色谱法基本概念课件.ppt
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1、关于色谱法基本概念1现在学习的是第1页,共46页5-1 色谱法概述5-1-1 色谱法的特点、分类和作用5-1-2 色谱分离过程5-1-3 色谱流出曲线与术语5-2 色谱理论基础5-2-1 塔板理论5-2-2 速率理论5-2-3 分离度5-3 定性定量方法5-3-1 色谱定性分析5-3-2 色谱定量分析目 录现在学习的是第2页,共46页5-1 色谱法概述5-1-1 色谱法的特点、分类和作用 1.概述 混合物最有效的分离、分析方法。混合物最有效的分离、分析方法。俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在19061906年使用的装置:年使用的装置:色谱原型装置,如图。色谱原型装置,如图。色谱法是一种分
2、离技术,色谱法是一种分离技术,试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。程。其中的一相固定不动,称为固定相;其中的一相固定不动,称为固定相;另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体(气另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体(气体或液体),称为流动相。体或液体),称为流动相。现在学习的是第3页,共46页 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用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异,与固定相互作
3、用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异,与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同,随着流动相的移动,混合之间产生的作用力的大小、强弱不同,随着流动相的移动,混合物在两相间经过反复多次的分配平衡,使得各组分被固定相保留物在两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不同,从而按一定次序由固定相中流出。的时间不同,从而按一定次序由固定相中流出。(多次萃取)(多次萃取)与适当的柱后检测方法与适当的柱后检测方法结合,实现混合物中各组结合,实现混合物中各组分的分离与检测分的分离与检测。两相及两相的相对运动构两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础成了色谱法的基础现在学习的是第4页,共46
4、页2.色谱法分类 (1)气相色谱:流动相为气体(称为载气)。流动相为气体(称为载气)。按分离柱不同可分为:填充柱色谱和毛细管柱色谱;按分离柱不同可分为:填充柱色谱和毛细管柱色谱;按固定相的不同又分为:气固色谱和气液色谱按固定相的不同又分为:气固色谱和气液色谱(2)液相色谱:流动相为液体(也称为淋洗液)。流动相为液体(也称为淋洗液)。按固定相的不同分为:液固色谱和液液色谱。按固定相的不同分为:液固色谱和液液色谱。离子色谱离子色谱:液相色谱的一种,以特制的离子交换树脂为液相色谱的一种,以特制的离子交换树脂为固定相,不同固定相,不同pHpH值的水溶液为流动相。值的水溶液为流动相。现在学习的是第5页,
5、共46页(3)其他色谱方法薄层色谱和纸色谱:比较简单的色谱方法比较简单的色谱方法凝胶色谱法:测聚合物分子量测聚合物分子量分布。分布。超临界色谱:CO2流动相。流动相。高效毛细管电泳:九十年代快速发展、特别适合九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。生物试样分析分离的高效分析仪器。现在学习的是第6页,共46页3.色谱法的特点(1)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)灵敏度高 可以检测出可以检测出g.gg.g-1-1(10(10-6-6)级甚至级甚至ng.gng.g-1-1(10(10-9-9)级的物质量。级的
6、物质量。(3)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)应用范围广 气相色谱:沸点低于气相色谱:沸点低于400400的各种有机或无机试样的分析。的各种有机或无机试样的分析。液相色谱:高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。液相色谱:高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。不足之处:被分离组分的定性较为困难。被分离组分的定性较为困难。现在学习的是第7页,共46页5-1-2 色谱分离过程 色谱分离过程是在色谱柱内完成的。色谱分离过程是在色谱柱内完成的。填充柱色谱:气固气固(液固液固)色谱和气液色谱和气液(液液液液)色谱,两者的分离
7、机理不同。色谱,两者的分离机理不同。气固(液固)色谱的固定相:多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗粒。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气液(液液)色谱的固定相:由由 担体和固定液所组成。担体和固定液所组成。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。气固色谱的分离机理:吸附与脱附的不断重复过程;吸附与脱附的不断重复过程;气液色谱的分离机理:气液气液(液液液液)两相间的反复多次分配过程。两相间的反复多次分配过程。现在学习的是第8页,共46页现在学习的是第9页,共46页1.气相色谱分离过程 当试样由载气携带
8、进入色谱柱与固定相接触时,被固定相溶解或吸附;随着载气的不断通入,被溶解或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附;挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又再次被固定相溶解或吸附;随着载气的流动,溶解、挥发,或吸附、脱附的过程反复地进行。现在学习的是第10页,共46页2.分配系数(partion factor)K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附,或溶解、挥发的过组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附,或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下,组分在两相间分配达到平衡时的浓程叫做分配过程。在一定温度下,组分在两相间分配达到平衡时的浓度(单位:度(单位:g/mL)比,称为分配系数,用)比,称为分
9、配系数,用K 表示,即:表示,即:分配系数是色谱分离的依据。现在学习的是第11页,共46页 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越大,出峰越慢;越大,出峰越慢;试样一定时,试样一定时,K主要取决于固定相性质;主要取决于固定相性质;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不同;不同;选择适宜的固定相可改善分离效果;选择适宜的固定相可改善分离效果;试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础;值是分离的基础;某组分的某组分的K=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。现在学习的是第12页,共46页3.分配比(
10、partion radio)k 在实际工作中,也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分在实际工作中,也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指,在一定温度下,组分在两相间分配达到平衡时的质量配比是指,在一定温度下,组分在两相间分配达到平衡时的质量比:比:1.分分配配系系数数与与分分配配比比都都是是与与组组分分及及固固定定相相的的热热力力学学性性质质有有关的常数,随分离柱温度、柱压的改变而变化。关的常数,随分离柱温度、柱压的改变而变化。2.分分配配系系数数与与分分配配比比都都是是衡衡量量色色谱谱柱柱对对组组分分保保留留能能力力的的参参数数,数值越大,该组分的保留时间越长。数值越大,该组分的保留
11、时间越长。3.分配比可以由实验测得。分配比可以由实验测得。分配比也称:分配比也称:容量因子容量因子(capacity factor);容量比;容量比(capacity factor);现在学习的是第13页,共46页4.容量因子与分配系数的关系 式中式中 为相比。为相比。填充柱相比:填充柱相比:635;毛细管柱的相比:;毛细管柱的相比:501500。容量因子越大,保留时间越长。容量因子越大,保留时间越长。VM为流动相体积,即柱内固定相颗粒间的空隙体积;为流动相体积,即柱内固定相颗粒间的空隙体积;VS为固定相体积,对不同类型色谱柱,为固定相体积,对不同类型色谱柱,VS的含义不同;的含义不同;气气-
12、液色谱柱:液色谱柱:VS为固定液体积;为固定液体积;气气-固色谱柱:固色谱柱:VS为吸附剂表面容量;为吸附剂表面容量;现在学习的是第14页,共46页5.分配比与保留时间的关系 滞留因子(retardation factor):us:组组分分在在分分离离柱柱内内的的线线速速度度;u:流流动动相相在在分分离离柱柱内内的的线线速速度度;滞留因子滞留因子RS也可以用质量分数也可以用质量分数表示:表示:若若组组分分和和流流动动相相通通过过长长度度为为L的的分分离离柱柱,需需要要的的时时间间分分别别为为tR和和tM,则:,则:由以上各式,可得:由以上各式,可得:tR=tM(1+k)现在学习的是第15页,共
13、46页5-1-3 色谱流出曲线与术语1.基线 无无试试样样通通过过检检测测器器时时,检检测测到到的信号即为基线。的信号即为基线。2.保留值(1)时间表示的保留值 保留时间(tR):组分组分从进样到柱后出现浓度极大值从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间;时所需的时间;死时间(tM):不与固定相作用的气体(如空气)的保留时不与固定相作用的气体(如空气)的保留时间;间;调整保留时间(tR):tR=tRtM 现在学习的是第16页,共46页(2)用体积表示的保留值 保留体积(VR):VR =tRF0F0为柱出口处的载气流量,为柱出口处的载气流量,单位:单位:m L /min。死体积(VM):VM=tM
14、 F0 调整保留体积(VR):V R=VR VM 现在学习的是第17页,共46页3.相对保留值相对保留值r21 组分组分2与组分与组分1调整保留值之比:调整保留值之比:r21=tR2 /tR1=VR2/VR1 相相对对保保留留值值只只与与柱柱温温和和固固定定相相性性质质有有关关,与与其其他他色色谱谱操操作作条条件件无无关关,它它表表示示了了固固定定相相对对这这两两种种组组分的选择性。分的选择性。现在学习的是第18页,共46页4.区域宽度区域宽度 用用来来衡衡量量色色谱谱峰峰宽宽度度的的参参数数,有三种表示方法:有三种表示方法:(1)标准偏差():即即0.607倍倍峰峰高处色谱峰宽度的一半。高处
15、色谱峰宽度的一半。(2)半峰宽(Y1/2):色色谱谱峰峰高高一一半半处处的宽度的宽度 Y1/2=2.354 (3)峰底宽(Wb):Wb=4 现在学习的是第19页,共46页5.色谱流出曲线的数学描述色谱流出曲线的数学描述 色色谱谱峰峰为为正正态态分分布布时时,色色谱谱流流出出曲曲线线上上的的浓浓度度与与时时间间的的关关系系为:为:当当色色谱谱峰峰为为非非正正态态分分布布时时,可可按按正正态态分分布布函函数数加加指指数数衰衰减减函函数数构建关系式。构建关系式。现在学习的是第20页,共46页 色谱理论需要解决的问题:色色谱谱分分离离过过程程的的热热力力学学和和动动力力学学问问题题。影影响响分分离离及
16、及柱柱效效的的因因素素与与提提高高柱柱效效的的途途径径,柱柱效效与与分分离离度度的的评评价价指指标及其关系。标及其关系。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?组分保留时间:色谱过程的热力学因素控制;组分保留时间:色谱过程的热力学因素控制;(组分和固定液的结构和性质)(组分和固定液的结构和性质)色谱峰变宽:色谱过程的动力学因素控制;色谱峰变宽:色谱过程的动力学因素控制;(两相中的运动阻力,扩散)(两相中的运动阻力,扩散)两种色谱理论:塔板理论和速率理论;两种色谱理论:塔板理论和速率理论;5-2 色谱理论基础现在学习的是第21页,共46页 塔板理论的假设:塔板
17、理论的假设:(1)在每一个平衡过程间隔内,平衡可以迅速达到;在每一个平衡过程间隔内,平衡可以迅速达到;(2)(2)将载气看作成脉动(间歇)过程;将载气看作成脉动(间歇)过程;(3)(3)试样沿色谱柱方向的扩散可忽略;试样沿色谱柱方向的扩散可忽略;(4)(4)每次分配的分配系数相同。每次分配的分配系数相同。5-2-1 塔板理论-柱分离效能指标柱分离效能指标1.塔板理论(plate theory)半经验理论;半经验理论;将将色色谱谱分分离离过过程程比比拟拟作作蒸蒸馏馏过过程程,将将连连续续的的色色谱谱分分离离过过程程分分割割成成多多次次的的平平衡衡过过程程的的重重复复 (类类似似于于蒸蒸馏馏塔塔塔
18、板上的平衡过程);塔板上的平衡过程);现在学习的是第22页,共46页 色谱柱长:色谱柱长:L,虚拟的塔板间距离:虚拟的塔板间距离:H,色谱柱的理论塔板数:色谱柱的理论塔板数:n,则三者的关系为:则三者的关系为:n=L/H理论塔板数与色谱参数之间的关系为:理论塔板数与色谱参数之间的关系为:保留时间包含死时间,在死时间内不参与分配保留时间包含死时间,在死时间内不参与分配!现在学习的是第23页,共46页2.有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度 单位柱长的塔板数越多,表明柱效越高。单位柱长的塔板数越多,表明柱效越高。用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。用不同物质计算可得到不同的理论塔板数
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