第15章分離分析法導(dǎo)論

1、一、一、 色譜分析法基本概念色譜分析法基本概念1.色譜分析法簡介色譜分析法簡介現(xiàn)代色譜分析法是一大類現(xiàn)代色譜分析法是一大類分離分析分離分析方法。方法。在在互不相溶互不相溶兩相間，混合物被兩相間，混合物被流動相流動相攜帶流過攜帶流過，因各組，因各組分在兩相間分在兩相間分配平衡的差異分配平衡的差異，各組分隨流動相移動的，各組分隨流動相移動的速度有差速度有差異異，經(jīng)過一段距離的移動之后，混合物中各組分被一一分離。，經(jīng)過一段距離的移動之后，混合物中各組分被一一分離?，F(xiàn)代色譜分析，將分離和分析（檢測）過程集成?，F(xiàn)代色譜分析，將分離和分析（檢測）過程集成。對于混合物的分析檢測，具獨特優(yōu)勢。對于混合物的分析

2、檢測，具獨特優(yōu)勢。Agilent 6820 Agilent 6820 氣相色譜儀氣相色譜儀 按流動相與固定相狀態(tài)分類按流動相與固定相狀態(tài)分類流動相為氣體流動相為氣體流動相為液體流動相為液體高效液相色譜儀高效液相色譜儀 2. 2. 色譜分析法的分類色譜分析法的分類按操作形式分類按操作形式分類柱柱 色色 譜：譜：按分離原理分類按分離原理分類3.3.色譜圖及色譜峰參數(shù)色譜圖及色譜峰參數(shù)BA色譜圖色譜圖信號（濃度）時間曲線信號（濃度）時間曲線由由基線基線和若干和若干色譜峰色譜峰組成。組成。色譜峰參數(shù)色譜峰參數(shù)( (一）保留值定性一）保留值定性1) 1) 死時間死時間t t0 00tLu 流動相流動相平

3、均線速度平均線速度柱長柱長2 2）保留時間）保留時間t tR R0tttRR3 3）調(diào)整保留時間）調(diào)整保留時間tR4 4）死體積）死體積V V0 00 0mcmcVtFVtF5 5）保留體積）保留體積V VR RRRcVtF 6 6）調(diào)整保留體積）調(diào)整保留體積RRcVtF 7)7)相比相比 msVV 7 7）相對保留值）相對保留值r r2 2, ,1 1 222 111,()(),( )( )RRRRtVtV( (二）峰高與峰面積定量二）峰高與峰面積定量8 8）峰高（）峰高（h h）9 9）峰面積（）峰面積（A A）（三）區(qū)域?qū)挾戎Вㄈ﹨^(qū)域?qū)挾戎?010）峰底寬度）峰底寬度Y Y自色譜峰

4、上升沿和下降沿拐點所作切線在自色譜峰上升沿和下降沿拐點所作切線在基線基線上的截距上的截距11 11）半峰寬）半峰寬Y Y1/21/2Y=1.70 Y1/2 。利用色譜曲線可以解決的問題？利用色譜曲線可以解決的問題？定性（保留值）定性（保留值）定量（峰面積）定量（峰面積）評價色譜柱好壞評價色譜柱好壞QuestionQuestion 組分保留時間為何不同？組分保留時間為何不同？色譜峰為何變寬？色譜峰為何變寬？二、色譜分析法理論基礎(chǔ)二、色譜分析法理論基礎(chǔ)1 1、分配平衡（熱力學(xué)過程）、分配平衡（熱力學(xué)過程）每一次每一次分配達平衡分配達平衡時，時，A A、B B在柱內(nèi)的位置會有一微小差在柱內(nèi)的位置會有

5、一微小差異。只要分配次數(shù)足夠多，就可以將異。只要分配次數(shù)足夠多，就可以將分配系數(shù)分配系數(shù)有微小差有微小差別的組分一一分離別的組分一一分離當組分在兩相間分配達平衡時當組分在兩相間分配達平衡時分配系數(shù)分配系數(shù)KmsccK 組分在固定相中的濃度組分在固定相中的濃度組分在流動相中的濃度組分在流動相中的濃度分配比分配比msmmk 組分在固定相中的質(zhì)量組分在固定相中的質(zhì)量 組分在流動相中的質(zhì)量組分在流動相中的質(zhì)量當組分在兩相間分配達平衡時當組分在兩相間分配達平衡時分配系數(shù)分配系數(shù)K K與分配比與分配比k的關(guān)系的關(guān)系/ / /s ss ss sm mm mm mm ms sc cm mV VV VK Kc

6、cm mV VV V K與與k都是與組分及兩相熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。都是與組分及兩相熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。K與與k k都是衡量色譜柱對組分保留能力的參數(shù)，數(shù)都是衡量色譜柱對組分保留能力的參數(shù)，數(shù) 值越大，該組分的保留時間越長。值越大，該組分的保留時間越長。 相對保留值與分配系數(shù)及分配比的關(guān)系相對保留值與分配系數(shù)及分配比的關(guān)系 2222211111,( )( ),( )( )RRRRtVKKtVk可直接從色譜圖上獲得可直接從色譜圖上獲得0 00 0( (1 1) )( (1 1) )R RR Rt tt tV VV V 色譜柱對色譜柱對1 1、2 2的選擇性越好。的選擇性越好。K2/K11（21

7、1）QuestionQuestion 兩組分能分離的必要條件是什么？兩組分能分離的必要條件是什么？色譜柱對色譜柱對1 1、2 2有相同的選擇性有相同的選擇性21211 1，峰距為，峰距為0 0212111，2121越大，越大，峰距越遠峰距越遠2 2、擴散和傳質(zhì)（動力學(xué)過程）、擴散和傳質(zhì)（動力學(xué)過程）組分在柱內(nèi)的擴散及傳質(zhì)，使組分在柱內(nèi)的擴散及傳質(zhì)，使使色譜峰擴展、柱效下降。使色譜峰擴展、柱效下降。將將色色譜譜柱柱視視為為精精餾餾塔塔峰越窄，柱效能越高峰越窄，柱效能越高色譜柱長度一定時，塔板數(shù)越多，色譜柱長度一定時，塔板數(shù)越多，分配平衡次數(shù)越多，柱效越高分配平衡次數(shù)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譜熱力學(xué)平衡理論。的色譜熱力學(xué)平衡理論。221 25 5416RRttnYY /.L L一定時，一定時，n n 越大越大( (H H 越小越小) )，被測，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能越高，所得色譜峰越窄。柱效能越高，所得色譜峰越窄。nLH 理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)理理論論塔塔板板高高度度色譜柱長度色譜柱長度221 25 5416 /.RReffttnYYeffeffnLH 有效塔板數(shù)有效塔板數(shù)有效板高有效板高 不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用塔板數(shù)

9、和塔板高度作為衡量柱效能的指標時，應(yīng)塔板數(shù)和塔板高度作為衡量柱效能的指標時，應(yīng)指明測定物質(zhì)。指明測定物質(zhì)。能夠評價色譜柱柱效能，能夠評價色譜柱柱效能，不能解釋影響柱效能的因素不能解釋影響柱效能的因素塔板理論的特點與不足塔板理論的特點與不足QuestionQuestion 速率理論影響柱效能的因素速率理論影響柱效能的因素范第姆特首先提出的色譜分離范第姆特首先提出的色譜分離動力學(xué)理論動力學(xué)理論CuuBAH 流動相流動相線速度線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義物理意義2pAd 固定相顆粒（固定相顆粒（d dp p）越小，填充越均勻（）越小，填充越均勻（ 越?。┰?/p>

10、?。〢 A越小，越小，H H越小，柱效越高，色譜峰越窄。越小，柱效越高，色譜峰越窄。板高板高, H(cm)固定相顆粒大小對板高的影響固定相顆粒大小對板高的影響：彎曲因子；：彎曲因子； DgDg：組分在流動相中：組分在流動相中 的擴散系數(shù)的擴散系數(shù)氣相色譜的分子擴散遠大于液相色譜氣相色譜的分子擴散遠大于液相色譜流動相流動相柱內(nèi)譜帶構(gòu)型柱內(nèi)譜帶構(gòu)型相應(yīng)的響應(yīng)信號相應(yīng)的響應(yīng)信號2gBD 流動相流動相固液界面固液界面固定相固定相組分分子組分分子CsCmC = （Cm+ Cs）2,2,20.01(1)pmgdkCkDCm：流動相傳質(zhì)阻力：流動相傳質(zhì)阻力固定相顆粒越小，載氣擴散系數(shù)越大（分子量越?。┕潭ㄏ?/p>

11、顆粒越小，載氣擴散系數(shù)越大（分子量越?。庀鄠髻|(zhì)阻力越小氣相傳質(zhì)阻力越小2,223(1)fssdkCkDCs ：固定相傳質(zhì)阻力固定相傳質(zhì)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傳質(zhì)阻力越小液相傳質(zhì)阻力越小4) 4) 流動相線速度對板高的影響流動相線速度對板高的影響CuuBAH optminu2BCHABC 例 ： 已 知 一 色 譜 柱 在 某 溫 度 下 的 速 率 方 程 的例 ： 已 知 一 色 譜 柱 在 某 溫 度 下 的 速 率 方 程 的A=0.08cm; B=0.65cm2/s; C=0.003s, 求最佳線速度求最佳線速度u和和最小塔板高最小塔板高H. 解解:

12、 H=A+B/u+Cu最佳線速最佳線速: 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：某一氣相色譜柱，速率方程式中例：某一氣相色譜柱，速率方程式中A A、B B、C C的值分的值分別是別是0.15cm0.15cm，0.36 cm0.36 cm2 2.s .s-1 -1, ,和和4.34.31010-2 -2 s s，計算最佳流，計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，色譜分離的效果就越好？是否柱效能越高，色譜分離的效果就越好？Quest

13、ionQuestion QuestionQuestion 載體粒度由載體粒度由6060目改變?yōu)槟扛淖優(yōu)?00100目，若其它條件不變，目，若其它條件不變，H Hu u曲線有何變化曲線有何變化同一根色譜柱，分別用同一根色譜柱，分別用H H2 2、NN2 2作載氣，測出作載氣，測出H-uH-u曲線如下，判斷曲線如下，判斷A A、B B分別代表哪種流動相，并解分別代表哪種流動相，并解釋原因釋原因21211()2RRttRYY 選擇性選擇性柱效能柱效能R=1.5完全分離完全分離 2 22 22 21 1()()1)()()1)4141n nR R ( (分離度與分離度與n 、及及的關(guān)系的關(guān)系 n增加到

14、原來的增加到原來的3倍倍，R增加到原來的增加到原來的1.7倍倍 從從1.01增加到增加到1.1，R增加到原來的增加到原來的9倍倍 結(jié)論結(jié)論選擇合適的固定相選擇合適的固定相(流動相流動相)以增加以增加 是改善分離度最有效的方法是改善分離度最有效的方法 增加，增加，R R也也增加，但效果不及增加，但效果不及明顯明顯分離度與分離度與n有效有效的關(guān)系的關(guān)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：分析某試樣時，兩組分相對保留值例：分析某試樣時，兩組分相對保留值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，需要多長的色譜柱才，需要多長的色譜柱才能分離完全？能分離完全？ 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：兩組分能分離完全，則解：兩組分能分離完全，則R1.5R1.52 21 1( () )4 4e ef ff fn nR R 例例：兩物質(zhì)：兩物質(zhì)A A和和B B在在30cm30cm長的色譜柱上的保留時間長的色譜柱上的保留時間分別為分別為16.416.4和和17.63min17.63min，有一不與固定相作用的物，有一不與固定相作用的物質(zhì)，其在此柱上的保留時間為質(zhì)，其在此柱上的保留時間為1.30 min1.30 min。物質(zhì)。物質(zhì)A A和和B B的 峰 底 寬 分 別 為的 峰 底 寬 分 別 為 1 . 1

17、 11 . 1 1 和和 1 . 2 1 m i n1 . 2 1 m i n 。 試 問 ：。 試 問 ：1 1）柱分離度）柱分離度R R；2 2）柱平均理論塔板數(shù)）柱平均理論塔板數(shù)navnav3 3）平均塔板高度）平均塔板高度HavHav4 4）若要求）若要求R R達到達到1.51.5，則柱長至少應(yīng)為多少？，則柱長至少應(yīng)為多少？1 1）柱分離度柱分離度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）柱平均理論塔板數(shù)柱平均理論塔板數(shù)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達到達到1.51.5，則柱長至少應(yīng)為多少？，則柱長至少應(yīng)為多少？2111222222()1 .0 63 06 01 .5RnLRnLLc mL 1 1、定性分析、定性分析 三、色譜定性定量分析三、色譜定性定量分析1） 用已知純物質(zhì)用已知純物質(zhì) 對照定性對照定性 保留值定性保留值定性 經(jīng)驗規(guī)律經(jīng)驗規(guī)律碳數(shù)規(guī)碳數(shù)規(guī)律律在一定溫度下，在一定溫度下，的調(diào)整保留時間的的調(diào)整保留時間

19、的對數(shù)與分子中碳數(shù)成線性關(guān)系對數(shù)與分子中碳數(shù)成線性關(guān)系)3(lg nCAntr保留指數(shù)（文獻對照）保留指數(shù)（文獻對照）lglglglg100)()1()()(ZrZrZrxrxttttZI Z, Z+1:正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù)正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù)進樣)(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柱上的流出曲線如下柱上的流出曲線如下圖所示。由圖中測得調(diào)整保留距離為：乙酸正圖所示。由圖中測得調(diào)整保留距離為：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數(shù)。求乙酸正定酯的保留指數(shù)。6 .7750 .17

20、4lg4 .373lg0 .174lg0 .310lg7100 xI在與文獻值對照時，一在與文獻值對照時，一定要重視文獻值的實驗定要重視文獻值的實驗條件條件.聯(lián)機定性聯(lián)機定性GC/MS(氣相色譜氣相色譜- -質(zhì)譜質(zhì)譜) )例：川桂皮揮發(fā)油的化學(xué)成分分析例：川桂皮揮發(fā)油的化學(xué)成分分析色譜柱：色譜柱：SE54(30m0.25mm0.25m) 色譜操作條件色譜操作條件載氣：氦氣，流速載氣：氦氣，流速1mL/min柱溫：初溫柱溫：初溫60保持保持1min，8 /min升溫至升溫至150 ，6 /min升溫至升溫至190 ，8 /min升升溫至溫至250 ，保持，保持1min總離子流色譜圖總離子流色譜圖

21、6號峰的質(zhì)譜圖號峰的質(zhì)譜圖GC/AES(氣相色譜原子發(fā)射光譜氣相色譜原子發(fā)射光譜)二甲基硒二甲基硒烯丙基甲基硒烯丙基甲基硒甲基亞磺基硒酸甲酯甲基亞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 雙雙(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同時檢測大蒜中碳、硫、硒化合物同時檢測大蒜中碳、硫、硒化合物Se(196.1 nm)C(193.1 nm)S(180.7 nm) 2 2、

22、色譜定量分析、色譜定量分析 f fi i，：定量校正因子；定量校正因子； A Ai i ：峰面積峰面積()iiimfA 峰峰面面積積()iiimfh 峰峰高高（1 1）峰面積的測量）峰面積的測量峰形對稱的峰：峰形對稱的峰： 單位峰面積單位峰面積(或單位峰高或單位峰高)的組分的量的組分的量絕對校正因子絕對校正因子if( (通常以苯為基準通常以苯為基準) )s/iiiisisssifmAmAffmAmA 相對校正因子相對校正因子P260：求苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯的相對校正因子求苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯的相對校正因子 （以苯為基準）（以苯為基準）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 苯苯歸一化法歸一化法 normalization method 1122100%100%.iiiinnmA fwmA fA fA f （3 3）定量計算方法）定量計算方法 試樣中所有組分均試樣中所有組分均須出完整的峰須出完整的峰要求要求操作條件如進樣量、載氣流速等操作條件如進樣量、載氣流速等變化時對結(jié)果的影響較小。變化時

24、對結(jié)果的影響較小。優(yōu)點優(yōu)點例：有一樣品的色譜圖，各組分的例：有一樣品的色譜圖，各組分的f f值，色譜峰的值，色譜峰的面積列于下表。用歸一化法求各組分的含量。面積列于下表。用歸一化法求各組分的含量。組分組分乙醇乙醇庚烷庚烷苯苯乙酸乙酯乙酸乙酯峰面積峰面積相對校正因子相對校正因子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 %. %.外標法（標準曲線法）外標法（標準曲線法）過程：過程： 用用待測組分標準物待測組分標準物制備制備一系列不同含量的標準溶液，在一系列不同含量的標準溶液，在選定色譜條件下取相同體積分別選定色譜條件下取相同體積分別測定，用峰面積對含量做測定，用峰面積對含量做標準曲標準曲線線。 特點：特點：適合大批量試樣的分析。適合大批量試樣的分析。0123450100200300400500濃 度 信號 Biiiiiissssssmf Af AmmmfAfA siiiiss100%100%mmf Awmf Am 方法：方法：選擇一種試樣中不存在的物質(zhì)為內(nèi)標物，選擇一種試樣中不存在的物質(zhì)為內(nèi)標物，加入到加入到準確稱量的試樣準確稱量的試樣中，中，混勻后取一定體積混勻后取一定體積進樣測定：進樣測定：l適用：適用：不能采用歸一化法、外標法的情況不能采用歸一化法、外標法的情況特點：特點：準確度高，但增加了工作量