色谱分析基础

一、色谱法基本概念1.色谱法概述色谱法的特点、分类和作用俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置：色谱原型装置，如图。混合物最有效的分离、分析方法。Tsweet分离叶绿素示意图色谱柱：装有固定相的管子。固定相：色谱法中，填入玻璃管内静止不动的一相（固体或液体）。流动相：自上而下运动的一相（一般是气体或液体）。1.1色谱法的基本术语色谱法是一种分离技术，是试样中各组分在色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。含有样品的流动相流经固定相时，由于样品中各组分性质和结构上的差异，使其与固定相之间产生的溶解、吸附、渗透或离子交换作用不同，样品组分在两相间多次反复分配，使得有微小差别的组分的移动速度不同，经过一定长度的色谱柱后，彼此按一定次序流出色谱柱，实现分离。1.2色谱的分离原理溶解、吸附、渗透或离子交换等作用。1.2色谱的分离原理A+BABABBAABBA检测器记录仪载气A+BABABBAABBA检测器记录仪载气色谱分离过程认识色谱分离过程是在色谱柱内完成的。气固(液固)色谱气液(液液)色谱吸附能力的不同溶解能力的不同多孔性固体颗粒担体和固定液吸附与脱附多次分配填充柱作用力固定相分离机理2.色谱法分类(1)气相色谱：流动相为气体（称为载气）。按分离柱：填充柱色谱和毛细管柱色谱；按固定相：气固色谱和气液色谱(2)液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。按固定相：液固色谱和液液色谱。其他色谱方法薄层色谱和纸色谱：比较简单的色谱方法凝胶色谱法：测聚合物分子量分布。超临界色谱:CO2流动相。高效毛细管电泳:九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。3.气相色谱法的特点：三高一快一广1.高选择性—能分离性质极为接近的物质如：同位素，异构体等2.高效能—在很短的时间内就能分离测定性质极为复杂的混合物3.高灵敏度—分离微量、痕量组分•用高灵敏度的检测器可测出样品中10-11~10-13g组分•样品用量少：液体0.几L气体1mL固体几g4.分析速度快—样品准备好后，几分钟~几十分钟即可5.应用范围广在柱温条件下有一定蒸气压且稳定性好的样品都能测定，只要在–196~450℃温度范围内有27~1330Pa蒸气压且不分解的物质原则上都能测定，不论它是气体、液体和固体对于挥发性低和受热易分解的物质，若能通过化学衍生方法使其转化为挥发性大、热稳定性好的衍生物，同样可用气相色谱分离和分析◎对不宜汽化的高分子，热稳定性差、化学性质极为活泼或强腐蚀性物质不能用GC测定。◎应用范围受到限制，在所有的有机物分析中只有15~20%能用GC进行分离分析。6.缺点和局限性气相色谱的应用应用领域分析对象举例环境水样中芳香烃，杀虫剂，除草剂，水中锑形态石油原油成分、汽油中各种烷烃和芳香烃化工喷气发动机燃料中烃类，石蜡中高分子烃食品、果蔬植物精炼油中各种烯烃、醇和酯，亚硝胺，香料中香味成分，人造黄油中的不饱和十八酸，牛奶中饱和和不饱和脂肪酸生物植物中萜类，微生物中胺类、脂肪酸类、脂肪酸酯类医药血液中汞形态、中药中挥发油法医学血液中酒精，尿中可卡因、安非他命，奎宁及其代谢物，火药成分，纵火样品中的汽油4、液相色谱法的特点特点：高压、高效、高速高沸点、热不稳定有机及生化试样的高效分离分析方法。液相色谱的应用应用领域分析对象举例环境常见无机阴阳离子、多环芳烃、多氯联苯、硝基化合物、有害重金属及其形态、除草剂、农药、酸沉降成分。农业土壤矿物成分、肥料、饲料添加剂、茶叶等农产品中无机和有机成分。化工无机化工产品、合成高分子化合物、表面活性剂、洗涤剂成分、化妆品、染料。食品无机阴阳离子、有机酸、氨基酸、糖、维生素、脂肪酸、香料、甜味剂、防腐剂、人工色素、病原微生物、霉菌毒素、多核芳烃。生物氨基酸、多肽、蛋白质、核糖核酸、生物胺、多糖、酶、天然高分子化合物。医药人体化学成分、各类合成药物成分、各种天然植物和动物药物化学成分。二、气相色谱分离过程当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触时，被固定相溶解或吸附。随着载气的不断通入，被溶解或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附，挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又再次被固定相溶解或吸附。随着载气的流动，溶解、挥发，或吸附、脱附的过程反复地进行。2.1分配系数K组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g/mL）比，称为分配系数，用K表示.2.2分配系数K的讨论一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；每个组份在固定相上的分配系数K不同；具有不同的K值是分离的基础；某组分的K=0时，中的浓度组分在中的浓度组分在流动相固定相K即组分不被固定相保留，最先流出。分配系数K是由组分及固定相的热力学性质决定的，随柱温T，柱压变化P，与柱中气相、液相的体积无关。两种物质的分配系数相等K1=K2，它们不能分离,怎么办？组分流出顺序：分配系数K小的组分分配系数K大的组分2.2分配系数K的讨论解释：在固定相中的浓度较大，移动速度慢，在柱中停留时间长，较迟流出色谱柱。更换固定相两组分分配系数相差越大，两峰分离的就越好。2.3分配比（partionradio）k在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：Msmmk组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量1.分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。分配比也称：容量因子(capacityfactor)；容量比(capacityfactor)；3.分配比可以由实验测得。2.分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该组分的保留时间越长2.4容量因子与分配系数的关系式中为相比=Vm/Vs。VM为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；VS为固定相体积，对不同类型色谱柱，VS的含义不同；填充柱相比：6～35；毛细管柱的相比：50～1500。KVVccVVMVVMMMkmSmsmmSSSSmS越小，容量因子k越大，保留时间越长,越晚流出。三、色谱流出曲线与术语三、色谱流出曲线与术语1.基线无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。2.保留值（1）时间表示的保留值保留时间（tR）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；死时间（tM）：不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间；调整保留时间（tR＇）：tR＇=tR－tM（2）用体积表示的保留值保留体积（VR）：VR=tR×F0F0为柱出口处的载气流量，单位：mL/min。死体积（VM）：VM=tM×F0调整保留体积(VR＇)：VR＇=VR－VM3.相对保留值r21组分2与组分1调整保留值之比：r21=t´R2/t´R1=V´R2/V´R1相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。4.区域宽度用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法：（1）标准偏差()：即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。（2）半峰宽(Y1/2)：色谱峰高一半处的宽度Y1/2=2.354（3）峰底宽(Wb)：Wb=45.色谱流出曲线的数学描述222)(0π2σσttRecc色谱峰为正态分布时，色谱流出曲线上的浓度与时间的关系为：当色谱峰为非正态分布时，可按正态分布函数加指数衰减函数构建关系式。色谱曲线的用途ClicktoaddTitle1峰面积和峰高，物质组分的定量2色谱峰的位置和宽度，评价色谱柱3色谱峰的出现位置，物质定性思考题•色谱的分离原理•气相和液相色谱法的特点•分配系数和分配比的定义及其意义讨论•常见色谱参数：基线、死时间（体积）、保留时间、调整保留时间、相对保留值。