色譜基礎(chǔ)理論

色譜基礎(chǔ)理論第1頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄二氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)與檢測器原理一

色譜法的基本理論三

高效氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)與原理第2頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月一、色譜法的基本理論80%-85%的有機化合物第3頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月色譜法的起源20世紀初，俄國科學家茨維（M.S.Tswett）提出經(jīng)典液相色譜法后，色譜分析法取得了迅速的發(fā)展，第4頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月分離基本模型

ABCD流動相3種組分同時進入色譜柱3種組分開始在色譜柱中分離3種組分在色譜柱中基本達到分離3種組分在色譜柱中完全達到分離色譜法，即利用組分在體系中固定相與流動相的分配差異，將混合物組分進行分離和測定的方法。第5頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月色譜分類GC進樣方式：樣品轉(zhuǎn)化為液體流動相：惰性氣體，不予組分發(fā)生反應(yīng)，黏度10-5Pa·s，輸出壓力0.1～1.0MPa。固定相：1、分離機理：吸附、分配、絡(luò)合、手性作用2、色譜柱：填充（粒度0.1-0.5mm，柱內(nèi)徑1-4mm，柱長1-4m，柱效102-103；毛細（內(nèi)徑0.1-0.5mm，柱長10-100m，柱效103-104）；柱溫室溫-420℃。檢測器：FID、TCD、ECD、FPD、NPD應(yīng)用范圍：低分子量、低沸點有機化合物；永久氣體。LC進樣方式：樣品需為液體流動相：離子型、極性、弱極性或非極性溶液，可與被分析組分發(fā)生反應(yīng)，黏度10-3Pa·s，輸出壓力45MPa。固定相：1、分離機理：吸附、分配、篩析、離子交換、親和、手性作用。2、色譜柱：填充（粒度5-10um，柱內(nèi)徑3-6mm，柱長10-25cm，柱效104；柱溫室溫-50℃。檢測器：UVD、DAD、FD（熒光）、ECD（電導）、RID、ELSD

應(yīng)用范圍：低分子量、部分低沸點、高沸點、高分子量有機化合物；離子型化合物；生物活性物質(zhì)。第6頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月基本術(shù)語色譜圖檢測信號和時間的關(guān)系圖不同的色譜峰對應(yīng)相應(yīng)的組分可以得到相應(yīng)組分的保留時間和峰面積信息。保留時間–定性分析

峰面積–定量分析第7頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月基本術(shù)語

保留時間（Retentiontime)：組份從進樣到出現(xiàn)最大值所需要的時間，tR死時間(deadtime):

不被固定相滯留的組份，從進樣到出峰最大值所需要的時間，t0峰高（PeakHeigh)從峰最大值到峰底的距離,峰面積（PeakArea)峰與峰底之間的面積第8頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月出峰異常-無峰或峰很小GCA.色譜柱連接是否正確B.系統(tǒng)是否有漏C.檢測器是否工作開啟，如FID點火了嗎？FID高壓靜電正常嗎？TCD加電流了嗎D.柱中是否有載氣E.樣品是否降解、沉淀LCA.色譜柱連接是否正確B.系統(tǒng)是否有漏C.檢測器是否正常，如UVD的是否能力異常，R/S是否正常；氘燈是否點亮D.流動相組分、純度、配比是否正常E.樣品是否降解、沉淀第9頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月基線(baseline)基線(baseline)—經(jīng)流動相沖洗，柱與流動相達到平衡后，檢測器測出一段時間的流出曲線。一般應(yīng)平行于時間軸。噪音(noise)—基線信號的波動。流動相波動、電源接觸不良或瞬時過載、檢測器不穩(wěn)定、色譜柱被污染所致。漂移(drift)—基線隨時間的緩緩變化。主要由于操作條件如電壓、溫度、流動相及流量的不穩(wěn)定所引起，柱內(nèi)的污染物或固定相不斷被洗脫下來也會產(chǎn)生漂移。第10頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月基線異常-噪聲、漂移變大或不規(guī)則GC流動相：載氣不純氣源輸出不穩(wěn)氣路有漏氣檢測器被污染色譜柱被污染LC流動相：流動相非色譜純，使用試劑、水或藥品不純，或被污染；有氣泡泵輸液不穩(wěn)檢測器故障，如流過池漏液色譜柱被污染第11頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月分離度（Resolution)當R=1時，有5％的重疊；當R=1.5時，分離程度為99.7%，可視為基線分離

毛細管色譜柱比填充柱有更高的分辨率。兩個相鄰峰的分離程度。以兩個組份保留值之差與其平均半峰寬值的比來表示：第12頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月峰的形狀理想的峰型是高斯曲線.分子的理論統(tǒng)計學分布第13頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月拖尾因子(tailingfactor，T)用以衡量色譜峰的對稱性。也稱為對稱因子(symmetryfactor)或不對稱因子(asymmetryfactor)?！吨袊幍洹芬?guī)定T應(yīng)為0.95~1.05。T＜0.95為前延峰，T＞1.05為拖尾峰。第14頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月峰型異常-前伸峰GC峰伸舌多為色譜柱過載，減小進樣量，使用大容量柱子提高OVEN，INJ溫度；進樣技巧提高。色譜柱的連接LC死體積太大樣品溶液的配比極性與流動相的極性相差太大。減少進樣量；保護柱或柱失效第15頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月峰型異常-峰拖尾GC溶劑/固定相極性不相匹配色譜柱安裝不正確同時有兩個峰流出分流比太小LC色譜柱被污染或失效進樣閥漏液第16頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月峰型異常-峰開叉GC進樣口污染色譜柱被污染樣品被污染，混入難分離雜質(zhì)檢測器被污染LC保護柱污染柱失效樣品被污染，混入難分離雜質(zhì)第17頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月分配系數(shù)(distributioncoefficient，K)在一定溫度下，化合物在兩相間達到分配平衡時，在固定相與流動相中的濃度之比。分配系數(shù)與組分、流動相和固定相的熱力學性質(zhì)有關(guān)，也與溫度、壓力有關(guān)。混合物中各組分的分配系數(shù)相差越大，越容易分LC:流動相（組分比例、pH）、流速、進樣量GC:流速、溫度、進樣量第18頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月峰展寬的度量.以塔板數(shù)來表示類似蒸餾中的氣液平衡

柱效（ColumnEfficiency)例如，圖示中塔板數(shù)為3.塔板理論理論塔板數(shù)為：n=5.54(tR/W1/2)2第19頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月速率方程氣相色譜速率方程（VanDeemter方程）液相色譜速率方程（即Giddings方程）

ABC

ABC第20頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月vanDeemter曲線（顆粒度和柱床填裝的優(yōu)良程度）HeightEquivalenttoTheoreticalPlate線速度U

（mm/sec）HETP最低HETP=>最優(yōu)化的塔板數(shù)H（傳質(zhì)）（縱向擴散）HETPPLATES第21頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月影響色譜柱效率的因素A.渦流擴散

(不同路徑的影響).?采用細而均勻的載體，這樣有助于提高柱效?

毛細管柱可忽略該項A＝2λdp，dp為填料直徑，λ為填充不規(guī)則因子，填充越不均勻λ越大。第22頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月對于HPLC來說顆粒度越小柱效越高顆粒度控制著分離的質(zhì)量更小的顆粒度：使最高柱效點向更高線速度方向移動有更寬的線速度范圍降低顆粒度不但可以增加柱效，同時也增加分離速度vanDeemter曲線的挑戰(zhàn)如果填料的顆粒繼續(xù)演變……第23頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月HPLC（高效液相色譜法）填料顆粒尺寸的演變?nèi)绻覀兪褂酶☆w粒度的填料會發(fā)生什么情況？10min從80年代到現(xiàn)在1.5~5μm球形微多孔填料1500~4000psi50,000~80,000塔板數(shù)/米3.9×300mm70年代末期10μm不規(guī)則微多孔填料1000~2500psi25,000塔板數(shù)/米3.9×300mm10min70年代早期40μm薄殼非多孔基質(zhì)上涂布100~500psi1000塔板數(shù)/米1m長色譜柱10min第24頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月被儀器及色譜柱的耐壓的所限制第25頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月影響色譜柱效率的因素B.縱向擴散.氣相中分子的擴散

主要決定于氣體流速由于進樣后溶質(zhì)分子在柱內(nèi)存在濃度梯度，導致軸向擴散而引起的峰展寬。B/u＝2γDm/u。u為流動相線速度，分子在柱內(nèi)的滯留時間越長（u?。箤捲絿乐?。Dm為分子在流動相中的擴散系數(shù)，由于液相的Dm很小，通常僅為氣相的10-4~10-5，因此在HPLC中，只要流速不太低的話，這一項可以忽略不計。γ是考慮到填料的存在使溶質(zhì)分子不能自由地軸向擴散，而引入的柱參數(shù)，用以對Dm進行校正。γ一般在0.6~0.7左右，毛細管柱的γ＝1。第26頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月影響色譜柱效率的因素C.傳質(zhì)阻力.?對于GC來說?

主要取決于氣體的流速和固定相量的多少。由于溶質(zhì)分子在流動相、靜態(tài)流動相和固定相中的傳質(zhì)過程而導致的峰展寬。第27頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月對于LC來說流動相傳質(zhì)阻抗靜態(tài)流動相傳質(zhì)阻抗這是由于在一個流路中流路中心和邊緣的流速不等所致?？拷畛漕w粒的流動相流速較慢，而中心較快，處于中心的分子還未來得及與固定相達到分配平衡就隨流動相前移，因而產(chǎn)生峰展寬。這是由于溶質(zhì)分子進入處于固定相孔穴內(nèi)的靜止流動相中，晚回到流路中而引起峰展寬。高柱溫顆粒越小，微孔孔徑越大固定相傳質(zhì)阻抗只有在厚涂層固定液、深孔離子交換樹脂或解吸速度慢的吸附色譜中，Hs才有明顯影響。第28頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月速率方程給我們的啟示①進樣時間要短。②填料粒度要小。③改善傳質(zhì)過程。過高的吸附作用力可導致嚴重的峰展寬和拖尾，甚至不可逆吸附。④適當?shù)牧魉?。以H對u作圖，則有一最佳線速度uopt，在此線速度時，H最小。一般在液相色譜中，uopt很?。ù蠹s0.03~0.1mm/s），在這樣的線速度下分析樣品需要很長時間，一般來說都選在1mm/s的條件下操作。⑤較小的檢測器死體積。第29頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月例：載氣對VanDeemter圖的影響?

N2,變化最大,可得到最低的HETP.?H2和

He曲線較平坦，即使較高的流速下也能得到較低的HETP，所以即使在較高的分析速度時，也可以得到較好的分離度.常用毛細管柱的最佳載氣流量第30頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月二、氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)及檢測器原理檢測器進樣器色譜柱GAS氣源柱溫箱數(shù)據(jù)處理局域網(wǎng)云通信第31頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月作用：1）載氣：作為色譜的流動相2）檢測器的工作氣體。載氣：-惰性：He,Ar,N2,H2.-根據(jù)檢測器,價格及方便程度來決定-采用壓力調(diào)節(jié)器以獲得恒定的儀器輸入壓力-控制流量來得到恒定的流速

氣源第32頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體進口及連接（9790型）第33頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月進樣口作用：樣品進樣和汽化.要求：精度和重現(xiàn)性根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇進樣技術(shù)

——填充柱進樣口——毛細管柱進樣口第34頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月色譜柱液膜：0.25-12μm第35頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月檢測器第36頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月熱導檢測器（TCD）氣相色譜最早的檢測器,1946.測量樣品氣流導熱性能的變化。熱導-熱量從高溫物體到低溫物體的傳導。第37頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月兩個平行的氣流，樣品和參考?；菟雇姌蛴脕肀容^兩個氣流的阻抗。氣流的速度、壓力及電的變化影響被最小化。第38頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月氫火焰檢測器（FID）最常用的GC檢測器.-是有機物的通用型檢測器。-檢出限<5pg.-線性范圍可達7個數(shù)量級.-容易操作破壞型檢測器－－樣品燃燒信號值大小取決于碳原子數(shù)目及替代物的數(shù)量。第39頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月響應(yīng)離子數(shù)目正比于碳原子數(shù)目(C-H鍵).一些官能團如羰基(CO=)、羥基(－OH）、鹵素（－X）、胺（NH4+）則很少或根本不會離子化。對無機氣體如H2O,CO2,SO2,和Nox不靈敏?；鹧嬉詺錃夂涂諝庾鳛槿細狻Ｔ诳刂频牧魉傧逻M行電子點火。火焰無色－除非受到污染。第40頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計結(jié)構(gòu)第41頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月FID電路設(shè)計（9790）基流；可變電阻補償?shù)窒?2頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月電子捕獲檢測器（ECD）非破壞性。對鹵素、過氧化物、醌類金屬有機物及硝基化合物非常靈敏，0.03pg。而對胺類、醇類及碳氫化合物不靈敏。線性窄，－103.主要用于食品、制藥、環(huán)保等領(lǐng)域，檢測痕量含鹵素等的樣品一定不要試圖去拆卸該檢測器第43頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月ECD原理射線粒子使載氣離子化:N2+N2+e-在電場中生成的正離子和電子向兩極移動形成基流。當電負性樣品進入后即捕獲慢速低能量電子使基流下降形成信號。e-+samplecurrentloss第44頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月12·

△f=f-f0=kα

其中：f：脈沖頻率f0：基本脈沖頻率（只有載氣通過ECD時的脈沖頻率）k：由電子捕獲率和其它因素決定的常數(shù)α：電負性物質(zhì)的濃度電離惰性氣體分子第45頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月火焰光度檢測器（FPD）◆FPD是利用富氫火焰含硫雜原子或含磷雜原子的有機物分解，形成激發(fā)態(tài)分子，當它們回到基態(tài)時，發(fā)射出一定波長的光。此光強度與被測組分成比例。所以它是以物質(zhì)與光的相互關(guān)系為機理的檢測方法，屬光度法?！鬎PD是一種高靈敏度和高選擇性的檢測器，只能用于含硫、磷化合物，特別是硫化合物的痕量檢測。第46頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月394nm的濾光片來檢測含硫的組分526nm的濾光片用于檢測含磷的組分第47頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月氮磷檢測器(NPD）只對氮、磷有很高的選擇性氮的靈敏度：<1pg/sec；磷為：<0.5pg/sec主要應(yīng)用于：藥物、燃料、香料、農(nóng)藥殘留NPD的結(jié)構(gòu)類似FID，主要差別是NPD在噴嘴上方有銣珠。第48頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月化學反應(yīng)原理燃燒產(chǎn)生CN·和HPO·Rb·+CN·?Rb++CN-(detected)Rb·+HPO·?Rb++HPO-(detected)當含N、P化合物進人電離源的冷焰區(qū)，生成穩(wěn)定的電負性基團(CN和PO或PO2)，電負性基團從氣化的銣原子上獲得電子生成Rb+與負離子CN-或PO-,、PO2-。負離子在正電位的收集極釋放出一個電子，同時物出信號。Rb+又回到負電位的物表面，被吸收還原.以維持電離源的長期使用。第49頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月三、高效液相色譜儀結(jié)構(gòu)及原理淋洗液色譜柱檢測器數(shù)據(jù)處理進樣器輸液泵第50頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月步進馬達凸輪排放閥旋鈕壓力傳感器信號往進樣閥排放流動相進口1、輸液泵工作原理（FL2200）第51頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月吸液：柱塞由泵