第十二章——色谱分析法导论PPT课件

1第十二章色谱分析法2第十二章色谱分析法第十二章(1)色谱分析法导论第十二章(2)气相色谱分析法第十二章(3)高效液相色谱分析法kaishi3第十二章(1)色谱分析法导论Chromatography41、色谱法的产生色谱法是一种分离技术，它是俄国植物学家茨维特1906年创立的。分离植物叶子中的色素时，将叶片的石油醚（饱和烃混合物）提取液倒入玻璃管中，柱中填充CaCO3粉末(CaCO3有吸附能力)，用纯石油醚洗脱（淋洗）。一、色谱分析法简介§12(1)-1概述5Tsweet的实验6Tsweet的实验7（1）一种是CaCO3吸附，使色素在柱中停滞下来（2）一种是被石油醚溶解，使色素向下移动各种色素结构不同，受两种作用力大小不同，经过一段时间洗脱后，色素在柱子上分开，形成了各种颜色的谱带，这种分离方法称为色谱法。色素受两种作用力影响812-1概述色谱法中共使用两相固定相—固定不动的相CaCO3流动相—推动混合物流动的液体石油醚色谱法：混合物在流动相的携带下通过色谱柱分离出几种组分的方法。流动相液体流的速度慢，加压，使其流快，1969年HPLC发展，高压液相色谱。气体1952年产生气相色谱，是色谱法一项革命性进展。912-1概述固定相：（1）固体吸附剂：CaCO3、Al2O3等（2）液体固定相（载体+固定液——高沸点有机化合物，涂在载体上）色谱分析法一定是先分离，后分析。色谱分离法一定具有两相；固定相和流动相分离：利用组分在两相中分配系数或吸附能力的差异进行分离。10随着被分离样品种类的增多，该方法广泛地用于无色物质的分离，“色谱”名称中的“色”失去了原有的意义，但“色谱”这一名称沿用至今。112.色谱法的发展1930年代初：R.Kuhn把M.Tswett的方法用于类胡萝卜素的分离，从此色谱法得以广泛应用。1935年：科学家第一次用苯酚和甲醛合成了有机离子交换剂，能交换阳离子和有机氢离子。后来又合成了阴离子交换剂，既可用于离子交换，又用于色谱分离——即现时流行的离子交换色谱法。至1950年此方法已成型。122.色谱法的发展1938年：科学家将糊状Al2O3浆液在玻璃板上铺成均匀薄层，用于分离植物中的药用成分，即今日用的薄层色谱。（用于薄层的材料已发展至多种：如硅胶、聚酰胺等）。1944年：科学家用纤维（滤纸）作固定载体，以吸附在滤纸上的水作溶剂，根据组分在两相中溶解度不同，即渗透率（速率）不同而使各组分彼此分离，称之为纸色谱法。131952年：Martin和Synge又研究成功了在惰性载体表面涂渍一层均匀的有机化合物膜作为固定相，并以气体为流动相，用来分离脂肪酸混合物——即今日的气－液色谱。1952年获诺贝尔化学奖。2.色谱法的发展1420世纪60~70年代GC-MS，GC-FTIR（傅立叶变换红外光谱）等联用成功，使色谱联用技术成为分离、鉴定、剖析复杂混合物的最有效工具。20世纪60年代末，在经典液相色谱基础上发展成高速、高效的现代液相色谱法。20世纪50~60年代是以气相色谱为突破口的大发展时期，70年代进入以高效液相色谱为代表的现代色谱时代。80年代以来，HPLC的应用范围、文献数量已超过GC。2.色谱法的发展15在较长时期内，色谱法主要应用在有机分析领域。1975年，离子色谱的出现和各种金属螯合物色谱的迅速发展，使色谱法已用于无机阴、阳离子和金属元素的分析。20世纪70年代，计算机技术进入色谱领域，出现了计算机控制的全自动色谱仪。16我国情况我国在色谱分析领域的研究起于1954年，由中国科学院大连化学物理研究所首先开发。经过几十年的努力，我国色谱基础理论研究和应用技术研究方面具有特色。17国内外主要色谱杂志1.色谱（ChineseJournalofChromatography）中文色谱杂志2.JournalofChromatography（色谱杂志）1958年创刊，主要以英文发表。3.JournalofChromatographicScience（色谱科学杂志）1963年创刊4.Chromatographia（色谱法）1968年创刊5.JournalofLiquidChromatography（液相色谱杂志）1978年创刊，主要发表液相色谱研究报告6.JournalofHighResolutionChromatographyandCommunications（高分辨色谱和色谱通讯）分析化学、分析生物化学、医药、食品、环境科学、石油化工等专业杂志也常发表色谱研究报告。1812-1概述3、特点：（1）分离效能高（2）灵敏度高（3）分析速度快（4）应用范围广19二、色谱分析法分类1、按两相状态分类气相色谱—气体作流动相（1）气固色谱:气体作流动相，固体吸附剂作固定相。（2）气液色谱:气体作流动相，固定液作固定相。20液相色谱—液体作流动相（1）液固色谱：液体作流动相,固体吸附剂作固体相。（2）液液色谱：液体作流动相，固定液作固定相。超临界液体色谱——超临界流体作色谱流动相。212、按操作形式分类（1）柱色谱：填充柱色谱—固定相填充到柱管内毛细管柱色谱—把固定相涂在毛细管内壁上，中间是空的。（2）纸色谱：滤纸为载体，吸附在滤纸上的水为固定相的色谱法，流动相是含一定比例水的有机溶剂，样品在滤纸上展开进行分离。（3）薄层色谱：把固体固定相压成或涂成薄膜的色谱法。二、色谱分析法分类223、按分离原理分类（1）吸附色谱：利用吸附剂表面对被分离的各组分吸附能力不同进行分离。（2）分配色谱：利用不同组分在两相分配系数或溶解度不同进行分离。（3）离子交换色谱：利用不同组分对离子交换剂亲和力不同进行分离。（4）凝胶色谱：利用凝胶对分子的大小和形状不同的组分所产生的阻碍作用不同而进行分离的色谱法。二、色谱分析法分类23§12(1)-2色谱图及色谱常用术语一、色谱图混合物样品（A+B）→色谱柱中分离→检测器→记录下来。组分从色谱柱流出时，各个组分在检测器上所产生的信号随时间变化，所形成的曲线叫色谱图。记录了各个组分流出色谱柱的情况，又叫色谱流出曲线。242512-2概述26二、色谱图中的基本术语27281、基线—在实验操作条件下，色谱柱后没有组分流出的曲线叫基线。稳定情况下，一条直线。基线上下波动称为噪音。二、色谱图中的基本术语292、色谱峰的高度h（1）峰高h—色谱峰最高点与基线之间的距离，可用mm,mV，mA表示。峰高低与组分浓度有关，峰越高越窄越好。二、色谱图中的基本术语h303.色谱峰的宽度标准偏差—σ峰高0.607倍处的色谱峰宽的一半。二、色谱图中的基本术语σ31峰底宽Wb—色谱峰两侧拐点所作切线在基线上的距离Wb=4σ半峰宽W1/2—峰高一半处色谱峰的宽度W1/2=2.354σW1/2=0.589WbWb324.色谱峰面积A——色谱峰与峰底所围的面积。对于对称的色谱峰A=1.065hW1/2对于非对称的色谱峰A=1.065h(W0.15+W0.85)/2二、色谱图中的基本术语335.色谱保留值——定性的依据组分在色谱柱中停留的数值，可用时间t和所消耗流动相的体积来表示。组分在固定相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越强，在柱中滞留的时间越长，消耗的流动相体积越大，固定相、流动相固定，条件一定时，组分的保留值是个定值。二、色谱图中的基本术语345.色谱保留值——定性的依据t0（1）死时间t0——不被固定相吸附或溶解的组分流经色谱柱所需的时间。从进样开始到柱后出现峰最大值所需的时间。气相色谱—惰性气体（空气、甲烷等）流出色谱柱所需的时间。1735组分流经色谱柱时所需时间。进样开始到柱后出现最大值时所需的时间。操作条件不变时，一种组分有一个tR定值，定性参数。(2)保留时间tRtR36（3）调整保留时间t’R—扣除了死时间的保留时间。t’R=tR-t0又称校正保留时间，实际保留时间。t’R体现的是组分在柱中被吸附或溶解的时间。二、色谱图中的基本术语t’R37（4）死体积V0—不被固定相滞留的组分流经色谱柱所消耗的流动相体积称死体积，色谱柱中载气所占的体积。V0=t0F0F0——柱后出口处流动相的体积流速mL/min保留值用体积表示：38（5）保留体积VR—组分从进样开始到色谱柱后出现最大值时所需流动相体积，组分通过色谱柱时所需流动相体积VR=tRF0（6）调整保留体积V’R—扣除了死体积的保留体积，真实的将待测组分从固定相中携带出柱子所需的流动相体积。V’R=t’RF0二、色谱图中的基本术语t0、V0与被测组分无关，因而t’R、V’R更合理地反映了物质在柱中的保留情况。39（7）相对保留值γ2，1或γi,s—在相同操作条件下，组分2或组分i对另一参比组分1或s调整保留值之比二、色谱图中的基本术语12121.2RRRRVVttsisiRRRRsiVVtt.•相对保留值只与柱温及固定相的性质有关，而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关。广泛使用的定性数据。40三、分配平衡在一定温度下，组分在流动相和固定相之间所达到的平衡叫分配平衡，组分在两相中的分配行为常采用分配系数K和分配比k来表示。K随T变化，与固定相、流动相的体积无关=cs/cm组分在固定相中的浓度组分在流动相中的浓度K=1、分配系数K(浓度分配系数)412、分配比k(又叫容量因子，容量比)组分在固定相中的质量组分在流动相中的质量=ms/mm=csvs/cmvm=Kvs/vmk=k随T、固定相、流动相的体积变化而变化k越大，组分在固定相中质量越多，tR越长组分与固定相的热力学性质柱温、柱压两相体积tR越长K有关有关无关越大k有关有关有关越大1742经实验测得k与tR之间的关系：***000)(tttttkRR000)(VVVVVkRRtR=t0(1+k)12121R21.2KKkkttR43总结：（1）由色谱峰的数目，可判断试样中所含组分的最少个数。（2）根据色谱峰的保留值—进行定性分析。（3）根据色谱峰的h.A—进行定量分析。（4）根据色谱峰的间距及峰的宽度—可评价色谱的柱效及分离情况。44§12(1)-3色谱法的基本理论在50年代，色谱技术发展的初期，Martin等人把色谱分离过程比作分馏过程，并把分馏中的半经验理论－塔板理论用于色谱分析法。45塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔，假设柱内有n块塔板，每块塔板高度称为理论塔板高度，用H表示，在每块塔板内，试样各组分在两相中分配并达到平衡，最后，挥发度大的组分和挥发度小的组分彼此分离，挥发度大的最先从塔顶（即柱后）逸出。尽管这个理论并不完全符合色谱柱的分离过程，色谱分离和一般的分馏塔分离有着重大的差别，但是因为这个比喻形象简明，因此几十年来一直沿用。一、塔板理论4647一、塔板理论对一个色谱柱来说，若色谱柱长度固定L，每块塔板高度H越小，塔板数目越多，分离的效果越好，柱效越高。塔板数用n表示。n=L/H或H=L/nH越小，n越多，分离效果越好，用H,n评价柱效。由塔板理论导出n与Wb，W1/2的关系。***)Wt()Wt(.nbR/R22211654548有时n大，分离效果也不好，因用tR内含t0，后来改用有效塔板数。一、塔板理论塔板理论的成功之处，提出了计算理论塔板高度、塔板数的公式及评价柱效的方法，具有开创性，但有一定局限性。222116545)Wt()Wt(.nbR/R理论222116545)Wt()Wt(.nbR/R有效H理＝Ｌ／n理H有效＝Ｌ／n有效49前面已知，用塔板理论来说明色谱柱内各组分的分离过程并不合理，因为色谱柱内并没有塔板。当同一试样进入同一色谱柱，当流动相速度变化时，得到不同的色谱图。测得的n和H也不同，充分说明塔板理论不足以说明色谱柱的分离过程。２、速率理论—范第姆特方程501956年，速率理论是荷兰学者范第姆特（VanDeomter）提出的。速率理论吸收和保留了塔板理论的有益成果，n、H的概念。提出了影响板高的各种因素。此方程经简化后写为:该式称为速率方程（范氏方程）。下面我们将对公式中的各项进行讨论CuuBAHu为流