現(xiàn)代色譜分析上課講義

1、現(xiàn)代色譜分析n1941年，英國(guó)人Martin和Synge首次提出液液色譜法n 20世紀(jì)40年代，在研究分配色譜理論的過程中，證實(shí)了氣體作為色譜流動(dòng)相的可行性，并預(yù)言了GC的誕生。n1952年他們發(fā)表第一篇關(guān)于GC的論文。n獲1952年的若貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。n1955年，第一臺(tái)商品GC儀器推出。n1956年，Martin首次提出使用小口徑（0.2mm）色譜柱的建議n1957年，美國(guó)學(xué)者Golay首先用毛細(xì)管進(jìn)行色譜分離實(shí)驗(yàn)，獲得了高于填充柱的分辨率和柱效能n1959年，Porath和Flodin提出空間排阻色譜n1970年以后逐漸發(fā)展了HPLC以及各種檢測(cè)器和聯(lián)用手段n1975年，Small發(fā)表第一篇

2、離子色譜論文，同年商品儀器問世n1979年，彈性石英毛細(xì)管色譜柱商品化續(xù)前圖示有關(guān)色譜的工具書及色譜期刊n 張祥民編著.現(xiàn)代色譜分析，2006年3月第1版 ，復(fù)旦大學(xué)出版社 n 蘇立強(qiáng)主編.色譜分析法 ，2009年第1版 ， 清華大學(xué)出版社 n 劉虎威編著.氣相色譜方法及應(yīng)用，2007年5月第2版 ，化學(xué)工業(yè)出版社n傅若農(nóng)主編. 色譜技術(shù)叢書 ，2007年5月第2版 ，化學(xué)工業(yè)出版社n分析化學(xué)n色譜n分析測(cè)試通報(bào)n藥物分析雜志n分析試驗(yàn)室n分析科學(xué)學(xué)報(bào)nJournal of Chromatography A/BnJournal of Chromatographic SciencenJourna

3、l of Separation SciencenChromatographianJournal of Liquid Chromatography & Related TechniquesnBiomedical Chromatography nLC-GCnJournal of Capillary ElectrophoresisnElectrophoresisnAnalytical Chemistry續(xù)前色譜圖示意圖色譜圖示意圖ABAAWfhs2)(205. 0從色譜圖中，可得許多信息：1 色譜峰的個(gè)數(shù)，可判斷所含組分的最少個(gè)數(shù)；2 根據(jù)色譜峰的保留值，可以進(jìn)行定性分析；3 根據(jù)色譜峰的面

4、積或峰高，可以進(jìn)行定量分析；4 色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾?，評(píng)價(jià)柱效依據(jù)；5 色譜峰兩峰間的距離 二、定性參數(shù)RtRR0tttRRcVtF00cVtF00(1)tk F(1)mVkmsVKVRV2211RR2 ,1RRtVrtVRR0RcsVVVtFKVRVR(x)R(z)xR(zn)R(z)lglg=100Z+nlglgttItt100(775.6AIlg310-lg174乙 酸 正 丁 酯 )=100 7+1lg373.4-lg174三、柱效參數(shù)（二）理論塔板數(shù)和理論塔板高度2Rn(/ )t2Rn 16()tW2R1 2n 5.54()tW2221 2()5.54()16()RReffRt

5、tntWW2. 理論塔板高度LHneffeffLHn四、分離參數(shù)2121RRRR12122()()/2ttttRW WW W（一）分離度（resolution,R)1.分離度定義與含義2.基本分離方程式221() ()41knRkabca柱效項(xiàng)b-柱選擇項(xiàng)c柱容量項(xiàng)（2）薄層色譜：21() (1)4fnRRabc（二）有效峰數(shù)（effective peak number,ENP)11ZZENPR11ZZRZZ式中，為含有和 個(gè)碳的正構(gòu)同系物的分離度2(870.6554.0)131.412.037.54ENP WCOT說明在柱上正戊醇與正己醇的色譜峰間能容納31.4個(gè)色譜峰。（三）分離值11ZZ

6、RSVR*R含義：兩個(gè)相鄰峰的分離度為時(shí)，在含有Z與Z+1個(gè)碳的同系物色譜峰間能容納的峰數(shù)。2.在薄層色譜法中的定義和含義1RSVR例1 若Rf=0及Rf1兩組分斑點(diǎn)分離度R=6，兩相鄰組分斑點(diǎn)的R*=1.5,則：6131.5SV 例2 若Rf=0及Rf1兩組分斑點(diǎn)分離度R=6，兩相鄰組分斑點(diǎn)的R*=1.0,則：6151.0SV （四）分離數(shù)（separation number,SN; Trennzahl,TZ)(1)()1 2(1)1 2()1R ZR ZZZttSNWW(1)()(1)()1.6991R ZR ZZZttSNWW1 2,1.699ww將代入上式：將分離度公式代入上式：11.

7、69912ZZSNR10.851ZZSNR1.177RSNSV當(dāng)時(shí)，分離數(shù)的含義：870.6554.0126.57.084.44SN 2.在薄層色譜法中的定義和含義011LSNbb10ffLRR及兩組分斑點(diǎn)重心間距離（薄層掃描峰頂間距離），近似為原點(diǎn)至溶劑前沿的距離。00fbR 的斑點(diǎn)的半峰寬11fbR 斑點(diǎn)的半峰寬在薄層色譜法中，計(jì)算Rf=0及Rf=1兩組分斑點(diǎn)的分離度時(shí)，可用下式：11.177()oLRbb1,RSVR將上式代入得：011.177() 1LSVRbbSN的含義：*11.177) 1RSVSNbb 0L當(dāng)時(shí)，=(計(jì)算結(jié)果表明，在Rf=1及Rf=0的組分的斑點(diǎn)間，可容納相鄰斑點(diǎn)

8、的分離度（R*)為1.5得斑點(diǎn)9.5個(gè)。12719.53.98.2SN 五、相平衡參數(shù)sm=CKC2.分配系數(shù)與柱溫的關(guān)系lnocGKRT smmkmsssmmmmCVkmC VsmVkKKV4分配系數(shù)和容量因子的關(guān)系()msV V相 比vRu0RtRtmmm mmsmSm ms stNC VRttNNC VCV1111smRVkKV(1)RLLtku000(1 )tkttk 000RRtttktt0(1)sRmVttKV或（三）分配系數(shù)與保留體積的關(guān)系0(1)sRmVVVKV（四）分配系數(shù)與比移值的關(guān)系0fRRtt因?yàn)閙fmsVRVKV所以：（五）容量因子與比移值的關(guān)系1111ffRkkR或

9、組分停留在固定相中的時(shí)間為：02.00.21.8minRRttt 1.8 1018RRcVtFmlRsVKV 18360.5RsVKVA滯留在流動(dòng)相中的時(shí)間分?jǐn)?shù)，即為保留比()()25.02.01.015.02.0R BR Att015.02.06.52.0Rtkt110.13311 6.5Rk 六、色譜分離的前提(1)sRAoAmVttKV0(1)sRBBmVttKV0()RABtt kk0()sRRARBABmVttttKKV第二節(jié)第二節(jié) 塔板理論塔板理論色譜是一種分離技術(shù),組分先分離才可定性定量. 如何選擇最佳分離條件,這需要色譜理論的指導(dǎo). 一、二項(xiàng)式分布一、二項(xiàng)式分布轉(zhuǎn)移N次后第r號(hào)

10、塔板中的質(zhì)量Nmr sm!()!NNrrrNmmmr Nr3(3 3)333!0.6670.3330.0373!(3 3)!m二項(xiàng)式展開式各項(xiàng)相當(dāng)于各塔板中某一個(gè)組分溶質(zhì)的總量Nmmrmmmm 總Nm mrm ms sCVmCVCV11NrsmmC C11NrmKNssrmmmm 總Ns srm ms sCVmCVCV1NrKmK當(dāng) n=3, r=0時(shí), 求流動(dòng)相和固定相中溶質(zhì)的含量10.2970.0991 2sm 20.2970.1982 1sm 二、正態(tài)分布2R2( -)02=e(1)2t tCC (1) t = tR時(shí)，有極大值 ,0max(2)2CC2maxRRVnWC將式 (2) 代

11、入式 (1) 得：2R2( -)2max=et tCCCmax的影響因素 (1) 進(jìn)樣量C0愈大,則Cmax愈大. C0與Cmax成正比。這是色譜峰高定量的依據(jù)。 （2）H值愈小，柱效愈高， 愈小,Cmax/C0比值愈大。即H越小，柱效n越高 (3)色譜柱內(nèi)徑愈小，填充愈緊密， Cmax/C0比值也愈大。即柱愈細(xì)填充愈緊密，柱效n越高。 （4） 色譜柱愈短， Cmax值愈大。 （5） 先流出柱子的組分容量因子小，所以Cmax/C0比值愈大，反之提高色譜柱的溫度（對(duì)GC），增加流動(dòng)相中強(qiáng)洗脫溶劑的濃度（對(duì)HPLC），都可以使容量因子下降，比而使Cmax/C0比值愈大，提高色譜檢測(cè)靈敏度。 三、理

12、論塔板高度和理論塔板數(shù)2()Rtn21 25.54()RtnW216()RtnWRt2()effRnt21 25.54()effRntW216()effRntW理論塔板高度為：每 米 理 論 塔 板 數(shù) 為 ：2.4103/2=1.2103(m1)320000.83 (mm)2.4 10H 231.505.54()2.4 100.10/2.0n四、塔板理論的作用與不足四、塔板理論的作用與不足 (一)塔扳理論在色譜法中的地位與作用： 1從塔板理論方程式的形式看它描述的色譜信號(hào)軌跡應(yīng)該是正態(tài)分布函數(shù)，與實(shí)際記錄的色譜流出曲線相符合，說明此方程是準(zhǔn)確的，且對(duì)色譜分配系統(tǒng)有理論指導(dǎo)意義。2由塔板理論據(jù)

13、導(dǎo)出來計(jì)算往效率的理論塔板數(shù)(n)公式，是行之有效的。長(zhǎng)期以來用n值的大小評(píng)價(jià)色譜柱柱效是成功的，是色譜工作者不可缺少的計(jì)算公式。3. 塔板理論方程式描述色譜峰極高點(diǎn)的Cmax數(shù)值是符合公式要求的，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明Cmax 與n，Co，VR之間的關(guān)系是正確的。各參數(shù)對(duì)Cmax之影響都是客觀的。 4按塔板理論模型所建立起來的一些方程式討論了某些色譜參數(shù)對(duì)組分色譜峰區(qū)域半峰寬公式均符臺(tái)流出曲線半高峰寬變化的實(shí)際。特別應(yīng)指出的是，塔板理論也提出了理論塔板高度對(duì)色譜峰區(qū)域?qū)挾葦U(kuò)張的影響，這一點(diǎn)過去往往被忽視。 (二) 塔扳理論存在的不足： 1.塔板理論是模擬在一些假設(shè)條件下而提出的，假設(shè)同實(shí)際情況有差距，

14、所以他描述的色譜分配過程定量關(guān)系合有不準(zhǔn)確的地方。2.對(duì)于塔板高度H這個(gè)抽象的物理量究竟由哪些參變量決定的？H又將怎樣影響色譜峰擴(kuò)張等一些實(shí)質(zhì)性的較深入的問題，塔板理論卻不能回答。 3.為什么流動(dòng)相線速度(U)不同，柱效率(n)不同；而有時(shí)當(dāng)U值由很小一下變得很大時(shí)，則柱效能（n）指標(biāo)并未變化許多，但峰寬各異，這些現(xiàn)象塔板理論也無能為力4.塔報(bào)理論忽略了組分分子在柱中塔板間的縱向擴(kuò)散作用，特別當(dāng)傳質(zhì)速率很快時(shí)，其縱向擴(kuò)散作用為主導(dǎo)方面，這一關(guān)鍵問題并未闡述。第三節(jié) 速率理論（一）影響板高因素的討論2縱向擴(kuò)散(longitudinal diffusion) 3傳質(zhì)阻抗 (mass transfe

15、r resistance) 2mmpm()CCdD2223(1)fssdkCkD2(1)kk216fssdCD1kkCs當(dāng)時(shí)， 減小，減小1k一般情況下，（二）Van Deemeter方程式在GC中的表現(xiàn)形式222223(1)fpmmdkHdDuukD（2）快速氣相色譜法220.01(1)mkCk 2220.01(1)pmmdkCkD于是將Cm及Cs代入式（1）中得：uDdkkuDdkkuDdHsfmpmp22222)1 (32)1 (01. 0222.開口毛細(xì)管柱0Van DeemertmsAHB uC uC u因?yàn)橛谑?，方程式可?jiǎn)化為：222222220.01(1)3(1)pfmpmsdd

16、DkkHduuukDkD 12中無擴(kuò)散障礙（因?yàn)樵陂_口毛細(xì)管柱其中，mDB 2221 61124(1)mmkkrCkD2223(1)fssdkCkD2222221 611224(1)3(1)fmmsdDkkrkHuuukDkD二、液相色譜法速率理論5mmDD10B/u又因?yàn)橐合嗌V的比氣相色譜的約小倍，所以，縱向擴(kuò)散項(xiàng)可以忽略不計(jì)。于是：2mBD因?yàn)閙DT而msmsHAC uC uC umsmseHHHHH或222222(1)230(1)(1)(1)ppfpmmsdddkkHdWuuquDkDkD2222ppfpmsmsmmsdddHdCuCuCuDDD簡(jiǎn)易表達(dá)式：emsmsHHHH渦流擴(kuò)散項(xiàng)流動(dòng)相傳質(zhì)阻抗項(xiàng)靜態(tài)流動(dòng)相傳質(zhì)阻抗項(xiàng)固定相傳質(zhì)阻抗項(xiàng)()0.01 10mW C 與柱內(nèi)徑、形狀、填料的性質(zhì)有關(guān)，其值在之間，是一個(gè)無因次的常數(shù)。-固定相的空隙度與固定相顆粒、孔道彎曲程度有關(guān)的系數(shù)討論：3.傳質(zhì)阻抗系數(shù)4.傳質(zhì)阻抗對(duì)板高的影響2(/)mmp