仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论第十六章 色谱分析法概论chromatography仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论u 色谱法的分类和发展u 色谱过程和基本原理u 基本类型色谱方法及其分离机制u 色谱法基本理论仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论 高分离效能 高灵敏 高选择性 分析速度快 应用范围广色谱法的特点:仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论色谱学的重要作用色谱学的重要作用u诺贝尔化学奖：1948年，瑞典Tiselins， 电 泳和吸附分析；1952年，英国马丁 (Martin)和辛格(Synge)，分配色谱。u应用的科学领域：生命科学、材料科学、 环 境科学等。（科学的科学）u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，700多，纯 度检查、定性鉴别或含量测定，一部， 600多鉴别或含量测定。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论第一节 色谱法的分类和发展一、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。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论按操作形式分类: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 换色谱法、空间排阻色谱法、毛细管电 泳法等。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论毛细管电色谱法（CEC）色谱法GSC液相色谱法 （LC）柱色谱法平面色谱法毛细管电泳法 （CE）LLCLSCSECIECBPC纸色谱法薄层色谱法（TLC）LLCLLCLSC气相色谱 法（GC）柱色谱法GLC超临界流体色谱法 （SFC）仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论二、色谱法的发展（一）色谱法的历史（二）色谱法的现状和发展趋势1新型固定相和检测器的研制2色谱新方法的研究 3色谱联用技术 4色谱专家仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论第二节 色谱过程和基本原理一、色谱过程实现色谱操作的基本条件是必须具备相对运动的两相，固定相(stationary phase)和流动相(mobile phase)。色谱过程是组分的分子在流动相和固定 相间多次“分配”的过程。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论色谱过程组分的结构和性质微小差异 与固定相作用差异 随流动相移动的速度不等 差速迁移 色谱分离。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论二、色谱流出曲线和有关概念u色谱流出曲线 是由检测器输出的电信号 强度对时间作图所绘制的曲线，又称为色 谱图。 u基线 是在操作条件下，没有组分流出时 的流出曲线。基线反映仪器 (主要是检测 器) 的噪音随时间的变化。u色谱峰 是流出曲线上的突起部分。正常色谱峰、拖尾峰和前延峰仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论对称因子fs (symmetry factor) ：衡量色谱峰的对称性 仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论到20页到19页仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论u保留时间(retention time;tR)：从进样到某组 分在柱后出现浓度极大时的时间间隔。u死时间(t0)：分配系数为零的组分，即不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间。 u调整保留时间( )：某组分由于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间。 定性参数1仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论定性参数2保留体积(VR)：从进样开始到某个组分在柱 后出现浓度极大时，所需通过色谱柱的流动 相体积。 死体积(V0)：由进样器至检测器的流路中未 被固定相占有的空间。固定相颗粒间间隙、导管的容积、检测器内 腔容积的总和。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论定性参数3调整保留体积(adjusted retention volume)： 由保留体积扣除死体积 后的体积 相对保留值(r) ：两组分的调整保留值之比注意：VR是定值，tR与FC成反比仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论定性参数4保留指数(retention index；I) : 在GC中，以 正构烷烃系列作为组分相对保留值的标准，用 两个保留时间紧邻待测组分的基准物质来标定 组分，这个相对值称为保留指数，又称Kovats 指数，定义式： z与z+n为正构烷烃对的碳原子数 ，Z为6，7，8，I为 600，700，800仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论定量参数u峰高(peak height；h)：组分在柱后出现浓度极大时的检测信号，即色谱峰顶至基线的距离。 u峰面积(peak area；A)：色谱曲线与基线间包围的面积。 返回仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论返回柱效参数u标准差(standard deviation；)：正态色谱流 出曲线上两拐点间距离之半，即0.607倍峰高处 的峰宽之半。的大小表示组分被带出色谱柱的 分散程度。越大，组分越分散；反之越集中。u半峰宽(W1/2)：峰高一半处的峰宽 W1/2=2.355 u峰宽 (peak width；W)：色谱峰两侧拐点作切线 在基线上所截得的距离。W=4 或 W=1.699W1/2 仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论总分离效能指标u分离度(resolution；R)：又称分辨率。是相邻两色 谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论分离度u设正常峰，W1W2= 4 ，u则R=1.5时，99.7%面积(tR 3)被分开， tR =6 ，称 6 分离 。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论三、分配系数与色谱分离(一) 分配系数和容量因子 u分配系数 (distribution coefficient；K)是在一定温度和压力下，达到分配平衡时 ，组分在固定相 (s) 与流动相 (m) 中的浓 度 (C) 之比。分配系数仅与组分、固定相和流动相的性质 及温度（和压力）有关。是组分的特征常数 。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论u容量因子(capacity factor；k)：在一定温 度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定 相和流动相中的质量(m)之比。（摩尔数？） u又称为质量分配系数或分配比。分配系数与色谱分离还与固定相和流动相的体积有关。容量因子与 分配系数的关系仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论分配系数与色谱分离 （二）分配系数和容量因子与保留时间的关系tR=t0(1+ k) tR=t0(1+K ) v=L/tRu=L/t0仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论（三）色谱分离的前提（三）色谱分离的前提KAKB 或kAkB 是色谱分离的前提。= t0(1+KA ) = t0(1+KB ) tR= t0 (KAKB) tR0 KAKBkAkB分配系数与色谱分离推导过程：仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论第三节第三节 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u分配色谱法u吸附色谱法u离子交换色谱法u空间排阻色谱法仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论一、分配色谱法仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论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而实现分离。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，则K越大。在LLC中K主要 与流动相的性质 (种类与极性) 有关；在GLC 中K与固定相极性和柱温有关。 仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论分配色谱法 固定相 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。 正相液液分配色谱：流动相的极性弱于固定相的极性。 反相液液分配色谱：流动相的极性强于固定相的极性。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论分配色谱法分配色谱法u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。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论二、吸附色谱法二、吸附色谱法u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。u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 。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论吸附系数与吸附剂的 活性、组分的性质和 流动相的性质有关。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论吸附色谱法u固定相 多为吸附剂，如硅胶、氧化铝。u硅胶表面硅醇基为吸附中心。u经典液相柱色谱和薄层色谱：一般硅胶u高效液相色谱：球型或无定型全多孔硅胶和堆积硅珠。u气相色谱：高分子多孔微球等仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论吸附色谱法吸附色谱法u流动相 有机溶剂（硅胶为吸附剂）u洗脱能力：主要由其极性决定。u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。uSnyder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。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论表 16-1 一些溶剂在硅胶上的o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0.70仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论u洗脱顺序 ka=KaSa/Vmu在色谱柱（Sa与Vm一定）时，Ka大的组分保留强，后被洗脱，Ka小的组分在吸附剂上保留弱，先被洗脱。uKa与组分的性质（极性、取代基的类型和数目、构型有关）。 吸附色谱法仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论以硅胶为吸附剂：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。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 (但要考虑其他因素的影响) 。不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸附力越强。分子中取代基的空间排列 仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论u分离原理 利用被分离组分离子交换能力的差别而实现分离。u分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。u阳离子交换：u阴离子交换：u离子交换通式： 33+RNR+OH-ClRNR+ClOH交换再生交换再生+ 3+RSOH+Na+Na+3HRSO三、离子交换色谱法三、离子交换色谱法仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论离子交换色谱法u交换反应的平衡常数即选择性系数：KA/B是离子对树脂亲和能力相对大小的度量，KA/B 越大，A的交换能力大，越易保留。常选择某种离子（如H+或Cl）作参考。KA、 KB为A、B的分配系数。仪器分析仪器分析第十六章 色谱分析法概论离子交换色谱法u固定相 离子交换剂(ion exchanger)：离子交 换树脂（resin）和硅胶化学键合离子交换剂。离子交换树脂: 有网状骨架及可离解、可交换基团 ，如