色谱法导论.

第十章色谱法导论Chromatography什么是色谱法色谱法(Chromatography)是一种物理化学分离分析技术。它与蒸馏、重结晶、溶剂萃取、化学沉淀及电解沉积法一样是一种分离分析方法。它利用混合物中各组分在固定相和流动相间分配系数的差异，让各组分在两相间进行多次分配产生明显迁移速差。与固定相作用强的组份随流动相流出的速度慢，反之，与固定相作用弱的组份随流动相流出的速度快。由于流出的速度的差异，使得混合组份最终形成各个单组份的“带(band)”或“区(zone)”，对依次流出的各个单组份物质可分别进行定性、定量分析。色谱法由俄国植物学家茨维特(Tsweet)早在1906年创立。20多年后Kuhn根据茨维特的方法用实验证实了色谱可用来进行制备分离。目前，色谱法已成为一门独立的学科，并在石油化工、有机合成、生理生化、医疗卫生等诸多领域发挥了重要作用。50年代，色谱得到了快速的发展（一些新型色谱技术的发展；复杂组分分析发展的要求)。1937-1972年，15年中有12个Nobel奖是有关色谱研究的！20世纪中期，大量采用一些经典的分离方法：沉淀、蒸馏和萃取。现代分析中，大量采用色谱和电泳分离方法。迄今为止，色谱方法是最为有效的分离手段！其应用涉及每个科学领域。第一节色谱法的分类色谱法主要包括气相色谱、液相色谱、薄层色谱、凝胶色谱、超临界流体色谱等。色谱法和色谱仪的类型较多，可从不同角度进行分类。一、依据流动相和固定相状态分类：根据流动相的状态不同可分为：气相色谱（GC）；液相色谱（LC)；超临界流体为流动相的色谱为超临界流体色谱（SFC）。根据固定相的状态不同：气相色谱又可分为气固色谱（GSC）和气液色谱（GLC）。液相色谱亦可分为液固色谱（LSC）和液液色谱（LLC）二、按固定相的形式分类（一）柱色谱固定相装于柱管中组成色谱柱，流动相依靠重力或外加压力的作用使其流动并达到色谱分离的方法，称为柱色谱。可分为填充色谱柱和毛细管色谱法。气相色谱、高效液相色谱法以及超临界流体色谱法等都属于柱色谱法。（二）平面色谱法固定相均匀的铺在玻璃板、铝箔板或塑料板上或直接利用多孔滤纸作固定相，流动相借助毛细现象或重力作用达到色谱分离的方法，因这类方法固定相呈平板状，称为平板色谱，它又可分为薄层色谱和纸色谱。把高分子固定相制成薄膜作固定相，称薄膜色谱法。(三)按色谱分离原理分类利用组分在吸附剂（固定相）上的吸附能力强弱不同而得以分离的方法，称为吸附色谱法。利用组分在固定液（固定相）中溶解度不同而达到分离的方法称为分配色谱法。利用组分在离子交换剂（固定相）上的亲和力大小不同而达到分离的方法，称为离子交换色谱法。利用固定相凝胶分子筛效应对分子体积大小不同组分进行分离的方法，称为空间排阻色谱法或尺寸排阻色谱法或凝胶色谱法。(四)按色谱仪使用领域不同分类分析色谱法无论是无机或有机离子(用离子色谱)还是多组分有机混合物，如石油(如毛细管气相色谱)、肽、蛋白质(液相色谱和毛细管电泳)，都可以用分析色谱法进行分析。制备色谱法制备色谱法可完成一般分离方法难以完成的纯物质制备任务，如纯化学试剂的制备，蛋白质的纯化等。流程色谱法在工业生产流程中为在线连续使用的色谱分析法。目前常见的工业气相色谱仪可用于化肥、石油精炼、石油化工及冶金工业中。第二节色谱分离过程及常用术语色谱分离过程是物质分子在相对运动的两相间分配平衡的过程。当流动相携带样品对固定相作相对运动时，由于试样中各组分和固定相、流动相之间相互作用力(一般为吸附力、溶解力、离子交换力和分子排阻力等)不同，各组分在平衡时的分配系数K就不相等，因而随流动相移动的速度也就不同，结果使各组分被分离。一、色谱分离过程与色谱流出线-----色谱图色谱流出曲线----色谱图当组分从色谱柱中流出，以检测器输出的该组分的电信号强度对时间作图，所得曲线称为色谱流出曲线，也叫色谱图。色谱流出曲线图从色谱流出曲线中，可得许多重要信息：(i)根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数；(ii)根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析；(iii)根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析；(iv)色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱柱分离效能的依据；(v)色谱峰两峰间的距离，是评价固定相（或流动相）选择是否合适的依据。二、色谱法常用术语1.色谱峰当某组分从色谱柱中流出时，检测器对该组分的响应信号随时间变化所形成的曲线，叫色谱峰，色谱流出曲线上突起部分。如果进样量很小，浓度很低，在吸附等温线（气固吸附色谱）或分配等温线（气液分配色谱）的线性范围内，则色谱峰是对称的。2.基线色谱柱只有流动相流出时，检测器检测的随时间变化的信号曲线叫基线。稳定的基线应该是一条水平直线。3.色谱峰高色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h表示。4.色谱峰区域宽度W色谱峰区域宽度是评价色谱柱分离效能的重要依据之一，区域宽度越窄越好。通常用一下三种方法来度量色谱峰区域宽度：(1)标准偏差σ：即0.607倍峰高处色谱峰宽的一半。(2)半峰宽W1/2:即峰高一半处对应的宽度。W1/2=2.354σ(3)峰底宽度Wb：色谱峰两侧拐点上的切线与基线交点间的距离。Wb=4σ5.保留值保留值是试样各组分在色谱柱中保留行为的量度。它反映各组分分子与固定相分子间作用力的大小，通常用时间或用将组分带出色谱柱所需流动相的体积来表示。1)死时间t0不被固定相吸附或溶解的物质(如空气、甲烷或其它试剂)进入色谱柱时，从进样开始到出现峰极大值所需的时间称为死时间，它正比于色谱柱的空隙体积。2）保留时间tR试样从进样开始到柱后出现峰极大值时所经过的时间，称为保留时间。3）调整保留时间tR´某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保留时间，即tR´=tRt0由于组分在色谱柱中的保留时间tR包含了组分随流动相通过柱子所须的时间和组分在固定相中滞留所须的时间，所以tR实际上是组分在固定相中保留的总时间。保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组分的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱工作者有时用保留体积来表示保留值。4）死体积V0、保留体积VR和调整保留体积、分别对应于t0、tR、tR´流过的流动相体积。5）相对保留值r2,1某组分2的调整保留值与组分1的调整保留值之比称与相对保留值r2,1相对保留值只与柱温、固定相性质有关。只要两者保持不变，即使柱长、柱径、填充情况及载气流速等有所改变，仍保持不变。因此它是色谱定性分析的重要参数。第三节色谱法基本理论色谱理论主要研究色谱过程中分子运动的规律，探讨微观分子运动与组分分离的内在联系，是色谱学高速发展和广泛应用的基础。包括色谱热力学和色谱动力学两方面。组分在各种色谱条件下保留值的变化规律是色谱热力学主要研究的课题之一。色谱峰的区域宽度与分离过程分子运动规律是色谱动力学研究的主要课题。在解决复杂混合物分离时，不仅要求各组分达到一定的分离度，而且还要求分离速度快，分离的组分多。这也是色谱热力学和色谱动力学的综合理论问题。更是研制和设计高效、高速、高选择性、高容量色谱柱材料、色谱体系和选择性条件的理论基础。在色谱发展过程中，研究工作者取得了许多发展成果，其中分配平衡理论是最为重要的成果，本节重点介绍平衡理论。平衡理论平衡理论：即把色谱过程看成是组分在固定相和流动相之间的溶解平衡过程，或称分配平衡过程。可用分配系数、分配比等概念来描述组分在给定两相间的分配行为。(一)分配系数组分在相对运动的固定相(s)与流动相(m)中达到分配平衡时的浓度之比称为分配系数(K)。K值的大小与组分、固定相及流动相的性质和温度有关，与两相的体积无关。(二)分配比分配比又称容量因子，它是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量比。即K与k的关系：β称为相比率，它也是反映色谱柱柱型特点的参数。对填充柱，β=6～35；对毛细管柱，β=60～600。（三）基本保留方程根据保留方程可知不同组分具有不同的保留值，因而在色谱图上有不同的位置的色谱峰。作业：1.名词解释基线；色谱峰；保留时间2.简答题：简述色谱分离过程