色谱

第十一章色谱分析法ChapterElevenChromatography一色谱法的基本原理CommonConceptsandPrinciplesofChromatography1概述Introductiona)色谱法的发展简史ABriefHistoryofChromatography1903,Russianbotanist,M.S.TswettFatherofChromatographyCaCO3petroleumetherSample:PlantpigmentsChromat(o)+graph(y)ChromatographyDevelopingofChromatographicTechnique1948,8daysseparationfor16aminoacidsDevelopingofChromatographicTechnique1958,22hoursseparationfor19ofaminoacidsDevelopingofChromatographicTechnique1982,lessthan30minutesseparationfor18ofaminoacidsa)Allchromatographicseparationsarebasedonacommonconcept:Thedistributionofcomponentsinamixturebetweentwoimmisciblephases,oneastationaryphaseandanotheramoving(mobile)phase.However,foreachchromatographicmodethenatureofthephysicochemicalprocessescanbedifferent.混合物中各组分在互不相溶的固定相和流动相之间的分配；而每一种形式的色谱分离的物理化学过程可以是不同的。色谱法的基本原理CommonConceptsandPrinciplesofChromatographyb)色谱分析法的分类ClassificationofChromatographicTechniques色谱法的基本原理CommonConceptsandPrinciplesofChromatography按流动相的物理状态分类，色谱可分为：气相色谱GasChromatography液相色谱LiquidChromatography超临界流体色谱SupercriticalFluidChromatography气相色谱GasChromatography(GC)GC固定相StationaryPhase配置Configuration名称NameLiquidGasLiquidCSolidMolSieveAdsorbentColumnColumnGasSolidC液相色谱LiquidChromatography(LC)LC固定相StationaryPhase配置Configuration名称NameLiquidColumnLiquidLiquidCPlaneSolidAdsorbentPaperCThinLayerCColumnLiquidSolidCBondedColumnBondedPhaseCMolSieveColumnSizeExclusionCIonExchangeResinColumnIon-ExchangeC超临界流体色谱SupercriticalFluidChromatography(SFC)SFC固定相StationaryPhase配置Configuration名称NameLiquidSolidColumnSupercriticalFluidCC)色谱分析法的特点CharacteristicsofChromatographicAnalysis色谱法的基本原理CommonConceptsandPrinciplesofChromatography集富集、分离和检测于一体的高自动化、高选择性和高灵敏度的分析方法SeparationConcentrationDetectionHighSelectivityHighSensitivityHighAutomatization色谱分离过程ProcessofChromatographicSeparation2SchematicDiagramofChromatography气相色谱流程图InjectionportorvalveFloworpressurecontrollerColumnDetectorCarriergasDatastation(Recorder)WSchematicDiagramofChromatography液相色谱流程图Datastation(Recorder)PUMPDetectorWorCollectionColumnMobilephase3色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingterms1线性洗脱色谱分配系数(PartitionCoefficient)K···][A][A][A][ACCK2m1m2s1sms][Anm+++][Ans+++==···CmABCD通过不同组分K值的差别和大小来判断分离的可能性和流出顺序待分离组分的浓度很低时，Cs与Cm成线性关系，K为常数色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingterms3色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingterms1）基线当色谱柱中仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录值稳定的基线应该是一条水平直线2）峰高色谱峰顶点与基线之间的垂直距离h3)保留值a死时间tM不在固定相中分配的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间为死时间流动相平均线速度LMt=3色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingtermsb保留时间tR试样（某一组分）从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间为试样中某一组分的保留时间c调整保留时间MRRttt-='对应于组分在固定相中停留的总时间d死体积、保留体积、调整保留体积RRMttt=-00;;MMRRRRMVtFVtFVVV===-3色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingtermse相对保留值---定性分析''''21212RRRtt=g它与流动相的流速和色谱柱的物理指标无关；仅与柱温和固定相的性质有关,因此是色谱特别是气相色谱中使用的定性依据''1RR222,111RRRRtVtVg==21,RRtt=选择因子3色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingtermsf分配比（容量因子）k11KksRRmMMntVkntV===smVkKV=222,111,kKkKg==3色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingterms4)色谱峰的区域宽度组分在色谱柱中谱带扩展的函数，反映了色谱操作条件的动力学因素s0.607倍峰高处色谱峰的宽的一半21Yc基线宽度Ys4Y=a.标准偏差σ即0．607倍峰高处色谱峰宽的一半，b.半峰宽W1/2即峰高一半处对应的峰宽，它与标准偏差σ的关系是：W1/2=2.354σ即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距，如图中IJ的距离．它与标准偏差。的关系是：W=4σc基线宽度W2/17.1WW色谱峰所能提供的重要信息Whatcanonegetfromthechromatogram1样品中所含组分的最少个数2保留值---定性分析3色谱峰面积（或峰高）---定量分析4色谱峰的保留值和区域宽度---评价色谱柱的分离效能5根据相邻色谱峰之间的距离来选择合适的色谱分离条件4、色谱理论最早由Martin等人提出塔板理论，把色谱柱比作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念来描述组分在两相间的分配行为，同时引人理论塔板数作为衡量柱效率的指标。1塔板理论（platetheory）4塔板理论(线性色谱）HALnLH=理论塔板数n定义为：塔板高度t2)(sRn=221'2')(54.5)(16YtYtnRReff==effeffnLH=2212)(54.5)(16YtYtnRR==s4=Ys354.221=Y4塔板理论(线性色谱)124t4塔板理论(线性色谱)影响色谱塔板高度的因素如何解释在不同流速下,同一个色谱柱具有不同的塔板高度（没考虑动力学因素）221'2')(54.5)(16YtYtnRReff==effeffnLH=tu1u131956荷兰学者VanDeemter(范第姆特)和他的合作者在研究气液色谱(GasLiquidChromatography)时考虑了色谱分离过程中动力学因素对色谱柱效的影响,提出了速率理论.涡流扩散/分子扩散/传质阻力4速率理论(线性色谱)uCuBAH++=涡流扩散项AA=2dp,不规则因子dp,填充物的平均直径A与流动相的性质、线速度和组分的性质无关；与填料的粒度、均匀性及色谱柱的均匀填充程度有关.4速率理论(线性色谱)uCuBAH++=分子扩散项B=2gDgg,扩散路径的弯曲因子;Dg,组分在气相中的扩散系数(cm2S-1)uB大流速、低柱温、相对分子质量大的载气，可减小B4速率理论(线性色谱)uCuBAH++=2gBDg=传质阻力项担体(Substrate)固定液(Liquidstationaryphase)组分(Component)uCCuClg)(+=dpdf4速率理论(线性色谱)uCuBAH++=gpDdkk222g)1(01.0C+=lfDdkk22l)1(32C+=粒度小、相对分子质量小的载气高柱温增加担体的比表面积、“高柱温”对气相色谱来说，采用低黏度固定液，可减小Cl。4速率理论(线性色谱)uDkkdDdpkkuDdHlfggp])1(32)1(01.0[2222222+++++=gHuACBuopt.Hmim4速率理论(线性色谱)uCuBAH++=2minminBH=A+u0H,2optCudHBCduudHduBCHABC+=-+===+当时，得则uuCuBAH++=5色谱分离能力---分离度（分辨率）Rs12a12b12c选择性~K,k,柱效~n综合指标Rs2121)(22/)(1212YYttYYttRRRRRs+-=+-=effnkkn+=222)1(分离度（分辨率）Rst12141snkRk-=+1()4effsnR-=221)()(21212YttYYttRRRRRs-=+-=AssumingY1=Y2,MRMMRMRtkttttttk)1('+=-==141snkRk-=+RRtnYYtn141)(162.==Q212144212kkknRtttnRsRRRs+-.=...-.=\22114kknRs+-=141snkRk-=[phone]()()411411skkkknnRkkkk=-=-++++21kk=一般地，R=1时，相邻的两组分能实现“很好”的分离，此时两色谱峰之间的距离为2s，重叠部分2%R=1.5时，相邻的两组分能实现“基线”的分离，重叠部分小于1%分离度（分辨率）Rs22222)1()1(16kkRns+-=需要例题：有一根1m长的色谱柱，分离1和2两个组分，得到如下图所示的色谱图。横坐标为记录笔的走纸距离(mm)，假设1和2的峰底宽度相等，为5mm。求（i）1和2组分之间的分离度（Rs）及有效塔板数（neff）；（ii）若欲得到Rs=1.2的分离度，有效塔板数应为多少？（iii）若想达到完全分离，色谱柱要加到多长？Sample05(tm)4549mm12解：（1）8.05)4549()(22112=-=+-=YYttRsRR1239)5549(16)(1622