色谱概论和经典液相色谱法 (2)精品文稿.ppt

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1、色谱概论和经典液相色谱法第1页，本讲稿共27页图示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 色带色带色带色带第2页，本讲稿共27页二、色谱法定义、实质和目的二、色谱法定义、实质和目的二、色谱法定义、实质和目的二、色谱法定义、实质和目的定义：利用物质的物理化学性质建立的分离、分析定义：利用物质的物理化学性质建立的分离、分析 方法方法实质：分离实质：分离目的：定性分析或定量分析目的：定性分析或定量分析三、分类：三、分类：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

2、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相色谱液相色谱液体液体 固体固体 液液-固色谱固色谱液体液体 液体液体 液液-液色谱液色谱气体气体 固体固体 气气-固色谱固色谱气体气体 液体液体 气气-液色谱液色谱气相色谱气相色谱气相色谱气相色谱第3页，本讲稿共27页续前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：3 3按分离机制分：按分离机制分：按分离机制分：按分离机制分：平面色谱平面色谱平面色谱平面色谱 纸色谱纸色谱 薄层色谱薄层色谱 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 填充柱色谱填充柱色谱

3、毛细管柱色谱毛细管柱色谱 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4页，本讲稿共27页图示色谱法简单分类色谱法简单分类色谱法简单分类色谱法简单分类第5页，本讲稿共27页四、色谱法的特点四、色谱法的特点优优优优点点点点：“三三高高”、“一一快快”、“一广一广”缺点：缺点：缺点：缺点：高选择性高选择性可将性

4、质相似的组分分开可将性质相似的组分分开 高效能高效能反复多次利用组分性质的差异反复多次利用组分性质的差异 产生很好分离效果产生很好分离效果 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 分析速度快分析速度快几几 几十分钟完成分离几十分钟完成分离 一次一次 可以测多种样品可以测多种样品 应用范围广应用范围广气体，液体、固体物质气体，液体、固体物质 化学衍生化再色谱分离、分析化学衍生化再色谱分离、分析 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 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)(GC-MS,LC-MS)第

5、6页，本讲稿共27页第二节第二节 色谱法的原理色谱法的原理一、色谱过程、分离原理及特点二、基本类型色谱法的分离机制三、分配系数与保留行为的关系第7页，本讲稿共27页一、色谱过程、分离原理及特点一、色谱过程、分离原理及特点一、色谱过程、分离原理及特点一、色谱过程、分离原理及特点（一）色谱过程（一）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”平衡过程平衡过程以吸附色谱为例以吸附色谱为例见图示见图示 吸吸附附 解解吸吸再再吸吸附附 再再解解吸吸 反反复复多多次次洗洗脱脱被测组分分配系数不同被测组分分配系数不同 差速迁移差速迁移 分离分离第8页，本讲稿共27页图示n n分配系数的

6、微小差异分配系数的微小差异吸附能力的微小差异吸附能力的微小差异n n微小差异积累微小差异积累较大差异较大差异吸附能力弱的组分先流出；吸附能力弱的组分先流出；吸附能力强的组分后流出吸附能力强的组分后流出backback第9页，本讲稿共27页续前（二）色谱分离原理 色谱分离基于各组分在两相之间平衡分配的差异，色谱分离基于各组分在两相之间平衡分配的差异，平衡分配可以用分配系数和分配比来衡量平衡分配可以用分配系数和分配比来衡量（三）色谱分离特点 1 1不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等 提供了分离的可能性提供了分离的可能性 2 2各组分沿柱子扩散分布各组分沿柱子扩散分

7、布峰宽峰宽 不利于不同组分分离不利于不同组分分离第10页，本讲稿共27页二、基本类型色谱法的分离机制二、基本类型色谱法的分离机制n n基本概念：基本概念：固定相固定相固定相固定相（s s）；）；流动相流动相流动相流动相（mm）（一）吸附色谱法（一）吸附色谱法（二）分配色谱法（二）分配色谱法（三）离子交换色谱法（三）离子交换色谱法（四）空间排阻色谱法（四）空间排阻色谱法第11页，本讲稿共27页（一）吸附色谱法（一）吸附色谱法要求要求要求要求：固定相固定相吸附剂（硅胶或吸附剂（硅胶或ALAL2 2O O3 3）具表面活性吸附中心具表面活性吸附中心分离机制分离机制分离机制分离机制：见图示见图示吸附系

8、数吸附系数吸附系数吸附系数注：注：注：注：K Ka a与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质 及温度有关及温度有关 nextnext吸附平衡吸附平衡 X Xmm+nY+nYa aXXa a+nY+nYmm 第12页，本讲稿共27页图示分离机制：分离机制：分离机制：分离机制：各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心 利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离吸附吸附解吸解吸再吸附再吸附再解吸再解吸无数次洗脱无数次洗脱分开分开 backback第13页，本讲稿共27页（二

9、）分配色谱法（二）分配色谱法要求要求要求要求：固定相固定相机械吸附在惰性载体上的液体机械吸附在惰性载体上的液体 流动相流动相必须与固定相不为互溶必须与固定相不为互溶 载体载体惰性，性质稳定，惰性，性质稳定，不与固定相和流动相发生化学反应不与固定相和流动相发生化学反应分离机制分离机制分离机制分离机制见图示见图示 狭义分配系数狭义分配系数狭义分配系数狭义分配系数注：注：K K与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质 以及柱温有关以及柱温有关 nextnext第14页，本讲稿共27页图示分离机制分离机制分离机制分离机制 利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现

10、分离利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离 连续萃取过程连续萃取过程 backback第15页，本讲稿共27页（三）离子交换色谱法（三）离子交换色谱法要求要求要求要求：固定相固定相离子交换树脂离子交换树脂流动相流动相水为溶剂的缓冲溶液水为溶剂的缓冲溶液被分离组分被分离组分离子型的有机物或无机物离子型的有机物或无机物分离机制分离机制分离机制分离机制见图示见图示见图示见图示选择性系数选择性系数选择性系数选择性系数 阳离子交换树脂阳离子交换树脂 RSORSO3 3-H H+X+X+RSO RSO3 3-X

11、X+H+H+注：注：K Ks s与离子的电荷数、水合离子半径、流动相性质、与离子的电荷数、水合离子半径、流动相性质、离子交换树脂性质以及温度有关离子交换树脂性质以及温度有关 nextnext 固定离子固定离子固定离子固定离子可交换离子可交换离子可交换离子可交换离子待测离子待测离子待测离子待测离子第16页，本讲稿共27页图示分离机制：分离机制：分离机制：分离机制：依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力）依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力）依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力）依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力）不同而实现分离不同而实现分离不同而实现分离不同而实现分离 backb

12、ack第17页，本讲稿共27页（四）空间排阻色谱法（四）空间排阻色谱法要求要求要求要求：固定相固定相多孔性凝胶多孔性凝胶 流动相流动相水水凝胶过滤色谱凝胶过滤色谱 流动相流动相有机溶剂有机溶剂凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱 分离机制分离机制分离机制分离机制见图示见图示见图示见图示渗透系数渗透系数渗透系数渗透系数 注：注：K Kp p仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小，仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小，与流动相的性质无关与流动相的性质无关 nextnext第18页，本讲稿共27页图示分离机制分离机制分离机制分离机制：利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性

13、利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性 渗透实现分离渗透实现分离渗透实现分离渗透实现分离 backback第19页，本讲稿共27页 结论：结论：n n四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡 K K分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和 渗透系数渗透系数n n除了凝胶色谱法中的除了凝胶色谱法中的K K仅与待测分子大小尺寸、凝胶仅与待测分子大小尺寸、凝胶 孔径大小有关外，其他三种孔径大小有关

14、外，其他三种K K值都受组分的性质、流值都受组分的性质、流 动相的性质、固定相的性质以及柱温的影响动相的性质、固定相的性质以及柱温的影响第20页，本讲稿共27页图示第21页，本讲稿共27页三、分配系数与保留行为的关系三、分配系数与保留行为的关系（一）基本术语1 1保留时间保留时间保留时间保留时间t tR R：从进样开始到某组分色谱峰顶（浓度：从进样开始到某组分色谱峰顶（浓度 极大点）的时间，即组分在色谱柱中的停留时间或极大点）的时间，即组分在色谱柱中的停留时间或 组分流经色谱柱所需要的时间。组分流经色谱柱所需要的时间。2 2死时间死时间死时间死时间t t0 0或或t tmm：分配系数为零的组分

15、的保留时间，：分配系数为零的组分的保留时间，即组分在流动相中的停留时间或流动相流经色谱即组分在流动相中的停留时间或流动相流经色谱 柱所需要的时间（又称流动相保留时间）。柱所需要的时间（又称流动相保留时间）。第22页，本讲稿共27页续前3 3 3 3分配系数分配系数分配系数分配系数KK（平衡常数）：指在一定温度和压力（平衡常数）：指在一定温度和压力 下，组分在色谱柱中达分配平衡后，在固定相与下，组分在色谱柱中达分配平衡后，在固定相与 流动相中的浓度比（色谱过程的相平衡参数）流动相中的浓度比（色谱过程的相平衡参数）4 4 4 4保留比保留比保留比保留比R R：衡量溶质分子在色谱柱上相对移行速度：衡

16、量溶质分子在色谱柱上相对移行速度注：注：注：注：K K为热力学常数为热力学常数 与组分性质、固定相性质、流动相性质及温度有关与组分性质、固定相性质、流动相性质及温度有关 实验条件固定，实验条件固定，K K仅与组分性质有关仅与组分性质有关第23页，本讲稿共27页（二）（二）（二）（二）tR R与与K的关系的关系：第24页，本讲稿共27页续前讨论：讨论：讨论：讨论：色谱条件一定时，色谱条件一定时，t tR R主要取决主要取决K K的大小的大小 （色谱法基本的定性参数（色谱法基本的定性参数 ）KK，t tR R ，组分后出柱，组分后出柱 K=0K=0，组分不保留，组分不保留 K K，组分完全保留，组

17、分完全保留第25页，本讲稿共27页 结论：结论：色谱分离前提色谱分离前提各组分分配系数不等各组分分配系数不等 注：应选择合适分离条件使得难分离的组分注：应选择合适分离条件使得难分离的组分K K不等不等2 2）色谱条件（）色谱条件（s s，mm，T T）一定时，）一定时，K K一定一定 t tR R一定一定 1 1）组分一定，）组分一定，K K不等的前提不等的前提 s s和和mm改变改变 T T改变改变第26页，本讲稿共27页第三节第三节 色谱法的历史与展望色谱法的历史与展望一、历史：一、历史：3030年代年代 茨维特分离绿叶色素茨维特分离绿叶色素 4040年代年代 TLCTLC，纸色谱，纸色谱 5050年代年代 GCGC出现使色谱具备分离和在线分析功能出现使色谱具备分离和在线分析功能 6060年代末年代末 HPLCHPLC出现，使色谱分析范围进一步扩大出现，使色谱分析范围进一步扩大 二、展望：二、展望：1 1新型固定相和检测器新型固定相和检测器 2 2联用仪器：联用仪器：GC-MSGC-MS，HPLC-MSHPLC-MS 3 3智能化发展智能化发展第27页，本讲稿共27页