！第一节-色谱法概述-2

1、2021-7-20第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论一、色谱法的特点和作一、色谱法的特点和作用用二、色谱分离过程二、色谱分离过程三、色谱法的分类及其三、色谱法的分类及其分离机制分离机制2021-7-20一、色谱法的特点、分类和作用一、色谱法的特点、分类和作用 1.1.概述概述 俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在19061906年使用的装置：年使用的装置：色谱原型装置色谱原型装置(P338)(P338)，如图。，如图。 色谱法是一种分离技术色谱法是一种分离技术， 试样混合物的分离过程也就是试样中各组试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分

2、在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。分配过程。 其中的一相固定不动，称为其中的一相固定不动，称为固定相固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相的另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为流体（气体或液体），称为流动相流动相。（动画）动画）2021-7-20色谱法色谱法 当流动相中携带的当流动相中携带的混合物混合物流经固定相时，流经固定相时，其其与固定相发生相互作用与固定相发生相互作用。由于混合物中。由于混合物中各组各组分在性质和结构上的差异分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移的作用力的大小、强弱不

3、同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡多次的分配平衡，使得各组分被固定相，使得各组分被固定相保留的时间不同保留的时间不同，从而，从而按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。测。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础（动画）（动画）2021-7-20色谱学的重要作用色谱学的重要作用诺贝尔化学奖：诺贝尔化学奖：19481948年，瑞典年，瑞典TiselinsTiselins，电泳和电泳和吸附

4、分析；吸附分析；19521952年，英国马丁年，英国马丁(Martin)(Martin)和辛格和辛格(Synge)(Synge)，分配色谱。分配色谱。应用的科学领域：生命科学、材料科学、环应用的科学领域：生命科学、材料科学、环 境境科学等。（科学的科学）科学等。（科学的科学）药学（药物分析）：各国药典收载了许多色谱分药学（药物分析）：各国药典收载了许多色谱分析方法。中国药典二部，析方法。中国药典二部，700700多，纯度检查、定多，纯度检查、定性鉴别或含量测定，一部，性鉴别或含量测定，一部，600600多鉴别或含量测多鉴别或含量测定。定。2021-7-20 色谱法是根据混合物中各组分在两相分配

5、系色谱法是根据混合物中各组分在两相分配系数的不同进行分离的方法，是分析复杂混合物最数的不同进行分离的方法，是分析复杂混合物最有力的手段；有力的手段； 分离效能、高灵敏度、高选择性、高效能；分离效能、高灵敏度、高选择性、高效能； 分析速度快；分析速度快； 应用范围广。应用范围广。色谱法的特点色谱法的特点2021-7-20二、色谱分离过程二、色谱分离过程 (P338)(P338) 实现色谱操作的基本条件是必须具备实现色谱操作的基本条件是必须具备相对相对运动的两相运动的两相，固定相，固定相(stationary phase)(stationary phase)和流和流动相动相(mobile phas

6、e)(mobile phase)。 其中一相固定不动，即为其中一相固定不动，即为固定相固定相；另一相；另一相师携带试样向前移动的流动体，即师携带试样向前移动的流动体，即流动相流动相。色谱过程是组分的分子在流动相和固定相色谱过程是组分的分子在流动相和固定相间间多次多次“分配分配”的过程。的过程。2021-7-20气相色谱分离过程气相色谱分离过程气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。填充柱色谱填充柱色谱: 气固色谱和气液色谱，两者的分离机理不同。气固色谱和气液色谱，两者的分离机理不同。气固色谱的固定相气固色谱的固定相: 多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗

7、粒。 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气液色谱的固定相气液色谱的固定相: 由由 担体和固定液所组成。担体和固定液所组成。 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。气固色谱的分离机理气固色谱的分离机理: 吸附与脱附的不断重复过程；吸附与脱附的不断重复过程；气液色谱的分离机理：气液色谱的分离机理： 气液两相间的反复多次分配过程。气液两相间的反复多次分配过程。2021-7-20气相色谱分离过程气相色谱分离过程 当试样由载气携带进入色谱当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触时，被固定相柱与固定相接触时，被固定相溶解

8、或吸附。溶解或吸附。 随着载气的不断通入，被溶随着载气的不断通入，被溶解或吸附的组分又从固定相中解或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附，挥发或脱附， 挥发或脱附下的组分随着载挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又再次被固定相气向前移动时又再次被固定相溶解或吸附。溶解或吸附。 随着载气的流动，溶解、挥随着载气的流动，溶解、挥发，或吸附、脱附的过程反复发，或吸附、脱附的过程反复地进行。地进行。2021-7-20小结：色谱分离过程小结：色谱分离过程 组分的结构和性质微小差异组分的结构和性质微小差异 与固定与固定相作用差异相作用差异 随流动相移动的速度不随流动相移动的速度不等等 差速迁移差速迁移 色谱分

9、离。色谱分离。2021-7-20分配系数分配系数 K K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数，用K K 表示，即： 组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度K2021-7-20分配系数分配系数K K的讨论的讨论 一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；越大，出峰越慢； 试样一定时，试样一定时，K主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质； 每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数K不同；不同； 选择适宜的固定相可改善分离

10、效果；选择适宜的固定相可改善分离效果； 试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础；值是分离的基础； 某组分的某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留，最先流出。 组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度K2021-7-20三、三、色谱法的分类色谱法的分类 按按流动相流动相的分子聚集状态分类的分子聚集状态分类:气相色谱（气相色谱（GC）、液相色谱（）、液相色谱（LC）、超临界）、超临界流体色谱（流体色谱（SFC ）等）等 按按固定相固定相的分子聚集状态分类的分子聚集状态分类:气相色谱法又可分为气固色谱法（气相色谱法又可分为气固色谱法（GSC）

11、、气）、气液色谱（液色谱（GLC）、液固色谱（）、液固色谱（LSC）、液液色）、液液色谱（谱（LLC）等）等 按按操作形式操作形式分类分类:柱色谱法、平面色谱法、毛细管电泳法等柱色谱法、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、离子交换色谱分配色谱法、吸附色谱法、离子交换色谱法、法、 空间排阻色谱法、毛细管电泳法等空间排阻色谱法、毛细管电泳法等2021-7-20 柱色谱柱色谱是将将固定相装入柱管内构成色谱柱，色是将将固定相装入柱管内构成色谱柱，色谱过程在色谱柱内进行。按色谱柱的粗细，又可谱过程在色谱柱内进行。按色谱柱的粗细，又可分为填充

12、柱色谱法，毛细管柱色谱法等分为填充柱色谱法，毛细管柱色谱法等 气相色谱法、高效液相色谱法及超临界流体色谱气相色谱法、高效液相色谱法及超临界流体色谱法等属于柱色谱法范围法等属于柱色谱法范围 平面色谱法平面色谱法是色谱过程在固定相构成的平面状层是色谱过程在固定相构成的平面状层内进行的色谱法。又分为纸色谱法、薄层色谱法内进行的色谱法。又分为纸色谱法、薄层色谱法等等 毛细管电泳法的分离过程在毛细管内进行毛细管电泳法的分离过程在毛细管内进行2021-7-20毛细管电色谱毛细管电色谱法法(CEC)色谱法色谱法GSC液相色液相色谱谱法法 (LC)(LC)柱色柱色谱谱法法平面色平面色谱谱法法毛细管电泳毛细管电

13、泳法法(CE)LLCLSCSECIECBPC纸色纸色谱法谱法薄层色谱薄层色谱法法(TLC)LLCLLCLSC气相气相色色谱法谱法(GC)柱色柱色谱谱法法GLC超临界流体色谱超临界流体色谱法法(SFC)2021-7-20气相色谱气相色谱 气相色谱气相色谱：流动相为气体（称为载气）。流动相为气体（称为载气）。 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱； 按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱2021-7-20气相色谱法的特点气相色谱法的特点（1 1）分离效率高分离效率高： 复杂混合物，有机同系物、异构体。手

14、性异构体。（2 2） 灵敏度高：灵敏度高： 可以检测出g.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量.（3 3） 分析速度快：分析速度快： 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4 4） 应用范围广：应用范围广： 适用于沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。 不足之处：不足之处： 不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。 被分离组分的定性较为困难。2021-7-20液相色谱液相色谱液相色谱液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。流动相为液体（也称为淋洗液）。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。离子色谱离子色谱：液相

15、色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同定相，不同pHpH值的水溶液为流动相。值的水溶液为流动相。2021-7-20其他色谱方法其他色谱方法薄层色谱和纸色谱：薄层色谱和纸色谱： 比较简单的色谱方法比较简单的色谱方法凝胶色谱法凝胶色谱法:超临界色谱超临界色谱: :高效毛细管电泳高效毛细管电泳: : 九十年代快速发展、九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。离的高效分析仪器。2021-7-20三、色谱法的分离机制三、色谱法的分离机制 分配色谱法分配色谱法 吸附色谱法吸附色谱法 离子交换色谱法离子交换色谱法 空间排

16、阻色谱法空间排阻色谱法从分离原理、固定相和流动从分离原理、固定相和流动相三方面来讨论不同色谱法相三方面来讨论不同色谱法的分离机制的分离机制2021-7-20一、分配色谱法一、分配色谱法 (P345) 分离原理分离原理 利用被分离组分在固定相或流利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别而实现分离。动相中的溶解度差别而实现分离。mmssmsVXVXCCK 溶质分子在固定相中溶解度越大，或在流动相溶质分子在固定相中溶解度越大，或在流动相中溶解度越小，中溶解度越小，则则K越大。在越大。在LLC中中K主要与流主要与流动相的性质动相的性质 (种类与极性种类与极性) 有关；在有关；在GLC中中K与与固定

17、固定相极性和柱温有关。相极性和柱温有关。 分配色谱法包括气液分配色谱和液液分配色谱分配色谱法包括气液分配色谱和液液分配色谱2021-7-202021-7-20分配色谱法分配色谱法 固定相固定相 又称固定液（涂渍在惰性载体颗粒上又称固定液（涂渍在惰性载体颗粒上的一薄层液体；化学键合相（通过化学反应将的一薄层液体；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）。各种有机基团键合到载体上形成的固定相）。 流动相流动相 气液分配色谱法：气体，常为氢气或氮气。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。液液分配色谱法：与固定相不相溶的液体。正相正相液液

18、分配液液分配色谱：流动相的极性弱于固定相色谱：流动相的极性弱于固定相的极性。的极性。 反相反相液液分配液液分配色谱：流动相的极性强于固定相色谱：流动相的极性强于固定相的极性。的极性。 2021-7-20分配色谱法分配色谱法 洗脱顺序洗脱顺序 由组分在固定相或流动相中溶解度的由组分在固定相或流动相中溶解度的相对大小而决定。相对大小而决定。 正相液液分配色谱：正相液液分配色谱：极性强的组分极性强的组分后后被洗脱。被洗脱。（库仑力和氢键力）（库仑力和氢键力）反相液液分配色谱：反相液液分配色谱：极性强的组分极性强的组分先先出柱。出柱。2021-7-20二、吸附色谱法二、吸附色谱法 (P346) 分离原

19、理分离原理 利用被分离组分对固定相表面吸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。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吸附过程是试样中组分的分子(X)(X)与流动相与流动相分子分子(Y)(Y)争夺吸附剂表面活性中心的过程，争夺吸附剂表面活性中心的过程，即为竞争吸附过程。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吸附色谱法包括气固吸附色谱法和液固吸附色谱法色谱法2021-7-20XXYYamamnn+namnmaaYXYX=Kmmaamaa/XXVXSXK吸附系数与吸附剂的吸附系数与吸附剂的活性、组分的性质和活性、组分的性质和流动相的性质

20、有关。流动相的性质有关。2021-7-20吸附色谱法吸附色谱法 固定相固定相 多为吸附剂，如硅胶、氧化铝。多为吸附剂，如硅胶、氧化铝。 硅胶硅胶表面硅醇基为吸附中心。表面硅醇基为吸附中心。 经典液相柱色谱和薄层色谱：经典液相柱色谱和薄层色谱：一般硅胶一般硅胶 高效液相色谱：高效液相色谱：球型或无定型全多孔硅球型或无定型全多孔硅 胶和堆积硅珠。胶和堆积硅珠。 气相色谱：气相色谱：高分子多孔微球等高分子多孔微球等2021-7-20吸附色谱法吸附色谱法 流动相流动相 有机溶剂（硅胶为吸附剂）有机溶剂（硅胶为吸附剂） 洗脱能力：洗脱能力：主要由其极性决定。主要由其极性决定。 强极性流动相占据吸附中心的

21、能力强，洗强极性流动相占据吸附中心的能力强，洗脱能力强，使脱能力强，使k值小，保留时间短。值小，保留时间短。 Snyder溶剂强度溶剂强度 o：吸附自由能，表示洗吸附自由能，表示洗脱能力。脱能力。 o值越大，固定相对溶剂的吸附值越大，固定相对溶剂的吸附能力越强，即洗脱能力越强。能力越强，即洗脱能力越强。2021-7-20表表 17-1 一些溶剂在硅胶上的一些溶剂在硅胶上的 o值值溶剂 溶剂强度（o）溶剂 溶剂强度（o）正戊烷0.00甲基特丁基醚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甲醇0.702021-7-20吸附色谱法吸附色谱

22、法 洗洗脱脱顺序顺序 k ka= =K Ka aSa/Vm 在色谱柱（在色谱柱（Sa与与Vm一定）时，分配系数一定）时，分配系数Ka大大的组分保留强，后被洗脱，的组分保留强，后被洗脱，Ka小的组分在吸小的组分在吸附剂上保留弱，先被洗脱。附剂上保留弱，先被洗脱。 Ka与组分的性质（极性、取代基的类型和数与组分的性质（极性、取代基的类型和数目、构型有关）。目、构型有关）。 2021-7-20以硅胶为吸附剂：极性强的组分吸附力强。以硅胶为吸附剂：极性强的组分吸附力强。 饱和碳氢化合物为非极性化合物，不被吸附。饱和碳氢化合物为非极性化合物，不被吸附。 基本母核相同，引入的取代基极性越强，则基本母核相同

23、，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，分子极性越强多，分子极性越强 ( (但要考虑其他因素的影但要考虑其他因素的影响响) ) 。 不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸附力越强。附力越强。 分子中取代基的空间排列分子中取代基的空间排列 2021-7-20三、离子交换色谱法三、离子交换色谱法 (P347)分离原理分离原理 利用被分离组分离子交换能力的利用被分离组分离子交换能力的 差别而实现分离。差别而实现分离。分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法

24、。阳离子交换：阳离子交换：阴离子交换：阴离子交换：离子交换通式：离子交换通式： 交换再生+3RNR+OH-ClRNR+3ClOH交换再生+RBARAB+RSO H+Na+Na+33HRSO2021-7-20四、空间排阻色谱法四、空间排阻色谱法 (P349) 分离原理分离原理根据被分离组分分子的线团尺寸根据被分离组分分子的线团尺寸或渗透系数的大小而或渗透系数的大小而 进行分离。进行分离。也称为分子也称为分子排阻色谱法。排阻色谱法。 其固定相是多孔性凝胶，故此方法又称为凝其固定相是多孔性凝胶，故此方法又称为凝胶色谱法。胶色谱法。 根据流动相的不同分为：以有机溶剂为流动根据流动相的不同分为：以有机溶

25、剂为流动相称为凝胶渗透色谱法；以水溶液为流动相相称为凝胶渗透色谱法；以水溶液为流动相称为凝胶过滤色谱法称为凝胶过滤色谱法2021-7-20空间排阻色谱法空间排阻色谱法 根据空间排阻（根据空间排阻（steric exclusion）理论，孔理论，孔内外同等大小的溶质分子处于扩散平衡状态：内外同等大小的溶质分子处于扩散平衡状态： 渗透系数：渗透系数： Kp = Xs / Xm （0Kp1 ）由溶质分子的线团尺寸和凝胶孔隙的大小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，所决定。在一定分子线团尺寸范围内，Kp与与分子量相关，即组分按分子量的大小分离。分子量相关，即组分按分子量的大小分离。XmXs2021-7-20空间排阻色谱法空间排阻色谱法 固定相固定相多孔凝胶：软质、半软质和硬质多孔凝胶：软质、半软质和硬质 主要性能