分析化学第12章色谱分析导论

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对填充柱, 对填充柱,β=6~35;对毛细管柱, β=60~600。 ;对毛细管柱,
4. 选择因子α :
色谱柱对A 两组分的选择因子 定义如下: 色谱柱对 、B两组分的选择因子α 定义如下:
K 只与固定相和温度有关,与两相体积、柱管特性和所 只与固定相和温度有关,与两相体积、 用仪器无关。 用仪器无关。
2. 分配比 分配比(Retention factor or capacity factor, k): :
在一定温度和压力下, 在一定温度和压力下 , 组份在两相间的分配达平 衡时, 分配在固定相和流动相中的质量比, 衡时 , 分配在固定相和流动相中的质量比 , 称为分配 它反映了组分在柱中的迁移速率。又称保留因子。 比, 它反映了组分在柱中的迁移速率。又称保留因子。
柱 长 L u= = 死时间 t0
b. 保留时间 R:试样从进样到出现峰极大值时的时 保留时间t
它包括组份随流动相通过柱子的时间t 间。它包括组份随流动相通过柱子的时间 0和组份在固 定相中滞留的时间。 定相中滞留的时间。
c. 调整保留时间 t ' :某组份的保留时间扣除死时
R
间后的保留时间,它是组份在固定相中的滞留时间。 间后的保留时间,它是组份在固定相中的滞留时间。即
V0 = t0 Fco
其中, 为柱出口的载气流速( 其中,Fco为柱出口的载气流速(mL/min),其值为: ,其值为:
Tc p0 − pw Fco = F0 • Tr p0
F0:检测器出口流速;Tr:室温;Tc:柱温;p0:大气压;pw: 检测器出口流速; 室温; 柱温; 大气压; 室温时水蒸汽压。 室温时水蒸汽压。
csVs 组分在固定相中的质量 ms k= = = 组分在流动相中的质量 mm cmVm
其中V 为固定相体积。 其中 m≈V0,Vs为固定相体积。
的求算: 分配比 k 的求算: 1)组分滞留因子: )组分滞留因子:
mm 组分线速度 us 1 Rs = = = = 流动相线速度 u mm + ms 1 + k
混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同阶段的响应。 混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同阶段的响应。
色谱术语: 色谱术语:
1)基线:在实验条件下,色谱柱后仅有纯流动相进入 )基线:在实验条件下, 检测器时的流出曲线称为基线,S/N大的、稳 检测器时的流出曲线称为基线, 大的、 大的 定的基线为水平直线。 定的基线为水平直线。 2)峰高:色谱峰顶点与基线的距离。 )峰高:色谱峰顶点与基线的距离。
e. 保留体积 R:指从进样到待测物在柱后出现 保留体积V
浓度极大点时所通过的流动相的体积。 浓度极大点时所通过的流动相的体积。
VR = tR • F co
' f. 调整保留体积 VR:某组份的保留体积扣除
死体积后的体积。 死体积后的体积。
V =VR −V0 = t • Fco
' R ' R
g. 相对保留值 2,1:组份 的调整保留值与组份 的调整保 相对保留值r 组份2的调整保留值与组份 的调整保留值与组份1的调整保 留值之比。 留值之比。 ' '
发展历史: 发展历史:
1903年,俄国植物学家Mikhail Tswett 最先发 年 俄国植物学家 他采用填充有固体CaCO3细粒的玻璃柱,将 细粒的玻璃柱, 明。他采用填充有固体 植物色素的混合物(叶绿素和叶黄素 植物色素的混合物 叶绿素和叶黄素chlorophylls 叶绿素和叶黄素 & xanthophylls)加于柱顶端,然后以溶剂淋洗, 加于柱顶端,然后以溶剂淋洗, 加于柱顶端 被分离的组份在柱中显示了不同的色带, 被分离的组份在柱中显示了不同的色带,他称之 为色谱 。
3)保留值(Retention value, R) )保留值
a. 死时间 死时间(Dead time, t0) :不与固定相作用的物
质从进样到出现峰极大值时的时间, 质从进样到出现峰极大值时的时间,它与色谱柱的空隙 体积成正比。由于该物质不与固定相作用,因此,其流 体积成正比。由于该物质不与固定相作用,因此, 速与流动相的流速相近。 速与流动相的流速相近。据 t0 可求出流动相平均流速
一、描述分配过程的参数
1. 分配系数 分配系数(Distribution constant, K): :
描述组份在固定相和流动相间的分配过程或吸附-脱 描述组份在固定相和流动相间的分配过程或吸附 脱 附过程的参数,称为分配系数。 附过程的参数,称为分配系数。
溶质在固定相中的浓度 cs K= = 溶质在流动相中的浓度 cm
3. 按两相状态分: 按两相状态分:
分类 气 相 色 谱 方法 气液色谱 气固色谱 气相键合色谱 液液色谱 固定相 液体吸附于 液体吸附于固体 固体吸附剂 有机组份键合于 固体表面 液体吸附于 液体吸附于固体 平衡类型 气液间分配 吸附 液体和键合体 表面间的分配 不相溶液体间 的分配 吸附 液体和键合体 表面间的分配 离子交换 分配/筛析 分配 筛析 超临界流体和 键合相间分配 键合相间分配
12.3 色谱法基本原理
两组份峰间距足够远: 两组份峰间距足够远: 由各组份在两相间的分配系数决定, 由各组份在两相间的分配系数决定,即由色谱过程 的热力学性质决定。 热力学性质决定。 性质决定 每个组份峰宽足够小: 每个组份峰宽足够小: 由组份在色谱柱中的传质和扩散决定, 由组份在色谱柱中的传质和扩散决定,即由色谱过 动力学性质决定。 性质决定 程动力学性质决定。 因此,研究、 因此,研究、解释色谱分离行为应从热力学和动力 学两方面进行。 学两方面进行。
12.1 概述
化学分析方法的基本要求是其选择性要高。 化学分析方法的基本要求是其选择性要高。即, 在分析过程中,待测物与潜在的干扰物的分离是最 在分析过程中, 为重要的步骤! 为重要的步骤! 20 世纪中期,大量采用一些经典的分离方法: 世纪中期,大量采用一些经典的分离方法: 沉淀、蒸馏和萃取。 沉淀、蒸馏和萃取。 现代分析中, 大量采用色谱和电泳分离方法。 现代分析中 , 大量采用色谱和电泳分离方法 。 迄今为止,色谱方法是最为有效的分离手段! 迄今为止 , 色谱方法是最为有效的分离手段 ! 其 应用涉及每个科学领域。 应用涉及每个科学领域。
L L us = , u = , 所以 R = t0 (1+ k) t tR t0
2)整理得, 整理得,
tR − t0 t V k= = = t0 t0 V0
' R
' R
3. K 与 k 的关系: 的关系:
cs ms /Vs Vm K= = = k• = k•β cm mm /Vm Vs
β 称为相比率 , 它也是反映色谱柱柱型特点的参数 。 称为相比率, 它也是反映色谱柱柱型特点的参数。
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液 固 ( 吸 附 ) 色 固体吸附剂 液 谱 相 有机组份键合于 液相键合色谱 色 固体表面 谱 离子交换色谱 离子交换树脂 凝胶渗透(尺寸 凝胶渗透 尺寸 液 体 附 于 多 孔 聚 排阻)色谱 排阻 色谱 合物 超临界 有机组份键合于 流体 固体表面
12.2 色谱流出曲线(色谱图) 色谱流出曲线(色谱图)
注意: 注意: r2,1只与柱温和固定相性质有关,而与柱内径、柱长 只与柱温和固定相性质有关,而与柱内径、 L、填充情况及流动相流速无关,因此,在色谱分析中, 、填充情况及流动相流速无关,因此,在色谱分析中, 尤其是GC中广泛用于定性的依据 中广泛用于定性的依据! 尤其是 中广泛用于定性的依据! 具体做法:固定一个色谱峰为标准s, 具体做法:固定一个色谱峰为标准 ,然后再求其它峰 i 对标准峰的相对保留值, 表示: 对标准峰的相对保留值,此时以α 表示: ' 又称选择因子(Selectivity factor, α >1)。 又称选择因子 。
第12章 色谱分析方法导论 12章 (Chromatography)
12.1 概述 历史、色谱分离过程、 历史、色谱分离过程、分类 12.2 色谱流出曲线 色谱图及相关术语 12.3 色谱法基本原理 描述分配过程参数、峰间距、 描述分配过程参数、峰间距、峰形状和峰宽的 理论描述(塔板理论及速率理论 塔板理论及速率理论) 理论描述 塔板理论及速率理论 12.4 分离度及色谱分离方程 分离度及色谱分离方程、 分离度及色谱分离方程、影响分离的因素
石油醚 •胡萝卜素 胡萝卜素 •叶黄素 叶黄素 •叶绿素 、B 叶绿素A、 叶绿素
Chromat (o) + graph (y)
Chromatography
50年代,色谱发展最快(一些新型色谱技术的发展达 年代,色谱发展最快( 年代 到复杂组分分析发展的要求。 年中有12 到复杂组分分析发展的要求。) 1937-1972年,15年中有 年 年中有 奖是有关色谱研究的! 个Nobel奖是有关色谱研究的! 奖是有关色谱研究的
' R R 0 由于时间为色谱定性依据。 由于时间为色谱定性依据。但同一组份的保留时间
t = t −t
与流速有关,因此有时需用保留体积来表示保留值。 与流速有关,因此有时需用保留体积来表示保留值。
d. 死体积 0:色谱柱管内固定相颗粒间空隙、色谱仪管路 死体积V 色谱柱管内固定相颗粒间空隙、
和连接头间空隙和检测器间隙的总和。勿略后两项可得到: 和连接头间空隙和检测器间隙的总和。勿略后两项可得到:
色谱分离基本原理: 色谱分离基本原理:
使用外力使含有样品的流动相(气体、液体或超临 使用外力使含有样品的流动相(气体、 界流体)通过一固定于柱或平板上、 界流体 ) 通过一固定于柱或平板上 、 与流动相互不相 溶的固定相表面。 溶的固定相表面 。 样品中各组份在两相中进行不同程 度的作用。与固定相作用强的组份随流动相流出的速 度的作用 。 度慢,反之, 度慢 , 反之, 与固定相作用弱的组份随流动相流出的 速度快。由于流出的速度的差异,使得混合组份最终 速度快。 由于流出的速度的差异, 形成各个单组份的“ 形成各个单组份的“带(band)”或“区(zone)”,对依次 或 , 流出的各个单组份物质可分别进行定性、定量分析。 流出的各个单组份物质可分别进行定性、定量分析。
tR2 VR2 r2,1 = ' = ' tR1 VR1
tR (i) α= ' t R (s)
4) 区域宽度:用于衡量柱效及反映色谱操作条件下的动 区域宽度: 力学因素。通常有三种表示方法: 力学因素。通常有三种表示方法: 倍峰高处峰宽的一半。 标准偏差σ:0.607倍峰高处峰宽的一半。 倍峰高处峰宽的一半 半峰宽W 峰高一半处的峰宽。 半峰宽 1/2:峰高一半处的峰宽。W1/2=2.354 σ 峰底宽W: 峰底宽 :色谱峰两侧拐点上切线与基线的交点间的距 离。W= 4σ 色谱流出曲线的意义: 色谱流出曲线的意义: 色谱峰数=样品中单组份的最少个数; 色谱峰数 样品中单组份的最少个数; 样品中单组份的最少个数 色谱保留值——定性依据; 定性依据; 色谱保留值 定性依据 色谱峰高或面积——定量依据; 定量依据; 色谱峰高或面积 定量依据 色谱保留值或区域宽度——色谱柱分离效能评价指标; 色谱柱分离效能评价指标; 色谱保留值或区域宽度 色谱柱分离效能评价指标 色谱峰间距——固定相或流动相选择是否合适的依据。 固定相或流动相选择是否合适的依据。 色谱峰间距 固定相或流动相选择是否合适的依据
色谱分类方法: 色谱分类方法:
1. 按固定相外形分: 按固定相外形分: 柱色谱(填充柱、空心柱) 平板色谱( 柱色谱(填充柱、空心柱)、平板色谱(薄层色谱 和纸色谱。 和纸色谱。) 2. 按组份在固定相上的分离机理分: 按组份在固定相上的分离机理分: 吸附色谱:不同组份在固定相的吸附作用不同; 吸附色谱:不同组份在固定相的吸附作用不同; 分配色谱:不同组份在固定相上的溶解能力不同; 分配色谱:不同组份在固定相上的溶解能力不同; 离子交换色谱:不同组份在固定相(离子交换剂) 离子交换色谱:不同组份在固定相(离子交换剂) 上的亲和力不同; 上的亲和力不同; 凝胶色谱(尺寸排阻色谱) 凝胶色谱(尺寸排阻色谱):不同尺寸分子在固定 相上的渗透作用不同。 相上的渗透作用不同。
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