液相色谱分析概论.pptx
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1、讲 课 提 纲一、色谱法基础二、液相色谱仪组成及工作原理三、液相色谱固定相和流动相四、液相色谱仪定性、定量方法五、液相色谱操作条件的选择第1页/共90页第一章 色谱基础本章内容:液相色谱发展史液相色谱的基本概念影响峰形扩展的因素第2页/共90页固定相CaCO3颗粒流动相石油醚 色带色带色带色带第一节 色谱的发展史一、起源一、起源第3页/共90页二、色谱的发展:二、色谱的发展:1.3040年代发展了柱分配色谱、纸色谱2.50年代发展了气相色谱、薄层色谱3.60年代发展了高效液相色谱法第4页/共90页 高效液相色谱法(HPLC)是在气相色谱和经典色谱的基础上发展起来的,是一种以液体做流动相的新色谱
2、技术。从分析原理上讲,现代液相色谱和经典液相色谱没有本质的区别。不同点仅仅是现代液相色谱比经典液相色谱有较高的效率 和实现了自动化 操作。经典的液相色谱法,流动相在常压下输送,所用的固定相柱效低,分析周期长。而现代液相色谱法引用了气相色谱的理论,流动相改为高压输送(最高输送压力可达4.9107Pa);色谱柱是以特殊的方法用小粒径的填料填充而成,从而使柱效大大高于经典液相色谱(每米塔板数可达几万或几十万);同时柱后连有高灵敏度的检测器,可对流出物进行连续检测。因此,高效液相色谱具有分析速度快、分离效能高、自动化等特点。所以人们称它为高压、高速、高效或现代液相色谱法。第5页/共90页三、液相色谱分
3、离原理及分类三、液相色谱分离原理及分类 和气相色谱一样,液相色谱分离系统也由两相和气相色谱一样,液相色谱分离系统也由两相固定相和流动相组成。固定相和流动相组成。液相色谱的固定相可以是液相色谱的固定相可以是液相色谱的固定相可以是液相色谱的固定相可以是吸附剂、化学键合固定相(或在惰性载体表面涂上吸附剂、化学键合固定相(或在惰性载体表面涂上吸附剂、化学键合固定相(或在惰性载体表面涂上吸附剂、化学键合固定相(或在惰性载体表面涂上一层液膜)、离子交换树脂或多孔性凝胶;流动相一层液膜)、离子交换树脂或多孔性凝胶;流动相一层液膜)、离子交换树脂或多孔性凝胶;流动相一层液膜)、离子交换树脂或多孔性凝胶;流动相
4、是各种溶剂是各种溶剂是各种溶剂是各种溶剂。被分离混合物由流动相液体推动进入。被分离混合物由流动相液体推动进入色谱柱。根据各组分在固定相及流动相中的吸附能色谱柱。根据各组分在固定相及流动相中的吸附能力、分配系数、离子交换作用或分子尺寸大小的差力、分配系数、离子交换作用或分子尺寸大小的差异进行分离。色谱分离的实质是样品分子(以下称异进行分离。色谱分离的实质是样品分子(以下称溶质)与溶溶质)与溶剂(即流动相或洗脱液)以及固定相分剂(即流动相或洗脱液)以及固定相分子间的作用,作用力的大小,决定色谱过程的保留子间的作用,作用力的大小,决定色谱过程的保留行为。行为。第6页/共90页按分离机制分:分配色谱法
5、分配色谱法 吸附色谱法吸附色谱法 离子交换色谱法离子交换色谱法 体积排阻色谱法体积排阻色谱法 亲合色谱法亲合色谱法 化学键合相色谱法化学键合相色谱法 正相分配色谱反相分配色谱第7页/共90页按分离过程物理化学原理分类的各种液按分离过程物理化学原理分类的各种液相色谱法的比较相色谱法的比较吸附色谱吸附色谱分配色谱分配色谱离子色谱离子色谱体积排阻体积排阻色谱色谱亲和色谱亲和色谱固定相固定相 全多孔固全多孔固体吸附剂体吸附剂 固定液载固定液载带在固相带在固相基体上基体上 高效微粒高效微粒离子交换离子交换剂剂 具有不同具有不同孔径的多孔径的多孔性凝胶孔性凝胶 多种不同多种不同性能的配性能的配位体键联位体
6、键联在固相基在固相基体上体上 流动相流动相 不同极性不同极性有机溶剂有机溶剂 不同极性不同极性有机溶剂有机溶剂和水和水 不同不同pHpH值值的缓冲溶的缓冲溶液液 有机溶剂有机溶剂或一定或一定pHpH值的缓冲值的缓冲溶液溶液 不同不同pHpH值值的缓冲溶的缓冲溶液,可加液,可加入改性剂入改性剂 分离原理分离原理 吸附与解吸附与解吸吸 溶解与挥溶解与挥发发 可逆性的可逆性的离子交换离子交换 多孔凝胶多孔凝胶的渗透或的渗透或过滤过滤 具有锁匙具有锁匙结构络合结构络合物的可逆物的可逆性离解性离解 第8页/共90页液相色谱与气相色谱的比较 液相色谱所用基本概念:保留值、塔板数、塔板高度、分离度、选择性等
7、与气相色谱一致。液相色谱所用基本理论:塔板理论与速率方程也与气相色谱基本一致。但由于在液相色谱中以液体代替气相色谱中的气体作为流动相,而液体和气体的性质不相同;此外,液相色谱所用的仪器设备和操作条件也与气相色谱不同,所以,液相色谱与气相色谱有一定差别,主要有以下几方面:第9页/共90页四、高效液相色谱法的特点分离效能高 柱效可达21035104块/m理论塔板数,远远高于气相色谱填充柱103块/m理论塔板数的柱效选择性高 可分析不同类型的有机化合物及其同分异构体,还可分析在性质上极为相识的旋光异构体检测灵明度高 紫外检测器最小检出量可达10-9g;荧光检测器最小检出量可达10-12g。分析速度快
8、 相对经典液相色谱,分析时间大大缩短。第10页/共90页 第二节 色谱基本理论 定性参数定量参数柱效参数分离参数一、色谱参数 第11页/共90页续前 (一)色谱流出曲线和色谱峰1色谱流出曲线是由检测器输出的电信号强度对时间作图所绘制的曲线,又称为色谱图。2基线是在操作条件下,没有组分流出时的流出曲线。一、色谱流出曲线和有关概念 第12页/共90页第13页/共90页二、定性参数(一)保留值1保留时间(retention time;tR)是从进样到某组分在柱后出现浓度极大时的时间间隔,即从进样开始到某个组分的色谱峰顶点的时间间隔。2死时间(dead time;t0)是分配系数为零的组分,即不被固定
9、相吸附或溶解的组分的保留时间。第14页/共90页第15页/共90页3调整保留时间(adjusted retention time;)n4保留体积(retention volume;VR)是从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大时,所需通过色谱柱的流动相体积。第16页/共90页2半峰宽(peak width at half height;W1/2)是峰高一半处的峰宽。W1/2=2.355 3峰宽(peak width;W)是通过色谱峰两侧拐点作切线在基线上所截得的距离。W=4 或 W=1.699W1/2 第17页/共90页四、分离参数若R=1,两峰基本分开。若R=1.5,两峰完全分开(基线分离)
10、。第18页/共90页2.基本分离方程式(1)柱色谱第19页/共90页a项取决于柱效,n,a项b、c项相关在GC中:b项主要受色谱柱性质影响 c项主要受柱温影响在HPLC中:b项主要取决于流动相的种类 c项主要取决于流动相的配比第20页/共90页3容量因子(capacity factor;k)组分在固定相和流动相中的量(m)之比。第21页/共90页(一)影响板高因素的讨论1涡流扩散(eddy diffusion)也称为多径扩散。A=2dp-填充不规则因子 dp-填料(固定相)颗粒的平均直径 第22页/共90页第23页/共90页二、液相色谱法速率理论(一)Giddings液相色谱速率方程式Gidd
11、ings与Snyder等人提出的液相色谱速率方程式:H=He+Hd+Hm+Hsm+Hs或:H=A+B/u+Cmu+Csmu+Csu第24页/共90页第25页/共90页第26页/共90页第27页/共90页讨论:1.流动相流速与板高的关系 H=A+Cu uH2.涡流扩散项 A=2dp采用小粒度、球形固定相。常用310m的填料。匀浆法装柱。第28页/共90页3.传质阻抗系数在液相中,采用化学键合相,“固定液”只是在载体表面的一层单分子层,因此,在液相中的传质阻抗可以忽略。则:H=A+Cmu+Csmu第29页/共90页4.传质阻抗对板高的影响第30页/共90页Cm及Csm都与固定相的粒径平方dp2成正
12、比,与扩散系数Dm成方比。因此,采用小粒度固定相及低粘度流动相。高柱温可以增大Dm,但是,有机溶剂为流动相时,容易产生气泡,因此,一般采用室温。第31页/共90页(二)柱外效应色谱峰展宽的总方差,等于柱内、柱外及其他独立因素的方差和:第32页/共90页2.柱外峰展宽(柱外效应,外)第33页/共90页第34页/共90页一、影响分离的因素 (factors influenced separation)1.影响分离的因素与提高柱效的途径 在高效液相色谱中,液体的扩散系数仅为气体的万分之一,则速率方程中的分子扩散项B/U较小,可以忽略不计,即:H=A+Cu 故液相色谱H-u曲线与气相色谱的形状不同,如
13、图所示。第35页/共90页2.流速 流速大于0.5 cm/s时,Hu曲线是一段斜率不大的直线。降低流速,柱效提高不是很大。但在实际操作中,流量仍是一个调整分离度和出峰时间的重要可选择参数。3.固定相及分离柱 气相色谱中的固定液原则上都可以用于液相色谱,其选用原则与气相色谱一样。但在高效液相色谱中,分离柱的制备是一项技术要求非常高的工作,一般很少自行制备。第36页/共90页第二章 HPLC仪器的简介及工作原理本章内容:往复式活塞泵的结构及工作原理手动精样器(六通阀)结构及工作原理常见检测器检测的原理第37页/共90页第一节 高效液相色谱仪 高效液相色谱仪由 高压输液系统、进样系统、分离系统、检测
14、系统、记录系统 等五大部分组成(见图)。分析前,选择适当的色谱柱和流动相,开泵,冲洗柱子,待柱子达到平衡而且基线平直后,用微量注射器把样品注入进样口,流动相把试样带入色谱柱进行分离,分离后的组分依次流入检测器的流通池,最后和洗脱液一起排入流出物收集器。当有样品组分流过流通池时,检测器把组分浓度转变成电信号,经过放大,用记录器记录下来就得到色谱图。色谱图是定性、定量和评价柱效高低的依据。第38页/共90页HPLC结构:输液系统;进样系统;分离系统;检测系统;梯度洗脱装置;数据处理系统第39页/共90页第二节 系统介绍一、高压输液系统 高压输液系统由 溶剂贮存器、高压泵、梯度洗脱装置和压力表 等组
15、成。1.1.溶剂贮存器 溶剂贮存器一般由玻璃、不锈钢或氟塑料制成,容量为1到2 L,用来贮存足够数量、符合要求的流动相。注意:密闭、经0.45m滤膜过滤!2.2.高压输液泵 高压输液泵是高效液相色谱仪中关键部件之一,其功能是 将溶剂贮存器中的流动相以高压形式连续不断地送入液路系统,使样品在色谱柱中完成分离过程。由于液相色谱仪所用色谱柱径较细,所填固定相粒度很小,因此,对流动相的阻力较大,为了使流动相能较快地流过色谱柱,就需要高压泵注入流动相。第40页/共90页第二节 系统介绍 对泵的要求:输出压力高、流量范围大、流量恒定、无脉动,流量精度和重复性为0.5%左右。此外,还应耐腐蚀,密封性好。高压
16、输液泵,按其性质可分为恒压泵和恒流泵两大类。恒流泵是能给出恒定流量的泵,其流量与流动相粘度和柱渗透无关。恒压泵是保持输出压力恒定,而流量随外界阻力变化而变化,如果系统阻力不发生变化,恒压泵就能提供恒定的流量。第41页/共90页泵图第42页/共90页第二节 系统介绍3.3.梯度洗脱装置 梯度洗脱就是在分离过程中使两种或两种以上不同极性的溶剂按一定程序连续改变它们之间的比例,从而使流动相的强度、极性、pH值或离子强度相应地变化,达到提高分离效果,缩短分析时间的目的。梯度洗脱装置分为两类:一类是外梯度装置(又称低压梯度),流动相在常温常压下混合,用高压泵压至柱系统,仅需一台泵即可。另一类是内梯度装置
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