现代色谱学习教案

1、会计学1现代现代(xindi)色谱色谱第一页，共59页。2第2页/共59页第二页，共59页。3起到重要作用起到重要作用选用不同比例的两种或两种以上液选用不同比例的两种或两种以上液体作为流动相体作为流动相可以增大分离选择性可以增大分离选择性第3页/共59页第三页，共59页。4第4页/共59页第四页，共59页。5()()25.02.01.015.02.0R BR Att015.02.06.52.0Rtkt110.13311 6.5Rk 第5页/共59页第五页，共59页。6第6页/共59页第六页，共59页。7第7页/共59页第七页，共59页。8第8页/共59页第八页，共59页。一、色谱一、色谱(s

2、p)(s p)流出曲线和色流出曲线和色谱谱(s p)(s p)峰峰1 1、色谱、色谱(s p)(s p)流出曲线流出曲线 样品经色谱柱分离后的流出物通过检测器时所产生的电信号随样品经色谱柱分离后的流出物通过检测器时所产生的电信号随时间变化时间变化(binhu)的曲线的曲线色谱流出曲线（色谱图）色谱流出曲线（色谱图）2 、基线、基线（1）噪音）噪音(zoyn)（2）漂移）漂移依据流出曲线图：依据流出曲线图： 可以判断混合物的分离的好坏可以判断混合物的分离的好坏 对混合物中每一组分进行定性、定量对混合物中每一组分进行定性、定量在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器时在操作条件下，仅有纯流动相进入检测

3、器时的流出曲线。的流出曲线。第9页/共59页第九页，共59页。10 1、色谱、色谱(s p)图图可见：可以根据色谱可见：可以根据色谱(s p)峰（色谱峰（色谱(s p)流出曲线）做以下工作：流出曲线）做以下工作： 根据色谱根据色谱(s p)峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数；峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数； 根据色谱根据色谱(s p)峰的保留值（峰位），可以进行定性分析；峰的保留值（峰位），可以进行定性分析； 根据色谱根据色谱(s p)峰的面积或峰高，可以进行定量分析；峰的面积或峰高，可以进行定量分析； 色谱色谱(s p)峰的区域宽度，是评价色谱峰的区域宽度，是评价色谱(s

4、 p)柱分离效能的依据；柱分离效能的依据； 色谱色谱(s p)峰两峰间的距离，是评价固定相（或流动相）选择是否合适的依据。峰两峰间的距离，是评价固定相（或流动相）选择是否合适的依据。 3、色谱、色谱(s p)峰峰色谱色谱(s p)峰峰 (正常峰、前延峰、拖尾峰正常峰、前延峰、拖尾峰)：第10页/共59页第十页，共59页。11不对称因子不对称因子“fs”：用于形容用于形容(xngrng)色谱峰拖尾和前伸的程度，多数色谱峰拖尾和前伸的程度，多数为拖尾峰。为拖尾峰。hAB0.05hAABfs2对称对称(duchn)因子因子fs 0.95-1.05 1.05 峰拖尾的原因是硅胶基质上的峰拖尾的原因是硅

5、胶基质上的SiOH羟基未被全部键合而与溶质羟基未被全部键合而与溶质发生反应。发生反应。 改进拖尾要用封尾技术：即用小分子的含甲基的物质再次对硅胶改进拖尾要用封尾技术：即用小分子的含甲基的物质再次对硅胶进行键合，封闭硅羟基；还可在流动相中加入带进行键合，封闭硅羟基；还可在流动相中加入带 NH2氨基氨基(nj)(对羟对羟基敏感基敏感)的物质，将残余的羟基掩闭。的物质，将残余的羟基掩闭。第11页/共59页第十一页，共59页。12 内嵌极性基团反相固定相与传统反相固定相的区别内嵌极性基团反相固定相传统反相固定相第12页/共59页第十二页，共59页。13第13页/共59页第十三页，共59页。14进样进样

6、W1/20.5h0.607ht信号信号(xnho) h 26W标准差标准差6 6半峰宽半峰宽W Wh/2h/2峰宽峰宽WW W即色谱峰两侧即色谱峰两侧(lin(lin c) c)拐点上的切线拐点上的切线在基线上所截在基线上所截得的距离。得的距离。三、柱效参数三、柱效参数1、区域、区域(qy)宽度宽度Wh/2=2.355 标准偏差标准偏差，曲线拐点处，曲线拐点处峰宽的一半，即峰高峰宽的一半，即峰高0.6070.607处峰宽的一半。处峰宽的一半。W = 4 =1.699W h/2第14页/共59页第十四页，共59页。15：2.塔板数与塔板高度（评价柱效指标）塔板数与塔板高度（评价柱效指标）定义：定

7、义：理论塔板数理论塔板数：1/2h2W1/2为便于为便于(biny)测量，改用半峰宽：测量，改用半峰宽：1/2hW1/2(或或Fct1/2)W最常用的计算式：最常用的计算式：另一计算式：另一计算式：(W不如不如W1/2容易测量，因而此式用容易测量，因而此式用的较少。的较少。)2RtN 22/154.5WtNR216WtNR第15页/共59页第十五页，共59页。16理论塔板高度：理论塔板高度：(L柱长柱长)经验式：经验式：H2dP(dP10H20N5万万)(dP5H10N10万万)dP柱填料的颗粒直径柱填料的颗粒直径柱效的测定柱效的测定(cdng)和计算：和计算：以反相柱为例，流动相用以反相柱为

8、例，流动相用87(V/V)的甲醇的甲醇:水，样品用苯水，样品用苯、联苯、萘等，加快记录仪的走纸速度，测出半峰宽、联苯、萘等，加快记录仪的走纸速度，测出半峰宽W1/2，并由走纸速度换算为与，并由走纸速度换算为与tR相同的单位相同的单位“分分”或或“秒秒”，代入公式，计算出柱效，代入公式，计算出柱效N。NLH第16页/共59页第十六页，共59页。2221)(16)(54. 5WtWtnRR2,221)(16)(54. 5WtWttnRMR有效提高柱效的方法：（提高柱效的方法：（J） 固定相填料要均一，颗粒细，装填均匀固定相填料要均一，颗粒细，装填均匀(jnyn)。 流动相粘度低。流动相粘度低。 低

9、流速。低流速。 升高柱温。升高柱温。第17页/共59页第十七页，共59页。18四、相平衡参数四、相平衡参数1. 分配系数（分配系数（distribution coefficient）分配系数分配系数: 在一定温度在一定温度(wnd)和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比值。和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比值。 msccK cs、cm分别为组分在固定相和流动分别为组分在固定相和流动(lidng)相的浓度；相的浓度； 分配色谱分配色谱(s p)： 分配系数分配系数 吸附色谱吸附色谱(s p)： 吸附系数吸附系数 离子交换色谱离子交换色谱(s p)： 选择性系数

10、选择性系数 凝胶凝胶色谱色谱(s p)（体积排阻色谱（体积排阻色谱(s p)）：）：渗透系数渗透系数第18页/共59页第十八页，共59页。19容量因子：在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分容量因子：在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达到配达到(d do)平衡时的质量比，称为容量因子，也称分配比，平衡时的质量比，称为容量因子，也称分配比，用用k表示。表示。 2. 容量因子 （capacity factor）msmmssWWVcVckcs、cm分别为组分在固定(gdng)相和流动相的浓度(g/ml)；Vm为色谱柱中流动相的体积，近似等于死体积， Vs为色谱柱中固定(gdng

11、)相的体积。第19页/共59页第十九页，共59页。20容量因子容量因子k决定决定(judng)于组分及固定相于组分及固定相的热力学性质，随柱温、柱压的变化而变的热力学性质，随柱温、柱压的变化而变化，还与流动相及固定相的体积有关。化，还与流动相及固定相的体积有关。分配系数分配系数K与柱中固定相和流动相的体积与柱中固定相和流动相的体积(tj)无关，而取决于组分及两相的性质，无关，而取决于组分及两相的性质，并随柱温、柱压变化而变化。并随柱温、柱压变化而变化。msVVKk 第20页/共59页第二十页，共59页。21vRusmVkKVl在定距展开在定距展开(zhn ki)如柱色如柱色谱中谱中RLtoLt

12、l因此因此0RtRtmmmmmsmSmmsstNC VRttNNC VCV1111smRVkKV第21页/共59页第二十一页，共59页。22(1)RLLtku000(1)tktt k000RRtttktt0(1)sRmVttKV或0(1)sRmVVVKV5.分配系数(xsh)与保留体积的关系 k与保留(boli)参数间的关系理论上可以(ky)推导出：MRMRVVttk第22页/共59页第二十二页，共59页。23SRKVkVV00VKVVSR色谱过程(guchng)基本方程：ktVVKttsR000)1 ()1 (000ktVVKttsR3 选择性因子（相对保留值relative retenti

13、on） 在相同的操作条件下，相邻两组分配系数(xsh)之比或容量因子之比，用r2,1 表示 12121 , 2kkKK)1()2()1()2(1 , 2RRRRVVtt小结： （1）色谱条件一定时，K或k值越大，则组分的保留值也越大。（2） 两个(lin )组分的K或k值相等，则两个(lin )组分的色谱峰必将重合。（3）两个(lin )组分的K或k值差别越大，则相应的两色谱峰相距就越远。第23页/共59页第二十三页，共59页。24分离(fnl)度: 相邻两色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度平均值之比，用R表示。21)1()2(21)1()2()(22wwttwwttRRRRRtR(1) 、

14、 tR(2) 分别为组分1和组分2的保留时间，w1、w2分别为相应组分色谱(s p)峰的峰底宽度，与保留值的单位相同。第24页/共59页第二十四页，共59页。25设两相邻(xin ln)峰的峰宽相等，即w1=w2，则2)1()2(21)1()2()(2wttwwttRRRRR2)(16WtnR又知ntntWRR)2(2)2(2416)1)(1)(4(221 , 21 , 2kkrrnR1 , 212)1()2(rKKttRR2)2(kttMR4n称为(chn wi)柱效项；)1(1 , 21 , 2rr称为(chn wi)柱选择项；)1(22kk第25页/共59页第二十五页，共59页。第26页

15、/共59页第二十六页，共59页。如何根据具体情况改进如何根据具体情况改进(gijn)分分离度？离度？第27页/共59页第二十七页，共59页。282121221)(LLnnRRcmcmRRLL507 .48)68.05 .1(10)(221212第28页/共59页第二十八页，共59页。29解: w1/2=w/1.7 ntwR4w1=427/(3600)1/2=1.8 mm (w1)1/21.8/1.71.06 mmw2=430/(3600)1/2=2.0 mm (w2)1/22.0/1.71.18 mmR2(30-27)/(1.8+2)6/3.81.6第29页/共59页第二十九页，共59页。30

16、 例例3 3 已知物质已知物质A A和和B B在一个在一个30.0cm30.0cm柱上的保留时间分柱上的保留时间分别为别为16.4016.40和和17.6317.63分钟分钟. .不被保留组分通过该柱的时间为不被保留组分通过该柱的时间为1.301.30分钟分钟. .峰宽为峰宽为1.111.11和和1.21mm,1.21mm,纸速为纸速为1mm/min,1mm/min,计算计算: : (1)(1) 柱分辨本领柱分辨本领; ;(2)(2) 柱的平均塔板数目柱的平均塔板数目; ;(3)(3) 塔板高度塔板高度; ;(4)(4) 达到达到1.51.5分离度所需的柱长度分离度所需的柱长度; ;(5) (

17、5) 达到达到1.51.5分离度（在较长柱上）分离度（在较长柱上） ，物质，物质B B洗脱洗脱(x (x tu) tu) 大约需要的时间大约需要的时间. .第30页/共59页第三十页，共59页。31 解解: (1) R=2(17.63-16.40)/(1.11+1.21)=1.06 (2) nA=16 (16.40/1.11)2=3493 nB=16(17.63/1.21)2=3397 nav=(3493+3397)/2=3445=3.44103 (3) H=L/n=30.0/3445=8.70810-3cm =8.7110-3cm (4) n2=34452.25/1.124=6.90103

18、源于n1/n2=（R1/R2)2 L=nH=6.901038.7110-3=60.1cm (5) tR2=tR1(R2/R1) =17.631.5/1.06 =24.95（分钟）第31页/共59页第三十一页，共59页。3202.00.21.8minRRttt 1.8 1018RRcVtFmlRsVKV 18360.5RsVKV第32页/共59页第三十二页，共59页。33()()25.02.01.7715.02.0R BR Att015.02.06.52.0RtktA滞留在流动(lidng)相中的时间分数，即为保留比110.13311 6.5Rk 第33页/共59页第三十三页，共59页。340(

19、)sRRARBABmVttttKKV(1)sRAoAmVttKV0(1)sRBBmVttKV0()RABtt kk第34页/共59页第三十四页，共59页。35第35页/共59页第三十五页，共59页。36第36页/共59页第三十六页，共59页。37第37页/共59页第三十七页，共59页。38sm!()!NNrrrNmmmr Nr3(3 3)333!0.6670.3330.0373!(33)!m第38页/共59页第三十八页，共59页。3911NrsmmC CNmmrmmmm 总NmmrmmssC VmC VCV11NrmK第39页/共59页第三十九页，共59页。40Nssrmmmm 总Nssrmm

20、ssCVmC VCV1NrKmK当 n=3, r=0时, 求流动相和固定(gdng)相中溶质的含量10.2970.09912sm 20.2970.1982 1sm 第40页/共59页第四十页，共59页。412R2( -)02=e(1)2t tCC第41页/共59页第四十一页，共59页。420max(2)2CC2R2( -)2max=et tC C第42页/共59页第四十二页，共59页。43三、理论(lln)塔板高度和理论(lln)塔板数2()Rtn21 25.54()RtnW216()RtnW第43页/共59页第四十三页，共59页。44Rt2()effRnt21 25.54()effRntW2

21、16()effRntW理论(lln)塔板高度为：第44页/共59页第四十四页，共59页。45231.505.54()2.4 100.10/2.0n 320000.83 (mm)2.4 10H 每 米 理 论 ( l l n ) 塔 板 数 为 ：2.4103/2=1.2103(m1)第45页/共59页第四十五页，共59页。46nC -传质阻抗系数传质阻抗系数(xsh) nu -流动相的线速度流动相的线速度(cm/s) 第46页/共59页第四十六页，共59页。47第47页/共59页第四十七页，共59页。48第48页/共59页第四十八页，共59页。49第49页/共59页第四十九页，共59页。502mmpm()CCdD2223(1)fssdkCkDCs -固定(gdng)相传质阻抗系数k -容量因子df-固定(gdng)液的液膜厚度Ds-溶质在固定(gdng)相中的扩散系 数第50页/共59页第五十页，共59页。512(1)kk 当k1时，k增大(zn d)，Cs减小当k 时，Cs0当k=1时，最大，柱效最低。此时，216fssdCD1kkCs当时， 减小，减小1k一般情况下，第51页/共59页第五十一页，共59页。52222223(1)fpmmdkHdDuukDuDdkkuDdkkuDdHsfmpmp22222)1 (32)1 (01