《《色谱分析法》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《色谱分析法》PPT课件.ppt（38页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第十二章 色谱分析法,色谱法是现代分离分析的一种重要方法。各种色谱法如气相色谱、高效液相色谱、离子色谱、超临界流体色谱等，以及色谱法与其他技术联用，使色谱法成为生产和科研中解决复杂混合物分离分析的重要手段之一。,第12章 色谱分析法,12.1 概述12.2 气相色谱理论基础12.3 气相色谱法12.4 高效液相色谱法12.5 色谱分离方式的选择,12.1 概述一、色谱法简介,1906年，俄国植物学家M.Tswett发表了他的实验结果：为了分离植物色素，他将含有植物色素的石油醚提取液倒入装有碳酸钙粉末的玻璃管中，并用石油醚自上而下淋洗，由于不同的色素在CaCO3颗粒表面的吸附力不同，随着淋洗的进
2、行，不同色素向下移动的速度不同，从而形成一圈圈不同颜色的色带，使各色素成分得到了分离。他将这种分离方法命名为色谱法(chromatography)。在此后的20多年里，几乎无人问津这一技术。到了1931年，德国的Kuhn等用同样的方法成功地分离了胡萝卜素和叶黄素，从此色谱法开始为人们所重视，相继出现了各种色谱方法。,俄国植物学家茨维特,Tswett植物色素分离实验图示：样 品：植物色素固定相：CaCO3颗粒流动相：石油醚,1906，俄国植物学家 M.Tswett 发明色谱法，色谱之父1931，对液固吸附色谱的杰出贡献者库恩，分离出60多种胡萝卜素，核黄素、维生素，获1938年诺贝尔化学奖蒂塞利
3、乌斯(Tiselius)因电泳分析和分析方法的研究，发现血清蛋白组分，获1948年诺贝尔化学奖1941，马丁(Martin)和辛格(Synge)创始分配色谱特别是纸色谱而共获1952年诺贝尔化学奖氨基酸自动分析仪发明人S.穆尔(Stanford Moore)和W.H.斯坦(William Howard Stein)，定量分析方法解决了有关氨基酸、多肽、蛋白质等复杂的生物化学问题，获1972年诺贝尔化学奖,1.色谱法的定义 色谱法又称色层法或层析法，是一种物理化学分析方法，它利用不同溶质(样品)与固定相和流动相之间的作用力(分配、吸附、离子交换等)的差别，当两相做相对移动时，各溶质在两相间进行多
4、次“平衡”，使各溶质达到相互分离。固定相：在色谱分离中固定不动，对样品产生保留的一相。流动相：带动样品向前移动的另一相，与固定相处于平衡状态。,二、色谱法的定义与分类,利用不同物质在固定相和流动相中具有不同的分配系数，当两相作相对移动时，使这些物质在两相间进行反复多次分配，原来微小的分配差异产生了很明显的分离效果，按照先后顺序依次流出色谱柱。,2.色谱法的分离原理,根据流动相的状态将色谱法分成四大类。,3.色谱法的分类,1.按两相分子的聚集状态分类,2.按固定相的固定方式分类,平面色谱,3.按分离机制分类,流动相 固定相 类型液体 固体 液-固色谱液体 液体 液-液色谱气体 固体 气-固色谱气
5、体 液体 气-液色谱,液相色谱,气相色谱,色谱过程是物质分子在相对运动的两相间分配平衡的过程。在混合物中，若两个组分的分配系数不等，则被流动相携带移动的速率不等，即形成差速迁移而被分离。如图所示。,三、色谱过程与术语,1.色谱过程,色谱过程的实质(1)色谱过程是吸附与解析的过程；(2)不同组分极性的差异导致吸附与解析的差异；(3)不同组分向前移动的过程是差异不断累积过程，是在动态中由量变到质变的过程。,2.基本术语,检测色谱分离后组分的响应信号对时间作图得到的曲线称为色谱图。,色谱流出曲线,名词术语：色谱峰、基线、峰高h、标准偏差、峰底宽W、半峰宽W1/2、峰面积A；,包含信息：tR；h或A；
6、,W1/2,W。关系：W=4，W1/2=2.354，W=1.699W1/2,2.基本术语,2.基本术语,保留值是色谱定性分析和色谱过程热力学特性的重要参数。,（1）根据色谱峰的数目，可以判断试样中所含组分的最少个数；（2）根据色谱峰的保留值可以进行定性分析；（3）根据色谱峰高或面积可以进行定量分析；（4）根据色谱峰间距及其宽度，可对色谱柱的分离效能进行评价。,从色谱流出曲线获得的信息：,色谱分离的基本要求是实现混合物中各组分的分离。色谱分离的首要条件是相邻两组分的保留值存在一定的差别，两组分的色谱峰间距要足够远。另一个条件是色谱峰区域宽度要窄。这就涉及到色谱热力学和动力学。在解决多元混合物分离
7、问题时，不仅要求各组分间达到一定的分离度，还要求分离速度快，分离的组分多。,12.2 气相色谱理论基础,1.分配系数(K)：色谱过程中，在流动相和固定相中的溶质分子处于动态平衡。平衡时组分在固定相(s)与流动相(m)中的浓度之比，称为分配系数。,分配系数的物理意义：表示平衡态下，组分在固定相和流动相的浓度之比，也叫做分配平衡常数。其中，在吸附色谱中称为吸附系数(Ka)；在离子交换色谱中称为选择性系数(Ks)；在凝胶色谱中称为渗透系数(Kp)。分配系数的差异是所有色谱分离的实质性的原因。,一、塔板理论（一）分配平衡,又称为分配比。是平衡状态下，组分在固定相(s)与流动相(m)中的质量之比。色谱柱
8、的容量因子是溶质分子与色谱柱填料相互作用强度的直接量度，是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。,2.容量因子(k),分配系数K和分配比k的关系：,分配系数不同的各组分具有不同的保留值，因而在色谱图上有不同位置的色谱峰。,3.色谱基本保留方程,1.塔板理论的基本假设：,（1）色谱柱是由一系列连续、等距的水平塔组成，在柱内每层塔板内部，组分能够在流动相和固定相两相中达到平衡。（2）流动相通过色谱柱呈间歇式前进运动，每次前进为一个塔板体积。（3）样品和流动相同时加在第一个塔板上，且样品垂直于前进方向的扩散(即纵向扩散)可以忽略。（4）分配系数在各塔板上是常数。,（二）塔板理论,塔板理论的这些假
9、设，实际上是把组分在两相间的连续转移过程，分解为间歇地在单个塔板中的分配平衡过程，经过多次分配平衡后，分配系数小的组分先达到塔顶（即挥发性大的组分先流出色谱柱）。色谱柱的塔板数可高达几千甚至几万，使被测组分在分配系数间有微小的差别时就可以得到分离。,2.塔板理论的计算公式,理解：在tR一定时，W或W1/2越小(即峰越窄)，理论板数n越大，理论板高越小，柱的分离效率越高。有效理论塔板neff也同此理。因此，理论塔板数是评价柱效能的指标。,3.塔板理论的优点和局限,优点：塔板理论是半经验性理论，在解释流出曲线的形状、浓度极大点的位置、评价柱效高低等方面是成功的。局限：塔板理论的基本假设与事实不完全
10、相符，它无法解释谱带扩展的原因，也无法解释色谱过程与流动相流速、柱内分子扩散传质过程以及色谱操作参数等动力学因素的关系。这些问题，在速率理论中得到了圆满的解决。,为了克服塔板理论的缺陷，Van Deemter等在Martin等人的工作基础上，较完整地解释了速率理论。后来，Giddings等又作了进一步的完善。速率理论充分考虑了溶质在两相间的扩散和传质过程，更接近溶质在两相间的实际分配过程。当溶质谱带向柱出口迁移时，必然会发生谱带展宽。谱带的迁移速率的大小决定于流动相线速度和溶质在固定相中的保留值。同一溶质的不同分子在经过固定相时，它们的迁移速率是不同的，正是这种差异造成了谱带的展宽。谱带展宽的
11、直接后果是影响分离效率、降低检测灵敏度。所以，抑制谱带展宽就成了高效分离追求的目标。引起谱带展宽的主要因素有：(1)涡流扩散；(2)分子扩散；(3)传质阻力。这些因素都统一于Van Deemter方程中。,二、速率理论,Van Deemter方程,图 范氏方程中各项对板高的贡献,引起谱带展宽的主要因素,涡流扩散分子扩散传质阻力,引起涡流扩散的原因是色谱柱内的多路径。溶质分子在前进过程中形成的这种紊乱类似于涡流的流动，所以称之为涡流扩散。A=2dp空心毛细管柱无多径相：A0,1.涡流扩散,引起分子扩散的原因是浓度梯度。分子扩散是溶质分子在移动方向上向前和向后的扩散，引起谱带展宽。它是由浓度梯度所
12、引起。分子扩散引起的峰展宽由下式决定：,分子扩散引起的色谱峰展宽示意图,式中B=2 Dg，为分子扩散系数；为弯曲因子或阻碍因子，填充柱=0.50.7，毛细管=1；Dg为溶质在流动相中的扩散系数；u 为流动相线速度。随着样品带在固定相中的移动，因分子扩散使样品带宽逐渐增加，相应得到的色谱峰就越来越宽而矮。,2.分子扩散,传质阻力系数C，是溶质在固定相中传质阻力系数(Cl)与流动相(气相)传质阻力系数(Cg)之和：CClCg流动相传质阻力引起的扩散溶质分子要从流动相转移到固定相中，就要从流动相主体扩散到气液、气固、液液或液固界面，阻碍这一扩散过程的阻力称流动相传质阻力。流动相传质阻力引起的谱带展宽
13、程度由下式决定：,3.传质阻力,固定相传质阻力引起的扩散溶质分子到达两相界面后，将继续扩散到固定相内部达到分配平衡，然后又返回到两相界面。溶质在这一移动过程中的阻力称固定相传质阻力。固定相传质阻力引起的谱带展宽由下式决定：,结论：Van Deemter方程说明了色谱柱填充均匀程度、载体的性质与粒度、载气种类与流速、固定液层厚、柱温等对柱效的影响，对分离条件具有指导意义。,Giddings方程(液相色谱),Golay方程(空心柱气相色谱),三、色谱基本分离方程,1.分离因子()：即相邻两个组分调整保留值之比，又称为相对保留值。,2.分离度(R)：相邻两组分的色谱峰，其保留时间差与两峰峰底宽平均值之商。,分离度是综合性指标，是色谱柱的总分离效能指标。色谱分析的目的就是要将混合物中的各组分分离，为了获得较好的准确度，一般规定两相邻峰的分离度 Rs1.5时，可认为两组分完全分离。,3.色谱基本分离方程式,上式即为色谱基本分离方程式，把分离度R和柱效能neff、柱选择性r2,1联系起来，为色谱分离条件的选择提供了理论依据。,
