第十七章色譜分析法概論.ppt

色譜法是一種分離分析方法各物質(zhì)在兩相中具有不同的分配系數(shù)，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在兩相中進(jìn)行多次反復(fù)的分配達(dá)到分離。,薄層色譜,柱色譜,紙色譜,流動(dòng)相：氣相色譜、液相色譜、超臨界流體色譜固定相：氣固、氣液；液固、液液,2.按固定相的形式分類,第一節(jié)色譜法的分類和發(fā)展,1.按兩相狀態(tài)分類,柱色譜：填充柱色譜、毛細(xì)管色譜平面色譜：紙色譜、薄層色譜,3.按分離機(jī)制分類,分配色譜：根據(jù)不同組分在固定液中溶解度的大小而分離吸附色譜：根據(jù)不同組分在吸附劑上的吸附和解吸能力的大小而分離離子交換色譜：不同組分對(duì)離子交換樹脂的親和力不同空間排阻色譜：依據(jù)分子幾何尺寸大小不同進(jìn)行分離,色譜法的分類,第二節(jié)色譜過程和基本原理,一、色譜過程,樣品加入各組分隨著流動(dòng)相的不斷向前而在兩相間反復(fù)進(jìn)行溶解、揮發(fā)，或吸附、解吸。如果各組分在兩相中的分配系數(shù)不同，它們就有可能達(dá)到分離。,基線、峰高h(yuǎn)、半峰寬W1/2、峰寬W,二、色譜流出曲線和術(shù)語,（一）色譜流出曲線和色譜峰,由色譜峰的流出曲線可以實(shí)現(xiàn)一下目的：（1）依據(jù)色譜峰的保留值進(jìn)行定性分析（2）依據(jù)色譜峰的面積或峰高進(jìn)行定量分析（3）依據(jù)色譜峰的保留值以及峰寬評(píng)價(jià)色譜柱的分離效能,（二）保留值,保留時(shí)間tR死時(shí)間t0調(diào)整保留時(shí)間tR=tRt0（組分在固定相中停留的總時(shí)間）保留體積VR=tRFc（與流動(dòng)相流速無關(guān)）死體積V0=t0Fc（從進(jìn)樣器至檢測(cè)器的流路中未被固定相占有的空間）調(diào)整保留體積VR=tRFc,相對(duì)保留值（只與柱溫及固定相的性質(zhì)有關(guān)）保留指數(shù),保留值,在某一色譜條件下，把含A和B以及兩相鄰的兩種正構(gòu)烷烴的混合物注入色譜柱分析。A在相鄰的兩種正構(gòu)烷烴之間流出，它們的調(diào)整保留時(shí)間分別為10min，11min和12min；最先流出的正構(gòu)烷烴的保留指數(shù)為800；組分B的保留指數(shù)為882.3。求組分A的保留指數(shù)。試問A和B有可能是同系物嗎？,例：,解：,（三）色譜峰高和峰面積,1.峰高組分在柱后出現(xiàn)濃度極大時(shí)的檢測(cè)信號(hào)，即色譜峰頂至基線的距離2.峰面積色譜曲線與基線間包圍的面積,（四）色譜峰區(qū)域?qū)挾?1.標(biāo)準(zhǔn)差2.半峰寬W1/2W1/2=2.3553.峰寬WW=4,（五）分離度,三、分配系數(shù)與色譜分離,分配系數(shù),K大的組分，滯留在固定相中的時(shí)間長(zhǎng)，在柱內(nèi)移動(dòng)的速度慢，后流出柱子。溫度升高，K變小。K為常數(shù)時(shí)，是線性色譜。,（一）分配系數(shù)和容量因子,容量因子（分配比）,（二）分配系數(shù)和容量因子與保留時(shí)間的關(guān)系,（三）色譜分離的前提,例：在1m長(zhǎng)的填充色譜柱上，某鎮(zhèn)靜藥物A及其異構(gòu)體B的保留時(shí)間分別為5.80min和6.60min；峰底寬度分別為0.78min及0.82min，空氣通過色譜柱需1.10min。計(jì)算：載氣的平均線速度；組分B的分配比；A及B的分離度。,解：,第三節(jié)基本類型色譜方法及其分離機(jī)制,利用被分離組分在固定相和流動(dòng)相中溶解度的差別來實(shí)現(xiàn)分離。溶質(zhì)分子在固定相中溶解度越大，或在流動(dòng)相中溶解度越小，則K越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)。,一、分配色譜法,1.分離原理,固定相：途漬在惰性載體顆粒上的一薄層液體，又稱固定液。流動(dòng)相：氣體或液體流動(dòng)相極性固定相極性反相分配色譜,2.固定相和流動(dòng)相,符合相似相容原理,3.洗脫順序,二、吸附色譜法,利用被分離組分對(duì)固定相表面吸附中心吸附能力差別而實(shí)現(xiàn)分離。氣固、液固吸附過程是試樣中組分分子Xm與流動(dòng)相分子Yn爭(zhēng)奪吸附劑表面活性中心的過程,1.分離原理,2.固定相和流動(dòng)相,固定相：多為具有較大比表面積、多孔性微粒狀的吸附劑流動(dòng)相：極性越強(qiáng)，洗脫能力越強(qiáng)。,3.洗脫順序,吸附能力的一般規(guī)律：(1)非極性化合物一般不被吸附；(2)極性基團(tuán)越多，極性越強(qiáng)；(3)不飽和化合物比飽和化合物極性強(qiáng)，雙鍵越多越強(qiáng)；(4)常見化合物的吸附能力順序烷烴烯烴鹵代烴醚硝基化合物叔胺酯酮醛酰胺醇酚伯胺羧酸,三、離子交換色譜法,利用被分離組分離子交換能力的差別而實(shí)現(xiàn)分離。離子交換過程可用通式表示：,1.分離原理,固定相：為離子交換劑，如：離子交換樹脂、硅膠化學(xué)鍵合離子交換劑離子交換樹脂：網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的高分子多元酸或多元堿的聚合物。性能指標(biāo)：交聯(lián)度、交換容量、粒度流動(dòng)相：一定pH和離子強(qiáng)度的緩沖溶液,2.固定相和流動(dòng)相,溶質(zhì)離子的電荷和水合半徑價(jià)態(tài)高的離子選擇性系數(shù)大；水合半徑增大，離子選擇性系數(shù)變小。離子交換劑的交聯(lián)度和交換容量越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)流動(dòng)相的組成和pH,3.影響保留行為的因素,四、空間排阻色譜法,根據(jù)被分離組分分子的線團(tuán)尺寸而進(jìn)行分離又稱凝膠色譜法分離與流動(dòng)相的性質(zhì)無關(guān),1.分離原理,固定相：為多孔凝膠主要性能參數(shù)：平均孔徑、排斥極限、分子量范圍流動(dòng)相：溶解性、粘度低,2.固定相和流動(dòng)相,3.保留體積與滲透系數(shù)的關(guān)系,分子尺寸大，即分子量大的組分其滲透系數(shù)小，保留體積小，先出峰。,第四節(jié)色譜法基本理論,色譜分離是色譜體系熱力學(xué)過程和動(dòng)力學(xué)過程的綜合表現(xiàn)。熱力學(xué)過程是指與組分在體系中分配系數(shù)相關(guān)的過程，以塔板理論為代表。動(dòng)力學(xué)過程是指組分在該體系兩相間擴(kuò)散和傳質(zhì)的過程，以速率理論為代表。,組分保留時(shí)間為何不同？色譜峰為何變寬？,一、塔板理論（熱力學(xué)）,塔板理論假定:塔板和塔板之間不連續(xù)；塔板之間無分子擴(kuò)散；組分在每塊塔板的兩相間的分配平衡瞬時(shí)達(dá)到，達(dá)到一次分配平衡所需的最小柱長(zhǎng)稱為理論塔板高度；一個(gè)組分在每塊塔板上的分配系數(shù)相同；流動(dòng)相以不連續(xù)的形式加入，即以一個(gè)一個(gè)塔板體積加入。,（一）質(zhì)量分配和轉(zhuǎn)移,（二）流出曲線方程,一、質(zhì)量分配和轉(zhuǎn)移,組分在n=5，k=1柱內(nèi)任一板上分配表,組分在n=7，k=p/q柱內(nèi)任一板上分配表,n越大，H越小，色譜峰越窄，柱效越高；H與柱長(zhǎng)無關(guān)。,（三）理論塔板數(shù)和理論塔板高度,例在2m長(zhǎng)的色譜柱上，測(cè)得某組分保留時(shí)間（tR）6.6min，峰寬0.5min，死時(shí)間1.2min，柱出口用皂膜流量計(jì)測(cè)得載氣體積流速40mL/min，固定相體積2.1mL，求：（1）容量因子；（2）死體積；（3）調(diào)整保留體積；（4）分配系數(shù)；（5）有效塔板數(shù)；（6）有效塔板高度。,解,證明：,例在3.0m色譜柱上，空氣、組分X和組分Y的保留時(shí)間分別為1.0、14.0、17.0min，Y的峰寬為1.0min，計(jì)算X和Y完全分離時(shí)，柱長(zhǎng)最短為多少？,例已知物質(zhì)A和B的分配系數(shù)K分別為6.50和6.31，已知固定相和流動(dòng)相的體積比為0.422。試計(jì)算：（1）兩物質(zhì)的分配比;（2）選擇性系數(shù)；（3）欲得到分離度為1.5時(shí)需多少塔板數(shù)？（4）若柱長(zhǎng)為806cm，流動(dòng)相的流速為7.10cm.s-1，則需多長(zhǎng)時(shí)間可沖洗出各物質(zhì)？,解,塔板理論的特點(diǎn)和不足,(1)L一定時(shí)，n越大，H越小，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。,(2)用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)時(shí)，應(yīng)指明測(cè)定物質(zhì)（不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同）。,(3)柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果,(4)無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。,二、速率理論（動(dòng)力學(xué)）,（一）影響塔板高度的動(dòng)力學(xué)因素,1.渦流擴(kuò)散A2.分子擴(kuò)散（縱向擴(kuò)散）B/u3.傳質(zhì)阻力Cu固定相