1. 色谱理论基础1
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2011-8-12
色谱基础
张庆合 中国计量科学研究院 qhzhang204@gmail.com 010-64271638
主要内容
1. 2.
色谱方法的发展 色谱法原理与术语
分析测试目的
有什麽---定性 有多少---定量
1
2011-8-12
分析方法的基本要求
灵敏度高 选择性好 速度快 成本低
几个基本概念
色谱峰 保留 柱效 容量因子 选择性 分离度
9
2011-8-12
色谱基本参数
柱色谱分离ABC
不对称度与拖尾因子
10
2011-8-12
色谱分离
死体积与死时间
V0 0.65
D 2 L
4
0.65
3.14 4.6 2 250 2.69ml 4
250mm色谱柱，1 ml/min流速，t0≈2.5 min
库恩， Richard kuhn. 1900.12.3-1967.8.1 奥地利化学家
Al2O3+ CaCO3 αβ胡萝卜素、核黄素、维生素B6 1938年诺贝尔奖
库恩利用这个被埋没多年的方法, 用氧化铝和碳酸钙粉末的色谱柱 成功地将胡萝卜素分离成α和β两 个同分异构体.此后他又发现了多 种新的类胡萝卜素.并制成了纯品 进行结构分析,大大丰富了人们对 类胡萝卜素的认识.
5
2011-8-12
电泳
1902年8月10日生于瑞典斯德哥尔摩。 1925-1932年在乌普萨拉大学任T·斯韦 德贝尔格的助手，研究成功电泳方法， 用以分离悬浮液中电荷不同的蛋白质成 分，并于1930年获得博士学位，此后留 校任教。曾到普林斯顿大学进修学院从 事研究工作。1937年回乌普萨拉大学任 生物化学教授，他用电泳法分离了血清 中化学构造相似的蛋白质成分。1940年 研究用吸收层析法分离蛋白质及其他物 质。1946-1950年任瑞典自然科学研究理 事会主席。1947年任诺贝尔基金会副主 席。1951-1955年任国际纯粹与应用化学 联合会(1UPAC)理事长。蒂塞利乌斯因 对电泳及吸收分析的研究取得成果而获 得1948年诺贝尔化学奖。1971年10月29 日在瑞典Uppsala去世。享年69岁
2011-8-12
选择性与柱效
反映峰保留的差异，但不能反映分分开的程度
调整α的途径
改变固定相 调整流动相流速 改变柱温度 改变样品本身的性质
分离度—综合反映分离的程度
14
2011-8-12
分离度与分离程度
影响分离度的因素：α,N,k
α：表示化合物分离程度，化学因素 N：色谱峰展宽程度 K：样品与柱填料作用强弱
复杂样品分析
一种或多种测试方法不能直接确定混合物中特定或全 部组份的组成或含量时，需分离后再分别测定
常见的分离模式
蒸馏 离心 电泳 过滤与超滤 色谱----分离与检测技术一体的分析方法
2
2011-8-12
色谱分离机理
柱色谱分离
谱带扩展
色谱图
色谱方法的本质
目的是解决复杂样品的分离问题 本质上是一种分离方法 色谱法与在线检测器结合使其广泛应用
8
2011-8-12
色谱图
5.2 mL. （体积百分比） A air (1.9%); B methane (30.8%); C ethane (7.7%); D propane (11.5%); E 2-methylpropane (9.6%%); F n-butane (15.4%);
G 2-methylbutane (13.5%); H n-pentane (9.6%).
12
2011-8-12
柱效对分离的影响
柱效越高色谱峰越窄 柱效提高可以增加分离度
柱效N与分离
柱效与化合物保留的关系
t N R total
2
total column inject . cell connect .
色谱柱评价报告
13
色谱柱 ：含二甲亚砜的液相
收集馏分的体积与时间图
色谱方法发展年表
1903年，色谱方法提出 1931年，液固吸附色谱 1940年代，纸色谱 1950年代，薄层色谱 50-60年代，GC大发展时期 70年代，HPLC为代表的现代色谱 1975年，离子色谱出现 80--90年代，HPLC发展成熟时期 80年代，毛细管电泳发展 2003，UPLC
• 蒂塞利乌斯，1902-1971 • 瑞典化学家
• Arme Wilhelm Kaurin Tiselius
• 对电泳和吸附方法研究，发 现血清蛋白组分。 • 1948年诺贝尔奖
英国科学家Martin和Synge
1910-2002
• •
1914-1994
发明纸色谱法; 提出理论塔板表示分离效率;基于液液萃取原理发明液－液 分配色谱 “流动相用气体，对分离更有好处”;“用非常细的填料、柱两端增加压 差，能得到最小的理论塔板Leabharlann Baidu度”
保留值的表示—容量因子k’
k'
VR Vo Vo
11
2011-8-12
柱效与理论塔板数 N
柱效是系统性能指标之一 与系统和流动相流速等有关 注射样品的体积小于1／100 色谱柱死体积 进样阀－色谱柱－检测器连 接体积小 保护柱的影响 提高温度 梯度洗脱
色谱过程
色谱过程
范德华方程
17
2011-8-12
载气的比较
柱内径的比较
柱长的比较
18
2011-8-12
谢谢大家
19
a ，k，N∶如何改变分辨率?
增加柱长 增加选择性 提高柱效
15
2011-8-12
色谱峰展宽－涡流扩散（多通道效应）
起始
填充床
最后
A = 2 dp
dp 粒径 填充因子
范德华方程
色谱峰展宽－纵向扩散
16
2011-8-12
范德华方程
色谱峰展宽－传质阻力(吸附动力学)
df固定相膜厚 Ds溶质在固定相中扩散系数
色谱法的前奏
色谱法创始人－Tswett 茨维特
4
2011-8-12
经典液相色谱法
2011-8-12
13
“Like light rays in the spectrum, the different components of a pigment mixture, obeying a law, are resolved on the calcium carbonate column and then can be qualitatively and quantitatively determined. I call such a preparation a chromatogram and the corresponding method the
6
2011-8-12
马丁
I am thinking
19
1952年诺贝尔奖
氨基酸自动分析仪－1972年诺贝尔奖
7
2011-8-12
早期典型GC仪器
2011-8-12
22
2011-8-12
23
早期典型GC仪器
1 2
盐酸; 2 大理石; 3 碳酸氢钠; 4 浓硫酸; 5 汞压力调节; 6 压力计; 7 氯 化钙; 8 三通阀; 9 样品体积测量管; 10 汞压力计; 11 恒温(Dewar flask); 12 色谱柱; 13 测氮仪.
chromatographic method.”
14
液固吸附色谱
生于奥地利维也纳,1918年在维也纳大 学学习.1921年至慕尼黑大学改读博士 学位.1922年获博士学位留校研究糖化 酶.1926-1928年任苏黎世大学教授.1929 年回德国任海德堡大学教授.兼任威 廉·凯泽医学研究所化学部门领导.1937 年升任所长.
色谱方法的分类
液相色谱
气相色谱
超临界流体色谱
柱色谱 纸色谱 薄层色谱 高效液相色谱HPLC 超高压液色谱UPLC
3
2011-8-12
色谱法的前奏
Friedlieb Ferdinand （1794-1867）德国汉堡，药物博士 咖啡豆和金鸡纳皮活性物质（咖啡因和奎宁），化学教科书
色谱基础
张庆合 中国计量科学研究院 qhzhang204@gmail.com 010-64271638
主要内容
1. 2.
色谱方法的发展 色谱法原理与术语
分析测试目的
有什麽---定性 有多少---定量
1
2011-8-12
分析方法的基本要求
灵敏度高 选择性好 速度快 成本低
几个基本概念
色谱峰 保留 柱效 容量因子 选择性 分离度
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2011-8-12
色谱基本参数
柱色谱分离ABC
不对称度与拖尾因子
10
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色谱分离
死体积与死时间
V0 0.65
D 2 L
4
0.65
3.14 4.6 2 250 2.69ml 4
250mm色谱柱，1 ml/min流速，t0≈2.5 min
库恩， Richard kuhn. 1900.12.3-1967.8.1 奥地利化学家
Al2O3+ CaCO3 αβ胡萝卜素、核黄素、维生素B6 1938年诺贝尔奖
库恩利用这个被埋没多年的方法, 用氧化铝和碳酸钙粉末的色谱柱 成功地将胡萝卜素分离成α和β两 个同分异构体.此后他又发现了多 种新的类胡萝卜素.并制成了纯品 进行结构分析,大大丰富了人们对 类胡萝卜素的认识.
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电泳
1902年8月10日生于瑞典斯德哥尔摩。 1925-1932年在乌普萨拉大学任T·斯韦 德贝尔格的助手，研究成功电泳方法， 用以分离悬浮液中电荷不同的蛋白质成 分，并于1930年获得博士学位，此后留 校任教。曾到普林斯顿大学进修学院从 事研究工作。1937年回乌普萨拉大学任 生物化学教授，他用电泳法分离了血清 中化学构造相似的蛋白质成分。1940年 研究用吸收层析法分离蛋白质及其他物 质。1946-1950年任瑞典自然科学研究理 事会主席。1947年任诺贝尔基金会副主 席。1951-1955年任国际纯粹与应用化学 联合会(1UPAC)理事长。蒂塞利乌斯因 对电泳及吸收分析的研究取得成果而获 得1948年诺贝尔化学奖。1971年10月29 日在瑞典Uppsala去世。享年69岁
2011-8-12
选择性与柱效
反映峰保留的差异，但不能反映分分开的程度
调整α的途径
改变固定相 调整流动相流速 改变柱温度 改变样品本身的性质
分离度—综合反映分离的程度
14
2011-8-12
分离度与分离程度
影响分离度的因素：α,N,k
α：表示化合物分离程度，化学因素 N：色谱峰展宽程度 K：样品与柱填料作用强弱
复杂样品分析
一种或多种测试方法不能直接确定混合物中特定或全 部组份的组成或含量时，需分离后再分别测定
常见的分离模式
蒸馏 离心 电泳 过滤与超滤 色谱----分离与检测技术一体的分析方法
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2011-8-12
色谱分离机理
柱色谱分离
谱带扩展
色谱图
色谱方法的本质
目的是解决复杂样品的分离问题 本质上是一种分离方法 色谱法与在线检测器结合使其广泛应用
8
2011-8-12
色谱图
5.2 mL. （体积百分比） A air (1.9%); B methane (30.8%); C ethane (7.7%); D propane (11.5%); E 2-methylpropane (9.6%%); F n-butane (15.4%);
G 2-methylbutane (13.5%); H n-pentane (9.6%).
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2011-8-12
柱效对分离的影响
柱效越高色谱峰越窄 柱效提高可以增加分离度
柱效N与分离
柱效与化合物保留的关系
t N R total
2
total column inject . cell connect .
色谱柱评价报告
13
色谱柱 ：含二甲亚砜的液相
收集馏分的体积与时间图
色谱方法发展年表
1903年，色谱方法提出 1931年，液固吸附色谱 1940年代，纸色谱 1950年代，薄层色谱 50-60年代，GC大发展时期 70年代，HPLC为代表的现代色谱 1975年，离子色谱出现 80--90年代，HPLC发展成熟时期 80年代，毛细管电泳发展 2003，UPLC
• 蒂塞利乌斯，1902-1971 • 瑞典化学家
• Arme Wilhelm Kaurin Tiselius
• 对电泳和吸附方法研究，发 现血清蛋白组分。 • 1948年诺贝尔奖
英国科学家Martin和Synge
1910-2002
• •
1914-1994
发明纸色谱法; 提出理论塔板表示分离效率;基于液液萃取原理发明液－液 分配色谱 “流动相用气体，对分离更有好处”;“用非常细的填料、柱两端增加压 差，能得到最小的理论塔板Leabharlann Baidu度”
保留值的表示—容量因子k’
k'
VR Vo Vo
11
2011-8-12
柱效与理论塔板数 N
柱效是系统性能指标之一 与系统和流动相流速等有关 注射样品的体积小于1／100 色谱柱死体积 进样阀－色谱柱－检测器连 接体积小 保护柱的影响 提高温度 梯度洗脱
色谱过程
色谱过程
范德华方程
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载气的比较
柱内径的比较
柱长的比较
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谢谢大家
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a ，k，N∶如何改变分辨率?
增加柱长 增加选择性 提高柱效
15
2011-8-12
色谱峰展宽－涡流扩散（多通道效应）
起始
填充床
最后
A = 2 dp
dp 粒径 填充因子
范德华方程
色谱峰展宽－纵向扩散
16
2011-8-12
范德华方程
色谱峰展宽－传质阻力(吸附动力学)
df固定相膜厚 Ds溶质在固定相中扩散系数
色谱法的前奏
色谱法创始人－Tswett 茨维特
4
2011-8-12
经典液相色谱法
2011-8-12
13
“Like light rays in the spectrum, the different components of a pigment mixture, obeying a law, are resolved on the calcium carbonate column and then can be qualitatively and quantitatively determined. I call such a preparation a chromatogram and the corresponding method the
6
2011-8-12
马丁
I am thinking
19
1952年诺贝尔奖
氨基酸自动分析仪－1972年诺贝尔奖
7
2011-8-12
早期典型GC仪器
2011-8-12
22
2011-8-12
23
早期典型GC仪器
1 2
盐酸; 2 大理石; 3 碳酸氢钠; 4 浓硫酸; 5 汞压力调节; 6 压力计; 7 氯 化钙; 8 三通阀; 9 样品体积测量管; 10 汞压力计; 11 恒温(Dewar flask); 12 色谱柱; 13 测氮仪.
chromatographic method.”
14
液固吸附色谱
生于奥地利维也纳,1918年在维也纳大 学学习.1921年至慕尼黑大学改读博士 学位.1922年获博士学位留校研究糖化 酶.1926-1928年任苏黎世大学教授.1929 年回德国任海德堡大学教授.兼任威 廉·凯泽医学研究所化学部门领导.1937 年升任所长.
色谱方法的分类
液相色谱
气相色谱
超临界流体色谱
柱色谱 纸色谱 薄层色谱 高效液相色谱HPLC 超高压液色谱UPLC
3
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色谱法的前奏
Friedlieb Ferdinand （1794-1867）德国汉堡，药物博士 咖啡豆和金鸡纳皮活性物质（咖啡因和奎宁），化学教科书