第十七章色谱分析法概论优秀PPT.ppt

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1、第十七章色谱分析法概论第一页，本课件共有62页u色谱法是一种分离分析方法色谱法是一种分离分析方法u各物质在两相中具有不同的分配系数，当各物质在两相中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，在两相中进行多次反两相作相对运动时，在两相中进行多次反复的分配达到分离。复的分配达到分离。第二页，本课件共有62页薄薄层层色色谱谱第三页，本课件共有62页柱色谱柱色谱第四页，本课件共有62页纸色谱纸色谱第五页，本课件共有62页n流动相流动相：气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱：气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱n固定相固定相：气固、气液；液固、液液：气固、气液；液固、液液2.2.按固定相的形式分类按固定相的形

2、式分类第一节第一节 色谱法的分类和发展色谱法的分类和发展1.1.按两相状态分类按两相状态分类n柱色谱柱色谱：填充柱色谱、毛细管色谱：填充柱色谱、毛细管色谱n平面色谱平面色谱：纸色谱、薄层色谱纸色谱、薄层色谱第六页，本课件共有62页3.3.按分离机制分类按分离机制分类n分配色谱分配色谱：根据不同组分在固定液中：根据不同组分在固定液中溶解度的溶解度的大小大小而分离而分离n吸附色谱吸附色谱：根据不同组分在吸附剂上的：根据不同组分在吸附剂上的吸吸附和解吸能力的大小附和解吸能力的大小而分离而分离n离子交换色谱离子交换色谱：不同组分对离子交换树脂的不同组分对离子交换树脂的亲和力亲和力不同不同n空间排阻色谱

3、空间排阻色谱：依据：依据分子几何尺寸大小分子几何尺寸大小不同不同进行分离进行分离第七页，本课件共有62页色谱法色谱法气相色谱法气相色谱法液相色谱法液相色谱法超临界流体色谱超临界流体色谱柱色谱柱色谱平面色谱法平面色谱法柱色谱法柱色谱法毛细管电泳毛细管电泳纸色谱法纸色谱法薄层色谱法薄层色谱法色谱法的分类色谱法的分类第八页，本课件共有62页第二节第二节 色谱过程和基本原理色谱过程和基本原理第九页，本课件共有62页一、色谱过程一、色谱过程n样品加入样品加入n各组分随着流动相的不断向前而在两相间各组分随着流动相的不断向前而在两相间反复进行溶解、挥发，或吸附、解吸。反复进行溶解、挥发，或吸附、解吸。n如果

4、各组分在两相中的如果各组分在两相中的分配系数分配系数不同，它们不同，它们就有可能达到分离。就有可能达到分离。第十页，本课件共有62页n基线、峰高基线、峰高 h、半峰宽、半峰宽 W1/2、峰宽、峰宽W二、色谱流出曲线和术语二、色谱流出曲线和术语（一）色谱流出曲线和色谱峰（一）色谱流出曲线和色谱峰第十一页，本课件共有62页由色谱峰的流出曲线可以实现一下目的：由色谱峰的流出曲线可以实现一下目的：（1）依据色谱峰的）依据色谱峰的保留值保留值进行进行定性定性分析分析（2）依据色谱峰的）依据色谱峰的面积或峰高面积或峰高进行进行定量定量分析分析（3）依据色谱峰的）依据色谱峰的保留值以及峰宽保留值以及峰宽评价

5、色谱柱的评价色谱柱的分离效能分离效能第十二页，本课件共有62页（二）（二）保留值保留值n保留时间保留时间 tRn死时间死时间 t0n调整保留时间调整保留时间 t R=tR t0（组分在固定相中停留的总时间）（组分在固定相中停留的总时间）n保留体积保留体积 VR=tRFc（与流动相流速无关）与流动相流速无关）n死体积死体积 V0=t0Fc（从进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空间）（从进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空间）n调整保留体积调整保留体积 VR=tRFc 第十三页，本课件共有62页n相对保留值相对保留值 （只与柱温及固定相的性质有关）（只与柱温及固定相的性质有关）n保留指数保

6、留指数保留值保留值第十四页，本课件共有62页在某一色谱条件下，把含在某一色谱条件下，把含A和和B以及两相邻的两种正构烷烃的以及两相邻的两种正构烷烃的混合物注入色谱柱分析。混合物注入色谱柱分析。A在相邻的两种正构烷烃之间流出，它们的调整保留在相邻的两种正构烷烃之间流出，它们的调整保留时间分别为时间分别为10min，11min和和12min；最先流出的正构烷烃的保留指数为最先流出的正构烷烃的保留指数为800；组分组分B的保留指数为的保留指数为882.3。求组分求组分A的保留指数。的保留指数。试问试问A和和B有可能是同系物吗？有可能是同系物吗？例：例：第十五页，本课件共有62页解：解：第十六页，本课

7、件共有62页（三）色谱峰高和峰面积（三）色谱峰高和峰面积n1.1.峰高峰高 组分在柱后出现浓度极大时的检测信号，即色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谱峰顶至基线的距离n2.2.峰面积峰面积色谱曲线与基线间包围的面积色谱曲线与基线间包围的面积第十七页，本课件共有62页（四）色谱峰区域宽度（四）色谱峰区域宽度1.标准差标准差 2.半峰宽半峰宽 W1/2W1/2=2.355 3.峰宽峰宽 WW=4 第十八页，本课件共有62页（五）（五）分离度分离度第十九页，本课件共有62页三、分配系数与色谱分离三、分配系数与色谱分离分配系数分配系数nK K大大的组分，滞留在固定相中的时间长

8、，在柱的组分，滞留在固定相中的时间长，在柱内移动的速度慢，内移动的速度慢，后流出后流出柱子。柱子。n温度升高，温度升高，K K变小。变小。nK K为常数时为常数时，是，是线性线性色谱。色谱。（一）分配系数和容量因子（一）分配系数和容量因子第二十页，本课件共有62页容量因子（分配比）容量因子（分配比）第二十一页，本课件共有62页（二）分配系数和容量因子与保留时间的关系（二）分配系数和容量因子与保留时间的关系第二十二页，本课件共有62页（三）色谱分离的前提（三）色谱分离的前提 第二十三页，本课件共有62页例：例：在在1m长的填充色谱柱上，某镇静药物长的填充色谱柱上，某镇静药物A及其异构体及其异构体

9、B的的保留时间分别为保留时间分别为5.80min和和6.60min；峰底宽度分别为；峰底宽度分别为0.78min及及0.82min，空气通过色谱柱需，空气通过色谱柱需1.10min。计算：计算：载气的平均线速度；组分载气的平均线速度；组分B的分配比；的分配比；A及及B的分离度。的分离度。解：解：第二十四页，本课件共有62页第三节第三节 基本类型色谱方法及其分离机制基本类型色谱方法及其分离机制利用被分离组分在固定相和流动相中利用被分离组分在固定相和流动相中溶解度的差溶解度的差别别来实现分离。来实现分离。溶质分子在固定相中溶解度越大，或在流动相中溶质分子在固定相中溶解度越大，或在流动相中溶解度越小

10、，则溶解度越小，则K K越大，保留时间越长。越大，保留时间越长。一、分配色谱法一、分配色谱法1.1.分离原理分离原理第二十五页，本课件共有62页固定相：固定相：途渍在惰性载体颗粒上的一薄层液体，途渍在惰性载体颗粒上的一薄层液体，又称固定液。又称固定液。流动相：流动相：气体或液体气体或液体流动相极性流动相极性 固定相极性固定相极性 反相分配色谱反相分配色谱2.2.固定相和流动相固定相和流动相符合相似相容原理符合相似相容原理3.3.洗脱顺序洗脱顺序第二十六页，本课件共有62页二、吸附色谱法二、吸附色谱法n利用被分离组分对固定相表面吸附中心利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力差别吸附能力差别而

11、实现分离。而实现分离。n气固、液固气固、液固n吸附过程是试样中组分分子吸附过程是试样中组分分子Xm与流动相分子与流动相分子Yn争夺争夺吸附剂表面活性中心的过程吸附剂表面活性中心的过程1.1.分离原理分离原理第二十七页，本课件共有62页2.2.固定相和流动相固定相和流动相n固定相：固定相：多为具有较大比表面积、多孔性微粒多为具有较大比表面积、多孔性微粒状的吸附剂状的吸附剂n流动相：流动相：极性越强，洗脱能力越强。极性越强，洗脱能力越强。第二十八页，本课件共有62页3.3.洗脱顺序洗脱顺序吸附能力的一般规律：吸附能力的一般规律：(1)非极性化合物一般不被吸附；非极性化合物一般不被吸附；(2)极性基

12、团越多，极性越强；极性基团越多，极性越强；(3)不饱和化合物比饱和化合物极性强，双键越多越不饱和化合物比饱和化合物极性强，双键越多越强；强；(4)常见化合物的吸附能力顺序常见化合物的吸附能力顺序 烷烃烷烃烯烃烯烃卤代烃卤代烃醚醚硝基化合物硝基化合物叔胺叔胺酯酯酮酮醛醛酰胺酰胺醇醇酚酚伯胺伯胺羧酸羧酸第二十九页，本课件共有62页三、离子交换色谱法三、离子交换色谱法n利用被分离组分利用被分离组分离子交换能力的差别离子交换能力的差别而实现而实现分离。分离。n离子交换过程可用通式表示：离子交换过程可用通式表示：1.1.分离原理分离原理第三十页，本课件共有62页n固定相：固定相：为离子交换剂为离子交换剂

13、，如：离子交换树脂、硅胶，如：离子交换树脂、硅胶化学键合离子交换剂化学键合离子交换剂n离子交换树脂：离子交换树脂：网状立体结构的高分子多元酸或多网状立体结构的高分子多元酸或多元碱的聚合物。元碱的聚合物。n性能指标：性能指标：交联度、交换容量、粒度交联度、交换容量、粒度n流动相：流动相：一定一定pH和离子强度的缓冲溶液和离子强度的缓冲溶液2.2.固定相和流动相固定相和流动相第三十一页，本课件共有62页n溶质离子的电荷和水合半径溶质离子的电荷和水合半径 价态高的离子选择性系数大；价态高的离子选择性系数大；水合半径增大，离子选择性系数变小。水合半径增大，离子选择性系数变小。n离子交换剂的交联度和交换

14、容量越大，保离子交换剂的交联度和交换容量越大，保留时间越长留时间越长n流动相的组成和流动相的组成和pH3.3.影响保留行为的因素影响保留行为的因素第三十二页，本课件共有62页四、空间排阻色谱法四、空间排阻色谱法n根据被分离组分分子的根据被分离组分分子的线团尺寸线团尺寸而进行分离而进行分离n又称凝胶色谱法又称凝胶色谱法n分离与流动相的性质无关分离与流动相的性质无关1.1.分离原理分离原理第三十三页，本课件共有62页n固定相：固定相：为多孔凝胶为多孔凝胶n主要性能参数：平均孔径、排斥极限、分子量范围主要性能参数：平均孔径、排斥极限、分子量范围n流动相：流动相：溶解性、粘度低溶解性、粘度低2.2.固

15、定相和流动相固定相和流动相3.3.保留体积与渗透系数的关系保留体积与渗透系数的关系n分子尺寸大，即分子量大的组分其渗透系数小，保留分子尺寸大，即分子量大的组分其渗透系数小，保留体积小，先出峰。体积小，先出峰。第三十四页，本课件共有62页第四节第四节 色谱法基本理论色谱法基本理论n色谱分离是色谱体系热力学过程和动力学过色谱分离是色谱体系热力学过程和动力学过程的综合表现。程的综合表现。n热力学过程热力学过程是指与组分在体系中分配系数相关是指与组分在体系中分配系数相关的过程，以的过程，以塔板理论塔板理论为代表。为代表。n动力学过程动力学过程是指组分在该体系两相间扩散和传质是指组分在该体系两相间扩散和

16、传质的过程，以的过程，以速率理论速率理论为代表。为代表。组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？第三十五页，本课件共有62页一、一、塔板理论（热力学）塔板理论（热力学）塔板理论假定塔板理论假定:n塔板和塔板之间不连续；塔板和塔板之间不连续；n塔板之间无分子扩散；塔板之间无分子扩散；n组分在每块塔板的两相间的分配平衡瞬组分在每块塔板的两相间的分配平衡瞬时达到，达到一次分配平衡所需的最小时达到，达到一次分配平衡所需的最小柱长称为理论塔板高度；柱长称为理论塔板高度；n一个组分在每块塔板上的分配系数相同；一个组分在每块塔板上的分配系数相同；n流动相以不连续的形式加入

17、，即以一个一流动相以不连续的形式加入，即以一个一个塔板体积加入。个塔板体积加入。第三十六页，本课件共有62页（一）质量分配和转移（一）质量分配和转移第三十七页，本课件共有62页（二）流出曲线方程（二）流出曲线方程第三十八页，本课件共有62页一、质量分配和转移一、质量分配和转移组分在组分在n=5，k=1柱内任一板上分配表柱内任一板上分配表 01234柱出口柱出口N=010000010.50.5000020.250.50.2500030.1250.3750.3750.1250040.0630.250.3750.1250.063050.0320.1570.3130.3130.1570.03260.0

18、160.0950.2350.3130.2350.07970.0080.0560.1160.2750.2750.11880.0040.0320.0860.1960.2750.13890.0020.0180.0590.1410.2350.138100.0010.0100.0380.1000.1890.118第三十九页，本课件共有62页0123456N011pq2p22pqq23p33p2q3pq2q34p44p3q6p2q24pq3q45p55p4q10p3q210p2q35pq4q56p66p5q16p4q220p3q316p2q46qp5q6组分在组分在n=7，k=p/q柱内任一板上分配表柱内

19、任一板上分配表第四十页，本课件共有62页第四十一页，本课件共有62页第四十二页，本课件共有62页第四十三页，本课件共有62页nn越大，越大，H越小，色越小，色谱峰越窄，谱峰越窄，柱效越高；柱效越高；nH与柱长无关。与柱长无关。（三）理论塔板数和理论塔板高度（三）理论塔板数和理论塔板高度第四十四页，本课件共有62页例例 在在2m长的色谱柱上，测得某组分保留时间（长的色谱柱上，测得某组分保留时间（tR）6.6min，峰宽，峰宽0.5min，死时间，死时间1.2min，柱出口用皂，柱出口用皂膜流量计测得载气体积流速膜流量计测得载气体积流速40mL/min，固定相体积，固定相体积2.1mL，求，求：（

20、：（1）容量因子；（）容量因子；（2）死体积；（）死体积；（3）调）调整保留体积；（整保留体积；（4）分配系数；（）分配系数；（5）有效塔板数；）有效塔板数；（6）有效塔板高度。）有效塔板高度。第四十五页，本课件共有62页解解第四十六页，本课件共有62页证明：证明：第四十七页，本课件共有62页第四十八页，本课件共有62页例例 在在3.0m色谱柱上，空气、组分色谱柱上，空气、组分X和组分和组分Y的保留时间分别为的保留时间分别为1.0、14.0、17.0min，Y的峰宽为的峰宽为1.0min，计算，计算X和和Y完全分完全分离时，柱长最短为多少？离时，柱长最短为多少？第四十九页，本课件共有62页第五

21、十页，本课件共有62页例例 已知物质已知物质A和和B的分配系数的分配系数K分别为分别为6.50和和6.31，已知，已知固定相和流动相的体积比为固定相和流动相的体积比为0.422。试计算：。试计算：（1）两物质的分配比）两物质的分配比;（2）选择性系数；）选择性系数；（3）欲得到分离度为）欲得到分离度为1.5时需多少塔板数？时需多少塔板数？（4）若柱长为）若柱长为806cm，流动相的流速为，流动相的流速为7.10cm.s-1，则需，则需多长时间可冲洗出各物质？多长时间可冲洗出各物质？第五十一页，本课件共有62页解解第五十二页，本课件共有62页塔板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足(1)L一一定

22、定时时，n 越越大大，H 越越小小，柱柱效效能能则则越越高高，所所得得色色谱谱峰越窄。峰越窄。(2)用用有有效效塔塔板板数数和和有有效效塔塔板板高高度度作作为为衡衡量量柱柱效效能能的的指指标标时时，应指明测定物质（不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同）。应指明测定物质（不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同）。(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果柱效不能表示被分离组分的实际分离效果 (4)无无法法解解释释同同一一色色谱谱柱柱在在不不同同的的载载气气流流速速下下柱柱效效不不同同的的实实验验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。第五十三

23、页，本课件共有62页二、二、速率理论（动力学）速率理论（动力学）第五十四页，本课件共有62页第五十五页，本课件共有62页第五十六页，本课件共有62页第五十七页，本课件共有62页第五十八页，本课件共有62页（一）影响塔板高度的动力学因素（一）影响塔板高度的动力学因素1.涡流扩散涡流扩散 A2.分子扩散（纵向扩散）分子扩散（纵向扩散）B/u3.传质阻力传质阻力Cu固定相传质阻力固定相传质阻力流动相传质阻力流动相传质阻力第五十九页，本课件共有62页（二）流动相线速度对塔板高度的影响（二）流动相线速度对塔板高度的影响第六十页，本课件共有62页例例 在在2m长的色谱柱上，以氦为载气，测得不同载气线长的色谱柱上，以氦为载气，测得不同载气线速下组分的保留时间速下组分的保留时间tR和峰宽如下表：和峰宽如下表：u（cm/s）tR（s）W（s）11 2020 22325 888 9940 558 68求：求：1.Van Deemter方程中方程中A、B、C值值2.最佳线速最佳线速uopt及最小板高及最小板高Hmin第六十一页，本课件共有62页解解第六十二页，本课件共有62页