气相色谱分离原理

任务6：气相色谱分离原理气相色谱分析法模块之能力目标针对任务3、4、5中的分析对象，描述样品各组分的分离过程。课程引入问题：气相色谱是如何完成性质接近混合物的分离的？学生讨论（可从下列3个方面入手）运动员在同一起跑线起跑，却在不同时间达到终点；不同的人逛同一条街，有的人需3小时，有的人却只要15min；用筛子可以使不同直径的颗粒得到较好的分离。学生总结3种情况的核心基于速度不同；基于商店对人的吸引力；基于分子直径与筛孔的相对大小。

茨维特实验（动画m4-1-1.swf）展示分离模拟过程1906年，茨维特利用不同色素在活性碳酸钙与石油醚的共同作用之下在玻璃柱中呈现出不同的运行速度，能使其达到彼此分离。茨维特在他的原始论文中，把上述分离方法叫做色谱法（chromatography）在柱中出现的有颜色的色带叫做色谱图（chromatogram）。填充CaCO3的玻璃柱管叫做色谱柱（column）具有大表面积的CaCO3固体颗粒称为固定相(stationaryphase)，推动被分离的组分（色素）流过固定相的惰性流体（上述实验用的是石油醚）称为流动相（mobilephase）色谱法定义色谱分析法实质上是一种物理化学分离方法，即利用不同物质在两相（固定相和流动相）中具有不同的分配系数（或吸附系数），当两相作相对运动时，这些物质在两相中反复多次分配（即组分在两相之间进行反复多次的吸附、脱附或溶解、挥发过程）从而使各物质得到完全分离。色谱法分离过程示意图ABCD载气3种组分同时进入色谱柱3种组分开始在色谱柱中分离3种组分在色谱柱中基本达到分离3种组分在色谱柱中完全达到分离学生提问、讨论与总结1问题1：不同组分在色谱柱中为什么呈现不同的运行速度？因为固定相对不同组分有不同的吸附力，吸附力强的组分难以被流动相冲洗出色谱柱，故运行速度慢，运行时间长。反之，吸附力弱的组分则容易被流动相冲洗出色谱柱，故运行速度快，运行时间短。同样的道理，若固定相呈液体状态，则不同组分呈现不同运行速度则是因为固定液对不同组分有不同的溶解能力，溶解性强的组分难以挥发至流动相中，故其在色谱柱中运行速度慢，运行时间长。反之，溶解性弱的组分则容易挥发至流动相中，故其在色谱柱中运行速度快，运行时间短。学生提问、讨论与总结2问题2：吸附与脱附是怎么回事？吸附作用是指各种气体、蒸气以及溶液里的溶质被吸着在固体或液体物质表面上的作用。具有吸附性的物质叫做吸附剂，被吸附的物质叫吸附质。吸附作用可分为物理吸附和化学吸附。脱附作用正好与吸附作用相反，是指吸着在固体或液体物质表面上的物质在一定的作用下离开原表面的过程。问题3：什么是溶解过程与挥发过程？溶解过程是指气态或液态组分进入固定液的过程，而挥发过程则是指组分离开固定液回到气态或液态流动相的过程。学生提问、讨论与总结3问题4：所谓分配系数？分配比？它在色谱分离过程中有什么作用？分配系数（K）:平衡状态时，组分在固定相与流动相中的浓度比。如在给定柱温下组分在流动相与固定相间的分配达到平衡时，对于气-固色谱，组分的分配系数为：对于气-液色谱，分配系数为：式中CL与CG分别是组分在固定液与载气中的浓度。学生堡提问猎、讨缓论与榨总结4容量订因子速（k）:又称分配获比，就容量琴比，指智组分雨在固王定相妥和流苦动相栋中分伟配量谁（质酷量、搂体积刻、物驶质的原量）记之比盛。两组商分分晚配系嘴数不歇同，鸽则在闯色谱废柱中各有不既同的很保留范值，抽因而驻就以骑不同纲的速比度先协后流含出色说谱柱形，从鸭而达米到分触离。组分姻分子筑结构捆不同攀，组五分性午质不常同，墓则相疗应的依分配绣系数惕也不扶同，家这是健色谱伍分离幸的基遭础。色谱遵法发驻展历羡史1茨维企特发具现他躬的色皮谱法婆之后搬的20多年喜里，警几乎胡无人异问津迅这一磨技术忠。到了19勇31年，脂德籍悦奥地娃利化容学家济库恩励（R.驴Ku兼hn）利用敏茨维神特的止方法妄在纤孔维状逃氧化捉铝和林碳酸姻钙的寄吸附壁柱上遇将过赏去一与个世朝纪以队来公阁认为带单一耽的结田晶状把胡萝轻卜素幅分离携成a和b两个蛙同分违异构狠体，简并由郑所取推得的摔纯胡吨萝卜侦素确筋定出奶了其管分子晨式。乡丰随后填他还璃发现假了八播种新除类胡乖萝卜寺素，橡并把羡它们佳制成柜纯品冻，进陵行了箭结构惰分析敢。同年垦，库毕恩又皮把注哈意力龟集中判在维变生素灭的研滩究上妖，确稼定了进维生尝素A的结泉构。此外刺，他喷还用哑色谱唱法从临蛋黄蔬中分洲离出滴了叶候黄素勉；还认曾把尘腌鱼魔腐败肉细菌平中所稍含的渠红色石类胡壤萝卜膝素确禽定离锐析出姿来并剖制成退结晶您。19玻33年库呼恩从35幼00拿0升脱船脂牛匹奶中睛分离削出1g核黄秧素（菊即维眠生素B2），制得呈结晶燥，并胖测定造了它平的结雨构。色谱饶法发筒展历昏史219镜38年，Ku盛hn因在欢维生协素和捎胡萝峰卜素同的离末析与楚结构泪分析简中取北得了拌重大幻玉研究瓶成果屯被授蒜予诺物贝尔示化学裁奖。讯从此建色谱打法开捷始为疑人们宏所重练视，愚迅速夸为各彩国科抢学家羞们所逆注目颠，广估泛被佳采用他起来拖。此泄后，属相继粮出现抛了各宋种色略谱方起法（夜如下狡表所捧示）深。现唯在的窝色谱晋分析读已经单失去夕颜色值的含善义，疤只是奸沿用辛色谱壮这个犹名词鼻。年代发明者发明的色谱方法或重要应用1906Tswett用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提出色谱概念。1931Kuhn,Lederer用氧化铝和碳酸钙分离a-、b-和g-胡萝卜素。使色谱法开始为人们所重视。1938Izmailov,Shraiber最先使用薄层色谱法。1938Taylor,Uray用离子交换色谱法分离了锂和钾的同位素。1941Martin,Synge提出色谱塔板理论；发明液-液分配色谱；预言了气体可作为流动相（即气相色谱）。色谱森法发黄展历健史3年代发明者发明的色谱方法或重要应用1944Consden等发明了纸色谱。1949Macllean在氧化铝中加入淀粉黏合剂制作薄层板使薄层色谱进入实用阶段。1952Martin,James从理论和实践方面完善了气-液分配色谱法。1956VanDeemter等提出色谱速率理论，并应用于气相色谱。1957基于离子交换色谱的氨基酸分析专用仪器问世。1958Golay发明毛细管柱气相色谱。1959Porath,Flodin发表凝胶过滤色谱的报告。1964Moore发明凝胶渗透色谱。1965Giddings发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。1975Small发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，采用抑制型电导检测的新型离子色谱法。1981Jorgenson等创立了毛细管电泳法。色谱摩法的去分类1按固怎定相搏和流弱动相济所处够的状艇态分孩类流动相总称固定相色谱名称气体气相色谱（GC）固体气-固色谱（GSC）液体气-液色谱（GLC）液体液相色谱（LC）固体液-固色谱（LSC）液体液-液色谱（LLC）色谱械法的励分类2按固救定相术性质观和操箩作方盏式分蚊类固定相形式柱纸薄层板填充柱开口管柱固定相性质在玻璃或不锈钢柱管内填充固体吸附剂或涂渍在惰性载体上的固定液在弹性石英玻璃或玻璃毛细管内壁附有吸附剂薄层或涂渍固定液等具有多孔和强渗透能力的滤纸或纤维素薄膜在玻璃板上涂有硅胶G薄层操作方式液体或气体流动相从柱头向柱尾连续不断地冲洗液体流动相从滤纸一端向另一端扩散液体流动相从薄层板一端向另一端扩散名称柱色谱纸色谱薄层色谱色谱例法的旱分类3按色友谱分馋离过秩程的弄物理悦化学逢原理植分类名称吸附色谱分配色谱离子交换色谱凝胶色谱原理利用吸附剂对不同组分吸附性能的差别利用固定液对不同组分分配性能差别利用离子交换剂对不同离子亲和能力差别利用凝胶对不同组分分子的阻滞作用差别平衡常数吸附系数KA分配系数KP选择性系数KS渗透系数KPF流动相为液体液固吸附色谱液液分配色谱液相离子交换色谱液相凝胶色谱流动相为气体气固吸附色谱气液分配色谱目前傍，应速用最英广泛烂的是气相俱色谱会法（ga紧s附ch毕ro怠ma涨to贞gr习ap胆hy，GC）和高效订液相滤色谱认法（hi撇gh弱p蛛er绕fo践rm额an纠ce评l辩iq堤ui霸d宫ch劫ro枝ma惯to恒