第15章-色谱分析法导论S

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离与分析中。 (5)1952年,Martin(英)发明了GL分配色
谱—诺贝尔化学奖。 (6)1954年,Ray发明了TCD检测器。 (7)1956年,Van.Deemter(荷)提出速率方
程理论。 (8)1957年,Golay(美)发明了玻璃毛细柱
(φ<1mm)。
(9)几年后,Mcwillian(澳)发明了 FID。 Lovelock(英)发明了ECD。
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分配平衡:一定温度(TC)下,组分在流动 相和固定相间作用达到的平衡。
1.分配系数K 指在一定温度和压力下,组分在固定相和流 动相之间分配达平衡时的浓度之比值,即
K 组 组分 分在 在流 固动 定相 相中 中的 的浓 浓 CCmS度 度
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下图是 A、B两组分沿色谱柱移动时,不
同位置处的浓度轮廓。
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(10)60年代,各国相继出版了有关色谱教科 书及专著—色谱成为一门独立 学科。
(11)1962年,超临界流体色谱技术— SFC (12)80年代,毛细管电泳色谱— CEC
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• 仪器的发展 ☆ 1955年,美国商品色谱仪出现; ☆ 1957年,日本商品色谱仪出现; ☆ 1960年,美国液相色谱仪,Waters ☆ 1979年,“弹性石英毛细柱”;
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把色谱柱比作 一个分馏塔, 引入理论塔板 数(n)作为衡 量柱效率的指 标,即色谱柱 是由一系列连 续的、相等的 水平塔板组成。
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1.塔板理论的建立
①在柱内一小段长度H内,组分可以在两相间 迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板 高度H。
②以气相色谱为例,载气进入色谱柱不是连续 进行的,而是脉动式,每次进气为一个塔板 体积(ΔVm)。
②LC的流动相为色谱纯液体,需用高压恒流 泵传输,造价高,有机溶剂为流动相,价高、 消耗量大,仪器昂贵,但只要样品具有一定 的溶解性即可用LC分析。
一般,GC可分析15%~20%的有机物;
LC可分析70%~80%的有机物。
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15-2 色谱图及色谱常用术语
一、色谱图 —色谱流出曲线和色谱峰
色谱柱后流出物通过检测器时,系统所产生 的输出响应信号强度(R)对时间(tR)或流 动相流出体积(VR)作图,所得曲线称为色 谱流出曲线。曲线上突起部分就是色谱峰。 响应信号—电压(mv)或电流(mA)
Golay柱(1957年)为易碎的玻 璃柱,长8~10~100m ;
石英毛细柱φ0.1、0.22、0.32、0.53mm
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●进口色谱仪器品牌有: HP(安捷伦)、Waters、岛津、戴安
●国产仪器有: 北分(SP)、上分、鲁南
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二、色谱法分类
1.按操作(固定相使用)形式分类 (1)柱色谱:固定相装于柱内的色谱法。
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6.色谱保留值 —各种组分在柱上的滞留情况
(1)时间表示的保留值 ①死时间tM
不被固定相吸附或溶解的物质(空气或甲烷) 进入色谱柱时,从进样到出现峰极大值所需 的时间称为死时间。它正比于色谱柱的空隙 体积。 测定流动相平均线速ū时,可用柱长L与 tM 的 比值计算 即 ū = L / tM
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映了被测组分的保留特性。
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7.相对保留值r2.1或ri.s 某组分2的调整保留值与组分1的调整保留值
之比。 r2,1= t R2 / t R1´= V R2 / VR1
相对保留值只与柱温及固定相性质有关,而 与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关。 在色谱法中,特别是在气相色谱法中,广泛 用作定性的依据。 相对保留值r2.1或ri.s也称为分离系数、柱的选 择性、溶剂效率等。
分离效果; ⑥试样中不同组分在相同分离条件下,K不同,
得以分离。
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2.分配比k′(分配容量或容量因子)
分配比又称容量因子,它是指在一定温度和 压力下,组分在两相间分配达平衡时,分配 在固定相和流动相中的质量比。即
k
组 组
分 分
在 在
固 流
定 动
相 相
中 中
的 的 mm 质 质ms 量 量
k CS VS K VS K1
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3.峰高h 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离,以h表 示。用纸高(mm)或电信号大小(mv或mA) 表示。
4.峰的区域宽度 色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参 数之一,用于衡量柱效率及反映色谱操作条 件的动力学因素。 表示色谱峰区域宽度通常有三种方法。
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①标准偏差 即0.607倍峰高处色谱峰宽的一半(即拐点峰
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三、分配平衡
★色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离,组分 要达到完全分离,两峰间的距离必须足够远,两峰 间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的,即 与色谱过程的热力学性质有关。
★但是两峰间虽有一定距离,如果每个峰都很宽,以 致彼此重叠,还是不能分开。这些峰的宽或窄是由 组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的,即与色谱 过程的动力学性质有关。因此,要从热力学和动力 学两方面来研究色谱行为。
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色谱图
Y
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二、色谱图基本术语
1.基线 在实验操作条件下, 色谱柱后没有样品组 分流出时的流出曲线 称为基线,稳定的基 线应该是一条水平直 线。
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2.色谱峰 组分浓度随时间变化的曲线。 如果进样量很小,浓度很低,在线性范围内, 则色谱峰是对称的。标准的色谱峰为正态分 布曲线。
每一色谱峰至少代表一个组分; 每一峰的峰值出峰时间——定性; 每一峰的峰面积(峰高)——定量。
15-1 概述
一、色谱法的由来与发展
1.由来 色谱法早在1903年由俄国植物学家茨维特 (Tswett)分离植物色素时提出。 Tswett在研究植物叶的色素成分时,将植物叶 子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内, 然后加入石油醚使其自由流下,结果色素中 各种组分互相分离,形成
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各种不同颜色的谱带。 在玻璃管上,每一种 色带即为一种色素 (完全分离)。色带 犹如光谱分析中的谱 线(带),因此得名 “色谱法”。 (chromatography)
色谱流Hale Waihona Puke Baidu曲线
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5.峰面积A 峰面积是色谱图提供的基本定量数据,峰面 积测量的准确与否直接影响定量结果。对于 不同峰形的谱峰采用不同的测量方法。
(1)对称形峰面积的测量
A = 1.065 h Y1/ 2
(2)不对称形峰面积的测量
1
AhYh2Y 0.1 5Y h0.85h
(3)剪纸称重法—原始色谱定量法
Cm Vm
Vm
β
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式中:
①β为相比:反映色谱柱柱型及结构的参数。
填充柱相比约6~35;毛细管柱的相比约 50~1500。 ② β V,M VM为流动相体积,即柱内固定
V相S 颗粒间空隙体积。 VS为固定相体积,其中,GSC中为吸附剂表 面容量,GLC中为固定液体积。
③空气或甲烷的ms=0, ∴ k′= 0
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3.分配比与保留值的关系
k tR tM
r21
α21
tR tR
(2)
(1)
k2tM k1tM
k2 k1
K2 K1
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讨论: ①K和k′除与组分及固定相的热力学性质有关外,
还随柱温、柱压的变化而变化。 ②K只与组分和两相性质有关,与两相体积无
关。而k′又称容量因子、分配容量、容量比, 其随固定相的量的增加而增大。 ③ k′越大,保留时间越长。
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名称: (1)固定相(stationary phase)
在色谱法中,填入玻璃管或不锈钢管 内静止不动的一相(固体或液体)。 (2)流动相(mobile phase) 携带试样混合物流过固定相的流体(气体 或液体)。 (3)色谱柱(column) 装有固定相的管子(玻璃管或不锈钢管)
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色谱法分离过程: 当流动相中样品混合物经过固定相时,就会与固定 相发生作用,由于各组分在性质和结构上的差异,与 固定相相互作用的类型、强弱也有差异,因此在同一 推动力的作用下,不同组分在固定相滞留时间长短不 同,从而按先后不同的次序从固定相中流出。与适当 的柱后检测方法结合,实现混合物中各组分的分离与 检测。
k′= 0, tR´= 0,tR= tM
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15-3 色谱分析的基本理论
试样在色谱柱中的分离过程包括两方面: 热力学 — 各组分在两相间的分配情况 (tR由K决定) 动力学 — 各组分在两相间的传质情况 (Y1/2)
一、塔板理论
塔板理论:1941年,Martin提出的半经验热 力学理论。 —— 给出衡量柱效的指标
①死体积VM 指色谱柱在填充后,柱管内固定相颗粒间所 剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空 间以及检测器的空间的总和。
当后两相很小可忽略不计时,死体积可由死 时间与色谱柱出口的载气流速Fo(cm3·min-1) 计算。 VM = tM Fo
VM反映了柱和仪器系统的几何特性,与 被测组分的性质无关。
②保留时间tR 试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的 时间,称为保留时间。
③调整保留时间tR´
某组分的保留时间扣除死时间后,称为该组
分的调整保留时间。 即 tR´= tR tM
tR´:由于组分吸附或溶解于固定相中,比流
动相在柱中多滞留的时间。 tR:出柱时间; tR′:与固定相作用时间。
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(2)用体积表示的保留值
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②保留体积VR 指从进样开始到被测组分在柱后出现浓度极 大点时所通过的流动相的体积。
VR= tR Fo 载气流速越大,保留时间降低, VR不变
—VR与载气流速无关。
③调整保留体积VR
某组分的保留体积扣除死体积后的保留体积。
VR = VR VM = tR Fo 同理: VR与载气流速无关,并更合理地反
宽的一半) 。 = ½ Y0.607h
②半峰宽Y1/2 即峰高一半处对应的峰宽。它与标准偏差的
关系为 Y1/ 2 = 2.355
③峰底宽度Y(基线宽度) 即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上截距间 的距离。
它与标准偏差的关系是 Y = 4
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Y0.607h = 2σ Y = 4σ Y1/ 2 = 2.355σ Y ≠ 2 Y1/ 2
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(4)凝胶色谱(或空间排阻)色谱 利用多孔性固定相对大小不同的分子 的排阻作用而达到分离的方法。 又称为空间(尺寸)排阻色谱法。
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GC与LC的区别:
①物质在GC中传输速度快,流动相渗透性好, 可用长柱,分离效率高,分析速度快;但GC 要求样品具有一定挥发性及热稳定性;气体 价格低,仪器相对便宜。
分为填充柱色谱和空心毛细 管柱色谱。 (2)平板色谱:固定相呈平板状的色谱。 它又可分为薄层色谱(固定 相压成或涂成薄膜的色谱) 和纸色谱(固定相为滤纸的 色谱)。
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2.按两相状态分类(使用最普遍) (1)气相色谱(GC):
流动相是气体的色谱。 分为 气固色谱(GSC)
气液色谱(GLC) (2)液相色谱法(LC) :
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在定性分析中,通常固定一个色谱峰作为标 准(s),然后再求其它峰(i)对这个峰的相
对保留值, 即 = tR (i) / tR (s) 式中tR (i)为后出峰的调整保留时间,所以
总是大于1的。 相对保留值往往可作为衡量固定相选择性的 指标,又称选择因子。
当=1时,两组分永不分离; 越大,分离的越好。
两个重要特征:①试样中各组分在柱中不等速迁移 (热力学因素);②每种组分在流经柱子后发生谱带 扩散分布(动力学因素)。
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2.发展 (1) 1901年,Tswett开始研究。 (2) 1903年3月21日,华沙自然科学生物学
会论文: “一种新型吸附现象及其在生 物分析上的应用” ,提出用吸附原理分 离植物色素。 (3)1906年,德国生物学会议,公开展示 “彩色环带的柱管”——“色谱图”。 (4)在随后20多年中,色谱分离法得以广泛 推广与应用,特别是在天然有机物的分
液体为流动相的色谱。 分为 液固色谱(LSC)
液液色谱(LLC) 超临界流体为流动相的色谱为超临界 流体色谱(SFC)。
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3.按分离机理分类 (1)吸附色谱
利用组分在吸附剂(固定相)上的吸附 能力强弱不同而得以分离的方法。 (2)分配色谱 利用不同组分在固定液(固定相)中不 同的分配系数而达到分离的方法。 (3)离子交换色谱 利用组分在离子交换剂(固定相)上的 亲和力大小不同而达到分离的方法。
浓 度
AB
KA>KB
A
B
沿柱移动距离L 溶质A和B在沿柱移动时不同位置处的浓度轮廓
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★分配系数的要点:
①K值与组分性质、固定相性质、流动相性质、 分离温度有关的参数;
②一定TC下,K越大,出峰越慢; ③提高TC ,组分在固定相中浓度降低,tR变小; ④K=0的组分,不被固定相保留,最先流出; ⑤每个组分的K不同,选择适宜的固定相来改善
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