色譜分析法概論

色譜分析法概論演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共81頁(yè)。優(yōu)選色譜分析法概論當(dāng)前2頁(yè)，總共81頁(yè)。消除干擾加入掩飾劑控制分析條件分離出待測(cè)物質(zhì)復(fù)雜組分分析當(dāng)前3頁(yè)，總共81頁(yè)。分離在分析中的作用(1)將被測(cè)組分從復(fù)雜體系中分離后測(cè)定(2)把對(duì)測(cè)定有干擾的組分分離除去(3)將性質(zhì)相近的組分相互分開(4)把微量或痕量的待測(cè)組分分離富集

復(fù)雜組分分析當(dāng)前4頁(yè)，總共81頁(yè)。常用分離方法蒸餾分離法重結(jié)晶分離法沉淀分離法溶劑萃取分離法超臨界萃取離子交換分離法膜分離技術(shù)色譜分離方法分離前的體系：均相；兩組分A、B的分離分離體系總是兩相：液-液；液-固；氣-液當(dāng)前5頁(yè)，總共81頁(yè)。(chromatography)色譜分析法概論高效能的物理分離技術(shù)+適當(dāng)?shù)臋z測(cè)手段色譜法——層析法色譜分析法當(dāng)前6頁(yè)，總共81頁(yè)。色譜法1906年由俄國(guó)植物學(xué)家Tsweet創(chuàng)立，最早應(yīng)用是用于分離植物色素——CaCO3顆?！兔?/p>

色帶當(dāng)前7頁(yè)，總共81頁(yè)。進(jìn)行色譜分離用的細(xì)長(zhǎng)管——色譜柱：起固定分離作用的填充物——固定相流經(jīng)固定相的空隙或表面的沖洗劑——流動(dòng)相幾個(gè)概念

固定相——除了固體，還可以是液體流動(dòng)相——液體或氣體色譜柱——各種材質(zhì)和尺寸被分離組分——不再僅局限于有色物質(zhì)當(dāng)前8頁(yè)，總共81頁(yè)。色譜法的歷史與發(fā)展30年代Tsweet分離綠葉色素

40年代TLC，紙色譜

50年代GC出現(xiàn)使色譜具備分離和在線分析功能

60年代末HPLC出現(xiàn)，色譜分析范圍進(jìn)一步擴(kuò)大

諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：1948年，瑞典Tiselins，電泳和吸附分析1952年，英國(guó)Martin和Synge，分配色譜。展望：新型固定相和檢測(cè)器聯(lián)用儀器：GC-MS，HPLC-MS

智能化發(fā)展當(dāng)前9頁(yè)，總共81頁(yè)。色譜法(chromatography)：以試樣組分在固定相和流動(dòng)相間的作用的差異為依據(jù)而建立起來的各種分離分析方法。一、定義第一節(jié)概述當(dāng)前10頁(yè)，總共81頁(yè)。二、色譜法分類1.按流動(dòng)相和固定相分子聚集狀態(tài)分類色譜法液相色譜法LC氣相色譜法GC氣-液色譜法GLC氣-固色譜法GSC液-固色譜法LSC液-液色譜法LLC超臨界流體色譜法SFC當(dāng)前11頁(yè)，總共81頁(yè)。2.按操作形式分類

柱色譜法（columnchromatography)

填充柱色譜法；毛細(xì)管柱色譜法平面色譜法（planechromatography)

紙色譜法；薄層色譜法毛細(xì)管電泳法（capillaryelectrophoresisCE)二、色譜法分類當(dāng)前12頁(yè)，總共81頁(yè)。3.按色譜過程的分離機(jī)制分類

分配色譜法

(patitionchromatography)吸附色譜法

(adsorptionchromatography)離子交換色譜法(ionexchangechromatography)空間排阻色譜法

(stericexclusionchromatography)二、色譜法分類當(dāng)前13頁(yè)，總共81頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：“三高”、“一快”、“一廣”

高選擇性——可將性質(zhì)相似的組分分開

高效能——反復(fù)多次利用組分性質(zhì)的差異產(chǎn)生很好分離效果

高靈敏度——10-11~10-13g，適于痕量分析

分析速度快——幾~幾十分鐘完成分離一次可以測(cè)多種樣品

應(yīng)用范圍廣——?dú)怏w，液體、固體物質(zhì)化學(xué)衍生化再色譜分離、分析三、色譜法的特點(diǎn)當(dāng)前14頁(yè)，總共81頁(yè)。缺點(diǎn)：對(duì)未知物分析的定性專屬性差需要與其他分析方法聯(lián)用(GC-MS,LC-MS)三、色譜法的特點(diǎn)當(dāng)前15頁(yè)，總共81頁(yè)。第二節(jié)色譜法的基本原理實(shí)現(xiàn)色譜分析的基本條件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩相——流動(dòng)相、固定相各組分與固定相的作用存在差異當(dāng)前16頁(yè)，總共81頁(yè)。兩個(gè)組分被流動(dòng)相攜帶移動(dòng)的速度不同

——差速遷移，兩組分被分離

一、色譜過程

色譜過程是物質(zhì)分子在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩相分配“平衡”的過程。當(dāng)前17頁(yè)，總共81頁(yè)。當(dāng)前18頁(yè)，總共81頁(yè)。二、色譜圖有關(guān)概念當(dāng)前19頁(yè)，總共81頁(yè)。1.色譜圖（色譜流出曲線）根據(jù)混合組分的分離過程及檢測(cè)器輸出的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間所繪曲線（一）色譜圖和色譜峰當(dāng)前20頁(yè)，總共81頁(yè)。

色譜柱僅有純流動(dòng)相進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)的流出曲線稱為基線，穩(wěn)定的基線為水平直線。2.基線（一）色譜圖和色譜峰當(dāng)前21頁(yè)，總共81頁(yè)。（一）色譜圖和色譜峰噪音：儀器本身所固有的，以噪音帶寬表示漂移：基線向某個(gè)方向穩(wěn)定移動(dòng)（儀器未穩(wěn)定造成）當(dāng)前22頁(yè)，總共81頁(yè)。3.色譜峰（峰高、峰面積、峰位、峰寬）（一）色譜圖和色譜峰流出曲線上的突起部分當(dāng)前23頁(yè)，總共81頁(yè)。不正常峰拖尾峰和前延峰正常峰正態(tài)分布當(dāng)前24頁(yè)，總共81頁(yè)。對(duì)稱因子fs

衡量色譜峰的對(duì)稱性正常峰0.95-1.05當(dāng)前25頁(yè)，總共81頁(yè)。保留時(shí)間、死時(shí)間、調(diào)整保留時(shí)間保留體積、死體積調(diào)整保留體積相對(duì)保留值(二)保留值當(dāng)前26頁(yè)，總共81頁(yè)。保留時(shí)間:tR

進(jìn)樣到某組分色譜峰頂點(diǎn)的時(shí)間間隔死時(shí)間：t0分配系數(shù)為零的組分的保留時(shí)間調(diào)整保留時(shí)間：tR′=tR-t0組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間，是組份在固定相中的滯留時(shí)間當(dāng)前27頁(yè)，總共81頁(yè)。保留體積：VR

從進(jìn)樣開始到某個(gè)組分在柱后出現(xiàn)濃度極大時(shí)，所需通過色譜柱的流動(dòng)相體積

VR=tR

·FCFC為流動(dòng)相流速死體積：V0由進(jìn)樣器至監(jiān)測(cè)器的流路中未被固定相占有的空間。V0=t0

·FC當(dāng)前28頁(yè)，總共81頁(yè)。調(diào)整保留體積：某組份保留體積扣除死體積后體積VR′=VR-V0相對(duì)保留值：r（也用α表示,又稱選擇因子）

組份的調(diào)整保留值之比，色譜系統(tǒng)的選擇性指標(biāo)。當(dāng)前29頁(yè)，總共81頁(yè)。

（三）峰高和峰面積峰高：h色譜峰頂點(diǎn)與基線的距離。峰面積：A色譜曲線與基線間包圍的面積當(dāng)前30頁(yè)，總共81頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)差：σ正態(tài)分布曲線上兩拐點(diǎn)間距離的一半0.607倍峰寬處的一半半峰寬：峰高一半處的峰寬

W1/2=2.355σ峰寬：(W)W=4σ或W=1.699W1/2

色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)上切線與基線的交點(diǎn)間的距離

（四）色譜峰柱效參數(shù)以區(qū)域?qū)挾缺碚鳟?dāng)前31頁(yè)，總共81頁(yè)。（五）分離效能指標(biāo)分離度R：相鄰兩組分色譜峰保留時(shí)間之差與兩色譜峰寬度均值之比當(dāng)前32頁(yè)，總共81頁(yè)。R=1.5R=0.75R=1.0響應(yīng)信號(hào)保留時(shí)間t,minR越大，相鄰組分分離越好。當(dāng)R=1.5時(shí)，分離程度可達(dá)99.7%，R=1.5常用作是否分開的判據(jù)當(dāng)前33頁(yè)，總共81頁(yè)。

色譜峰數(shù)——樣品中單組份的最少個(gè)數(shù)；色譜保留值——定性依據(jù)；色譜峰高或面積——定量依據(jù)；區(qū)域?qū)挾取饬可V柱分離效能；分離度——組分分離程度。色譜流出曲線的意義當(dāng)前34頁(yè)，總共81頁(yè)。K與組分，固定相、流動(dòng)相性質(zhì)及溫度有關(guān)

與兩相體積、柱管特性和所用儀器無關(guān)（一）描述分配過程的參數(shù)三、分配系數(shù)與色譜分離1、分配系數(shù)(K)：當(dāng)前35頁(yè)，總共81頁(yè)。2.分配比(k)：保留因子、質(zhì)量分配系數(shù)其中VmV0，Vs為固定相體積。3.K與k的關(guān)系：k與溫度、壓力、兩相體積有關(guān)（一）描述分配過程的參數(shù)當(dāng)前36頁(yè)，總共81頁(yè)。

4.tR與

K

的關(guān)系:色譜過程方程

——表示保留時(shí)間與分配系數(shù)的關(guān)系（一）描述分配過程的參數(shù)當(dāng)前37頁(yè)，總共81頁(yè)。（二）色譜分離的前提色譜分離的前提——組分在兩相間分配系數(shù)K不同或分配比k不同當(dāng)前38頁(yè)，總共81頁(yè)。一、吸附色譜法二、分配色譜法三、離子交換色譜法四、空間排阻色譜法第三節(jié)色譜分離機(jī)制當(dāng)前39頁(yè)，總共81頁(yè)。一、吸附色譜法分離機(jī)制：利用吸附劑對(duì)不同組分吸附能力差異實(shí)現(xiàn)分離吸附→解吸→再吸附→再解吸→無數(shù)次洗脫→分開吸附平衡Xm+nYa→Xa+nYm

當(dāng)前40頁(yè)，總共81頁(yè)。吸附系數(shù)吸附平衡Xm+nYa→Xa+nYm

Ka與組分性質(zhì)、吸附劑活性、流動(dòng)相性質(zhì)及溫度有關(guān)保留時(shí)間與Ka和Sa的關(guān)系為一、吸附色譜法當(dāng)前41頁(yè)，總共81頁(yè)。固定相和流動(dòng)相：固定相→吸附劑（硅膠或Al2O3）流動(dòng)相→氣體或有機(jī)溶劑（洗脫能力由極性決定）色譜柱一定時(shí)，Ka大的組分吸附強(qiáng)，后被洗脫洗脫順序：烷烴非極性，不被吸附；不飽和化合物比飽和化合物的吸附能力強(qiáng)；基本母核相同，取代基極性越強(qiáng)，吸附能力越強(qiáng)一、吸附色譜法當(dāng)前42頁(yè)，總共81頁(yè)。狹義分配系數(shù)分離機(jī)制利用組分在流動(dòng)相和固定相間溶解度差別實(shí)現(xiàn)分離連續(xù)萃取過程K與組分性質(zhì)、流動(dòng)相性質(zhì)、固定相性質(zhì)及柱溫有關(guān)二、分配色譜法當(dāng)前43頁(yè)，總共81頁(yè)。固定相和流動(dòng)相：固定相→機(jī)械吸附在惰性載體上的液體流動(dòng)相→必須與固定相不為互溶正相分配色譜：流動(dòng)相極性弱于固定相反相分配色譜：流動(dòng)相極性強(qiáng)于固定相GLC：氣體，常為氫氣或氮?dú)釲LC：與固定相不為互溶的液體二、分配色譜法當(dāng)前44頁(yè)，總共81頁(yè)。正相分配色譜：——極性強(qiáng)的組分后出柱反相分配色譜：——極性強(qiáng)的組分先出柱洗脫順序：相似相溶原理CtabCtba正相色譜反相色譜極性：a<b二、分配色譜法當(dāng)前45頁(yè)，總共81頁(yè)。選擇性系數(shù)

分離機(jī)制：依據(jù)被測(cè)組分與離子交換劑交換能力不同而實(shí)現(xiàn)分離三、離子交換色譜法當(dāng)前46頁(yè)，總共81頁(yè)。固定相與流動(dòng)相：固定相→離子交換樹脂，硅膠鍵合離子交換劑被交換基團(tuán)：－SO3H,－COOH,－NR3+OH-

。性能指標(biāo)：交聯(lián)度、交換容量、粒度等。流動(dòng)相→一定pH和離子強(qiáng)度的緩沖溶液被分離組分→離子型的有機(jī)物或無機(jī)物三、離子交換色譜法當(dāng)前47頁(yè)，總共81頁(yè)。KA/B越大，交換能力越大，越易保留，后出柱洗脫順序：影響保留行為的因素離子電荷數(shù)越大，KA/B越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)交換樹脂交聯(lián)度越大，組分保留時(shí)間長(zhǎng)流動(dòng)相的離子強(qiáng)度提高，組分保留值降低三、離子交換色譜法當(dāng)前48頁(yè)，總共81頁(yè)。四、空間排阻色譜法分離機(jī)制滲透系數(shù)

利用被測(cè)組分分子大小不同、在固定相上選擇性滲透實(shí)現(xiàn)分離注：Kp僅取決于待測(cè)分子尺寸和凝膠孔徑大小，與流動(dòng)相性質(zhì)無關(guān)當(dāng)前49頁(yè)，總共81頁(yè)。固定相與流動(dòng)相：固定相→多孔性凝膠流動(dòng)相→水——凝膠過濾色譜流動(dòng)相→有機(jī)溶劑——凝膠滲透色譜

洗脫順序：保留值常用保留體積表示分子線團(tuán)尺寸（分子量）大的組分，滲透系數(shù)小，保留體積小，先被洗脫出柱。四、空間排阻色譜法當(dāng)前50頁(yè)，總共81頁(yè)。

四種色譜類型的比較四種色譜的分離機(jī)制各不相同，分別形成吸附平衡、分配平衡、離子交換平衡和滲透平衡K分別為吸附系數(shù)，狹義分配系數(shù)，選擇性系數(shù)和滲透系數(shù)分配系數(shù)大的組分保留時(shí)間長(zhǎng)（保留體積大），晚流出色譜柱。當(dāng)前51頁(yè)，總共81頁(yè)。物質(zhì)對(duì)分離的兩種情況CtCt提高分離度R增加tR減小w當(dāng)前52頁(yè)，總共81頁(yè)。組分保留時(shí)間：色譜過程的熱力學(xué)因素控制；（組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）色譜峰變寬：色譜過程的動(dòng)力學(xué)因素控制；（兩相中的運(yùn)動(dòng)阻力，擴(kuò)散）兩種色譜理論：塔板理論和速率理論第四節(jié)色譜理論基礎(chǔ)當(dāng)前53頁(yè)，總共81頁(yè)。一、塔板理論——柱分離效能指標(biāo)

將連續(xù)的色譜分離過程分割成多次的平衡過程的重復(fù)。

1.塔板理論（platetheory）第一次平衡稱為一個(gè)理論塔板半經(jīng)驗(yàn)理論H為理論塔板高度當(dāng)前54頁(yè)，總共81頁(yè)。塔板理論假定：1）樣品和新鮮載氣都加在第0號(hào)塔板上，且樣品的縱向擴(kuò)散可以忽略。2）在每一個(gè)平衡過程間隔內(nèi)，平衡可以迅速達(dá)到；3）每次分配的分配系數(shù)相同；4）流動(dòng)相以不連續(xù)方式加入。當(dāng)前55頁(yè)，總共81頁(yè)。01234載氣固定相分配色譜過程示意圖（塔板理論示意）kA=2kB=0.5當(dāng)前56頁(yè)，總共81頁(yè)。01234載氣固定相kA=2kB=0.5分配色譜過程示意圖（塔板理論示意）當(dāng)前57頁(yè)，總共81頁(yè)。01234載氣固定相kA=2kB=0.5分配色譜過程示意圖（塔板理論示意）當(dāng)前58頁(yè)，總共81頁(yè)。01234載氣固定相kA=2kB=0.5分配色譜過程示意圖（塔板理論示意）當(dāng)前59頁(yè)，總共81頁(yè)。01234載氣固定相kA=2kB=0.5分配色譜過程示意圖（塔板理論示意）塔板數(shù)濃度當(dāng)前60頁(yè)，總共81頁(yè)。塔板數(shù)n>50時(shí)，流出曲線接近正態(tài)分布曲線。k=1的組分從n＝5柱中的流出曲線當(dāng)前61頁(yè)，總共81頁(yè)。

理論塔板數(shù)理論塔板高度（柱長(zhǎng)為L(zhǎng)）柱子的柱效的評(píng)價(jià)塔板數(shù)；塔板高度——根據(jù)色譜流出曲線導(dǎo)出保留時(shí)間包含死時(shí)間，在死時(shí)間內(nèi)不參與分配!當(dāng)前62頁(yè)，總共81頁(yè)。有效塔板數(shù)有效塔板高度當(dāng)前63頁(yè)，總共81頁(yè)。2.塔板理論的特點(diǎn)和不足(1)當(dāng)色譜柱長(zhǎng)度一定時(shí)，塔板數(shù)n

越大(塔板高度H越小)，被測(cè)組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。

(2)不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)時(shí)，應(yīng)指明測(cè)定物質(zhì)。(3)柱效不能表示被分離組分實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)K相同時(shí)，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。當(dāng)前64頁(yè)，總共81頁(yè)。

(4)該理論在理想情況下導(dǎo)出，未考慮分子擴(kuò)散因素、其它動(dòng)力學(xué)因素對(duì)柱內(nèi)傳質(zhì)的影響。2.塔板理論的特點(diǎn)和不足塔板理論不能解釋：峰形為什么會(huì)擴(kuò)張？影響柱效的動(dòng)力學(xué)因素是什么？當(dāng)前65頁(yè)，總共81頁(yè)。二、速率理論——影響柱效的因素速率理論（Ratetheory）

1956年，荷蘭化學(xué)工程師vanDeemter提出了色譜過程動(dòng)力學(xué)速率理論：吸收了塔板理論中的板高H概念，考慮了組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過程，從而給出了vanDeemter方程：當(dāng)前66頁(yè)，總共81頁(yè)。u—流動(dòng)相線速度；A，B，C為常數(shù)A—渦流擴(kuò)散項(xiàng)；B/u—分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)；C—傳質(zhì)阻力項(xiàng)。速率方程（vanDeemter方程式）

當(dāng)u一定時(shí)，減小A、B、C三項(xiàng)可提高柱效在A、B、C較小時(shí)，H較小，柱效較高；反之則柱效較低，色譜峰將展寬。當(dāng)前67頁(yè)，總共81頁(yè)。填充物顆粒大小及填充的不均勻性——同一組分運(yùn)行路線長(zhǎng)短不同——流出時(shí)間不同，峰形展寬1）渦流擴(kuò)散項(xiàng)(A)當(dāng)前68頁(yè)，總共81頁(yè)。1）渦流擴(kuò)散項(xiàng)(A)使用細(xì)粒固定相并填充均勻可減小A，提高柱效對(duì)于空心毛細(xì)管柱，無渦流擴(kuò)散，即A=0。展寬程度以A表示：

A=2dp其中dp—填充物平均直徑；

—填充不規(guī)則因子。當(dāng)前69頁(yè)，總共81頁(yè)。2）分子擴(kuò)散項(xiàng)(B/u)—稱為彎曲因子，固定相對(duì)分子擴(kuò)散阻礙情況D—組分在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)由于濃度梯度引起的B=2D當(dāng)前70頁(yè)，總共81頁(yè)。

球狀顆粒；大分子量流動(dòng)相；適當(dāng)增加流速；討論：

分子量大的組分，Dg小，即B小

Dg隨柱溫升高而增加，隨柱壓降低而減小；流動(dòng)相分子量大，Dg小，即B??；

u增加，組份停留時(shí)間短，縱向擴(kuò)散??；

對(duì)于液相色譜，因Dm

較小，B項(xiàng)可勿略。B=2D

短柱；低溫。2）分子擴(kuò)散項(xiàng)(B/u)當(dāng)前71頁(yè)，總共81頁(yè)。3）傳質(zhì)阻力項(xiàng)(Cu)傳質(zhì)阻力的存在，使分配不能“瞬間”達(dá)至平衡，因此產(chǎn)生峰形展寬。當(dāng)前72頁(yè)，總共81頁(yè)。a）氣液色譜：氣體為流動(dòng)相，C包括氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cs和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cl。流動(dòng)相固液界面固定液組分分子ClCg3）傳質(zhì)阻力項(xiàng)(Cu)當(dāng)前73頁(yè)，總共81頁(yè)。降低傳質(zhì)阻力方法：減小擔(dān)體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣。k為分配比；Dg

、DL為擴(kuò)散系數(shù)；dp為填充物大小；df液膜厚度a）氣液色譜：3）傳質(zhì)阻力項(xiàng)(Cu)當(dāng)前74頁(yè)，總共81頁(yè)。smb）液液色譜：液體為流動(dòng)相，傳質(zhì)阻力項(xiàng)C包括流動(dòng)相傳質(zhì)阻力