色譜法基本理論　課件

1、色譜法基本理論4-1色譜流出曲線及相關(guān)術(shù)語(yǔ)4-2 色譜基本理論4-3分離度及色譜分離方程4-4 色譜法的定性與定量方法4-1 色譜流出曲線及相關(guān)術(shù)語(yǔ)色譜流出曲線（色譜圖）以氣相色譜為例色譜流出曲線進(jìn)樣基線（噪音）h/峰高（定量）A/峰面積（定量）保留值進(jìn)樣空氣峰組分峰重要定性指標(biāo)柱溫/相區(qū)域?qū)挾扔糜诤饬恐Ъ胺从成V操作條件下的動(dòng)力學(xué)因素實(shí)際色譜峰是不對(duì)稱(chēng)的，通常是拖尾峰，也存在前伸峰從色譜流出曲線上可以得到什么信息？根據(jù)色譜峰個(gè)數(shù)可以判斷樣品中所含組分的最小個(gè)數(shù)根據(jù)色譜峰的保留值可以進(jìn)行定性分析根據(jù)色譜峰高或者峰面積可以進(jìn)行定量分析根據(jù)色譜峰保留值和區(qū)域?qū)挾瓤稍u(píng)價(jià)色譜柱分離效率可以通過(guò)兩個(gè)色

2、譜峰的距離評(píng)價(jià)固定相（流動(dòng)相）的選擇是否合適4-2 色譜基本理論完全分離的條件：兩組份峰間距足夠遠(yuǎn)由各組份在兩相間的分配系數(shù)決定，即色譜過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)決定。每個(gè)組份峰寬足夠小由組份在色譜柱中的傳質(zhì)和擴(kuò)散決定，即色譜過(guò)程動(dòng)力學(xué)性質(zhì)決定。因此研究、解釋色譜分離行為應(yīng)從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面進(jìn)行。色譜過(guò)程熱力學(xué)色譜分離的熱力學(xué)本質(zhì)樣品中各組份在兩相中進(jìn)行了不同程度的作用。作用表現(xiàn)形式：范德華力、靜電引力等作用體現(xiàn)形式分配系數(shù)、分配比描述樣品與兩相作用的參數(shù)（1）分配系數(shù)（ Distribution constant，K）:描述組份在固定相和流動(dòng)相間的分配過(guò)程或吸附-脫附過(guò)程的參數(shù)。組分一定時(shí)， 只與

3、兩相和溫度有關(guān)!描述樣品與兩相作用的參數(shù)（2）分配比（Retention factor or capacity factor/k）容量因子反映了組分在柱中的遷移速率，又稱(chēng)保留因子；液相色譜中常用k表示K 與 k 的關(guān)系填充柱：=635毛細(xì)管柱： =60600越大，越容易分離， =1，分離不能實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)提出了分離的基本條件色譜過(guò)程動(dòng)力學(xué)在滿(mǎn)足熱力學(xué)分離基本條件的情況下，如何從動(dòng)力學(xué)角度優(yōu)化分離條件，從而實(shí)現(xiàn)分離？塔板理論速率理論塔板理論（Plate theory）（1）詹姆斯/馬?。?941）小室1小室2小室3小室4小室1小室2小室3小室4四點(diǎn)假設(shè)的樣品經(jīng)數(shù)次平衡后的結(jié)果階段1階段2階段3階段4

4、階段5小室1小室2小室3小室4小室50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 塔板序號(hào)溶質(zhì)/gk=and的二組經(jīng)多次分配后的結(jié)果17次基本分離 5次 9次 17次塔板數(shù)n理論塔板數(shù)理論板高有效塔板數(shù)有效板高有關(guān)塔板數(shù)的說(shuō)明說(shuō)明柱效時(shí)，必須注明該柱效是針對(duì)何種物質(zhì)、固定液種類(lèi)及其含量、流動(dòng)相種類(lèi)及流速、操作條件等；應(yīng)定期對(duì)柱效進(jìn)行評(píng)價(jià)，以防柱效下降、延長(zhǎng)柱壽命塔板理論（Plate theory）（2）貢獻(xiàn)用熱力學(xué)的觀點(diǎn)闡明了溶質(zhì)在色譜柱中的分配平衡和分離過(guò)程解釋了流出曲線的形狀及濃度極大值的位置提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)不足不能解釋造成譜帶擴(kuò)張的原因

5、和影響板高的各種因素不能說(shuō)明同一溶質(zhì)為什么在不同的流速下，可以測(cè)得不同的理論塔板數(shù)速率理論吸收了塔板理論中的板高H概念，考慮了組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過(guò)程從動(dòng)力學(xué)角度很好地解釋了影響板高（柱效）的各種因素?。ㄒ訥C為例講述）Van Deemter/ 1956H：?jiǎn)挝恢L(zhǎng)色譜峰形展寬的程度A：渦流擴(kuò)散項(xiàng)B：分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)C：傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)渦流擴(kuò)散項(xiàng)A（多途路徑項(xiàng)）減小A的途徑：使用粒度小并且均勻的柱料并均勻填充毛細(xì)管柱？分子擴(kuò)散項(xiàng)B/U（縱向擴(kuò)散項(xiàng)）柱料均勻 柱溫Dg ；柱壓Dg 流動(dòng)相分子量，Dg u, （B/u）LC中Dm 較小，B項(xiàng)可勿略球狀顆粒低溫短柱大分子量流動(dòng)相適當(dāng)增加流速傳質(zhì)阻力項(xiàng)

6、CU物質(zhì)系統(tǒng)由于濃度不均勻而發(fā)生的物質(zhì)遷移過(guò)程，稱(chēng)為傳質(zhì)。影響這個(gè)過(guò)程進(jìn)行速度的阻力稱(chēng)為傳質(zhì)阻力。因傳質(zhì)阻力的存在，使分配不能“瞬間”達(dá)至平衡，因此產(chǎn)生峰形展寬。流動(dòng)相傳質(zhì)阻力系數(shù)固定相傳質(zhì)阻力系數(shù)氣液色譜傳質(zhì)阻力項(xiàng)小粒度填充物+小分子量載氣降低固定液含量（但是k也減?。?；采用比表面積大的載體（吸附，導(dǎo)致峰脫尾）；提高柱溫（增大Dl，但是減小k）流動(dòng)相氣液界面固定液組分分子ClCg液液色譜傳質(zhì)阻力項(xiàng)smCm：小粒度大孔固定相、增加組分在固定相和流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)DCs：與氣液色譜中的表述相同流動(dòng)相線速對(duì)板高的影響板高Hcm固定相粒度大小對(duì)板高的影響粒度越細(xì)，板高越小，受線速度影響亦小4-3 分

7、離度及色譜分離方程（1）塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對(duì)的實(shí)際分離程度：即柱效為多大時(shí)，相鄰兩組份能夠被完全分離?色譜分離中的四種情況如圖所示：n較高，較大，完全分離n較高，較小，基本分離n較小，較大，分離不好n、均小，無(wú)法分離分離度（1）難分離物質(zhì)對(duì)的分離度大小受色譜過(guò)程中兩種因素的綜合影響：保留值之差色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素區(qū)域?qū)挾壬V過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素分離度表達(dá)式： 分離度（2）保留時(shí)間 t/min互含4%互含0.3%不能分離響應(yīng)信號(hào)完全分離之標(biāo)準(zhǔn)4-3 分離度及色譜分離方程（2）R的定義并未反映影響分離度的各種因素，既未與影響其大小的因素：柱效n、選擇因子和保留因子k聯(lián)系起來(lái).色譜分

8、離方程對(duì)于難分離物質(zhì)，可以合理的認(rèn)為W1=W2=W、k2=k1=k分離度與柱效的關(guān)系增加柱長(zhǎng)，可提高分離度，但延長(zhǎng)了分析時(shí)間，因此降低板高，提高柱效，才是提高分離度的好方法。分離度與選擇因子的關(guān)系當(dāng)=1時(shí)，R=0，無(wú)法分離兩組分；增大，是改善分離度的有效手段GC通過(guò)選擇合適的固定相和降低柱溫來(lái)增大LC通過(guò)改變固定/流動(dòng)相的性質(zhì)和組成，可有效增大對(duì)一個(gè)復(fù)雜混合物的分離條件的選擇，主要是提高最難分離物質(zhì)對(duì)的值分離度與容量因子k的關(guān)系考慮分離度和分析時(shí)間，容量因子一般控制在210為宜對(duì)于GC，增加固定液的用量或提高柱溫，選擇合適的k值。對(duì)于LC，改變流動(dòng)相的組成，有效的控制k值分離度與分析時(shí)間的關(guān)系

9、可見(jiàn)，分析時(shí)間與R，k、H/u等參數(shù)有關(guān)，R增加1倍，分析時(shí)間則是原來(lái)的4倍。實(shí)際工作中，即要能獲得有效的分離，又要在較短時(shí)間內(nèi)完成分析。例：在一定條件下，兩個(gè)組分的調(diào)整保留時(shí)間分別為85 s和100 s，計(jì)算達(dá)到完全分離時(shí)所需的有效塔板數(shù)；若填充柱的有效塔板高度為0.1 cm，柱長(zhǎng)是多少？解：例：用一根柱長(zhǎng)為1 m的色譜柱分離A、B兩種物質(zhì)，其保留時(shí)間分別為和15.4 min，對(duì)應(yīng)的峰底寬分別為1.07 min和1.16 min（死時(shí)間為4.2 min），試計(jì)算： 物質(zhì)A的理論塔板數(shù) 分離度R 選擇性因子 完全分離所需的柱長(zhǎng) 完全分離所需的時(shí)間解：4-4 色譜法定性及定量定性用已知純物質(zhì)對(duì)照

10、定性相對(duì)保留值r2,1根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式定性保留指數(shù)（Kovats）定性與其它方法結(jié)合定量歸一化法外標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法用已知純物質(zhì)對(duì)照定性醇溶液定性色譜圖A：甲醇B：乙醇C：正丙醇D：正丁醇E：正戊醇也可以通過(guò)在樣品中加入標(biāo)準(zhǔn)物，看試樣中哪個(gè)峰增加來(lái)確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式定性碳數(shù)規(guī)律：在一定溫度下，同系物的調(diào)整保留時(shí)間tr的對(duì)數(shù)與分子中碳數(shù)n成正比： 知道兩種或以上同系物的調(diào)整保留值便可求出常數(shù)A和C。未知物的碳數(shù)則可從色譜圖查出tr后，以上式求出。沸點(diǎn)規(guī)律：同族具相同碳數(shù)的異構(gòu)物，其調(diào)整保留時(shí)間tr的對(duì)數(shù)與分子中沸點(diǎn)n成正比相對(duì)保留值r2,1相對(duì)保留值r21僅與柱溫和固定液性質(zhì)有關(guān)。在色譜手冊(cè)中都列有各種物質(zhì)在

11、不同固定液上的保留數(shù)據(jù)，可以用來(lái)進(jìn)行定性鑒定。在樣品和標(biāo)準(zhǔn)中分別加入同一種基準(zhǔn)物s，將樣品的ri,s和標(biāo)準(zhǔn)物的ri,s相比較來(lái)確定樣品中是否含有 i 組分，可消除兩次進(jìn)樣引起的誤差。保留指數(shù)（Kovats）定性重現(xiàn)性最佳，固定液和柱溫一定時(shí)，定性不需要標(biāo)準(zhǔn)物GC專(zhuān)有與其它方法（如MS）結(jié)合綠麥隆? 莠去津?44685896132138158172215200104質(zhì)荷比6080100120140160180200220波長(zhǎng) (nm)峰質(zhì)譜分析 （MS）峰光譜分析（UV）峰面積的測(cè)量方法對(duì)稱(chēng)形峰面積的測(cè)量峰高乘半峰寬法不對(duì)稱(chēng)峰面積的測(cè)量峰高乘平均峰寬法自動(dòng)積分儀法剪紙稱(chēng)重法定量校正因子絕對(duì)校正因子相對(duì)校正因子TCD：苯FID：正庚烷常用的定量計(jì)算方法歸一化（NORM）：全部組分都出峰外標(biāo)法（ESTD） ：分析條件和進(jìn)樣量必須重現(xiàn)內(nèi)標(biāo)法（ISTD） ：內(nèi)標(biāo)物是樣品中不存在的組分，其保留時(shí)間和定量校正因子應(yīng)該與待測(cè)物盡可能接近，且完全分離。同系物幾種定量方法的比較 方法項(xiàng)目歸一化法內(nèi)標(biāo)法外標(biāo)法計(jì)算公式由工作曲線直接查得稱(chēng)重配樣不需要需要不需要進(jìn)樣量不需