仪器分析工科优秀课件.ppt

仪器分析工科第1页，本讲稿共25页3.1.2 色谱分类色谱分类按固定相的固定方式分按固定相的固定方式分：柱色谱、纸色谱、薄层色谱柱色谱、纸色谱、薄层色谱 按分离原理分：按分离原理分：吸附色谱、分配色谱、吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱和凝胶排阻色谱离子交换色谱和凝胶排阻色谱3.13 色谱特点色谱特点分离效能高；灵敏度高；分析速度快；应用范围广；未知物定性困难分离效能高；灵敏度高；分析速度快；应用范围广；未知物定性困难用于高沸点或热不稳定用于高沸点或热不稳定有机物的分离分析有机物的分离分析用于气体混合物和低沸点用于气体混合物和低沸点有机物的分离分析有机物的分离分析按流动相的状态分：按流动相的状态分：气相色谱气相色谱 和和 液相色谱液相色谱第2页，本讲稿共25页3.1.4 色谱基本参数及色谱曲线的表征色谱基本参数及色谱曲线的表征1 色谱图色谱图（流出曲线）（流出曲线）峰高峰高 h：色谱峰到基线的：色谱峰到基线的距离。距离。（定量依据定量依据）基线基线：无组分进入检测器时：无组分进入检测器时的信号时间曲线。的信号时间曲线。h0.607hhWb tmtR/W1/2 tR信信号号时间时间空气峰空气峰进进样样拐点拐点峰宽峰宽峰底宽度峰底宽度Wb：过两拐点的切线与基线两交点之间的距离：过两拐点的切线与基线两交点之间的距离半峰底半峰底W 1/2：峰高一半处的宽度：峰高一半处的宽度标准偏差标准偏差：拐点间距离的一半：拐点间距离的一半.Wb=4 ;W=2.354 峰面积峰面积：A=1.065hW1/2（定量依据定量依据）第3页，本讲稿共25页h0.607hhWb tmtRW1/2 t/R信信号号时间时间进进样样拐点拐点保留时间保留时间tR：从开始进样到色谱：从开始进样到色谱峰值出现所需的时间峰值出现所需的时间保留值：具有特征性，保留值：具有特征性，定性依据定性依据调整保留时间：调整保留时间：组分在固定相内的停留时间组分在固定相内的停留时间 tR/tR tm死时间死时间tm：不被固定相保留的：不被固定相保留的组分，从开始进样到色谱峰值组分，从开始进样到色谱峰值出现所需的时间，即在流动相出现所需的时间，即在流动相中的停留时间。中的停留时间。tm=L/U,色谱柱长，流动相平均流速色谱柱长，流动相平均流速保留体积保留体积:VR=U tR死体积死体积:Vm=U tm调整保留体积调整保留体积:VR/=U tR/第4页，本讲稿共25页3.2.1 色谱分离过程中的基本关系式色谱分离过程中的基本关系式1 分配系数分配系数(平衡常数）（平衡常数）（K）：组分在两相（流动相、固定相）中的浓度之比。2 分配比（分配比（k/）：组分在两相（流动相、固定相）中的质量之比。又称容量因子或容量比。K与温度、压力、组分性质、流动相和固定相性质有关。k与温度、压力、组分性质、流动相和固定相性质以及相比相比有关。相比相比：流动相与固定相的体积之比（）3.23.2色谱理论基础色谱理论基础第5页，本讲稿共25页3.保留值与容量因子的关系保留值与容量因子的关系：结论结论：K、k k 均表征了组分与固定相的作用力大小，其值越大，均表征了组分与固定相的作用力大小，其值越大，表明作用力越大，迁移速度越慢；表明作用力越大，迁移速度越慢；两组分的分配系数或分配比相差越大，越易实现分离两组分的分配系数或分配比相差越大，越易实现分离容量因子可以从色谱图上求出；调整保留时间与容量因子成正比。第6页，本讲稿共25页4 相对保留值相对保留值（选择性因子、分离因子）（选择性因子、分离因子）组分2与组分1的调整保留时间之比（一般 1)是两组分在色谱体系中平衡分配差异的量度，它是热力学参数，与组分性质、流动相和固定相性质以及温度有关。是广泛应用的色谱定性依据3.2.2塔板理论塔板理论（热力学理论）：分离效率的计算方法设L表示色谱柱长，H塔板高度，n理论塔板数第7页，本讲稿共25页结论：保留时间越长，峰越窄，柱效率越高；柱效率与组分性质及色谱条件有关；容量因子的大小决定了n和n有效的差别大小。第8页，本讲稿共25页3.2.3 速率理论（动力学理论）：如何减小峰宽速率理论（动力学理论）：如何减小峰宽1956年荷兰学者Van Deemter(范第姆特）提出：范第姆特方程A、B、C为常数，H塔板高度，U流动相的平均线速度(1)A 涡流扩散项A=2dp，填充不规则因子，dp填充物平均粒径样品带色谱图色谱柱第9页，本讲稿共25页（2）B/U :分子扩散项分子扩散项（纵向扩散项）（纵向扩散项）B=2DgDg 组分在气体流动相中的扩散系数，与组分、载气性质，柱温、柱压有关。弯曲因子：硅藻土填充物0.50.7;空心柱1减小分子扩散项的措施：采用分子量较大的载气（N2）提高载气流速降低温度第10页，本讲稿共25页（3）CU 传质阻力项C=Cg+Cl（适用于液体固定相）气相传质阻力项Cg：液相传质阻力项Cl：其中dp填充物平均粒径，Dg 组分在气体流动相中的扩散系数其中df液膜厚度，Dl 组分在液相中的扩散系数减小传质阻力项的措施：采用分子量较小的载气（H2）；降低载气流速；适当提高温度；减小填充物粒径；适当降低液膜厚度。第11页，本讲稿共25页范第姆特方程曲线范第姆特方程曲线HUCUB/UU最佳H最小HUA气相色谱范第姆特方程曲线气相色谱范第姆特方程曲线最佳载气流速的选择最佳载气流速的选择第12页，本讲稿共25页3.2.4 分离度分离度选择性因子较大选择性因子较大即两组分保留值差别较大即两组分保留值差别较大 热力学特性热力学特性柱效率（塔板数）高柱效率（塔板数）高即色谱峰较窄即色谱峰较窄 动力学特性动力学特性两组分完全分离的条件：两组分完全分离的条件：1 分离度的定义分离度的定义第13页，本讲稿共25页分离度分离度R:两相邻色谱峰保留值之差与两峰宽之和的一半的比值。两相邻色谱峰保留值之差与两峰宽之和的一半的比值。热力学和动力学特性热力学和动力学特性-分离性能的总指标分离性能的总指标适合于对称峰（高斯峰）适合于不对称峰一般地，一般地，R1.5 时认为两峰已完全分离（重叠小于时认为两峰已完全分离（重叠小于1）第14页，本讲稿共25页2 分离度与柱效率和选择性因子的关系分离度与柱效率和选择性因子的关系设两相邻组分1、2的峰底宽度相等即wb1=wb2=wb代入上式第15页，本讲稿共25页3分离度的优化分离度的优化（1）分离度分离度R与与n的关系的关系（2）分离度分离度R与与k/的关系的关系分离度Rs洗脱时间tR0 5 10 15k/=25 最佳最佳（3）分离度分离度R与与 的关系的关系0 5 10 15Rs 第16页，本讲稿共25页第17页，本讲稿共25页解：（1）从图中可以看出，tR2=17min,Y2=1min,所以；n=16(tR2/W2)2=16172=4624 (2)解法一：tR1=tR1-tM=14-1=13min t”R2=tR2 tM=17-1=16min相对保留值 =tR2/tR1=16/13=1.231第18页，本讲稿共25页解法二：两峰宽相等第19页，本讲稿共25页12.7 色谱定性和定量分析色谱定性和定量分析1 定性分析：依据保留值（1）利用纯物质对照定性：适用于组分性质已有所了解，组成比较简单，且已有纯物质的样品分析。（2）加入已知物增加峰高法：应用于指定色谱峰的定性（3）相对保留值法：要求基准物纯度高、与待测组分的保留值相近。适用于有文献值或待测组分纯物质的样品。特点：可消除实验条件波动带来的影响。（4）保留指数定性法 规定：正构 烷烃CzH2z2的保留指数为100z 规律：保留指数与化合物的调整保留时间的对数成线性关系即I b+a lgt/R(x)第20页，本讲稿共25页t/R(z)t/R(x)t/R(z+n)t100Z100(Z+n)Ixlgt/R(z)lgt/R(x)lgt/R(z+n)方法特点：可消除实验条件波动带来的影响。重现性好，温度系数小，无需纯物质对照（5）色质联用法：无需标准物质，适合于复杂第21页，本讲稿共25页2定量分析定量分析定量依据定量依据：被测组分的质量：被测组分的质量w与响应信号（峰面积）与响应信号（峰面积）A成正比，成正比，即即 W=f A,其中其中f为校正因子为校正因子（1）峰面积的测量）峰面积的测量A=1.065hw1/2 对称峰对称峰A=1/2(w0.15+w0.85)h 不对称峰不对称峰自动积分仪法自动积分仪法峰高代替峰面积峰高代替峰面积剪纸称重法剪纸称重法（2）绝对校正因子）绝对校正因子相对校正因子相对校正因子常用，一般省去常用，一般省去“相相对对”二字二字标准物：苯（热导检测器）；正庚烷（氢焰检测器）。标准物：苯（热导检测器）；正庚烷（氢焰检测器）。可自测或查表得到可自测或查表得到第22页，本讲稿共25页（3）定量计算方法）定量计算方法归一化法归一化法适用条件适用条件：所有组分必须出峰。否则结果偏高。特点特点：对多组分同时测定简单、准确；操作条件的变化对定量结果影响不大；微量组分的测量误差较大内标法内标法第23页，本讲稿共25页对内标物的要求要求：试样中原来不存在的纯物质能完全与待测组分分离且保留时间相差不多含量、灵敏度与待测组分相近稳定性好。内标法的优点优点进样量不必准确 比值恒定操作条件的变化对定量结果影响不大适用于微量组分的测定，而无归一化法要求全部出峰的限制每次都要准确称量内标物和样品，繁琐费时内标物的加入，提高了对分离度的要求第24页，本讲稿共25页外标法（标准曲线法）外标法（标准曲线法）峰高h或峰面积A浓度组分1组分2特点：操作简单，计算方便；但要求操作条件和进样量完全一致作业：P104：3；9；11第25页，本讲稿共25页