仪器分析 (第三版 魏培海)第六章 色谱分析法导论.ppt
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1、“十二五”职业教育国家规划教材仪器分析(第三版)魏培海 曹国庆 主编第六章第六章 色谱分析法导论色谱分析法导论“十二五”职业教育国家规划教材 色谱法或色谱分析法,是一种分离分析色谱法或色谱分析法,是一种分离分析技术,它利用混合物中各物质在两相间技术,它利用混合物中各物质在两相间分配系数的差别,当溶质在两相间作相分配系数的差别,当溶质在两相间作相对移动时,各物质在两相间进行多次分对移动时,各物质在两相间进行多次分配,从而使各组分得到分离。可完成这配,从而使各组分得到分离。可完成这种分离的仪器称为色谱仪。种分离的仪器称为色谱仪。本章教学内容本章教学内容色谱分离仪的基本原理和基本概念色谱分离仪的基本
2、原理和基本概念 色谱分离的理论基础色谱分离的理论基础 色谱定性和定量分析的方法色谱定性和定量分析的方法 本章知识目标本章知识目标熟悉色谱分析中的基本术语熟悉色谱分析中的基本术语;了解色谱分析中的塔板理论和速率理论了解色谱分析中的塔板理论和速率理论;熟悉影响色谱柱柱效、分离度的因素熟悉影响色谱柱柱效、分离度的因素;熟悉色谱分析中的定性和定量方法。熟悉色谱分析中的定性和定量方法。本章能力目标本章能力目标熟练校正因子的计算方法熟练校正因子的计算方法;掌握归一化法、内标法的定量计算方法掌握归一化法、内标法的定量计算方法;掌握外标法,熟练绘制外标法工作曲线掌握外标法,熟练绘制外标法工作曲线并进行定量计算
3、并进行定量计算;掌握填充柱的制备方法。掌握填充柱的制备方法。第一节第一节 色谱及分类色谱及分类 茨茨维特实验维特实验固定相固定相CaCOCaCO3 3颗粒颗粒流动相流动相石油醚石油醚 色带色带色带色带一、一、色谱法色谱法色谱法是一种分离分析技术。色谱法是一种分离分析技术。它是利用各它是利用各物质在两相中具有不同的分配系数,当两物质在两相中具有不同的分配系数,当两相作相对运动时,这些物质在两相中进行相作相对运动时,这些物质在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的多次反复的分配来达到分离的目的。色谱法色谱法以其具有高分离效能、高检测性能、以其具有高分离效能、高检测性能、分析时间快速而成为现代仪器
4、分析方法中分析时间快速而成为现代仪器分析方法中应用最广泛的一种方法。应用最广泛的一种方法。固固定定相相在在色色谱谱柱柱中中固固定定不不动动的的相相。可可以以是固体,还可以是液体。是固体,还可以是液体。流流动动相相携携带带试试样样混混合合物物流流过过固固定定相相的的流流体,是体,是液体或气体。液体或气体。色色谱谱柱柱承承载载固固定定相相的的装装置置。各各种种材材质质和和尺寸。尺寸。被分离组分被分离组分不再仅局限于有色物质不再仅局限于有色物质基本术语:基本术语:二、色谱法分类二、色谱法分类 1 1按两相分子的聚集状态按两相分子的聚集状态流动相流动相 固定相固定相 类型类型液相色谱液相色谱液体液体
5、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2 2按固定相的固定方式按固定相的固定方式平面色谱平面色谱 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 填充柱色谱填充柱色谱 毛细管柱色谱毛细管柱色谱 3 3按分离机制分按分离机制分分配色谱:利用分配系数的不同分配色谱:利用分配系数的不同吸附色谱:利用物理吸附性能的差异吸附色谱:利用物理吸附性能的差异离子交换色谱:利用离子交换原理离子交换色谱:利用离子交换原理空间排阻色谱:利用排阻作用力的不同空间排阻色谱:利
6、用排阻作用力的不同 色谱法的特点色谱法的特点分分离离效效率率高高:复复杂杂混混合合物物,有有机机同同系系物物、异异构构体体。手性异构体。手性异构体。灵灵敏敏度度高高:可可以以检检测测出出g.gg.g-1-1(10(10-6-6)-ng.g)-ng.g-1-1(10(10-9-9)级的物质量。级的物质量。分分析析速速度度快快:一一般般在在几几分分钟钟或或几几十十分分钟钟内内可可以以完完成成一个试样的分析。一个试样的分析。应应用用范范围围广广:气气相相色色谱谱:沸沸点点低低于于400400的的各各种种有有机或无机试样的分析。机或无机试样的分析。液液相相色色谱谱:高高沸沸点点、热热不不稳稳定定、生生
7、物物试试样样的的分分离离分析。分析。不足之处:被分离组分的定性较为困难。不足之处:被分离组分的定性较为困难。分离过程分离过程 当流动相中携带的混合物流经固当流动相中携带的混合物流经固定相时,其与固定相发生相互作定相时,其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异,与固定相之间和结构上的差异,与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同,产生的作用力的大小、强弱不同,随着流动相的移动,混合物在两随着流动相的移动,混合物在两相间经过反复多次的分配平衡,相间经过反复多次的分配平衡,使得各组分被固定相保留的时间使得各组分被固定相保留的时间不同,从而按一定次序由
8、固定相不同,从而按一定次序由固定相中流出。中流出。第二节第二节 色谱流出曲线和术语色谱流出曲线和术语 一、一、色谱流出线色谱流出线 从从进进样样到到被被测测组组分分流流出出色色谱谱柱柱进进入入检检测测器器连连续续测测定定,得得到到的的检检测测信信号号随随时时间间变变化化的曲线称为色谱流出曲线或色谱图的曲线称为色谱流出曲线或色谱图。二、色谱术语二、色谱术语 1 1基线:基线:操作条件稳定后,操作条件稳定后,无样品通过时检测器所反无样品通过时检测器所反映的信号一时间曲线。映的信号一时间曲线。它反映检测器系统噪它反映检测器系统噪声随时间变化。稳定的基声随时间变化。稳定的基线是一条直线。线是一条直线。
9、2 2色谱峰:从被测组分开始进入检测器至完全色谱峰:从被测组分开始进入检测器至完全流出检测器所形成的峰型部分称色谱峰。基流出检测器所形成的峰型部分称色谱峰。基线与色谱峰组成了一个完整的色谱图。线与色谱峰组成了一个完整的色谱图。色谱峰色谱峰3 3保留值保留值 保留时间保留时间tM:不与固定相作用的物质从进样到出不与固定相作用的物质从进样到出现峰极大值时的时间。现峰极大值时的时间。保留时间保留时间tR:试样从进样到出现峰极大值时的时试样从进样到出现峰极大值时的时间。它包括组份随流动相通过柱子的时间间。它包括组份随流动相通过柱子的时间 t tM M和组和组份在固定相中滞留的时间。份在固定相中滞留的时
10、间。调整保留时间调整保留时间 :某组份的保留时间扣除死时间某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间,它是组份在固定相中的滞留时间。后的保留时间,它是组份在固定相中的滞留时间。死体积死体积Vm:不被保留的组分通过色谱柱所消耗不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流动相的体积,又指色谱柱中未被固定相所的流动相的体积,又指色谱柱中未被固定相所占据的空隙体积(包括色谱仪中的占据的空隙体积(包括色谱仪中的 管路、连接管路、连接头的空间、检测器的空间)。头的空间、检测器的空间)。F0:流动相的体积流速:流动相的体积流速 保留体积保留体积VR:从进样开始到组分出现浓度极大从进样开始到组分出现浓度极大点时所消耗的流动
11、相的体积。点时所消耗的流动相的体积。调整保留体积调整保留体积 :保留体积与死体积之差,即组分保留体积与死体积之差,即组分停留在固定相时所消耗流动相的体积停留在固定相时所消耗流动相的体积 相对保留值相对保留值 is:一定实验条件下组分一定实验条件下组分i i与另一标与另一标准组分准组分S S的调整保留时间之比。的调整保留时间之比。相对保留值只与柱相对保留值只与柱温和固定相性质有关,与其他色谱操作条件无关,温和固定相性质有关,与其他色谱操作条件无关,色谱定性分析的重要参数色谱定性分析的重要参数。4.色谱峰区域分析色谱峰区域分析峰高峰高h:色谱峰顶到基线的垂直距离。色谱峰顶到基线的垂直距离。半峰宽半
12、峰宽W1/2:色谱峰高一半处的宽度。色谱峰高一半处的宽度。峰底宽峰底宽W:从色谱峰两侧拐点上的切线与基线交点之从色谱峰两侧拐点上的切线与基线交点之间的距离,也称基线宽度。间的距离,也称基线宽度。标准偏差标准偏差 :峰高峰高(h)的的0.607倍处色谱峰宽度的一半。倍处色谱峰宽度的一半。与半峰宽及峰底宽的关系为:与半峰宽及峰底宽的关系为:W1/2=2.354 W=4 区域宽度:区域宽度:峰峰面面积积(A):由由色色谱谱峰峰与与基基线线之之间间所所围围成成的的面面积积称为峰面积。定量分析的基本依据。称为峰面积。定量分析的基本依据。对理想的对称峰:对理想的对称峰:A=1.065h W1/2 在相同的
13、色谱操作条件下获得的色谱峰的区域宽度在相同的色谱操作条件下获得的色谱峰的区域宽度值越小,说明色谱柱的分离效能越好,柱效越高。值越小,说明色谱柱的分离效能越好,柱效越高。5.描述分配过程的参数描述分配过程的参数 分配系数分配系数K:组分在固定相和流动相之间的组分在固定相和流动相之间的分配处于平衡状态时,在两相中的浓度之比。分配处于平衡状态时,在两相中的浓度之比。K K 只与固定相和温度有关,与两相体积、柱管只与固定相和温度有关,与两相体积、柱管特性和所用仪器无关。特性和所用仪器无关。分配比分配比k:在一定的温度和压力下,组分在两在一定的温度和压力下,组分在两相间分配达平衡时,分配在固定相和流动相
14、中相间分配达平衡时,分配在固定相和流动相中的质量比。的质量比。=Vm/Vs,表示相比率,是柱型特点参数,对,表示相比率,是柱型特点参数,对于填充柱,于填充柱,值一般为值一般为635,对于毛细管柱,对于毛细管柱,值一般为值一般为60600。选择性因子选择性因子:指相邻两组分调整保留值之比。指相邻两组分调整保留值之比。值的大小反映了色谱柱对难分离组分对的分离值的大小反映了色谱柱对难分离组分对的分离选择性,选择性,值越大,相邻两组分色谱峰相距越远,值越大,相邻两组分色谱峰相距越远,色谱柱的分离选择性越高。当色谱柱的分离选择性越高。当 等于或接近等于或接近1时,时,说明相邻两组分不能分离。说明相邻两组
15、分不能分离。色谱流出曲线的意义色谱流出曲线的意义色谱峰数色谱峰数=样品中单组份的最少个数;样品中单组份的最少个数;色谱保留值色谱保留值定性依据;定性依据;色谱峰高或面积色谱峰高或面积定量依据;定量依据;色谱保留值或区域宽度色谱保留值或区域宽度色谱柱分离效能评价指标;色谱柱分离效能评价指标;色谱峰间距色谱峰间距固定相或流动相选择是否合适的依据。固定相或流动相选择是否合适的依据。第三节第三节 色谱分析基本理论色谱分析基本理论两组份峰间距足够远:两组份峰间距足够远:由各组份在两相间的分配系数决定,由各组份在两相间的分配系数决定,即由色谱过程的即由色谱过程的热力学性质热力学性质决定。决定。每个组分峰宽
16、足够小:每个组分峰宽足够小:由组份在色谱柱中的传质和扩散决由组份在色谱柱中的传质和扩散决定,即由色谱过程的定,即由色谱过程的动力学性质动力学性质决定。决定。热力学理论:塔板理论热力学理论:塔板理论平衡理论平衡理论 动力学理论:速率理论动力学理论:速率理论VanderVander方程方程 基本理论基本理论一、塔板理论一、塔板理论 塔板模型:将一根色谱柱视为一个精馏塔板模型:将一根色谱柱视为一个精馏塔,即色谱柱是由一系列连续的、相等塔,即色谱柱是由一系列连续的、相等的水平塔板组成。每一块塔板的高度用的水平塔板组成。每一块塔板的高度用H H表示,称为塔板高度。表示,称为塔板高度。塔塔板板理理论论假假
17、设设:在在每每一一块块塔塔板板上上,溶溶质质在在两两相相间间很很快快达达到到分分配配平平衡衡,然然后后随随着着流流动动相相按按一一个个一一个个塔塔板板的的方方式式向向前前转转移移。对对一一根根长长为为L L的的色色谱谱柱柱,溶溶质质平平衡的次数衡的次数n n称为理论塔板数。称为理论塔板数。塔板理论要点塔板理论要点当当溶溶质质在在柱柱中中的的平平衡衡次次数数,即即理理论论塔塔板板数数n n大于大于5050时,可得到基本对称的峰形曲线。时,可得到基本对称的峰形曲线。当当试试样样进进入入色色谱谱柱柱后后,只只要要各各组组分分在在两两相相间间的的分分配配系系数数有有微微小小差差异异,经经过过反反复复多
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- 仪器分析 第三版 魏培海第六章 色谱分析法导论 仪器 分析 第三 魏培海 第六 色谱 导论
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