chapter1 色谱与分离概述

1、2020/7/10,“色谱与分离”,分析化学,仪器分析,色谱分析,(学科),2020/7/10,参考资料:,1.卢佩章, 戴朝政, 色谱理论基础, 科学出版社 1989; 2.湖南大学编, 色谱分析, 中国纺织出版社 2008; 3.张祥明，现代色谱分析，复旦大学出版社 2006; 4.何华，倪坤仪，现代色谱分析，化学工业出版社 2004; 5.分析化学丛书 第13卷(15)1 3分册 科学出版社（2001-2004）; 6. 现代色谱法及其在药物分析中的应用,（孙毓庆,王延宗）2005,1， 科学出版社; 7. 色谱分析法系列丛书，化工出版社（2001-2005）; 8.色谱杂志，中科院大连

2、化学物理研究所主办; 9. Giddings C.,Priciples and Theory Chromatographic Science Series, Marcel Dekker, New York, 1998; 10. Lindsay, High Performance Liquid Chromatography, (Series: Analytical Chemistry ), Jon Wiley 12.J. Chromatography 1980-2006 .,2020/7/10,一、色谱法的起源 二、色谱法的定义和应用 三、色谱过程分析 四、色谱法的分类 五、色谱法的特点 六、色

3、谱法的发展,第一章 概述,2020/7/10,色谱与分离?,常用的化学分离方法: 沉淀分离法 液-液萃取分离法 离子交换分离法 层析分离法 现代分离技术与分析法: 气相色谱法 液相色谱法,如, 有机混合物的分离方法( 像苯和环己烷的分离？）：,2020/7/10,1.概述 俄国植物学家茨维特（Tswett, ） 在1906年使用的装置：色谱原型装置，如图.(“色谱法”),一、色谱法的起源,他在1903年3月21日华沙举行的“自然科学学会 生物学分会会议”上，发表了题为“On a New Catege- ory of Adsorption Phenomena and Their Appilcat

4、ion to Biochemical Analysis”的文章，提出了应用吸附原 理分离植物色素的新方法。,1907年，在德国生物学会议上第一次向人们公开 展示了采用色谱法提纯的植物色素溶液及其色谱图 显现着彩色环带的柱管。(“色谱”）,2020/7/10,Michael Tswett(1872-1919), a Russian botanist , discovered the basic principles of column chromatography. He separated plant pigments by eluting a mixture of the pigments

5、on a column of calcium carbonate. The various pigments separated into colored bands; hence the name “chromatography”.,他为了分离植物色素，将植物绿叶的石油醚提取液倒入装有碳酸钙粉末的玻璃管中，并用石油醚自上而下淋洗，由于不同的色素在碳酸钙颗粒表面的吸附力不同，随着淋洗的进行，不同色素向下移动的速度不同，形成一圈圈不同颜色的色带，使各色素成分得到了分离。他将这种分离方法命名为色谱法（chromatography）。,2020/7/10,认识问题: 如: 1850年龙格(F.F.L

6、unge)观察到将一滴染料混合物溶液点滴到吸墨纸上 时会扩散成一层层的圆形环。 申拜恩（C.F. Schoenbein）在1861年注意到如果把一滴无机盐混合溶液点 满在一张滤纸上，那么各种盐分会以不同的速度向四周扩散成层。 德伊(D.T. Day)在1897年和克利特卡(S.K.Kritka)在1900年出发现 把石油简单地通过碳酸钙的细粉柱时，它就会被分成不同部分。,但认识到这种色谱分离现象和分离方法大有可为的是 俄国的植物学家获维特 !,2020/7/10,图 示：,固定相CaCO3颗粒 流动相石油醚,示,2020/7/10,植物色素分离图示:,2020/7/10,2020/7/10,色

7、谱法初认识: 一种重要的分离、分析技术;分离混合物各组分并加以分析,还可以进行制备. 固定相（stationary phase):除了固体，可以是液体 流动相(mobile phase):液体或气体 色谱柱: 各种材质和尺寸 被分离组分: 不再仅局限于有色物质,2020/7/10,二、色谱法定义及用途,定义：色谱法 (chromatography)，是一种物理或物理化学的分离分析方法。 原理：利用物质在固定相和流动相中的分配系数不同，使混合物中的各组分分离。 以前学过的分离方法有： 1.沉淀法 是利用物质溶解度的不同而进行分离。 2. 蒸馏法 是利用有机物沸点的差异进行分离。 3. 萃取法 是

8、利用组分在水相和有机相（互不相溶）中的分配系数不同进行而分离。,2020/7/10,色谱法的应用,1、应用简介： 色谱法已广泛用于各个领域，如石油化工、有机合成、生理生化、医药卫生、环境保护以及空间探索，是多组分混合物首选的分离分析方法。以中国药典2005版为例，一部收载中药1146个品种，用薄层色谱进行鉴别或含量测定的有1523项，用高效液相色谱进行定量分析的有479种518项，用气相色谱进行检测的有47种。二部收载的有1967个品种，采用高效液相色谱法的品种有848种。现在色谱法已形成一门专门的科学。,2020/7/10,2.色谱法应用领域,(一)、色谱法在定量、定性分析与制备、生产中的应

9、用 (二)色谱法在理论研究、催化化工、萃取等领域的应用 1无限稀释活度系数数据的测定及其在工程上的应用 混合溶剂、高压气液平衡系统 2溶液理论及热数据的测定 过量偏摩尔参数与过量偏摩尔热容 、溶解热、生成热、反应热、非电解质理论、高聚物溶液理论 3维里系数的研究与测定 4纯物质性质的研究与测定 蒸汽压、蒸发焓、沸点、相变、分子量、分子结构、熵、粘度、折光系数等,2020/7/10,5固体表面物理化学性质的研究,物理吸附（迎头色谱法、冲洗色谱法） 吸附等温线、固体表面积、固体内含孔径分布、 化学吸附与化学滴定 吸附热、固体表面的酸减性、催化剂活性中心及其性质、 程序升温色谱法研究固体表面性质 脱

10、附过程、还原与氧化、表面反应、 6催化反应动力学研究（微反应器反应色谱法） 脉冲催化反应动力学、脉冲断流色谱法、程序升温表面反应动力学、空穴色谱法与过渡应答技术、 7传递性质研究 气体扩散系数、液相扩散系数、催化剂中质量传递阻力、 8萃取过程的研究与参数测定,2020/7/10,当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而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。

11、 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础,三、色谱过程分析,2020/7/10,2020/7/10,2020/7/10,图 示：,分配系数的微小差异吸附能力的微小差异； 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。,2020/7/10, 分配系数 K(partition coefficient)与 色谱分离,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(T) 表示，即：,2020/7/10,分配系数K的讨论:,一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢

12、； 试样一定时，K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K不同； 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K值是分离的基础； 某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。,2020/7/10,四、色谱法的分类,1按两相分子的聚集状态分类,流动相 固定相 类型,超临界流体色谱法流动相为超临界流体,2020/7/10,2按固定相的固定方式分类,3按分离机制分类,分配色谱 吸附色谱 离子交换色谱 空间排阻色谱 毛细管电咏法 毛细管电色谱法,毛细管电泳,2020/7/10,色谱法简单分类,毛细管电泳法,2020/7/10,4.典型色谱法,（1）气相色谱(gas

13、 chromatography)： 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； 按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱,2020/7/10,（2）液相色谱(liquid chromatography),液相色谱：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。 离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同pH值的水溶液为流动相。,2020/7/10,（3）其他色谱方法,薄层色谱和纸色谱： 比较简单的色谱方法,凝胶色谱法: 超临界色谱: 高效毛细管电泳: 九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。,2020

14、/7/10,五、色谱法的特点,优点：“三高”、“一快”、“一广”,缺点：,高选择性:可将性质相似的组分分开; 高效能 :反复多次利用组分性质的差异, 产生很好分离效果; 高灵敏度: 10-1110-13g,适于痕量分析; 分析速度快:几几十分钟完成分离,一次可以测多种样品; 应用范围广:气体，液体、固体物质, 化学衍生化再用色谱分 离、分析. （选择性好，易于自动化）,对未知物分析的定性专属性差（定性能力差） 需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS),2020/7/10,六、色谱法的发展,1、历史 30年代 茨维特分离叶绿色素，产生固液吸附色谱； 40年代 液液分配色谱法、TLC、纸色

15、谱； 50年代 GC出现使色谱具备分离和在线分析功能； 60年代 推出了色谱质谱联用技术(GC-MS）； 70年代 HPLC出现使色谱分析范围进一步扩大； 80年代 出现了超临界流体色谱法、毛细管电泳法； 90年代 崛起的电色谱法，兼有毛细管电泳法与微填充柱色谱 法的优点； 21世纪 色谱科学将在生命科学等前沿发挥它不可替代的重要作用。,2020/7/10,色谱法的发展历史,2020/7/10,色谱法起过关键作用的诺贝尔奖研究工作,2020/7/10,在色谱发展史上占有重要地位的英国人A.J.P.Martin(马丁)和R.L.M.Synge(辛格)，他们提出色谱塔板理论；发明液-液分配色谱；预

16、言了气体可作为流动相（即气相色谱)，1953年马丁和AT詹姆斯发明气相色谱法,利用不同的吸附物质来分离气体,广泛用于各种有机化合物的分离和分析。 1952年，因为他们对分配色谱理论的贡献：用于分离氨基酸混合物中的各种组分,还用于分离类胡萝卜素。此法操作简便、试样用量少,可用于分离性质相似的物质以及蛋白质结构的研究,是生物化学和分子生物学的基本研究方法。由于这一贡献,马丁和辛格共获1952年诺贝尔化学奖。,2020/7/10,A.J. P. MARTIN 和R.L.M. Synge,A.J. P. MARTIN. (1910-2002) of the British National Insti

17、tute for Medical Research shared with fellow countryman R. L. M Synge the Nobel Prize in Chemistry (1952) for the invention of partition chromatography. R.L.M. Synge born Oct. 28, 1914, Liverpool, Eng. died Aug. 18, 1994, Norwich, Norfolk. Synge studied at Winchester College, Cambridge, and received his Ph.D. at Trinity College there in 1941.,2020/7/10,我国在色谱分析领域的研究起于1954年，由中国 科学院大连化学物理研究所首先开发，目前中科院兰 州