色谱分析(浙江大学)

色谱分析ChromatographicAnalysis浙江大学化学系色谱分析方法2020/1/27色谱分析-13色谱分离方法：气固色谱气相色谱气液色谱液固色谱液相色谱液液色谱超临界流体色谱毛细管电泳2020/1/27色谱分析-14色谱法是一种分离方法，它利用被分离的诸物质在互不相溶的两相中分配系数的微小差异进行分离。当两相作相对移动时，使被测物质在两相之间进行反复多次分配，使原来微小的差异累加产生了很大的效果，形成差速迁移，使各组分在柱内移动的同时逐渐分离，以达到分离、分析及测定一些物理化学常数的目的。2020/1/27色谱分析-15色谱分析技术有广泛的应用领域色谱分离是目前应用最广泛的分离方法。已广泛地用于石油化工、有机合成、生理生化、医药卫生、环境监测、刑事侦查、生产在线控制，乃至空间探索等许多领域，以解决各种分离分析课题。2020/1/27色谱分析-16石油化工石油产品质量监控油田开发（吸附丝技术）2020/1/27色谱分析-17环保污水检测大气检测(室内和环境中空气质量监测、汽车内空气质量监测)2020/1/27色谱分析-18医药卫生提纯净化—如手性色谱分离有效成分药物中间体的处理食品卫生监测（瘦肉精、农残、抗生素）2020/1/27色谱分析-19化学研究样品提纯—如合成产品的检验等物质性质与其配比的相关性——色谱法和化学计量学方法结合2020/1/27色谱分析-110生命科学研究DNA测序—用CE、HPLC技术、生物工程下游技术—细胞的培养、分离、纯化和分析检测参见刘国诠主编《生物工程下游技术》化学工业出版社，1993年2020/1/27色谱分析-111一、方法的发展1952年，Martin和Synge首次用气体为流动相，配合微量酸碱滴定，发明了气相色谱法。1953年，Adams和Holmes合成了离子交换剂，并将其用于色谱分离，从而形成了离子交换色谱法。1958年，Golay提出了分离效能极高的毛细管柱气相色谱法2020/1/27色谱分析-112一、方法的发展1938年，Izmailov等将糊状氧化铝铺展在玻璃板上，形成2mm厚的薄层，用于分离药用植物的萃取物，开始了薄层色谱法。1944年，Consden、Cordon和Martin创立了纸色谱法。他们利用滤纸的毛细作用，让溶剂由下至上地渗透，结合混合物中各组分在两相中的溶解度的差异，使各组分以不同速率在滤纸上迁移而得到分离2020/1/27色谱分析-113一、方法的发展1959年，Porath和Flodin提出了大小排阻色谱法，其原理是利用柱内多孔填料对不同尺寸的分子具有选择渗透作用。80年代发展起来的毛细管电泳，解决了DNA及其片段、单克隆抗体、蛋白质及多肽等一般色谱技术难于解决的分离分析问题。现在已经派生出毛细管胶束电动色谱、毛细管等电聚焦、毛细管电泳离子分析法、微填充毛细管电泳法等多个新分支。2020/1/27色谱分析-114二、仪器的发展五十年代第一台色谱仪问世2020/1/27色谱分析-115二、仪器的发展六十年代就有数台5公斤重的色谱仪随阿波罗飞船同登月球，自动取样分析，1970年更有一台100克重的色谱仪飞上了火星。2020/1/27色谱分析-116二、仪器的发展1967年时全世界共有色谱仪7万台1972年就发展到20万台现在我国的仪器就有数十万台过去庞大的体积，到现在的越来越小巧过去只有进口的，现在国产的也很好2020/1/27色谱分析-117二、色谱法的特点1．分离效率高：可在很短的时间内分离多达二、三百个组分的复杂物质，柱效能可达106的理论板。2．检测能力强：可以检测出10-11~10-15克级的痕量组分，能满足环境检测、农药残留等大量日常检测分析的需要。3．样品用量少：样品用量一般为微升级，少的可达纳克级。4．适用范围广：几乎所有与化学有关的领域都有其用武之地。2020/1/27色谱分析-118多模式及联用技术复杂样品靠单一分离方法或技术是不够的，需多模式及多项新技术的联用。极性溶剂提取物可考虑用HPLC有挥发性的化合物优先用GC毛细管电泳是HPLC的补充和发展联用技术是今后的趋势GC-MSLC-MSGC-MS-MSGC-FTIR色谱基本理论2020/1/27色谱分析-120三、色谱基本理论2020/1/27色谱分析-121色谱分离原理2020/1/27色谱分析-122基本关系式'RRMttt保留时间保留体积容量因子k'(1)RMSPMVVVKVk'()PRMMSKtVktVk组分在固定相中的量组分在流动相中的量2020/1/27色谱分析-123基本关系式相对保留值''()()()()''()()()()RiRiNiRiRSRSRSRStVVtrtVVt相对保留值是衡量分离情况的重要参数，大多数手册上可查到。因其只与色谱柱种类及柱温有关，故也是重要的定性指标。2020/1/27色谱分析-124基本关系式分离因子塔板数塔板高度''(2)(2)2/1''(1)(1)RRRRtVtV22165.54RRhttNWWLHNN和H都有理论值和有效值两类,其差别在于用保留时间和校正保留时间2020/1/27色谱分析-125基本关系式（死时间测定）死时间的测定很难：无合适样品（完全不保留并有足够强的紫外信号）一般测定方法为（紫外检测器）：1.正向——四氟乙烯反向——苯甲酸、硝酸等2.比流动相少一个C的同系物3.不具备条件时可用下式计算Mt空管柱体积柱总空隙度流动相体积流量213123221()RRRRMRRRRRtttttttttt2020/1/27色谱分析-126基本关系式（分离度）''212112122()2()()()RRRRbbttttRimihhh''21122()1.7()RRhhttRWW2020/1/27色谱分析-127基本关系式221'4'1NrkRrk222221161rkNRrk322222'1161'RkrHtRrkU2020/1/27色谱分析-128柱性能参数：总孔率柱压降渗透率22MMTFFtFturLrV020iPLuPPPkd2201000PPPdKkd2020/1/27色谱分析-129色谱理论——塔板理论塔板理论是由Martin等人在平衡色谱理论的基础上发展起来的。他们把色谱柱比拟为分馏塔，中间设想成可分为许多分馏塔片（板）。他们假定：1．流动相按前进方向以脉冲使通过柱子，最小单位为一塔板体积;2.组分在柱内两相间的分配系数是恒定的，与组分浓度及在柱内的位置无关;3.组分在所有塔板上的两相平衡在瞬间建立;4.所有组分浓度以起始塔板中的浓度为基准2020/1/27色谱分析-130色谱理论——塔板理论由塔板理论可得到：在色谱过程中色谱峰是要展宽的，展宽的宽度平方值和理论板高H成正比。即相达成“平衡”所需的距离H值越大，则色谱峰展宽也就越严重。反之，若理论板高H值越小。而就一定柱长而言，组分在两相间的“平衡”次数就越多，色谱柱的分离效率就越高，因此理论板高H值是衡量色谱柱效率的一个很好的指标。塔板理论回答了影响色谱峰保留时间和峰宽度这二个重要问题，但它没有回答宽度也就是相应的理论板高究竟受哪些操作条件的影响。2020/1/27色谱分析-131色谱理论——速率理论1952年Lapidus等对填充柱色谱过程做了较详细的研究，指出色谱过程中引起组分宽度扩张的因素主要是：1.沿柱流动方向的纵向扩散效应；2.组分在两相间的平衡不能瞬时达成，即它在两相交换时传质速度是有限的。2020/1/27色谱分析-132色谱理论——速率理论这就是著名的范底姆特方程。也可把VanDeemter方程描述为：22222220.0182(1)(1)fPPgLdDkdkHdUUUkDkD/HABUCU2020/1/27色谱分析-133色谱理论——速率理论与气相色谱不同，液相色谱有其特点，因而其速率理论的表述方式也有区别：ELSMMSMHHHHHH各项分别为：涡流扩散项、分子扩散项、传质阻力项（固定相、流动流动相和滞留流动相）2020/1/27色谱分析-134色谱理论——速率理论各项可具体表述为：E222222202H2''2'1'11'3011'MPLfSSdLppMMSMMMBDAdHuudkkHquHtuDkkddkHuHuDDk2020/1/27色谱分析-135色谱理论——速率理论可图示为：2020/1/27色谱分析-136色谱理论——速率理论最低板高：最佳流速：min2HABC/optUBC色谱参考资料2020/1/27色谱分析-138专著史坚编，《现代柱色谱分析》，上海科学技术文献出版社，1988.7.达世禄编《色谱学导论》武汉大学出版社，1988.10.周良模等编著，《气相色谱新技术》，科学出版社，1994.11.卢佩章等《色谱理论基础》科学出版社，1989年第一版，1997年第二版.专著任惠敏主编的《色谱技术丛书》化学工业出版社，一套13本，涵盖所有色谱技术：色谱分析概论离子色谱方法及应用色谱定性和定量毛细管电泳技术及应用气相色谱检测方法色谱分析样品处理液相色谱检测方法色谱联用技术气相色谱方法及应用色谱柱技术高效液相色谱方法及应用色谱仪器维护与故障排除平面色谱方法及应用2020/1/27色谱分析-140杂志色谱科学杂志（J，ChromatographySci）1963年创刊,原名气相色谱杂志（J,GasChromat）,1969年改为现名,主要发表气相、液相原始论文和总结性文章（英文）和色谱标准图谱。色谱杂志（J，Chromatograpy）1958年创刊,系多科性（包括气相、液相色谱，薄层色谱，纸色谱，离子交换色谱等）国际杂志，刊登各种原始论文及讲座性文章，并附有定性、定量数据及色谱文摘，文章以英文、法文或德文发表，从1993年起分A、B卷发行，每年还有Review专辑。2020/1/27色谱分析-141杂志色层法（Chromatographia），1968年创刊，多科性国际杂志，亦称色谱快报，文章以英文、法文、或德文发表，并附有三种文字的摘要。JouynalofChromatographyLibrary,不定期出版。液相色谱杂志（J,ofLiquidChromatography）,1978年创刊,主要发表HPLC的研究报告。高分离色谱与色谱通讯（J.ofHighResolutionChromatographyandChromatographyCommunication）1978年创刊。2020/1/27色谱分析-142杂志《色谱》，1984年创刊，刊登各种原始论文和综述，为双月刊。刊登色谱文章和评论性文章的还有各种分析化学相关的杂志，如各国的“分析化学”（中、美、英、日、德等），中文的《理化检验》、《环境化学》等专业文献上也有相当比例的色谱论文发表。2020/1/27色谱分析-143手册手册是最方便地查阅相关文献的工具，尽管所列数据并非最新的。如1999年3月起再版的《分析化学手册》第二版，共10个分册：1-基础知识与安全知识2-化学分析3-光谱分析4-电分析化学5-气相色谱分析6-液相色谱分析7-核磁共振波谱分析8-热分析9-质谱分析10-化学计量学2020/1/27色谱分析-144学术会议文集每年都有不同组织者组织召开的国际国内的各种分析界的学术报告会，会议的文集也是一种很好的参考文献，值得收集阅读。全国色谱学术报告会和浙江省色谱学术报告会均每两年举办一次，全国会议每次能征集到论文500篇以上，省会议也能征集到60篇以上。2020/1/27色谱分析-145色谱网站已有很多国际网站，