第11章色譜分析法概論

1、1O進樣進樣 空氣峰空氣峰th21h.6670h221/WW0tRRtt信號信號2 3俄國植物學家俄國植物學家茨維特茨維特1906，俄國植物學家，俄國植物學家 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，對液固吸附色譜的杰出貢獻者庫，對液固吸附色譜的杰出貢獻者庫恩，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年諾貝爾化學獎。年諾貝爾化學獎。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年年諾貝爾化學獎。諾貝爾化學獎。1941，

2、馬丁（，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年諾貝爾化學獎。年諾貝爾化學獎。氨基酸自動分析儀發(fā)明人氨基酸自動分析儀發(fā)明人S穆爾（穆爾（Stanford 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氨基酸、多肽、蛋白質等復雜的生物關氨基酸、多肽、蛋白質等復雜的生物化學問題，獲化學問題，獲1972年諾貝爾化學獎。年諾貝爾化學獎。456BAABBABBABABct流動相流動相樣品液樣品液色譜柱色譜柱固定相固定相檢測器檢測器789Rt0RR

3、ttt10cRRFtVRVcR0RRFtVVVc00FtV11RRRR1 , 21212VVttr用保留時間緊鄰待測組分的兩個正構烷烴用保留時間緊鄰待測組分的兩個正構烷烴來標定組分的相對保留值，又稱來標定組分的相對保留值，又稱Kovats指數(shù)：指數(shù)：lglglglgn+100Z=R(z)n)R(zR(z)R(x)xttttIIx為待測組分的保留指數(shù)；為待測組分的保留指數(shù)；z與與z+n為正構烷烴對的碳原子數(shù)，為正構烷烴對的碳原子數(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設正常峰，設正常峰，W1W2= 4當當R=1.5時，時，99.7%面積（面積（tR3）被）被分開，分開， 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)分類狀態(tài)分類2. 按固定相的固定按固定相的固定方式分類方式分類柱色譜：柱色譜：填充柱、毛細管柱色譜填充柱、毛細管柱色譜平面色譜：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.按分離的機制按分離的機制分類分類液相色譜：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分類17XXYYamamnn+namnmaaYXYX=Kmmaamaa/XXVXSXKmXmYmaaX圖圖11-1 吸附色譜示意圖吸附色譜示意圖.X.溶質分子；溶質分子；Y.流動相分子；

6、流動相分子；a. 吸附劑；吸附劑；m.流動相。流動相。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 溶劑強度溶劑強度（ o o）溶劑溶劑 溶劑強度溶劑強度（ 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流動相中游離的組分分子流動相中游離的組分分子Xs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：陰離子交換反應陽離子交換反應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.樹脂骨架；樹脂骨架；m.流動相流動相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.流動相流動相Gem大分子大分子流動相流動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色譜過程方程：推導色譜過程方程：在實驗條件一定時，固定相和流動相的選擇和體積都是確在實驗條件一定時，固定相和流動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，所以保，也就是取決于組分的性質，所以保留時間是對組分進行色譜定性的指標。留時間是對組分進行色譜定性的指標。ms0R0Rmsmmss11VVKttkttVVKVcVck：，色譜過程方程保留時間：保留因子：Vs固定相的體積固定相的體積Vm流動相的體積流動相的體積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相的分配達到平衡時，在兩相中的條件下，組分在固定相和流動相的分配達到平衡時，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的關系曲線，稱為的關系曲線，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對稱因子對稱因子/拖尾因子拖尾因子u完全對完全對：fs=1.00u對稱峰對稱峰：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，一定時，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)是評價柱效能的柱的分離效率越高。因此

13、，理論塔板數(shù)是評價柱效能的指標。指標。；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：優(yōu)點：塔板理論是半經(jīng)驗性理論，在解釋流出曲線的塔板理論是半經(jīng)驗性理論，在解釋流出曲線的形狀、濃度極大點的位置、評價柱效高低等方面是成形狀、濃度極大點的位置、評價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與事實不完全相符，它無塔板理論的基本假設與事實不完全相符，它無法解釋譜帶擴展的原因，也無法解釋色譜過程與流動法解釋譜帶擴展的原因，也無法解釋色譜過程與流

14、動相流速、柱內(nèi)分子擴散傳質過程以及色譜操作參數(shù)等相流速、柱內(nèi)分子擴散傳質過程以及色譜操作參數(shù)等動力學因素的關系。動力學因素的關系。這些問題，在速率理論中得到了圓滿的解決。這些問題，在速率理論中得到了圓滿的解決。38 n1956年，荷蘭學者范第姆特年，荷蘭學者范第姆特(Van Deemter)提出了色譜過提出了色譜過程動力學理論程動力學理論速率理論速率理論。塔板高度渦流擴散項縱向擴散項傳質阻抗項H = A + B/u + Cu39CuuBAH符號名 稱單位H塔板高度塔板高度cmA渦流擴散項渦流擴散項cmB縱向擴散系數(shù)縱向擴散系數(shù)cm2s-1C傳質阻力系數(shù)傳質阻力系數(shù) s u載氣線流速載氣線流速c

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

16、細管柱無多徑相：空心毛細管柱無多徑相：A=0 41分子擴散引起的色譜峰展寬示意圖分子擴散引起的色譜峰展寬示意圖42傳質：溶解、擴散、轉移的過程。傳質：溶解、擴散、轉移的過程。傳質阻抗：影響傳質過程的阻力。傳質阻抗：影響傳質過程的阻力。結果結果：（：（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，而另一些滯后，引起峰展寬。向前移動，而另一些滯后，引起峰展寬。傳質阻抗系數(shù)傳質阻抗系數(shù)C，其單位，其單位s ，包括，包括 Cm、Cs。以上我們對引起譜帶展寬的三個主要因素分別進行了分析，是以上我們對引起譜帶展寬的三個主要因素分別進行了分析，是對渦對渦流擴散、流擴散、 縱向擴散、縱向擴散、 傳質阻力傳質阻力三個因素的孤立分析，實際上三個三個因素的孤立分析，實際上三個因素是同時發(fā)生作用的，而且還相互影響，宏觀表現(xiàn)是對色譜系統(tǒng)因素是同時發(fā)生作用的，而且還相互影響，宏觀表現(xiàn)是對色譜系統(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。 結論：結論： 色譜的色譜的Van Deemter方程，說明了色譜柱填充均勻程度、載方程，說明了色譜柱填充均勻程度、載體的性質與粒度、載氣種類與流速、固定液層厚、柱溫等對柱效的體的性質與粒度、載氣種類與流速、固定液層厚、柱溫等對柱效的影