分析化学色谱法分析法.ppt
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1、第一节第一节 概概 述述色谱法(色谱法(ChromatographyChromatography)是一种分离分析方法,是是一种分离分析方法,是目前科研和生产分析中广泛采用的一种重要工具。目前科研和生产分析中广泛采用的一种重要工具。一句话,色谱法非常有用,必须掌握。一句话,色谱法非常有用,必须掌握。一、色谱法简介一、色谱法简介色谱法是色谱法是19011901年由俄国植物学家茨维特(年由俄国植物学家茨维特(Tswett)Tswett))提出,最初的认识是在于它的分离价值,用于分离植物提出,最初的认识是在于它的分离价值,用于分离植物中的色素等有色物质。现代的色谱方法,不再局限于有中的色素等有色物质。
2、现代的色谱方法,不再局限于有色物质,也大量用于分离无色物质色物质,也大量用于分离无色物质。现在学习的是第1页,共118页俄国植物学家茨维特使用的装置:色谱原型装俄国植物学家茨维特使用的装置:色谱原型装置如图,用来分离植物叶片中的色素。置如图,用来分离植物叶片中的色素。管子中的填充物,固定不动,称为固定相(碳管子中的填充物,固定不动,称为固定相(碳酸钙);酸钙);将色素提取物置于管子上端,靠重力往下流,同将色素提取物置于管子上端,靠重力往下流,同时用石油醚淋洗;石油醚称为流动相(携带试样时用石油醚淋洗;石油醚称为流动相(携带试样混合物流过固定相)。混合物流过固定相)。管子及填充物可以称为色谱柱。
3、管子及填充物可以称为色谱柱。色谱三元素!色谱三元素!叶绿素叶绿素A叶黄素叶黄素胡萝卜素胡萝卜素现在学习的是第2页,共118页色谱分离原理:色谱分离原理: 当流动相中携带的混合物流经固定相时,混合物中与固定相发生当流动相中携带的混合物流经固定相时,混合物中与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异,与固定相相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异,与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同,随着流动相的移动,混合物之间产生的作用力的大小、强弱不同,随着流动相的移动,混合物在两相间经过反复多次的分配平衡,使得各组分在固定相中停留的在两相间经过反复多次的分配平衡,使得各组分在
4、固定相中停留的时间不同,从而按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检测方时间不同,从而按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检测方法结合,实现混合物中各组分的分离与检测。法结合,实现混合物中各组分的分离与检测。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础。两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础。现在学习的是第3页,共118页 这种借在两相间分配原理而使混合物中各组分分这种借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离的技术,称为色谱分离技术或色谱法。离的技术,称为色谱分离技术或色谱法。二、色谱法分类二、色谱法分类1 1、按两相物理状态分类、按两相物理状态分类气相色谱(气体作流动相),气固色谱、气液色气相
5、色谱(气体作流动相),气固色谱、气液色谱谱液相色谱(液体作流动相),液固色谱、液液相色谱(液体作流动相),液固色谱、液液色谱液色谱流动相状态流动相状态固定相状态固定相状态现在学习的是第4页,共118页2 2、按固定相的形式分类、按固定相的形式分类柱色谱:固定相装在色谱柱中,分:填充柱色谱和毛细管柱色谱:固定相装在色谱柱中,分:填充柱色谱和毛细管色谱。色谱。纸色谱:以多孔滤纸为载体,以吸附在滤纸上的水为固纸色谱:以多孔滤纸为载体,以吸附在滤纸上的水为固定相定相薄层色谱:以涂渍在玻璃板或塑料板上的吸附剂粉末薄层色谱:以涂渍在玻璃板或塑料板上的吸附剂粉末制成薄层作固定相制成薄层作固定相现在学习的是第
6、5页,共118页3、按分离过程中物理化学原理分类、按分离过程中物理化学原理分类吸附色谱:吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能差异吸附色谱:吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能差异分配色谱:不同分配色谱:不同 组分在两相中有不同的分配系数组分在两相中有不同的分配系数离子交换色谱:利用离子交换原理离子交换色谱:利用离子交换原理排阻色谱:利用多孔性物质对排阻色谱:利用多孔性物质对 不同大小分子的排阻作用不同大小分子的排阻作用按其它原理:凝胶色谱按其它原理:凝胶色谱 超临界流体色谱超临界流体色谱 高效毛细管电泳高效毛细管电泳现在学习的是第6页,共118页三、色谱法的特点三、色谱法的特点(1 1)分离效率高
7、)分离效率高 复杂混合物,有机同系物、异构体。手性异构体复杂混合物,有机同系物、异构体。手性异构体。(2 2) 灵敏度高灵敏度高 可以检测出可以检测出1010-6-61010-9-9g g的物质。的物质。(3 3) 分析速度快分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。(4 4) 应用范围广应用范围广 几乎所有的化学物质。几乎所有的化学物质。 不足之处:不足之处: 被分离组分(未知物)的定性较为困难。被分离组分(未知物)的定性较为困难。现在学习的是第7页,共118页三、气相色谱分离过程及有关术语三、气相色谱分离过程及有关术语1、气
8、相色谱分离过程、气相色谱分离过程载气AB色谱柱检测器记录仪载气载气载气载气现在学习的是第8页,共118页2、气相色谱常用术语、气相色谱常用术语色谱图(色谱流出曲线)色谱图(色谱流出曲线)试样中的各组分经色谱柱分离后,随载气依次进入检测器,检测试样中的各组分经色谱柱分离后,随载气依次进入检测器,检测器将各组分浓度的变化转换为电信号,在记录仪上记录为检测器器将各组分浓度的变化转换为电信号,在记录仪上记录为检测器响应随时间的变化的微分曲线,称为色谱流出曲线。响应随时间的变化的微分曲线,称为色谱流出曲线。 现在学习的是第9页,共118页(1 1)色谱峰)色谱峰组分从色谱柱流出,检测器对该组分的响应信号
9、随时间变化所形成的组分从色谱柱流出,检测器对该组分的响应信号随时间变化所形成的峰形曲线。峰形曲线。 特点:当进样少,组分浓度低时,呈高斯分布特点:当进样少,组分浓度低时,呈高斯分布现在学习的是第10页,共118页(2 2)基线)基线在正常操作条件下,仅用载气通过色谱柱时,检测器响应信号随时间变在正常操作条件下,仅用载气通过色谱柱时,检测器响应信号随时间变化的曲线称为基线。化的曲线称为基线。 特点:稳定的基线应为平行于横轴的直线。特点:稳定的基线应为平行于横轴的直线。Base line现在学习的是第11页,共118页(3 3)色谱峰高)色谱峰高色谱峰顶点到基线的垂直距离(高度)称为色谱峰高。色谱
10、峰顶点到基线的垂直距离(高度)称为色谱峰高。 h现在学习的是第12页,共118页(4 4)色谱峰的区域宽度)色谱峰的区域宽度色谱峰的区域宽度是组分在色谱柱中谱带扩张的函数,可以反映色谱峰的区域宽度是组分在色谱柱中谱带扩张的函数,可以反映色谱柱的分离效能。在能够将组分分开的情况小,峰的区域宽度色谱柱的分离效能。在能够将组分分开的情况小,峰的区域宽度越窄越好。越窄越好。度量色谱峰的区域宽度通常有三种方法:度量色谱峰的区域宽度通常有三种方法:(i i)标准偏差标准偏差:它是它是0.6070.607倍峰高处色谱峰宽度的一半倍峰高处色谱峰宽度的一半( (EF/2)EF/2)0.607h2EF现在学习的是
11、第13页,共118页(iiii)半高峰宽半高峰宽W W1/21/2:峰高一半处对应的色谱峰宽峰高一半处对应的色谱峰宽( (GH)GH) W W1/21/22.3542.354 GHh/2现在学习的是第14页,共118页(iiiiii)色谱峰底宽色谱峰底宽WbWb:色谱峰两侧拐点作切线与基线交点间色谱峰两侧拐点作切线与基线交点间的的距距离离( (IJ)IJ)。 WbWb4 4 IJW Wb b现在学习的是第15页,共118页(5 5)保留值)保留值试样各组分在色谱柱中保留行为的量度试样各组分在色谱柱中保留行为的量度。它反映了组分与固定相之间相互作用的大小它反映了组分与固定相之间相互作用的大小保留
12、时间tR保留体积VR现在学习的是第16页,共118页(i i)保留时间保留时间t tR R:试样从进样开始到柱后出现峰极大值所需的时试样从进样开始到柱后出现峰极大值所需的时间。相应于试样到达柱末端的检测器所需的时间。间。相应于试样到达柱末端的检测器所需的时间。现在学习的是第17页,共118页(iiii)死时间死时间t t0 0:不被固定相保留(吸附或溶解)的气体的组分(如不被固定相保留(吸附或溶解)的气体的组分(如空气和甲烷)从进样到色谱图上出现峰最大值所需的时间。空气和甲烷)从进样到色谱图上出现峰最大值所需的时间。t0现在学习的是第18页,共118页(iiiiii)调整保留时间调整保留时间t
13、 tR R:扣除死时间后的保留时间扣除死时间后的保留时间 t tR Rt tR Rt t0 0( (iv)iv)保留体积保留体积 V VR R:指从进样到出现某组分的色谱峰最大值时所通指从进样到出现某组分的色谱峰最大值时所通过载气的体积。过载气的体积。若色谱柱出口处载气的流量为若色谱柱出口处载气的流量为F F0 0(ml/minml/min),),则则V VR Rt tR RF F0 0(v v)死体积死体积V V0 0:死时间内通过色谱柱载气的体积死时间内通过色谱柱载气的体积V V0 0t tM MF F0 0 V V0 0:实际上是色谱柱内载气所占的体积。实际上是色谱柱内载气所占的体积。现
14、在学习的是第19页,共118页(vivi)调整保留体积调整保留体积V VR R:V VR RV VR RV V0 0(vii)相对保留值相对保留值2.12.1:在相同操作条件下,两组分的调整保留值在相同操作条件下,两组分的调整保留值之比。之比。)1()1()2(1 . 2)2(RRRVVttR现在学习的是第20页,共118页讨论:讨论:2.12.1只与柱温及固定相的性质有关,而与柱径、柱长、填充情况及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。色谱法中,特别是气相色谱法中,广泛使用的流动相流速无关。色谱法中,特别是气相色谱法中,广泛使用的定性数据;定性数据;2.12.
15、1是调整保留值之比,而不是保留值之比;是调整保留值之比,而不是保留值之比;可表示色谱柱的选择性,可表示色谱柱的选择性, 2.12.1越大,两组分的越大,两组分的t tR R值相差越大值相差越大,越易分离;当,越易分离;当2.12.11 1时,重叠。时,重叠。a.a. 保留值又是色谱分离过程热力学性质的重要参数;保留值又是色谱分离过程热力学性质的重要参数;现在学习的是第21页,共118页从色谱流出曲线,可以得到许多重要信息从色谱流出曲线,可以得到许多重要信息(P P211211)(1 1)色谱峰数目色谱峰数目可以判断试样中所含组分的最少个数。可以判断试样中所含组分的最少个数。(2 2)色谱峰保留
16、值(或位置)色谱峰保留值(或位置)可以进行定性分析。可以进行定性分析。(3 3)色谱峰下的面积或峰高)色谱峰下的面积或峰高可以进行定量分析。可以进行定量分析。(4 4)色谱峰的保留值及其区域宽度)色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱是评价色谱柱 分离效分离效能的依据。能的依据。(5 5)色谱峰两峰间的距离)色谱峰两峰间的距离是评价固定相和流动相是评价固定相和流动相 选择是否选择是否合适的依据。合适的依据。现在学习的是第22页,共118页第二节第二节 气相色谱理论基础气相色谱理论基础现在学习的是第23页,共118页色谱分离原理色谱分离原理 色谱法实质是一种物理化学的分离方法。它是根据混合物各组
17、分在色谱法实质是一种物理化学的分离方法。它是根据混合物各组分在互不相溶的两相互不相溶的两相固定相和流动相中具有不同的吸附能力、分配系固定相和流动相中具有不同的吸附能力、分配系数或其它亲和作用的性质作为分离依据,当两相作相对运动时,组分数或其它亲和作用的性质作为分离依据,当两相作相对运动时,组分在两相中反复多次分配,这样就使得那些吸附能力或分配系数只有微在两相中反复多次分配,这样就使得那些吸附能力或分配系数只有微小差别的物质,在移动速度上产生了较大差别,从而达到完全分离。小差别的物质,在移动速度上产生了较大差别,从而达到完全分离。色谱是一种分离技术,要把复杂的试样中各个组分分开为目的!色谱是一种
18、分离技术,要把复杂的试样中各个组分分开为目的!现在学习的是第24页,共118页如某A、B两个组分的试样ABBA要使两组分完全分开,必须满足(1)相邻两个组分分开的距离要明显,也就是说两个组分的保留值要有明显的区别。(2)色谱峰的区域宽度:要窄。区域扩宽的速率应小于区域分离的速率,现在学习的是第25页,共118页BA作为一个色谱理论,应研究这两个方面:(1)组分在柱中移动的速率;(2)组分在移动过程中区域变宽的程度及其影响因素。现在学习的是第26页,共118页一、塔板理论(plate theory) (以气液色谱为例) 1。分配平衡:塔板理论又称平衡理论,也就是说色谱过程可以看成是组分在流动相和
19、固定相之间的分配平衡过程。Amobile Astationary(1)分配系数K:在一定温度、压力下,组分在两相间分配达到平衡时的浓度比,称为分配系数,用K表示,即:glccK 组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度现在学习的是第27页,共118页分配系数分配系数一定温度下,组分的分配系数一定温度下,组分的分配系数K K越大,即在液相中的浓度大(越大,即在液相中的浓度大(在液相中停留的时间长),出峰越慢;在液相中停留的时间长),出峰越慢;试样一定时,试样一定时,K K主要取决于固定相性质,选择适宜的固定相可主要取决于固定相性质,选择适宜的固定相可改善分离效果;改善分离效果;每个组份在各种固定
20、相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数K K不同,试样中的各组分具有不同,试样中的各组分具有不同的不同的K K值是色谱分离的基础;值是色谱分离的基础;某组分的某组分的K = 0K = 0时,即不被固定相保留,最先流出。时,即不被固定相保留,最先流出。现在学习的是第28页,共118页(2)分配比k:在一定温度和压力下,组分在固定相和流动相中的质量之比,称为分配比,用k表示,即:glmmk 组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量glnnk 量组分在流动相中物质的量组分在固定相中物质的现在学习的是第29页,共118页分配比k和分配系数K之间的关系:gllgggllglVVKkVVkVmVm
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