第八章色谱法导论优秀课件.ppt

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1、第八章色谱法导论第1 页，本讲稿共60 页1、反-1,2-二氯乙烯 2、顺-1,2-二氯乙烯 3、溴氯乙烷 4、1,2-二氯乙烷 5、1,4-二氟苯 6、三氯乙烯 第2 页，本讲稿共60 页一、色谱法概述n 色谱法的发展n 色谱法的分类n 色谱法的特点第3 页，本讲稿共60 页色谱法的发展1906年，俄植物学家M.Tswett分离植物色素物叶的色素植组成叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙色）叶黄素（黄色）第4 页，本讲稿共60 页植物色素的分离 固定相CaCO3颗粒 流动相 石油醚 色带色带第5 页，本讲稿共60 页植物色素的分离流动相有液体也有气体固定相有固体也有液体色谱带有有

2、颜色的、紫外色带、无色的第6 页，本讲稿共60 页色谱法分类n 按流动相和固定相所处状态分n 按固定相的固定形式分n 按分离过程机制分第7 页，本讲稿共60 页按流动相和固定相所处状态分n 气相色谱（GC）气液色谱 气固色谱n 液相色谱（LC）液液色谱 液固色谱流动相气体 液体方法 气相色谱GC 液相色谱LC固定相固体吸附剂液体 固体吸附剂液体分离依据吸附 分配 吸附 分配方法名称气固色谱气液（分配）色谱液固色谱液液色谱第8 页，本讲稿共60 页按固定相的固定方式分n 柱色谱n 纸色谱n 薄层色谱第9 页，本讲稿共60 页按固定相的固定方式分n 柱色谱n 纸色谱n 薄层色谱第10 页，本讲稿共

3、60 页按分离过程机制分n 吸附色谱n 分配色谱n 离子交换色谱n 排阻色谱第1 1 页，本讲稿共60 页按分离过程机制分n 吸附色谱利用吸附剂表面对不同组分吸附能力的 差异进行分离n 分配色谱利用不同组分在两相中分配系数差异进行分离n 离子交换色谱利用离子交换原理n 排阻色谱利用多孔性物质对不同大小分子排阻的差异，进行分离第12 页，本讲稿共60 页色谱法的特点n 分离效能高 可以分离100 多个组分n 灵敏度高 检测10-1110-13g 痕量物质n 分析速度快 几分钟十几分钟一个周期n 应用范围广 气、液、固体，几乎所有物质缺点：未知物的定性比较困难色谱法的实质是组分的分离。第13 页，

4、本讲稿共60 页二、色谱法的分离原理色谱分离过程示意图欲分离的混合组分流动相第14 页，本讲稿共60 页n 样品在固定相与流动相之间进行分配，很快达到分配平衡。n 当流动相流过时，样品将在流动相和新的固定相中又达到分配平衡n 同时原来仍在固定相中的样品与新的流动相之间也会形成新的分配平衡。n 随着流动相的不断流过，它们携带分配平衡后的样品，沿着柱子向前流动。在流动相中分配多的A 组分在前，在固定相中分配多的B 组分在后。从而分离。分离的组分在柱中是一个组分段，所以出一个峰。色谱分离原理：第15 页，本讲稿共60 页分配系数：分配比：（容量因子，容量比）cs：组分在固定相中的浓度，cm：组分在流

5、动相中的浓度p：组分在固定相中的质量，q：组分在流动相中的质量Vm：色谱柱固定相体积，Vs：色谱柱流动相体积第16 页，本讲稿共60 页三、色谱图及常用术语 色谱图：试样各组分经色谱分离后，从柱后流出进入检测器，检测器将各组分浓度（或质量）的变化转换为电信号（电压或电流），再由记录仪记录下来，所得的电信号强度随时间变化的曲线，即为流出曲线，也称为色谱图，或者叫作色谱峰。第17 页，本讲稿共60 页色谱图基线第18 页，本讲稿共60 页常用术语n 基线：柱中只有流动相流过时，检测器的响应信号记录值n 峰高h：色谱峰顶点与基线的垂直距离n 区域宽度 峰底宽：Wb 半峰宽：1/2h处的峰宽，W1/2

6、 标准偏差：0.607h处的峰宽为2 峰面积：对称峰 A=1.065hW1/2第19 页，本讲稿共60 页常用术语n 保留值：表示试样中各组分在色谱柱内停留状况的一个指标，反映了组分分子与固定相分子间作用力的大小，通常用时间或载气体积来表示 用时间表示的保留值 用体积表示的保留值第20 页，本讲稿共60 页用时间表示的保留值(单位：min，s等）n 死时间（tM）不被固定相保留的组分，从进样到出现最大峰所需的时间，也即流动相流经色谱柱所需的时间n 保留时间（tR）试样从进样到出现最大峰所需的时间n 调整保留时间（tR）tR=tR-tM L-柱长度，u 流动线速度第21 页，本讲稿共60 页用体

7、积表示的保留值(单位：mL）n 死体积（vM）不被固定相保留的组分，通过色谱柱所消耗的流动相体积，可由死时间确定n 保留体积（vR）试样从进样到出现最大峰所通过的流动相体积n 调整保留体积（vR）vR=vR-vM第22 页，本讲稿共60 页相对保留值（）也称为选择性因子，为两组分的调整保留值之比 一般我们选择tR2大于tR1，所以值一般大于1，越大，分离效果越好。与柱温、组分性质、固定相流动性性质有关，与柱长、柱径、填充、流动相流速无关第23 页，本讲稿共60 页由色谱图得出的结论n 色谱峰的个数判断组分的个数n 色谱峰的保留值定性分析n 色谱峰的面积或峰高定量分析n 相对保留值固定相与流动相

8、的选择是否合适n 保留值、区域宽度评价色谱柱分离效能的好坏第24 页，本讲稿共60 页四、色谱法基本理论a、A,B组分未分离b、A,B组分分离不完全c、A,B组分分离完全第25 页，本讲稿共60 页n 两组分的分配系数有差异n 区域扩散速率小于区域分离速率受哪些因素影响？塔板理论速率理论第26 页，本讲稿共60 页塔板理论塔板理论的假设：1、色谱由一系列连续的，相等的水平塔板组成，每一塔板高度为H，理论塔板数n=L/H2、在柱内一小段H内，组分可在两相间迅速达到平衡3、流动相进入是间歇的，而非连续，每次进入为一个塔板体积4、所有组分纵向扩散不计5、分配系数K恒定不变第27 页，本讲稿共60 页

9、塔板理论的结论：n 理论塔板数n大于50，可得到峰形基本对称的曲线n 只要被分离组分分配系数K有差异，只要n足够大，均可进行分离n n与半峰宽及峰底宽的关系如果若tR一定，那么n越大，H越小，则色谱峰越窄，柱效能越高。第28 页，本讲稿共60 页塔板理论的优点及局限性：n 优点：提出了计算和评价柱效能高低的因素，而且很直观n 缺点：1、纵向扩散不能忽略 2、分配系数与浓度无关只能在有限 的浓度范围内成立 3、色谱柱中没有真正的平衡体系第29 页，本讲稿共60 页塔板理论解决的问题：解释流出曲线的形状（正态分布）、浓度极大位置、评价柱效的公式。不能解释：影响塔板高度的因素、不同流速下塔板高度为何

10、不同。影响柱效的本质问题第30 页，本讲稿共60 页n n 越大，H 越小，柱效越高。n 但是n 越大只是说明在色谱柱中组分分配次数更多，但是不能确定能否组分是否能分开。n 决定组分分开的因素是组分的分配系数差别。n 柱效只是说明柱分离效能发挥的程度。为了弥补以上理论不足，发展了速率理论。第31 页，本讲稿共60 页速率理论n 1956年 荷兰 范弟姆特 速率理论A：涡流扩散项系数，B：分子扩散项系数，C：传质项系数，：平均线速A，B，C越小，H越小，n越大，柱效高A，B，C越大，H越大，n越小，柱效低第32 页，本讲稿共60 页A-涡流扩散项n 起因 由于流动相流经填充物的不规则空隙时，其流

11、动方向改变，形成紊乱的类似“涡流”的流动而引起涡流扩散过程示意图：填充不规则因子，dp：填充物平均直径n 结论 dp越小（采用小颗粒填充物），越小（颗粒均匀），A就越小第33 页，本讲稿共60 页B/-分子扩散项（纵向扩散项）n 起因：样品在纵向上的浓度梯度而造成的扩散：弯曲因子，与填充物有关，即由于填充物中固定相颗粒的存在，使分子自由扩散受到阻碍，扩散程度降低Dg：组分分子在其气相中的扩散系数，组分分子量大，Dg小；柱温高，Dg大；柱压大，Dg小；载气分子量大，Dg小：流动相平均线速n 结论：采用分子量较大的载气，较高的载气流速，控制较低的温度，可使分子扩散项系数减小第34 页，本讲稿共60

12、 页C-传质阻力项n 起因：物质系统由于浓度不均匀而发生的物质迁移过程中存在的阻力Cg：气相传质阻力项系数Cl：液相传质阻力项系数第35 页，本讲稿共60 页Cg：气相传质阻力项系数，即为气相传质过程中，待测试样组分从气相移动到固定相表面的过程中进行分配时，因分配缓慢而引起色谱峰的扩张k：容量因子，dp：填充物平均直径，Dg：组分在气相中的扩散系数n 结论：采用颗粒小的填充物，及分子量小的载气第36 页，本讲稿共60 页Cl：液相传质阻力项系数，由组分分子从气液界面扩散至固定液内，达到平衡后再返回气液两相界面的传质过程中存在的阻力k：容量因子，df：固定液液膜厚度，Dl：组分在液相中的扩散系数

13、n 结论：降低液膜厚度第37 页，本讲稿共60 页范氏方程总的影响因素：填充物的均匀程度，填充物粒度的大小，流动相的种类和线速，固定相的液膜厚度第38 页，本讲稿共60 页n 柱效：色谱分离的动力学因素，由理论塔板数来衡量。如果若tR一定，那么n越大，H越小，则色谱峰越窄，柱效能越高。n 选择性：两峰间的距离衡量色谱的选择性，距离越大选择性越好，一般以表示五、分离度第39 页，本讲稿共60 页(a)、两组分没有完全分离(b)、两组分完全分离，但柱效不高(c)、两组分分离不完全，但柱效较好(d)、两组分分离完全，且柱效很好第40 页，本讲稿共60 页分离度（分辨率，分辨度）分离度：色谱峰中相邻两

14、峰分离程度的量度，是相邻两峰保留值之差与两峰峰底宽的平均值之比。若峰底宽难测量时，以半峰宽计，并认为半峰宽为峰底宽的一半，Wb=W1/2第41 页，本讲稿共60 页Rs1.5，两峰完全分离第42 页，本讲稿共60 页分离度公式1、n理论塔板数，n越大，Rs越大n=L/H，降低塔板高度H来增加塔板数2、kB容量因子，kB增大也可使Rs增大3、相对保留值，1才可进行分离，=1不能分离第43 页，本讲稿共60 页六、色谱的定性分析和定量分析n 定性分析n 定量分析第44 页，本讲稿共60 页定性分析n 利用纯物质进行对照n 相对保留值法n 已知物的峰高加入法n 保留指数定性法 与其他方法结合第45

15、页，本讲稿共60 页利用纯物质进行对照第46 页，本讲稿共60 页相对保留值法 分别测出待测组分物质i与基准物质s 的调整保留值，求出相对保留值is，由求出的is与文献值比较后进行定性第47 页，本讲稿共60 页已知物的峰高加入法n 首先作出未知物样品的色谱图n 然后在未知物样品中加入某已知物，又得一色谱图n 峰高增加的组分即可能为这种组分。第48 页，本讲稿共60 页保留指数定性法（柯瓦指数）1、规定正构烷烃的保留指数为其碳原子数乘以100，如正戊烷，正己烷、正庚烷的保留值分别为500，600和7002、z，z+1为正构烷烃的碳数，测得碳数为z，z+1以及样品i的调整保留时间分别为tR(z)

16、，tR(z+1)，tR(i)，且tR(z)tR(i)tR(z+1)，那么Ix 为组分的柯瓦指数3、由求出的Ix 值查阅文献，推测未知物到底为何物第49 页，本讲稿共60 页 与其它方法结合进行定性a、与质谱、红外、核磁的结合鉴别b、与化学法结合，某些基团发生反应后，峰消失，据此初步判定试样含有那些基团。可用预装柱。c、用不同检测器大致鉴别：氢火焰检测器对有机物灵敏，电子捕获器对卤素、氧氮灵敏。根据信号的灵敏程度可以大致判断化合物类型。第50 页，本讲稿共60 页定量分析n 定量分析基础：待测组分的质量或浓度与色谱峰的峰面积或峰高成正比第51 页，本讲稿共60 页响应信号的测量n 峰面积 峰高乘

17、以半峰宽法（适于对称峰）A=1.065hW1/2 峰高乘以平均峰宽法（适于不对称峰）A=1/2h(W0.15+W0.85)剪纸称重法 自动积分仪法n 峰高测量法n 峰高乘以峰底宽法 n A=hW(适于低而宽的峰)第52 页，本讲稿共60 页校正因子n 绝对校正因子n 相对校正因子第53 页，本讲稿共60 页n 相对校正因子：组分i与标准物质 s的绝对校正因子之比面积校正因子峰高校正因子第54 页，本讲稿共60 页定量方法n 归一化法(适于全部组分出峰）n 内标法(不要求全部组分出峰）n 内标标准法（不要求校正因子）n 外标法（标准曲线法）第55 页，本讲稿共60 页归一化法优点：简单、准确、受

18、操作条件影响小缺点：样品中组分必须全部都有可测量的色谱峰；测量低含量或微量物质时误差较大m为待测物质质量，wi为组分i在试样总量中所占的比例第56 页，本讲稿共60 页内标法n 将一定量的纯物质作为内标物加入到准确称量的试样中，根据试样和内标物的质量以及被测组分和内标物的峰面积或峰高求出组分的含量m为待测物质质量，wi为组分i在试样总量中所占的比例第57 页，本讲稿共60 页内标物要求：n 试样中不存在n 性质与被测物相近，能完全溶于样品中，但不与样品反应n 内标物的峰与试样各组分的峰完全分开，且尽可能与待测组分峰接近n 内标物质量与被测物质量相近第58 页，本讲稿共60 页内标法优缺点：优点：消除外界条件不一致所引起的误差，适合于低含量组分的测定缺点：增加了内标物，对分离度的要求更高第59 页，本讲稿共60 页外标法（标准曲线法）优点：操作简单，计算方便，不需校正因子，适合于定量分析 缺点：对操作的一致性和进样的准确性要求很高第60 页，本讲稿共60 页