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色谱分析导论(2)第1页，共37页，编辑于2022年，星期二 色谱法概述色谱法概述 气相色谱仪气相色谱仪色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线及有关术语 色谱法原理色谱法原理 （Basic Principles of ChromatographyBasic Principles of Chromatography）第2页，共37页，编辑于2022年，星期二第一节第一节 气相色谱法概述气相色谱法概述一、色谱法的由来一、色谱法的由来 1.1906年由俄国植物学家茨维特茨维特创立，用来分离植物色素。固定相固定相固定相固定相CaCOCaCO3 3颗粒颗粒颗粒颗粒流动相流动相流动相流动相石油醚石油醚石油醚石油醚 色带色带第3页，共37页，编辑于2022年，星期二色带色带-色谱色谱 (Chromatographie,Chromatograp(Chromatographie,Chromatography)hy)玻璃管玻璃管-色谱柱色谱柱 （chromatographic columnchromatographic column）碳酸钙碳酸钙-固定相固定相(Stationary Phase)(Stationary Phase)淋洗液淋洗液-流动相流动相(Mobile Phase)(Mobile Phase)第4页，共37页，编辑于2022年，星期二2.发展历史发展历史1941年，年，Martin和和Synge提出液提出液-液色谱理论液色谱理论；1952年年，James和和Martin发展了气相色谱；发展了气相色谱；1956年，年，VanDeemter提出速率理论；提出速率理论；1967年，年，Kirkland等研制高效液相色谱法；等研制高效液相色谱法；第5页，共37页，编辑于2022年，星期二 适合于分离用化学分离法和化学沉淀适合于分离用化学分离法和化学沉淀法所不能分离的那些物理常数相近、法所不能分离的那些物理常数相近、化学性质相类似的化学性质相类似的同系物和异构体同系物和异构体等等复杂组分。复杂组分。第6页，共37页，编辑于2022年，星期二何谓色谱法？目的？何谓色谱法？目的？定义定义：色谱法是一种重要的分离分析方：色谱法是一种重要的分离分析方法，它是根据组分与固定相和流动相法，它是根据组分与固定相和流动相的作用力不同而达到分离目的的。的作用力不同而达到分离目的的。目目的的：对对混混合合组组分分进进行行分分离离和和定定性性分分析析或或定定量分析。量分析。第7页，共37页，编辑于2022年，星期二1 1按两相分子的聚集状态分：按两相分子的聚集状态分：按两相分子的聚集状态分：按两相分子的聚集状态分：流动相流动相流动相流动相 固定相固定相固定相固定相 类型类型类型类型液体液体液体液体固体固体固体固体 液液液液-固色谱固色谱固色谱固色谱液体液体液体液体液体液体液体液体 液液液液-液色谱液色谱液色谱液色谱气体气体气体气体固体固体固体固体 气气气气-固色谱固色谱固色谱固色谱气体气体气体气体液体液体液体液体 气气气气-液色谱液色谱液色谱液色谱液相液相液相液相气相气相气相气相2 2按固定相的固定方式分：按固定相的固定方式分：按固定相的固定方式分：按固定相的固定方式分：填充柱色谱填充柱色谱填充柱色谱填充柱色谱 毛细管柱色谱毛细管柱色谱毛细管柱色谱毛细管柱色谱 纸色谱纸色谱纸色谱纸色谱 薄层色谱薄层色谱薄层色谱薄层色谱 高分子薄膜色谱高分子薄膜色谱高分子薄膜色谱高分子薄膜色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱色谱平面色谱平面色谱平面色谱平面色谱二、色谱法分类：二、色谱法分类：3按分离机制分：按分离机制分：分配色谱分配色谱分配色谱分配色谱：利用分配系数的不同：利用分配系数的不同 吸附色谱吸附色谱吸附色谱吸附色谱：利用物理吸附性能的差异：利用物理吸附性能的差异 离子交换色谱离子交换色谱离子交换色谱离子交换色谱：利用离子交换原理：利用离子交换原理 空间排阻色谱空间排阻色谱空间排阻色谱空间排阻色谱：利用排阻作用力的不同：利用排阻作用力的不同第8页，共37页，编辑于2022年，星期二三、色谱法的特点三、色谱法的特点1.优点：优点：高选择性高选择性高选择性高选择性可将性质相似的组分分开；可将性质相似的组分分开；可将性质相似的组分分开；可将性质相似的组分分开；高灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度1010-11-111010-13-13g g，适于痕量分析；，适于痕量分析；，适于痕量分析；，适于痕量分析；分析速度快分析速度快分析速度快分析速度快几几几几 几十分钟完成分离。几十分钟完成分离。几十分钟完成分离。几十分钟完成分离。第9页，共37页，编辑于2022年，星期二2.缺点：缺点：不能对未知物定性；不能对未知物定性；需要与其他分析方法联用需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS)第10页，共37页，编辑于2022年，星期二第二节第二节气相色谱仪气相色谱仪第11页，共37页，编辑于2022年，星期二 气相色谱仪器构成流程图气相色谱仪器构成流程图1-1-载气钢瓶；载气钢瓶；2-2-减压减压阀；阀；3-3-净化干燥管；净化干燥管；4-4-针形阀；针形阀；5-5-流量计流量计;6-;6-压力表；压力表；7-7-进样器；进样器；8-8-色谱柱色谱柱;9-9-热导检测器；热导检测器；10-10-放大放大器；器；11-11-温度控制器；温度控制器；12-12-记录仪；记录仪；载气系统载气系统进样系统进样系统色谱柱色谱柱检测系统检测系统记录系统记录系统温控系统温控系统第12页，共37页，编辑于2022年，星期二 一、载气系统一、载气系统包括气源、净化干燥管、载气流速控制和测量包括气源、净化干燥管、载气流速控制和测量常用的载气有：氢气、氮气、氦气；常用的载气有：氢气、氮气、氦气；常用的载气有：氢气、氮气、氦气；常用的载气有：氢气、氮气、氦气；净化干燥管：去除载气中的水、有机物净化干燥管：去除载气中的水、有机物净化干燥管：去除载气中的水、有机物净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；载气流速控制及测量：减压阀、针形稳压阀、载气流速控制及测量：减压阀、针形稳压阀、载气流速控制及测量：减压阀、针形稳压阀、载气流速控制及测量：减压阀、针形稳压阀、流量计，压力表控制载气流速恒定。流量计，压力表控制载气流速恒定。流量计，压力表控制载气流速恒定。流量计，压力表控制载气流速恒定。第13页，共37页，编辑于2022年，星期二 二、二、进样系统进样系统 进样器，气化室；进样器，气化室；气体进样器（六通阀）：气体进样器（六通阀）：推拉式和旋转式两种。推拉式和旋转式两种。试样试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；体进入分离柱；第14页，共37页，编辑于2022年，星期二液体进样器：液体进样器：专用注射器，专用注射器，填充柱色谱常用填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器新型仪器带有全自动液体进样器。气化室气化室:将液体试样瞬间气化的装置。将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。无催化作用。第15页，共37页，编辑于2022年，星期二 三、三、色谱柱（分离柱）色谱柱（分离柱）色谱柱：色谱柱：色谱仪的核心部件。色谱仪的核心部件。柱材质：柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。毫米。长度可根据需要确定。长度可根据需要确定。柱填料：柱填料：粒度为粒度为60-80或或80-100目的色谱固定相。目的色谱固定相。液液-固色谱：固体吸附剂固色谱：固体吸附剂液液-液色谱：担体液色谱：担体+固定液固定液 第16页，共37页，编辑于2022年，星期二 四、四、检测及记录系统检测及记录系统通常由通常由检测元件、放大器、显示记录检测元件、放大器、显示记录三部分三部分组成；组成；被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；经放大后记录和显示，给出色谱图；第17页，共37页，编辑于2022年，星期二 五、五、温度控制系统温度控制系统温度温度是色谱分离条件的重要选择参数是色谱分离条件的重要选择参数；气化室、分离室、检测器气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需三部分在色谱仪操作时均需控制温度控制温度；气化室气化室：保证液体试样瞬间气化；保证液体试样瞬间气化；检测器检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；第18页，共37页，编辑于2022年，星期二分离室分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离。变化，各组分在最佳温度下分离。第19页，共37页，编辑于2022年，星期二第三节第三节色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线及有关术语（ElutionCurvetoChromatographyandtheTerminology）第20页，共37页，编辑于2022年，星期二一、色谱分离过程一、色谱分离过程利用试样中各组分利用试样中各组分在固定相和流动相在固定相和流动相之间之间具有不同的溶解和解析能力，或具有不同的溶解和解析能力，或不同的吸附和脱附能力，或其它亲和不同的吸附和脱附能力，或其它亲和性能的差异性能的差异.10103 3一一10106 6次次第21页，共37页，编辑于2022年，星期二A、B两组份色谱分离过程（两组份色谱分离过程（K KA A大于大于K KB B）第22页，共37页，编辑于2022年，星期二色谱流出曲线，也称色谱峰色谱流出曲线，也称色谱峰第23页，共37页，编辑于2022年，星期二二、色谱图有关术语二、色谱图有关术语1 1基线基线(base line)(base line)当没有样品随流动相进入检测器，在实验当没有样品随流动相进入检测器，在实验条件下，检测器输出不变的电压或电流信条件下，检测器输出不变的电压或电流信号。号。稳定的基线是一条平行于时间横座标的直线。稳定的基线是一条平行于时间横座标的直线。基线漂移：基线漂移：指基线随时间定向的缓慢变化。指基线随时间定向的缓慢变化。基线噪声：基线噪声：指由各种因素所引起的基线起伏。指由各种因素所引起的基线起伏。第24页，共37页，编辑于2022年，星期二2.2.保留值保留值（1）时间表示的保留值）时间表示的保留值保留时间（保留时间（tR）：）：组分从进样到柱后出现浓度极大组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；值时所需的时间；死时间（死时间（tM）：）：不与固定相作用的气体（如空气）不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间；的保留时间；调整保留时间（调整保留时间（tR）：）：tR=tRtM第25页，共37页，编辑于2022年，星期二（2）用体积表示的保留值）用体积表示的保留值保留体积（保留体积（VR）：）：从进样开始到柱后被测组分出现浓度最从进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值时所通过的载气体积。大值时所通过的载气体积。VR=tRF0F0-柱出口处的载气流量。柱出口处的载气流量。第26页，共37页，编辑于2022年，星期二死体积（死体积（VM）：）：VM=tMF0调整保留体积调整保留体积(VR)：VR=VRVM第27页，共37页，编辑于2022年，星期二 3.3.相对保留值相对保留值r21组分组分2与组分与组分1调整保留值之比：调整保留值之比：相相对对保保留留值值只只与与柱柱温温和和固固定定相相性性质质有有关关，与与其其他他色色谱谱操操作作条条件件无无关关，它它表表示示了了固固定定相相对对这这两两种种组组分分的的选择性，是色谱定性分析的重要参数。选择性，是色谱定性分析的重要参数。第28页，共37页，编辑于2022年，星期二 4色谱峰的区域宽度色谱峰的区域宽度用来衡量色谱峰宽度的参数，有用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表三种表示方法示方法：（1）标准偏差标准偏差()：正态分布色谱曲线：正态分布色谱曲线两拐点距离的一半，即两拐点距离的一半，即0.607倍峰高处色谱倍峰高处色谱峰宽度的一半。峰宽度的一半。（2）半峰宽半峰宽(Y1/2)：色谱峰高一半处：色谱峰高一半处的宽度的宽度Y1/2=2.354（3）峰底宽峰底宽(Wb)：正态分布色谱曲线：正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交的截距两拐点切线与基线相交的截距 Wb=4 第29页，共37页，编辑于2022年，星期二5.5.分配系数分配系数 K K与容量因子与容量因子k k(1)(1)分配系数分配系数 K K在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度比，称为分配系数，用度比，称为分配系数，用K 表示，即：表示，即：K=Cs/CmK=Cs/Cm第30页，共37页，编辑于2022年，星期二试样一定时，试样一定时，K主要取决于固定相性质主要取决于固定相性质;一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数K越大，出越大，出峰越慢；峰越慢；每个组分在各种固定相上的分配系数每个组分在各种固定相上的分配系数K不不同；同；选择适宜的固定相可改善分离效果；选择适宜的固定相可改善分离效果；试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的K值是分离的值是分离的基础；基础；某组分的某组分的K=0时，即不被固定相保留，最时，即不被固定相保留，最先流出。先流出。第31页，共37页，编辑于2022年，星期二（2 2）分配比）分配比k k容量因子k：平衡时，组分在各相中总的质量比；第32页，共37页，编辑于2022年，星期二 k k值值越越大大，说说明明组组分分在在固固定定相相中中的的量量越越多多，相相当当于于柱柱的的容容量量大大，因因此此又又称称分分配配容容量量或容量因子。或容量因子。它它是是衡衡量量色色谱谱柱柱对对被被分分离离组组分分保保留留能能力力的的重要参数。重要参数。第33页，共37页，编辑于2022年，星期二（3）容量因子）容量因子k与分配系数与分配系数K的关系为：的关系为：式中式中为相比。为相比。填充柱相比：填充柱相比：635；毛细管柱的相比：毛细管柱的相比：501500第34页，共37页，编辑于2022年，星期二分配比与分配系数的不同在于分配比不仅分配比与分配系数的不同在于分配比不仅与组分和两相性质有关，而且还与两相体与组分和两相性质有关，而且还与两相体积有关。积有关。第35页，共37页，编辑于2022年，星期二容量因子越大，保留时间越长。可由保留时间计算出容量因子，两者有以下关系：（4）k与与TR的关系的关系第36页，共37页，编辑于2022年，星期二总之总之(1)(1)根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数；的最少个数；(2)(2)根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析；根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析；(3)(3)根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析；根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析；(4)(4)色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱柱色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱柱分离效能的依据；分离效能的依据；(5)(5)色谱峰两峰间的距离，是评价固定相色谱峰两峰间的距离，是评价固定相(或流动或流动相相)选择性的依据。选择性的依据。第37页，共37页，编辑于2022年，星期二