《色谱分析法概论》ppt课件

1、17.1.1.17.1.1.色谱法的来源和开展色谱法的来源和开展混合物最有效的分别、分析方法。混合物最有效的分别、分析方法。俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在19061906年运用的安装年运用的安装：色谱原型安装，如图。：色谱原型安装，如图。 色谱法是一种分别技术色谱法是一种分别技术 色谱法层析法不仅用于有色物质分别，色谱法层析法不仅用于有色物质分别，且大量用于无色物质分别。且大量用于无色物质分别。 管内填充物，称为固定相。管内填充物，称为固定相。 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体气体或液体，称为流动相。体气体或液体，称为流动相。17.1 概

2、述概述3030年代年代 出现薄层色谱法出现薄层色谱法4040年代年代 纸色谱法纸色谱法 ( (塔板实际塔板实际) )5050年代年代 气相色谱法兴起，奠定了现代色谱法的根气相色谱法兴起，奠定了现代色谱法的根底，可底，可“在线分析。在线分析。 速率实际速率实际6060年代气相色谱年代气相色谱- -质谱联用技术质谱联用技术7070年代高效液相色谱法年代高效液相色谱法(HPLC)(HPLC)的崛起的崛起, ,把色谱法又把色谱法又推进到一个新里程碑。推进到一个新里程碑。8080年代年代 液相色谱联用技术、超临界流体色谱液相色谱联用技术、超临界流体色谱9090年代年代 毛细管电泳法毛细管电泳法开展历程开

3、展历程 (1)按两相分子的聚集形状分：按两相分子的聚集形状分：17.1.2.17.1.2.色谱法的分类色谱法的分类(2)按操作方式分类：按操作方式分类：3按分别机制分：按分别机制分：色谱法色谱法气相色谱法气相色谱法(GC)Gas Chromatography液相色谱法液相色谱法(LC)Liquid Chromatography超临界流体色谱法超临界流体色谱法SFC柱色谱法柱色谱法气固色谱气固色谱气液色谱气液色谱平板色谱法平板色谱法柱色谱法柱色谱法毛细管电泳法毛细管电泳法纸色谱法纸色谱法薄层色谱薄层色谱离子交换离子交换液固液固液液液液空间排阻空间排阻17.2 色谱过程与术语色谱过程与术语 当流动

4、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。随着流动相的挪动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得。随着流动相的挪动，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管的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。各组分被固定相保管的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。动画动画两相及两相的相对运动两相及两相的相对运动构成了色谱法的根底构成了色谱法的根底17.2.1 17.2.1 色谱过程色谱过程 经色谱柱分别后的样品组份经过检测器时，所产生的电信经色谱柱分别后的样品组份经过检测器时，所产生的电信号强度对时间作图

5、，所绘得曲线称为色谱图或流出曲线号强度对时间作图，所绘得曲线称为色谱图或流出曲线17.2.2 17.2.2 根本术语根本术语(P436)(P436)1. 1. 色谱色谱(1) (1) 基线基线基线是在操作条件下，没有组份流出时的流出曲线基线是在操作条件下，没有组份流出时的流出曲线基线反映仪器的噪音随时间的变化基线反映仪器的噪音随时间的变化稳定的理想基线应该是一条程度直线稳定的理想基线应该是一条程度直线基线漂移基线漂移: :基线在一段时间内朝某一个方向变化基线在一段时间内朝某一个方向变化. .(2) (2) 峰高或峰面积峰高或峰面积 色谱峰顶点与基线之间的垂直间隔，以色谱峰顶点与基线之间的垂直间

6、隔，以h表示，表示， 用来衡量色谱峰宽度的重要参数，有三种表示方法：1规范差 ()：正态分布曲线上两拐点间间隔的一半。反映组分分散程度。2峰底宽 (W)：W=4 3半峰宽 (W1/2)：色谱峰高一半处的宽度 W1/2 =2.355 或W=1.699 W1/2(3) (3) 峰宽峰宽v保管时间和调整保管时间是色谱法的根本定性参数保管时间和调整保管时间是色谱法的根本定性参数(1) 保管时间保管时间tR：试样从进样开场到某试样从进样开场到某个组份色谱峰顶点的个组份色谱峰顶点的时间间隔，称为保管时间间隔，称为保管时间；时间；(3)调整保管时间调整保管时间tR ：tR= tRt0 (2)死时间死时间t0

7、：不：不与固定相作用的物质与固定相作用的物质如空气的保管时如空气的保管时间；间；2. 2. 保管值保管值 (4) 保管体积保管体积VR： VR = tRFcFc为流动相流速，为流动相流速，单位：单位：m L / min。 (5) 死体积死体积V0： V0 = t0 Fc (6) 调整保管体积调整保管体积(VR)： V R = VR V0 VR 也是常用的色谱定性参也是常用的色谱定性参数之一数之一 又称Kovats指数，是一种重现性较好的定性参数。测定方法： 将正构烷烃作为规范，规定其保管指数为分子中碳原子个数乘以100如正己烷的保管指数为600。 其它物质的保管指数IX是经过选定两个相邻的正构

8、烷烃，其分别具有Z和Z1个碳原子。被测物质X的调整保管时间应在相邻两个正构烷烃的调整保管值之间如下图：(7)(7)保管指数保管指数 (I) (I)保管指数计算方法保管指数计算方法lglglglg100)()()()()()()1(zRnzRzRxRXZRXRzRttttnzIttt 例例 在在Apiezol L柱上，柱温柱上，柱温100，用正，用正庚烷及正辛烷为参考物质对 ， 测 得庚烷及正辛烷为参考物质对 ， 测 得t0=30.0s，正庚烷的，正庚烷的tR=204.0s，乙酸正，乙酸正丁酯的丁酯的tR=340.0s及正辛烷的及正辛烷的tR=403.4s。阐明乙酸正丁酯在阐明乙酸正丁酯在Api

9、ezol LApiezol L柱上的保管行为相柱上的保管行为相当于当于7.7567.756个碳原子的正构烷烃的保管行为。个碳原子的正构烷烃的保管行为。0.174lg4.373lg0.174lg0.310lg17Ix=100=775.63.3.分配系数与容量因子分配系数与容量因子(P439)(P439)(1)(1)分配系数分配系数 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。在一定温度和压力下，组分在两相间分配到达平衡时的浓度单位：g / mL比，称为分配系数，用K 表示，即：Ms ccK 组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓

10、度分配系数是色谱分别的根据。分配系数是色谱分别的根据。分配系数分配系数 K 的讨论的讨论 一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；试样一定时，试样一定时，K主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质；某组分的某组分的K = 0时，即不被固定相保管，最先流出。时，即不被固定相保管，最先流出。 组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓度 KK K有不同的概念：吸附色谱法为吸附系数，离子交换有不同的概念：吸附色谱法为吸附系数，离子交换色谱法为选择性系数或称交换系数，凝胶色谱色谱法为选择性系数或称交换系数，凝胶色谱法为

11、滲透参数法为滲透参数 容量因子是指，在一定温度下，组分在两相间分配到达平容量因子是指，在一定温度下，组分在两相间分配到达平衡时的质量比：衡时的质量比：ms mmk组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量分配系数与容量因子都是与组分及固定相的热力学性分配系数与容量因子都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分别柱温度、柱压的改动而变化。质有关的常数，随分别柱温度、柱压的改动而变化。分配系数与容量因子都是衡量色谱柱对组分保管才干分配系数与容量因子都是衡量色谱柱对组分保管才干的参数，数值越大，该组分的保管时间越长。的参数，数值越大，该组分的保管时间越长。容量因子可以由实验测得。容量因子可以由实验

12、测得。容量因子也称：容量因子也称： 分配比；质量分配系数；分配比；质量分配系数；(2)(2)容量因子容量因子mSmmSsmSVVKVcVcmmk(3)(3)分配系数和容量因子的关系分配系数和容量因子的关系(4)(4)分配系数和容量因子与保管时间关系分配系数和容量因子与保管时间关系k值相当于组分被固定相滞留的时间和流动相经过值相当于组分被固定相滞留的时间和流动相经过系统所需时间的比值系统所需时间的比值ms mmk组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量000tttttkRR)1 (0kttRRtk)1 (0msRVVKttRtK000tttttkRRmSmmSsmSVVKVcVcmmk 注：应选

13、择适宜分别条件使得难分别的组分K不等)1 (0msBBRVVKtt)1 (0msAARVVKtt)()(00BABAmsBRARRkktKKVVtttt0RBAtKK4.4.分别参数分别参数(1) (1) 分别因子分别因子()()12121212KKkkVVttRRRR两种物质调整保管值之比，又称为分配系数比两种物质调整保管值之比，又称为分配系数比或选择性系数或选择性系数色谱分别中的几种情况如下图：色谱分别中的几种情况如下图：分别度分别度 Rs Rs ，又称分辨率：反映组分在色谱，又称分辨率：反映组分在色谱柱分别情况。柱分别情况。(2) (2) 分别度分别度 (Rs) (Rs)分别度的表达式：

14、分别度的表达式：R=0.8：两峰的分别程度可达：两峰的分别程度可达89%；R=1：分别程度：分别程度95.4%；4R=1.5：达：达99.7%相邻两峰完全分别的规范。相邻两峰完全分别的规范。21122112)(22/)(WWttWWttRRRRRs根据色谱峰的个数，可以判别样品中所含组份根据色谱峰的个数，可以判别样品中所含组份的最少个数的最少个数根据色谱峰的保管值根据色谱峰的保管值( (或位置，可以进展定性或位置，可以进展定性分析分析根据色谱峰下的面积或峰高，可以进展定量分根据色谱峰下的面积或峰高，可以进展定量分析析色谱峰的保管值及其区域宽度，是评价色谱柱色谱峰的保管值及其区域宽度，是评价色谱

15、柱分别效能的根据分别效能的根据色谱峰两峰间的间隔，是评价固定相色谱峰两峰间的间隔，是评价固定相( (和流动相和流动相) )选择能否适宜的根据选择能否适宜的根据小结：色谱流出曲线的物理意义组分保管时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保管时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保管时间：色谱过程的热力学要素控制；组分保管时间：色谱过程的热力学要素控制； 组分和固定液的构造和性质组分和固定液的构造和性质色谱峰变宽：色谱过程的动力学要素控制；色谱峰变宽：色谱过程的动力学要素控制； 两相中的运动阻力，分散两相中的运动阻力，分散17.3 色谱分别的根本实际色谱分别的根本实际塔板实际塔板实际速率实际速率实际 色谱实

16、际需求处理的问题：色谱分别过程的热力学和动力学问题。影响分别及柱效的要素与提高柱效的途径，柱效与分别度的评价目的及其关系。1. 塔板实际塔板实际 最早由最早由MartinMartin等人提出塔板实际，把色谱柱比等人提出塔板实际，把色谱柱比作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念来描作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念来描画组分在两相间的分配行为，同时引人实际塔画组分在两相间的分配行为，同时引人实际塔板数作为衡量柱效率的目的板数作为衡量柱效率的目的塔板实际的四个根本假设塔板实际的四个根本假设i色谱柱是由一系列延续、等距的程度塔板组成。在柱内每层塔板内部，组分可以在两相间迅速到达平衡。ii流动相进入色

17、谱柱不是延续进展的，而是间歇式前进，每次前进为一个塔板体积。iii一切组分开场时存在于第1号塔板上，而且试样沿轴纵向分散可忽略。iv分配系数在一切塔板上是常数。 实际塔板高度和实际塔板数实际塔板高度和实际塔板数H=2/LH=2/Ln=L/Hn=16(tR/W)2n=(tR/ )2n=5.54(tR/W1/2)2实际塔板高度实际塔板高度(H)和实际塔板数和实际塔板数(n)都是柱效目的。都是柱效目的。u或或W1/2W1/2，H H ，柱效，柱效u用用tR替代替代tR计算塔板数，称为有效实际塔板数计算塔板数，称为有效实际塔板数(nef)；求得的塔板高度为有效实际塔板高度；求得的塔板高度为有效实际塔板

18、高度Hef从上两式可以看出：从上两式可以看出：1 1：色谱峰：色谱峰W W越小，越小，n n就越大，而就越大，而H H就越小，柱效能越就越小，柱效能越高。因此，高。因此，n n和和H H是描画柱效能的目的。是描画柱效能的目的。2 2：在同一色谱柱上，不同组分得到不同的实际塔：在同一色谱柱上，不同组分得到不同的实际塔板数，同一组分在不同色谱条件下实际塔板数也板数，同一组分在不同色谱条件下实际塔板数也不相等。不相等。n=16(tR/w)2n=L/H2. 速率实际速率实际 19561956年荷兰学者范第姆特年荷兰学者范第姆特Van DeemterVan Deemter等在研讨气等在研讨气液色谱时，提

19、出了色谱过程动力学实际液色谱时，提出了色谱过程动力学实际速率实际。速率实际。他们吸收了塔板实际中板高的概念，并充分思索了组他们吸收了塔板实际中板高的概念，并充分思索了组分在两相间的分散和传质过程，从而在动力学根底上分在两相间的分散和传质过程，从而在动力学根底上较好地解释了影响板高的各种要素。该实际模型对气较好地解释了影响板高的各种要素。该实际模型对气相、液相色谱都适用。范第姆特相、液相色谱都适用。范第姆特Van DeemterVan Deemter方程方程的数学简化式为的数学简化式为CuuBAH式中式中u u为流动相的线速度；为流动相的线速度；A A，B B，C C为常数，分别代表为常数，分别

20、代表涡流分散项系数、纵向分散项系数、传质阻抗项系数。涡流分散项系数、纵向分散项系数、传质阻抗项系数。 现分别表达各项系数的物理意义。现分别表达各项系数的物理意义。1涡流分散项的概念涡流分散项的概念 在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时，在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时，流动相由于遭到固定相颗粒妨碍，不断改动流动方向，流动相由于遭到固定相颗粒妨碍，不断改动流动方向，使组分分子在前进中构成紊乱的类似使组分分子在前进中构成紊乱的类似“涡流的流动，涡流的流动，故称涡流分散。故称涡流分散。 动画动画涡流分散项的影响要素涡流分散项的影响要素1:1:涡流分散项与填充物的平均直径的大小和填充涡流分散项与填充物的平均直径的大小和填充不规那么因子有关，与流动相的性质、线速度不规那么因子有关，与流动相的性质、线速度和组分性质无关。和组分性质无关。2:2:为了减少涡流分散，提高柱效，运用细而均匀为了减少涡流分散，提高柱效，运用细而均匀的颗粒，并且填充均匀是非常必要的。对于空的颗粒，并且填充均匀是非常必要的。对于空心毛细管，不存在涡流分散。因此心毛细管，不存在涡流分散。因此A A0 0。 A = 2dp dp：固定相的平均颗粒直径：固定相的填充不均匀因子2 2纵向分散项的概念纵向分散项的概念 纵向分散是由浓度梯度呵斥的。组纵向分散是