现代分析原理第四章

现代分析原理第四章第一页，共五十七页，2022年，8月28日液相色谱

第二页，共五十七页，2022年，8月28日

岛津新产品GCMS-QP2010Ultra第三页，共五十七页，2022年，8月28日Chapterone第一章色谱法

Chromatography第四页，共五十七页，2022年，8月28日色谱法ChromatographyContentsinabout10hoursofstudyI

色谱法的基本原理

CommonConceptsandPrinciplesofChromatography

II气相色谱法

GasChromatography(GC)III高效液相色谱法

HighPerformanceLiquidChromatography(HPLC)

第五页，共五十七页，2022年，8月28日色谱法的基本原理

CommonConceptsandPrinciplesofChromatography1概述Introduction色谱法的发展简史

ABriefHistoryofChromatography

1903,Russianbotanist,M.S.Tswett

FatherofChromatography

CaCO3

petroleumetherSample:PlantpigmentsChromat(o)+graph(y)Chromatography第六页，共五十七页，2022年，8月28日ABriefHistoryofChromatographyBut,uptill1930sthemethodofTswettfinallyreceivedrecognition,andbecameanimportanttoolinbothorganicchemistryandbiochemistrylaboratories.Anmanualtechniquerequiringconsiderableskill,manipulationandtime.FromJanAkeJonssonEd.,ChromatographicTheoryandBasicprinciples,1987,MarcelDekker,Inc.,NewYorkJamesM.Miller,Chromatography:ConceptandContrasts,1988,Wiley,NewYorkLeslieS.Ettre,1941-1951:TheGoldenDecadeofChromatography,Analyst,1991,116,1231Adsorption第七页，共五十七页，2022年，8月28日ABriefHistoryofChromatography1941,Britishscientists,A.J.P.MartinandR.L.M.Synge(Biochem.J.,1941,35,1358)-----------300mm×10mmi.d.waterchloroformChloroform+0.5%alcoholSilicagelwettedwithwaterSi-OH···OHHAminoAcids第八页，共五十七页，2022年，8月28日ABriefHistoryofChromatography☆

PartitionChromatography（分配色谱）

Liquid-LiquidPartitionChromatography

☆

PlateTheory（塔板理论）

thetheoreticalplateconcept

☆

Agasmightbeusedinsteadofaliquid

inchromatography

第九页，共五十七页，2022年，8月28日ABriefHistoryofChromatography1944,A.J.P.Martin,R.CinsdenandA.H.Gordondevelopedpaperchromatography1950,A.J.P.MartinandG.A.Howarddevelopedreversed-phasechromatography1952,A.J.P.MartinandA.T.JamesGas-liquidchromatography1952,A.J.P.MartinandR.L.M.SyngewereawardedtheNobelPrizeinChemistry第十页，共五十七页，2022年，8月28日第十一页，共五十七页，2022年，8月28日ABriefHistoryofChromatography1956,Ratetheory,theDutchscientist,VanDeemter1963,HPLCwasborn,GiddingsHighPerformanceLiquidChromatographyHighPressureLiquidChromatography1984,GiddingscomprehensiveHPLC---------------Today,UPLC第十二页，共五十七页，2022年，8月28日DevelopingofChromatographicTechnique1948,8daysseparationfor16aminoacids第十三页，共五十七页，2022年，8月28日DevelopingofChromatographicTechnique1958,22hoursseparationfor19ofaminoacids第十四页，共五十七页，2022年，8月28日DevelopingofChromatographicTechnique1982,lessthan30minutesseparationfor18ofaminoacids第十五页，共五十七页，2022年，8月28日SchematicDiagramofChromatography气相色谱流程图DetectorCarriergasFloworpressurecontrollerInjectionportorvalveColumnDatastation(Recorder)W第十六页，共五十七页，2022年，8月28日SchematicDiagramofChromatography液相色谱流程图PUMPDetectorWDatastation(Recorder)

orCollectionColumnMobilephase第十七页，共五十七页，2022年，8月28日a)Allchromatographicseparationsarebasedonacommonconcept:

Thedistributionofcomponentsinamixturebetweentwoimmisciblephases,oneastationaryphaseandanotheramoving(mobile)phase.However,foreachchromatographicmodethenatureofthephysicochemicalprocessescanbedifferent.混合物中各组分在互不相溶的固定相和流动相之间的分配；而每一种形式的色谱分离的物理化学过程可以是不同的。色谱法的基本原理

CommonConceptsandPrinciplesofChromatography第十八页，共五十七页，2022年，8月28日b)

色谱分析法的分类

ClassificationofChromatographicTechniques色谱法的基本原理

CommonConceptsandPrinciplesofChromatography按流动相的物理状态分类，色谱可分为：气相色谱GasChromatography液相色谱LiquidChromatography超临界流体色谱SupercriticalFluidChromatography第十九页，共五十七页，2022年，8月28日气相色谱GasChromatography(GC)GC固定相StationaryPhase配置Configuration名称NameLiquidSolidMolSieveAdsorbentColumnColumnGasSolidCGasLiquidC第二十页，共五十七页，2022年，8月28日液相色谱LiquidChromatography(LC)LC固定相StationaryPhase配置Configuration名称NameLiquidColumnLiquidLiquidCPlaneSolidAdsorbentPaperCThinLayerCColumnLiquidSolidCBondedColumnBondedPhaseCMolSieveColumnSizeExclusionCIonExchangeResinColumnIon-ExchangeC第二十一页，共五十七页，2022年，8月28日超临界流体色谱SupercriticalFluidChromatography(SFC)SFC固定相StationaryPhase配置Configuration名称NameLiquidSolidColumnSupercriticalFluidC第二十二页，共五十七页，2022年，8月28日第二十三页，共五十七页，2022年，8月28日C)

色谱分析法的特点

CharacteristicsofChromatographicAnalysis色谱法的基本原理

CommonConceptsandPrinciplesofChromatography集富集、分离和检测于一体的高自动化、高选择性和高灵敏度的分析方法SeparationConcentrationDetectionHighSelectivityHighSensitivityHighAutomatization第二十四页，共五十七页，2022年，8月28日色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingterms线性洗脱色谱分配系数(PartitionCoefficient)K·

·

·][A][A][A][ACCK2m1m2s1sms][Anm+++][Ans+++==·

·

·CsCmABCD通过不同组分K值的差别和大小来判断分离的可能性和流出顺序待分离组分的浓度很低时，Cs与Cm成线性关系，K

为常数第二十五页，共五十七页，2022年，8月28日色谱法的基本原理

CommonConceptsandPrinciplesofChromatography2色谱法的流出曲线及有关术语

ChromatogramandItscorrespondingterms第二十六页，共五十七页，2022年，8月28日色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingterms1）基线

当色谱柱中仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录值稳定的基线应该是一条水平直线2）峰高色谱峰顶点与基线之间的垂直距离h3)保留值

a死时间tM

不在固定相中分配的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间为死时间流动相平均线速度MtLu=第二十七页，共五十七页，2022年，8月28日色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingtermsb保留时间tR

试样（某一组分）从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间为试样中某一组分的保留时间c调整保留时间MRRttt-='对应于组分在固定相中停留的总时间d死体积、保留体积、调整保留体积;0FtVMM·=;0FtVRR·=MRRVVV-='第二十八页，共五十七页，2022年，8月28日色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingtermse

相对保留值---定性分析''''1,21212RRRRVVtt==g它与流动相的流速和色谱柱的物理指标无关；仅与柱温和固定相的性质有关''12RRtt=a选择因子第二十九页，共五十七页，2022年，8月28日色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingtermsf

分配比（容量因子）kMRMRmsVVttnnk''===msVVKk=12121,2KKkk==gAmsVKk=,第三十页，共五十七页，2022年，8月28日色谱法的流出曲线及有关术语ChromatogramandItscorrespondingterms4)色谱峰的区域宽度组分在色谱柱中谱带扩展的函数，反映了色谱操作条件的动力学因素

a

标准偏差s0.607倍峰高处色谱峰的宽的一半b

半峰宽21Y峰高一半处对应的色谱峰的宽度s354.2Y21=c

基线宽度Y色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距s4Y=第三十一页，共五十七页，2022年，8月28日色谱峰所能提供的重要信息Whatcanonegetfromthechromatogram

1样品中所含组分的最少个数2保留值---定性分析3色谱峰面积（或峰高）---定量分析4色谱峰的保留值和区域宽度---评价色谱柱的分离效能5根据相邻色谱峰之间的距离来选择合适的色谱分离条件第三十二页，共五十七页，2022年，8月28日3

塔板理论(线性色谱）HALnLH=理论塔板数n

定义为：塔板高度t2)(sRn=第三十三页，共五十七页，2022年，8月28日221'2')(54.5)(16YtYtnRReff==effeffnLH=2212)(54.5)(16YtYtnRR==s4=Ys354.221=Y3

塔板理论(线性色谱)第三十四页，共五十七页，2022年，8月28日1234t3

塔板理论(线性色谱)影响色谱塔板高度的因素如何解释在不同流速下,同一个色谱柱具有不同的塔板高度221'2')(54.5)(16YtYtnRReff==effeffnLH=tu1u1第三十五页，共五十七页，2022年，8月28日1956荷兰学者VanDeemter(范第姆特)和他的合作者在研究气液色谱(GasLiquidChromatography)时考虑了色谱分离过程中动力学因素对色谱柱效的影响,提出了速率理论.涡流扩散/分子扩散/传质阻力uCuBAH++=4速率理论(线性色谱)第三十六页，共五十七页，2022年，8月28日4.1涡流扩散项

AA=2dp,不规则因子dp,填充物的平均直径A与流动相的性质、线速度和组分的性质无关；与填料的粒度、均匀性及色谱柱的均匀填充程度有关.4速率理论(线性色谱)uCuBAH++=第三十七页，共五十七页，2022年，8月28日4.2分子扩散项

B=2Dg,

扩散路径的弯曲因子;Dg,组分在气相中的扩散系数(cm2S-1)uB大流速、低柱温、相对分子质量大的载气4速率理论(线性色谱)uCuBAH++=第三十八页，共五十七页，2022年，8月28日4.3传质阻力项担体(Substrate)固定液(Liquidstationaryphase)组分(Component)uCCuClg)(+=dpdf4速率理论(线性色谱)uCuBAH++=第三十九页，共五十七页，2022年，8月28日gpDdkk222g)1(01.0C+=lfDdkk22l)1(32C+=粒度小、相对分子质量小的载气高柱温增加担体的比表面积、“高柱温”4速率理论(线性色谱)uCuBAH++=第四十页，共五十七页，2022年，8月28日uDkkdDdpkkuDdHlfggp])1(32)1(01.0[2222222+++++=glHuACBuopt.Hmim4速率理论(线性色谱)uCuBAH++=第四十一页，共五十七页，2022年，8月28日5分离度（分辨率）Rs12a12b12c选择性

~K,k,柱效

~n综合指标Rs第四十二页，共五十七页，2022年，8月28日2121)(22/)(1212YYttYYttRRRRRs+-=+-=22114kknRs+-=aa)1(4aa-=effsnReffnkkn+=222)1(5分离度（分辨率）Rst12第四十三页，共五十七页，2022年，8月28日221)()(21212YttYYttRRRRRs-=+-=22114kknRs+-=aaAssumingY1=Y2,RRtnYYtn141)(162.=®=QMRMMRMRtkttttttk)1('+=Þ-==第四十四页，共五十七页，2022年，8月28日22114kknRs+-=aa212144212kkknRtttnRsRRRs+-.=Þ...Þ-.=12kk=aQ)11(4)11(422222122kkkknkkkknRs+-+.=+-+.=\a22114kknRs+-=aa第四十五页，共五十七页，2022年，8月28日一般地，R=1时，相邻的两组分能实现“很好”的分离，此时两色谱峰之间的距离为2，重叠部分2%

R=1.5时，相邻的两组分能实现“基线”的分离，重叠部分小于1%22222)1()1(16kkRns+-=aa需要223222)1()1(16kkuHRtsR+-=aauHkntR)1(+=5分离度（分辨率）Rs第四十六页，共五十七页，2022年，8月28日例题：有一根1m长的色谱柱，分离1和2两个组分，得到如下图所示的色谱图。横坐标为记录笔的走纸距离(mm)，假设1和2的峰底宽度相等，为5mm。求（i）1和2组分之间的分离度（Rs）及有效塔板数（neff）；（ii）若欲得到Rs=1.2的分离度，有效塔板数应为多少？（iii）若想达到完全分离，色谱柱要加到多长？Sample05(tm)4549mm12解：（1）8.05)4549()(22112=-=+-=YYttRsRR1239)5549(16)(16222'2»-==YtnReff第四十七页，共五十七页，2022年，8月28日Sample05(tm)4549mm12（2）（3）完全分离，Rs=1.54356»effn)(52.3112394356mL=色谱柱要增加2.52m278815455495455492.116)1(162222=øöççççèæ-----=-=aaseffRn第四十八页，共五十七页，2022年，8月28日色谱定性和定量分析方法QualitativeandQuantitativeAnalysisofChromatography1定性分析保留值/相对保留值/联用技术(HyphenatedTechnique)2定量分析iAiiAfm=ihiihfm=第四十九页，共五十七页，2022年，8月28日色谱定性和定量分析方法QualitativeandQuantitativeAnalysisofChromatography2.1响应信号的测量色谱峰高色谱峰面积21065.1YhAii=（对称峰）)(2185.015.0YYhAii+=（非对称峰）积分仪、计算机数据软件处理系统第五十页，共五十七页，2022年，8月28日色谱定性和定量分析方法QualitativeandQuantitativeAnalysisofChromatography2.2定量校正因子2.2.1绝对校正因子iiAiAmf=iihihmf=由于受到仪器及操作条件的影响程度很大，实际定量分析时，基本上不使用第五十一页，共五十七页，2022年，8月28日色谱定性和定量分析方法QualitativeandQuantitativeAnalysisofChromatography相对校正因子siisAsAiAismAmAfff==/siishshihismhmhfff==/相对响应值（灵敏度）isisfS1=第五十二页，共五十七页，2022年，8月28日色谱定性和定量分析方法QualitativeandQuantitativeAnalysisofCh