第01章-色譜法基本概念課件

第三部分第一章

色譜法基本概念分析化學（儀器分析部分）

1-1色譜法概述

1-1-1色譜法的特點、分類和作用

1-1-2色譜分離過程

1-1-3色譜流出曲線與術(shù)語1-2色譜理論基礎(chǔ)

1-2-1塔板理論

1-2-2速率理論

1-2-3分離度1-3定性定量方法

1-3-1色譜定性分析

1-3-2色譜定量分析目錄參考文獻傅若農(nóng)編著，色譜技術(shù)叢書，化學工業(yè)出版社，北京，2000杭州大學化學系分析化學教研室編，分析化學手冊．第五分冊：氣相色譜分析，化學工業(yè)出版社，北京，1999張玉奎等編，分析化學手冊．第六分冊：液相色譜分析，化學工業(yè)出版社，北京，20001-1色譜法概述

1-1-1色譜法的特點、分類和作用

1-1-2色譜分離過程

1-1-3色譜流出曲線與術(shù)語1-2色譜理論基礎(chǔ)

1-2-1塔板理論

1-2-2速率理論

1-2-3分離度1-3定性定量方法

1-3-1色譜定性分析

1-3-2色譜定量分析目錄1-1-1色譜法的特點、分類和作用

1.概述

混合物分離、分析的有效的方法。俄國植物學家茨維特在1906年使用的裝置：色譜原型裝置，如圖。（Chromatography）色譜法是一種分離技術(shù)，試樣混合物的分離過程也就是試樣中各組分在稱之為色譜分離柱中的兩相間不斷進行著的分配過程。其中的一相固定不動，稱為固定相；另一相是攜帶試樣混合物流過此固定相的流體（氣體或液體），稱為流動相。2.色譜法分類

(1)氣相色譜：流動相為氣體（稱為載氣）。按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜(2)液相色譜：流動相為液體（也稱為淋洗液）。

按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。

(3)其他色譜方法薄層色譜和紙色譜：比較簡單的色譜方法凝膠色譜法：測聚合物分子量分布。超臨界色譜:

CO2流動相。高效毛細管電泳:

九十年代快速發(fā)展、特別適合生物試樣分析分離的高效分析儀器。3.色譜法的特點（1）分離效率高

復(fù)雜混合物，有機同系物、異構(gòu)體。手性異構(gòu)體。（2）靈敏度高

可以檢測出μg.g-1(10-6)級甚至ng.g-1(10-9)級的物質(zhì)量。（3）分析速度快

一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個試樣的分析。（4）應(yīng)用范圍廣

氣相色譜：沸點低于400℃的各種有機或無機試樣的分析。液相色譜：高沸點、熱不穩(wěn)定、生物試樣的分離分析。

不足之處：

被分離組分的定性較為困難。1-1-2色譜分離過程

色譜分離過程是在色譜柱內(nèi)完成的。氣固(液固)色譜和氣液(液液)色譜，兩者的分離機理不同。氣固(液固)色譜的固定相:

多孔性的固體吸附劑顆粒。固體吸附劑對試樣中各組分的吸附能力的不同。氣液(液液)色譜的固定相:

由擔體和固定液所組成。固定液對試樣中各組分的溶解能力的不同。氣固色譜的分離機理:

吸附與脫附的不斷重復(fù)過程；氣液(液液)色譜的分離機理：氣液(液液)兩相間溶解與揮發(fā)的反復(fù)多次分配過程。1色譜分離過程

當流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時，其與固定相發(fā)生相互作用。隨著流動相的移動，混合物在兩相間經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡，由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強弱不同，使得各組分被固定相保留的時間不同，從而按一定次序由固定相中流出。

與適當?shù)闹髾z測方法結(jié)合，實現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測。

兩相及兩相的相對運動構(gòu)成了色譜法的基礎(chǔ)2.分配系數(shù)（partionfactor）K

組分在固定相和流動相間發(fā)生的吸附、脫附，或溶解、揮發(fā)的過程叫做分配過程。在一定溫度下，組分在兩相間分配達到平衡時的濃度（單位：g/mL）比，稱為分配系數(shù)，用K表示，即：分配系數(shù)是色譜分離的依據(jù)。

一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，出峰越慢；試樣一定時，K主要取決于固定相性質(zhì)；試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎(chǔ)；某組分的K=0時，即不被固定相保留，最先流出。3.分配比（partionradio）k（容量因子，分配容量）

在實際工作中，也常用分配比來表征色譜分配平衡過程。分配比是指，在一定溫度下，組分在兩相間分配達到平衡時的質(zhì)量比：1-1-3色譜流出曲線與術(shù)語1.基線

無試樣通過檢測器時，檢測到的信號即為基線。

2.保留值（1）時間表示的保留值

保留時間（tR）：組分從進樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值時所需的時間；

死時間（tM）：不與固定相作用的氣體（如空氣）的保留時間；（與色譜柱長度及流動相流速有關(guān)）

調(diào)整保留時間（tR‘）：tR’=tR－tM

（組分在固定相中滯留的時間）

（2）用體積表示的保留值

保留體積（VR）：

VR=tR×F0F0為柱出口處的載氣流量，單位：mL/min。

死體積（VM）：

VM=

tM×F0

調(diào)整保留體積(VR＇)：

V

R＇=VR

－VM

3.相對保留值r21

組分2與組分1調(diào)整保留值之比：

r21=t′R2

/t′R1=V′R2/V′R1

相對保留值只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，與其他色譜操作條件無關(guān)，它表示了固定相對這兩種組分的選擇性。4.區(qū)域?qū)挾?/p>

用來衡量色譜峰寬度的參數(shù)，有三種表示方法：（1）標準偏差()：即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。（2）半峰寬(Y1/2)：色譜峰高一半處的寬度Y1/2=2.354（3）峰底寬(Wb)：Wb=41-1色譜法概述

1-1-1色譜法的特點、分類和作用

1-1-2色譜分離過程

1-1-3色譜流出曲線與術(shù)語目錄1-2色譜理論基礎(chǔ)

1-2-1塔板理論

1-2-2速率理論

1-2-3分離度1-3定性定量方法

1-3-1色譜定性分析

1-3-2色譜定量分析

塔板理論的假設(shè)：

(1)在每一個平衡過程間隔內(nèi)，平衡可以迅速達到；

(2)將載氣看作成脈動（間歇）過程；

(3)試樣沿色譜柱方向的擴散可忽略；

(4)每次分配的分配系數(shù)相同。1-2-1塔板理論-柱分離效能指標1.塔板理論（platetheory）半經(jīng)驗理論；將色譜分離過程比擬作蒸餾過程，將連續(xù)的色譜分離過程分割成多次的平衡過程的重復(fù)（類似于蒸餾塔塔板上的平衡過程）；

色譜柱長：L，虛擬的塔板間距離：H，色譜柱的理論塔板數(shù)：n，則三者的關(guān)系為：

n=L/H理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：保留時間包含死時間，在死時間內(nèi)不參與分配!2.有效塔板數(shù)和有效塔板高度有效塔板數(shù)和有效塔板高度:特點：半經(jīng)驗理論，提出了計算與評價柱分離效能的參數(shù)——有效塔板數(shù)。1-2-2速率理論-影響柱效的因素1.速率方程

H=A+B/u+C·u

H：理論塔板高度，

u：載氣的線速度(cm/s)

減小A、B、C三項可提高柱效；存在著最佳流速；

A、B、C三項各與哪些因素有關(guān)？A─渦流擴散項

A=2λdp

dp：固定相的平均顆粒直徑λ：固定相的填充不均勻因子

固定相顆粒越小dp↓，填充的越均勻，A↓，H↓，柱效n↑。表現(xiàn)在渦流擴散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄。B/u—分子擴散項

B=2νDgν

：彎曲因子，填充柱色譜，ν<1。

Dg：試樣組分分子在氣相中的擴散系數(shù)（cm2·s-1）

(1)存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴散;(2)擴散導(dǎo)致色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差;(3)分子擴散項與流速有關(guān)，流速↓，滯留時間↑，擴散↑;(4)采用相對分子質(zhì)量較大的載氣，擴散系數(shù)：Dg

∝(M載氣)-1/2；M載氣↑，B值↓。

k為容量因子；Dg

、DL為擴散系數(shù)。

減小擔體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，可降低傳質(zhì)阻力。C·u—傳質(zhì)阻力項

傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻力CL即：

C=（Cg+CL）2.載氣流速與柱效——最佳流速載氣流速高時：

傳質(zhì)阻力項是影響柱效的主要因素，流速，柱效。載氣流速低時：

分子擴散項成為影響柱效的主要因素，流速,柱效。H-u曲線與最佳流速：

由于流速對這兩項完全相反的作用，流速對柱效的總影響使得存在著一個最佳流速值，即速率方程式中塔板高度對流速的一階導(dǎo)數(shù)有一極小值。以塔板高度H對應(yīng)載氣流速u作圖，曲線最低點的流速即為最佳流速。3.速率理論的要點(1)組分分子在柱內(nèi)運行的多路徑與渦流擴散、濃度梯度所造成的分子擴散及傳質(zhì)阻力使氣液兩相間的分配平衡不能瞬間達到等因素是造成色譜峰擴展柱效下降的主要原因。(2)通過選擇適當?shù)墓潭ㄏ嗔６取⑤d氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。(3)速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導(dǎo)。闡明了流速和柱溫對柱效及分離的影響。(4)各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴散項的影響減小，使柱效提高，但同時傳質(zhì)阻力項的影響增大，又使柱效下降；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴散的影響，選擇最佳條件，才能使柱效達到最高。1-2-3分離度

塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對的實際分離程度。即柱效為多大時，相鄰兩組份能夠被完全分離。難分離物質(zhì)對的分離度大小受色譜過程中兩種因素的綜合影響：保留值之差──色譜過程的熱力學因素；區(qū)域?qū)挾醛ぉどV過程的動力學因素。色譜分離中的四種情況如圖所示：

色譜分離中的四種情況：①柱效較高，△K(分配系數(shù))較大,完全分離；②△K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；③柱效較低，，△K較大,但分離的不好；④△K小，柱效低，分離效果更差。分離度的表達式：R=0.8：兩峰的分離程度可達89%；R=1：分離程度98%；R=1.5：達99.7%（相鄰兩峰完全分離的標準）。1-1色譜法概述

1-1-1色譜法的特點、分類和作用

1-1-2色譜分離過程

1-1-3色譜流出曲線與術(shù)語目錄1-2色譜理論基礎(chǔ)

1-2-1塔板理論

1-2-2速率理論

1-2-3分離度1-3定性定量方法

1-3-1色譜定性分析

1-3-2色譜定量分析1-3-1色譜定性分析1.利用純物質(zhì)定性的方法

利用保留值定性（標準物質(zhì)比較法）：通過對比試樣中具有與純物質(zhì)相同保留值的色譜峰，來確定試樣中是否含有該物質(zhì)及在色譜圖中的位置。不適用于不同儀器上獲得的數(shù)據(jù)之間的對比。

利用加入法定性：將純物質(zhì)加入到試樣中，觀察各組分色譜峰的相對變化。2.與其他分析儀器聯(lián)用的定性方法

小型化的臺式色質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS；LC-MS）色譜-紅外光譜儀聯(lián)用儀；組分的結(jié)構(gòu)鑒定SampleSample

58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBA

ABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometer(MS)SeparationIdentificationBACD1-3-2色譜定量分析1.峰面積的測量

（1）峰高（h）乘半峰寬（Y1/2）法：近似將色譜峰當作等腰三角形。此法算出的面積是實際峰面積的0.94倍：

A=1.064h·Y1/2

（2）峰高乘平均峰寬法：當峰形不對稱時，可在峰高0.15和0.85處分別測定峰寬，由下式計算峰面積：

A=h·（Y

0.15+Y