第十七章-色譜分析法概論-分析化學(xué)

第十七章色譜分析法概論1第十七章色譜分析法概論第一節(jié)色譜法的分類和發(fā)展色譜分析法是一種物理或物理化學(xué)分離分析方法。始于20世紀(jì)初；30與40年代相繼出現(xiàn)了薄層色譜與紙色譜；50年代氣相色譜興起、色譜理論、毛細(xì)管色譜；60年代氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用；70年代高效液相色譜；80年代末超臨界流體色譜、高效毛細(xì)管電泳色譜。2第十七章色譜分析法概論色譜法的分類：1、按流動(dòng)相與固定相的分子聚集狀態(tài)分類氣相色譜法(gaschromatography,GC)氣-固色譜法（GSC）氣-液色譜法（GLC）液相色譜法(liquidchromatography,LC)液-固色譜法（LSC）液-液色譜法（LLC）超臨界流體色譜法(supercriticalfluidchromatography,SFC)3第十七章色譜分析法概論2、按操作形式分類柱色譜法(填充柱、毛細(xì)管柱、微填充柱)平板色譜法(紙色譜、薄層色譜TLC、薄模色譜)毛細(xì)管電泳法（CE）4第十七章色譜分析法概論3、按色譜過(guò)程的分離機(jī)制分類分配色譜法吸附色譜法空間排阻色譜法(SEC)離子交換色譜法(IEC)親合色譜法5第十七章色譜分析法概論色譜法氣相色譜法（GC）填充柱色譜法毛細(xì)管柱色譜法GLCGSC液相色譜法(LC)柱色譜法平板色譜高效毛細(xì)管電泳法(HPCE)經(jīng)典液相柱色譜法高效液相色譜法(HPLC)薄層色譜法（TLC）紙色譜法超臨界流體色譜法（SFC）6第十七章色譜分析法概論第二節(jié)色譜過(guò)程和基本原理色譜過(guò)程是物質(zhì)分子在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩相間分配“平衡”的過(guò)程。混合物中，若兩個(gè)組分被固定相吸附強(qiáng)弱不等，則被流動(dòng)相攜帶移動(dòng)的速度不等，產(chǎn)生差速遷移而被分離。7第十七章色譜分析法概論二、色譜流出曲線和有關(guān)概念基線：在操作條件下，沒(méi)有組分流出時(shí)的流出曲線稱為基線。其反映的是儀器（主要是檢測(cè)器）的噪音隨時(shí)間的變化。8第十七章色譜分析法概論二、色譜流出曲線和有關(guān)概念2、色譜峰（流出峰）由電信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間作圖所繪制的曲線稱為色譜流出曲線。流出曲線上的突起部分稱為色譜峰。9第十七章色譜分析法概論正常峰的判斷對(duì)稱因子fS（symmetryfaxtor）或叫拖尾因子對(duì)稱因子在0.95～1.05之間為對(duì)稱峰；小于0.95為前延峰；大于1.05為拖尾峰。10第十七章色譜分析法概論保留值（滯留值）保留時(shí)間tR（retentiontime）：

從進(jìn)樣開(kāi)始到某個(gè)組分的色譜峰頂點(diǎn)的時(shí)間間隔保留時(shí)間。死時(shí)間t0（deadtime）

：

分配系數(shù)為零的組分的保留時(shí)間。調(diào)整保留時(shí)間t'R

（adjuxtedtime）：

某組分由于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的組分在柱中多停留的時(shí)間。

t'R=tR－t011第十七章色譜分析法概論12第十七章色譜分析法概論保留值（滯留值）保留體積（VR）：從進(jìn)樣開(kāi)始到某個(gè)組分在柱后出現(xiàn)濃度極大時(shí)，所需通過(guò)色譜柱載氣體積。VR=tR·FC死體積（V0）：由進(jìn)樣器至檢測(cè)器的流路中未被固定相占有的空間。調(diào)整保留體積（V'R）：由保留體積扣除死體積后的體積。13第十七章色譜分析法概論保留值（滯留值）相對(duì)保留值兩組分的調(diào)整保留值之比。色譜系統(tǒng)的選擇性指標(biāo)。14第十七章色譜分析法概論保留值（滯留值）保留指數(shù)（I）：把組分的保留行為換算成相當(dāng)于正構(gòu)烷烴的保留行為，也就是以正構(gòu)烷烴系列為組分相對(duì)保留值的標(biāo)準(zhǔn)，用兩個(gè)保留時(shí)間緊鄰待測(cè)組分的基準(zhǔn)物質(zhì)來(lái)標(biāo)定組分，這個(gè)相對(duì)值稱為保留指數(shù)，又稱為Kovats指數(shù)。15第十七章色譜分析法概論保留指數(shù)定義式：Ix為待測(cè)組分的保留指數(shù)，z與z+n為正構(gòu)烷烴對(duì)的碳原子數(shù)。16第十七章色譜分析法概論乙酸正丁酯的保留指數(shù)測(cè)定參考物質(zhì)：正庚烷及正辛烷測(cè)定結(jié)果：死時(shí)間30秒、正庚烷204秒、乙酸正丁酯340秒、正辛烷403.4。17第十七章色譜分析法概論色譜峰高和峰面積峰高（peakheight;h）：組分在柱后出現(xiàn)濃度極大時(shí)的檢測(cè)信號(hào)，即色譜峰頂至基線的距離。峰面積(peakarea;A)：色譜曲線與基線之間包圍的面積。18第十七章色譜分析法概論色譜峰區(qū)域?qū)挾葮?biāo)準(zhǔn)差（σ）：σ為正態(tài)分布曲線上兩拐點(diǎn)之間距離之半。半峰寬（peakwidthathalfheight；W1/2或Y1/2）：峰高一半處的峰寬稱為半峰寬。W1/2=2.355σ峰寬（peakwidth；W）：通過(guò)色譜峰兩側(cè)的拐點(diǎn)作切線，在基線上的截距稱為峰寬，也可用Y表示。

W=4σ或W=1.699W1/219第十七章色譜分析法概論色譜峰區(qū)域?qū)挾?0第十七章色譜分析法概論分離度

（R）分離度是用于衡量分離效果的參數(shù)，其定義式如下：R=14σ分離95.4%R=1.56σ分離99.7%tR2－tR1w121第十七章色譜分析法概論三、分配系數(shù)與色譜分離1、分配系數(shù)在一定溫度和壓力下，達(dá)到分配平衡時(shí)，組分在固定相和流動(dòng)相中的濃度之比2、容量因子在一定溫度和壓力下，達(dá)到分配平衡時(shí)，組分在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量之比22第十七章色譜分析法概論三、分配系數(shù)與色譜分離3、分配系數(shù)和容量因子的關(guān)系23第十七章色譜分析法概論保留時(shí)間與分配系數(shù)和容量因子的關(guān)系設(shè)在單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)分子在流動(dòng)相中出現(xiàn)的幾率（即在流動(dòng)相中停留的時(shí)間分?jǐn)?shù)）為R/。24第十七章色譜分析法概論色譜過(guò)程方程：

tR=t0(1+KVS/Vm)25第十七章色譜分析法概論色譜過(guò)程方程的意義在色譜柱（或薄層板）一定時(shí)，Vs與Vm一定；若流速、溫度一定，則t0一定。這樣，tR取決與分配系數(shù)K，K大的組分tR長(zhǎng)。K與組分、流動(dòng)相和固定相的性質(zhì)及溫度有關(guān)。因此，在實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)，tR取決于組分的性質(zhì)，因而，tR可用于定性。分配系數(shù)大的組分保留時(shí)間長(zhǎng)，晚流出色譜柱。26第十七章色譜分析法概論色譜分離的前提當(dāng)KA>KB，則，B先于A流出色譜柱。分配系數(shù)不等是分離的前提27第十七章色譜分析法概論第三節(jié)基本類型色譜法的分離機(jī)制1、分配色譜法XmXSmS利用被分離組分在固定相或流動(dòng)相中的溶解度差別。在LLC中K主要與流動(dòng)相的性質(zhì)有關(guān)；在GLC中K與固定相極性和柱溫有關(guān)。正相分配色譜弱極性化合物先流出，反相色譜則反之28第十七章色譜分析法概論2、吸附色譜法XmXamS利用被分離組分對(duì)固體表面活性吸附中心吸附能力的差別。吸附系數(shù)與吸附劑的活性、組分的性質(zhì)和流動(dòng)相的性質(zhì)有關(guān)。Ym極性弱的化合物先流出。Ya29第十七章色譜分析法概論3、離子交換色譜法mSSO3－RH+SO3－RH+X+利用被分離組分離子交換能力的差別。X+KS與離子的電荷和水合離子半徑、流動(dòng)相性質(zhì)和pH、離子交換樹(shù)脂的性質(zhì)及溫度有關(guān)。30第十七章色譜分析法概論陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的種類很多，常用的是聚苯乙烯型離子交換樹(shù)脂聚合單體：苯乙烯交聯(lián)劑：二乙烯苯活性基團(tuán)：－SO3H、－COOH、－PO3H、－OH、－SH等。31第十七章色譜分析法概論4、空間排阻色譜法利用被分離組分分子的線團(tuán)尺寸。兩個(gè)假設(shè)：孔內(nèi)外同等大小的溶質(zhì)分子處于擴(kuò)散平衡狀態(tài)。滲透系數(shù)的大小只由溶質(zhì)分子的線團(tuán)尺寸及凝膠孔隙的大小所決定。32第十七章色譜分析法概論當(dāng)分子大到不能進(jìn)入凝膠的所有孔隙時(shí)：

[XS]=0，則KP=0當(dāng)分子小到能進(jìn)入所有孔隙時(shí)：

[XS]=[Xm]，KP=1當(dāng)分子尺寸在上述兩種分子之間時(shí)：

0<Kp<1在高分子溶液中，相同成分的分子的線團(tuán)尺寸與其分子量成比例。因此，在一定分子線團(tuán)尺寸范圍內(nèi)，KP與分子量相關(guān)。33第十七章色譜分析法概論K在不同類型的色譜法中有不同的含義

KVS分配色譜分配系數(shù)K固定液體積吸附色譜吸附系數(shù)Ka吸附劑表面積離子交換色譜選擇系數(shù)KS總交換容量凝膠色譜滲透系數(shù)KP孔容34第十七章色譜分析法概論第四節(jié)色譜法基本理論色譜理論分為熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論兩方面。熱力學(xué)理論是從相平衡觀點(diǎn)來(lái)研究分離過(guò)程，以塔片理論為代表。動(dòng)力學(xué)理論是從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)研究各種動(dòng)力學(xué)因素對(duì)柱效的影響，以VanDeemter方程式為代表。35第十七章色譜分析法概論一、塔板理論把色譜柱看作一個(gè)分餾塔，在每個(gè)塔板的間隔內(nèi)，樣品混合物在兩相中達(dá)到分配平衡。經(jīng)過(guò)多次的分配平衡后，分配系數(shù)小的組分先到達(dá)塔頂（先流出色譜柱）。由于色譜柱的塔板很多，因此分配系數(shù)的微小差別，即可獲得很好的分離效果。36第十七章色譜分析法概論基本假設(shè)1.

在柱內(nèi)一小段高度H內(nèi)，組分可以很快在兩相中達(dá)到分配平衡；2.

流動(dòng)相進(jìn)入色譜柱是間歇式的，每次進(jìn)入一個(gè)塔板體積；3.

樣品和新流動(dòng)相都加在第0號(hào)塔板上，且樣品的縱向擴(kuò)散可以忽略；4.

分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。37第十七章色譜分析法概論二項(xiàng)式分布進(jìn)入N次流動(dòng)相后，在各塔板內(nèi)溶質(zhì)含量的分布符合二項(xiàng)式的展開(kāi)式，即：塔板號(hào)

012338第十七章色譜分析法概論二項(xiàng)式分布曲線0.150.100.05N39第十七章色譜分析法概論正態(tài)分布一根色譜柱有103以上個(gè)塔板數(shù)，流出曲線趨于正態(tài)分布曲線，因此可用正態(tài)分布方程來(lái)討論流出曲線上組分濃度（C）與時(shí)間（t）的關(guān)系：40第十七章色譜分析法概論相關(guān)公式當(dāng)t>tR或t<tR時(shí)，C<Cmaxσ越小，峰越銳。41第十七章色譜分析法概論相關(guān)公式hW1/2A42第十七章色譜分析法概論塔板理論高度和理論塔板數(shù)塔板理論高度（H）和理論塔板數(shù)（n）都是柱效指標(biāo)，建立方法時(shí)必測(cè)。n=（tR/σ）2或n=16（tR/W）2或n=5.54（tR/W1/2）243第十七章色譜分析法概論柱效n的計(jì)算在柱長(zhǎng)2m，5%阿皮松柱，柱溫100、記錄紙速為2.0cm/min的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定苯的保留時(shí)間為1.5min，半峰寬為0.20cm，求理論塔板高度。44第十七章色譜分析法概論塔板理論的特點(diǎn)塔板理論的成功之處：解釋了流出曲線的形狀、濃度極大點(diǎn)的位置及評(píng)價(jià)柱效等方面；不足之處：無(wú)法解釋柱效與流動(dòng)相流速的關(guān)系，不能說(shuō)明影響柱效的主要因素。而VanDeemter方程式在這方面是成功的。45第十七章色譜分析法概論二、速率理論VanDeemter方程式

H=A+B/u+Cu146第十七章色譜分析法概論二、速率理論VanDeemter方程式

H為塔板高度（cm）；A、B及C為三個(gè)常數(shù)，單位分別為cm、cm2/s及s。u為流動(dòng)相的線速度（cm/s）。此式說(shuō)明：在u一定時(shí)，A、B及C三個(gè)常數(shù)越小，峰越銳，柱效越高。反之，則峰擴(kuò)張，柱效降低。用VanDeemter方程式可解釋塔板高度-流速曲線。47第十七章色譜分析法概論二、速率理論VanDeemter方程式

在低流速（0～u最佳之間）時(shí)，u越小，B/u項(xiàng)越大，C