色谱法概述及气相色谱.ppt
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1、第一章第一章 色谱法绪论色谱法绪论一一 色谱法发展史色谱法发展史 P1 P1“色谱法色谱法”名称的由来名称的由来石油醚石油醚(流动相流动相)碳酸钙碳酸钙(固定相固定相)色色谱谱带带是利用混合物不同组分在是利用混合物不同组分在固定相固定相和和流流动相动相中分配系数中分配系数(或吸附系数、渗透或吸附系数、渗透性等性等)的差异,使不同组分在作相对的差异,使不同组分在作相对运动的两相中进行反复分配,实现分运动的两相中进行反复分配,实现分离的分析方法。离的分析方法。色谱法色谱法气相色谱气相色谱(Gas chromatography)填充柱气相色谱填充柱气相色谱(Packed column gas chr
2、omatography)毛细管气相色谱毛细管气相色谱(Capillary column gas chromatography)裂解气相色谱裂解气相色谱(Pyrolysis gas chromatography)顶空气相色谱顶空气相色谱(Headspace gas chromatography)气相质谱联用技术气相质谱联用技术(Gas chromatography-Mass spectrometry)液相色谱液相色谱(Liquid chromatography)高效液相色谱高效液相色谱(High performance liquid chromatography)超临界流体色谱超临界流体色谱(S
3、upercritical fluid chromatography)高效毛细管电泳高效毛细管电泳(High performance capillary electrophoresis)毛细管电色谱毛细管电色谱(Capillary electrochromatography)液相质谱联用技术液相质谱联用技术(Liquid chromatography-Mass spectrometry二、色谱方法的一些新技术二、色谱方法的一些新技术三、色谱法的特点三、色谱法的特点(1)分离效率高分离效率高 复杂混合物,有机同系物、异构体。手性异构体。(2 2)灵敏度高灵敏度高 可以检测出g.g-1(10-6)级
4、甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。(3)分析速度快分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。(4 4)应用范围广应用范围广 气相色谱:沸点低于400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。不足之处:不足之处:被分离组分的定性较为困难。联用技术四、四、色谱法的分类色谱法的分类 P7根据流动相的根据流动相的物态可分为物态可分为气相色谱气相色谱(GC)液相色谱液相色谱(LC)超临界流体色谱超临界流体色谱(SFC)根据固定相的外形分根据固定相的外形分柱色谱柱色谱平板色谱平板色谱平平 板板 色色 谱谱根据分离机理根据分离机理可分为可分为吸附色谱
5、吸附色谱分配色谱分配色谱离子交换色谱离子交换色谱排阻色谱排阻色谱五、色谱色谱文献 P11发表色谱文献的主要期刊Journal of Chromatography.A 色谱Journal of Chromatography.B 分析测试通报The Journal of Microcolumn Separation 分析科学学报Chromatographia 分析仪器Journal of Chromatography ScienceJournal of High Resolution ChromatographyLCGCAnalyst一一 色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线及有关术语 P19 P1
6、9第二章第二章 色谱法原理色谱法原理(一)保留值一)保留值定性定性1 死时间死时间t0流动相流动相平均线速度平均线速度柱长柱长2 保留时间保留时间tr3 校正校正(调整调整)保留时间保留时间4 死体积死体积V05 保留体积保留体积Vr6 校正校正(调整调整)保留体积保留体积7 相对保留值相对保留值ri,s8 分离因子分离因子(二)峰高与峰面积二)峰高与峰面积定量定量(三)区域宽度(三)区域宽度柱效柱效峰底宽度峰底宽度W半峰宽半峰宽W1/2标准偏差标准偏差(四)色谱流出曲线上的信息四)色谱流出曲线上的信息1 根据色谱峰的个数,可判断样品所含的最少根据色谱峰的个数,可判断样品所含的最少组份数。组份
7、数。2 根据色谱峰的保留值,可以进行定性分析。根据色谱峰的保留值,可以进行定性分析。3 根据色谱峰的面积或峰高根据色谱峰的面积或峰高,可以进行定量分可以进行定量分析析4 色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱分离效能的依据分离效能的依据5 色谱峰两峰间的距离,是评价固定相色谱峰两峰间的距离,是评价固定相(或流动或流动相相)选择是否合适的依据。选择是否合适的依据。三三 色谱分析的基本原理色谱分析的基本原理组分保留时间为何不同?组分保留时间为何不同?色谱峰为何变宽?色谱峰为何变宽?(一)分配系数一)分配系数K和分配比和分配比k组分在固定相中的浓度组分在固定相中
8、的浓度组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度1 分配系数分配系数组分一定时,组分一定时,K主要取决于固定相性质主要取决于固定相性质组分及固定相一定时组分及固定相一定时,温度增加温度增加,K减小减小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影响影响K的因素的因素 固定相固定相温度温度2 分配比分配比(容量因子容量因子)k组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量K与与k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。关的常数。K与与k
9、 k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,数值越大,该组分的保留时间越长。数,数值越大,该组分的保留时间越长。k k可直接从色谱图上获得。可直接从色谱图上获得。3 分配系数分配系数K与分配比与分配比k的关系的关系4 分离因子分离因子与与分配系数分配系数K及及分配比分配比k的关系的关系(二)色谱理论二)色谱理论 (自习为主)(自习为主)1 塔板理论塔板理论柱分离效能指标柱分离效能指标*k=1 塔板号塔板号载载气塔板体气塔板体积积数数01234柱出口柱出口01234567891011121314151610.50.250.1250.0630.0320.0160.008
10、0.0040.0020.00100000000.50.50.3750.250.1570.0950.0560.0320.0180.0100.0050.0020.001000000.250.3750.3750.3130.2350.1650.1110.0720.0450.0280.0160.0100.0050.0020.0010.000.1250.250.3130.3130.2740.220.1660.0940.0700.0490.0330.0220.0140.00800000.0630.1570.2350.2740.2740.2470.2070.1510.1100.080.0570.0400.02
11、7000000.0320.0790.1180.1380.1380.1240.1040.0760.0560.0400.0280.020理论塔板数理论塔板数理理论论塔塔板板高高度度色谱柱长度色谱柱长度柱效能柱效能指标指标当当色色谱谱柱柱长长度度一一定定时时,塔塔板板数数 n 越越大大(塔塔板板高高度度 H 越越小小),被被测测组组分分在在柱柱内内被被分分配配的的次次数数越越多多,柱柱效效能能越越高高,所所得色谱峰越窄。得色谱峰越窄。不不同同物物质质在在同同一一色色谱谱柱柱上上的的分分配配系系数数不不同同,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效能的指标时,应指明测定
12、物质。柱效能的指标时,应指明测定物质。有效塔板数有效塔板数有效板高有效板高2 速率理论速率理论影响柱效的因素影响柱效的因素 (自习为主)(自习为主)流动相流动相线速度线速度范弟姆特方程范弟姆特方程1)涡流扩散项涡流扩散项A固定相颗粒越小,填充的越均匀固定相颗粒越小,填充的越均匀A越小,越小,H越小,柱效越高,色谱峰越窄。越小,柱效越高,色谱峰越窄。2)分子扩散项分子扩散项B/u(纵向扩散项纵向扩散项)流动相流动相柱内谱带构型柱内谱带构型相应的响应信号相应的响应信号产生原因:产生原因:浓度梯度浓度梯度影响因素:影响因素:流动相流速;流动相流速;气体扩散系数气体扩散系数3)传质阻力项传质阻力项Cu
13、气相传质阻力气相传质阻力固定相颗粒越小,载气分子量越小固定相颗粒越小,载气分子量越小气相传质阻力越小气相传质阻力越小液相传质阻力液相传质阻力固定液粘度及液膜厚度越小固定液粘度及液膜厚度越小液相传质阻力越小液相传质阻力越小4)流动相线速度对板高的影响流动相线速度对板高的影响四四 分离度分离度定义:定义:tr2,tr1:组分组分2和组分和组分1的保留时间的保留时间W2,W1:组分组分2和组分和组分1的峰底宽度的峰底宽度R=1.5完全分离完全分离五五 基本色谱分离方程式基本色谱分离方程式对于难分离相邻两组分:对于难分离相邻两组分:W1W2WP185(10-12)分离度与分离度与k、n及及 的关系的关
14、系 k从从1增加到增加到3,R增加到原来的增加到原来的1.5倍倍 (k:2-7)n增加到原来的增加到原来的3倍倍,R增加到原来的增加到原来的1.7倍倍 从从1.01增加到增加到1.1,增加约增加约9,R增增 加到原来的加到原来的9倍倍结论结论选择合适的固定相选择合适的固定相(流动相流动相)以增加以增加 是改善分离度最有效的方法是改善分离度最有效的方法1)各组分的分配系数必须不同。这一条件各组分的分配系数必须不同。这一条件通过选择合适的固定相来实现。通过选择合适的固定相来实现。2)区域扩宽的速度应小于区域分离的速度,区域扩宽的速度应小于区域分离的速度,即色谱柱的柱效要高。即色谱柱的柱效要高。3)
15、在保证快速分离的前提条件下,色谱柱在保证快速分离的前提条件下,色谱柱应足够长。应足够长。使试样中的不同组分分使试样中的不同组分分离需要满足的条件离需要满足的条件第三章第三章 色谱定性、定量方法及应用色谱定性、定量方法及应用 P274一一 定性分析定性分析1 用已知纯物质用已知纯物质 对照定性对照定性保留值定性保留值定性峰高增加法定性峰高增加法定性 2 用经验规律和文献值定性用经验规律和文献值定性(1)经验规律经验规律碳数规碳数规律律在一定温度下,在一定温度下,同系物同系物同系物同系物的调整保留时间的的调整保留时间的对数与分子中碳数成线性关系对数与分子中碳数成线性关系如果知道两种或更多同系物的调
16、整保留时间,则可如果知道两种或更多同系物的调整保留时间,则可求出常数求出常数A和和C。从色谱图查出未知物的。从色谱图查出未知物的 后,根后,根据上式即可求出未知物的碳数。据上式即可求出未知物的碳数。(2)相对保留值相对保留值(3)保留指数保留指数 P276 P276 优点优点Z,Z+1:正构烷烃的碳原子数正构烷烃的碳原子数进样例:乙酸正丁酯在阿皮松例:乙酸正丁酯在阿皮松L柱上的流出曲线如下柱上的流出曲线如下图所示。由图中测得调整保留距离为:乙酸正图所示。由图中测得调整保留距离为:乙酸正丁酯丁酯310.0 mm,正庚烷,正庚烷174.0 mm,正辛烷,正辛烷373.4 mm。求乙酸正定酯的保留指
17、数。求乙酸正定酯的保留指数。在与文献值对照时,一在与文献值对照时,一定要重视文献值的实验定要重视文献值的实验条件,如固定液、柱温条件,如固定液、柱温等。而且要用几个已知等。而且要用几个已知组分进行验证。组分进行验证。3 联机定性联机定性GC/MS(气相色谱气相色谱-质谱质谱)例:川桂皮挥发油的化学成分分析例:川桂皮挥发油的化学成分分析色谱柱:色谱柱:SE54(30m0.25mm0.25m)色谱操作条件色谱操作条件载气:氦气,流速载气:氦气,流速1mL/min柱温:初温柱温:初温60保持保持1min,8 /min升温至升温至150,6 /min升温至升温至190,8 /min升升温至温至250,
18、保持,保持1min总离子流色谱图总离子流色谱图6号峰的质谱图号峰的质谱图GC/AES(气相色谱原子发射光谱气相色谱原子发射光谱)二二甲甲基基硒硒烯烯丙丙基基甲甲基基硒硒甲甲基基亚亚磺磺基基硒硒酸酸甲甲酯酯二二甲甲基基二二硒硒2丙丙稀稀硫硫硒硒酸酸甲甲酯酯 1丙丙稀稀硫硫硒硒酸酸甲甲酯酯 双双(甲甲硫硫)硒硒烯烯丙丙基基甲甲基基硫硫二二甲甲基基二二硫硫二二烯烯丙丙基基硫硫烯烯丙丙基基甲甲基基二二硫硫二二甲甲基基三三硫硫二二烯烯丙丙基基二二硫硫烯烯丙丙基基甲甲基基三三硫硫二二烯烯丙丙基基三三硫硫GC-AES同时检测大蒜中碳、硫、硒化合物同时检测大蒜中碳、硫、硒化合物Se(196.1 nm)C(19
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- 色谱 概述
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