色谱与质谱学2

1、色谱(chromatography)提纲提纲第一章 概述第一节第一节 色谱色谱(chromatography)定义：定义：色谱是一种把混合物中多组份分离的实验技术。将气化的混合物或气体通过柱中某种物质，基于柱中物质与不同化合物的相互作用相互作用不同而得到分离，然后经过检测器记录物质的响应值随时间的变化，就是色谱图，每一个峰可代表最初混合样品中某一个组分。简而言之,色谱是利用物质物质的物理化学性质的物理化学性质建立的分离、分析方法。实质：分离实质：分离目的：定性分析或定量分析目的：定性分析或定量分析色谱柱：进行色谱分离用的细长管。固定相：管内保持固定、起分离作用固定、起分离作用的填充物。流动相：

2、流经固定相的空隙或表面的冲洗剂冲洗剂。优点优点 能较好的分离物理常数相近、化学性质类似的同系物和异构体。同系物和异构体。 几个概念几个概念苯和环己烷的气相色谱分离：沸点之差0.6分馏柱不可能分开50cm的色谱柱即可分开。色谱发展历史色谱发展历史30年代茨维特分离绿叶色素年代茨维特分离绿叶色素40年代年代TLC，纸色谱，纸色谱50年代年代GC出现使色谱具备分离和在线分析功能出现使色谱具备分离和在线分析功能60年代末年代末HPLC出现，使色谱分析范围进一步拓展出现，使色谱分析范围进一步拓展.70年代末联用仪器：年代末联用仪器：GC-MS，HPLC-MS一、按两相状态分：气相色谱 GC液相色谱 LC

3、流动相气体液体固定相 固体液体固体液体色谱名称气固GSC气固吸附色谱气液GLC 气液分配色谱液固LSC液固吸附色谱液液色LLC液液分配色谱第二节 色谱分类1.柱色谱法2.纸色谱法3.薄层色谱法二、按固定相的几何形式分类1.柱色谱法 (column chromatography) 柱色谱法是将固定相装在一金属或玻璃柱中或是将固定相附着在毛细管内壁上做成色谱柱，试样从柱头到柱尾沿一个方向移动而进行分离的色谱法。2.纸色谱法（paper chromatography） 纸色谱法是利用滤纸作固定液的载体，把试样点在滤纸上，然后用溶剂展开，各组分在滤纸的不同位置以斑点形式显现，根据滤纸上斑点位置及大小进

4、行定性和定量分析。3.薄层色谱法 (thin-layer chromatography, TLC) 薄层色谱法是将适当粒度的吸附剂作为固定相涂布在平板上形成薄层，然后用与纸色谱法类似的方法操作以达到分离目的。1.吸附色谱法2.分配色谱法3.离子交换色谱法4.尺寸排阻色谱法5.亲和色谱法 按色谱法分离所依据的物理或物理化学性质的不同，又可将其分为：三、按分离原理分类1.吸附色谱法 ( adsorption chromatography ) 利用吸附剂表面对不同组分物理吸附性能的差别而使之分离的色谱法称为吸附色谱法。2.分配色谱法 ( partition chromatography ) 利用固定

5、液对不同组分分配性能的差别而使之分离的色谱法称为分配色谱法。用离子交换树脂为固定相的色谱法靠样品离子与固定相的可交换基团的交换能力（交换系数）的差别而分离。2.离子交换色谱法 ( ion exchange chromatography )4.尺寸排阻色谱法 -GPC (size exlusion chromatography ) 以一定尺寸的多孔固体为固定相，以液体为流动相，按分子尺寸大小进行分离的方法多聚物5.亲和色谱法 (affinity chromatography ) 将具有生物活性（如酶、辅酶、抗体等）的配位基键合到非溶性载体或基质表面上形成固定相。利用蛋白质或生物大分子与亲和色谱固

6、定相表面上配位基的亲和力进行分离的色谱。第三节 色谱文献发表色谱文献的主要期刊Journal of Chromatography .A 色谱Journal of Chromatography .B 分析测试通报The Journal of Microcolumn Separation 分析科学学报Chromatographia 分析仪器Journal of Chromatography ScienceJournal of High Resolution ChromatographyLCGCAnalyst工具书傅若农，汪正范等，色谱技术丛书（第二版），北京：化学工业出版社，2005李浩春，卢佩章

7、，气相色谱法。北京：科学出版社，1993李浩春，分析化学手册，第二版，北京：化学工业出版社，1999（气相）张玉奎，分析化学手册，第二版，北京：化学工业出版社，2000（液相） 根据对色谱柱模拟蒸馏塔的假设条件，具体展开讨论组分在色谱柱中移动分配过程如下： 第二章第二章 色谱图及基本参数色谱图及基本参数 色谱图色谱图: 色谱柱流出物通过检测器时所产生的响应信号对时间的曲线图,其纵坐标为信号强度,横坐标为保留时间。n保留时间保留时间n用于确定样品组分用于确定样品组分，即进行样品定性，即进行样品定性分析。分析。n峰面积峰面积n用于测定样品的含用于测定样品的含量，即定量分析。量，即定量分析。色谱图示

8、意图色谱图示意图一、色谱图相关术语一、色谱图相关术语. 色谱峰(Peak):当组分随流动相进入检测器时，其响应响应信号大小随时间变化所形成的峰形曲线。信号大小随时间变化所形成的峰形曲线。正常的色谱峰呈正呈正态分布。态分布。. 峰底(Peak Base):. 峰高 h (Peak Height):. 一、一、色谱图相关术语色谱图相关术语区域宽度：峰(底)宽 W (Peak Width):半(高)峰宽 W1/2 (Peak Width at Half Height):标准偏差()(Standard Error): =1/4W.峰面积(Peak Area):.拖尾峰(Tailing Peak):.前

9、伸峰(Leading Peak):.鬼峰,假峰(Ghost Peak):一、一、色谱图相关术语色谱图相关术语. 基线(Baseline):.基线飘移(Baseline Drift):.基线噪声(N) (Baseline Noise):一、一、色谱图相关术语色谱图相关术语保留值：试样中各组分在色谱柱中停留色谱柱中停留时间值时间值或将组分带出色谱柱所需流动相将组分带出色谱柱所需流动相的体积值的体积值称为保留值。1) 保留时间保留时间 ：从进样至被测组分出现浓度最大值时所需时间tR。2) 保留体积保留体积 ：从进样至被测组分出现最大浓度时流动相通过的体积，VR。3) 死时间死时间： 不被固定相滞留的

10、组分，从进样至出现浓度最大值时所需的时间称为死时间(dead time)，tM。4) 死体积死体积: 不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度最大值时流动相通过的体积称为死体积(dead volume) ，VM。 VM = tMFc5) 调整保留时间调整保留时间：扣除死时间后的保留时间。6) 调整保留体积调整保留体积：扣除死体积后的保留体积。 tR = tR - tMVR = VR VM 或 VR = tRFc7) 相对保留值相对保留值（relative retention） 在相同的操作条件下，组分与参比组分的调整保留值之比，用ri,s 表 )()()()(sRiRsRiRisVVttr保留指

11、数：用Ix 表示，它是以一系列正构烷烃作参比物来反映物质保留行为的定性参数。loglogloglog100)()1()()(zRzRzRxRxttttzIIx是被测组分的保留指数，z和z+1是正构烷烃的碳数。8) 保留指数保留指数（ retention index）薄层色谱法中原点到斑点中心薄层色谱法中原点到斑点中心的距离与原点到溶剂前沿的距的距离与原点到溶剂前沿的距离的比值离的比值 。 又称又称Rf值，是色谱法中表值，是色谱法中表示组分移动位置的一种方法的示组分移动位置的一种方法的参数。定义为溶质迁移距离与参数。定义为溶质迁移距离与流动相迁移距离之比。在一定流动相迁移距离之比。在一定的色谱条

12、件下，特定化合物的的色谱条件下，特定化合物的Rf值是一个常数，因此有可能值是一个常数，因此有可能根据化合物的根据化合物的Rf值鉴定化合物。值鉴定化合物。 9) 比移值比移值（ retention index）1. 分配系数（distribution coefficient）分配系数分配系数: 在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比值。 msccK cs、cm分别为组分在固定相和流动相的浓度；容量因子：容量因子：在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达到平衡时的质量比，称为容量因子，也称分配比，用k表示。 2. 容量因子 （capacity factor）mm

13、ssVcVck cs、cm分别为组分在固定相和流动相的浓度(g/ml)；Vm为色谱柱中流动相的体积，近似等于死体积， Vs为色谱柱中固定相的体积。k=tR/tM-1容量因子容量因子k决定于组分及固定相的热力学性质，随柱温、柱压的变化而变化，还与流动相及固定相的体积有关。分配系数分配系数K与柱中固定相和流动相的体积无关，而取决于组分及两相的性质，并随柱温、柱压变化而变化。msVVKk 3. K、k与保留参数间的关系MRMRVVttk理论上可以推导出：SMRKVkVVMSRVKVV色谱过程基本方程：ktVVKttMMsMR)1 ()1 (ktVVKttMMsMR（1）色谱条件一定时，K或k值越大，

14、则组分的保留值也越大。（2） 两个组分的K或k值相等，则两个组分的色谱峰必将重合。（3）两个组分的K或k值差别越大，则相应的两色谱峰相距就越远。小结：四、液相色谱术语和参数粒间体积孔体积柱外体积液体总体积流体力学体积第三章 平衡色谱理论物料平衡假设：样品组分在流动相和固定相间的分配平衡在整个色谱过程中均能瞬时达成，不考虑传质速度的有限性以及物质的弥散对平衡过程形成的影响。流入物质的量-流出物质的量=液相中物质的量+固相中物质的量 c*qdtk-(c-dc)qdtk=kqdx+(1-k)qdxu谱带= 设 ， 定义为容量因子。u谱带= )(11cfKKu)(1cfKKkKu11.谱带移动后的形状

15、2.谱带移动后的速度和保留值关系3.计算容量因子计算容量因子1+k=u/u谱带=(L/tm)/(L/tR)=tR/tmk=tk=tR R/t/tmm-1-1第四章第四章 色谱基本理论色谱基本理论塔板理论塔板理论 GCGC是一种分离技术是一种分离技术, ,组分先分离才组分先分离才可定性定量可定性定量. . 如何选择最佳分离条如何选择最佳分离条件件, ,这需要色谱理论的指导这需要色谱理论的指导. . 苯和环己烷的气相色谱分离：沸点之差0.6分馏柱不可能分开50cm的色谱柱即可分开。-固相和液相分配系数不同因此，分配系数的差异是所有色谱分离的实质因此，分配系数的差异是所有色谱分离的实质性的原因。性的

16、原因。1 在理论板高H内，组分在气液相内瞬间平衡2 所有的物质在开始时全部进入零号塔板里3 塔板间无纵向扩散（柱向扩散)4 分配系数K是常数 5 载气以脉冲式进入色谱柱 一、塔板理论的假设一、塔板理论的假设 设样品分子开始全部位于第0号塔板上，当色谱柱中通过N体积载气后，计算在第n块塔板上出现某组分分子的概率。 这个概率应该是考虑在塔板上某组分的一个分子出现在流动相中的概率(Mp)等于在该塔板上流动相中组分分子的个数与整个塔板上组分分子个数之比。 二、色谱流出曲线方程二、色谱流出曲线方程 -基本关系式概率推导基本关系式概率推导假设色谱柱由5块塔板组成：(0号板,1号,2号,4号板) 令N=5(

17、N表示进入柱中载气的脉冲次数 令组分进样量为：W=64 组分在柱内的分配过程是以气液色谱分配为例,组分在气液两相中进行分配 此时若组分容量因子K，=1,即p=q 组分中有p量溶于液相 组分中有q量溶于液相K=1.0 的样品经数次平衡后的结果溶质在气液两相的分配方式可用二项式准确表示出来可用二项式准确表示出来(P+(P+ q)q)N N2)(22RRVVVNRReVNWC得出色谱流出曲线方程：得出色谱流出曲线方程：C-色谱流出曲线上任意一点样品的浓度N-理论塔板数WR-溶质的质量VR-溶质的保留体积，即从进样到色谱峰极大点出现时通入色谱柱中载气的体积V-在色谱流出线上任意一点的保留体积经多次分配

18、后的浓度分布 塔板理论成功之处塔板理论成功之处1 1 较好地解析了色谱曲线形状较好地解析了色谱曲线形状2 2 浓度极大点浓度极大点CmaxCmax的位置是的位置是t tR R ( (即即V VR R) )3 3 可用理论塔板数（可用理论塔板数（N N）评价柱效）评价柱效三、三、 塔板理论方程式的讨论塔板理论方程式的讨论V=VV=VR R时流出曲线达浓度极大值时流出曲线达浓度极大值C Cmaxmax 2)(2maxRRVVVNeCC2)(22RRVVVNRReVNWC2maxRRVNWC (1)(1) 进样量进样量W W愈大愈大, ,则则CmaxCmax愈大愈大. W. W与与Cmax Cmax

19、 成成正比。这是色谱峰高定量的依据。正比。这是色谱峰高定量的依据。 （2 2）H H值愈小，柱效愈高，值愈小，柱效愈高，Cmax/WCmax/W比值愈大。比值愈大。即即H H越小，柱效越小，柱效N N越高越高 (3)(3)色谱柱内径愈小，填充愈紧密，色谱柱内径愈小，填充愈紧密，Cmax/WCmax/W比值也愈大。即柱愈细填充愈紧密，柱效比值也愈大。即柱愈细填充愈紧密，柱效N N越越高。高。C Cmaxmax的影响因素的影响因素 （4 4） 色谱柱愈短，色谱柱愈短，CmaxCmax值愈大。值愈大。 （5 5） 先流出柱子的组分容量因子小，所先流出柱子的组分容量因子小，所以以Cmax/WCmax/

20、W比值愈大，反之提高色谱柱的温度比值愈大，反之提高色谱柱的温度（对（对GCGC），增加流动相中强洗脱溶剂的浓度），增加流动相中强洗脱溶剂的浓度（对（对HPLCHPLC），都可以使容量因子下降，比而），都可以使容量因子下降，比而使使Cmax/WCmax/W比值愈大，提高色谱检测灵敏度。比值愈大，提高色谱检测灵敏度。 四、塔板理论的作用与不足四、塔板理论的作用与不足 ( (一一) )塔扳理论在色谱法中的地位与作用塔扳理论在色谱法中的地位与作用： 1 1从塔板理论方程式的形式看它描述的色谱信号轨从塔板理论方程式的形式看它描述的色谱信号轨迹应该是正态分布函数，与实际记录的色谱流出曲线迹应该是正态分布函

21、数，与实际记录的色谱流出曲线相符合，说明此方程是准确的，且对色谱分配系统有相符合，说明此方程是准确的，且对色谱分配系统有理论指导意义。理论指导意义。2 2由塔板理论据导出来计算往效率的理论塔板数由塔板理论据导出来计算往效率的理论塔板数(N)(N)公式，是行之有效的。长期以来用公式，是行之有效的。长期以来用N N值的大小评价色值的大小评价色谱柱柱效是成功的，是色谱工作者不可缺少的计算公谱柱柱效是成功的，是色谱工作者不可缺少的计算公式。式。3. 3. 塔板理论方程式描述色谱峰极高点的塔板理论方程式描述色谱峰极高点的CmaxCmax数值是数值是符合公式要求的，实验数据证明符合公式要求的，实验数据证明

22、Cmax Cmax 与与N N，W W，VRVR之之间的关系是正确的。各参数对间的关系是正确的。各参数对CmaxCmax之影响都是客观之影响都是客观的。的。 4 4按塔板理论模型所建立起来的一些方程式讨论按塔板理论模型所建立起来的一些方程式讨论了某些色谱参数对组分色谱峰区域半峰宽公式均符了某些色谱参数对组分色谱峰区域半峰宽公式均符台流出曲线半高峰宽变化的实际。特别应指出的是，台流出曲线半高峰宽变化的实际。特别应指出的是，塔板理论也提出了理论塔板高度对色谱峰区域宽度塔板理论也提出了理论塔板高度对色谱峰区域宽度扩张的影响，这一点过去往往被忽视。扩张的影响，这一点过去往往被忽视。 1.塔板理论是模拟

23、在一些假设条件下而提出的，假设同实际情况有差距，所以他描述的色谱分配过程定量关系合有不准确的地方。2.对于塔板高度H这个抽象的物理量究竟由哪些参变量决定的？H又将怎样影响色谱峰扩张等一些实质性的较深入的问题，塔板理论却不能回答。 (二二) 塔扳理论存在的不足：塔扳理论存在的不足：3.为什么流动相线速度(U)不同，柱效率(n)不同；而有时当U值由很小一下变得很大时，则柱效能（n）指标并未变化许多，但峰宽各异，这些现象塔板理论也无能为力4.塔报理论忽略了组分分子在柱中塔板间的纵向扩散作用，特别当传质速率很快时，其纵向扩散作用为主导方面，这一关键问题并未阐述。5.塔板理论也未说明变化对组分在柱内移动

24、速率的影响。实际上VL、VG在某些方面决定着组分分子的扩散行为和扩散距离。 综上所述塔板理论虽为半经验理论，但在色谱学发综上所述塔板理论虽为半经验理论，但在色谱学发展中起到了率先作用和对实际工作的指导作用，所展中起到了率先作用和对实际工作的指导作用，所以至今延用不衰，为广大色谱工作者承认。以至今延用不衰，为广大色谱工作者承认。 速率理论认为，单个组分粒子在色谱柱内固定相和流动相间要发生千万次转移，加上分子扩散和运动途径等因素，它在柱内的运动是高度不规则的，是随机的，在柱中随流动相前进的速度是不均一的。第三章第三章 色谱理论色谱理论-速率理论速率理论基于无规行走模型，定义基于无规行走模型，定义H

25、 H为单位柱长的离散度为单位柱长的离散度H=H=2 2/L,/L,式中式中为高斯峰形的标准偏差，为高斯峰形的标准偏差，L L为柱长。为柱长。并假设：并假设： 纵向扩散是造成谱带展宽的重要原因，必须予以纵向扩散是造成谱带展宽的重要原因，必须予以考虑；考虑； 传质阻力是造成谱带展宽的主要原因，它使平衡传质阻力是造成谱带展宽的主要原因，它使平衡成为不可能成为不可能 对填充柱有涡流扩散的影响对填充柱有涡流扩散的影响 van Deemtervan Deemter方程的数学式为方程的数学式为H=A+B/U+CUH=A+B/U+CU或或H=A+B/U+CsU+CmUH=A+B/U+CsU+CmUA A、B

26、B、C C、为常数，分别代表涡流扩散系、为常数，分别代表涡流扩散系数、分子扩散项系数、传质阻力项系数。数、分子扩散项系数、传质阻力项系数。1 1、涡流扩散项、涡流扩散项A=2dA=2d 为反应柱填充状态的常数 dp为填料垃径速率理论讨论速率理论讨论2、 分子扩散项分子扩散项 B / u （纵向扩散项）（纵向扩散项） B = 2K0 Dg 纵向分子扩散是由浓度梯度造成的。组分从柱入纵向分子扩散是由浓度梯度造成的。组分从柱入口加入，其浓度分布的构型呈口加入，其浓度分布的构型呈“塞子塞子”状。它随着流状。它随着流动相向前推进，由于存在浓度梯度，动相向前推进，由于存在浓度梯度，“塞子塞子”必然自必然自

27、发的向前和向后扩散，造成谱带展宽。分子扩散项系发的向前和向后扩散，造成谱带展宽。分子扩散项系数为数为 K0为阻滞常数即为阻滞常数即弯曲因子，它反映了固定相颗粒的弯曲因子，它反映了固定相颗粒的几何形状对自由分子扩散的阻碍情况。几何形状对自由分子扩散的阻碍情况。Dg色谱柱中的涡流扩散示意图 3、传质阻力项、传质阻力项 CCg+ CL气相传质阻力气相传质阻力系数系数Cg为：液相传质阻力液相传质阻力系数系数 CL： 2220.01(1)pggdkCkD2223 (1)flldkCkD范氏方程范氏方程 H=A+B/U+CsU+CmU 令令C=Cs+Cm 则则 H=A+B/U+CU 作作HU图图(见下页见

28、下页):方程讨论讨论1.曲线有一最低点 Uopt (即Hmin) 将方程微分:2.对开管柱(毛细柱) A=0 得Golay方程 H=B/U+CU 对填充柱A项与U无关,决定与柱的填充情况02CUBdUdHCBAH/2minCBHopt/3. U很小时很小时:CU项可忽略项可忽略,方程简化为方程简化为: H=A+B/U 作作H1/U直线直线,斜率为斜率为B4. U很大时很大时: B/U项可忽略项可忽略,方程简化为方程简化为: H=A+CU 作作HU直线直线,斜率为斜率为C,截距截距A5. K/ 对板高对板高H的影响的影响(比较复杂比较复杂): N随随K/的变化而变化的变化而变化综合考虑: U实际

29、稍高于实际稍高于Uopt 因为:1.右侧曲线斜率小,U稍变 不会引起H的大变化 2. 为提高分析速度 因为U 则tR 第五章第五章气相色谱（气相色谱（gas chromatographygas chromatography）GC-气相色谱气路系统气路系统 进样系统进样系统 - -进样器、气化室 分离系统分离系统 -色谱柱 控制温度系统控制温度系统 检测和放大记录系统检测和放大记录系统 色谱柱色谱柱流量流量控制器控制器稳压器稳压器空气空气氢气氢气载气载气分子筛分子筛脱水管脱水管固定固定进样口进样口检测器检测器电子部件电子部件PC限流器限流器 一 气体气体 H H2 2 N N2 2 Air Ai

30、r 也可用也可用COCO2 2 He Ar He Ar 纯度要求大于纯度要求大于99.999 %99.999 %第一节第一节 气路系统气路系统 检测器检测器 常用净化剂常用净化剂 作用作用TCD TCD ；FID FID 变色硅胶：变色硅胶： 除除H H2 2O OTCD TCD ；FID FID 分子筛分子筛 ： 除除H H2 2O OFID FID ；ECD ECD 活性碳：活性碳： 除有机物除有机物FID FID ；ECD ECD 脱氧剂脱氧剂 ： 除除O O2 2 气体的压力与流量的测量气体的压力与流量的测量常用皂膜流量计，用时先将皂膜流量计管常用皂膜流量计，用时先将皂膜流量计管子内壁

31、润湿子内壁润湿 第二节 气化室室温室温-350气相色谱适用范围：气相色谱适用范围：能够气化、且稳定的化合物能够气化、且稳定的化合物样品流动相固定相分离的过程示意图分离的过程示意图第三节 色谱柱色谱柱原理：色谱柱原理：吸附、分配、空间排阻等物理化学性质不同进行分离。吸附、分配、空间排阻等物理化学性质不同进行分离。常用色谱柱（填充柱和常用色谱柱（填充柱和毛细管柱毛细管柱）：）：OV101、OV17等等DB-1、DB-5、 DB-35、 DB-17、DB-WAX等等样品溶剂为弱极性的有机溶剂，不能进水和酸样品溶剂为弱极性的有机溶剂，不能进水和酸100%聚二甲基硅氧烷5%二苯基(95%)二甲基聚硅氧烷

32、分配填充填充柱填充柱载气液体相固体支撑物非常多的孔具有极大的表面积一、气液色谱一、气液色谱 (GLC)壁涂开管柱 (WCOT)液体相毛细管柱毛细管柱色谱柱色谱柱一、非极性1、100%Dimethyl polysiloxane，100%聚二甲基硅氧烷，商品名：OV-101，OV-1，DB-1，SE-30，HP-1，RTX-1，BP-1二、弱极性2、5%Phenyl dimethyl polysiloxane, 5%二苯基(95%)二甲基聚硅氧烷，商品名：AC5，SE-52，3、5% Phenyl 1%vinyl dimethyl polysiloxane，5%二苯基1%乙烯基(94%)二甲基聚硅

33、氧烷，商品名：OV-5，DB-5，SE-54，HP-5，RTX-5，BP-5注：2、3常无严格区分，通常混称。三、中等极性4、50%Phenyl dimethyl polysiloxane, 50%二苯基(50%)二甲基聚硅氧烷，商品名：OV-17，HP-50，5、14%Cyanopropyl phenyl polysiloxane, 14%氰丙基苯基(其中7%氰丙基7%苯基)(86%)二甲基聚硅氧烷，商品名：AC10，OV-1701，DB-1701，RTX-17016、50% Cyanopropyl phenyl polysiloxane，50%氰丙基苯基(其中25%氰丙基25%苯基)(50

34、%)二甲基聚硅氧烷，商品名：AC225，OV-225，BP-225，DB-225，HP-225，RTX-225四、强极性7、polyethylene glycol,聚乙二醇，商品名：AC20，PEG20M，HP-INNOWAX(FFAP是其与2-硝基对苯二甲酸的反应产物)12456891 01 1 & 1 271245691 01 17 & 81 2填充柱分析：毛细管柱HP-5GC/MS常用柱5% OV101on 80/100 Chromosorb30m X 0.53mm X .88mHP-5MS 30m X 0.25mm X .25mHP 柱评估样品色谱柱类型比较色谱柱类型比

35、较(占应用的90%)“相似相溶或同极性相互作用通过样品在固定相中的分配或不同溶解度实现分离组分基于不同的极性而分离 (偶极力的作用)通常例如： 醇类是极性化合物 聚乙二醇(Carbowax)是极性固定相一、气液色谱一、气液色谱 (GLC)相色谱柱常用的固定液 各类很多，常用的有一、非极性1、100%Dimethyl polysiloxane，100%聚二甲基硅氧烷，商品名：AC1，OV-101，OV-1，DB-1，SE-30，HP-1，RTX-1，BP-1二、弱极性2、5%Phenyl dimethyl polysiloxane, 5%二苯基(95%)二甲基聚硅氧烷，商品名：AC5，SE-52

36、，3、5% Phenyl 1%vinyl dimethyl polysiloxane，5%二苯基1%乙烯基(94%)二甲基聚硅氧烷，商品名：OV-5，DB-5，SE-54，HP-5，RTX-5，BP-5注：2、3常无严格区分，通常混称。三、中等极性4、50%Phenyl dimethyl polysiloxane, 50%二苯基(50%)二甲基聚硅氧烷，商品名：OV-17，HP-50，RTX-505、14%Cyanopropyl phenyl polysiloxane, 14%氰丙基苯基(其中7%氰丙基7%苯基)(86%)二甲基聚硅氧烷，商品名：AC10，OV-1701，DB-1701，RTX

37、-17016、50% Cyanopropyl phenyl polysiloxane，50%氰丙基苯基(其中25%氰丙基25%苯基)(50%)二甲基聚硅氧烷，商品名：AC225，OV-225，BP-225，DB-225，HP-225，RTX-225四、强极性7、polyethylene glycol,聚乙二醇，商品名：AC20，PEG20M，HP-INNOWAX(FFAP是其与2-硝基对苯二甲酸的反应产物)色谱过程示意图色谱过程示意图柱效: 色谱柱形成尖锐峰的能力分离度: 色谱柱将两个峰彼此分开的能力选择性: 色谱柱确认两个峰化学与/或物理性质差别的能力优差优差二、柱分离指标二、柱分离指标1.

38、色谱柱效能的参数色谱柱效能的参数柱效：也叫柱效能柱效：也叫柱效能 。理论塔板数理论塔板数n有效理论塔板数有效理论塔板数neff理论塔板高度理论塔板高度H H=L/n222/1)(16)(54. 5WtWtnRR2,22/1,)(16)(54. 5WtWtnRReff分析物时间进样不保留组分tmtRtR1. 使用内径更小的柱子。2. 减小固定相百分组成或固定相液膜厚度。3. 减小进样量。 4. 选用更长的柱子。5. 使用程序升温改善后流出组分峰形。好的进样技术可以保障高柱效。进样应该紧凑快速，好的进样技术可以保障高柱效。进样应该紧凑快速，以免峰展宽。以免峰展宽。如何提高柱效如何提高柱效2、分离条

39、件的优化n要求1.两峰间有一定距离tR不同n要求2.峰宽要窄W1/2要小时间 ( Min.)4564.55.51.0E52.0E53.0E54.0E55.0E56.0E5响应值RT = 4.41RT = 4.59RT = 5.10分离度是柱将两个相邻峰分开能力的反映。通过两个欲分离相邻峰的分开程度来测算分离度。一般我们选择两个最难分开的峰，如果它们被成功分开，那么其它的也就解决了。 1.18 ( RT - RT )21(W + W )12R =R = 1.5 认为可以实现基线分离 W1=化合物1的半峰宽 W2=化合物2的半峰宽分离度分离度分离度(分辨率)分离条件的选择主要是提高分离条件的选择主

40、要是提高“难分离物质对难分离物质对”的分离度的分离度（1）峰宽分离度峰宽分离度R 国家标准分离度国家标准分离度 当两峰高相差不大,且峰型接近时 可以认为W1=W2 =WWttWWttRRRRR122112)(2(2)半峰宽分离度半峰宽分离度 R1/2 R与R1/2关系,对于高斯 R1/2=1.7R2/1122/12/112)(2WttWWttRRRRR分离基本关系式分离基本关系式n表示塔板数表示选择性,表示固定液对组分保留作用,不说明柱效=k2/k1R 是总分离效能指标,只有 1时,二组分才有可能 分离k 表示容量因子22114kkaanRs讨论：讨论：R=1 分离程度达98%R=1.5 完全

41、分离,达=99.7 也叫基线分离 R1 二峰明显重叠2122121LLRRnn 由上式可知：(1)增加塔板数可以提高分离度(2)k值的最佳范围是：1k10(3) 柱选择性增大，能显著地提高分离度两根同种色谱柱的相互关系式：例如:柱长柱长L=30cm 分离度分离度R=1.06 柱效柱效n=3490 分析时间分析时间tR2=17.63min;要使分离度达到R=1.5或以上 ,就需要改变L, n如果换一根30cm长,但n=7000的柱 则tR2=17.63min 内可达 R=1.5的分离度若采取加长色谱柱的方法,则需要60cm, 分析时间tR2=35min分离度R与保留时间tR的关系说明:缩短分析时

42、间的最有效的措施是提高柱效提高柱效 缩短柱长缩短柱长, 增加载气流速增加载气流速也可以提高分析速度 但前提是保证足够的前提是保证足够的R值值3,22, 12, 12)1()1(16KKunRLtR综上所述:GC的分离优化就是要在保证分离度和灵敏度的条件下实现快速分析实际:提高分离度,往往牺牲分析速度 提高灵敏度,有时要制备分离样品就降低分离效率 一般一般:先满足分离度要求先满足分离度要求, 再提高分析灵敏度再提高分析灵敏度, 最后考虑缩短时间最后考虑缩短时间 . 分析速度分析速度 分离度分离度灵敏度灵敏度1. 欲分离样品2. 柱内径3. 固定相4. 柱长5. 膜厚或填充剂 %量A.柱容量B.保

43、留能力C.惰性D.柱效E.流失柱选择的影响因素柱选择的影响因素已知物质A和B在一根30.00 cm长的柱上的保留时间分别为16.40 min和17.63 min。不被保留组分通过该柱的时间为1.30 min。峰底宽度分别为1.11 min和1.19 min，计算：（1 1）柱的分离度；）柱的分离度；（2 2）柱的理论塔板数；）柱的理论塔板数；（3 3）达到）达到1.51.5分离度所需的柱长度。分离度所需的柱长度。第四节 色谱仪检测器 色谱柱是色谱仪的心脏，而检测器就是眼睛，无论分离效果多么好，若没有好的检测器就看不到结果。 TCDFIDECDFPD类型浓度型通用型质量型准通用型浓度型选择型质量

44、型（P）浓度2（S）选择型最低检测限度丙烷400pg/s丙烷5pg/s六氯苯104硫105磷106适用范围永久气体有机物有机化合物电负性化合物含硫磷氮化合物检测器性能常用检测器主要性能检测器的性能指标检测器的性能指标浓度型浓度型DetDet : TCD; ECD响应值R与载气中组分浓度C成正比 RC质量型质量型DetDet: FID ; FPD 响应值R与单位时间内进入Det中的某组分质量成正比Rdm/dt1.1.结构结构 R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4是阻值相等的热敏是阻值相等的热敏电阻组成电阻组成惠斯登电桥惠斯登电桥一 热导检测器(TCD)2.2.原理原理: : 当参比池

45、与测量池都只有一定流量的载气通当参比池与测量池都只有一定流量的载气通过时过时, ,电桥平衡电桥平衡 (R(R1 1R R4 4=R=R2 2R R3 3),),无信号输出无信号输出(0mv,(0mv,走走基线基线) ) 当样品组分当样品组分+ +载气通过测量池时载气通过测量池时, ,由于组分与由于组分与载气的导热系数不同载气的导热系数不同 , ,使热敏元件的电阻值和温使热敏元件的电阻值和温度发生变化度发生变化, ,电桥失去平衡电桥失去平衡 (R(R1 1R R4 4=R=R2 2R R3 3),AB),AB两端两端产生电位差产生电位差, ,有信号输出有信号输出, ,且信号与组分浓度成正且信号与

46、组分浓度成正比比. . 不同物质具有不同的导热系数不同物质具有不同的导热系数100 100 C C时时 H H2 2 Air CCl Air CCl4 4 N N2 2 He He单位单位 22.40 3.14 0.92 3.14 17.4122.40 3.14 0.92 3.14 17.411010-4-4J/cm sJ/cm sC C3.TCD3.TCD使用注意事项使用注意事项(1)(1)为确保热丝不被烧断为确保热丝不被烧断, ,在在TCDTCD通电前通电前, ,先开载气先开载气 关机时一定要先关电源关机时一定要先关电源, ,后关载气后关载气( (否则检测器否则检测器会报废会报废) )(2

47、)(2)载气中含氧气时载气中含氧气时, ,使热丝寿命缩短使热丝寿命缩短 载气必须除氧载气必须除氧, ,而且不要使用聚四氟乙烯作而且不要使用聚四氟乙烯作载气输送管载气输送管 它会渗透氧气它会渗透氧气5.TCD5.TCD性能与应用性能与应用(1)(1)属浓度型属浓度型Det,Det,进样量一定时进样量一定时 峰面积峰面积A 1/FdA 1/Fd 用用A A定量时要保持流速恒定定量时要保持流速恒定(2)(2)属通用型属通用型Det,Det,可测多种类型组分可测多种类型组分 特别是可测特别是可测FIDFID所不能直接测定的许多无机气体所不能直接测定的许多无机气体(3)(3)是非破坏型是非破坏型DetD

48、et 利用样品收集或与其他仪器联用利用样品收集或与其他仪器联用1.1.结构结构主要是离子室离子室包括: 气体入口 喷嘴 收集极(+) 极化极(-)二二 氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器(FID)2.2.原理原理 H H2 2+O+O2 2燃烧产生燃烧产生2100 2100 高温，高温， 使被使被测有机组分电离测有机组分电离 收集极收集极(+)(+)与极化极与极化极(-)(-)间加有恒电压，形间加有恒电压，形成一个静电场，所电离的离子，在电场作用下成一个静电场，所电离的离子，在电场作用下形成离子电流，通过高阻取出讯号，经放大记形成离子电流，通过高阻取出讯号，经放大记录下来。录下来。3.3.工

49、作条件工作条件 a. a. 仪器接地好仪器接地好, ,屏蔽良好屏蔽良好 b. TDet120b. TDet120C,C,使离子室不积水使离子室不积水,TDet,TDet要高于要高于Tc Tc 20502050C C c. c. 一般用一般用N2N2作载气作载气, ,载气要净化载气要净化, ,除有机物除有机物 d. d. 气体流量气体流量 H2:N2:Air=1:1:10 H2:N2:Air=1:1:10 4.4.特点特点 a.a.属质量型属质量型, A, A与与F Fd d无关无关 属破坏型属破坏型 不能制备联用不能制备联用 b.b.适用水和大气中痕量有机物，适用水和大气中痕量有机物， 对烃类

50、灵敏度高，对烃类灵敏度高， 比比TCDTCD高高10102 210104 4倍倍 FIDFID不能检测在不能检测在H H2 2焰中不电离的焰中不电离的 COCO2 2 CO CO H H2 2O HO H2 2S CSS CS2 2 N N2 2 NH NH3 3等无机物等无机物 ( (即水与永久气体等即水与永久气体等) )1.结构结构三三 电子捕获检测器（电子捕获检测器（ECD）2.2.原理原理: NiNi6363放射源放射出放射源放射出射线与载气射线与载气N N2 2碰撞产生电子碰撞产生电子, ,这些电子在电场作用下向收集极移动这些电子在电场作用下向收集极移动, ,形成恒定的基形成恒定的基

51、流流, ,当载气中有电负性组分捕获这些低能量的电子当载气中有电负性组分捕获这些低能量的电子, ,使基流降低使基流降低, ,产生倒色谱峰讯号产生倒色谱峰讯号高纯高纯N N2 2载气载气 N N2 2 N N2 2+ +e+e样品组分样品组分 AB+e ABAB+e AB- -+E+E AB AB- -+N+N2 2+ + AB+NAB+N2 2射线3.3.工作条件工作条件: :(1)(1)载气纯度载气纯度, ,用高纯用高纯N N2 2(99.999%) (99.999%) 含含O O2 210 PPm2020 用用S S滤光片时滤光片时, S, S的响应值的响应值/P/P的响应值的响应值 101

52、0NPD 检测器的结构基本上与FID 检测器相同， 差别在于将FID检测器的点火极改变为铷珠，铷珠引出铂金丝为铷珠加热丝， 由直流电源加热。另外铷珠上加有-250V 极化电压与圆筒形收集极形成直流电场。当含氮或磷的有机化合物从色谱柱流出， 在铷珠的周围产生热离子化反应， 铷珠的电离度大大提高， 产生的离子在直流电场作用下定向移动，在极化电压作用下产生离子信号输出五、热离子检测器（五、热离子检测器（NPD）也叫氮磷检测器）也叫氮磷检测器六 其他检测器光离子化检测器（PID），利用紫外光能激发解离点位较低的化合物，使之电离并产生信号。色谱柱类型载气条件色谱炉条件进样参数检测器参数样品信息应用举例说

53、明：应用举例说明：第六章第六章 高效液相色谱高效液相色谱Liquid ChromatographyLiquid Chromatography2004年3月14日慢慢中等中等快快Temporal course淋洗液淋洗液由于液体与气体性质的以下差异：溶质在液体中的扩散系数比它在气体中小105倍左右液体粘度比气体约大102倍液体表明张力比气体大104倍左右液体密度比气体约大103倍液体不可压缩液相色谱以液体为流动相，固定相可以是固体或液体（担载在固体表面)与气相色谱比，带来一系列变化：例如，填充柱气相色谱柱，一般填料的尺寸为80-100目，粒度大约是2毫米，而一般高效液相色谱的固定相粒度在210微

54、米，因此流动相通过这样一段固定床时就产生了很高的反压。因此，我们通常所说的高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography)实际也是高压液相色谱(High Pressure Liquid Chromatography),因为没有很高的压力就不可能产生很高的分离效率。1. 按流动相和固定相的状态或作用机制不同分为：液固色谱（吸附色谱）键合色谱（正相和反相反相）离子交换色谱（氨基酸、肽、 蛋白质）离子色谱一、液相色谱的分类体积排阻色谱（GPC）亲和色谱疏水作用色谱（蛋白质）胶束色谱（有机金属、蛋白质、无机阴离子）电色谱2.按色谱固定相的形式：平板色谱（平面

55、色谱）柱色谱3.按分离的压力高压液相色谱（高效液相色谱）中压液相色谱常压液相色谱一般也把吸附色谱法称为液固色谱法。吸附色谱法的固定相一般为固体吸附剂，常用的是：碳酸钙、硅胶、氧化铝、氧化镁、活性炭等。其中硅胶硅胶最为常用。吸附色谱对中等分子量的油溶性样品可获得最佳的分离，而对强极性或离子型的样品，有时会发生不可逆吸附，不能得到满意的结果。二、吸附色谱基本原理：吸附剂一般为多孔性的物质，在它们的表明存在着分散的吸附中心，溶质分子和流动相分子在吸附剂表面的活性中心上进行竞争，同时不同溶质之间和同一溶质的不同官能团之间也存在竞争。竞争的综合结果就是形成不同溶质在吸附剂表面吸附、解吸平衡。吸附mssm

56、nMXnMX解吸X表示溶质分子，下标m为流动相，s为固定相M表示流动相分子，下标m为流动相，s为固定相n为被溶质分子取代的流动相分子数目用一个式子表示如下：极性吸附剂上有机化合物的保留顺序如下：氟碳化合物饱和烃 烯烃芳烃有机卤化物醚硝基化合物腈叔胺酯醛酮醇伯胺酰胺羧酸磺酸键合相固定相：在硅胶的表面用键合反应把官能基团键合到表面上，解决固定相流失的问题。正相色谱：流动相极性比固定相极性小正相色谱：流动相极性比固定相极性小反相色谱：流动相极性比固定相极性大反相色谱：流动相极性比固定相极性大三、键合色谱(键合相)1.反相液相色谱指以强疏水性的填料作固定相、以可以和水混溶的有机溶剂做流动相的液相色谱硅

57、胶上键合C18和C8烷基的非极性固定相以强极性的水、甲醇、乙腈作流动相Si OH SiC18H37ClMeMe+SiC18H37OMeMeSi 1.反相液相色谱（1）分离机理：溶质在填料表面的烃类和流动相之间进行分配溶质在吸附于填料表面烃类上的改性固定相和流动相之间进行分配溶质在吸附于填料表面烃类分子上（吸附）现在又有疏溶剂理论等机理的提出（2）反相色谱柱以硅胶为基质以其他氧化物为基质以聚合物为基质手性固定相填料（肽蛋白质、碳水化合物、环糊精、分子印迹聚合物）硅胶作为固定相的优势：硅胶有良好的机械强度孔结构和比表面容易控制比较好的化学稳定性和热稳定性表面化学反应专一表面有丰富的羟基可以进行化学

58、键合，这是突出优势（3）流动相极性溶剂需要纯化选择一定pH值的缓冲溶液-极性和离子型化合物，避免出现不对称和分叉的峰（除乙酸盐缓冲液和卤化物）选择流动相的原则：保持色谱柱的稳定性化学惰性适合所用的检测器对样品有一定的溶解能力清洗、更换方便、毒性小沸点、粘度等物理性质合适反相色谱最常用的流动相：水、甲醇、乙腈、四氢呋喃、异丙醇等。水甲醇体系：大约50水的时候粘度最大水乙腈体系：35水的时候粘度最大。梯度洗脱两种（或以上）不同极性的溶剂，在分离过程中按一定程序连续的改变，以改变流动相的配比和极性。优势:避免早流出峰分离度不好避免晚流出峰峰变快、峰高降低避免混合物容量因子k范围宽时分析时间长避免保留

59、时间长的组分污染色谱柱0 min0.3 mL/min乙腈：0.2%甲酸水溶液（10:90 ，V/V）1.5 min0.3 mL/min乙腈：0.2%甲酸水溶液（70:30 ，V/V）2.5 min0.3 mL/min乙腈：0.2%甲酸水溶液（90:10 ，V/V）2.6 min0.3 mL/min乙腈：0.2%甲酸水溶液（10:90 ，V/V）4.5 min0.3 mL/min乙腈：0.2%甲酸水溶液（10:90 ，V/V）梯度洗脱方式：线性梯度曲线梯度分段梯度2. 正相液相色谱指以亲水性的填料作固定相、以疏水性的有机溶剂做流动相的液相色谱硅胶上键合羟基、氨基或氰基的极性固定相以疏水性的己烷、

60、异丙醇等作流动相SiOCSiNCSiOSiCSiC2. 正相液相色谱分离机理：决定于溶质与固定相及流动相之间的分子间作用力其中氢键力和静电力起着重要的作用。如果溶质为极性分子-与固定相有很强的作用力-保留时间长-需用强极性的流动相洗脱流动相弱极性溶剂需要纯化加入极性溶剂，如二氯甲烷、短链醇、四氢呋喃等正相色谱与反相色谱的比较项目正相色谱反相色谱键合极性极性非极性典型色谱柱 羟基、氨基、氰基C18/C8流动相极性 弱极性极性常用流动相 己烷、氯仿、异丙醇 甲醇、乙腈、水洗脱次序极性最弱的先被洗脱 极性最强的先被洗脱甾醇、类脂、磷脂、脂肪酸等不同极性化合物次选首选四、高效液相色谱仪器1. 储存和输送液体设备2.