第十一章色譜分析法概論

分析化學化學分析容量分析重量分析儀器分析光學分析電化學分析色譜分析質譜分析熱分析等紫外-可見吸收光譜法原子吸收光譜法原子發(fā)射光譜法原子熒光光譜法紅外吸收光譜法核磁共振波譜法有機波譜分析目前一頁\總數(shù)六十一頁\編于八點classificationofinstrumentanalyticalmethod儀器分析電化學分析法光分析法色譜分析法熱分析法分析儀器聯(lián)用技術質譜分析法目前二頁\總數(shù)六十一頁\編于八點1、電化學分析方法的分類classificationofelectrochemicalanalysis電化學分析法電位分析法電解分析法電泳分析法庫侖分析法極譜與伏安分析法電導分析法目前三頁\總數(shù)六十一頁\編于八點光分析法原子吸收法紅外法原子發(fā)射法核磁法熒光法紫外可見法分子光譜原子光譜2、光分析方法的分類目前四頁\總數(shù)六十一頁\編于八點classificationofchromatographicanalysis色譜分析法氣相色譜法薄層色譜法液相色譜法激光色譜法電色譜法超臨界色譜法3、色譜分析方法的分類目前五頁\總數(shù)六十一頁\編于八點4、其他分析方法的分類其他分析法質譜分析法聯(lián)用技術熱分析法目前六頁\總數(shù)六十一頁\編于八點目前七頁\總數(shù)六十一頁\編于八點色譜過程圖解組分的結構和性質微小差異與固定相作用差異隨流動相移動的速度不等差速遷移色譜分離目前八頁\總數(shù)六十一頁\編于八點色譜過程

實現(xiàn)色譜操作的基本條件是必須具備相對運動的兩相，固定相(stationaryphase)和流動相(mobilephase)。

色譜過程是組分的分子在流動相和固定相間多次“分配”的過程。目前九頁\總數(shù)六十一頁\編于八點第一節(jié)色譜法發(fā)展與分類一、什么是色譜法色譜分析法簡稱色譜法(chromatography)，是一種物理或物理化學分離分析方法。1906年，植物色素分離，色帶目前十頁\總數(shù)六十一頁\編于八點圖示固定相——CaCO3顆粒流動相——石油醚

色帶目前十一頁\總數(shù)六十一頁\編于八點定義、實質和目的定義：利用物質的物理化學性質建立的分離、分析方法實質：分離目的：定性分析或定量分析目前十二頁\總數(shù)六十一頁\編于八點一、色譜法的歷史發(fā)展1.新型固定相和檢測器的研制2.色譜新方法的研究3.色譜聯(lián)用技術4.色譜專家系統(tǒng)目前十三頁\總數(shù)六十一頁\編于八點俄國植物學家Tswett于1901年發(fā)現(xiàn)：利用吸附原理分離植物色素1903年發(fā)表文章：Onanewcategoryofadsorptionphenomenaandtheirapplicationtobiochemicalanalysis1906年Tswett創(chuàng)立“chromatography”—“色譜法”新名詞1907年在德國生物會議上第一次向世界公開展示顯現(xiàn)彩色環(huán)帶的柱管（一）色譜分析法的歷史目前十四頁\總數(shù)六十一頁\編于八點1930年R.Kuhn用色譜柱分離出胡蘿卜素1935年AdamsandHolmes發(fā)明了苯酚-甲醛型離子交換樹脂，進一步發(fā)明了離子色譜1938年Izmailov發(fā)明薄層色譜1941年Martin&Synge發(fā)明了液-液分配色譜1944年Consden,Gordon&Martin發(fā)明紙色譜目前十五頁\總數(shù)六十一頁\編于八點1952年Martin&Synge發(fā)明氣-液色譜1953年Janak發(fā)明氣-固色譜1954年Ray發(fā)明熱導檢測器1957年Martin&Golay發(fā)明毛細管色譜1959年Porath&Flodin發(fā)明凝膠色譜1960年液相色譜技術完善70年代離子色譜與薄層掃描80年代超臨界流體、毛細管電泳目前十六頁\總數(shù)六十一頁\編于八點二、分類：1．按兩相分子的聚集狀態(tài)分：流動相固定相類型液相色譜液體固體液-固色譜液體液體液-液色譜氣體固體氣-固色譜氣體液體氣-液色譜氣相色譜超臨界流體色譜法目前十七頁\總數(shù)六十一頁\編于八點續(xù)前2．按操作方式分：平面色譜

紙色譜薄層色譜高分子薄膜色譜柱色譜

填充柱色譜毛細管柱色譜

電泳法目前十八頁\總數(shù)六十一頁\編于八點3．按分離機制分：

分配色譜：利用分配系數(shù)的不同

吸附色譜：利用物理吸附性能的差異

離子交換色譜：利用離子交換原理

空間排阻色譜：利用排阻作用力的不同目前十九頁\總數(shù)六十一頁\編于八點3．按分離機制分：

親合色譜法化學鍵合相色譜法毛細管電泳法目前二十頁\總數(shù)六十一頁\編于八點

定性參數(shù)定量參數(shù)柱效參數(shù)分離參數(shù)相平衡參數(shù)第二節(jié)色譜原理目前二十一頁\總數(shù)六十一頁\編于八點

色譜分離過程

目前二十二頁\總數(shù)六十一頁\編于八點目前二十三頁\總數(shù)六十一頁\編于八點由過程可知，色譜法是利用混合物中各組分在兩相中吸附、分配、離子交換、親和力、分子尺寸等差異，使固定相對各個組分的保留作用不同，當兩相做相對運動時，不同組分產(chǎn)生反復多次的差速遷移而進行分離分析的方法。目前二十四頁\總數(shù)六十一頁\編于八點第三節(jié)經(jīng)典液相色譜法一、吸附柱色譜法是根據(jù)吸附劑對樣品中各組分吸附能力不同，在兩相作相對運動時，導致各組分在色譜柱中產(chǎn)生差速遷移，使各組分流出色譜柱的時間不同而分離目前二十五頁\總數(shù)六十一頁\編于八點1.吸附作用與吸附平衡吸附劑一般為較大比表面積的多孔性固體顆粒，其表面有許多吸附活性位點。組分分子、流動相分子與吸附劑表面吸附活性位點之間吸附和洗脫速度相等時即達到吸附平衡。目前二十六頁\總數(shù)六十一頁\編于八點固定相→吸附劑（硅膠或AL2O3）具表面活性吸附中心吸附系數(shù)注：Ka與組分的性質、吸附劑的活性、流動相的性質及溫度有關吸附平衡Xm+nYa→Xa+nYm

目前二十七頁\總數(shù)六十一頁\編于八點圖示分離機制：

各組分與流動相分子爭奪吸附劑表面活性中心利用吸附劑對不同組分的吸附能力差異而實現(xiàn)分離吸附→解吸→再吸附→再解吸→無數(shù)次洗脫→分開目前二十八頁\總數(shù)六十一頁\編于八點Ka的意義若Ka值較小，則說明該組分在固定相保留作用較弱，不易被吸附，遷移速度快，先流出柱。目前二十九頁\總數(shù)六十一頁\編于八點2.吸附等溫線一定溫度下，組分在吸附劑表面被吸附達到平衡時，組分在兩相中濃度相對關系的曲線，稱為吸附等溫線（adsorptionisotherm）橫坐標為組分在流動相的濃度，縱坐標為在固定相的濃度。一般分為直線型、凸型和凹型三種目前三十頁\總數(shù)六十一頁\編于八點凸形等溫線吸附劑表面有不同吸附力的位點，組分分子優(yōu)先占據(jù)高吸附力位點。在濃度較低時，組分吸附牢靠較難洗脫，高濃度時，吸附在低吸附位點的組分分子吸附較為松散，洗脫快，導致組分在濃度較高區(qū)域遷移速度快于濃度較低區(qū)域，流出曲線為前緣陡峭，后部托位的不對稱峰形。目前三十一頁\總數(shù)六十一頁\編于八點

柱色譜

色譜圖隨時間t記錄色譜流出曲線，即色譜圖I

tRWσ

t0tR′

h

W?

h/20.607hoWbt進樣空氣組分1組分2

（惰性物質）

tR保留時間t0死時間目前三十二頁\總數(shù)六十一頁\編于八點（二）固定相與流動相1.固定相（1）基本要求：均勻、堅固顆粒，吸附力強且可逆，不發(fā)生化學反應及溶解。（2）常用吸附劑硅膠、氧化鋁目前三十三頁\總數(shù)六十一頁\編于八點2.流動相（1）基本要求：純度合格、溶解樣品、粘度小，性質穩(wěn)定，可揮發(fā)便于回收樣品（2）選擇從試樣、吸附劑和流動相三個方面考慮。相似相溶、混合溶劑、梯度洗脫目前三十四頁\總數(shù)六十一頁\編于八點（二）分配柱色譜法流動相→必須與固定相不為互溶載體→惰性，性質穩(wěn)定，不與固定相和流動相發(fā)生化學反應固定與流動相均為液體，液態(tài)固定相是固定液被涂漬在惰性材料載體上構成固定相目前三十五頁\總數(shù)六十一頁\編于八點（二）分配色譜法分配系數(shù)注：K與組分的性質、流動相的性質、固定相的性質以及柱溫有關利用被分離的各個組分在互不相溶的固定相與流動相中的溶解度不同而使試樣組分在兩相間不斷產(chǎn)生分配平衡。目前三十六頁\總數(shù)六十一頁\編于八點圖示分離機制利用組分在流動相和固定相間溶解度差別實現(xiàn)分離連續(xù)萃取過程。分配系數(shù)大越易分離。目前三十七頁\總數(shù)六十一頁\編于八點（二）固定相和流動相1.固定相將固定液涂漬在一定粒度的載體上構成。載體（又稱擔體）僅起負載一定量固定液的作用。固定液是樣品的良好溶劑，不溶或很難溶于流動相目前三十八頁\總數(shù)六十一頁\編于八點分配色譜法兩種類型1.正相色譜法：用極性溶液作固定液，用非極性或弱極性溶液做流動相，分離極性化合物。2.反相色譜法：用非極性或弱極性溶液作固定液，用極性溶液做流動相，分離非極性或弱極性化合物。目前三十九頁\總數(shù)六十一頁\編于八點（三）離子交換色譜法網(wǎng)狀立體結構的高分子聚合物，帶有許多活性基團，一部分為與骨架相連的帶負電荷的陰離子基團或帶正電荷的陽離子基團等不可交換的離子基團，另一部分是這些離子基團上結合的與其電性相反的可交換的離子。目前四十頁\總數(shù)六十一頁\編于八點（三）離子交換色譜法固定相→離子交換樹脂流動相→水為溶劑的緩沖溶液被分離組分→離子型的有機物或無機陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂強酸性弱酸性強堿性弱堿性目前四十一頁\總數(shù)六十一頁\編于八點圖示分離機制：

依據(jù)被測組分與離子交換劑交換能力（親和力）不同而實現(xiàn)分離目前四十二頁\總數(shù)六十一頁\編于八點（三）離子交換色譜法選擇性系數(shù)

陽離子交換樹脂

RSO3-H++X+→RSO3-X++H+

注：Ks與離子的電荷數(shù)、水合離子半徑、流動相性質、離子交換樹脂性質以及溫度有關固定離子可交換離子待測離子目前四十三頁\總數(shù)六十一頁\編于八點離子交換樹脂的主要性能1.交聯(lián)度：X7，交聯(lián)度大，樹脂網(wǎng)眼小，大離子難進入，交換速度慢，選擇性好。2.交換容量：即能參加交換反應含有的活性基團數(shù)，一般為1～10mmol/g。3.粒度：以溶脹后能通過的篩孔目數(shù)表示。目前四十四頁\總數(shù)六十一頁\編于八點離子交換色譜法的流動相組分離子的保留值可通過調(diào)節(jié)流動相的pH值或離子強度來控制。多采用各種緩沖液來控制流動相的pH值目前四十五頁\總數(shù)六十一頁\編于八點四、尺寸排阻色譜法凝膠色譜法；空間排阻色譜法以多孔凝膠為固定相，按照分子大小順序對試樣中組分進行分離。流動相→水——凝膠過濾色譜流動相→有機溶劑——凝膠滲透色譜目前四十六頁\總數(shù)六十一頁\編于八點分離機制：利用被測組分分子大小不同、在固定相上選擇性滲透實現(xiàn)分離目前四十七頁\總數(shù)六十一頁\編于八點聚丙烯酰胺凝膠、瓊脂糖凝膠親水性凝膠等作固定相以水或水溶液做流動相目前四十八頁\總數(shù)六十一頁\編于八點小結：四種色譜的分離機制各不相同，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)除了凝膠色譜法中的K僅與待測分子大小尺寸、凝膠孔徑大小有關外，其他三種K值都受組分的性質、流動相的性質、固定相的性質以及柱溫的影響目前四十九頁\總數(shù)六十一頁\編于八點圖示目前五十頁\總數(shù)六十一頁\編于八點第四節(jié)平面色譜法是將固定相涂鋪成平面層狀，色譜分離在此平面上進行，為開放式的離線操作。薄層色譜法、紙色譜法、薄層電泳法目前五十一頁\總數(shù)六十一頁\編于八點一、薄層色譜法按原理可分為吸附、分配、離子交換和尺寸排阻法目前五十二頁\總數(shù)六十一頁\編于八點（一）基本原理將固定相（吸附劑）均勻地涂抹在光潔表面上，將待測試樣點在一端的起始線上，再把點樣后的薄層板放進密閉容器中，使薄層板的底端浸入適當?shù)娜軇┻M行展開。借助薄層板上吸附劑的毛細管作用，溶劑會載帶分離組分向前移動展開，因各組分吸附能力不同，所以組分移動速率不同，一定時間后各組分彼此分離，在板上形成不同距離的斑點目前五十三頁\總數(shù)六十一頁\編于八點（二）固定相與流動相1.固定相常用氧化鋁和硅膠，也可選用硅藻土、聚酰胺和纖維素等目前五十四頁\總數(shù)六十一頁\編于八點2.流動相也稱展開劑目前五十五頁\