第15章 分离分析法 导论

1、一、一、 色谱分析法基本概念色谱分析法基本概念1.色谱分析法简介色谱分析法简介现代色谱分析法是一大类现代色谱分析法是一大类分离分析分离分析方法。方法。在在互不相溶互不相溶两相间，混合物被两相间，混合物被流动相流动相携带流过携带流过，因各组，因各组分在两相间分在两相间分配平衡的差异分配平衡的差异，各组分随流动相移动的，各组分随流动相移动的速度有差速度有差异异，经过一段距离的移动之后，混合物中各组分被一一分离。，经过一段距离的移动之后，混合物中各组分被一一分离。现代色谱分析，将分离和分析（检测）过程集成。现代色谱分析，将分离和分析（检测）过程集成。对于混合物的分析检测，具独特优势。对于混合物的分析

2、检测，具独特优势。Agilent 6820 Agilent 6820 气相色谱仪气相色谱仪 按流动相与固定相状态分类按流动相与固定相状态分类流动相为气体流动相为气体流动相为液体流动相为液体高效液相色谱仪高效液相色谱仪 2. 2. 色谱分析法的分类色谱分析法的分类按操作形式分类按操作形式分类柱柱 色色 谱：谱：按分离原理分类按分离原理分类3.3.色谱图及色谱峰参数色谱图及色谱峰参数BA色谱图色谱图信号（浓度）时间曲线信号（浓度）时间曲线由由基线基线和若干和若干色谱峰色谱峰组成。组成。色谱峰参数色谱峰参数( (一）保留值定性一）保留值定性1) 1) 死时间死时间t t0 00tLu 流动相流动相平

3、均线速度平均线速度柱长柱长2 2）保留时间）保留时间t tR R0tttRR3 3）调整保留时间）调整保留时间tR4 4）死体积）死体积V V0 00 0mcmcVtFVtF5 5）保留体积）保留体积V VR RRRcVtF 6 6）调整保留体积）调整保留体积RRcVtF 7)7)相比相比 msVV 7 7）相对保留值）相对保留值r r2 2, ,1 1 222 111,()(),( )( )RRRRtVtV( (二）峰高与峰面积定量二）峰高与峰面积定量8 8）峰高（）峰高（h h）9 9）峰面积（）峰面积（A A）（三）区域宽度柱效（三）区域宽度柱效1010）峰底宽度）峰底宽度Y Y自色谱峰

4、上升沿和下降沿拐点所作切线在自色谱峰上升沿和下降沿拐点所作切线在基线基线上的截距上的截距11 11）半峰宽）半峰宽Y Y1/21/2Y=1.70 Y1/2 。利用色谱曲线可以解决的问题？利用色谱曲线可以解决的问题？定性（保留值）定性（保留值）定量（峰面积）定量（峰面积）评价色谱柱好坏评价色谱柱好坏QuestionQuestion 组分保留时间为何不同？组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？色谱峰为何变宽？二、色谱分析法理论基础二、色谱分析法理论基础1 1、分配平衡（热力学过程）、分配平衡（热力学过程）每一次每一次分配达平衡分配达平衡时，时，A A、B B在柱内的位置会有一微小差在柱内的位置会有

5、一微小差异。只要分配次数足够多，就可以将异。只要分配次数足够多，就可以将分配系数分配系数有微小差有微小差别的组分一一分离别的组分一一分离当组分在两相间分配达平衡时当组分在两相间分配达平衡时分配系数分配系数KmsccK 组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓度组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度分配比分配比msmmk 组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量当组分在两相间分配达平衡时当组分在两相间分配达平衡时分配系数分配系数K K与分配比与分配比k的关系的关系/ / /s ss ss sm mm mm mm ms sc cm mV VV VK Kc

6、cm mV VV V K与与k都是与组分及两相热力学性质有关的常数。都是与组分及两相热力学性质有关的常数。K与与k k都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数 值越大，该组分的保留时间越长。值越大，该组分的保留时间越长。 相对保留值与分配系数及分配比的关系相对保留值与分配系数及分配比的关系 2222211111,( )( ),( )( )RRRRtVKKtVk可直接从色谱图上获得可直接从色谱图上获得0 00 0( (1 1) )( (1 1) )R RR Rt tt tV VV V 色谱柱对色谱柱对1 1、2 2的选择性越好。的选择性越好。K2/K11（21

7、1）QuestionQuestion 两组分能分离的必要条件是什么？两组分能分离的必要条件是什么？色谱柱对色谱柱对1 1、2 2有相同的选择性有相同的选择性21211 1，峰距为，峰距为0 0212111，2121越大，越大，峰距越远峰距越远2 2、扩散和传质（动力学过程）、扩散和传质（动力学过程）组分在柱内的扩散及传质，使组分在柱内的扩散及传质，使使色谱峰扩展、柱效下降。使色谱峰扩展、柱效下降。将将色色谱谱柱柱视视为为精精馏馏塔塔峰越窄，柱效能越高峰越窄，柱效能越高色谱柱长度一定时，塔板数越多，色谱柱长度一定时，塔板数越多，分配平衡次数越多，柱效越高分配平衡次数越多，柱效越高是由是由Mart

8、inMartin和和SyngerSynger首先提出首先提出的色谱热力学平衡理论。的色谱热力学平衡理论。221 25 5416RRttnYY /.L L一定时，一定时，n n 越大越大( (H H 越小越小) )，被测，被测组分在柱内被分配的次数越多，组分在柱内被分配的次数越多，柱效能越高，所得色谱峰越窄。柱效能越高，所得色谱峰越窄。nLH 理论塔板数理论塔板数理理论论塔塔板板高高度度色谱柱长度色谱柱长度221 25 5416 /.RReffttnYYeffeffnLH 有效塔板数有效塔板数有效板高有效板高 不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用塔板数

9、和塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应塔板数和塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。指明测定物质。能够评价色谱柱柱效能，能够评价色谱柱柱效能，不能解释影响柱效能的因素不能解释影响柱效能的因素塔板理论的特点与不足塔板理论的特点与不足QuestionQuestion 速率理论影响柱效能的因素速率理论影响柱效能的因素范第姆特首先提出的色谱分离范第姆特首先提出的色谱分离动力学理论动力学理论CuuBAH 流动相流动相线速度线速度范弟姆特方程范弟姆特方程范范. .弟姆特方程式弟姆特方程式物理意义物理意义2pAd 固定相颗粒（固定相颗粒（d dp p）越小，填充越均匀（）越小，填充越均匀（ 越小）越

10、小）A A越小，越小，H H越小，柱效越高，色谱峰越窄。越小，柱效越高，色谱峰越窄。板高板高, H(cm)固定相颗粒大小对板高的影响固定相颗粒大小对板高的影响：弯曲因子；：弯曲因子； DgDg：组分在流动相中：组分在流动相中 的扩散系数的扩散系数气相色谱的分子扩散远大于液相色谱气相色谱的分子扩散远大于液相色谱流动相流动相柱内谱带构型柱内谱带构型相应的响应信号相应的响应信号2gBD 流动相流动相固液界面固液界面固定相固定相组分分子组分分子CsCmC = （Cm+ Cs）2,2,20.01(1)pmgdkCkDCm：流动相传质阻力：流动相传质阻力固定相颗粒越小，载气扩散系数越大（分子量越小）固定相

11、颗粒越小，载气扩散系数越大（分子量越小）气相传质阻力越小气相传质阻力越小2,223(1)fssdkCkDCs ：固定相传质阻力固定相传质阻力固定液粘度及液膜厚度越小固定液粘度及液膜厚度越小液相传质阻力越小液相传质阻力越小4) 4) 流动相线速度对板高的影响流动相线速度对板高的影响CuuBAH optminu2BCHABC 例 ： 已 知 一 色 谱 柱 在 某 温 度 下 的 速 率 方 程 的例 ： 已 知 一 色 谱 柱 在 某 温 度 下 的 速 率 方 程 的A=0.08cm; B=0.65cm2/s; C=0.003s, 求最佳线速度求最佳线速度u和和最小塔板高最小塔板高H. 解解:

12、 H=A+B/u+Cu最佳线速最佳线速: u最佳最佳(B/C)1/2 (0.65/0.003)1/214.7cm/s最小板高最小板高: H最小最小A+2(BC)1/2 0.08+2(0.650.003)1/20.17cm例：某一气相色谱柱，速率方程式中例：某一气相色谱柱，速率方程式中A A、B B、C C的值分的值分别是别是0.15cm0.15cm，0.36 cm0.36 cm2 2.s .s-1 -1, ,和和4.34.31010-2 -2 s s，计算最佳流，计算最佳流速和最小塔板高度。速和最小塔板高度。是否柱效能越高，色谱分离的效果就越好？是否柱效能越高，色谱分离的效果就越好？Quest

13、ionQuestion QuestionQuestion 载体粒度由载体粒度由6060目改变为目改变为100100目，若其它条件不变，目，若其它条件不变，H Hu u曲线有何变化曲线有何变化同一根色谱柱，分别用同一根色谱柱，分别用H H2 2、NN2 2作载气，测出作载气，测出H-uH-u曲线如下，判断曲线如下，判断A A、B B分别代表哪种流动相，并解分别代表哪种流动相，并解释原因释原因21211()2RRttRYY 选择性选择性柱效能柱效能R=1.5完全分离完全分离 2 22 22 21 1()()1)()()1)4141n nR R ( (分离度与分离度与n 、及及的关系的关系 n增加到

14、原来的增加到原来的3倍倍，R增加到原来的增加到原来的1.7倍倍 从从1.01增加到增加到1.1，R增加到原来的增加到原来的9倍倍 结论结论选择合适的固定相选择合适的固定相(流动相流动相)以增加以增加 是改善分离度最有效的方法是改善分离度最有效的方法 增加，增加，R R也也增加，但效果不及增加，但效果不及明显明显分离度与分离度与n有效有效的关系的关系2 21 1( () )4 4e ef ff fn nR R 2 22 22 20 00 02 22 22 20 00 02 22 22 22 2 1 16 61 16 6 1 1 1 11 11 1( () )( () )1 11 1( () )

15、( () )( () )4 41 14 4R RR RR Re ef ff fe ef ff fR RR RR Re ef ff fe ef ff fe ef ff ft tt tt tn nn nn nY YY Yn nt tt tt tt tt tt tn nn nn nn nt tn nn nR R （）=（） = （） = 例：分析某试样时，两组分相对保留值例：分析某试样时，两组分相对保留值2 2，1 11.211.21，柱的有效塔板高度柱的有效塔板高度H H有效有效1mm1mm，需要多长的色谱柱才，需要多长的色谱柱才能分离完全？能分离完全？ 22221.2116)16 1.5()11

16、9511.211nR有有效效（1195 1mm=1.195mL nH 有有效效有有效效解：两组分能分离完全，则解：两组分能分离完全，则R1.5R1.52 21 1( () )4 4e ef ff fn nR R 例例：两物质：两物质A A和和B B在在30cm30cm长的色谱柱上的保留时间长的色谱柱上的保留时间分别为分别为16.416.4和和17.63min17.63min，有一不与固定相作用的物，有一不与固定相作用的物质，其在此柱上的保留时间为质，其在此柱上的保留时间为1.30 min1.30 min。物质。物质A A和和B B的 峰 底 宽 分 别 为的 峰 底 宽 分 别 为 1 . 1

17、 11 . 1 1 和和 1 . 2 1 m i n1 . 2 1 m i n 。 试 问 ：。 试 问 ：1 1）柱分离度）柱分离度R R；2 2）柱平均理论塔板数）柱平均理论塔板数navnav3 3）平均塔板高度）平均塔板高度HavHav4 4）若要求）若要求R R达到达到1.51.5，则柱长至少应为多少？，则柱长至少应为多少？1 1）柱分离度柱分离度R R；2121(17.6316.40)min1.06(1.1111()221.21)minRRttRYY232(33233)16.4016()3.49 101.1117.6316()3.40 101.21(3.49 1013.40 10 )

18、 / 23.44 16()0ABRvAannntY 2 2）柱平均理论塔板数柱平均理论塔板数n navav3 3）平均塔板高度平均塔板高度H Havav33308.7 103.44 10avLHcmn4 4）若要求若要求R R达到达到1.51.5，则柱长至少应为多少？，则柱长至少应为多少？2111222222()1 .0 63 06 01 .5RnLRnLLc mL 1 1、定性分析、定性分析 三、色谱定性定量分析三、色谱定性定量分析1） 用已知纯物质用已知纯物质 对照定性对照定性 保留值定性保留值定性 经验规律经验规律碳数规碳数规律律在一定温度下，在一定温度下，的调整保留时间的的调整保留时间

19、的对数与分子中碳数成线性关系对数与分子中碳数成线性关系)3(lg nCAntr保留指数（文献对照）保留指数（文献对照）lglglglg100)()1()()(ZrZrZrxrxttttZI Z, Z+1:正构烷烃的碳原子数正构烷烃的碳原子数进样)(xrt)(Zrt)1( Zrt例：乙酸正丁酯在阿皮松例：乙酸正丁酯在阿皮松L柱上的流出曲线如下柱上的流出曲线如下图所示。由图中测得调整保留距离为：乙酸正图所示。由图中测得调整保留距离为：乙酸正丁酯丁酯310.0 mm，正庚烷，正庚烷174.0 mm，正辛烷，正辛烷373.4 mm。求乙酸正定酯的保留指数。求乙酸正定酯的保留指数。6 .7750 .17

20、4lg4 .373lg0 .174lg0 .310lg7100 xI在与文献值对照时，一在与文献值对照时，一定要重视文献值的实验定要重视文献值的实验条件条件.联机定性联机定性GC/MS(气相色谱气相色谱- -质谱质谱) )例：川桂皮挥发油的化学成分分析例：川桂皮挥发油的化学成分分析色谱柱：色谱柱：SE54(30m0.25mm0.25m) 色谱操作条件色谱操作条件载气：氦气，流速载气：氦气，流速1mL/min柱温：初温柱温：初温60保持保持1min，8 /min升温至升温至150 ，6 /min升温至升温至190 ，8 /min升升温至温至250 ，保持，保持1min总离子流色谱图总离子流色谱图

21、6号峰的质谱图号峰的质谱图GC/AES(气相色谱原子发射光谱气相色谱原子发射光谱)二甲基硒二甲基硒烯丙基甲基硒烯丙基甲基硒甲基亚磺基硒酸甲酯甲基亚磺基硒酸甲酯二甲基二硒二甲基二硒2丙稀硫硒酸甲酯丙稀硫硒酸甲酯 1丙稀硫硒酸甲酯丙稀硫硒酸甲酯 双双(甲硫甲硫)硒硒烯丙基甲基烯丙基甲基硫硫二甲基二硫二甲基二硫二烯丙基硫二烯丙基硫烯丙基甲基二硫烯丙基甲基二硫二甲基三硫二甲基三硫二烯丙基二硫二烯丙基二硫烯丙基甲基三硫烯丙基甲基三硫二烯丙基三硫二烯丙基三硫GC-AES同时检测大蒜中碳、硫、硒化合物同时检测大蒜中碳、硫、硒化合物Se(196.1 nm)C(193.1 nm)S(180.7 nm) 2 2、

22、色谱定量分析、色谱定量分析 f fi i，：定量校正因子；定量校正因子； A Ai i ：峰面积峰面积()iiimfA 峰峰面面积积()iiimfh 峰峰高高（1 1）峰面积的测量）峰面积的测量峰形对称的峰：峰形对称的峰： 单位峰面积单位峰面积(或单位峰高或单位峰高)的组分的量的组分的量绝对校正因子绝对校正因子if( (通常以苯为基准通常以苯为基准) )s/iiiisisssifmAmAffmAmA 相对校正因子相对校正因子P260：求苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的相对校正因子求苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的相对校正因子 （以苯为基准）（以苯为基准）180 10 59671 00180 10 5967

23、180 10 54781 9684 40 5967180 10 61204 0945 20 5967180 10 66804 1149 00 5967siissiissiissiish mfh mh mfh mh mfh mh mfh m .苯苯甲甲 苯苯乙乙 苯苯二二 甲甲 苯苯归一化法归一化法 normalization method 1122100%100%.iiiinnmA fwmA fA fA f （3 3）定量计算方法）定量计算方法 试样中所有组分均试样中所有组分均须出完整的峰须出完整的峰要求要求操作条件如进样量、载气流速等操作条件如进样量、载气流速等变化时对结果的影响较小。变化时

24、对结果的影响较小。优点优点例：有一样品的色谱图，各组分的例：有一样品的色谱图，各组分的f f值，色谱峰的值，色谱峰的面积列于下表。用归一化法求各组分的含量。面积列于下表。用归一化法求各组分的含量。组分组分乙醇乙醇庚烷庚烷苯苯乙酸乙酯乙酸乙酯峰面积峰面积相对校正因子相对校正因子5.05.00.820.829.09.00.890.894.04.01.001.007.07.01.011.015 00 8210017 695 00 829 00 894 01 007 01 019 00 8910034 565 00 829 00 894 01 007 01 014 01 0010017 265 00

25、829 00 894 01 007 01 017 01 015 00 829wwww .%. %.%. %.%. %.乙乙醇醇庚庚烷烷苯苯乙乙酸酸乙乙酯酯10030 5000 894 01 007 01 01 %. %.外标法（标准曲线法）外标法（标准曲线法）过程：过程： 用用待测组分标准物待测组分标准物制备制备一系列不同含量的标准溶液，在一系列不同含量的标准溶液，在选定色谱条件下取相同体积分别选定色谱条件下取相同体积分别测定，用峰面积对含量做测定，用峰面积对含量做标准曲标准曲线线。 特点：特点：适合大批量试样的分析。适合大批量试样的分析。0123450100200300400500浓 度 信号 Biiiiiissssssmf Af AmmmfAfA siiiiss100%100%mmf Awmf Am 方法：方法：选择一种试样中不存在的物质为内标物，选择一种试样中不存在的物质为内标物，加入到加入到准确称量的试样准确称量的试样中，中，混匀后取一定体积混匀后取一定体积进样测定：进样测定：l适用：适用：不能采用归一化法、外标法的情况不能采用归一化法、外标法的情况特点：特点：准确度高，但增加了工作量