色譜基礎(chǔ)理論

色譜基礎(chǔ)理論第1頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日目錄二氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)與檢測(cè)器原理一

色譜法的基本理論三

高效氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)與原理第2頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日一、色譜法的基本理論80%-85%的有機(jī)化合物第3頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日色譜法的起源20世紀(jì)初，俄國(guó)科學(xué)家茨維（M.S.Tswett）提出經(jīng)典液相色譜法后，色譜分析法取得了迅速的發(fā)展，第4頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日分離基本模型

ABCD流動(dòng)相3種組分同時(shí)進(jìn)入色譜柱3種組分開始在色譜柱中分離3種組分在色譜柱中基本達(dá)到分離3種組分在色譜柱中完全達(dá)到分離色譜法，即利用組分在體系中固定相與流動(dòng)相的分配差異，將混合物組分進(jìn)行分離和測(cè)定的方法。第5頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日色譜分類GC進(jìn)樣方式：樣品轉(zhuǎn)化為液體流動(dòng)相：惰性氣體，不予組分發(fā)生反應(yīng)，黏度10-5Pa·s，輸出壓力0.1～1.0MPa。固定相：1、分離機(jī)理：吸附、分配、絡(luò)合、手性作用2、色譜柱：填充（粒度0.1-0.5mm，柱內(nèi)徑1-4mm，柱長(zhǎng)1-4m，柱效102-103；毛細(xì)（內(nèi)徑0.1-0.5mm，柱長(zhǎng)10-100m，柱效103-104）；柱溫室溫-420℃。檢測(cè)器：FID、TCD、ECD、FPD、NPD應(yīng)用范圍：低分子量、低沸點(diǎn)有機(jī)化合物；永久氣體。LC進(jìn)樣方式：樣品需為液體流動(dòng)相：離子型、極性、弱極性或非極性溶液，可與被分析組分發(fā)生反應(yīng)，黏度10-3Pa·s，輸出壓力45MPa。固定相：1、分離機(jī)理：吸附、分配、篩析、離子交換、親和、手性作用。2、色譜柱：填充（粒度5-10um，柱內(nèi)徑3-6mm，柱長(zhǎng)10-25cm，柱效104；柱溫室溫-50℃。檢測(cè)器：UVD、DAD、FD（熒光）、ECD（電導(dǎo)）、RID、ELSD

應(yīng)用范圍：低分子量、部分低沸點(diǎn)、高沸點(diǎn)、高分子量有機(jī)化合物；離子型化合物；生物活性物質(zhì)。第6頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日基本術(shù)語(yǔ)色譜圖檢測(cè)信號(hào)和時(shí)間的關(guān)系圖不同的色譜峰對(duì)應(yīng)相應(yīng)的組分可以得到相應(yīng)組分的保留時(shí)間和峰面積信息。保留時(shí)間–定性分析

峰面積–定量分析第7頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日基本術(shù)語(yǔ)

保留時(shí)間（Retentiontime)：組份從進(jìn)樣到出現(xiàn)最大值所需要的時(shí)間，tR死時(shí)間(deadtime):

不被固定相滯留的組份，從進(jìn)樣到出峰最大值所需要的時(shí)間，t0峰高（PeakHeigh)從峰最大值到峰底的距離,峰面積（PeakArea)峰與峰底之間的面積第8頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日出峰異常-無(wú)峰或峰很小GCA.色譜柱連接是否正確B.系統(tǒng)是否有漏C.檢測(cè)器是否工作開啟，如FID點(diǎn)火了嗎？FID高壓靜電正常嗎？TCD加電流了嗎D.柱中是否有載氣E.樣品是否降解、沉淀LCA.色譜柱連接是否正確B.系統(tǒng)是否有漏C.檢測(cè)器是否正常，如UVD的是否能力異常，R/S是否正常；氘燈是否點(diǎn)亮D.流動(dòng)相組分、純度、配比是否正常E.樣品是否降解、沉淀第9頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日基線(baseline)基線(baseline)—經(jīng)流動(dòng)相沖洗，柱與流動(dòng)相達(dá)到平衡后，檢測(cè)器測(cè)出一段時(shí)間的流出曲線。一般應(yīng)平行于時(shí)間軸。噪音(noise)—基線信號(hào)的波動(dòng)。流動(dòng)相波動(dòng)、電源接觸不良或瞬時(shí)過(guò)載、檢測(cè)器不穩(wěn)定、色譜柱被污染所致。漂移(drift)—基線隨時(shí)間的緩緩變化。主要由于操作條件如電壓、溫度、流動(dòng)相及流量的不穩(wěn)定所引起，柱內(nèi)的污染物或固定相不斷被洗脫下來(lái)也會(huì)產(chǎn)生漂移。第10頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日基線異常-噪聲、漂移變大或不規(guī)則GC流動(dòng)相：載氣不純氣源輸出不穩(wěn)氣路有漏氣檢測(cè)器被污染色譜柱被污染LC流動(dòng)相：流動(dòng)相非色譜純，使用試劑、水或藥品不純，或被污染；有氣泡泵輸液不穩(wěn)檢測(cè)器故障，如流過(guò)池漏液色譜柱被污染第11頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日分離度（Resolution)當(dāng)R=1時(shí)，有5％的重疊；當(dāng)R=1.5時(shí)，分離程度為99.7%，可視為基線分離

毛細(xì)管色譜柱比填充柱有更高的分辨率。兩個(gè)相鄰峰的分離程度。以兩個(gè)組份保留值之差與其平均半峰寬值的比來(lái)表示：第12頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日峰的形狀理想的峰型是高斯曲線.分子的理論統(tǒng)計(jì)學(xué)分布第13頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日拖尾因子(tailingfactor，T)用以衡量色譜峰的對(duì)稱性。也稱為對(duì)稱因子(symmetryfactor)或不對(duì)稱因子(asymmetryfactor)?！吨袊?guó)藥典》規(guī)定T應(yīng)為0.95~1.05。T＜0.95為前延峰，T＞1.05為拖尾峰。第14頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日峰型異常-前伸峰GC峰伸舌多為色譜柱過(guò)載，減小進(jìn)樣量，使用大容量柱子提高OVEN，INJ溫度；進(jìn)樣技巧提高。色譜柱的連接LC死體積太大樣品溶液的配比極性與流動(dòng)相的極性相差太大。減少進(jìn)樣量；保護(hù)柱或柱失效第15頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日峰型異常-峰拖尾GC溶劑/固定相極性不相匹配色譜柱安裝不正確同時(shí)有兩個(gè)峰流出分流比太小LC色譜柱被污染或失效進(jìn)樣閥漏液第16頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日峰型異常-峰開叉GC進(jìn)樣口污染色譜柱被污染樣品被污染，混入難分離雜質(zhì)檢測(cè)器被污染LC保護(hù)柱污染柱失效樣品被污染，混入難分離雜質(zhì)第17頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日分配系數(shù)(distributioncoefficient，K)在一定溫度下，化合物在兩相間達(dá)到分配平衡時(shí)，在固定相與流動(dòng)相中的濃度之比。分配系數(shù)與組分、流動(dòng)相和固定相的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，也與溫度、壓力有關(guān)。混合物中各組分的分配系數(shù)相差越大，越容易分LC:流動(dòng)相（組分比例、pH）、流速、進(jìn)樣量GC:流速、溫度、進(jìn)樣量第18頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日峰展寬的度量.以塔板數(shù)來(lái)表示類似蒸餾中的氣液平衡

柱效（ColumnEfficiency)例如，圖示中塔板數(shù)為3.塔板理論理論塔板數(shù)為：n=5.54(tR/W1/2)2第19頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日速率方程氣相色譜速率方程（VanDeemter方程）液相色譜速率方程（即Giddings方程）

ABC

ABC第20頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日vanDeemter曲線（顆粒度和柱床填裝的優(yōu)良程度）HeightEquivalenttoTheoreticalPlate線速度U

（mm/sec）HETP最低HETP=>最優(yōu)化的塔板數(shù)H（傳質(zhì)）（縱向擴(kuò)散）HETPPLATES第21頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日影響色譜柱效率的因素A.渦流擴(kuò)散

(不同路徑的影響).?采用細(xì)而均勻的載體，這樣有助于提高柱效?

毛細(xì)管柱可忽略該項(xiàng)A＝2λdp，dp為填料直徑，λ為填充不規(guī)則因子，填充越不均勻λ越大。第22頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日對(duì)于HPLC來(lái)說(shuō)顆粒度越小柱效越高顆粒度控制著分離的質(zhì)量更小的顆粒度：使最高柱效點(diǎn)向更高線速度方向移動(dòng)有更寬的線速度范圍降低顆粒度不但可以增加柱效，同時(shí)也增加分離速度vanDeemter曲線的挑戰(zhàn)如果填料的顆粒繼續(xù)演變……第23頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日HPLC（高效液相色譜法）填料顆粒尺寸的演變?nèi)绻覀兪褂酶☆w粒度的填料會(huì)發(fā)生什么情況？10min從80年代到現(xiàn)在1.5~5μm球形微多孔填料1500~4000psi50,000~80,000塔板數(shù)/米3.9×300mm70年代末期10μm不規(guī)則微多孔填料1000~2500psi25,000塔板數(shù)/米3.9×300mm10min70年代早期40μm薄殼非多孔基質(zhì)上涂布100~500psi1000塔板數(shù)/米1m長(zhǎng)色譜柱10min第24頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日被儀器及色譜柱的耐壓的所限制第25頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日影響色譜柱效率的因素B.縱向擴(kuò)散.氣相中分子的擴(kuò)散

主要決定于氣體流速由于進(jìn)樣后溶質(zhì)分子在柱內(nèi)存在濃度梯度，導(dǎo)致軸向擴(kuò)散而引起的峰展寬。B/u＝2γDm/u。u為流動(dòng)相線速度，分子在柱內(nèi)的滯留時(shí)間越長(zhǎng)（u小），展寬越嚴(yán)重。Dm為分子在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)，由于液相的Dm很小，通常僅為氣相的10-4~10-5，因此在HPLC中，只要流速不太低的話，這一項(xiàng)可以忽略不計(jì)。γ是考慮到填料的存在使溶質(zhì)分子不能自由地軸向擴(kuò)散，而引入的柱參數(shù)，用以對(duì)Dm進(jìn)行校正。γ一般在0.6~0.7左右，毛細(xì)管柱的γ＝1。第26頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日影響色譜柱效率的因素C.傳質(zhì)阻力.?對(duì)于GC來(lái)說(shuō)?

主要取決于氣體的流速和固定相量的多少。由于溶質(zhì)分子在流動(dòng)相、靜態(tài)流動(dòng)相和固定相中的傳質(zhì)過(guò)程而導(dǎo)致的峰展寬。第27頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日對(duì)于LC來(lái)說(shuō)流動(dòng)相傳質(zhì)阻抗靜態(tài)流動(dòng)相傳質(zhì)阻抗這是由于在一個(gè)流路中流路中心和邊緣的流速不等所致?？拷畛漕w粒的流動(dòng)相流速較慢，而中心較快，處于中心的分子還未來(lái)得及與固定相達(dá)到分配平衡就隨流動(dòng)相前移，因而產(chǎn)生峰展寬。這是由于溶質(zhì)分子進(jìn)入處于固定相孔穴內(nèi)的靜止流動(dòng)相中，晚回到流路中而引起峰展寬。高柱溫顆粒越小，微孔孔徑越大固定相傳質(zhì)阻抗只有在厚涂層固定液、深孔離子交換樹脂或解吸速度慢的吸附色譜中，Hs才有明顯影響。第28頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日速率方程給我們的啟示①進(jìn)樣時(shí)間要短。②填料粒度要小。③改善傳質(zhì)過(guò)程。過(guò)高的吸附作用力可導(dǎo)致嚴(yán)重的峰展寬和拖尾，甚至不可逆吸附。④適當(dāng)?shù)牧魉?。以H對(duì)u作圖，則有一最佳線速度uopt，在此線速度時(shí)，H最小。一般在液相色譜中，uopt很小（大約0.03~0.1mm/s），在這樣的線速度下分析樣品需要很長(zhǎng)時(shí)間，一般來(lái)說(shuō)都選在1mm/s的條件下操作。⑤較小的檢測(cè)器死體積。第29頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日例：載氣對(duì)VanDeemter圖的影響?

N2,變化最大,可得到最低的HETP.?H2和

He曲線較平坦，即使較高的流速下也能得到較低的HETP，所以即使在較高的分析速度時(shí)，也可以得到較好的分離度.常用毛細(xì)管柱的最佳載氣流量第30頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日二、氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)及檢測(cè)器原理檢測(cè)器進(jìn)樣器色譜柱GAS氣源柱溫箱數(shù)據(jù)處理局域網(wǎng)云通信第31頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日作用：1）載氣：作為色譜的流動(dòng)相2）檢測(cè)器的工作氣體。載氣：-惰性：He,Ar,N2,H2.-根據(jù)檢測(cè)器,價(jià)格及方便程度來(lái)決定-采用壓力調(diào)節(jié)器以獲得恒定的儀器輸入壓力-控制流量來(lái)得到恒定的流速

氣源第32頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日氣體進(jìn)口及連接（9790型）第33頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日進(jìn)樣口作用：樣品進(jìn)樣和汽化.要求：精度和重現(xiàn)性根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇進(jìn)樣技術(shù)

——填充柱進(jìn)樣口——毛細(xì)管柱進(jìn)樣口第34頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日色譜柱液膜：0.25-12μm第35頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日檢測(cè)器第36頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）氣相色譜最早的檢測(cè)器,1946.測(cè)量樣品氣流導(dǎo)熱性能的變化。熱導(dǎo)-熱量從高溫物體到低溫物體的傳導(dǎo)。第37頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日兩個(gè)平行的氣流，樣品和參考?；菟雇姌蛴脕?lái)比較兩個(gè)氣流的阻抗。氣流的速度、壓力及電的變化影響被最小化。第38頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日氫火焰檢測(cè)器（FID）最常用的GC檢測(cè)器.-是有機(jī)物的通用型檢測(cè)器。-檢出限<5pg.-線性范圍可達(dá)7個(gè)數(shù)量級(jí).-容易操作破壞型檢測(cè)器－－樣品燃燒信號(hào)值大小取決于碳原子數(shù)目及替代物的數(shù)量。第39頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日響應(yīng)離子數(shù)目正比于碳原子數(shù)目(C-H鍵).一些官能團(tuán)如羰基(CO=)、羥基(－OH）、鹵素（－X）、胺（NH4+）則很少或根本不會(huì)離子化。對(duì)無(wú)機(jī)氣體如H2O,CO2,SO2,和Nox不靈敏?；鹧嬉詺錃夂涂諝庾鳛槿?xì)?。在控制的流速下進(jìn)行電子點(diǎn)火?；鹧鏌o(wú)色－除非受到污染。第40頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)第41頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日FID電路設(shè)計(jì)（9790）基流；可變電阻補(bǔ)償?shù)窒?2頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日電子捕獲檢測(cè)器（ECD）非破壞性。對(duì)鹵素、過(guò)氧化物、醌類金屬有機(jī)物及硝基化合物非常靈敏，0.03pg。而對(duì)胺類、醇類及碳?xì)浠衔锊混`敏。線性窄，－103.主要用于食品、制藥、環(huán)保等領(lǐng)域，檢測(cè)痕量含鹵素等的樣品一定不要試圖去拆卸該檢測(cè)器第43頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日ECD原理射線粒子使載氣離子化:N2+N2+e-在電場(chǎng)中生成的正離子和電子向兩極移動(dòng)形成基流。當(dāng)電負(fù)性樣品進(jìn)入后即捕獲慢速低能量電子使基流下降形成信號(hào)。e-+samplecurrentloss第44頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日12·

△f=f-f0=kα

其中：f：脈沖頻率f0：基本脈沖頻率（只有載氣通過(guò)ECD時(shí)的脈沖頻率）k：由電子捕獲率和其它因素決定的常數(shù)α：電負(fù)性物質(zhì)的濃度電離惰性氣體分子第45頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日火焰光度檢測(cè)器（FPD）◆FPD是利用富氫火焰含硫雜原子或含磷雜原子的有機(jī)物分解，形成激發(fā)態(tài)分子，當(dāng)它們回到基態(tài)時(shí)，發(fā)射出一定波長(zhǎng)的光。此光強(qiáng)度與被測(cè)組分成比例。所以它是以物質(zhì)與光的相互關(guān)系為機(jī)理的檢測(cè)方法，屬光度法。◆FPD是一種高靈敏度和高選擇性的檢測(cè)器，只能用于含硫、磷化合物，特別是硫化合物的痕量檢測(cè)。第46頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日394nm的濾光片來(lái)檢測(cè)含硫的組分526nm的濾光片用于檢測(cè)含磷的組分第47頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日氮磷檢測(cè)器(NPD）只對(duì)氮、磷有很高的選擇性氮的靈敏度：<1pg/sec；磷為：<0.5pg/sec主要應(yīng)用于：藥物、燃料、香料、農(nóng)藥殘留NPD的結(jié)構(gòu)類似FID，主要差別是NPD在噴嘴上方有銣珠。第48頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日化學(xué)反應(yīng)原理燃燒產(chǎn)生CN·和HPO·Rb·+CN·?Rb++CN-(detected)Rb·+HPO·?Rb++HPO-(detected)當(dāng)含N、P化合物進(jìn)人電離源的冷焰區(qū)，生成穩(wěn)定的電負(fù)性基團(tuán)(CN和PO或PO2)，電負(fù)性基團(tuán)從氣化的銣原子上獲得電子生成Rb+與負(fù)離子CN-或PO-,、PO2-。負(fù)離子在正電位的收集極釋放出一個(gè)電子，同時(shí)物出信號(hào)。Rb+又回到負(fù)電位的物表面，被吸收還原.以維持電離源的長(zhǎng)期使用。第49頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日三、高效液相色譜儀結(jié)構(gòu)及原理淋洗液色譜柱檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理進(jìn)樣器輸液泵第50頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日步進(jìn)馬達(dá)凸輪排放閥旋鈕壓力傳感器信號(hào)往進(jìn)樣閥排放流動(dòng)相進(jìn)口1、輸液泵工作原理（FL2200）第51頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期日吸液：柱塞由泵腔向外運(yùn)動(dòng)從單