色谱分析法概论.

仪器分析INSTRUMENTALANALYSIS教师：谢宝平电化学分析紫外可见分光光度法荧光分析法红外光谱法原子吸收分光光度法核磁共振波谱法质谱法仪器分析方法消除干扰加入掩饰剂控制分析条件分离出待测物质复杂组分分析分离在分析中的作用(1)将被测组分从复杂体系中分离后测定(2)把对测定有干扰的组分分离除去(3)将性质相近的组分相互分开(4)把微量或痕量的待测组分分离富集复杂组分分析常用分离方法蒸馏分离法重结晶分离法沉淀分离法溶剂萃取分离法超临界萃取离子交换分离法膜分离技术色谱分离方法分离前的体系：均相；两组分A、B的分离分离体系总是两相：液-液；液-固；气-液图谱AnIntroductiontoChromatography（chromatography）色谱分析法概论色谱分析法M种化合物化合物1化合物2化合物3化合物4化合物M。。。。。。分离高效能的物理分离检测手段检测+碳酸钙粉末（固定相）色素混合液石油醚(流动相）色谱柱色带色谱色：颜色谱：图谱1906年，Tsweet发明的色谱法装碳酸钙固体颗粒的玻璃管——色谱柱（column）碳酸钙固体粉末——固定相（stationaryphase）洗涤用的石油醚——流动相（mobilephase）或洗脱剂（eluent）几个概念年代发明者发明的色谱方法或重要应用1906Tswett用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提出色谱概念。1931Kuhn,Lederer用氧化铝和碳酸钙分离α、β和γ-胡萝卜素。使色谱法开始为人们所重视。1938Izmailov,Shraiber最先使用薄层色谱法。1938Taylor,Uray用离子交换色谱法分离了锂和钾的同位素。1941Martin,Synge提出色谱塔板理论；发明液-液分配色谱；预言了气体可作为流动相。1944Consden等发明了纸色谱。1949Macllean在氧化铝中加入淀粉黏合剂制作薄层板使薄层色谱进入实用阶段。1952Martin,James从理论和实践方面完善了气-液分配色谱法。1956VanDeemter等提出色谱速率理论，并应用于气相色谱。1957基于离子交换色谱的氨基酸分析专用仪器问世。1958Golay发明毛细管柱气相色谱。1959Porath,Flodin发表凝胶过滤色谱的报告。1964Moore发明凝胶渗透色谱。1965Giddings发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。1975Small发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，采用抑制型电导检测的新型离子色谱法。1981Jorgenson等创立了毛细管电泳法。色谱法的发展色谱法的发展1948年，Tiselins，电泳和吸附分析1952年，Martin和Synge，分配色谱2002年，JohnB.Fenn，KoichiTanaka：生物大分子的质谱分析法诺贝尔奖：色谱法的发展现在：固定相——除了固体，还可以是液体流动相——液体或气体色谱柱——各种材质和尺寸被分离组分——不再仅局限于有色物质色谱学是现代分离科学的基础；色谱法是目前分析复杂混合物不可缺少的技术；色谱法在各个学科和领域有着广泛的应用。色谱法的发展智能化、自动化、在线式高效、联用技术多维色谱微分离发展方向：参考书：《仪器分析》，叶宪曾，北京大学出版社，第2版色谱技术丛书《气相色谱检测方法》，吴烈钧《气相色谱方法及应用》，刘虎威《液相色谱检测方法》，云自厚《高效液相色谱方法及应用》，何丽一《离子色谱方法及应用》，牟世芬《毛细管电泳技术及应用》，陈义第一节概述色谱法(chromatography)：以试样组分在固定相和流动相间的作用的差异为依据而建立起来的各种分离分析方法。一、定义二、色谱法分类1.按流动相和固定相分子聚集状态分类流动相固定相类型液相色谱LC液体固体液-固色谱LSC液体液体液-液色谱LLC气体固体气-固色谱GSC气体液体气-液色谱GLC气相色谱GC超临界流体超临界流体色谱SFC2.按操作形式分类柱色谱（columnchromatography)填充柱色谱；整体柱色谱；毛细管柱色谱毛细管电色谱（capillaryelectrochromatography，CEC）二、色谱法分类平面色谱纸色谱薄层色谱薄膜色谱paperchromatographythinlayerchromatographythinfilmchromatographyplanechromatography液-固色谱气相色谱3.按色谱过程的分离机制分类分配色谱法(patitionchromatography)吸附色谱法(adsorptionchromatography)离子交换色谱法(ionexchangechromatography)空间排阻色谱法(stericexclusionchromatography)键合相色谱法(bondedphasechromatography)毛细管电色谱（capillaryelectrochromatography）二、色谱法分类4.按使用目的分类分析用色谱仪制备用色谱仪二、色谱法分类优点：“三高”、“一快”、“一广”高选择性——可将性质相似的组分分开高效能——反复多次利用组分性质的差异产生很好分离效果高灵敏度——10-11~10-13g，适于痕量分析分析速度快——几~几十分钟完成分离一次可以测多种样品应用范围广——气体，液体、固体物质化学衍生化再色谱分离、分析三、色谱法的特点缺点：对未知物分析的定性专属性差需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS)三、色谱法的特点第二节色谱法的基本原理实现色谱分析的基本条件相对运动的两相——流动相、固定相各组分与固定相的作用存在差异两个组分被流动相携带移动的速度不同——差速迁移，两组分被分离一、色谱过程色谱过程是物质分子在相对运动的两相分配“平衡”的过程。吸附色谱：吸附→解吸→再吸附→再解吸多次洗脱→差速迁移→分离检测器色谱柱样品室二、色谱图有关概念纵坐标：检测器的响应信号横坐标：时间、体积或距离。1.色谱图（色谱流出曲线）根据检测器输出的信号强度对流出时间或体积等所绘曲线（一）色谱图和色谱峰色谱柱仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线。2.基线（一）色谱图和色谱峰基线（一）色谱图和色谱峰噪音：各种未知的偶然因素引起的基线起伏漂移：基线向某个方向稳定移动（仪器未稳定造成）噪音漂移3.色谱峰（峰高、峰面积、峰位、峰宽）（一）色谱图和色谱峰流出曲线上的突起部分，检测器对组分的响应信号色谱峰色谱峰的个数：组分的最小个数fs=0.95~1.05拖尾因子(tailingfactor,fs)又叫对称因子AW0.05hfs2=ABA2+=正常峰（对称峰）色谱峰——fs0.95——fs1.05前沿峰拖尾峰非正常峰拖尾峰保留时间、死时间、调整保留时间保留体积、死体积调整保留体积相对保留值(二)定性参数——保留值保留时间:tR进样到某组分色谱峰顶点的时间间隔，即组分在色谱柱中的停留时间或组分流经色谱柱所需要的时间。死时间：t0分配系数为零的组分的保留时间，即组分在流动相中的停留时间或流动相流经色谱柱所需要的时间.调整保留时间：tR΄=tR-t0，是组份在固定相中的滞留时间保留体积：VR通过色谱柱所需流动相体积VR=tR·FCFC为流动相流速死体积：V0由进样器至监测器的流路中未被固定相占有的空间。V0=t0·FC调整保留体积：VR′=VR-V0，与FC无关。相对保留值：r（也用α表示,又称选择因子）组份的调整保留值之比，色谱系统的选择性指标。12121,2RRRRVVttr==（三）定量参数——峰高和峰面积峰高：h色谱峰顶点与基线的距离。峰面积：A色谱曲线与基线间包围的面积标准差：σ正态分布曲线上两拐点间距离的一半0.607倍峰宽处的一半半峰宽：峰高一半处的峰宽W1/2=2.355σ峰宽：(W)W=4σ或W=1.699W1/2色谱峰两侧拐点上切线与基线的交点间的距离（四）柱效参数——色谱峰区域宽度2121)(2)(211212WWttWWttRrrrr+=+=（五）分离效能指标——分离度分离度R：相邻两组分色谱峰保留时间之差与两色谱峰宽度均值之比R=1.5R=0.75R=1.0响应信号保留时间t,minR越大，相邻组分分离越好。当R=1.5时，分离程度可达99.7%，R=1.5常用作是否分开的判据色谱峰数——样品中单组份的最少个数；色谱保留值——定性依据；色谱峰高或面积——定量依据；区域宽度——衡量色谱柱效；分离度——组分分离效能程度。色谱流出曲线的意义mscc==溶质在流动相中的浓度溶质在固定相中的浓度KK与组分，固定相、流动相性质及温度有关与两相体积、柱管特性和所用仪器无关（一）描述分配过程的参数三、分配系数与色谱分离1、分配系数(K)：mmssVcVck===msmm组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量2.保留因子(k)：分配比、质量分配系数、容量因子其中VmV0，为流动相的体积；Vs为固定相体积3.K与k的关系：msmmssVVKVcVck==k与温度、压力、两相体积有关（一）描述分配过程的参数三、分配系数与色谱分离（二）tR与K、k的关系:)1()1()1(00ktVKVtVKVttmsmsmR+=++=色谱过程方程——表示保留时间与分配系数的关系000tttttkRR==三、分配系数与色谱分离k↑，tR↑，组分后出柱k=0，组分不保留k→∞，组分完全保留（三）色谱分离的前提色谱分离的前提——组分在两相间分配系数K不同或分配比k不同)()()1()1(0000BAmsBARRRmsBRmsARkktVVKKttttVVKttVVKttBABA===+=+=一、吸附色谱法二、分配色谱法三、离子交换色谱法四、空间排阻色谱法第三节色谱分离机制一、吸附色谱法分离机制：利用吸附剂对不同组分吸附能力差异实现分离吸附→解吸→再吸附→再解吸→无数次洗脱→分开吸附平衡Xm+nYa→Xa+nYm为流动相中溶质分子为吸附剂表面溶质分子maXX吸附系数mmaaaVXSXK=为流动相的体积为吸附剂表面面积maVS吸附平衡Xm+nYa→Xa+nYmKa与组分性质、吸附剂活性、流动相性质及温度有关保留时间与Ka和Sa的关系为maamaaRVSKkVSKtt=+=)1(0一、吸附色谱法固定相和流动相：固定相→吸附剂（硅胶或Al2O3）流动相→气体或有机溶剂（洗脱能力由极性决定）色谱柱一定时，Ka大的组分吸附强，后被洗脱洗脱顺序：maamaaRVSKkVSKtt=+=)1(0烷烃非极性，不被吸附；不饱和化合物比饱和化合物的吸附能力强；基本母核相同，取代基极性越强，吸附能力越强一、吸附色谱法狭义分配系数mmssmsVXVXCCK==为流动相的体积为固定相的体积msVV分离机制利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离连续萃取过程为流动相中溶质分子为固定相表面溶质分子maXXK与组分性质、流动相性质、固定相性质及柱温有关二、分配色谱法固定相和流动相：固定相→机械吸附在惰性载体上的液体流动相→必须与固定相不为互溶正相分配色谱：流动相极性弱于固定相反相分配色谱：流动相极性强于固定相GLC：气体，常为氢气或氮气LLC：与固定相不为互溶的液体二、分配色谱法正相分配色谱：——极性强的组分后出柱反相分配色谱：——极性强的组分先出柱洗脱顺序：相似相溶原理CtabCtba正相色谱反相色谱极性：ab二、分配色谱法选择性系数分离机制：依据被测组分与离子交换剂交换能力不同而实现分离RB+ARA+B+++NaHRSO-3+++HNaRSO-3交换再生++ClOHRNR3++OHClRNR3交换再生BABAKKABRBARK==/三、离子交换色谱法固定相与流动相：固定相→离子交换树脂，硅胶键合离子交换剂被交换基团：－SO3H,－COOH,－NR3+OH-。性能指标：交联度、交换容量、粒度等。流动相→一定pH和离子强度的缓冲溶液被分离组分→离子型的有