色谱法概论新课件.ppt

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1、色谱法概论新第1页，此课件共43页哦色谱法是什么样的方法呢？色谱法是什么样的方法呢？经典的分离方法如经典的分离方法如 1.沉淀法：利用物质沉淀法：利用物质溶解度溶解度的不同而进行分离。的不同而进行分离。2.蒸馏法：利用有机物蒸馏法：利用有机物沸点沸点的差异进行分离。的差异进行分离。3.萃取法：利用组分在水相和有机相（互不相溶）萃取法：利用组分在水相和有机相（互不相溶）中的中的分配系数分配系数不同进行而分离。不同进行而分离。定义：定义：利利用用各各组组分分物物理理化化学学性性质质的的不不同同，在在流流动动相相流流经经固固定定相相时时，由由于于各各组组分分在在两两相相间间的的吸吸附附、分分配配或或

2、其其它它亲亲和和力力的的差差异而产生不同速度的迁移，最终达到相互分离的目的。异而产生不同速度的迁移，最终达到相互分离的目的。色谱法色谱法色谱法是一种色谱法是一种物理物理或或物理化学物理化学分离分离分析分析方方法。法。分离基础分离基础：差速迁移差速迁移第2页，此课件共43页哦 色色谱谱法法已已广广泛泛用用于于各各个个领领域域，是是多多组组分分混混合合物物首首选选的的分分离离分分析析方方法法。以以中中国国药药典典2005版版为为例例，一一部部收收载载中中药药1146个个品品种种，用用薄薄层层色色谱谱进进行行鉴鉴别别或或含含量量测测定定的的有有1523项项，用用高高效效液液相相色色谱谱进进行行定定量

3、量分分析析的的有有479种种518项项，用用气气相相色色谱谱进进行行检检测测的的有有47种种。二二部部收收载载的的有有1967个个品品种种，采采用用高高效效液液相相色色谱谱法法的的品品种种有有848种种。现现在在色色谱谱法法已形成一门专门的科学。已形成一门专门的科学。第3页，此课件共43页哦9-1 色谱法的起源、历程及分类色谱法的起源、历程及分类一、色谱法的起源一、色谱法的起源 1903年年3月月21 日俄国植物学家茨日俄国植物学家茨维特维特 Michael Tswett（1872-1919）在）在华沙自然科学学会生物学会议上发表华沙自然科学学会生物学会议上发表了了“一种新型吸附现象及其在生化

4、一种新型吸附现象及其在生化分析上的应用分析上的应用”研究论文，介绍了一研究论文，介绍了一种应用吸附原理分离植物色素的新方种应用吸附原理分离植物色素的新方法，并首先认识到这种法，并首先认识到这种吸附吸附现象在分现象在分离分析方面有重大价值。离分析方面有重大价值。第4页，此课件共43页哦碳酸钙粉末碳酸钙粉末（固定相）（固定相）色素混合液色素混合液石油醚石油醚 (流动相）流动相）色谱柱色谱柱色带色带色谱色：颜色谱：图谱1903年，年，Tsweet发明的色谱法发明的色谱法第5页，此课件共43页哦植物色素分离植物色素分离图示图示第6页，此课件共43页哦固定相：固定相：不动的一相不动的一相流动相：流动相：

5、携带样品流过固定相的携带样品流过固定相的流动体流动体色谱法共同的基本特点色谱法共同的基本特点（1）具备两个相）具备两个相 当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生生作用作用，由于各组分在，由于各组分在性质性质和和结构结构上的差异，与固定相相互上的差异，与固定相相互作用的作用的类型类型、强弱强弱也有差异，因此在同一推动力的作用也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相下，不同组分在固定相滞留滞留时间长短不同，从而按先后不时间长短不同，从而按先后不同的同的次序次序从固定相中流出。从固定相中流出。第7页，此课件共43页哦二、色谱法的

6、历程二、色谱法的历程1938年：年：Izmailov等人将糊状等人将糊状Al2O3浆液在玻璃板上铺成均匀浆液在玻璃板上铺成均匀薄层，用于分离植物中的药用薄层，用于分离植物中的药用成分，即今日用的成分，即今日用的薄层色谱薄层色谱。（用于薄层的材料已发展至多（用于薄层的材料已发展至多种：如硅酸、聚酰胺等）。种：如硅酸、聚酰胺等）。1931年年Kuhn等用氧化铝和碳酸钙分离了等用氧化铝和碳酸钙分离了-,-,-胡萝卜素胡萝卜素等等60多种植物色素多种植物色素第8页，此课件共43页哦1944年：年：Consden，Gordon和和Martin将纤维（滤纸）作固定载体，将纤维（滤纸）作固定载体，以水吸附在

7、滤纸上作溶剂，根据组分在两相中溶解度不同，即渗透以水吸附在滤纸上作溶剂，根据组分在两相中溶解度不同，即渗透率（速率）不同而使各组分彼此分离，称之为率（速率）不同而使各组分彼此分离，称之为纸色谱法纸色谱法。1952年：年：Martin和和Synge又研究成功了在惰性载体表面涂渍一层又研究成功了在惰性载体表面涂渍一层均匀的有机化合物膜作为固定相，并以气体为流动相，用来分均匀的有机化合物膜作为固定相，并以气体为流动相，用来分离脂肪酸混合物离脂肪酸混合物即今日的即今日的气液色谱气液色谱。1941年年Martin和和Synge建立了液液分配色谱法并建立了液液分配色谱法并提出气相色谱提出气相色谱的设想的设

8、想 1952年年Martin和和Synge获得诺贝尔化学奖获得诺贝尔化学奖第9页，此课件共43页哦1937-1972年，年，15年中有年中有12个个Nobel奖是有关色谱研究的！奖是有关色谱研究的！1955年第一台商品年第一台商品GC问世；问世；标志现代色谱分析的建立标志现代色谱分析的建立。1957年：年：Golay首先应用小口径毛细管柱进行色谱分离实验，结首先应用小口径毛细管柱进行色谱分离实验，结果证明了它具有高分辨率和高效能果证明了它具有高分辨率和高效能 即为今日的即为今日的高效毛细管气高效毛细管气相色谱法。相色谱法。1959年：年：Porath和和Flodin提出了使用具有化学惰性的多孔

9、凝胶作提出了使用具有化学惰性的多孔凝胶作固定相的固定相的空间排阻色谱法空间排阻色谱法，根据固定相孔隙尺寸不同而具有不同，根据固定相孔隙尺寸不同而具有不同的选择性渗透能力，从而对分子量分布不同的样品实现了分离。可的选择性渗透能力，从而对分子量分布不同的样品实现了分离。可用于测定聚合物的相对分子质量的的分布。用于测定聚合物的相对分子质量的的分布。第10页，此课件共43页哦60年代末，出现了年代末，出现了HPLC；80年代，年代，超临界流体色谱；超临界流体色谱；Jorgeson 发展了毛细管电泳发展了毛细管电泳90 年代后期毛细管电色谱年代后期毛细管电色谱21 世纪世纪，出现了，出现了UPLC；使得

10、色谱柱的分离效率、检测灵敏度使得色谱柱的分离效率、检测灵敏度大大提高，分析时间大大缩短，分离分析的成本大幅下降。大大提高，分析时间大大缩短，分离分析的成本大幅下降。我国在色谱分析领域的研究起于我国在色谱分析领域的研究起于1954年，由中国科学院大连化学年，由中国科学院大连化学物理研究所首先开发。经过几十年的努力，我国色谱基础理论研究物理研究所首先开发。经过几十年的努力，我国色谱基础理论研究和应用技术研究方面具有特色，居世界领先行列。和应用技术研究方面具有特色，居世界领先行列。第11页，此课件共43页哦色谱法的特点色谱法的特点优点：优点：“三高三高”、“一快一快”、“一广一广”缺点：缺点：高选择

11、性、高效能高选择性、高效能 、高灵敏度、分析速度快、应用范围、高灵敏度、分析速度快、应用范围广广有效分离的量少有效分离的量少对未知物分析的定性专属性差对未知物分析的定性专属性差第12页，此课件共43页哦1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相色谱液相色谱液体 固体 液-固色谱液体 液体 液-液色谱气体 固体 气-固色谱气体 液体 气-液色谱气相色谱气相色谱三、色谱法的分类三、色谱法的分类第13页，此课件共43页哦2按分离机制分：按分离机制分：键合相色谱法键合相色谱法（bondedphasechromatograp

12、hy，BPC）毛细管电泳法毛细管电泳法（capillaryelectrophoresis，CE）毛细管电色谱法毛细管电色谱法（capillaryelectro-chromatography，CEC）吸附色谱法吸附色谱法（adsorptionchromatography）分配色谱法分配色谱法（partitionchromatography）空间排阻色谱法（steric exclusion chromatography，SEC）离子交换色谱法（ion exchange chromatography，IEC）第14页，此课件共43页哦3.按操作形式分类按操作形式分类 纸色谱法（纸色谱法（PC）平面色

13、谱平面色谱 薄层色谱法（薄层色谱法（TLC）LLC LSC SEC IEC GSC GLC LSC BPC SEC柱色谱法柱色谱法 GC经典经典液相液相色谱色谱HPLCSFCCE，CEC色谱法色谱法第15页，此课件共43页哦第16页，此课件共43页哦色谱法的现状和发展趋势色谱法的现状和发展趋势现状：理论、技术和方法趋于成熟现状：理论、技术和方法趋于成熟发展：新型固定相和检测器的研制发展：新型固定相和检测器的研制色谱新方法的研究色谱新方法的研究色谱联用技术色谱联用技术色谱专家系统色谱专家系统第17页，此课件共43页哦9-2 色谱过程与术语色谱过程与术语一、色谱过程一、色谱过程以吸附色谱为 例见

14、图示 吸附 解吸 再 吸附 再解吸 反复多次洗脱被 测 组分分配系数不同 差速迁移 分离色谱过程色谱过程：指被分离组分在两相中的指被分离组分在两相中的“分配分配”平衡过程平衡过程第18页，此课件共43页哦 第19页，此课件共43页哦色谱流出曲线和色谱峰色谱流出曲线和色谱峰第20页，此课件共43页哦色谱峰高和峰面积（定量参数）色谱峰高和峰面积（定量参数）1.峰高峰高h：指组分在柱后出现浓度极大时的指组分在柱后出现浓度极大时的 检测信号，即色谱峰顶至基线的距离检测信号，即色谱峰顶至基线的距离2.峰面积峰面积A：指色谱曲线与基线间包围的面积指色谱曲线与基线间包围的面积第21页，此课件共43页哦二、色

15、谱图二、色谱图工业二甲苯中的杂质分析第22页，此课件共43页哦从色谱图上，可以得到许多重从色谱图上，可以得到许多重要信息：要信息：（l）根根据据色色谱谱峰峰的的个个数数，可可以以判判断断样样品品中中所所合合组组份份的的最最少个数少个数 （2）根根据据色色谱谱峰峰的的保保留留值值(或或位位置置），可可以以进进行行定定性性分析分析 (3)根根据据色色谱谱峰峰下下的的面面积积或或峰峰高高，可可以以进进行行定定量量分分析析 （4）色色谱谱峰峰的的区区域域宽宽度度，是是评评价价色色谱谱柱柱分分离离效效能能的的依据依据 （5）色谱峰）色谱峰两峰间的距离两峰间的距离，是评价固定相，是评价固定相(和流动和流动

16、相相)选择是否合适的依据选择是否合适的依据第23页，此课件共43页哦 1.基线基线 在操作条件下，没有组分流出时的流出曲线在操作条件下，没有组分流出时的流出曲线三、常用术语与测定参数三、常用术语与测定参数第24页，此课件共43页哦噪声和漂移噪声和漂移 在没有样品进入检测器在没有样品进入检测器的情况下，由于检测器本身的情况下，由于检测器本身及其它操作条件（如柱内固及其它操作条件（如柱内固定液流失，橡胶隔垫流失、定液流失，橡胶隔垫流失、载气、温度、电压的波动、载气、温度、电压的波动、漏气等因素）使基线在短时漏气等因素）使基线在短时间内发生起伏的信号，称为间内发生起伏的信号，称为噪声。噪声。（noi

17、se，N），单位），单位用用mV或或pA表示。表示。基基线线随随时时间间向向一一个个方方向向的的缓缓慢慢变变化化称称为为漂漂移移（drift，d），单单位用位用mVh1或或 pAh1表示表示 第25页，此课件共43页哦2峰高峰高色谱峰顶点与基线之间的垂直距离称为色谱峰色谱峰顶点与基线之间的垂直距离称为色谱峰高，用表示。如图高，用表示。如图9-3中中BA段。段。3色谱峰区域宽度色谱峰区域宽度色谱峰宽有三种表示方法：色谱峰宽有三种表示方法：第26页，此课件共43页哦（1）标准偏差标准偏差正正态态色色谱谱流流出出曲曲线线上上两两拐拐点点间间距距离离之之半半，即即正正常常峰峰0.607倍峰高处峰宽的一

18、半。倍峰高处峰宽的一半。的大小表示组分被带出色谱柱的分散程度。的大小表示组分被带出色谱柱的分散程度。（2）半峰宽）半峰宽W1/2即峰高一半处对应的峰宽，它与标准偏差即峰高一半处对应的峰宽，它与标准偏差的关系是：的关系是：W1/2=2.355（3）峰宽峰宽W 即即色色谱谱峰峰两两侧侧拐拐点点上上的的切切线线在在基基线线上上的的截截距距，它它与标准偏差的关系是：与标准偏差的关系是：W=4或或 W=1.699 W1/2 第27页，此课件共43页哦正常峰（对称）正常峰（对称）正常峰（对称）正常峰（对称）前沿峰前沿峰 拖尾峰拖尾峰T在0.951.05之间T小于0.95T大于1.05不对称因子不对称因子非

19、正常峰非正常峰非正常峰非正常峰4拖尾因子拖尾因子 第28页，此课件共43页哦 分配系数为零的组分，即不被固定相吸附或溶解分配系数为零的组分，即不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间。的时间。（1）死时间）死时间 tM(t0)5.保留时间保留时间第29页，此课件共43页哦（2）保留时间）保留时间 tR试样从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间。试样从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间。它是色谱法的基本定性参数。它是色谱法的基本定性参数。第30页，此课件共43页哦某组分由于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶某组分由

20、于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间（3）调整保留时间调整保留时间 tR 第31页，此课件共43页哦即某组份的保留时间扣除死时间即某组份的保留时间扣除死时间 tR=tR tM 由由于于组组份份在在色色谱谱柱柱中中的的保保留留时时间间tR包包含含了了组组份份随随流流动动相相通通过过柱柱子子所所需需的的时时间间和和组组份份在在固固定定相相中中滞滞留留所所需需的的时时间间，所所以以tR实实际际上上是是组组份份在在固固定定相相中中停停留留的的总总时时间间保保留留时时间间可用时间单位（如可用时间单位（如s）或距离单位（如）或距

21、离单位（如cm）表示。）表示。保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组份保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组份的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱工作的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱工作者有时用保留体积等参数进行定性检定者有时用保留体积等参数进行定性检定第32页，此课件共43页哦 色色谱谱柱柱在在填填充充后后，柱柱管管内内固固定定相相颗颗粒粒间间所所剩剩留留的的空空间间、色色谱谱仪仪中中管管路路和和连连接接头头间间的的空空间间以以及及进进样样器器和和检检测测器器的的空空间间的的总总和和当当后后叁叁项项很很小小而而可可忽忽略略不不计计时时，死死体体积积可可由由死死时间与流动相

22、体积流速时间与流动相体积流速Fc（mLmin）计算：）计算：VM=tM Fc （1）死体积）死体积 VM6保留体积保留体积第33页，此课件共43页哦（2）保留体积）保留体积 VR 从进样开始到被测组份在柱后出现浓度极大点从进样开始到被测组份在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相体积。保留体积与保留时间时所通过的流动相体积。保留体积与保留时间t tR R 的的关系如下：关系如下：VR=tRFC 因为流动相流速大，保留时间短，但两者的乘因为流动相流速大，保留时间短，但两者的乘积不变，积不变，因此因此VR与流动相流速无关。与流动相流速无关。第34页，此课件共43页哦 某某组组份份的的保保留留体体积积扣

23、扣除除死死体体积积后后，称称该组份的调整保留体积，即该组份的调整保留体积，即 VR=VR-VM（3）调整保留体积）调整保留体积VR第35页，此课件共43页哦 7相对保留值相对保留值i,s 由于相对保留值只与柱温及固定相的性质有关，而由于相对保留值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，因此，它与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关，因此，它是色谱法中，特别是是色谱法中，特别是GC中，广泛使用的定性参数。中，广泛使用的定性参数。必须注意，相对保留值绝对不是两个组份保留时间或保必须注意，相对保留值绝对不是两个组份保留时间或保留体积之比留体积之比。某组份某组份i 的调整

24、保留值与基准物质的调整保留值与基准物质S的调整保留值的调整保留值之比，称为相对保留值：之比，称为相对保留值：第36页，此课件共43页哦8.选择性因子选择性因子混合物中组分混合物中组分2 2与组分与组分1 1的调整保留时间之比的调整保留时间之比注意与相对保留值的区别注意与相对保留值的区别!第37页，此课件共43页哦 （1）分配系数）分配系数 K 如前所述，分配色谱的分离是基于样品组分在固定相如前所述，分配色谱的分离是基于样品组分在固定相和流动相之间反复多次地分配过程，而吸附色谱的分离是和流动相之间反复多次地分配过程，而吸附色谱的分离是基于反复多次地吸附基于反复多次地吸附-脱附过程。这种分离过程经

25、常用脱附过程。这种分离过程经常用样品分子在两相间的分配来描述，而描述这种分配的样品分子在两相间的分配来描述，而描述这种分配的参数称为分配系数。它是指在一定参数称为分配系数。它是指在一定温度温度和和压力压力下，组下，组分在分在固定相固定相和和流动相流动相之间分配达平衡时的之间分配达平衡时的浓度浓度之比值，之比值，即即 9.9.分配系数与分配比分配系数与分配比第38页，此课件共43页哦（2）分配比）分配比k 分配比又称容量因子，它是指在一定温度和压力下，分配比又称容量因子，它是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的的

26、质量质量比。即比。即 第39页，此课件共43页哦 k 值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的容量大，因此又称容量大，因此又称分配容量分配容量或或容量因子容量因子。它是衡量色谱柱。它是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。对被分离组分保留能力的重要参数。K 值也决定于组分及值也决定于组分及固定相热力学性质。它不仅随柱温、柱压变化而变化，而固定相热力学性质。它不仅随柱温、柱压变化而变化，而且还与流动相及固定相的体积有关。且还与流动相及固定相的体积有关。Vs为为柱柱中中固固定定相相的的体体积积，在在各各种种不不同同的的类类型型的的色色谱谱中中

27、有有不不同同的的含含义义。例例如如：在在分分配配色色谱谱中中，Vs表表示示固固定液的体积；在空间排阻色谱中，则表示固定相的孔体积。定液的体积；在空间排阻色谱中，则表示固定相的孔体积。第40页，此课件共43页哦（3）分配系数）分配系数K与容量因子与容量因子k的关系的关系 其中其中称为称为相比（率）相比（率），它是反映各种色谱柱型，它是反映各种色谱柱型 特点的又一个参数。例如，对填充柱，其特点的又一个参数。例如，对填充柱，其值一般为值一般为635；对毛细管柱，其；对毛细管柱，其值为值为60600。第41页，此课件共43页哦10保留值与容量因子的关系保留值与容量因子的关系色谱过程是物质在相对运动的两

28、相间平衡分布的过程，色谱过程是物质在相对运动的两相间平衡分布的过程，当达到动态平衡时，从微观出发，一个样品分子在流动相当达到动态平衡时，从微观出发，一个样品分子在流动相中出现的几率，即在流动相中停留的时间分数，以中出现的几率，即在流动相中停留的时间分数，以表示。表示。若若=1/3，则表示这个分子有，则表示这个分子有1/3的时间在流动相，而的时间在流动相，而有有2/3的时间在固定相。从宏观出发，对于大量的溶质分子的时间在固定相。从宏观出发，对于大量的溶质分子而言，则表示有而言，则表示有1/3的分子在流动相，有的分子在流动相，有2/3（即（即1-）的分子在固定相中。我们定义组分的这个时间分数或浓度

29、的分子在固定相中。我们定义组分的这个时间分数或浓度分数为保留因子分数为保留因子。流动相和固定相中溶质分子的量分。流动相和固定相中溶质分子的量分别用别用CmVm和和CsVs表示，因此表示，因此（9-15）第42页，此课件共43页哦整理上式即得整理上式即得（9-16）当当=1时，溶质全部随流动相前移，不能进入固定相，时，溶质全部随流动相前移，不能进入固定相，不被保留；当不被保留；当=0时，溶质全部进入固定相，不随流时，溶质全部进入固定相，不随流动相前移。可见动相前移。可见在在0l之间，它可以衡量溶质被保之间，它可以衡量溶质被保留的情况，所以又称保留因子。留的情况，所以又称保留因子。同理，同理，也是表示溶质分子在流经整个柱时的相对移也是表示溶质分子在流经整个柱时的相对移动速度。若动速度。若=1/3，表示溶质分子在柱中移行的速度，表示溶质分子在柱中移行的速度相当于流动相流经整个柱的移行速度的相当于流动相流经整个柱的移行速度的1/3。因为。因为tM表表示流动相分子流经整个色谱柱的时间，所以溶质分子示流动相分子流经整个色谱柱的时间，所以溶质分子流经同样路程的保留时间流经同样路程的保留时间tR将是将是tM的的l倍。即倍。即第43页，此课件共43页哦