水分析化学色谱分析法市公开课获奖课件

1、第9章 色谱分析法第1页第1页9.1 色谱法原理9.2 速率理论9.3 气相色谱法9.4 高效液相色谱法第2页第2页9.1 色谱法概述9.1.1 色谱法组成固定相：填入玻璃管或不锈钢管内静止不动一相（固体或液体）。流动相：自上而下运动一相（普通是气体或液体）。色谱柱：装有固定相管子（玻璃管或不锈钢管）。当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，因为各组分在性质和结构上差异，与固定相相互作用类型、强弱也有差异，因此在同一推进力作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同次序从固定相中流出。第3页第3页色谱法分类 1. 按照流动相和固定相物理状态分类按流动相物理状态：气相

2、色谱法（流动相为气体）和液相色谱法（流动相为液体）。按照固定相物理状态不同，气相色谱法又可分为气固色谱法（固定相为固体物质）和气液色谱法（将不挥发液体固定在适当固体载体上作为固定相）；液相色谱法又可分为液固色谱法（固定相为固体）和液液色谱法（将固定液固定在适当固相载体上作为固定相）。超临界流体为流动相色谱为超临界流体色谱（SFC）。经过化学反应将固定液键合到载体表面，这种化学键合固定相色谱又称化学键合相色谱（CBPC）.第4页第4页2.按照产生分离过程相系统形式分类柱色谱法、毛细管色谱法、平板色谱法。3.按照分离过程原理分类吸附色谱法、离子互换色谱法、凝胶色谱法或尺寸排阻色谱法、亲和色谱法。4

3、.按照展开程序分类洗脱法、顶替法和迎头法。色谱法分类 第5页第5页9.1.2 线性洗脱色谱及名词术语 分派系数K ：线性色谱：K为常数时所进行色谱过程。溶质流过色谱柱时，分派系数大组份经过色谱柱所需要时间长，分派系数小组份需要时间短。当样品中各组份在两相分派系数不同时，就能实现差速迁移，达到分离目标。 第6页第6页色谱流出曲线第7页第7页1. 基线：是柱中仅有流动相通过，检测器响应讯号统计值。2. 峰高：色谱峰顶点与基线之间垂直距离，以h表示。3. 保留值：1) 死时间tm：不被固定相吸附或溶解物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需时间。2) 保留时间tr：试样从进样开始到柱后出现峰极大点

4、时所经历时间。3) 调整保留时间tr：扣除死时间后保留时间。 tr = tr - tm 色谱流出曲线第8页第8页4. 死体积Vm：色谱柱在填充后，主管内固定相颗粒间所剩留空间、色谱仪中管路和连接头间空间以及检测器空间总和。 Vm = tm F0 5. 保留体积Vr：从进样开始到被测组份在柱后出现浓度极大点时所通过流动相体积。 Vr = tr F0 6.调整保留体积Vr：扣除死体积后保留体积。 Vr= Vr - Vm 7. 相对保留体积2/1：某组份2调整保留值与组份1调整保留值之比，称为相对保留值。色谱流出曲线第9页第9页8. 分派比k：也称容量因子，组份在固定相和流动相中分派量之比。它是衡量

5、色谱柱对被分离组份保留能力主要参数。 k与tr关系：k与分派系数K之间关系： 色谱流出曲线第10页第10页9. 区域宽度 色谱峰区域宽度是组份在色谱柱中谱带扩张函数，它反应了色谱操作条件动力学原因。度量色谱峰区域宽度通常有三种办法：1) 原则偏差：0.607倍峰高处色谱宽二分之一。2) 半峰宽：峰高二分之一处相应峰宽。3) 基线宽度Y：色谱峰两侧拐点上切线在基线上截距。 Y=4色谱流出曲线第11页第11页色谱流出曲线上，能够得到许多主要信息：依据色谱峰个数，能够判断样品中所含组份至少个数；依据色谱峰保留值（或位置），能够进行定性分析；依据色谱峰下面积或峰高，能够进行定量分析；色谱峰保留值及其区

6、域宽度，是评价色谱柱分离效能依据；色谱峰间距离，是评价固定相（和流动相）选择是否适合依据 。色谱流出曲线第12页第12页9.2 色谱法基本理论两组分全分离要求：(1)两组份分派系数必须有差别；(2)区域扩宽速率应小于区域分离速度；(3)在确保快速分离前提下，提供足够长色谱柱。 第13页第13页9.2.1 色谱法基本理论1）塔板理论色谱柱是由一系列连续、相等水平塔板构成，每一块塔板高度用H表示，称为塔板高度。塔板理论假设：在每一块塔板上，溶质在两相间不久达到分派平衡，然后伴随流动相按一个一个塔板方式向前转移，对一根长为L色谱柱，溶质平衡次数应为：n称为理论塔板数 第14页第14页塔板理论指出：(

7、1)当理论塔板数n不小于50时，可得到基本对称峰形曲线，气相色谱柱n约为103106。(2)当样品进入色谱柱后，只要各组份在两相间分派系数有微小差别，通过重复多次分派平衡后，仍可取得良好分离。(3) n与半峰宽度及峰底宽度关系式为：有效塔板数：有效板高：9.2.1 色谱法基本理论第15页第15页2）速率理论速率理论指出，谱峰扩宽受三个动力学原因控制，即涡流扩散项，分子扩散项，传质阻力项，用板高方程表示为：(1)涡流扩散项A： A=2dp 9.2.1 色谱法基本理论第16页第16页(2)分子扩散项： B=2Dg (3)传质阻力项： C=Cg+Cl色谱板高方程式（范第姆特方程式）： 9.2.1 色

8、谱法基本理论第17页第17页3）液相色谱中速率理论和项分别表示涡流扩散项和分子扩散项。 项是在流动区域内，流动相传质阻力。项为固定相传质阻力。项是在流动相停滞区域内传质阻力。 9.2.1 色谱法基本理论第18页第18页9.2.2 分离度1.柱效和选择性柱效：理论塔板数n（或n有效）衡量选择性：色谱图上两峰间距离衡量2.分离度分离度是指相邻两色谱峰保留值之差与两组分色谱峰峰宽度平均值之比。 分离度受柱效（n），选择性（）和容量因子（k）三个参数控制：第19页第19页 s .5 两个组分能完全分开。 s .0 两组分能分开，满足分析要求。 s .0 两峰有部分重叠。9.2.2 分离度第20页第20

9、页9.2.3 定性和定量分析1.定性分析 在相同色谱条件下，通过比较已知物和未知物保留参数或在固定相上位置，拟定未知物是何种物质。也可用经验规律和文献值进行定性分析2.定量分析色谱定量分析依据 ： mi = fiA Ai mi = fih hi 绝对校正因子： 第21页第21页相对校正因子： 相对相应值： 9.2.3 定性和定量分析第22页第22页3）定量方法(1) 外标法该方法是将欲测组份纯物质配制成不同浓度标准溶液，使浓度与待测组份相近，然后取固定量上述溶液进行色谱分析，得到标准样品对应色谱图，以峰高或峰面积对浓度作图。在完全相同色谱条件下，取一样量试样分析，测得该试样响应讯号后，由标准曲

10、线即可查出其百分含量。(2)内标法准确称取样品，加入一定量某种纯物质作为内标物，然后进行色谱分析。依据被测物和内标物色谱图上对应得峰面积（或峰高）和相对校正因子，求出某组份含量9.2.3 定性和定量分析第23页第23页(3)归一化法是把试样中所有组份含量之和按100%计算，它们相应色谱峰面积或峰高为定量参数，通过下列公式计算各组份含量： 或 9.2.3 定性和定量分析第24页第24页9.3 气相色谱法 9.3.1气相色谱仪1.气相色谱仪工作过程 第25页第25页2.气相色谱仪气相色谱仪构成：气路系统、进样系统、分离系统、温控系统以及信号检测统计系统。1)气路系统作用：让载气连续运营通过度离系统

11、要求：管路密闭，载气流速稳定，流量计量准确。(1)载气： 氢气、氮气、氦气和氩气。 (2)净化器：净化器是用来提供载气纯度装置。净化剂主要有活性炭、硅胶和分子筛、105催化剂，分别用来除去烃类杂质、水份、氧气。(3)稳压恒流装置第26页第26页2)进样系统构成：进样装置和气化室作用：将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中。进样装置类型：顶空进样系统、 手动进样系统、阀进样系统、液体自动进样器、吹扫捕集系统、热裂解器进样系统。3)分离系统完毕份离过程所需要色谱柱是色谱仪关键部件之一。 (1)气固填充色谱柱(2)气液填充色谱柱(3)毛细管柱色谱柱 2.气相色谱仪第2

12、7页第27页4)温控系统温控系统是用来设定、控制、测量色谱柱炉、气化室、检测室三处温度。5)检测器色谱检测系统由检测器、微电流放大器、统计器等部件构成。 检测器：将载气里被分离组份量转变为易于测量信号（普通为电信号）2.气相色谱仪第28页第28页检测器种类：(1)热导池检测器(TCD)测量原理：利用惠斯登电桥，据各种物质和载气导热系数不同，采取热敏元件进行检测特点：结构简朴，灵敏度适宜，稳定性很好，线性范围较宽，适合用于无机气体和有机物，它既可做常量分析，也可做微量分析。2.气相色谱仪第29页第29页(2) 氢火焰离子化检测器(FID) 构成：离子室，离子头及气体供应三部分。 原理：首先在空气

13、存在时，用点火线圈通电，点燃氢焰。当被测组份由载气带出色谱柱后，与氢气在进入喷咀前混合，然后进入离子室火焰区，生成负离子。在电场作用下，它们分别向两极定向移动，从而形成离子流。此离子流即基流，经放大后送至统计仪统计。特点：结构简朴、基流小，最小检测量为ng/mL级、灵敏度高、死体积小、响应快、线性范围宽、稳定性好，对操作条件要求不甚严格。仅对含碳有机化合物有响应，对一些物质，如永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、硫化氢等不产生信号或者信号很弱。 2.气相色谱仪第30页第30页(3)电子捕获检测器(ECD)原理：放射性源作用下，载气电离发射电子形成基流，当电负性大元素进入后，能够捕获基

14、流中电子，使基流下降产生倒峰。被测组分浓度越大，倒峰越大；电负性越强，捕获电子能力越大，倒峰越大。特点：只对电负性(亲电子)物质有信号，对非电负性物质则没有响应或响应很小。测含有卤素、O、N、S、P等电负性大原子或基团有机化合物2.气相色谱仪第31页第31页(4)火焰光度检测器(FPD)原理：在富氢焰（H2:O23:1）中燃烧时，含硫、磷化合物硫分别发出394nm和526nm特性光，经滤光片分开，然后经光电倍增管把光强度变为电信号而进行测量。特点：对含硫、含磷化合物检测灵敏度很高。用于含硫、磷元素化合物分析，又称硫磷检测器2.气相色谱仪第32页第32页9.3.2 气相色谱固定相及其选择 分类：

15、液体固定相（由固定液和载体构成 ）和固体固定相。1.液体固定相固定液要求：热稳定性好，化学稳定性，固定液粘度和凝固点要低，各组份必须在固定液中有一定溶解度。固定液选择：按照“相同相溶”规律来选择。对于复杂组份，可选取两种或两种以上混合固定液，配合使用，增长分离效果。对组份性质不明未知样品，普通首先在最惯用五种固定液上进行试验观测未知物色谱图分离情况，然后在十二种惯用固定中，选择适当极性固定液。 载体特点：含有多孔性，化学惰性，表面没有活性但有较好浸润性，热定性好，有一定得机械强度。载分体类：硅藻土类和非硅藻土类。2.固体固定相第33页第33页9.3.3气相色谱分离条件选择1)载气及其线速选择依

16、据式 绘制 关系曲线，拟定 由 和所用检测器选择适宜载气。2)柱温选择柱温直接影响分离效率和分析速度，普通说来，操作温度至少必须高于固定液熔点，以使其有效地发挥作用。第34页第34页9.4 高效液相色谱法液相色谱法：流动相是液体色谱法。分类：平板色谱和柱色谱液相色谱法不受样品挥发度和热稳定性限制，非常适合于分离生物大分子、离子型化合物、不稳定天然产物以及其它各种高分子化合物等。 第35页第35页9.4.1高效液相色谱仪构成：高压输液系统、进样系统、分离系统和检测系统。另外还配备一些附属装置，如梯度洗脱、自动进样及数据处理装置等。1.高压输液系统高压输液系统由储液罐、高压输液泵、过滤器、压力脉动阻力器等组份，关键部件是高压输液泵。2.进样系统进样方式： 直接注射进样、停流进样和高压六