分析化学PPT课件:第十六章-色谱分析法概论-第一节-色谱法概述-2

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• 固定相 又称固定液(涂渍在惰性载体颗粒上
的一薄层液体;化学键合相(通过化学反应将 各种有机基团键合到载体上形成的固定相)。
• 流动相
气液分配色谱法:气体,常为氢气或氮气。 液液分配色谱法:与固定相不相溶的液体。 正相液液分配色谱:流动相的极性弱于固定相 的极性。 反相液液分配色谱:流动相的极性强于固定相 的极性。
表 17-1 一些溶剂在硅胶上的o值
溶剂
溶剂强度
(o)
溶剂
溶剂强度
(o)
正戊烷
0.00
甲基特丁基醚
0.48
正己烷
0.00
醋酸乙酯
0.48
氯仿
0.26
乙腈
Leabharlann Baidu0.52
二氯甲烷
0.40
异丙醇
0.60
乙醚
0.43
甲醇
0.70
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吸附色谱法
➢ 洗脱顺序 ka=KaSa/Vm
➢ 在色谱柱(Sa与Vm一定)时,分配系数Ka大 的组分保留强,后被洗脱,Ka小的组分在吸 附剂上保留弱,先被洗脱。
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色谱法的特点
➢ 色谱法是根据混合物中各组分在两相分配系
数的不同进行分离的方法,是分析复杂混合物最 有力的手段; ➢ 分离效能、高灵敏度、高选择性、高效能; ➢ 分析速度快; ➢ 应用范围广。
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二、色谱分离过程 (P338)
实现色谱操作的基本条件是必须具备相对运 动的两相,固定相(stationary phase)和流动 相(mobile phase)。
K= Cs X s Vs Cm X m Vm
• 溶质分子在固定相中溶解度越大,或在流动相 中溶解度越小,则K越大。在LLC中K主要与流 动相的性质 (种类与极性) 有关;在GLC中K与 固定相极性和柱温有关。 • 分配色谱法包括气液分配色谱和液液分配色谱
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2020/8/25
分配色谱法
LLC LLC
LSC
BPC
毛细管电泳 超临界流体色谱 法(CE)
法(SFC)
毛细管电色谱 法(CEC)
气相色谱
气相色谱:流动相为气体(称为载气)。 按分离柱不同可分为:填充柱色谱和毛细管柱色谱; 按固定相的不同又分为:气固色谱和气液色谱
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气相色谱法的特点
(1)分离效率高:
复杂混合物,有机同系物、异构体。手性异构体。
九十年代快速发展、 特别适合生物试样分析分 离的高效分析仪器。
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三、色谱法的分离机制
分配色谱法 吸附色谱法 离子交换色谱法 空间排阻色谱法
从分离原理、固定相和流动 相三方面来讨论不同色谱法
的分离机制
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一、分配色谱法 (P345)
• 分离原理 利用被分离组分在固定相或流动 相中的溶解度差别而实现分离。
(2) 灵敏度高:
可以检测出μg.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量.
(3) 分析速度快:
一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。
(4) 应用范围广:
适用于沸点低于400℃的各种有机或无机试样的分析。
不足之处:
不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。 被分离组分的定性较为困难。
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吸附色谱法
➢ 流动相 有机溶剂(硅胶为吸附剂) ➢ 洗脱能力:主要由其极性决定。 ➢ 强极性流动相占据吸附中心的能力强,洗
脱能力强,使k值小,保留时间短。
➢ Snyder溶剂强度o:吸附自由能,表示洗 脱能力。o值越大,固定相对溶剂的吸附
能力越强,即洗脱能力越强。
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➢ 平面色谱法是色谱过程在固定相构成的平面状层 内进行的色谱法。又分为纸色谱法、薄层色谱法等
➢ 毛细管电泳法的分离过程在毛细管内进行
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色 谱 法
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GSC
气相色谱 法(GC)
液相色谱 法 (LC)
柱色谱 法
平面色谱 法
柱色谱 法
GLC 纸色谱法
薄层色谱 法(TLC)
LLC LSC SEC IEC
• 流动相
• 要求:能溶解试样、润湿凝胶,粘度要低
• 水溶性试样选择水溶液为流动相(称为凝胶过 滤色谱gel filtration chromatography; GFC);
• 非水溶性试样选择四氢呋喃、氯仿、甲苯和 二甲基甲酰胺等有机溶剂为流动相 (凝胶渗透 色谱gel permeation chromatography; GPC)。
固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。 气液色谱的固定相: 由 担体和固定液所组成。
固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。 气固色谱的分离机理:
吸附与脱附的不断重复过程; 气液色谱的分离机理:
气液两相间的反复多次分配过程。
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气相色谱分离过程
当试样由载气携带进入色谱 柱与固定相接触时,被固定相 溶解或吸附。 随着载气的不断通入,被溶 解或吸附的组分又从固定相中 挥发或脱附, 挥发或脱附下的组分随着载 气向前移动时又再次被固定相 溶解或吸附。 随着载气的流动,溶解、挥 发,或吸附、脱附的过程反复 地进行。
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空间排阻色谱法
• 根据空间排阻(steric exclusion)理论,孔 内外同等大小的溶质分子处于扩散平衡状态:
Xm
Xs
• 渗透系数: Kp =Xs/Xm (0<Kp<1 ) 由溶质分子的线团尺寸和凝胶孔隙的大小
所决定。在一定分子线团尺寸范围内,Kp与 分子量相关,即组分按分子量的大小分离。
其中一相固定不动,即为固定相;另一相师 携带试样向前移动的流动体,即流动相。
色谱过程是组分的分子在流动相和固定相间 多次“分配”的过程。
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气相色谱分离过程
气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 填充柱色谱: 气固色谱和气液色谱,两者的分离机理不同。 气固色谱的固定相: 多孔性的固体吸附剂颗粒。
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分配色谱法
• 洗脱顺序 由组分在固定相或流动相中溶解度的 相对大小而决定。 正相液液分配色谱:极性强的组分后被洗脱。 (库仑力和氢键力)
反相液液分配色谱:极性强的组分先出柱。
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二、吸附色谱法 (P346)
• 分离原理 利用被分离组分对固定相表面吸 附中心吸附能力的差别而实现分离。
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三、色谱法的分类
➢ 按流动相的分子聚集状态分类: 气相色谱(GC)、液相色谱(LC)、超临界 流体色谱(SFC )等
➢ 按固定相的分子聚集状态分类: 气相色谱法又可分为气固色谱法(GSC)、气 液色谱(GLC)、液固色谱(LSC)、液液色 谱(LLC)等
➢ 按操作形式分类: 柱色谱法、平面色谱法、毛细管电泳法等
第十六章
一、色谱法的特点和作 用
色谱分析法概论
第一节 色谱法概述
二、色谱分离过程
三、色谱法的分类及其 分离机制
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一、色谱法的特点、分类和作用
1.概述
俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置:
色谱原型装置(P338),如图。
色谱法是一种分离技术, 试样混合物的分离过程也就是试样中各组 分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的
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空间排阻色谱法
• 固定相 多孔凝胶:软质、半软质和硬质
• 主要性能参数 平均孔径
排斥极限(Kp=0):不能渗透进入凝胶的任
何孔隙最低分子量
分(子K量p=范1围):之排间斥的极分限子(量K范p=围0围)。与选全择渗凝透胶点
时应使试样的分子量落入此范围。
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空间排阻色谱法
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液相色谱
液相色谱:流动相为液体(也称为淋洗液)。 按固定相的不同分为:液固色谱和液液色谱。 离子色谱:液相色谱的一种,以特制的离子交换树脂为固 定相,不同pH值的水溶液为流动相。
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其他色谱方法
薄层色谱和纸色谱: 比较简单的色谱方法
凝胶色谱法: 超临界色谱: 高效毛细管电泳:
按色谱过程的分离机制分类 分配色谱法、吸附色谱法、离子交换色谱法、 空间排阻色谱法、毛细管电泳法等
2020/8/25
➢ 柱色谱是将将固定相装入柱管内构成色谱柱,色 谱过程在色谱柱内进行。按色谱柱的粗细,又可分 为填充柱色谱法,毛细管柱色谱法等
➢ 气相色谱法、高效液相色谱法及超临界流体色谱 法等属于柱色谱法范围
吸附系数与吸附剂的 活性、组分的性质和 流动相的性质有关。
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X a + nYm
吸附色谱法
➢ 固定相 多为吸附剂,如硅胶、氧化铝。 ➢ 硅胶表面硅醇基为吸附中心。 ➢ 经典液相柱色谱和薄层色谱:一般硅胶 ➢ 高效液相色谱:球型或无定型全多孔硅
胶和堆积硅珠。 ➢ 气相色谱:高分子多孔微球等
分配过程。
其中的一相固定不动,称为固定相; 另一相是携带试样混合物流过此固定相的 流体(气体或液体),称为流动相。
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(动画)
色谱法
当流动相中携带的混合物流经固定相时, 其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组 分在性质和结构上的差异,与固定相之间产生 的作用力的大小、强弱不同,随着流动相的移 动,混合物在两相间经过反复多次的分配平衡 ,使得各组分被固定相保留的时间不同,从而 按一定次序由固定相中流出。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。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础
数,用K 表示,即:
组分在固定相中的浓度 K 组分在流动相中的浓度
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分配系数K的讨论
组分在固定相中的浓度 K 组分在流动相中的浓度
一定温度下,组分的分配系数K越大,出峰越慢; 试样一定时,K主要取决于固定相性质; 每个组份在各种固定相上的分配系数K不同; 选择适宜的固定相可改善分离效果; 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础; 某组分的K = 0时,即不被固定相保留,最先流出。
2020/8/25
空间排阻色谱法
• 保留体积与渗透系数的关系
VR
Vm
(1
KP
Vs Vm
)
Vm≈V0
VR V0 K pVs
分子线团尺寸(分子量)大的组分, 其渗透系数小,保留体积也小, 因而先被洗脱出柱。
2020/8/25
• 吸附过程是试样中组分的分子(X)与流动相 分子(Y)争夺吸附剂表面活性中心的过程, 即为竞争吸附过程。
• 吸附色谱法包括气固吸附色谱法和液固吸附 色谱法
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X m + nYa
Ka
=
[Xa ][Ym ]n [Xm ][Ya ]n
Ka
[X a ] [X m ]
Xa / Sa X m /Vm
2020/8/25
三、离子交换色谱法 (P347)
➢ 分离原理 利用被分离组分离子交换能力的 差别而实现分离。
➢ 分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。
➢ 阳离子交换:
交换
RSO3 H++ Na+ 再生
RSO 3 Na+ + H +
➢ 阴离子交换:
交换
RNR3+OH- + Cl 再生 RNR+3 Cl + OH
(动画)
2020/8/25
色谱学的重要作用
➢ 诺贝尔化学奖:1948年,瑞典Tiselins,电泳和 吸附分析;1952年,英国马丁(Martin)和辛格 (Synge),分配色谱。
➢ 应用的科学领域:生命科学、材料科学、环 境 科学等。(科学的科学)
➢ 药学(药物分析):各国药典收载了许多色谱分 析方法。中国药典二部,700多,纯度检查、定 性鉴别或含量测定,一部,600多鉴别或含量测 定。
➢ 离子交换通式:
R B+ A
R A+ B
2020/8/25
四、空间排阻色谱法 (P349)
➢ 分离原理 根据被分离组分分子的线团尺寸 或渗透系数的大小而 进行分离。 也称为分子 排阻色谱法。
➢ 其固定相是多孔性凝胶,故此方法又称为凝 胶色谱法。
➢ 根据流动相的不同分为:以有机溶剂为流动 相称为凝胶渗透色谱法;以水溶液为流动相 称为凝胶过滤色谱法
➢ Ka与组分的性质(极性、取代基的类型和数 目、构型有关)。
2020/8/25
以硅胶为吸附剂:极性强的组分吸附力强。 ① 饱和碳氢化合物为非极性化合物,不被吸附。 ② 基本母核相同,引入的取代基极性越强,则 分子的极性越强,吸附能力越强;极性基团越 多,分子极性越强 (但要考虑其他因素的影响) 。 ③ 不饱和化合物的吸附力强,双键数越多,吸 附力越强。 ④ 分子中取代基的空间排列
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小结:色谱分离过程
组分的结构和性质微小差异
与固定
相作用差异 随流动相移动的速度不

差速迁移 色谱分离。
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分配系数 K
组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附,或溶解、 挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下,组分在两相间 分配达到平衡时的浓度(单位:g / mL)比,称为分配系
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