色谱怎样分离混合物
色谱有两相：不动的固定相stationary phase（纸、硅胶板、色谱柱里的填料）和流过它的流动相mobile phase（展开剂、洗脱剂）。每个组分都在两相之间来回分配：
- 和固定相作用越强，停留越久，移动越慢；
- 和流动相作用越强，被带着走得越快。
各组分的分子间作用力不同，移动速度不同，于是分开。纸（纤维素）和硅胶表面都有大量 –OH，是极性固定相。
Rf 值
- Rf 在 0 到 1 之间，两段距离都从起始线量起。
- 同一种固定相、同一种展开剂、同样的温度下，同一种物质的 Rf 相同，所以可以和标准物对照来鉴别。
- 柱色谱里没有 Rf，比较的是流出的先后：和固定相作用弱的组分先流出。
实验要点
- 起始线用铅笔画（墨水会被展开剂溶解、分开），并且要高于溶剂液面，否则样品会直接溶进溶剂里。
- 点样要小而集中；展开到溶剂前沿接近顶端时取出，立即标记溶剂前沿。
例题 1：计算 Rf 并鉴别
在硅胶薄层板上，溶剂前沿离起始线 7.5 cm，未知物的斑点移动了 4.8 cm。同一块板上，标准物 A、B 的 Rf 分别为 0.64 和 0.30。未知物可能是哪一种？
-
计算未知物的 Rf。
-
对照标准物。 同一块板、同一种展开剂，未知物的 Rf 和 A 相同。
-
结论。 未知物可能是 A。要更有把握，可以换一种展开剂再做一次，看两者的 Rf 是否仍然相同。
例题 2：用分子间作用力解释顺序
用硅胶薄层板、以己烷为展开剂，分离萘（C₁₀H₈）和 2-萘酚（C₁₀H₇OH）。哪一个的 Rf 更大？说明理由。
- 比较两种物质。 萘只有 C、H，非极性，分子间只有色散力。2-萘酚多了一个 –OH，可以形成氢键。
- 和固定相的作用。 硅胶表面有 Si–OH。2-萘酚能和它形成氢键，被吸附得更牢；萘和硅胶只有较弱的色散力。
- 和流动相的作用。 己烷非极性，更容易把非极性的萘带着走。
- 结论。 萘的 Rf 更大，2-萘酚停留在离起始线更近的地方。
- 硅胶板、己烷展开：换成一个极性更大的化合物
和极性的硅胶作用更强，移动得更少。
- 硅胶板：在展开剂中加入乙酸乙酯，使展开剂极性变大；看一个极性化合物
流动相更能“拉走”极性化合物。
- 其他条件不变，展开时间更长，溶剂前沿走得更远
斑点和前沿按比例走远，比值不变。
- 换用更长的同种纸条
Rf 是比值，与纸条长度无关。
- 反相色谱（非极性固定相、极性流动相）：组分的极性变大
和非极性固定相作用变弱，和极性流动相作用变强。
- 反相色谱：流动相中有机溶剂的比例增大（极性变小）；看一个非极性组分
流动相更能溶解非极性组分，把它带走。
- 纸色谱、70% 异丙醇展开：换成一种极性更大的染料
展开剂极性较小，极性大的染料更多地留在极性的纸上。
- 纸色谱、盐水展开：换成一种极性更大的染料
极性的展开剂更能溶解极性染料，把它带得更远。
常见误区
误区 1：“Rf 大，说明分子小、质量轻。” 纸色谱和薄层色谱的分离靠的是组分和两相之间作用力的相对强弱，不是分子大小。
误区 2：“同一种物质在任何条件下 Rf 都一样。” Rf 取决于固定相、展开剂和温度。只有在相同条件下比较 Rf 才有意义。
误区 3：“极性物质总是跑得慢。” 要看两相：固定相极性、展开剂极性较小时，极性物质跑得慢；展开剂极性很大或者用反相色谱时，顺序会反过来。
即时小测
斑点移动了 3.0 cm，溶剂前沿移动了 6.0 cm，Rf 是多少？
Rf = 3.0 ÷ 6.0 = 0.50。
Rf 的取值范围是？
斑点不会超过溶剂前沿。
起始线为什么要用铅笔画？
石墨不溶于展开剂，不会移动。
起始线为什么必须高于溶剂液面？
样品浸在溶剂里会被冲散，斑点不会沿纸移动。
未知物和某标准物在同一条件下 Rf 相同，最合理的结论是？
不同物质也可能碰巧 Rf 相同。
色谱能把混合物分开，根本原因是？
作用力不同，在两相之间的分配不同，移动速度就不同。
AP 式练习
学生把菠菜叶的提取液点在硅胶薄层板上，用己烷–丙酮混合溶剂（丙酮占少量）展开。溶剂前沿离起始线 7.2 cm，结果如下：
| 色素 | 颜色 | 移动距离 / cm |
|---|---|---|
| β-胡萝卜素 | 橙黄 | 6.8 |
| 叶绿素 a | 蓝绿 | 3.1 |
| 叶绿素 b | 黄绿 | 2.3 |
(a) 计算 β-胡萝卜素和叶绿素 a 的 Rf。
(b) β-胡萝卜素（C₄₀H₅₆）是烃；叶绿素分子中有 C=O、酯基和与 Mg 配位的 N 原子。用分子间作用力解释为什么 β-胡萝卜素的 Rf 大得多。
(c) 如果增加展开剂中丙酮的比例，叶绿素 a 的 Rf 会怎样变化？说明理由。
(d) 用装有同样硅胶、同样洗脱剂的色谱柱分离这些色素，哪一种最先流出？
(e) 叶绿素 b 和叶绿素 a 的区别是：叶绿素 a 中的一个 –CH₃ 在叶绿素 b 中换成了 –CHO。解释叶绿素 b 的 Rf 为什么更小。
参考答案与评分要点
(a) β-胡萝卜素：6.8 ÷ 7.2 = 0.94；叶绿素 a：3.1 ÷ 7.2 = 0.43。
(b) β-胡萝卜素是非极性分子，和极性的硅胶（表面有 Si–OH）之间只有较弱的色散力，容易被以己烷为主的非极性展开剂带走。叶绿素有极性基团，和硅胶之间有偶极–偶极作用（以及和 Si–OH 的氢键），被吸附得更牢，所以移动得少。
(c) 变大。丙酮极性比己烷大，展开剂极性增大后，和叶绿素的极性基团作用更强，更能和硅胶“争夺”叶绿素，叶绿素移动得更远。
(d) β-胡萝卜素最先流出，因为它和固定相的作用最弱。
(e) –CHO 中的 C=O 是极性的，使叶绿素 b 的极性比叶绿素 a 大，和硅胶之间的偶极–偶极作用更强，移动得更少。
评分要点： (a) 两个 Rf；(b) 比较两者与极性固定相的作用力（色散力 vs 偶极–偶极/氢键）；(c) 变大并说明展开剂极性的作用；(d) β-胡萝卜素；(e) 用 C=O 的极性说明。
小结
- 色谱：组分在固定相和流动相之间分配，和固定相作用越强，移动越慢。
- Rf = 斑点距离 ÷ 溶剂前沿距离，都从起始线量起；只有相同条件下的 Rf 才能比较。
- 解释顺序时，比较各组分和两相之间的分子间作用力；改变展开剂或固定相的极性，顺序和 Rf 都会变。
AP 提示： 色谱的解释题要同时说到三样东西：组分的结构（有没有极性基团）、它和固定相的作用力类型、因此移动得多还是少。
数据来源：模拟和练习中的 Rf 与移动距离都是示意数据。