第章色譜導(dǎo)論

第15章色譜分析法導(dǎo)論15.1內(nèi)容提要15.1.1 基本概念分離分析法一一利用樣品中共存組分間的各種性能上的差異，先將它們分離然后進(jìn)行分析測定的分析方法。色譜分析法一一利用樣品中各待測組分間的吸附、分配、交換等性能上的差異，在兩相(流動相和固定相)中先將它們分離，然后按一定順序檢測各組分及其含量的方法。氣相色譜一一流動相是氣體的色譜法稱為氣相色譜(GC)。其固定相是固體吸附劑的，稱為氣固色譜(GSC)；若固定相是涂在惰性載體(擔(dān)體)上的液體，則稱為氣液色譜(GLC)。液相色譜一一流動相是液體的色譜法稱為液相色譜(LC)。其固定相是固體吸附劑的，稱為液固色譜(LSC)；若固定相為液體，則稱為液液色譜(LLC)。柱色譜(CC)一一固定相裝在柱管內(nèi)的色譜法稱為柱色譜。它可分為兩類：一類是固定相填充于玻璃或金屬管內(nèi)叫填充柱色譜； 另一類是固定相附著或鍵合在管的內(nèi)壁上，中心是空的，叫空心毛細(xì)管柱色譜或毛細(xì)管柱色譜。紙色譜(PC)一一固定相為濾紙的色譜法稱為紙色譜。薄層色譜(TLC)一一固定相壓成或涂成薄層的色譜法， 叫薄層色譜。吸附色譜一一它是利用固體吸附劑(固定相)表面對各組分吸附能力強弱的不同進(jìn)行分離的色譜法。分配色譜一一它是利用固定液對各組分的溶解能力(分配系數(shù))不同進(jìn)行分離分析的色譜法。離子交換色譜法一一利用離子交換劑(固定相)對各組分的親和力不同進(jìn)行分離分析的色譜法。凝膠色譜一一也叫空間排阻色譜，它是利用某些凝膠(固定相)對分子大小、形狀不同的組分所產(chǎn)生的阻滯作用不同而進(jìn)行分離分析的色譜法。色譜圖一一組分在檢測器上產(chǎn)生的信號強度對時間（t）所作的圖，由于它記錄了各組分流出色譜柱的情況，所以又叫色譜流出曲線。 流出曲線的突起部分稱為色譜峰?；€一一在正常實驗操作條件下， 沒有組分流出，僅有流動相通過檢測器時，檢測器所產(chǎn)生的響應(yīng)值。穩(wěn)定的基線是一條直線，若基線下斜或上斜，稱為漂移，基線的上下波動，稱為噪音 。峰高h(yuǎn)——從峰的最高點至峰底（峰的起點與終點之間的連接線）的距離?？梢杂眉埖母叨龋╩m）、電信號的大?。╩V或mA）表示。標(biāo)準(zhǔn)偏差o——峰高0.607輩出的色譜峰寬度的一半。峰底寬Y——色譜峰兩個拐點處所作切線與基線相交點之間的距離。與。的關(guān)系是：Y=4。半峰寬Y12——峰高1/2處色譜峰寬度。與標(biāo)準(zhǔn)偏差 。的關(guān)系為Y=2b、2ln2=2.355。.峰面積A——色譜峰與峰底之間的面積。它是色譜定量的依據(jù)。 色譜峰的面積可由色譜儀中的微機處理器或積分儀求得，也可以采用以下方法計算求得。對于對稱色譜峰： A=1.065hY12對于非對稱色譜峰： A=1.065h-、5+、52死時間tM——不能被固定相滯留的惰性組分從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰最大值時所需的時間。若組分為空氣，則用10表示：若是甲烷，則用tM表示，單位為min.保留時間tR——組分從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰最大值時所需的時間。調(diào)整保留時間tR'——扣除死時間后的保留時間，體現(xiàn)了待測組分真實地用于固定相溶解或吸附所需的時間 。t=t-1或t=t-1RRM RR0死體積vM——不能被固定相滯留的（惰性）組分從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰最大值時所消耗的流動相的體積。 （七為柱后出口處流動相的體積流速）。yM=tMXF0或匕虧F°保留體積VR——組分從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰最大值所需的流動相的體積。*=trXf0調(diào)整保留體積*'——扣除死體積后的保留體積，是真實地將待測

組分從固定相中攜帶出柱所需的流動相的體積V'=t?F orV'=V-V相對保留值［1或\--一在相同操作條件下，組分2（或i）與參比組分1（或s）的調(diào)整保留值之比。曷1'蚣）分配系數(shù)K——組分在兩相之間達(dá)到分配平衡時， 該組分在兩相中的濃度之比是一個常數(shù)，這一常數(shù)稱為分配系數(shù)，用K表示。4組分在固定相中的液度=土K—組分在流動相中的液度 隊分配比k——溶質(zhì)在兩相中物質(zhì)的量之比。又稱容量因子、容量比、分配容量。7組分在固定相中物質(zhì)的量ncV〃V7mk'= =——=—^―—=K-—wk'==———組分在流動相中物質(zhì)的量ncVV"m m-m m-m T-mm―m=k',―m=k',BVV分離度R——為相鄰兩色譜峰保留值之差與兩峰寬度平均值之比。2（t-1）R=——"——R41^Y1+Y2校正因子和相對校正因子一一相同色譜條件下，某一組分 i產(chǎn)生的色譜響應(yīng)值一一峰面積氣或峰高h(yuǎn).與這一組分的質(zhì)量m.成正比，即m=f'A或m=f"h，式中，f'（或f-）為組分i在該檢測器上的響應(yīng)斜率，iiiiii i i也稱為定量校正因子。它的物理含義是單位峰面積或峰高所代表的組分量。實際工作中是采用相對校正因子/,即用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的校正因子f來校正其他物質(zhì)的校正因子f，于是f=fl'/f。15.1.2基本內(nèi)容色譜分析法的分離原理當(dāng)混合物隨流動相流經(jīng)色譜柱時，就會與柱中固定相發(fā)生作用（溶解、吸附等），由于混合物中各組分物理化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固

定相發(fā)生作用的大小、強弱不同，在同一推動力作用下，各組分在固定相中的滯留時間不同，從而使混合物中各組分按一定順序從柱中流出。色譜分析的基本理論塔板理論把色譜的分離過程比擬為分餾過程，直接引用分餾過程的概念、理論和方法來處理色譜分離過程的理論。如果色譜柱的總長度為L，每一塊塔板高度為H，則色譜柱中的塔板數(shù)n為板數(shù)n為n=—Hn=5.542=16n和H可以作為描述柱效能的指標(biāo)n=5.54有效n=5.54有效Y.k12)2=16rt')

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k7H有效n有效(2)速率理論(ratetheory) 范第姆特方程在塔板理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合了影響塔板高度的動力學(xué)因素，即綜合考慮了組分分子的縱向分子擴散和組分分子在兩相間的傳質(zhì)過程等因素，提出了速率理論。速率理論把塔板高度與流動相流速以及影響 H的渦流擴散項A、分子擴散項B/u和傳質(zhì)阻力項Cu的關(guān)系，用速率方程式表示：H=A+B/u+Cu。分配比與保留值的關(guān)系7t' t-1 V'V-Vk'=-R=0或k'=—R=0-t0 t0 V0 V0分配比反映了組分在某一柱子上的 t'(或V')是t(或V)的多少倍。k'R R0 0越大，說明組分在色譜柱中停留時間越長。氣相色譜分離條件的選擇固定液的選擇(包括液載比)；⑵檢測器的選擇；(3)柱長的選擇；⑷柱溫的選擇；(5)載氣種類及流速的選擇。分離分析法的應(yīng)用定性分析 與標(biāo)樣對照的方法定性、利用保留指數(shù)法定性、于其他方法結(jié)合定性等。定量分析歸一化法、內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法等。a.歸一化法將樣品中所有出峰組分的含量之和按100%計算的定量方法。設(shè)樣品中含有n個組分，每個組分的含量分別為 m廣m2……mn

各組分含量的總和為m，則組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的為:叫MQ°°%=55...”..幽尸°°%100%二二"X100%只1/1+網(wǎng)送+..』第+../E X&藝L1式中，f，f2，…，fn為各組分相應(yīng)的相對質(zhì)量校正因子。對于同系物中，沸點接近的組分，由于f值相近或相同。故可簡化為:叫=」+&+...+“』、100%對于狹窄的色譜峰，易可用峰高代替峰面積來計算（但必須操作條件一致且儀器穩(wěn)定）。x100%x100%b.內(nèi)標(biāo)法 將準(zhǔn)確稱量的內(nèi)標(biāo)物（ms）加入到準(zhǔn)確稱量的試樣（m）中，根據(jù)它們的質(zhì)量和色譜峰面積求出某一組分的含量4藝 幽W-TQ00%=頑?土Q00%如果內(nèi)標(biāo)物就是相對校正因子的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) ，叫=亭.令?fx100%A2，…總以1，Ax（或峰高h(yuǎn)x）c.外標(biāo)法（標(biāo)準(zhǔn)曲線法）將待測組分的純物質(zhì)配制成系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，在相同操作條件下測定系列標(biāo)樣的峰高或鋒面積，將系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度c1，A2，…總以1，Ax（或峰高h(yuǎn)x）h2，…h(huán)n）作為縱坐標(biāo)，作標(biāo)準(zhǔn)曲線。由測 得的組分峰面積在標(biāo)準(zhǔn)曲線上即可查得15.2習(xí)題解答1.簡要敘述GLC和GSC的分離原理。答：GLC的分離原理利用固定液對各組分的溶解能力（分配系數(shù)）不

同進(jìn)行分離；而GSC的分離原理是利用固體吸附劑(固定相)表面對各組分吸附能力強弱的不同進(jìn)行分離的。塔板理論的主要內(nèi)容是什么？它對色譜理論有什么貢獻(xiàn)？它的不足之處在哪里？答：塔板理論的主要內(nèi)容是：對于長度L一定的色譜柱，塔板數(shù)n越大(即塔板高度H越小)則待測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效越高，色譜峰越窄 。用n有效和H有效來衡量柱效能時，應(yīng)指明測定物質(zhì)，因為不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)K不同。當(dāng)兩組分在同一色譜柱上的分配系數(shù)相同時，無論該色譜柱的柱效能多高，兩組分都無法分離。用來計算n和H的基本關(guān)系式為n=5.542=16nn=5.542=16n=5.54有效Y.l12)=16(t')YRiH有效n有效塔板理論對色譜理論的貢獻(xiàn)是：在解釋流出曲線的形狀(呈正態(tài)分布)、濃度極大點的位置以及計算評價柱效能等方面取得了成功。塔板理論的不足：無法解釋為什么同一色譜柱在不同的載氣流速下的柱效不同；同時未能指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑和方法。速率理論的主要內(nèi)容是什么？它對色譜理論有什么貢獻(xiàn)？與塔板理論相比，有何進(jìn)展？答：(1)造成色譜峰擴展及柱效降低的主要因素是渦流擴散、分子擴散及傳質(zhì)阻力，使得待測組分在氣液兩相間不能在瞬間達(dá)到分配平衡所造成的。選擇最佳的色譜條件(適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６取⒁耗ず穸?、載氣種類及載氣流速等)可提高柱效。闡明了載氣流速和柱溫等因素對柱效及分離的影響，以及各種影響因素間的相互制約。如載氣流速增大，分子擴散項影響降低，柱效提高，但此時傳質(zhì)阻力項影響增大，使柱效降低；又如升高柱溫，有利于傳質(zhì)，但卻加劇了分子擴散，因此選擇最佳色譜條件才能使柱效達(dá)到最

高。速率理論吸收了塔板理論的概念，并把影響塔板高度的動力學(xué)因素結(jié)合進(jìn)來，導(dǎo)出了塔板高度與載氣流速的關(guān)系，即 VanDeemter方程式。何謂分離度，它的表達(dá)式是什么？應(yīng)從哪些方面著手來提高分離度？答：為相鄰兩色譜峰保留值之差與兩峰寬度平均值之比。2（t-1）R=——g——R4iuY1+Y2兩峰間的距離是由熱力學(xué)性質(zhì)決定的，反映二物質(zhì)流出峰之間的距離的大小是與它們在固定相和流動相中的分配系數(shù)有關(guān)，因此應(yīng)該選擇合適的固定相和流動相才能提高分離度。色譜定性的主要方法有哪些？多機 聯(lián)用有什么優(yōu)越性？答：（1）保留值定性（已知物對照定性、相對保留值定性、保留指數(shù)定性）；（2）經(jīng)驗規(guī)律定性（碳數(shù)規(guī)律、沸點規(guī)律）；（3）選擇性檢測器定性；（4）化學(xué)反應(yīng)（官能團分類試劑）定性；（5）多機聯(lián)用定性。多機聯(lián)用的優(yōu)越性在于發(fā)揮各個儀器的特點和優(yōu)勢， 提高定性能力、定量分析精度、提高儀器功能實現(xiàn)分析自動化。色譜定量常用哪幾種方法？它們的計算公式如何表達(dá)？簡述它們的主要優(yōu)缺點。答：色譜分析常用的有歸一化法、內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法等三種定量方法。歸一化法的公式為： 叫耳X100%= 一X100%X100%=月］/1+妁X100%=月］/1+妁；2+...心+...月」；X100%內(nèi)標(biāo)法的公式為：W.內(nèi)標(biāo)法的公式為：W.=m勺00%=偵?刑><100%i內(nèi)標(biāo)法和歸一化法一樣，不要求準(zhǔn)確的進(jìn)樣量，只要求待測組分與內(nèi)標(biāo)物產(chǎn)生信號即可。

外標(biāo)法(工作曲線法)，要有與被測組分一致的純物質(zhì)作標(biāo)樣，要求進(jìn)樣量準(zhǔn)確，實驗條件恒定一致，適合批量樣品的測定和工業(yè)常規(guī)分析。7.下列的數(shù)據(jù)是由氣液色譜在一根 40cm長的填充柱上得到的：化合物tRminY/min空氣2.5—甲基環(huán)己烷，A10.71.3甲基環(huán)己烯，B11.61.4甲苯，C14.01.8求：(1)平均的理論塔板數(shù)；(2)平均塔板高度；甲基環(huán)己烯與甲基環(huán)己烷的分離度；(4)甲苯與甲基環(huán)己烯的分離度。解：(1)nA=16(tR/Y)2=16(10.7/1.3)2=1083.9nA=16(七/Y)2=16(11.6/1.4)2=1098.4nA=16(tR/Y)2=16(14.0/1.8)2=967.9n平均=(nA+nB+nC)/3=(1083.9+1098.4+967.9)/3=1050H平均=L/n平均=40cm/1050=0.0381cmB與A的分離度R= (bLr(/=2(11.6-以7)=0.6671Y+YBB 1.4+1.3(4)C與B的分離度R=叫(C)-tR(B))=2(14.0-頃=1.51Y+Y1.8+1.4有甲、乙兩根長度相同的色譜柱，測得它們在范第姆特方程式中的各項常數(shù)如下：甲柱：A=0.07cm，B=0.12cm2.s-1，C=0.02s；乙柱:A=0.11cm，B=0.10cm2.s-1，C=0.05s。求(1)甲柱和乙柱的最佳流速和最小塔板高度；(2)哪一根柱子的柱效能高？解：(1)甲柱：A=0.07cm，B=0.12cm2.s-1，C=0.02suopt0.120.02=2.45cm.suopt0.120.02=2.45cm.s-1H=A+ BC=[0.07+2J0.12x0.02=0.168cmmin或H甲=A+B/C+Cu=0.07+0.12/2.45+0.02x2.45=0.168cm(2)乙柱：A=0.11cm,B=0.10cm2.s-i,C=0.05su=''-=：2d2=1.414cm.s-iopt \C\0.05H =A+2JBC=[0.11+210.10x0.05=0.251cmmin或H乙=A+B/C+Cu=0.11+0.10/1.414+0.05x1.414=0.251cm答：因柱長相同，H甲VH乙，而n=L/H，所以n甲〉n乙，即甲柱的柱效能更高。有一A，B，C三組分的混合物，經(jīng)色譜分離后，其保留時間分別為：tR(A)=4.5min，tR(B)=7.5min，tR(C)=10.4min，死時間t0=1.4min，求:⑴B對A的相對保留值；(2)C對B的相對保留值； ⑶B組分在此柱中的容量因子是多少？解：(1)y=t'/1' =(7.5-1.4)min/(4.5-1.4)min=1.97B,AR(B)R(A)y =t' /1'=(10.4-1.4)min/(7.5-1.4)min=1.48C,BR(C)R(B)k'=t'/1=(7.5-1.4)min/1.4min=4.36BR(B)0已知在混合酚試樣中僅含有苯