色谱技术概述及应用 

西北农林科技大学

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色谱分离分析技术概述及其应用

摘要：色谱技术作为分离分析的重要方法之一，是分析化学中最富活力的领域之一，能够分离物化性能差别很小的化合物，是化学领域不可缺的分离分析方法。色谱技术是一项分离分析复杂样品的技术，在我国工业生产中具有广泛应用。本文简述了近些年来提出几种比较流行的色谱概念、基础理论，对分离分析原理和分析仪器、操作步骤以及样品制备要求做了概括，并分析了色谱分离分析技术在实际中的广泛应用及其发展。

关键词：色谱技术；色谱分离；色谱分析方法；色谱原理；应用；色谱样品处理

Chromatography analysis Technical Overview and

Applications

Abstract: chromatographic techniques as an important method of separating analysis is to analyze one of the most dynamic areas of chemistry, physical and chemical properties of the compound can be isolated little difference, separation and analysis methods is essential field of chemistry. Chromatography is a separation of complex samples technology, widely used in China's industrial production. This paper describes the recent years presented several popular chromatographic concept, basic theory, the principle of separation of analysis and analytical instruments, as well as sample preparation steps required to do summarized and analyzed the chromatographic separation and analysis technology is widely used in practice its development.

Keywords: chromatography; chromatography; Chromatography; chromatography principle; application; Chromatography Sample Preparation

1 色谱技术概念及分类 1.1色谱分析技术

1.1.1色谱分析技术概念及原理

色谱技术在不同的应用领域中有不同的称呼，在分析技术中叫做色谱分析，在分离技术中叫做色谱分离。色谱法（chromatography）又称色谱分析、色谱分析法、层析法，是一种

物理化学分离和物理化学分析方法，在分析化学、有机化学、生物化学等领域有着非常广泛的应用。它利用不同溶质（样品）与固定相和流动相之间的作用力（分配、吸附、离子交换等）的差别，当两相做相对移动时，各溶质在两相间进行多次平衡，使各溶质达到相互分离。所以色谱法是利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。色谱法体系中的两相作相对运动时，通常其中一个相是固定不动的，称为固定相；另一相是移动的， 称为流动相。在色谱分析过程中，物质的迁移速度取决于它们与固定相和流动相的相对作用力。溶质和两相的吸引力是分子间的作用力，包括色散力、诱导效应、场间效应、氢键力和路易斯酸碱相互作用。对于离子，还有离子间的静电吸引力。被较强吸引在固定相上的溶质相对滞后于较强地吸引在流动相中的溶质，随着移动的反复进行与多次分配，使混合物中的各组分得到分离（如图1-1所示）。

图1-1 色谱技术原理

1.1.2 色谱分析技术分类

色谱分析法的分类比较复杂。根据流动相和固定相的不同，色谱法分为气相色谱法和液相色谱法。(1) 气相色谱法的流动相是气体 ，又可分为 ：气固色谱法，其流动相是气体，固定相为固体；气液色谱法，其流动相是气体，固定相是涂在惰性固体上的液体。(2) 液相色谱法的流动相是液体，又可分为液固色谱法，其流动相是液体，固定相是固体。(3) 液液色谱法，其流动相和固定相均是液体。按吸附剂及其使用形式可分为柱色谱、纸色谱和薄层色谱。按吸附力可分为吸附色谱、离子交换色谱、分配色谱和凝胶渗透色谱。按色谱操作终止的方法可分为展开色谱和洗脱色谱。按进样方法可分为区带色谱、迎头色谱和顶替色谱。色谱法的特点：(1) 分离效率高。可分离性质十分相近的物质，可将含有上百种组分的复杂混合物进行分离。(2) 分离速度快。几分钟到几十分钟就能完成一次复杂物质的分离操作。 (3) 灵敏度高。能检测含量在10-12 g以下的物质。(4) 可进行大规模的纯物质制备。 1.2色谱分离技术

1.2.1色谱分离技术概念及原理

色谱分离是利用混合物中各组分在两相中分配系数不同，当流动相推动样品中的组分通过固定相时，在两相中进行的连续多次反复的分配，从而形成差速移动，达到分离目的的方法。色谱分离技术是基于不同物质在由固定相和流动相构成的体系中具有不同的分配系数，在采用流动相洗脱过程中呈现不同保留时间，从而实现分离。传统色谱分离技术采用固定的色谱塔进行，先进入一定量物料，然后采用洗脱剂不断洗脱，在同一出口在不同时间段就可接到不同的产品组分，此过程费时费力。经过分析并加以改进，我们把固定相的树脂做成可以连续流动的系统，利用物质与固定相的相对运动速度不同实现分离。类似龟兔赛跑的原理，

我们把固定相比成一个传送带，把兔子乌龟分别比成快慢不同的两组份，只要使固定相加上一个与洗脱方向相反的驱动力，使传送带运动速度处于兔子和乌龟速度中间，跑的快的兔子比固定相快从前头得到，跑得慢的乌龟被传送带带到后面得到。 1.2.2色谱分离技术分类及特点

色谱法简单分为气相色谱法、液相色谱法、超临界流体色谱法。根据气相和液相制备的不同，再分为填充柱色谱法、毛细管色谱法、经典液相色谱柱法、高效液相色谱法、薄层色谱法、紫色普法、毛细管电泳法。按照固定相与流动相状态具体分类如下表1-1： 色谱属性 液相色谱 气相色谱 固定相 固体 液体 固体 液体 流动相 液体 液体 气体 气体 类型 液—固色谱 液—液色谱 气—固色谱 气—液色谱 表1-1 固定相与流动相状态具体分类

无论怎么分类，都有共同的特点：(1) 凡是色谱分离都具有固定相和流动相。(2) 固定相是不动的，流动相相对于固定相做相对运动。(3) 被分离的组分与流动相和固定相都有不同的作用力。这种作用力有吸附力、溶解力、离子交换能力等。在色谱分析中常用分配系数来描述组分对流动相和固定相的作用力的差别：

K=Cs/Ca

由此可见，分配系数的差别性是能够分离的基本原因。 2色谱技术的发展及动力学理论 2.1色谱技术发展

早在本世纪初，俄国植物学家Tswett研究植物色素的组成时，就首先提出了色谱法这一概念，并且认识色谱法为分离技术的潜力。然而遗憾的是，除了几例吸附色谱法分离某些天然产物之外，色谱法并未引起人们足够的重视，而被隔置许多年。1931年，Lederer 和 Kuhn Winterstein的工作进一步表明了色谱法作为一中化工分离技术的潜力。接着是Zec hmeisrer 和 Cholnoky， strain以及 Karrer 和Strong，他们用色谱法分离出克量级的植物色素混合物（叶绿素、 叶黄素、 叶红素）以及其他的天然产物（例如辣淑红等）。自此色谱分离技术才引起各国科学家的足够重视。1941年Martin 和 Simge 提出了分配色谱的概念。并巧妙地把描述分馏过程的塔板理论移植并应用色谱过程，获得了很大的帮助。他们还指出使用小颗粒填料和高的移动相压力，还可以改善液相色谱的效能。并且还预言，液相色谱的流动相可用气体所代替，这不仅大大促进了液相色谱的发展，同时也为气相色谱的出现奠定了基础。虽然Martin 和 Simge 早在40年代初就预见性的指出，液相色谱的流动相也可 用气相所代替，但是一直到1952 年 James 和 Martin 才发表第一篇有关气相色谱的论文。自此，气相色谱才引起人们的高度重视，得到了卓有成效的发展。目前气相色谱的技术已达到相当完善的程度，在石油、化学、化工、生物、医学、食品等各行各业中得到了广泛的应用。气相色谱的产生，可以说是色谱技术的一项革命性的发展。但是应用气相色谱技术只能分析分离能够气化的物质，或者在分析温度下具有足够蒸气压的物质。对于非挥发性的物质、热敏性的物质，以及具有生物活性物质分析分离，气相色谱技术将无能为力。为了根本上解决气相色谱技术的不足之处，高效液相色谱( HPLX )就应运而产生了。 2.2色谱动力学理论

从四十年代起，随着液相色谱技术的发展，许多研究者对色谱基础理论进行了不懈的研究， 提出了众多理论。其中比较著名的有：平衡色谱理论、塔板理论、轴向扩散理论、速率理论、双膜理论等。