色谱分析课件.ppt

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1、关于色谱分析现在学习的是第1页，共38页气相色谱仪气相色谱仪 123456789放放空空现在学习的是第2页，共38页 (1)(2)(1)(2)微分检测信号微分检测信号积分检测信号积分检测信号V1V2t1=V1Ft2=V2 F气相色谱检测器气相色谱检测器现在学习的是第3页，共38页3RNRNd Rd QRQtQ噪音噪音(C)(C)色谱检测器的灵敏度与应答值色谱检测器的灵敏度与应答值现在学习的是第4页，共38页检测器的灵敏度与噪音大小密切相关检测器的灵敏度与噪音大小密切相关决定灵敏度的噪音，除电噪音外，还应该注意非电噪音的大小。决定灵敏度的噪音，除电噪音外，还应该注意非电噪音的大小。非电噪音的主要

2、来源是分离体系的污染、载气含有的杂质非电噪音的主要来源是分离体系的污染、载气含有的杂质等。等。应该考虑它们的统计涨落所带来的影响。应该考虑它们的统计涨落所带来的影响。例如从体系电噪音大小测得氧的最小检测浓度为2ppm,但若流动相中含有24 ppm杂质氧，或者更低的杂质氧也不能检测到样品中2 ppm的氧。现在学习的是第5页，共38页响应时间与时间常数响应时间与时间常数线性范围线性范围(line arrange)稳定性稳定性log C(log m)log R 线性范围现在学习的是第6页，共38页气相色谱检测器类型气相色谱检测器类型浓度型检测器浓度型检测器 例例如如利利用用物物质质的的热热导导率率、

3、气气体体密密度度、介介电电常常数数、电电极极电电位位、高高频频放放电电、电电离离截截面面、物物质质电电负负性性、光光的的吸吸收收和和发发射射等性质进行分析的检测器都是浓度型检测器等性质进行分析的检测器都是浓度型检测器.质量型检测器质量型检测器 例如利用测量被吸附物质重量、例如利用测量被吸附物质重量、电离电流电离电流、振荡频率、振荡频率、热电子发射、质谱、物质中的碳原子数等原理来设计的检热电子发射、质谱、物质中的碳原子数等原理来设计的检测器都是质量型检测器测器都是质量型检测器.现在学习的是第7页，共38页载载气气选选用用 一一般般应应首首先先考考虑虑色色谱谱分分离离的的需需要要,用用与与组组分分

4、的的热热导导率率差差别别大的氢气或氦气大的氢气或氦气.流流速速 对对灵灵敏敏度度没没有有直直接接影影响响.是是由由影影响响柱柱效效所所表表达达的的。在在痕痕量量分分析析中中应权衡流速的作用应权衡流速的作用.应注意避免不纯的载气中氧对热丝的损害应注意避免不纯的载气中氧对热丝的损害.工作电流工作电流 热丝的工作电流应限制在热丝的工作电流应限制在T T200200的范围内的范围内,检检测测器器温温度度 检检测测器器恒恒温温温温度度应应比比样样品品中中最最高高的的组组分分沸沸点点高高几几度度,以以防防组组分分在在池池室室壁壁上上沉沉积积.一一旦旦检检测测器器内内被被污污染染,可可以以用用大大剂剂量量无

5、无水水乙醇作样品进行多次分析来清洗乙醇作样品进行多次分析来清洗.温温度度波波动动 当当热热导导池池本本身身的的温温度度波波动动0.050.05时时,基基线线的的漂漂移移已已大大到到妨妨碍碍定量分析定量分析.热导检测器热导检测器现在学习的是第8页，共38页收集极收集极极化极极化极氢气氢气载气载气空气空气氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器现在学习的是第9页，共38页灵敏度高达灵敏度高达1012 g/s;线性范围宽达线性范围宽达107;几乎没有死体积几乎没有死体积,响应迅速响应迅速,不不能能用用氢氢火火焰焰离离子子化化检检测测器器分分析析的的物物质质有有:H2、He、O2、N2、Ar、Kr、Xe、

6、NO、NO2、N2O、NH3、CS2、COS、H2S、SO2、H2S、CO、CO2、H2O、HCHO、HCOOH、SiCl4、SiHCl3、SiF4等.现在学习的是第10页，共38页载气和样品载气和样品光电倍增管光电倍增管滤光片滤光片放空放空空气空气氢气氢气火焰光度检测器火焰光度检测器 现在学习的是第11页，共38页载气载气+样品样品放空放空放射源放射源电子捕获检测器电子捕获检测器光离子化检测器与氦离子化检测器光离子化检测器与氦离子化检测器现在学习的是第12页，共38页载体载体 对载体的要求对载体的要求 常用载体常用载体硅藻土类载体硅藻土类载体 红色担体红色担体:比表面积约比表面积约 4.0

7、m4.0 m2 2/g,/g,平均孔径为平均孔径为 1m1m 白色担体白色担体:比表面积约比表面积约1.0 m1.0 m2 2/g;/g;平均孔径为平均孔径为8 89m.9m.非硅藻土类载体非硅藻土类载体 载体的预处理载体的预处理 去除硅藻土类载体表面含有类似硅醇和硅醚等氢键活性点去除硅藻土类载体表面含有类似硅醇和硅醚等氢键活性点:酸酸洗洗 碱洗碱洗 硅烷化硅烷化（二甲基二氯硅烷（二甲基二氯硅烷（DMCSDMCS），六甲基二硅烷），六甲基二硅烷胺（胺（HMDSHMDS）釉化处理釉化处理 载体的选择载体的选择气液色谱固定相气液色谱固定相现在学习的是第13页，共38页 用色谱理论解释对于气相色谱载

8、体要求：用色谱理论解释对于气相色谱载体要求：表面积小：液膜厚，传质阻力大，柱效低，表面积小：液膜厚，传质阻力大，柱效低，表面积大：液膜极薄，裸露载体活性中心，峰拖尾表面积大：液膜极薄，裸露载体活性中心，峰拖尾过深和过浅孔穴同时存在：同一组分不同分子差速移行，谱带扩散严过深和过浅孔穴同时存在：同一组分不同分子差速移行，谱带扩散严重，应使载体表面液膜分布成均一厚度。重，应使载体表面液膜分布成均一厚度。化学惰性：对组分产生吸附，破坏正常气液分配过程，使峰展化学惰性：对组分产生吸附，破坏正常气液分配过程，使峰展宽；宽；粒度均匀：使涡流扩散与分子扩散减小，提高柱效；机械强度好：粒度均匀：使涡流扩散与分子

9、扩散减小，提高柱效；机械强度好：不易破碎，粒度始终均匀。不易破碎，粒度始终均匀。对固定液有良好浸润性：液膜厚度不均，同一组分的不同分对固定液有良好浸润性：液膜厚度不均，同一组分的不同分子差速移型，柱效低。子差速移型，柱效低。现在学习的是第14页，共38页 固定液固定液对固定液的要求对固定液的要求对组分有高的选择性：对组分有高的选择性：K大；大；良好热、化学稳定性：若固定液挥发，使基线噪音增加，良好热、化学稳定性：若固定液挥发，使基线噪音增加，影响痕量组分检测；膜厚下降，柱效改变，保留值不重现影响痕量组分检测；膜厚下降，柱效改变，保留值不重现性。性。在操作温度下有较低蒸气压：承受较高柱温，故一般

10、为在操作温度下有较低蒸气压：承受较高柱温，故一般为聚合物，以免流失太快。聚合物，以免流失太快。对载体有良好浸润性：液膜均匀，传质阻力均匀，不存在对载体有良好浸润性：液膜均匀，传质阻力均匀，不存在裸露的载体表面，柱效高。裸露的载体表面，柱效高。现在学习的是第15页，共38页固定液的分类固定液的分类1.按化学类型分类按化学类型分类(烃类固定液烃类固定液角鲨烷阿皮松真空酯类苄基联苯芳烃类聚硅氧烷类聚硅氧烷类甲基硅油、硅橡胶、低苯基含量聚硅氧烷、中苯基含量聚硅甲基硅油、硅橡胶、低苯基含量聚硅氧烷、中苯基含量聚硅氧烷、高苯基含量聚硅氧烷、氰烷基聚硅氧烷氧烷、高苯基含量聚硅氧烷、氰烷基聚硅氧烷 聚二醇类聚

11、二醇类 聚酯类聚酯类 腈类腈类 具有特殊选择性的固定液具有特殊选择性的固定液 金属盐类、有机皂土、液晶金属盐类、有机皂土、液晶现在学习的是第16页，共38页手性固定液手性固定液 手性氨基酸衍生物固定液手性氨基酸衍生物固定液 在硅氧烷类上衍生或共聚、键合在硅氧烷类上衍生或共聚、键合 环糊精衍生物环糊精衍生物 溶解于中等极性的聚硅氧烷中：溶解于中等极性的聚硅氧烷中：手性金属配合物手性金属配合物;冠醚和高分子冠醚冠醚和高分子冠醚(8)(8)结构异构体固定液结构异构体固定液 低分子量液晶和高分子液晶固定液低分子量液晶和高分子液晶固定液 冠醚及高分子冠醚冠醚及高分子冠醚(9)(9)高温固定液高温固定液

12、端羟基聚硅氧烷在涂绩过程中交联端羟基聚硅氧烷在涂绩过程中交联;与石英表面硅羟基缩合键合到毛细管表面上与石英表面硅羟基缩合键合到毛细管表面上现在学习的是第17页，共38页2.按相对极性分类按相对极性分类 Rohrschneider 分类体系分类体系 McReynolds 分类体系分类体系现在学习的是第18页，共38页Rohrschneider提出用相对极性来表征固定液的特性:用五种代表分子之间不同作用力的物质来共同表征一用五种代表分子之间不同作用力的物质来共同表征一种固定液的特性种固定液的特性:苯苯,乙醇乙醇,甲乙酮甲乙酮,硝基甲烷硝基甲烷,吡啶吡啶.苯具有苯具有键键,容易极化容易极化,它与固定

13、液之间的作用力有色散它与固定液之间的作用力有色散力和诱导力力和诱导力.乙醇作为质子的给体乙醇作为质子的给体是氢键型化合物的代表是氢键型化合物的代表.甲乙酮是是质子的受体甲乙酮是是质子的受体.硝基甲烷是特殊氢键型的化合物硝基甲烷是特殊氢键型的化合物,是质子的受体是质子的受体.吡啶是氮杂环上可形成大吡啶是氮杂环上可形成大键而极易极化的物质的代表键而极易极化的物质的代表,是是质子的受体质子的受体.用用保保留留指指数数之之差差I I表表示示相相对对极极性性的的大大小小.II越越大大,表表示示固固定液和组分分子之间的作用力越大定液和组分分子之间的作用力越大.现在学习的是第19页，共38页一种固定液对五组

14、分之一个的极性表示为一种固定液对五组分之一个的极性表示为:IiIpIsa 式式中中I Ip p和和I Is s分分别别表表示示对对于于给给定定标标准准样样品品(五五个个组组分分之之一一),),所所研研究究的的固固定定液液和和参参比比固固定定液液(以以角角鲨鲨烷烷作作为为参参比比)的的保保留留指数指数.表示固定液的极性表示固定液的极性,a=100=100,因此因此,I Ii i/100/100.这种固定相的极性指标为这种固定相的极性指标为:ItIiabcde a,b,c,d,e均为均为100.现在学习的是第20页，共38页McReynolds 对Rohrschneider 分类体系作了两点改进分

15、类体系作了两点改进用用丁丁醇醇,2-2-戊戊酮酮,硝硝基基丙丙烷烷 来来代代替替 乙乙醇醇,甲甲乙乙酮酮,硝硝基甲烷基甲烷 来作为被分离物质标准参照物来作为被分离物质标准参照物.增加五种被分离物质标准参照物质增加五种被分离物质标准参照物质:2-2-甲甲基基-2-2戊戊基基-2-2戊戊醇醇,碘碘丁丁烷烷,2-2-辛辛炔炔,二二氧氧六六烷烷,顺顺八八氢氢化茚化茚.一般只列出对苯,丁醇,2-戊酮,硝基丙烷,吡啶的数据,因为这些数据已能够说明固定液的“相对极性”.McReynolds 分类体系和Rohrschneider 分类体系所得的数据整整相差100倍,说明两种数据所描写的固定液的性质是相同的.现

16、在学习的是第21页，共38页固定液的选择固定液的选择1.相似性原则相似性原则非极性组分样品非极性组分样品 一般采用非极性固定液一般采用非极性固定液分子之间的作用力为色散力分子之间的作用力为色散力11 沸点高的组分分子与固定液分子间的相互作用力大沸点高的组分分子与固定液分子间的相互作用力大,沸点低沸点低的组分分子与固定液分子间的相互作用力小的组分分子与固定液分子间的相互作用力小.强极性组分样品强极性组分样品 一般采用强极性固定液一般采用强极性固定液沸沸点点高高的的组组分分分分子子与与固固定定液液分分子子间间的的相相互互作作用用力力小小,沸沸点点低低的的组组分分分分子子与与固固定定液液分分子子间间

17、的的相相互互作作用用力力反反而而大大.结结果果是是两两种种因因素素（挥挥发发性性P P与与相相互互作作用用-溶溶解解度度）对对保保留留值值的作用方向相反的作用方向相反,作用相互抵消作用相互抵消.现在学习的是第22页，共38页中等极性组分样品中等极性组分样品 一般采用中等极性固定液一般采用中等极性固定液若各个组分与固定液的分子之间的作用力相差不多若各个组分与固定液的分子之间的作用力相差不多,即即(1)(1)/(2)(2)1,1,而蒸汽压相差较大而蒸汽压相差较大,即即p p(1)(1)/p/p(2)(2)大大,则各个组分的色谱峰仍然按沸点规律流出则各个组分的色谱峰仍然按沸点规律流出;主要取主要取决

18、于各个组分的蒸汽压。决于各个组分的蒸汽压。若各个组分与固定液的分子之间的作用力相很大若各个组分与固定液的分子之间的作用力相很大,蒸蒸汽压相差不多汽压相差不多,则各个组分的色谱峰的流出顺序主要取则各个组分的色谱峰的流出顺序主要取决于组分在固定液中的溶解度。决于组分在固定液中的溶解度。现在学习的是第23页，共38页现在学习的是第24页，共38页最常用的六种气相色谱通用固定液最常用的六种气相色谱通用固定液现在学习的是第25页，共38页流出规律流出规律非非极极性性的的同同系系物物样样品品,无无论论采采用用非非极极性性或或极极性性固固定定液液,同同系物流出次序由沸点决定系物流出次序由沸点决定,沸点高的流

19、出慢沸点高的流出慢.极极性性的的同同系系物物样样品品,如如醚醚、醛醛、酯酯等等,用用非非极极性性或或极极性性固固定定液液,同同系系物物流流出出次次序序由由沸沸点点决决定定,沸沸点点高高的的流流出出慢慢.但但以以选选用用极性固定液为宜极性固定液为宜.被被分分离离的的两两个个组组分分沸沸点点相相近近且且分分别别为为极极性性或或非非极极性性的的,则则宜宜选选用用极极性性固固定定液液.若若其其中中一一个个组组分分易易形形成成氢氢键键,则则选选用氢键型固定相有利用氢键型固定相有利.分析分析 间间、对对-异构体时异构体时,按固定相及样品结构决定按固定相及样品结构决定现在学习的是第26页，共38页毛细管柱色

20、谱法毛细管柱色谱法有填充毛细管柱色谱和空心毛细管柱色谱有填充毛细管柱色谱和空心毛细管柱色谱1 1。空心毛细管柱速率理论服从。空心毛细管柱速率理论服从Golay Golay 方程方程空心色谱柱不存在涡流扩散空心色谱柱不存在涡流扩散 A=0,A=0,但受色谱柱径向流速变化的影但受色谱柱径向流速变化的影响响.Golay.Golay等人研究得到等人研究得到,径向扩散对板高的贡献为径向扩散对板高的贡献为(r r0 0为柱管内径为柱管内径)板高方程为板高方程为毛细管空心色谱柱的内径毛细管空心色谱柱的内径 r r0 0 越小、越小、固定相用量越少（膜厚固定相用量越少（膜厚 d df f 越薄越薄0.3-10

21、.3-1 m m）柱效越高。）柱效越高。现在学习的是第27页，共38页 6.3 毛细管柱常用固定相毛细管柱常用固定相BSL-110(BSL-110(聚烃聚烃)320 320 BSL-210(BSL-210(聚不饱和烃聚不饱和烃)275 275SE-30(SE-30(甲基硅橡胶甲基硅橡胶)20 20350350SE-52(SE-52(键合键合5 5苯基、甲基硅橡胶或苯基、甲基硅橡胶或二甲基二甲基硅氧烷硅氧烷)2020350350SE-54(1SE-54(1乙烯基乙烯基,5,5苯基甲基硅橡胶苯基甲基硅橡胶)20)20320320SPB-50(SPB-50(键合键合50:5050:50二苯基二苯基:

22、二甲基硅氧烷二甲基硅氧烷)50)50300300SPB-1701SPB-1701(键合键合14%14%氰丙基氰丙基,86%,86%二甲基硅氧烷二甲基硅氧烷)5050300300SP-2125(2SP-2125(2氰丙基氰丙基,5,5苯基硅橡胶苯基硅橡胶)20)20350350Superrex-0.1(Superrex-0.1(聚乙二醇聚乙二醇,分子量分子量10105 5 50 50280280Superrex-4 (Superrex-4 (聚乙二醇聚乙二醇,分子量分子量4104106 6 50 50300300OV351(OV351(改性聚乙二醇改性聚乙二醇)()(极性柱极性柱)50)5030

23、0300现在学习的是第28页，共38页气固色谱固定相气固色谱固定相1.气固色谱气固色谱2.固定相用吸附剂固定相用吸附剂碳碳黑黑类类：石墨化碳黑、碳分子筛(TDX系列,:Carbosleve B）涂覆量一般只有0.1%0.4%，主要用来分离短链极性化合物,例如醇、醛、水分子筛：分子筛：4A,5A和13X高高 分分 子子 小小 球球：GDX系 列、Porapak和Chromosorb系列硅胶硅胶氧化铝、氧化镁氧化铝、氧化镁现在学习的是第29页，共38页色谱柱的制备色谱柱的制备 固定液的涂布固定液的涂布对固定液的涂布的要求对固定液的涂布的要求涂布固定液操作涂布固定液操作 色谱柱的装填色谱柱的装填 色

24、谱柱的老化色谱柱的老化现在学习的是第30页，共38页 色谱操作条件的选择色谱操作条件的选择 色谱柱及其长度色谱柱及其长度 载体及其粒度载体及其粒度 现在学习的是第31页，共38页 固定液配比固定液配比固固定定液液配配比比对对分分离离效效果果有有比比较较大大的的影影响响,主主要要影影响响kk和和最大样品量最大样品量.高配比高配比:固定相中固定液配比高固定相中固定液配比高,a a.k.k 值大值大,达到同样分离所需的理论板数减少达到同样分离所需的理论板数减少;b.b.能保证覆盖载体的活性中心能保证覆盖载体的活性中心,吸附效应小吸附效应小,c.c.色色谱谱柱柱能能承承载载较较大大的的进进样样量量(对

25、对样样品品中中的的痕痕量量组组分分的的分分析析有利有利););d.d.容易获得色谱柱的分离重复性容易获得色谱柱的分离重复性.e.e.固固定定液液配配比比高高的的色色谱谱柱柱,保保留留时时间间较较长长,传传质质阻阻力力大大,对对峰宽的贡献增加峰宽的贡献增加现在学习的是第32页，共38页低配比低配比 固固定定相相中中固固定定液液配配比比低低,传传质质阻阻力力小小,柱柱效效高高;柱柱流流失失的的速速度度减减小小(对对程程序序升升温温及及痕痕量量分分析析有有利利););色色谱谱操操作作温温度度可可以以降降低低,分离时间短分离时间短.固定液的极性受载体的表面性质的影响加大固定液的极性受载体的表面性质的影

26、响加大,固定液配比的选择固定液配比的选择 高沸点样品高沸点样品要尽量采用低配比要尽量采用低配比;低沸点样品或者气体低沸点样品或者气体应采用高配比应采用高配比.柱温柱温 影响分配系数影响分配系数K K,分配比分配比k k,组分在流动相中的扩散系数组分在流动相中的扩散系数D Dm m、固定相中的扩散系数、固定相中的扩散系数D Ds s等等现在学习的是第33页，共38页 载气及流速载气及流速载气载气(流动相流动相)首先要适合检测器工作的需要首先要适合检测器工作的需要当当载载气气流流速速较较低低时时,分分子子扩扩散散是是控控制制因因素素,选选用用分分子子量量较较大的载气大的载气,例如例如N2气气,可以

27、提高柱效可以提高柱效.载载气气流流速速足足够够高高时时,传传质质阻阻力力是是控控制制因因素素,选选用用分分子子量量较较小小的载气的载气,例如例如H2.载气流速是影响分离效率和分析时间的主要因素之一载气流速是影响分离效率和分析时间的主要因素之一.最佳流速附近最佳流速附近,流速增加流速增加H 增加不多增加不多,分析时间可以缩短分析时间可以缩短.(6)气化温度气化温度 由样品沸点决定由样品沸点决定(7)样品量样品量 由峰体积决定由峰体积决定 现在学习的是第34页，共38页样品量对分离度的影响样品量对分离度的影响:保留体积大样品量可以大些保留体积大样品量可以大些tR进样量1.0gRS(1)=1.05R

28、S(1)=1.30进样量2.2gRS(1)=0.70RS(1)=1.00进样量3.5gRS(1)=0.35RS(1)=0.72(1)(1)(1)(2)(2)(2)现在学习的是第35页，共38页进样体积和进样量过载对色谱峰形的影响进样体积和进样量过载对色谱峰形的影响tRCinjCinjCinjCinjXXC CinjC=Cinj进样体积超载进样浓度超载进样体积超载+进样浓度超载正常无超载现在学习的是第36页，共38页程序升温操作程序升温操作程序升温分析结果程序升温分析结果 T1T2升温速度1恒温恒温T1分析结果分析结果kn(T1)k1(T2)kn(Tn)现在学习的是第37页，共38页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第38页，共38页