色谱法基本理论　ppt课件

1、色谱法根本实际色谱法根本实际n4-1色谱流出曲线及相关术语色谱流出曲线及相关术语n4-2 色谱根本实际色谱根本实际n4-3分别度及色谱分别方程分别度及色谱分别方程n4-4 色谱法的定性与定量方法色谱法的定性与定量方法4-1 色谱流出曲线及相关术语色谱流出曲线及相关术语0t1t2t3t4t色谱流出曲线色谱图色谱流出曲线色谱图1t2t以气相色谱为例以气相色谱为例色谱流出曲线色谱流出曲线进样进样St基线噪音基线噪音h/峰高定量峰高定量A/峰面积定量峰面积定量保管值保管值St0trt进样进样空气峰空气峰组分峰组分峰uL/rt12121212rrrrrrrr1 ,2VVttVVttr 1 选择性因子选择

2、性因子重要重要定性定性目的目的柱温柱温/相相rr0VVVcoFtV0w0rc0copppTTFF区域宽度区域宽度StW2/1W 22/hh607. 0用于衡量柱效及反映色谱用于衡量柱效及反映色谱操作条件下的动力学要素操作条件下的动力学要素 354. 2W4W2/1实践色谱峰是不对称的，通常是拖尾峰，也存在前伸峰实践色谱峰是不对称的，通常是拖尾峰，也存在前伸峰从色谱流出曲线上可以得到什么信息？从色谱流出曲线上可以得到什么信息？根据色谱峰个数可以判别样品中所含组分的最小个数根据色谱峰个数可以判别样品中所含组分的最小个数根据色谱峰的保管值可以进展定性分析根据色谱峰的保管值可以进展定性分析根据色谱峰高

3、或者峰面积可以进展定量分析根据色谱峰高或者峰面积可以进展定量分析根据色谱峰保管值和区域宽度可评价色谱柱分别效率根据色谱峰保管值和区域宽度可评价色谱柱分别效率可以经过两个色谱峰的间隔评价固定相流动相的可以经过两个色谱峰的间隔评价固定相流动相的选择能否适宜选择能否适宜4-2 色谱根本实际色谱根本实际n完全分别的条件：完全分别的条件：n两组份峰间距足够远两组份峰间距足够远n由各组份在两相间的分配系数决议，即色由各组份在两相间的分配系数决议，即色谱过程的热力学性质决议。谱过程的热力学性质决议。n每个组份峰宽足够小每个组份峰宽足够小n由组份在色谱柱中的传质和分散决议，即由组份在色谱柱中的传质和分散决议，

4、即色谱过程动力学性质决议。色谱过程动力学性质决议。n因此研讨、解释色谱分别行为应从热力学和动因此研讨、解释色谱分别行为应从热力学和动力学两方面进展。力学两方面进展。色谱过程热力学色谱过程热力学n色谱分别的热力学本质色谱分别的热力学本质n样品中各组份在两相中进展了不同程度的作用。样品中各组份在两相中进展了不同程度的作用。n作用表现方式：作用表现方式：n范德华力、静电引力等范德华力、静电引力等n作用表达方式作用表达方式n分配系数、分配比分配系数、分配比描画样品与两相作用的参数描画样品与两相作用的参数1n分配系数分配系数 Distribution constant，K:n描画组份在固定相和流动相间的

5、分配过程描画组份在固定相和流动相间的分配过程或吸附或吸附-脱附过程的参数。脱附过程的参数。msccK 溶质在流动相中的浓度溶质在流动相中的浓度溶质在固定相中的浓度溶质在固定相中的浓度组分一定时，组分一定时， 只与两相和温度有关只与两相和温度有关!描画样品与两相作用的参数描画样品与两相作用的参数2n分配比分配比Retention factor or capacity factor/kmmssmsVcVcmmk 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量容量容量因子因子k11uummmuRuussmmsr0s0rsttuutLutLu0r00rtttttk反映

6、了组分在柱中的迁移速率，又称保管因子；液相色谱中常用反映了组分在柱中的迁移速率，又称保管因子；液相色谱中常用k表示表示K 与与 k 的关系的关系 KVVccVVmVVmmmkmSmsmmSSSSmS相比相比:VVsm 填充柱：填充柱： =635毛细管柱：毛细管柱： =60600ABABr00rrrKKkk)A(ttt)B(t)A(t)B(t 越大，越容易分别，越大，越容易分别， =1，分别不能实现，分别不能实现热力学提出了分别的根本条件热力学提出了分别的根本条件色谱过程动力学色谱过程动力学n在满足热力学分别根本条件的情况下，如何从动在满足热力学分别根本条件的情况下，如何从动力学角度优化分别条件

7、，从而实现分别？力学角度优化分别条件，从而实现分别？n塔板实际塔板实际n速率实际速率实际塔板实际塔板实际Plate theory1詹姆斯詹姆斯/马丁马丁1941小室小室1小室小室2小室小室3小室小室4小室小室1小室小室2小室小室3小室小室4四点假设四点假设k=1.0的样品经数次平衡后的结果的样品经数次平衡后的结果阶段阶段1阶段阶段2阶段阶段3阶段阶段4阶段阶段5小室小室1小室小室2小室小室3小室小室4小室小室5g32 g32 g16 g16 g16 g16 g8 g8 g16 g16 g8 g8 g4 g4 g12 g12 g12 g12 g4 g4 g2 g2 g8 g8 g12 g12 g

8、8 g8 g2 g2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 塔板序号塔板序号溶质溶质/g 2rrVV12nexpV2mnck=0.33and3.00的二组经多次分配后的结果的二组经多次分配后的结果17次根本分别次根本分别 5次次 9次次 17次次33. 0K 00. 3K 塔板数塔板数n 板高板高HL2R22/1RWt16Wt54. 5n 实际塔板数实际塔板数实际板高实际板高n/LH 2r22/1reffWt16Wt54. 5neffeffn/LH有效塔板数有效塔板数有效板高有效板高有关塔板数的阐明有关塔板数的阐明阐明柱效时，必需注明该柱效是针

9、对何种物质、阐明柱效时，必需注明该柱效是针对何种物质、固定液种类及其含量、流动相种类及流速、操固定液种类及其含量、流动相种类及流速、操作条件等；作条件等；应定期对柱效进展评价，以防柱效下降、延伸应定期对柱效进展评价，以防柱效下降、延伸柱寿命柱寿命塔板实际塔板实际Plate theory2n奉献奉献n用热力学的观念阐明了溶质在色谱柱中的分配用热力学的观念阐明了溶质在色谱柱中的分配平衡和分别过程平衡和分别过程n解释了流出曲线的外形及浓度极大值的位置解释了流出曲线的外形及浓度极大值的位置n提出了计算和评价柱效的参数提出了计算和评价柱效的参数n缺乏缺乏n不能解释呵斥谱带扩张的缘由和影响板高的各不能解释

10、呵斥谱带扩张的缘由和影响板高的各种要素种要素n不能阐明同一溶质为什么在不同的流速下，可不能阐明同一溶质为什么在不同的流速下，可以测得不同的实际塔板数以测得不同的实际塔板数速率实际速率实际 吸收了塔板实际中的板高吸收了塔板实际中的板高H概念，思索了组分在两相间的概念，思索了组分在两相间的分散和传质过程从动力学角度很好地解释了影响板高柱分散和传质过程从动力学角度很好地解释了影响板高柱效的各种要素！以效的各种要素！以GC为例讲述为例讲述Van Deemter/ 1956UCUBAH H：单位柱长色谱峰形展宽的程度：单位柱长色谱峰形展宽的程度A：涡流分散项：涡流分散项B：分子分散项系数：分子分散项系数

11、C：传质阻力项系数：传质阻力项系数流流动动相相平平均均线线速速:U涡流分散项涡流分散项A多途途径项多途途径项：填充物平均粒径：填充物平均粒径填充不规则因子填充不规则因子ppd:d2A 试样试样载气流动方向载气流动方向分分离离柱柱减小减小A的途径：的途径：运用粒度小并且均匀的柱料并均匀填充运用粒度小并且均匀的柱料并均匀填充毛细管柱？毛细管柱？分子分散项分子分散项B/U纵向分散项纵向分散项数数：组分在流动相扩散系：组分在流动相扩散系：弯曲因子：弯曲因子ggDD2B 柱料均匀柱料均匀 柱温柱温 Dg ；柱压；柱压 Dg 流动相分子量流动相分子量 ，Dg u , B/u LC中中Dm 较小，较小，B项

12、可勿略项可勿略球状颗粒球状颗粒低温低温短柱短柱大分子量流动相大分子量流动相适当添加流速适当添加流速传质阻力项传质阻力项CUn 物质系统由于浓度不均匀而发生的物质迁移过程，物质系统由于浓度不均匀而发生的物质迁移过程，称为传质。影响这个过程进展速度的阻力称为传称为传质。影响这个过程进展速度的阻力称为传质阻力。因传质阻力的存在，使分配不能质阻力。因传质阻力的存在，使分配不能“瞬间瞬间达至平衡，因此产生峰形展宽。达至平衡，因此产生峰形展宽。smCCC流动相传质阻力系数流动相传质阻力系数固定相传质阻力系数固定相传质阻力系数气液色谱传质阻力项气液色谱传质阻力项小粒度填充物小粒度填充物+小分子量载气小分子量

13、载气降低固定液含量但是降低固定液含量但是k也减小；采用比外表积大也减小；采用比外表积大的载体吸附，导致峰脱尾；提高柱温增大的载体吸附，导致峰脱尾；提高柱温增大Dl，但是减小但是减小k流动相流动相气液界面气液界面固定液固定液组分分子组分分子ClCgl2f2g2p22lgDd)k1(k32Dd)k1(k01. 0CCC 气液色谱气液色谱液液色谱传质阻力项液液色谱传质阻力项 sms2fsm2psmmsmDdDd)(CCC Cm ：小粒度大孔固定相、添加组分在固定相和流动相：小粒度大孔固定相、添加组分在固定相和流动相中的分散系数中的分散系数DCs ：与气液色谱中的表述一样：与气液色谱中的表述一样流动相

14、线速对板高的影响流动相线速对板高的影响板高板高HcmUHU/BAUCSUCmoptUoptH-1su/cm BC2AHCBUoptopt固定相粒度大小对板高的影响固定相粒度大小对板高的影响H粒度越细，板高越小，受线速度影响亦小粒度越细，板高越小，受线速度影响亦小4-3 分别度及色谱分别方程分别度及色谱分别方程1w塔板实际和速率实际都难以描画难分别物质对的塔板实际和速率实际都难以描画难分别物质对的实践分别程度：即柱效为多大时，相邻两组份可实践分别程度：即柱效为多大时，相邻两组份可以被完全分别以被完全分别?色谱分别中的四种情况如下图：色谱分别中的四种情况如下图：n较高，较高，较大，完全分较大，完全

15、分别别n较高，较高，较小，根本分较小，根本分别别n较小，较小，较大，分别不较大，分别不好好n、均小，无法分别均小，无法分别分别度分别度1n难分别物质对的分别度大小受色谱过程中两种难分别物质对的分别度大小受色谱过程中两种要素的综合影响：要素的综合影响：n保管值之差保管值之差色谱过程的热力学要素色谱过程的热力学要素n区域宽度区域宽度色谱过程的动力学要素色谱过程的动力学要素n分别度表达式：分别度表达式：)wW(699. 1)tt (2WW)tt (2R)1(2/1)2(2/1)1(r)2(r12)1(r)2(r 分别度分别度2R=1.5R=0.75R=1.0保管时间保管时间 t/min互含互含4%互

16、含互含0.3%不能分别不能分别呼应信号呼应信号完全分别之规范完全分别之规范4-3 分别度及色谱分别方程分别度及色谱分别方程2R的定义并未反映影响分别度的各种要素，的定义并未反映影响分别度的各种要素，既未与影响其大小的要素：柱效既未与影响其大小的要素：柱效n、选择因、选择因子子 和保管因子和保管因子k联络起来联络起来.色谱分别方程色谱分别方程对于难分别物质，可以合理的以为对于难分别物质，可以合理的以为W1=W2=W、k2=k1=k16n)1(Wt)1(ttWt)1tt (WttWW)tt (2Reff)2(r)2(r)2(r)1(r)1(r)2(r)1(r)2(r12)1(r)2(r eff2n

17、kk1n k1k14nR 分别度与柱效的关系分别度与柱效的关系添加柱长，可提高分别度，但延伸了分析时间，添加柱长，可提高分别度，但延伸了分析时间，因此降低板高，提高柱效，才是提高分别度的因此降低板高，提高柱效，才是提高分别度的好方法。好方法。2121221LLnnRRk1k14nR 分别度与选择因子的关系分别度与选择因子的关系n 当当=1时，时，R=0，无法分别两组分；增大，无法分别两组分；增大，是，是改善分别度的有效手段改善分别度的有效手段n GC经过选择适宜的固定相和降低柱温来增大经过选择适宜的固定相和降低柱温来增大n LC经过改动固定经过改动固定/流动相的性质和组成，可有效流动相的性质和

18、组成，可有效增大增大n 对一个复杂混合物的分别条件的选择，主要是提对一个复杂混合物的分别条件的选择，主要是提高最难分别物质对的高最难分别物质对的值值k1k14nR 分别度与容量因子分别度与容量因子k的关系的关系 k1k14nR k0510Rt思索分别度和分析时间，容量因思索分别度和分析时间，容量因子普通控制在子普通控制在210为宜为宜对于对于GC，添加固定液的用量或，添加固定液的用量或提高柱温，选择适宜的提高柱温，选择适宜的k值。值。对于对于LC，改动流动相的组成，改动流动相的组成，有效的控制有效的控制k值值分别度与分析时间的关系分别度与分析时间的关系 可见，分析时间与可见，分析时间与R， ，

19、k、H/u等参数有关，等参数有关，R添加添加1倍，分析时间那么是原来的倍，分析时间那么是原来的4倍。实践任务倍。实践任务中，即要能获得有效的分别，又要在较短时间内中，即要能获得有效的分别，又要在较短时间内完成分析。完成分析。)3.().k1k)(1(4nR)2.(.HLn)1().k1(uL)k1(tt0r 2322rk)k1()1(uHR16t 例：在一定条件下，两个组分的调整保管时间分别例：在一定条件下，两个组分的调整保管时间分别为为85 s和和100 s，计算到达完全分别时所需的有效塔，计算到达完全分别时所需的有效塔板数；假设填充柱的有效塔板高度为板数；假设填充柱的有效塔板高度为0.1

20、cm，柱长，柱长是多少？是多少？解：解：1547185/10085/1005 . 1161R16n2222eff cm1551 . 01547HnLeffeff例：用一根柱长为例：用一根柱长为1 m的色谱柱分别的色谱柱分别A、B两种物质，其两种物质，其保管时间分别为保管时间分别为14.4和和15.4 min，对应的峰底宽分别为，对应的峰底宽分别为1.07 min和和1.16 min死时间为死时间为4.2 min，试计算：，试计算： 物质物质A的实际塔板数的实际塔板数 分别度分别度R 选择性因子选择性因子 完全分别所需的柱长完全分别所需的柱长 完全分别所需的时间完全分别所需的时间解：解：2898

21、07. 14 .1416n2A897. 016. 107. 14 .144 .152R10. 12 . 44 .142 . 44 .15 m80. 2L897. 05 . 1L897. 0225 . 1min1 .434 .150 . 18 . 2t8 . 24-4 色谱法定性及定量色谱法定性及定量n 定性定性n 用知纯物质对照定性用知纯物质对照定性n 相对保管值相对保管值r2,1n 根据阅历公式定性根据阅历公式定性n 保管指数保管指数Kovats定定性性n 与其它方法结合与其它方法结合n 定量定量n 归一化法归一化法n 外标法外标法n 内标法内标法用知纯物质对照定性用知纯物质对照定性醇溶液定

22、性色谱图醇溶液定性色谱图A：甲醇：甲醇B：乙醇：乙醇C：正丙醇：正丙醇D：正丁醇：正丁醇E：正戊醇：正戊醇也可以经过在样品中参也可以经过在样品中参与规范物，看试样中哪与规范物，看试样中哪个峰添加来确定个峰添加来确定根据阅历公式定性根据阅历公式定性碳数规律：在一定温度下，同系物的调整保管时间碳数规律：在一定温度下，同系物的调整保管时间tr的对数与分子中碳数的对数与分子中碳数n成正比：成正比： 知道两种或以上同系物的调整保管值便可求出常知道两种或以上同系物的调整保管值便可求出常数数A和和C。未知物的碳数那么可从色谱图查出。未知物的碳数那么可从色谱图查出tr后，后，以上式求出。以上式求出。沸点规律：

23、同族具一样碳数的异构物，其调整保管时沸点规律：同族具一样碳数的异构物，其调整保管时间间tr的对数与分子中沸点的对数与分子中沸点n成正比成正比 3nCnAtlgr CTAtlgbr 相对保管值相对保管值r2,1n相对保管值相对保管值r21仅与柱温暖固定液性质有关。仅与柱温暖固定液性质有关。在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保管数据，可以用来进展定性鉴定。在样品的保管数据，可以用来进展定性鉴定。在样品和规范中分别参与同一种基准物和规范中分别参与同一种基准物s，将样品的，将样品的ri,s和规范物的和规范物的ri,s相比较来确定样品中能否含相比较来确定样

24、品中能否含有有 i 组分，可消除两次进样引起的误差。组分，可消除两次进样引起的误差。保管指数保管指数Kovats定性定性 重现性最正确，固定液和柱温一定时，定性不需求规范物重现性最正确，固定液和柱温一定时，定性不需求规范物)Z(r)X(r)1Z(rttt)Ztlgtlgtlgtlg(100I)Z(r)1Z(r)Z(r)X(rX Ztr 1Ztr XtrSmin/ t0tGC专有专有与其它方法如与其它方法如MS结合结合绿麦隆绿麦隆? 莠去津莠去津?44685896132158172215200104质荷比质荷比6080100120140160180200220波长波长 (nm)峰质谱分析峰质谱分析 MS峰光谱分析峰光谱分析UV峰面积的丈量方法峰面积的丈量方法对称形峰面积的丈量对称形峰面积的丈量峰高乘半峰宽法峰高乘半峰宽法不对称峰面积的丈量不对称峰面积的丈量峰高乘平均峰宽法峰高乘平均峰宽法自动积分仪法自动积分仪法剪纸称重法剪纸称重法2/1Wh065. 1A 85. 015. 0WWh5 . 0A定量校正因子定量校正