分析化学色谱法分析法讲稿.ppt
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1、第一节第一节 概概 述述色色谱谱法法(Chromatography)是是一一种种分分离离分分析析方方法法,是是目目前前科科研研和和生生产产分分析析中中广广泛泛采采用用的的一一种种重重要要工工具具。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、色谱法简介色色谱谱法法是是19011901年年由由俄俄国国植植物物学学家家茨茨维维特特(Tswett))提提出出,最最初初的的认认识识是是在在于于它它的的分分离离价价值值,用用于于分分离离植植物物中中的的色色素素等等有有色色物物质质。现现代代的的色色谱谱方方法法,不不再再局局限限于于有色物质,也大量用于分离无色物质有
2、色物质,也大量用于分离无色物质。第一页,讲稿共一百一十八页哦俄俄国国植植物物学学家家茨茨维维特特使使用用的的装装置置:色色谱谱原原型装置如图,用来分离植物叶片中的色素。型装置如图,用来分离植物叶片中的色素。管管子子中中的的填填充充物物,固固定定不不动动,称称为为固固定定相(碳酸钙);相(碳酸钙);将将色色素素提提取取物物置置于于管管子子上上端端,靠靠重重力力往往下下流流,同同时时用用石石油油醚醚淋淋洗洗;石石油油醚醚称称为为流动相(携带试样混合物流过固定相)。流动相(携带试样混合物流过固定相)。管子及填充物可以称为色谱柱。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
3、叶黄素胡萝卜素胡萝卜素第二页,讲稿共一百一十八页哦色谱分离原理:色谱分离原理:当当流流动动相相中中携携带带的的混混合合物物流流经经固固定定相相时时,混混合合物物中中与与固固定定相相发发生生相相互互作作用用。由由于于混混合合物物中中各各组组分分在在性性质质和和结结构构上上的的差差异异,与与固固定定相相之之间间产产生生的的作作用用力力的的大大小小、强强弱弱不不同同,随随着着流流动动相相的的移移动动,混混合合物物在在两两相相间间经经过过反反复复多多次次的的分分配配平平衡衡,使使得得各各组组分分在在固固定定相相中中停停留留的的时时间间不不同同,从从而而按按一一定定次次序序由由固固定定相相中中流流出出。
4、与与适适当当的的柱柱后后检检测测方方法结合,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。第三页,讲稿共一百一十八页哦 这种借在两相间分配原理而使混合物中各组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。分离的技术,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气相相色色谱谱(气气体体作作流流动动相相),气气固固色色谱谱、气气液液色谱色谱液液相相色色谱谱(液液体体作作流流动动相相),液液固固色色谱谱、
5、液液液液色谱色谱流动相状态流动相状态固定相状态固定相状态第四页,讲稿共一百一十八页哦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定纸色谱:以多孔滤纸为载体,以吸附在滤纸上的水为固定相相薄层色谱: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薄层作固定相第五页,讲稿共一百一十八页哦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
6、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第六页,讲稿共一百一十八页哦三、色谱法的特点三、色谱法的特点(1 1)分离效率高)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
7、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。第七页,讲稿共一百一十八页哦三、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第八页,讲稿共一百一十八页哦2、气相色谱常用术语、气相色谱
8、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,检测器将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响应随时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。间的变化的微分曲线,称为色谱流出曲线。第九页,讲稿共一百一十八页哦(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随时间变化组分从色谱柱流出,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。所形成的峰形曲线。特点:当进样少,组分浓度低时,呈高斯分布
9、特点:当进样少,组分浓度低时,呈高斯分布第十页,讲稿共一百一十八页哦(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。间变化的曲线称为基线。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第十一页,讲稿共一百一十八页哦(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。色谱峰顶点到基线的垂直距离(高度)称为色谱峰高。h第十二页,讲稿共一百一十八页哦(4 4)色谱峰的区域宽度)色谱峰的区域宽度色色谱谱峰峰的的区区域域宽宽
10、度度是是组组分分在在色色谱谱柱柱中中谱谱带带扩扩张张的的函函数数,可可以以反反映映色色谱谱柱柱的的分分离离效效能能。在在能能够够将将组组分分分分开开的的情情况况小小,峰峰的的区区域域宽宽度度越窄越好。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第十三页,讲稿共一百一十八页哦(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 W1/21/22.3542.3
11、54 GHh/2第十四页,讲稿共一百一十八页哦(iiiiii)色色谱谱峰峰底底宽宽WbWb:色色谱谱峰峰两两侧侧拐拐点点作作切切线线与与基基线线交交点点间间的的距距离离(IJ)IJ)。WbWb4 4 IJW Wb b第十五页,讲稿共一百一十八页哦(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时间tR保留体积VR第十六页,讲稿共一百一十八页哦(i i)保保留留时时间间t tR R:试试样样从从进进样样开开始始到到柱柱后后出出现现峰峰极极大大值值所所需需的的时间。相应于试
12、样到达柱末端的检测器所需的时间。时间。相应于试样到达柱末端的检测器所需的时间。第十七页,讲稿共一百一十八页哦(iiii)死死时时间间t t0 0:不不被被固固定定相相保保留留(吸吸附附或或溶溶解解)的的气气体体的的组组分分(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。(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。t0第十八页,讲稿共一百一十八页哦(iiiiii)调整保留时间调整保留时间t 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过指从进样
13、到出现某组分的色谱峰最大值时所通过载气的体积。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。第十九页,讲稿共一百一十八页哦(vivi)调整保留体积调整保留体积V VR R:V VR RV VR RV V0 0(vii)相相对对保保留留值值2.12.1:在在相相同同操操作作条条件件下下,两
14、两组组分分的的调调整整保保留留值之比。值之比。第二十页,讲稿共一百一十八页哦讨论:讨论:a.a.2.12.1只只与与柱柱温温及及固固定定相相的的性性质质有有关关,而而与与柱柱径径、柱柱长长、填填充充情情况况及及流流动动相相流流速速无无关关。色色谱谱法法中中,特特别别是是气气相相色色谱谱法法中中,广广泛泛使使用用的定性数据;的定性数据;b.b.2.12.1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;c.c.可可表表示示色色谱谱柱柱的的选选择择性性,2.12.1越越大大,两两组组分分的的t tR R值值相相差差越越大,越易分离;当大,越易分离;当2.12.11 1时,重
15、叠。时,重叠。d.d.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;第二十一页,讲稿共一百一十八页哦从色谱流出曲线,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)色色谱谱峰峰的的保保留留值值及及其其区区域域宽宽度度是是评评价价色色谱谱柱柱
16、分分离离效能的依据。效能的依据。(5 5)色色谱谱峰峰两两峰峰间间的的距距离离是是评评价价固固定定相相和和流流动动相相 选选择择是是否合适的依据。否合适的依据。第二十二页,讲稿共一百一十八页哦第二节第二节 气相色谱理论基础气相色谱理论基础第二十三页,讲稿共一百一十八页哦色谱分离原理色谱分离原理 色色谱谱法法实实质质是是一一种种物物理理化化学学的的分分离离方方法法。它它是是根根据据混混合合物物各各组组分分在在互互不不相相溶溶的的两两相相固固定定相相和和流流动动相相中中具具有有不不同同的的吸吸附附能能力力、分分配配系系数数或或其其它它亲亲和和作作用用的的性性质质作作为为分分离离依依据据,当当两两相
17、相作作相相对对运运动动时时,组组分分在在两两相相中中反反复复多多次次分分配配,这这样样就就使使得得那那些些吸吸附附能能力力或或分分配配系系数数只只有有微微小小差差别别的的物物质质,在在移移动动速速度度上上产产生生了了较较大大差差别别,从而达到完全分离。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!色谱是一种分离技术,要把复杂的试样中各个组分分开为目的!第二十四页,讲稿共一百一十八页哦如某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
18、区域分离的速率,第二十五页,讲稿共一百一十八页哦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。第二十六页,讲稿共一百一十八页哦一、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:第二十七页,讲稿共一百一十八页哦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
19、 K越大,即在液相中的浓度大(在越大,即在液相中的浓度大(在液相中停留的时间长),出峰越慢;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改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;善分离效果;每个组份在各种固定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,试样中的各组分不同,试样中的各组分具有不同的具有不同的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。第二十八页,讲稿共一百一十八页哦(2)分配比k:在一定温度和压力下,组
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- 分析化学 色谱 分析 讲稿
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