《色谱新技术》PPT课件.ppt
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1、第一节、毛细管色谱,第二章 色谱法的新技术,1.毛细管色谱柱的结构特点,(1)不装填料阻力小,长度可达百米的毛细管柱,管径0.2mm。(2)气流单途径通过柱子,消除了组分在柱中的涡流扩散。(3)固定液直接涂在管壁上,总柱内壁面积较大,涂层很薄,则气相和液相传质阻力大大降低。(4)毛细管色谱柱柱效高达每米30004000块理论塔板,一支长度100米的毛细管柱,总的理论塔板数可达104106。,2.毛细管色谱分离能力提高的途径(1)由塔板理论:增加柱长减小柱径,即增加柱子 塔板数;(2)由速率理论:减小组分在柱中的涡流扩散 和传质阻力,也即降低塔板高度,3.毛细管色谱具有的优点,(1)分离效率高:
2、比填充柱高10100倍;(2)分析速度快:用毛细管色谱分析比用填充柱色谱速度(3)色谱峰窄、峰形对称。(4)灵敏度高,一般采用氢焰检测器。(5)涡流扩散为零。,4.毛细管色谱的 种类与制备方法,毛细管柱按其制备方法可分为以下几种:涂壁开管柱(wall coated opentubular,WCOT柱):将固定液直接涂敷在管内壁上。柱制作相对简单,但柱制备的重现性差、寿命短。多孔层开管柱(porous layer open tubular,PLOT柱):在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒。构成毛细管气固色谱。载体涂渍开管柱(support coated open tubular,SCOT柱):
3、将非常细的担体微粒粘接在管壁上,再涂固定液。柱效较WCOT柱高。化学键合或交联柱:将固定液通过化学反应键合在管壁上或交联在一起。使柱效和柱寿命进一步提高。,5.毛细管色谱实验技术,毛细管柱内径很细,因而带来三个问题:(1)允许通过的载气流量很小。(2)柱容量很小,允许的进样量小。需采用分流技术,(3)分流后,柱后流出的试样组分量少、流速慢。解决方法:灵敏度高的氢焰检测器,采用尾吹技术。,分流比:放空的试样量与进入毛细管柱的试样量之比。一般在50:1到500:1之间调节。,1.基本原理及方法,基本原理:在一定条件下,高分子及非挥发性有机化合物遵循一定的裂解规律,即特定的样品能够产生特征的裂解产物
4、及产物分布,采用气相色谱分析、鉴定裂解产物,据此可对原样品进行表征。方法:样品置于裂解器中,在严格控制的条件下,快速加热,使之迅速分解成为可挥发的小分子产物,然后直接将裂解产物送入色谱柱中进行分离,获得定性定量数据。,第二节、裂解气相色谱的原理与应用,特点:,(1)分离效率高(色谱法自身的特点)(2)灵敏度高(色谱法自身的特点)(3)分析速度快 快速裂解、快速分析;不丢失信息;(4)信息量大 裂解条件与裂解产物关系;样品组成与裂解产物;裂解机理和反应动力学研究(5)适合于各种形态样品 粘稠液体、粉末、纤维及弹性体、固化树脂、涂料 硫化橡胶、塑料等;(6)简单、易行,2.流程,3.对裂解器的要求
5、,(1)裂解反应控制 裂解温度的精确控制(裂解温度不同,裂解产物不同);可重复进行;(2)裂解温度范围可调 不同物质需要不同的裂解温度;400-1500 C(3)裂解器与接口的体积小 减小死体积;防止色谱峰变宽;(4)对裂解反应无催化反应 防止歧化反应和二次反应;,4.裂解器,(1)管式炉裂解器 外壁加热的圆管,简单,易于控制。死体积大,二次反应突出;(2)热丝裂解器 样品放置在加热丝的螺旋管中;(3)居里点裂解器 利用电磁感应加热;铁磁性材料置于高频电场中,吸收射频能量迅速升温,达到居里点温度时,变为顺磁质,不再吸收能量,温度稳定在该点;样品放置在铁磁性材料制成的加热元件上。不同组成的铁磁质
6、合金具有不同居里点温度;(3)激光裂解器,第三节、顶空气相色谱的技术与应用,对液体或固体试样中的挥发性成分进行气相色谱分析的技术;试样置于密闭的恒温系统中,气-液(气-固)两相达到热力学平衡时,测定气相组成。,两种方式:静态法:恒温密闭系统,平衡时,测定气相组成;动态法:吹扫-捕集法,采用吸附剂吸附,加热解吸。,理论依据,当顶空瓶中样品上面的蒸气压相当低时,峰面积Ai的大小与样品上面的气相中挥发性组分 i 的蒸气压pi成正比 Ai=fi pifi为校正因子,在真实体系中,蒸气分压通常用下式表示:pi=poiixi poi为气相中组分i 的摩尔分数;xi为样品中组分i 的摩尔分数;i为组分i 的
7、活度系数。Ai=fi pi=fiixi poi当系统平衡时:Ai=fi pi=ki xi 通过顶空分析,可确定试样中的含量。,一、概述,质谱:纯物质结构分析色谱:化合物分离色谱-质谱联用:共同优点GC-MS;LC-MS;CZE-MS(毛细管电泳-质谱)困难点:载气(或流动液)的分离;出峰时间监测;仪器小型化;关键点:接口技术(分子分离器),第四节 色谱质谱联用仪,GC-MS中的分子分离器,分子分离器类型:微孔玻璃式、半透膜式和喷射式三种。喷射式分子分离器:由一对同轴收缩型喷嘴构成,喷嘴被封在一真空室中,如图所示。可做成多级。,四极杆质量分析器¥,三、LC-MS联用仪器,1.大气压电离技术(AP
8、I)(1)电喷雾电离(API Electrospray)不适用于非极性化合物,(2)大气压化学电离,热喷雾(100-120C),化学电离;适用于热稳定化合物分析,电喷雾电离,流出液在高电场下形成带电喷雾,在电场力作用下穿过气帘;气帘的作用:雾化;蒸发溶剂;阻止中性溶剂分子,2.离子阱质量分析器,特定m/z离子在阱内一定轨道上稳定旋转,改变端电极电压,不同m/z离子飞出阱到达检测器;&,在电解质溶液中,位于电场中的带电离子在电场力的作用下,以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现象,称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的不同,迁移速率不同可实现分离。,1.经典电泳分离法的不足 所用分离柱
9、的柱径大,柱较短,分离效率不高(远低于HPLC),温度影响大。高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进。,第五节 高效毛细管电泳色谱,一、高效毛细管电泳(HPCE)基本原理,2.高效毛细管电泳技术上的重要突破,高效毛细管电泳在技术上采取了两项重要改进:一是采用了0.05mm内径的毛细管,;二是采用了高达数千伏的电压。毛细管的采用使产生的热量能够较快散发,大大减小了温度效应,使电场电压可以很高。电压升高,电场推动力大,又可进一步使柱径变小,柱长增加,高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱,理论塔板数高达几十万块/米,特殊柱子可以达到数百万。,3.高效毛细管电泳(HPCE)基本原理,电泳是指带电离
10、子在电场中的定向移动,不同离子具有不同的迁移速度,迁移速度与哪些因素有关?当带电离子以速度 在电场中移动时,受到大小相等、方向相反的电场推动力和平动摩擦阻力的作用。,电场力:FE=qE 阻 力:F=f故:qE=fq离子所带的有效电荷;E 电场强度;离子在电场中的迁移速度;f 平动摩擦系数(对于球形离子:f=6;离子的表观液态动力学半径;介质的粘度;),所以,迁移速度:,(球形离子),物质离子在电场中差速迁移是电泳分离的基础。淌度:单位电场强度下的平均电泳速度。,二、电渗现象与电渗流,1.电渗流现象 当固体与液体接触时,固体表面由于某种原因带一种电荷,则因静电引力使其周围液体带有相反电荷,在液-
11、固界面形成双电层,二者之间存在电位差。,当液体两端施加电压时,就会发生液体相对于固体表面的移动,这种液体相对于固体表面的移动的现象叫电渗现象。电渗现象中整体移动着的液体叫电渗流(简称EOF)。,2.HPCE中的电渗现象与电渗流,石英毛细管柱,内充液pH3时,表面电离成-SiO-,管内壁带负电荷,形成双电层。,在高电场的作用下,带正电荷的溶液表面及扩散层向阴极移动,由于这些阳离子实际上是溶剂化的,故将引起柱中的溶液整体向负极移动,速度电渗流。,3.HPCE中电渗流的大小与方向,电渗流的大小用电渗流速度电渗流表示,取决于电渗淌度和电场强度E。即 电渗流=E电渗淌度取决于电泳介质及双电层的Zeta电
12、势,即=0/0-真空介电常数;-介电常数;-毛细管壁的Zeta电势。电渗流=0E/实际电泳分析,可在实验测定相应参数后,按下式计算 电渗流=Lef/teoLef-毛细管有效长度;teo-电渗流标记物(中性物质)的迁移时间。,HPCE中电渗流的方向,电渗流的方向取决于毛细管内表面电荷的性质:内表面带负电荷,溶液带正电荷,电渗流流向阴极;内表面带正电荷,溶液带负电荷,电渗流流向阳极;石英毛细管;带负电荷,电渗流流向阴极;改变电渗流方向的方法:(1)毛细管改性 表面键合阳离子基团;(2)加电渗流反转剂 内充液中加入大量的阳离子表面活性剂,将使石英毛细管壁带正电荷,溶液表面带负电荷.电渗流流向阳极.,
13、4.HPCE中电渗流的流形,电荷均匀分布,整体移动,电渗流的流动为平流,塞式流动(谱带展宽很小);液相色谱中的溶液流动为层流,抛物线流型,管壁处流速为零,管中心处的速度为平均速度的2倍(引起谱带展宽较大)。,5.HPCE中电渗流的作用,电渗流的速度约等于一般离子电泳速度的57倍;各种电性离子在毛细管柱中的迁移速度为:+=电渗流+ef 阳离子运动方向与电渗流一致;-=电渗流-ef 阴离子运动方向与电渗流相反;0=电渗流 中性粒子运动方向与电渗流一致;(1)可一次完成阳离子、阴离子、中性粒子的分离;(2)改变电渗流的大小和方向可改变分离效率和选择性,这是HPCE中优化分离的重要因素;(3)电渗流的
14、微小变化影响结果的重现性;在HPCE中,控制电渗流非常重要。,三、HPCE中影响电渗流的因素,1.电场强度的影响 电渗流速度和电场强度成正比,当毛细管长度一定时,电渗流速度正比于工作电压。,2.毛细管材料的影响 不同材料毛细管的表面电荷特性不同,产生的电渗流大小不同;,电渗流=0E/,3.电解质溶液性质的影响,(1)溶液pH的影响 对于石英毛细管,溶液pH增高时,表面电离多,电荷密度增加,管壁zeta电势增大,电渗流增大,pH=7,达到最大;pH3,完全被氢离子中和,表面电中性,电渗流为零。分析时,采用缓冲溶液来保持pH稳定。(2)阴离子的影响 在其他条件相同,浓度相同而阴离子不同时,毛细管中
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