第二章 药物分析方法 —— 分析化学部分

长春中医药大学

学生 :06 级药事管理

5.1 色谱分析法概论

第五节 色谱法 chromatograp

hy 一、色谱法的由来 1 ． 1906 年由俄国植物学家 Tsweet 创立 植物色素分离见图示 2 ．现在：一种重要的分离、分析技术 分离混合物各组分并加以分析 固定相——除了固体，还可以是液体 流动相——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

图示

固定相—— CaCO3 颗粒 流动相——石油醚

色带色带

二、色谱法定义、实质和目的 定义：利用物质的物理化学性质建立的分离、分方

法 实质：分离 目的：定性分析或定量分析

三、分类： 1 ．按两相分子的聚集状态分：

流动相 固定相 类型流动相 固定相 类型

液相色谱液相色谱液体 固体 液体 固体 液 液 -- 固色谱固色谱

液体 液体 液体 液体 液 液 -- 液色谱液色谱

气体 固体 气体 固体 气气 -- 固色谱固色谱

气体 液体 气体 液体 气气 -- 液色谱液色谱

气相色谱气相色谱

续前2 ．按固定相的固定方式分：

3 ．按分离机制分：

平面色谱平面色谱 纸色谱纸色谱 薄层色谱薄层色谱 高分子薄膜色谱高分子薄膜色谱

柱色谱柱色谱 填充柱色谱 填充柱色谱 毛细管柱色毛细管柱色谱谱

分配色谱分配色谱：利用分配系数的不同：利用分配系数的不同

吸附色谱吸附色谱：利用物理吸附性能的差异：利用物理吸附性能的差异

离子交换色谱离子交换色谱：利用离子交换原理：利用离子交换原理

空间排阻色谱空间排阻色谱：利用排阻作用力的不同：利用排阻作用力的不同

5.2 基本类型色谱法的分离机制 基本概念：固定相（ s ）；流动相（ m ）分配系数（ 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 ）和流动相（ m ）中的浓度之比

K =Cs

Cm

容量因子（ 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 ）和流动相（ m ）中的质量之比

四大基本类型色谱

（一）吸附色谱法（二）分配色谱法（三）离子交换色谱法（四）空间排阻色谱法

（一）吸附色谱法 要求： 固定相→吸附剂（硅胶或 Al2O3 ） 具表面活性吸附中心 分离机制：见图示

吸附系数

注：注： KKaa 与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质 及温度有关 及温度有关 next

图示

分离机制： 各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心 利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离

吸附→解吸→再吸附→再解吸→无数次洗脱→分开

（二）分配色谱法 要求： 固定相→机械吸附在惰性载体上的液体 流动相→必须与固定相不为互溶 载体→惰性，性质稳定， 不与固定相和流动相发生化学反应 分离机制见图示

狭义分配系数mm

ss

m

s

VX

VX

C

CK

注：注： KK 与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质 以及柱温有关 以及柱温有关 next

的浓度为溶质分子在流动相中

的浓度为溶质分子在固定相中

m

s

C

C

为流动相的体积

为固定相的体积

m

s

V

V

图示

分离机制 利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离

连续萃取过程 back

（三）离子交换色谱法 要求： 固定相→离子交换树脂流动相→水为溶剂的缓冲溶液被分离组分→离子型的有机物或无机物 分离机制见图示

选择性系数

阳离子交换树脂阳离子交换树脂 RSORSO

33--HH+ + + X+ X+ + → RSO→ RSO

33--XX+ + + H+ H+ +

mS

S

mS

mSS

HHRSO

XXRSO

XHRSO

HXRSOK

][][

][][

][][

][][

3

3

3

3

注：注： KKss 与离子的电荷数、水合离子半径、流动相性质、与离子的电荷数、水合离子半径、流动相性质、 离子交换树脂性质以及温度有关 离子交换树脂性质以及温度有关 next

固定离子固定离子 可交换离子可交换离子 待测离子待测离子

图示

分离机制： 依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力） 不同而实现分离 back

（四）空间排阻色谱法 要求： 固定相→多孔性凝胶 流动相→水——凝胶过滤色谱 流动相→有机溶剂——凝胶渗透色谱 分离机制见图示

渗透系数 ][

][

m

SP X

XK

注：注： KKpp 仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小，仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小， 与流动相的性质无关 与流动相的性质无关 next

图示

分离机制： 利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性 渗透实现分离 back

结论： 四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、 分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡 K 分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和 渗透系数

除了凝胶色谱法中的 K 仅与待测分子大小尺寸、凝胶 孔径大小有关外，其他三种 K 值都受组分的性质、流 动相的性质、固定相的性质以及柱温的影响

色谱理论的研究包括热力学和动力学两方面。

5.2 色谱法的基本理论

—— 塔板理论

热力学理论是从相平衡观点来研究分配过程

动力学理论是从动力学观点来研究各种动力学因素对峰展宽的影响

—— 速率理论

2. 色谱柱的柱效能

塔板高度： H = L/n

理论塔板数色谱柱长

同长度的色谱柱塔板数越多，塔板高度 H 越小，分离效果越好。

2

21

2 54516 )(.)(Y

t

Y

tn RR

色谱柱的理论塔板数按下式计算：

1. 色谱曲线为正态分布曲线

2. 速率理论范第姆特方程式：

H=A+B/U+CU

☆☆☆ 式中： U 为流动相平均线速度，

A 为涡流扩散项，

B/U 为分子扩散项，

CU 为传质阻力项。

减少 A ， B/U ， CU 三项的值，可以降低塔板高度量，减少色谱峰的扩张，提高柱效。

A， B/U， CU越小，色谱柱的塔板高度 H 越小，柱效率越高。改善柱效率的因素：

★ 选择颗粒较小的均匀填料★★选用较低的柱温操作★★★降低担体表面液层的厚度

★★★★ 选用合适的载气及载气流速

总结：范第姆特方程 H=A+B/U+CU