第11章 色譜分析法概論

1、1O進(jìn)樣進(jìn)樣 空氣峰空氣峰th21h.6670h221/WW0tRRtt信號(hào)信號(hào)2 3俄國(guó)植物學(xué)家俄國(guó)植物學(xué)家茨維特茨維特1906，俄國(guó)植物學(xué)家，俄國(guó)植物學(xué)家 M.Tswett 發(fā)明色譜發(fā)明色譜法，是色譜之父。法，是色譜之父。1931，對(duì)液固吸附色譜的杰出貢獻(xiàn)者庫(kù)，對(duì)液固吸附色譜的杰出貢獻(xiàn)者庫(kù)恩，分離出恩，分離出60多種胡蘿卜素，核黃素、多種胡蘿卜素，核黃素、維生素，獲維生素，獲1938年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。蒂塞利烏斯（蒂塞利烏斯（Tiselius）因電泳分析方法）因電泳分析方法的研究，發(fā)現(xiàn)血清蛋白組分，獲的研究，發(fā)現(xiàn)血清蛋白組分，獲1948年年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1941，

2、馬?。?，馬?。∕artin）和辛格（）和辛格（Synge）創(chuàng)始分配色譜特別是紙色譜而共獲創(chuàng)始分配色譜特別是紙色譜而共獲1952年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。氨基酸自動(dòng)分析儀發(fā)明人氨基酸自動(dòng)分析儀發(fā)明人S穆?tīng)枺聽(tīng)枺⊿tanford Moore）和）和W.H.斯坦（斯坦（William Howard Stein)，定量分析方法解決了有，定量分析方法解決了有關(guān)氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)等復(fù)雜的生物關(guān)氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)等復(fù)雜的生物化學(xué)問(wèn)題，獲化學(xué)問(wèn)題，獲1972年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。456BAABBABBABABct流動(dòng)相流動(dòng)相樣品液樣品液色譜柱色譜柱固定相固定相檢測(cè)器檢測(cè)器789Rt0RR

3、ttt10cRRFtVRVcR0RRFtVVVc00FtV11RRRR1 , 21212VVttr用保留時(shí)間緊鄰待測(cè)組分的兩個(gè)正構(gòu)烷烴用保留時(shí)間緊鄰待測(cè)組分的兩個(gè)正構(gòu)烷烴來(lái)標(biāo)定組分的相對(duì)保留值，又稱來(lái)標(biāo)定組分的相對(duì)保留值，又稱Kovats指數(shù)：指數(shù)：lglglglgn+100Z=R(z)n)R(zR(z)R(x)xttttIIx為待測(cè)組分的保留指數(shù)；為待測(cè)組分的保留指數(shù)；z與與z+n為正構(gòu)烷烴對(duì)的碳原子數(shù)，為正構(gòu)烷烴對(duì)的碳原子數(shù)，n通常為通常為1；規(guī)定規(guī)定正己烷正己烷、正庚烷正庚烷及及正辛烷正辛烷為為600、700及及800。120 .174lg4 .373lg0 .174lg0 .310lg

4、1713ms=CCKmsmmk mmssVCVCtR=t0(1+ k) tR=t0(1+ K ) msVV1421RR21RR)(22/ )(1212WWttWWttR設(shè)正常峰，設(shè)正常峰，W1W2= 4當(dāng)當(dāng)R=1.5時(shí)，時(shí)，99.7%面積（面積（tR3）被）被分開(kāi)，分開(kāi)， tR =6 ，稱，稱 6分離分離 。;1212RRRR121212KKkkVVtt，15161. .按兩相分子的聚集按兩相分子的聚集狀態(tài)分類(lèi)狀態(tài)分類(lèi)2. 按固定相的固定按固定相的固定方式分類(lèi)方式分類(lèi)柱色譜：柱色譜：填充柱、毛細(xì)管柱色譜填充柱、毛細(xì)管柱色譜平面色譜：平面色譜：紙色譜、薄層色譜紙色譜、薄層色譜 分配色譜：分配色譜

5、：利用分配系數(shù)的不同利用分配系數(shù)的不同吸附色譜：吸附色譜：利用吸附性能的差異利用吸附性能的差異離子交換色譜：離子交換色譜：利用離子交換能力不同利用離子交換能力不同空間排阻色譜：空間排阻色譜：利用排阻作用力的不同利用排阻作用力的不同3.按分離的機(jī)制按分離的機(jī)制分類(lèi)分類(lèi)液相色譜：液相色譜：液液- -固色譜、液固色譜、液- -液色譜液色譜氣相色譜：氣相色譜：氣氣- -固色譜、氣固色譜、氣- -液色譜液色譜色譜色譜分類(lèi)分類(lèi)17XXYYamamnn+namnmaaYXYX=Kmmaamaa/XXVXSXKmXmYmaaX圖圖11-1 吸附色譜示意圖吸附色譜示意圖.X.溶質(zhì)分子；溶質(zhì)分子；Y.流動(dòng)相分子；

6、流動(dòng)相分子；a. 吸附劑；吸附劑；m.流動(dòng)相。流動(dòng)相。181920 一些溶劑在硅膠上的一些溶劑在硅膠上的 o o值值溶劑溶劑 溶劑強(qiáng)度溶劑強(qiáng)度（ o o）溶劑溶劑 溶劑強(qiáng)度溶劑強(qiáng)度（ o o）正戊烷正戊烷0.000.00甲基特丁基醚甲基特丁基醚0.480.48正己烷正己烷0.000.00醋酸乙酯醋酸乙酯0.480.48氯仿氯仿0.260.26乙腈乙腈0.520.52二氯甲烷二氯甲烷0.400.40異丙醇異丙醇0.600.60乙醚乙醚0.430.43甲醇甲醇0.700.7021mXsXms圖圖11-2分配色譜示意圖。分配色譜示意圖。Xm流動(dòng)相中游離的組分分子流動(dòng)相中游離的組分分子X(jué)s固定相中溶解

7、的組分分子固定相中溶解的組分分子mmssmsms/ )X(/ )X(XXVnVnccK2223RXY RYXRXY RYX：陰離子交換反應(yīng)陽(yáng)離子交換反應(yīng)m21R圖圖11-3離子交換色譜示意圖離子交換色譜示意圖1.固定離子；固定離子；2.可交換離子可交換離子R.樹(shù)脂骨架；樹(shù)脂骨架；m.流動(dòng)相流動(dòng)相XRX XRXssKK或24XmXs分子排阻色譜示意圖分子排阻色譜示意圖Ge.凝膠；凝膠；m.流動(dòng)相流動(dòng)相Gem大分子大分子流動(dòng)相流動(dòng)相凝膠凝膠孔隙孔隙s0RmspVVVccK2526)1 (ms0RVVKtts0RKVVV2721RR21RR)(22/ )(1212WWttWWttR1、 影響保留行為

8、的因素影響保留行為的因素推導(dǎo)色譜過(guò)程方程：推導(dǎo)色譜過(guò)程方程：在實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)，固定相和流動(dòng)相的選擇和體積都是確在實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)，固定相和流動(dòng)相的選擇和體積都是確定的，故定的，故tR取決于取決于K，也就是取決于組分的性質(zhì)，所以保，也就是取決于組分的性質(zhì)，所以保留時(shí)間是對(duì)組分進(jìn)行色譜定性的指標(biāo)。留時(shí)間是對(duì)組分進(jìn)行色譜定性的指標(biāo)。ms0R0Rmsmmss11VVKttkttVVKVcVck：，色譜過(guò)程方程保留時(shí)間：保留因子：Vs固定相的體積固定相的體積Vm流動(dòng)相的體積流動(dòng)相的體積K,tR,組分后出柱組分后出柱K0，組分不保留，組分不保留K，組分完全保留組分完全保留2、 等溫線等溫線在在一定溫度一定溫

9、度條件下，組分在固定相和流動(dòng)相的分配達(dá)到平衡時(shí)，在兩相中的條件下，組分在固定相和流動(dòng)相的分配達(dá)到平衡時(shí)，在兩相中的濃度之比值濃度之比值K為常數(shù)，由此繪制出的為常數(shù)，由此繪制出的cs與與cm的關(guān)系曲線，稱為的關(guān)系曲線，稱為等溫線等溫線。bccscmtRb b 前延峰前延峰a a 正常峰正常峰c c 拖尾峰拖尾峰aWh/2h0.05hW0.05hAB對(duì)稱因子對(duì)稱因子/拖尾因子拖尾因子u完全對(duì)完全對(duì)：fs=1.00u對(duì)稱峰對(duì)稱峰：fs=0.951.05u前前延延峰峰：fs0.95 (AB)u拖尾峰拖尾峰：fs1.05 (AB)ABAAWfhs2205. 03031 32 33 組分組分A(kA=1)

10、在色譜柱內(nèi)和出口的分布在色譜柱內(nèi)和出口的分布 n r 0 1 2 3 4 n r 0 1 2 3 4 柱出口柱出口 0 1 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 1 0.5 0.5 0 0 0 0 1 0.5 0.5 0 0 0 0 2 0.25 0.5 0.25 0 0 0 2 0.25 0.5 0.25 0 0 0 3 0.125 0.375 0.375 0.125 0 0 3 0.125 0.375 0.375 0.125 0 0 4 0.063 0.250 0.375 0.250 0.063 0 4 0.063 0.250 0.375 0.250 0.063 0 5 5 0.0

11、32 0.157 0.313 0.313 0.157 0.032 0.157 0.313 0.313 0.157 0.0320.032 6 0.016 0.095 0.235 0.313 0.235 0.079 6 0.016 0.095 0.235 0.313 0.235 0.079 7 0.008 0.056 0.165 0.274 0.274 0.118 7 0.008 0.056 0.165 0.274 0.274 0.118 8 8 0.004 0.032 0.111 0.220 0.274 0.004 0.032 0.111 0.220 0.274 0.1370.137 9 9 0

12、.002 0.018 0.072 0.166 0.247 0.002 0.018 0.072 0.166 0.247 0.1370.137 10 0.001 0.010 0.045 0.094 0.207 0.124 10 0.001 0.010 0.045 0.094 0.207 0.124 2、兩組分的分離、兩組分的分離 A (kA=1) 和和B (kB=0.5) 兩組分兩組分3435 36是色譜柱效參數(shù)。是色譜柱效參數(shù)。理解：理解：在在tR一定時(shí)，一定時(shí)，W(W1/2) 越小，越小，N越大，越大，H越小，色譜越小，色譜柱的分離效率越高。因此，理論塔板數(shù)是評(píng)價(jià)柱效能的柱的分離效率越高。因此

13、，理論塔板數(shù)是評(píng)價(jià)柱效能的指標(biāo)。指標(biāo)。；22/1R2R2Reff22/1R2R2Reffeff254. 51654. 516WtWttNWtWttNNLHHLNLH有效理論塔板數(shù)：理論塔板數(shù)：有效板高理論塔板數(shù)理論板高37優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：塔板理論是半經(jīng)驗(yàn)性理論，在解釋流出曲線的塔板理論是半經(jīng)驗(yàn)性理論，在解釋流出曲線的形狀、濃度極大點(diǎn)的位置、評(píng)價(jià)柱效高低等方面是成形狀、濃度極大點(diǎn)的位置、評(píng)價(jià)柱效高低等方面是成功的。功的。局限：局限：塔板理論的基本假設(shè)與事實(shí)不完全相符，它無(wú)塔板理論的基本假設(shè)與事實(shí)不完全相符，它無(wú)法解釋譜帶擴(kuò)展的原因，也無(wú)法解釋色譜過(guò)程與流動(dòng)法解釋譜帶擴(kuò)展的原因，也無(wú)法解釋色譜過(guò)程與流

14、動(dòng)相流速、柱內(nèi)分子擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程以及色譜操作參數(shù)等相流速、柱內(nèi)分子擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程以及色譜操作參數(shù)等動(dòng)力學(xué)因素的關(guān)系。動(dòng)力學(xué)因素的關(guān)系。這些問(wèn)題，在速率理論中得到了圓滿的解決。這些問(wèn)題，在速率理論中得到了圓滿的解決。38 n1956年，荷蘭學(xué)者范第姆特年，荷蘭學(xué)者范第姆特(Van Deemter)提出了色譜過(guò)提出了色譜過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論程動(dòng)力學(xué)理論速率理論速率理論。塔板高度渦流擴(kuò)散項(xiàng)縱向擴(kuò)散項(xiàng)傳質(zhì)阻抗項(xiàng)H = A + B/u + Cu39CuuBAH符號(hào)名 稱單位H塔板高度塔板高度cmA渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng)cmB縱向擴(kuò)散系數(shù)縱向擴(kuò)散系數(shù)cm2s-1C傳質(zhì)阻力系數(shù)傳質(zhì)阻力系數(shù) s u載氣線流速載氣線流速c

15、ms-1圖圖11-6 范氏方程中各項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn)范氏方程中各項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn)BCAH2最小Van Deemter方程方程中各項(xiàng)的意義方程方程中各項(xiàng)的意義符號(hào)名稱關(guān)系式備 注A渦流擴(kuò)散項(xiàng)(多路徑項(xiàng))A=2dpdp固定相顆粒平均直徑；渦流擴(kuò)散因子，與填充的均勻性有關(guān)B/u縱向擴(kuò)散項(xiàng)(分子擴(kuò)散項(xiàng))B=2rDgr 曲折因子，反映固定相顆粒的空間結(jié)構(gòu)。填充柱r0.5-0.7,空心柱r1；Dg 組分分子在載氣中的擴(kuò)散系數(shù)Cgu氣 相傳質(zhì)阻力項(xiàng)k：容量因子Clu液 相傳質(zhì)阻力項(xiàng)df ：固定液液膜厚度，Cl： 組分在固定液中的擴(kuò)散系數(shù)gpgDkdkC222101. 0()lflDdkkC222+18=40空心毛

16、細(xì)管柱無(wú)多徑相：空心毛細(xì)管柱無(wú)多徑相：A=0 41分子擴(kuò)散引起的色譜峰展寬示意圖分子擴(kuò)散引起的色譜峰展寬示意圖42傳質(zhì)：溶解、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移的過(guò)程。傳質(zhì)：溶解、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移的過(guò)程。傳質(zhì)阻抗：影響傳質(zhì)過(guò)程的阻力。傳質(zhì)阻抗：影響傳質(zhì)過(guò)程的阻力。結(jié)果結(jié)果：（：（非平衡狀態(tài)非平衡狀態(tài)），使有些分子較快），使有些分子較快向前移動(dòng)，而另一些滯后，引起峰展寬。向前移動(dòng)，而另一些滯后，引起峰展寬。傳質(zhì)阻抗系數(shù)傳質(zhì)阻抗系數(shù)C，其單位，其單位s ，包括，包括 Cm、Cs。以上我們對(duì)引起譜帶展寬的三個(gè)主要因素分別進(jìn)行了分析，是以上我們對(duì)引起譜帶展寬的三個(gè)主要因素分別進(jìn)行了分析，是對(duì)渦對(duì)渦流擴(kuò)散、流擴(kuò)散、 縱向擴(kuò)散、縱向擴(kuò)散、 傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力三個(gè)因素的孤立分析，實(shí)際上三個(gè)三個(gè)因素的孤立分析，實(shí)際上三個(gè)因素是同時(shí)發(fā)生作用的，而且還相互影響，宏觀表現(xiàn)是對(duì)色譜系統(tǒng)因素是同時(shí)發(fā)生作用的，而且還相互影響，宏觀表現(xiàn)是對(duì)色譜系統(tǒng)的理論塔板高度的綜合影響的理論塔板高度的綜合影響體現(xiàn)在范式方程中。體現(xiàn)在范式方程中。 結(jié)論：結(jié)論： 色譜的色譜的Van Deemter方程，說(shuō)明了色譜柱填充均勻程度、載方程，說(shuō)明了色譜柱填充均勻程度、載體的性質(zhì)與粒度、載氣種類(lèi)與流速、固定液層厚、柱溫等對(duì)柱效的體的性質(zhì)與粒度、載氣種類(lèi)與流速、固定液層厚、柱溫等對(duì)柱效的影