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1、色谱分析理论及应用 液相色谱及气相色谱法,张 建 斌 内蒙古工业大学化工学院张 通 教授 顾问专家Tel: 15848198946 Email： ,主要参考资料,色谱技术丛书 第2版 共23册化学工业出版社 傅若农 色谱分析概论 2005.2 云自厚等 液相色谱检测方法 2004.10 吴烈钧 气相色谱检测方法 2005.4 吴方迪,张庆合 色谱仪器维护与故障排除 2008.9 分析仪器使用与维护丛书 李彤等 高效液相色谱仪器系统 化学工业出版社 2005.1 武杰 气相色谱仪器系统 化学工业出版社 2007 刘虎威气相色谱方法及应用，化学工业出版社， 2000 于世林液相色谱方法及应用，化学
2、工业出版社， 2000 刘国诠 余兆楼，色谱柱技术，化学工业出版社， 2000 汪正范色谱定性与定量，化学工业出版社， 2000 王立色谱分析样品处理，化学工业出版社， 2000 卢佩章 等色谱理论基础（第二版），科学出版社，1998,第一章 色谱分析概论,第一节 仪器分析概述,一、概 述 generalization,分析化学是人们用来认识、解剖自然的重要手段之一； 分析化学是研究获取物质的组成、形态、结构等信息及其相关理论的科学； 分析化学是化学中的信息科学； 分析化学的发展过程是人们从化学的角度认识世界、解释世界的过程； 20世纪40年代前：分析化学=化学分析； 越来越多的问题化学分析不
3、能解决： 快速、实时检测？ 痕量分析？结构确定？,二、仪器分析发展和作用role and development of instrument analysis,20世纪40年代后： 仪器分析的大发展时期，确立了仪器分析的地位； 原因：（1）物理学+电子技术+精密仪器制造技术的发展；（2）社会发展的迫切需要（发展动力，连续化大生产的迫切需要）； 分析化学 = 化学分析+仪器分析； 仪器分析：通过最佳的物理方法获取尽可能多的化学信息 仪器分析的发展“与时俱进”，与社会发展同步,二、仪器分析发展和作用role and development of instrument analysis,20世纪90
4、年代后，各种新方法、新内容广泛应用： （1）化学计量学 （2）毛细管电泳； （3）高效膜分析技术； （4）超临界萃取； （5）分子分析 （6）毫微秒分析 （7）生物芯片 仪器分析大发展过程中处处体现“创新性思维”方法！,三、分析化学的分类,1. 按分析任务分类 (1) 定性 含何种元素，何种官能团 (2) 定量 含量 (3)结构 形态分析,立体结构,结构与活性,2. 按分析对象分类,(1) 无机分析 (2) 有机分析 (3) 生物分析 (4) 药物分析,3. 按分析方法分类,化学分析： 重量分析， 容量分析（各种滴定分析） 仪器分析： 电化学分析， 光化学分析， 色谱分析， 波谱分析,4.按数
5、量级分类,常量，微量， 痕量（10-6），超痕量（10-910-12） 克 毫克 微克 纳克 皮克 飞克 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 ppm ppt ppb,分析化学,化学分析,仪器分析,酸碱滴定,配位滴定,氧化还原滴定,沉淀滴定,电化学分析,光化学分析,色谱分析,波谱分析,重量分析,滴定分析,电导、电位、电解、库仑极谱、伏安,发射、吸收，荧光、光度,气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳,红外、核磁、质谱,二、仪器分析方法的分类,classification of instrument analytical method,仪器分析,电化学分析法,光分析法,色谱分
6、析法,热分析法,分析仪器联用技术,质谱分析法,电化学分析方法的分类,classification of electrochemical analysis,电化学分析法,电位分析法,电解分析法,电泳分析法,库仑分析法,极谱与伏安分析法,电导分析法,色谱分析方法的分类,classification of chromatographic analysis,色谱分析法,气相色谱法,薄层色谱法,液相色谱法,激光色谱法,电色谱法,超临界色谱法,光分析方法的分类,classification of electrochemical analysis,光分析法,原子吸收法,红外法,原子发射法,核磁法,荧光法,紫
7、外可见法,其他分析方法的分类,classification of electrochemical analysis,其他分析法,质谱分析法,联用技术,热分析法,三、仪器分析应用领域 application fields of instrument analysis,社会：体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（DNA技术，痕迹分析、物证） 化学：新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法； 生命科学：DNA测序；活体检测； 环境科学：环境监测；污染物分析； 材料科学：新材料，结构与性能； 药物：天然药物的有效成分与结构，构效关系研究；
8、 外层空间探索：微型、高效、自动、智能化仪器研制。,分析化学六面体,五、分析过程的基本步骤,1.取样 具有代表性2. 试样的预处理 分解、消除干扰3.测定 方法的选择4.分析结果的计算与评价 计算结果、获得数据的可信程度,分析报告,第二节 色谱法概述,一、 色谱法的特点、分类和作用 1.概述 2.分类 3.特点二、色谱分离过程,您有一个问题需要解决,我需要一种分离技术。,我来解决这个问题!,糖类化合物1. 果糖2. 葡萄糖3. 蔗糖4. Palatinose5. 海藻糖6. 异麦芽糖,色谱柱：Zorbax NH2 (4.6 x 250)流动相：70/30 乙腈/水流速：1 mL/min 检测：
9、 示差折光检测器,我们如何分离这一样品?,色谱基本术语,保留值 定性的依据 死时间tm 保留时间tR 调整保留时间t R死体积Vm 保留体积VR 调整保留体积V R,相对保留值,选择因子,区域宽度峰底宽度 W半峰宽 W1/2标准偏差 ,衡量柱效率和反映色谱操作条件的动力学因素,峰高峰面积,定量分析的基础,色谱分离的应用,化学工业,环境保护,制药行业,消费产品,临床诊断,聚苯乙烯染料邻苯二甲酸酯,四环素皮质甾类抗抑郁剂巴比妥盐,氨基酸维生素高半胱氨酸,类脂类抗氧化剂糖,多环芳烃无机离子除草剂,一、 色谱法的特点、分类和作用,产生和发展: 现象： 1903年俄国植物学家Tswett，若将含有色素的
10、石油醚溶液，从装有CaCO3的管上倾下，石油醚冲洗,出现数条分离的色带色 谱 (Chromatography)又称层析法或色层法,石油醚,植物叶石油醚提取物,石油醚,CaCO3颗粒,1903年俄国植物学家Tswett实验示意图,叶绿素叶黄素胡萝卜素,色谱法高纯度产 品,色谱法的产生和发展,19031906年，俄国植物学家Tswett提出利用吸附原理分离植物色素 经典的液相色谱40年代 纸色谱 50年代 薄层色谱1941年Martin和Synge提出色谱塔板理论40年代Martin和Synge研究液液分配色谱理论1952年Martin和Synge发明了气相色谱20世纪60年代末70年代初发展高效
11、液相色谱GC-MS、GC-FTIR、LC-MS、LC-NMR,色谱法是一种分离技术， 试样混合物的分离过程即试样中各组分在色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。 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。,（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
12、与检测。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础,2.色谱法分类,流动相为气体，固定相为固体吸附剂,气相色谱,气固色谱,气液色谱,流动相为气体，固定相为液体,流动相为液体，固定相为固体吸附剂。,液相色谱,液固色谱,液液色谱,流动相为液体，固定相为液体,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,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。,其他色谱方法,薄层色谱和纸色谱：
13、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: 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。,纸 色 谱,比移值,3.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。（2） 灵敏度高： 可以检测出g.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。,色谱法,特点具有两个相：固定相和流动相分离混合物并进行
14、分析,色谱过程,色谱过程示意图,DX 600 高效离子色谱仪美国DIONEX公司,LC10A 高效液相色谱仪日本（Shimadzu）岛津公司,1515 Breeze 凝胶色谱仪,美国Waters 公司,三 色谱原理,1 原 理 色谱: 混合物中，溶质在不混溶两相间分配行为的差别，引起移动速度不同进行分离的方法。 固定相、流动相 固定相填充于柱中，柱顶端加入料液 流动相连续输入，溶质在流动相和固定相间发生扩散传质,分配平衡 分配系数大(固定相)停留时间长,随流动相移动速度小 溶质之间移动速度不同得到分离,要分离的物质,二、色谱分离过程,色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 填充柱色谱: 气固(液固)
15、色谱和气液(液液)色谱，两者的分离机理不同。 气固(液固)色谱的固定相: 多孔性的固体吸附剂颗粒。 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气液(液液)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(液液)两相间的反复多次分配过程。,1. 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
16、的过程反复地进行。,（动画）,慢中等快,色谱分离,进样器r,检测器r,色谱柱,溶剂,混合器,基于固定相和流动相之间差速迁移进行分离.,固定相 - 固定在色谱柱中如， C18, 硅胶,流动相 - 随着流过色谱柱，将样品载送通过固定相.,废液,分离,进样器,检测器,色谱柱,溶剂,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,高效液相色谱仪,分离,进样器,检测器,色谱柱,溶剂,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,I进样器,
17、检测器r,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器r,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器,
18、色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,I进样器,检测器,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,分离,进样器,检测器r,色谱柱,溶剂,泵,混合器,色谱图,开始进样,mAU,保留时间,色谱分离过程： 加样 展开 分部收集 (紫外、电导率 pH值、折射率),HPLC 仪器概览,主要组成部件,实际仪器举例,泵,脱气装置,自动进样器,柱箱,溶剂储液瓶,检测器,流动相,流速组成,进样体积,色谱柱 柱箱温度,波长时间常数,四、分析化学的进展,1.由分析对象来看,有机物分析,无机物分析,生物活性物质,2.由分析对象的数量级来看,3.由分析自动化程度来看,常量,微量,痕量,分子水平,手工操作,仪器,自动,全自动,智能化仪器,仪器分析的发展方向：,微型高效自动智能,
