第六章色譜學(xué)概論

第六章色譜學(xué)概論第1頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三第2頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三1、色譜分析的歷史、定義與分類Historyanddefinitionandclassificationofchromatography2、一些重要的參數(shù)Chromatographicseparationparameters3、色譜與色譜分析Chromatographyandchromatographicanalysis第3頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三1、Tswett的方法是借助于各組分在固定相中吸附能力的強(qiáng)弱不同而進(jìn)行分離的，稱為吸咐色譜。

一、色譜分析的歷史、定義與分類(一)、色譜分離發(fā)展史分離－分析技術(shù)分離技術(shù)第一節(jié)色譜法概述第4頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三吸附色譜法(AdsorptingChromatography)石油醚

(Movingphase)葉片的石油醚萃取液樣品（Sample）碳酸鈣顆粒（Stationeryphase）色譜柱（Column）色譜圖（Chromatogram）洗脫

(Elution)第5頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三2、1941年Martin和Synge把氨基酸的混合液注入到以硅膠作固定相的柱中,用氯仿作流動(dòng)相,借助于氨基酸在硅膠中的水和有機(jī)溶劑氯仿兩相中的溶解度不同而達(dá)到分離，故稱為分配色譜(PartitionChromatography)。3、1944年Martin和Synge用濾紙代替硅膠,不用色譜柱，固定相是濾紙中含有水份的纖維素，流動(dòng)相用有機(jī)溶劑，也成功地分離了氨基酸，從而創(chuàng)立了紙色譜法（PaperChromatography）

。第6頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三第7頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三4、1952年Martin等又提出以氣體作流動(dòng)相的氣相色譜法。5、50年代又出現(xiàn)了將固定相涂布在玻璃板上的薄層色譜法。第8頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三第9頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三(二)、色譜分析的定義與分類

色譜法是一種物理化學(xué)的分離分析方法。它是利用樣品中各種組分在固定相與流動(dòng)相中受到的作用力不同，而將待分析樣品中的各種組分進(jìn)行分離，然后順序檢測各組分含量的一種分離分析方法。Keulemans’definitionservesaswellasany:chromatographyisaphysicalmethodofseparation,inwhichthecomponentstobeseparatedaredistributedbetweentwophases,oneofthesephaseconstitutingastationarybedoflargesurfacearea,theotherbeingafluidthatpercolatesthroughoralongthestationarybed.第10頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三1、按流動(dòng)相及固定相的狀態(tài)分類氣相色譜：氣液色譜、氣固色譜液相色譜：液液色譜、液固色譜

色譜法分類柱色譜紙色譜薄層色譜平板色譜2、按固定相形狀分類第11頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三(1)吸附色譜：用固體吸附劑作固定相的色譜。它是利用組分在吸附劑上吸附力的不同，因而吸附平衡常數(shù)不同而將組分分離的色譜。3、按色譜過程的物理化學(xué)機(jī)理分類(3)離子交換色譜：利用離子交換原理進(jìn)行分離的色譜。(2)分配色譜：用液體作固定相，利用組分在液相中的溶解度不同，因而分配系數(shù)不同而進(jìn)行分離的色譜。(4)排阻色譜:利用分子大小不同而進(jìn)行分離的色譜。第12頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三氣相色譜(Gaschromatography)填充柱氣相色譜（Packedcolumngaschromatography)

毛細(xì)管氣相色譜(Capillarycolumngaschromatography)裂解氣相色譜(Pyrolysisgaschromatography)頂空氣相色譜(Headspacegaschromatography)

液相色譜(Liquidchromatography)

高效液相色譜(Highperformanceliquidchromatography)

超臨界流體色譜(Supercriticalfluidchromatography)

高效毛細(xì)管電泳(Highperformancecapillaryelectrophoresis)

毛細(xì)管電色譜(Capillaryelectrochromatography)

第13頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三二、一些重要的參數(shù)(一)、色譜圖中一些重要參數(shù)第14頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三4、色譜峰的對(duì)稱性(Chromatographicpeaksymmetry)高斯（Gaussian）曲線：在理想情況下，色譜峰的形狀可以近似地用高斯曲線描述。第15頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三不對(duì)稱因子(Asymmetryfactor)：實(shí)際色譜很少符合高斯分布，而是具有一定的不對(duì)稱性。定義不對(duì)稱因子As來定量地表示色譜峰的不對(duì)稱程度。拖尾峰(Tailedpeak)：

As大于1主要原因是溶質(zhì)在固定相中存在吸附作用，因此，拖尾峰也稱為吸附峰。伸舌峰(leadingpeak)：

As小于1因?yàn)樯焐喾逯饕枪潭ㄏ嗖荒芙o溶質(zhì)提供足夠數(shù)量合適的作用位置，使一部分溶質(zhì)超過了峰的中心，即產(chǎn)生了超載，所以也稱超載峰。As=b/a第16頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三（二）、色譜分離中的一些重要參數(shù)1、相對(duì)保留值relativeretention(α)亦稱選擇性因子

α＝t'

R2/t'

R12、容量因子capacityfactor

(k')容量因子亦稱容量比，分配比或質(zhì)量分配比。是指平衡時(shí)，組分在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量比。k'值一般控制在3-7之間。k'＝t'

R/t0第17頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三3、塔板數(shù)numberofplates（N）組分在柱中固定相和流動(dòng)相中反復(fù)分配平行的次數(shù)。N越大，平衡次數(shù)越多，組分與固定相的相互作用力越顯著，柱效越高。

N=L/H=16(tR/W)2

4、分離度resolution（R）分離度亦稱分辨率。是指相鄰兩個(gè)峰的分離程度。第18頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三

tR1tR2Y1Y2

2(tR2

–tR1)

R=───────W1+W2

當(dāng)R=1.0時(shí)，有2%未分離；R=1.25時(shí)，有0.6%未分離；R=1.5時(shí)，有0.3%未分離第19頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三（三）、各種參數(shù)對(duì)分離的綜合影響

2(tR2–tR1)N1/2α-1k'R=───────=──×───×───W1+W24αk'+1

第20頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三原始增大k'A.改變流動(dòng)相或固定相

對(duì)于GC,選擇固定相較為理想。對(duì)于LC，選擇流動(dòng)相的配比較為合理。B.改變溫度對(duì)于GC，可采用程序升溫。對(duì)于LC，選擇不同的溫度。增大NN由L與H來控制,H與柱的填充、固定相的性質(zhì)等有關(guān)。增大α對(duì)于GC，用選擇固定液降低柱溫的辦法。對(duì)于LC，用選擇流動(dòng)相配比的辦法。再加上程序升溫（GC）或梯度淋洗（LC）等技術(shù)，是提高α的有效辦法。第21頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)色譜學(xué)基礎(chǔ)理論塔板理論速率理論擴(kuò)散理論塊狀液膜模型平衡色譜理論第22頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三塔板理論的基本假設(shè)

L012345△V

Hcolumn

1、柱內(nèi)各段塔板高度H不變，柱子塔板數(shù)N=L/H2、在塔板高度H內(nèi)，組分在兩相間達(dá)到瞬時(shí)平衡。3、流動(dòng)相以脈沖方式進(jìn)入一個(gè)體積。4、分配系數(shù)K在每個(gè)塔板上均不變，是常數(shù)。5、組分加在0號(hào)塔板上，軸向擴(kuò)散可忽略。一、塔板理論第23頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三第24頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三1、物理意義N說明組分在柱中反復(fù)分配平行的次數(shù)的多少，N越大，平衡次數(shù)越多，組分與固定相的相互作用力越顯，柱效越高。形象地說明了色譜柱的柱效，是反映柱效能的指標(biāo)。能很好地解釋色譜圖，如曲線形狀、濃度最大值位置、色譜峰的寬度和保留值的關(guān)系等。N=L/H=16(tR/W)2第25頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三不能解釋同一色譜柱對(duì)不同組分N或H的不同。不能解釋不同操作條件下，同一色譜柱對(duì)相同組分N或H的不同。不能找出影響N或H的內(nèi)在因素。不能為操作與應(yīng)用色譜方法提供改善柱效的途徑和方法。2、塔板理論的局限性及原因原因：只考慮組分熱力學(xué)因素，而沒有考慮動(dòng)力學(xué)因素。第26頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三二、速率理論第27頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三1、

速率理論公式

H=A+B/u+(Cs+Cm)u

A－渦流擴(kuò)散項(xiàng)(Eddydiffusion)

B/u－分子擴(kuò)散項(xiàng)(Moleculardiffusion)

(Cs+Cm)u－傳質(zhì)阻力項(xiàng)(Masstransfer)

第28頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三A、渦流擴(kuò)散項(xiàng)(Eddydiffusion)第29頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)流動(dòng)相帶著被分離組分分子通過顆粒大小不同、填充松緊不同的固定相時(shí)，會(huì)形成紊亂的類似“渦流”的流動(dòng)，形成流速不同的流路，造成組分譜帶的展寬。固亦稱多徑項(xiàng)。

HA=A=2λdp

λ-填充不規(guī)則因子dp-固定相微粒直徑第30頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三B、分子擴(kuò)散項(xiàng)(Moleculardiffusion)第31頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)樣品進(jìn)入色譜柱后，由于存在著濃度梯度，組分分子由濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生濃度擴(kuò)散，造成組分譜帶展寬。

HB=B/u=2γDM/u

B-分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)γ-彎曲因子（擴(kuò)散阻止系數(shù)）DM-組分在流動(dòng)相中擴(kuò)散系數(shù)第32頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三C、傳質(zhì)阻力項(xiàng)(Masstransfer)第33頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三

溶質(zhì)分子要從流動(dòng)相轉(zhuǎn)移到固定相中，就要從流動(dòng)相主體擴(kuò)散到氣-液、氣-固、液-液或液-固界面，阻礙這一擴(kuò)散過程的阻力稱流動(dòng)相傳質(zhì)阻力.CMu=f(dP2,k')u/DM第34頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三溶質(zhì)分子到達(dá)兩相界面后，將繼續(xù)擴(kuò)散到固定相內(nèi)部達(dá)到分配平衡，然后又返回到兩相界面。溶質(zhì)在這一移動(dòng)過程中的阻力稱固定相傳質(zhì)阻力。CSu=f(df2,K')u/Dsdf-固定相液膜平均厚度DS-組分在固定相中擴(kuò)散系數(shù)第35頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三H=A+B/u+(Cs+Cm)u=2λdp

+2γDM/u+[f(df2,k')u/Ds+

f(df2,k')u/DM]第36頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三

方法：A、在三個(gè)相差較大的流速下，測出三個(gè)色譜圖。

B、在色譜圖上選擇某個(gè)色譜峰，由公式求出三種u下的H。

LLW

H=───=──(──)2

N16tR

C、由u和H建立三條速率方程，然后求取A，B，C。

速率理論公式中A、B、C的求取第37頁，共39頁，2023年，2月20日，星期三例：氯苯甲酸甲酯在三種不同載氣流速下的數(shù)據(jù)如下：L=2米

tR0(sec)