第五章 色谱分析法基本理论

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→提供了分离的可能性 2)各组分沿柱子扩散分布→峰宽
→ 不利于不同组分分离
3、色谱分离原理 色谱分离基于各组分在两相之间平衡分配的差异(“分配”系 数的不等),平衡分配可定量地用分配系数和分配比(容量因 子)来表示。 分配系数不等是分离的前提。
5—2 色谱流出曲线及有关概念
二、常用术语 1、色谱流出曲线(色谱图)
保留值意义:
1、描述分析样品中各组分在色谱柱中滞留情况的物理量; 2、通常用将各组分带出色谱柱所需的载气体积或时间表示。
特点:
在一定的固定相和操作条件下,任何一种物质都有一个固 定的保留值,故组分的保留值可用于该组分的定性鉴定。
5—2 色谱流出曲线及有关概念
5、保留值( tM、tR、tR’、VM、VR、VR’ )(色谱定性参数)
试样中各组分经色谱柱分离后,随流动相进入检测器,检测器将各组分的 浓度(或质量)的变化转换为电压(或电流)信号,由记录仪记录下来, 所得到的电信号强度—时间曲线,称为流出曲线,即色谱图。 由基线和色谱峰组成。
5—2 色谱流出曲线及有关概念
2、基线:
在操作条件下,仅有流动相通过检测器时所产生信号的流出曲线。 反映仪器(主要是检测器)的噪音随时间的变化(噪音-时间曲线)。
和填充均匀程度无关,是色谱定性的重要参数。
表示相邻组分时,也称分离因子 或选择性因子,用于衡量色谱
柱的选择性。
r2,1越大→两组分容易分离; r2,1 = 1时→两组分不能分开
6、色谱峰峰高、峰面积及色谱峰区域宽度
(1)峰高:色谱峰顶点与基线之间的垂直距离,以h表示 (2)峰面积:某色谱峰曲线与基线间包围的面积,以A表示
定量
(3)色谱峰区域宽度:是描述色谱流出曲线的另一重要参数,反映了柱效
的高低,区域宽度越窄,柱效越高。
三种表示方式:
1)标准差σ:正态色谱流出曲线上两拐点间距离的一半,即0.607 倍峰高处 峰宽的一半。
σ表示组分被带出色谱柱的分散程度, σ越大,组分越分散,反之越集中。
2)半峰宽W1/2:峰高一半处的峰宽度 W1/2 = 2.355σ
与否)
5—2 色谱流出曲线及有关概念
7、分配系数K:在一定温度和压力下,达到分配平衡时,组分在固定
相(s)和流动相(m)中的浓度之比。
1)K 适合多种机制
K = Cs Cm
吸附色谱:吸附平衡常数
分配色谱:分配系数
离子交换色谱:交换常数
分子排阻色谱:渗透系数
2)K 值相关因素:热力学常数,与温度、压力有关外,还与
以吸附色谱为例:
过程: 吸附(固定相)→ 解吸(流动相)→再吸附 →再解吸 …… “分配”系数的微小差异→吸附能力的微小差异 微小差异积累→较大差异→吸附能力弱的组分先流出
吸附能力强的组分后流出
5—2 色谱流出曲线及有关概念 一、色谱过程、分离原理及特点
2、色谱分离特点 1)不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等
第五章 色谱分析法基本理论
An Introduction to Chromatography
5—1 5—2 5—3
概述 色谱过程及常用术语 色谱法基本理论
5—1 概述
一、色谱法定义、实质和目的意义
1、定义:是一种物理或物理化学的分离、分析方法。 是基于混合物各组分在固定相、流动相两相中吸
附、分配等作用的差异而实现分离,再逐个进行 定性或定量分析的方法。 2、实质:分离 3、目的意义:实现多组分混合物的分离分析
k=
ms mm
组分在固定相和流动相中的质量比。
与分配系数的换算关系:
k = ms mm
=
Cs*Vs Cm*Vm
=K
Vs Vm
k与温度、压力、固定相和流动相体积有关。
保留因子与保留时间的关系:
k=
tR – t0 t0
tR = t0 (1+k)
tR = t0 (1+KVs/Vm)
当色谱柱或薄层板一定时,Vs与Vm一定;流速、温度一定,t0一定, tR主要取决于分配系数K,K大,tR大。 在实验条件一定时,tR主要取决于组分的性质,可用于定性。
2)保留体积 A、保留体积 VR 定义:某组分从进样开始到柱后出现待测组分响应信号极大值时所通过 的流动相体积。
VR = tR Fc Fc:流动相的流速(mL/min)
注意:各种保留时间受流动相流速的影响,各种保留体积与流动相流速 无关。 B、死体积 V0 定义:由进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空间体积。 V0 = t0 Fc [固定相的孔隙及颗粒间间隙的体积;进样器至色谱柱间导 管的容积;柱出口导管及检测器内腔容积] C、调整保留体积 VR’ 定义:由保留体积扣除死体积后的体积 VR’ = VR – V0 = tR’ Fc (与流速无关)
5—2 色谱流出曲线及有关概念
5、保留值( t0、tR、tR’、VM、VR、VR’ )(色谱定性参数)
1)保留时间 B、死时间 t0 : 定义:分配系数为0的组分即不被固定相吸附或溶解的组分(不保留组分) 从进样开始到出现峰最大值所需的保留时间。 说明: ①实际上就是流动相通过色谱柱所需要的时间。 ②t0由色谱柱中流动相体积Vm与流动相流速决定,与被测组分和固定相 无关。 ③ 气相色谱采用空气;液相色谱的正相色谱用烷烃,反相色谱用甲醇、 乙醇、硝酸盐水溶液等。
W0.05h 为0.05 倍峰高处的峰宽;A、B为峰极大至该处峰前沿、后沿之
间的距离。
色谱峰
正常峰(对称) T = 0.95—1.05
前伸峰 ——T小于0.95 非正常峰
拖尾峰 ——T大于1.05
5—2 色谱流出曲线及有关概念
5、保留值( tM 、tR、tR’、VM、VR、VR’ )(色谱定性参数)
5—2 色谱流出曲线及有关概念
一、色谱过程、分离原理和特点
1、色谱过程:是物质分子在相对运动的两相(固定相、 流动相)间“分配”平衡的过程。
实现色谱操作的基本条件: (1)必须具备相对运动的两相(固定相、流动相) (2)混合物中,两个组分的“分配”系数 K 不等,则被
流动相携带移动的速度不等——差速迁移,而被分离。
3、色谱峰
流出曲线上的突起部分,即组分流经检测器所产生的信号,由引入流动 相中被测物引起的。
描述色谱峰三种参数:
峰高/峰面积(定量)
峰位(保留值tR,定性) 峰宽(衡量柱效)
5—2 色谱流出曲线及有关概念
4、拖尾因子T(tailing factor,对称因子)
衡量色谱峰的对称性。 T = W0.05h /2A= A+B/2A
1)保留时间 A、保留时间 tR: 定义:某组分从进样开始到在色谱柱后出现浓度极大点时所需时间。 (是色谱法定性的基本依据) 说明:组分的保留时间就是组分通过色谱柱所需的时间,即组分从进样 开始到色谱峰顶点的时间间隔。 影响因素: ①流 动 相——性质、在色谱柱中的体积Vm和流速 ②固 定 相——性质、在色谱柱中的体积Vs ③被测组分——性质
2、缺点: 对未知物分析的定性专属性差,需要与其他分析方法联用 (GC-MS,LC-MS、GC-FTIR、SFC-MS、HPLC-UV、TLC-UV) 3、发展趋势:
开发新型固定相和检测器;建立和完善各种联用技术;开发色 谱新方法新技术;实现色谱分析的自动化智能化
5—2 色谱流出曲线及有关概念 一、色谱过程 二、有关概念
3)峰宽W:色谱峰两侧拐点作切线在基线的截距。
W = 4σ = 1.699W1/2
总结: 1)根据峰数,可以判断样品所含组分的最少个数。 2)根据保留值(tR、VR),可进行定性分析。 3)根据峰高或峰面积,可进行定量分析。 4)色谱峰区域宽度,是评价柱效的依据。 5)两峰间的距离,可评价色谱条件的选择是否合理(分离
固定相——除了固体,还可以是液体 流动相——液体、气体、超临界流体等 色谱柱——各种材质和尺寸 被分离组分——不再仅局限于有色物质
5—1 概述
三、分类 1、按两相分子的聚集状态分
流动相 液体 液体 气体 气体
超临界流体
固定相 固体 液体 固体 液体
类型 液-固色谱 液相色谱 液-液色谱 气-固色谱 气相色谱 气-液色谱
超临界 流体色谱
5—1 概述
三、分类
2、按固定相的固定方式分
柱色谱
填充柱色谱 毛细管柱色谱 微填充柱色谱
纸色谱(PC):滤纸作固定液的载体 平面色谱 薄层色谱(TLC):固定相涂布于玻璃板或者铝箔板上
薄膜色谱(TFC):高分子固定相制成薄膜
5—1 概述
三、分类
3、按分离机制分
吸附色谱:利用组分在吸附剂上吸附能力的差异 分配色谱:利用组分在固定液中分配系数的不同 离子交换色谱:利用组分在离子交换剂上的离子交换
能力差异 尺寸排阻色谱:利用大小不同的分子在多孔固定相中
选择渗透性的不同
5—1 概述
四、色谱法的特点及发展趋势
1、优点:“三高”、“一快”、“一广” 1)高选择性:可将性质相似的组分分开 2)高效能:反复多次利用组分性质的差异产生很好分离效果 3)高灵敏度:10-11~10-13g,适于痕量分析 4)分析速度快:几~几十分钟完成分离,一次可测得多种样品 5)应用范围广:气体,液体、固体物质 气相色谱:沸点低于400℃的各种有机或无机试样的分析 液相色谱:高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析
5—2 色谱流出曲线及有关概念
3)相对保留值 r2,1():
定义:两组分的调整保留值的比值,也可以是分配系数之比,保留因子之比。
注意:
r2,1
t' R2
t' R1
V' R2
V' R1
K2 K1
k2 k1
是色谱系统的分离选择性指标
仅与柱温、固定相以及流动相的性质有关,与柱径、柱长、流动相流速
被测物、固定相和流动相的性质有关。
K 值无关因素:两相体积、柱管性质及使用仪器。
3)K 值与tR的关系:K↑ → Cs → tR↑ ,组分后出柱 K = 0,tR = tM 组分不保留 K→∞ ,组分完全保留
5—2 色谱流出曲线及有关概念
8、保留因子/容量因子/分配比(k):在一定温度压力下,达到分配平衡时,
5—2 色谱流出曲线及有关概念
5、保留值( t0、tR、tR’、VM、VR、VR’ )(色谱定性参数)
C、调整保留时间tR’ : 定义:扣除死时间后的保留时间。tR’ = tR - t0 说明:①组分在固定相中停留的时间。
②实验条件(温度、固定相等)一定,tR’ 仅决定于组分性质
5—2 色谱流出曲线及有关概念
例:关于保留因子的计算习题:
在某色谱柱上A组分流出需要10min,组分B流出需要 20min,而不溶于固定相的物质C流出需要2.0min,分 别计算:A、B组分在柱中的保留因子。
色谱分离前提→各组分分配系数不等
t
B R
tM (1 K B
Vs ) Vm
t
A R
tM
(1
KA
Vs Vm
)
tR
《中国药典》规定R ≥ 1.5可作为两组分分离的指标
10、等温线与色谱峰形的关系 等温线:指在一定温度下,某一组分在固定相和流动相之间达 到平衡时,以组分在固定相中浓度CS为纵坐标,在流动相中浓 度Cm为横坐标得到的曲线。CS = f (Cm) 意义: 1)其形状是重要的色谱特征之一。 2)反映了在一定温度下,吸附剂对溶液中某组分的吸附能力。
t
A R
t
B R
tM
Vs Vm
(K A
KB)
K A KB tR 0
注:应选择合适分离条件使得难分离的组分K不等
1)组分一定,K 不等的前提 A、固定相和流动相改变 B、T 改变 2)色谱条件(s,m,T)一定时,K一定 → tR一定
9、分离度(resolution, R)又称分辨率 给定色谱柱对两种溶质分离程度的量度。
是分析源自文库杂混合物最有力的手段
5—1 概述
二、色谱法的由来和发展
1、1906年由俄国植物学家Tswett创立(植物色素分离)
固定相——CaCO3颗粒 流动相——石油醚
色带
概念: 固定相 流动相 色谱柱
5—1 概述
二、色谱法的由来和发展
2、现在:一种重要的分离、分析技术
分离混合物各组分并加以分析
是指相邻两峰峰顶间距离与两峰基线宽度平均值的比值(衡 量色谱分离条件优劣的参数);涉及色谱过程热力学因素和 动力学因素。
R 2(tR2 tR1 ) 1.177(tR2 tR1 )
W1 W2
W1 2 (1) W1 2 (2)
设色谱峰为正常峰(峰形对称且满足正态分布),
且W1 W2 =4 若R = 0,峰间距 tR = 0,两峰完全重合; R = 1,tR = 4,两峰分离度可达98%; R = 1. 5,tR = 6,两峰离度可达99.7%;可视为完 全分离
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