用:简单混合物的分离、纯化. 顶替法(置换法) 样品从色谱柱一端加 入，再将一种吸附力或溶 解力比各组分均

12、大的置换 剂加入柱中，将各组分置 换出来。 吸附或溶解能力:123 流出顺序： 1，12，2，23，3, 3置换剂 应用:适于族的分离 淋洗法 先把试样加入色谱柱 中，再用一种对固定相的 作用力比样品弱的流动相 洗脱，各组分沿柱下行的 速度受三个互相作用因素 （组分溶剂固定相） 的制约，每种组分都可以 单独洗脱。 应用:适于分析目的 1.2.5 按色谱技术分类 根据色谱辅助技术不同，可分为：反应 色谱法、裂解色谱法、多维色谱法、顶空色 谱法、程序升温色谱法等。 按组分的分离目的和分离能力,又可分为制 备色谱、分析色谱、微量色谱等。 （1）分离效能高 可分离性质极为相似的物质及复杂的混 合物.

13、高效液相色谱柱效为 3万塔板/米 气相色谱柱效约为 2千塔板/米 毛细管色谱柱效约为712万/2050米 1.3 色谱分析法的特点 1.3.1 色谱分析法的一般特点 （2）应用范围广 几乎可以用于所有化合物的分离和测定。 不论是无机物、有机物、低分子化合物或高 分子化合物、甚至有生物活性的生物大分子 也可以进行分离测定。分析试样可以是液体、 也可以是气体或固体。 （3）分析速度快 一个复杂样品可以在几分钟到几十 分钟内完成分析。若与质谱联用，则可 以完成一个复杂样品中100多个组分的 分离和定性。 （4）灵敏度高，样品用量少 可检出10111013g的物质量;样品 用量少，气体样品为ml级，液体样品 为 级，固体样品为 级.L g 1.3.2各种色谱方法的性能比较 (1)与经典的化学法比较 化学法：根据某种物质具有某种独特的 化学性质来进行分析. 色谱法：不受限制，可使化学性质相同 的复杂组分互相分离. 1.3.3色谱法与其他方法的比较 (2)与光谱、质谱法比较 发射光谱、红外光谱、质谱法：主要是定性 分析的工具（要先分离出纯物质）. 可见光谱、紫外光谱、原子吸收、荧光法： 主要用于定量分析. 色谱法：主要是分离与分析的工具. 优点：擅长分离分析多组分的复杂混合物 缺点：定性能力差. （3）与分馏法比较 色谱分离过程比分馏法快，得到的 纯物质的纯度比分馏法高，但每