色谱分析法

色谱分析法——习题课主要内容：归纳总结本章的主要内容做典型的练习题本章主要内容的归纳总结色谱法是一种分离分析方法。色谱法的分离原理：当流动相携带混合物中各组分流经固定相时，由于混合物中各组分在结构和性质上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的不断通过，各组分在两相间经过反复多次的分配，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而依先后顺序从色谱柱中流出，得到分离。色谱法的分类色谱法GCLCSFCGSCGLCLSCLLC吸附色谱分配色谱其他离子色谱排阻色谱亲和色谱分离原理流动相色谱法基本术语保留值定性的依据死时间t0保留时间tR调整保留时间tR死体积V0保留体积VR调整保留体积VR相对保留值选择因子')1(')2(')1(')2(1,2RRRRVVttr区域宽度峰底宽度Wb半峰宽W1/2标准偏差衡量柱效率和反映色谱操作条件的动力学因素峰高峰面积定量分析的基础色谱法的理论基础分配系数、分配比及其与保留值的关系kKSMVV0'00tttttkRR影响组分K和k的因素：温度（GC中，温度升高，K和k均降低）；固定相的性质塔板理论——一种半经验性的平衡理论贡献：用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离过程解释了色谱流出曲线的形状及浓度极大值的位置提出了评价柱效的指标及其与色谱参数间的关系222/1)(16)(54.5bRRWtWtn理论塔板数与色谱参数之间的关系：2b21654.521WtWtnRReff塔板理论不足：1.不能解释造成谱带扩张的原因和影响板高的各种因素；2.不能说明同一组分为什么在不同的流速下，可以测得不同的理论塔板数。速率理论—色谱过程的动力学理论吸收了塔板理论中塔板高度的概念考虑了组分在两相中的扩散和传质过程对色谱分配过程的影响速率方程（也称范.弟姆特方程式）:贡献：能定量地解释影响塔板高度的各种因素H=A+B/u+Cu速率方程uDdkkDdkkuDdHfpgpl22g222)1(32)1(01.022速率理论概括了柱填充物粒度大小、填充的均匀性、固定液的液膜厚度、载气的种类及流速对柱效的影响速率理论是指导选择色谱分离操作条件的理论依据vanDeemter方程的H-u曲线optBuCmin2HABC为了加快分析速度，缩短分析时间，实际分析时，采用的流速稍大于uopt色谱分离中的四种情况：结论：单独使用选择性或柱效不能反映难分离物质对的实际分离程度分离度（总分离效能指标）RR的定义式：)2()1()1()2()2()1()1()2()(2)(21bbRRbbRRWWttWWttR注：R=1.5，分离程度达99.7%（相邻两峰完全分离的标准），称为基线分离。色谱分离的基本方程1414eff2121effnrrnRkknR114分离度作为柱的总分离效能指标，反映了固定相对二组分选择性的大小（由固定相的热力学性质所决定），及柱效能的高低（由色谱过程的动力学因素所决定）对分离的影响。1.分离度与柱效的关系kknR1142111222RnLRnL增加柱长，提高n，提高分离度，但延长了分析时间；降低板高，提高n（提高分离度的好方法）。2.分离度与选择性因子的关系增大，是改善分离度的有效手段kknR114GC主要通过选择合适的固定相和降低柱温来增大。LC通过改变固定相和流动相的性质、组成，可有效增大。考虑分离度和分析时间，k控制在1~10为宜。3.分离度与容量因子k的关系kknR114SMVVkkK对于GC，改变固定液的用量或柱温，可控制合适的k值（升高柱温k值降低）。对于LC，改变流动相的组成，可有效控制k值。色谱定性分析基本依据：在相同的色谱条件下，同一物质具有相同的保留值定性方法：利用保留时间定性利用峰高增量定性利用相对保留值定性利用保留指数定性被测物质保留指数的计算')(')1(')(')(')(')(')1(lglglglg100zRzRzRXRXzRXRzRttttzIttt色谱定量分析色谱定量分析的依据：试样中各组分的质量与其色谱峰面积成正比。iiiAfm定量校正因子绝对校正因子fi:单位峰面积所代表的组分的质量iiiAmf注意：绝对校正因子与组分的性质有关；与测定条件有关，不容易测准相对校正因子(简称校正因子)：组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。ississiisiiAAmmAmAmfff//'各种定量方法的比较项目归一化法内标法外标法计算公式由工作曲线直接查得进样量不需准确不需准确需准确操作条件稳定性一次分析过程中条件需稳定一次分析过程中条件需稳定全部过程中条件需严格不变对组分出峰的要求全部组分内标物及所测组分所测组分校正因子需全部组分的校正因子需内标及所测组分的校正因子不需要使用检测器通用型检测器选择性检测器有时不适用选择性检测器适用范围多组分试样中各组分含量的分析微量组分的精确定量日常控制分析和大量同类样品的分析''1100%()iiiniiifAwfA''100%siiisSmfAwmfA试样练习题1.当下述参数改变时，（l）柱长缩短；（2）固定相改变；（3）流动相流速增加；（4）相比减小是否会引起分配系数的变化？为什么？(补充作业)答：（l）、（3）、（4）均不能引起分配系数的变化，因为分配系数反映了组分与固定相分子之间作用力的大小，与柱温、柱压有关，与流动相、固定相性质及组分性质有关。柱长缩短，或流动相流速增加，仅仅改变了组分与固定相作用的时间，而不能改变作用力的大小，所以不能引起K的变化。另外,K是组分在两相间的浓度比，因此与相比无关。而只有（2）固定相改变才能改变K值。当下述参数改变时，（l）柱长缩短；（2）固定相量增加；（3）流动相流速减小；（4）相比增大是否会引起分配比的变化？为什么？答：（l）、（3）不能引起分配比的变化.（2）、（4）k改变2、在一根色谱柱上，欲将含A、B、C、D、E五个组分的混合试样分离。查得各组分的分配系数大小:KBKAKCKD,KE=KA.试定性地画出它们的色谱流出曲线图，并说明理由？答：色谱流出曲线:理由：t’R∝K组分按K的大小次序流出色谱柱。3、当载气线速度较小时，选用H2和N2中何种气体作载气对提高柱效有利？为什么？(补充作业)答：当载气线速度较小时，B/u对柱效起控制作用，而B＝2γDg，Dg与载气分子量平方根成反比，N2的分子量比H2大，因此，组分的Dg在使用N2作载气时较小，对提高柱效有利。4、载体填充的均匀程度主要影响（）5、在色谱分析中，柱长从1m增加到4m，其它条件不变，则分离度增加()(补充作业)(1)4倍(2)1倍(3)2倍(4)10倍A.涡流扩散相B.分子扩散相C.气相传质阻力D.液相传质阻力6、指出下列情况下，色谱出峰的大致规律：（1）试样是非极性，固定相也是非极性（2）试样是极性，固定相也是极性（3）试样是非极性和极性组分的混合物，固定相是极性（4）试样为氢键型，固定相为极性、氢键型选择固定相或判断组分出峰顺序时，遵循“相似相溶原理”指出下列物质分别在正相色谱柱和反相色谱柱上的流出顺序：（1）乙酸乙酯，乙醚（2）正己烷，正己醇正相色谱（1）乙醚、乙酸乙酯（2）正己烷、正己醇反相色谱（1）乙酸乙酯、乙醚（2）正己醇、正己烷思考题：在一正相色谱柱上，以50%氯仿和50%正己烷为流动相，某组分的保留时间为29.1min。测得死时间为1.05min，问如何调整流动相配比使该组分的容量因子为10。7、色谱图上的色谱峰流出曲线可以说明什么问题？答：可以说明：（1）根据色谱峰的数目，可判断样品中所含组分的最少个数。（2）根据峰的保留值进行定性分析（3）根据峰的面积或高度进行定量分析。（4）根据峰的保留值和区域宽度，判断色谱柱的分离效能。（5）根据峰间的距离，可评价固定相及流动相选择的是否合适。8、使用热导池检测器时,应选用下列哪种气体作载气,其效果最好？()(1)H2(2)He(3)Ar(4)N29、热导池检测器是一种()(1)浓度型检测器(2)质量型检测器(3)只对含碳、氢的有机化合物有响应的检测器(4)只对含硫、磷化合物有响应的检测器10、在液相色谱中，为了改变柱子的选择性，可以进下列哪种操作（）A.改变固定液的种类B.改变载气和固定液的种类C.改变色谱柱温D.改变固定液的种类和色谱柱温11、在液相色谱中，范第姆特方程中的哪一项对柱效的影响可以忽略（）A.涡流扩散项B.分子扩散项C.流动区域的流动相传质阻力D.停滞区域的流动相传质阻力12、何谓梯度洗脱，适用于哪些样品的分析？与程序升温有什么不同？答：梯度洗脱就是在分离过程中，让流动相的组成、极性、pH值等按一定程序连续变化。使样品中各组分能在最佳的K下出峰。使保留时间短、拥挤不堪、甚至重叠的组分，保留时间过长而峰形扁平的组分获得很好的分离，特别适合样品中组分的K值范围很宽的复杂样品的分析。梯度洗脱十分类似于气相色谱的程序升温，两者的目的相同。不同的是程序升温是通过程序改变柱温，而液相色谱是通过改变流动相组成、极性、pH值来达到改变K的目的。思考题：计算当两组分的分配系数之比为1.05时，柱的有效塔板高度为0.01mm时，至少需要多长的色谱柱才能将两组分完全分离。在硅胶分离柱上，用甲苯为流动相，某组分的保留时间为25min。若改用四氯化碳或三氯甲烷为流动相，分析哪种溶剂能缩短该组分的保留时间？（未讲）