仪器分析 (第三版 魏培海)第六章 色谱分析法导论.ppt

1、十二五职业教育国家规划教材、器械分析、(第三版)、魏培海曹国庆主编、第六章色谱分析法指导论、十二五职业教育国家规划教材、色谱和色谱分析法利用混合物中各种物质在两相间的分配系数的差异，当溶质在两相间相对移动时，各种物质在两相间是什么可以进行这种分离的设备称为色谱。 本章的教育内容、色谱分离器的基本原理和基本概念色谱分离的理论基础色谱定性和定量分析的方法、本章的知识目标、精通色谱分析的基本术语色谱分析中了解搁板理论和速度理论柱的柱效果、精通影响分离度的因素掌握本章的能力目标、熟练修正因子的计算方法标准化法、内标准法的定量计算方法掌握外标准法，熟练地描绘外标准法的工作曲线，掌握进行定量计算的填充柱的

2、制造方法。 第一节色谱和分类、茨比特实验、固定相CaCO3粒子流动相石油醚、一、色谱、色谱为分离分析技术。 这利用各种物质对两相有不同的分配系数，当两相进行相对运动时，这些物质就会多次重复分配给两相来达到分离的目的。 色谱法具有较高的分离性能、较高的检测性能和分析时间，已成为现代仪器分析方法中应用最广泛的方法。 固定相固定不动的相。 可以是固体，也可以是液体。 流动相是在运送样品混合物的固定相中流动的流体，是液体或气体。 列载置固定相的装置。 各种材质和尺寸。 被分离成分不限于有色物质，基本用语：二、色谱分类、一.两相分子的凝聚状态、流动相固定相类型、二.固定相固定方式、三.分离机构别， 分配

3、色谱：根据分配系数不同的吸附色谱：利用物理吸附性能的离子交换色谱：利用离子交换原理的空间阻断色谱：排出阻力不同、色谱的特征、分离效率：复杂混合物、有机同系物、异构体。 手性异构体。 灵敏度高：可以检测出g.g-1(10-6)-ng.g-1(10-9 )级的物质。 分析速度很快：通常可以在几分钟或几十分钟内完成样品分析。 应用范围广泛：气相色谱：对沸点低于400的各种有机或无机样品进行分析。 液相色谱法：高沸点，热不稳定，生物样品的分离分析。 不足之处：分离的成分很难定性。 分离过程是输送到流动相的混合物在固定相流动时，与固定相相互作用。 由于混合物中各成分的性质和结构的不同，与固定相之间产生的

4、力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间反复分配平衡，各成分保持在固定相上的时间不同，因此以一定的顺序从固定相流出。 第二节色谱流出曲线和术语，一、色谱流出线，从样品到被测成分流出柱连续测定，得到的测定信号的时间变化曲线称为色谱流出曲线或色谱。 二、色谱术语，1 .基线：操作条件稳定后，样品不通过时检测器所反映的信号的时间曲线。 这反映了检测器系统的噪声的时间变化。 稳定的基线是直线。 2 .色谱峰：从被检成分进入检测器，从检测器完全流出的峰型部分称为色谱峰。 基线和色谱的峰值构成了完整的色谱图. 3 .保持值、保持时间tM :从采样不作用于固定的物质开始到出现峰值的极大值为止的时

5、间。 保持时间tR :从样品进入样品开始到出现峰值的极大值为止的时间。 包括流动相通过柱的时间tM和成分滞留在固定相的时间。 调整保持时间：某成分的保持时间减去死亡时间的保持时间。 那是固定相中成分的保持时间。、死体积Vm :不保持的成分通过柱消耗的流动相的体积是指柱中的固定相不占有的空隙体积(包括色谱中的管路、连接口的空间、检测器的空间)。 F0 :流动相的体积流速，保持体积VR :从样品开始到成分浓度极大点为止消耗的流动相的体积。 调整保持体积：保持体积与死亡体积之差，即成分停留在固定相时所消耗的流动相的体积，相对保持值is :某个实验条件下的成分I与另一个标准成分s的保持时间之比。 相对

6、保持值仅与柱温和的固定相性质无关，与其他色谱操作条件无关，是色谱定性分析的重要参数。 4 .色谱峰区域分析，峰高h :从色谱峰顶到基线的垂直距离。 半值宽度W1/2 :色谱峰值高度的一半的宽度。 峰底宽度w :色谱峰两侧拐点处的切线与基线交点之间的距离，也称为基线宽度。 标准偏差：峰值高度(h )的0.607倍是色谱峰宽度的一半。 半峰宽度和峰底宽度的关系将W1/2=2.354W=4，区域宽度：峰面积(a ) :色谱峰与基线之间包围的面积称为峰面积。 定量分析的基本根据。 理想的对称峰： A=1.065hW1/2，在相同色谱条件下得到的色谱峰的区域宽度值越小，柱的分离性能越好，柱效果越好。 描

7、述了分配过程的参数，分配系数k :成分的固定相和流动相间分配处于平衡状态时两相中的浓度之比。 k只关于固定相和温度，与二相体积、柱管特性和使用机器无关。 分配比k :在一定的温度和压力下，成分在两相间达到平衡时，分配给固定相和流动相的质量比。 =Vm/Vs表示比较率，是列类型的特征参数，在填充列中，值通常为635，在毛细管列中，值通常为60600。 可选系数：相邻的两个成分调整保持值的比例。 数值的大小反映列的难分离成分对的分离选择性，值越大，邻接的二成分色谱的峰值越远，列的分离选择性越高。 如果等于或接近1，表示相邻的两个分量不能分离。 色谱流出曲线的意义、色谱峰值数=样品中的单成分的最小个

8、数色谱保持值定性根据色谱的峰值高度或面积的定量根据色谱保持值或区域宽度柱分离性能评价指标； 色谱峰值间距固定相或流动相的选择是否适当的依据。 第三节色谱的基本理论是两组峰间距离足够远：由两组的分配系数决定，由色谱过程的热力学性质决定。 各成分的峰宽足够小：由成分在柱中的传递和扩散决定，由色谱过程的动力学性质决定。 热力学理论：搁板理论平衡理论动力学理论：速度理论Vander方程式、基本理论、一、搁板理论、搁板模型：将一个柱视为精馏塔，即柱由一系列连续的同等水平柱组成。 各架子的高度用h表示，称为架子高度。 搁板理论假设：在各搁板中溶质在两相间很快达到分配平衡，并且随着流动相像搁板一样向前方移动

9、。 对于1根长度为l的柱，溶质平衡的次数n称为理论级数。 搁板理论的要点在于，柱中溶质的平衡次数，即理论搁板数n超过50时，可得到大致对称的峰值曲线。 样品进入色谱柱后，各组的两相间的分配系数如果有微小的差异，反复分配平衡后也能得到良好的分离。 n和半峰宽和峰底宽的关系式如下所示，有效搁板数和有效搁板高度、单位柱长的搁板数越多，显示出柱效果越高。 用不同的物质计算可以得到不同的理论级数。 常用有效货架数n有效地表示柱效应：例题1 :柱长为2m的5%的皮尔逊柱，柱温度为1000C，记录纸速度为2.0cm/min的色谱条件下，测定苯的保持时间，半峰宽为0.20cm，求出理论货架数。解(1) :解(

10、2) :二、速度理论、速度方程式(也称为范围.弟弟穆特方程式)，u是流动相线速度a，b， c表示常数a-各自的涡电流扩散系数的b-分子扩散系数c-传达物质电阻系数(包括液相和固传达物质电阻系数)通过减少a、b、c三个，能够提高柱效果，1 .涡电流扩散项，A=2dpdp :固定相的平均粒径:固定相的填充不均匀系数，固定相粒子越小，d 涡流扩散引起的色谱峰扩大的现象减轻，色谱峰狭窄。 2 .分子纵向扩散项，B=2Dg:弯曲因子，填充柱色谱，1。 Dg :成分分子在气相中的扩散系数(cm2s-1 )，通过扩散，色谱的峰变宽，H(n)，分离劣化液相色谱中的分子的纵向扩散可以忽略。 气相色谱法中，以相对

11、分子质量大的N2、Ar为流动相，适当地增大流动相的流速，能够降低分子纵向扩散项的影响。 3 .遗传抵抗项，k是容量因子Dg，Ds是扩散系数。 固定相液膜越薄，扩散系数越大，固定传递物质电阻越小，但固定相液膜不应该太薄。 薄时，样品容量减少，列的寿命降低。 如果减小载体的粒度，选择小分子量的气体作为载气，可以降低传递阻力。 三、分离度、一.柱的总分离性能显示，(a )两色谱的峰距离近，峰形状宽，相互重叠严重，柱效应和选择性差，(b )可以很好地分离，峰形宽，选择性好，柱的效果低2 .分离度(r )的式中，r值越大表示两成分的分离度越高，在R=1.0的情况下，分离的程度为98%； 在R1.0中，两

12、峰值部分重叠R=1.5的情况下，分离的程度为99.7%； 因此，通常将R=1.5作为相邻色谱峰完全分离的指标。 3 .色谱分离方程式，分离度r与搁板数有关分离度r与保留因子关系越大，柱的选择性越好，有利于分离。 例2 :两种物质a和b在30cm长柱上的保持时间分别为16.4和17.63min，有对固定不起作用的物质，在该柱上的保持时间为1.30min。 物质a和b的峰底宽度分别为1.11和1.21min。 问题：1)柱分离度r 2 )柱平均理论级数nav3 )如果要求平均架子高度Hav4达到1.5，柱的长度应该至少为多少？4 )有完全分离，R=1.5，【例1.5m长度的柱，将成分1和2分离，如

13、图6-5所示的色谱图中的横轴是记录纸的通纸距离。 (1)求这两个成分在列上的分离度和列的有效级数。 (2)为了完全分离1、2，应该加入多少柱？ (1)成分2相对于成分1的相对保持值2，1 (即值)，(2)该柱的有效架子高度：完全分离的条件是分离度R=1.5时的柱的有效架子数：有效架子数为4356张，柱长，第四节定性定量分析，色谱复杂另一方面，定性分析、色谱定性分析：确定了以色谱各峰为代表的物质。 根据：色谱条件一定时，任何物质都有一定的保持时间。 方法：可以通过对具有相同色谱条件的已知和未知物体在固定相中的位置进行比较来确定未知物体是什么物质。 方法的发展：色谱是结合质谱和其他光谱法，解决复杂

14、混合物中未知物的定性分析的最有效技术。 二、定量分析、和色谱定量分析：在一定的色谱条件下，根据成分I的质量(mi )或其流动相处的浓度，与检测器响应信号(峰面积Ai或峰高hi )成比例。 分别是峰面积和峰高的校正因子。 1 .响应信号的测量，峰高：峰与基线之间的距离，测量比较简单，特别适用于窄的色谱峰面积： (1)自动测量：色谱站。(2)手工测量：手工测量，对称峰：的近似计算式为A=1.064hW1/2非对称峰：的近似计算式为：A=h(W0.15 W0.85)/2W0.15和W0.85分别为峰高0.15和0.85的绝对校正系数：分量I的峰值面积和峰值高度的绝对校正系数分别为： 绝对校正系数以克

15、、摩尔或体积表示某成分I通过检测器的量和通过检测器的量mi的单位的情况下对应的校正因子分别是指质量校正因子(fm )、摩尔校正因子(fm )和体积校正因子(fv )、(2)相对校正因子：成分I和基准成分s的绝对校正因子的比表6-1几种化合物的相对修正因子，3 .定量方法， 分类： (1)外标准法(2)内标准法(3)标准化法，(1)外标准法，将测定成分的纯物质配合到不同浓度的标准序列中，在一定的操作条件下向柱中注入相同体积的标准样品，测定各峰的峰面积或峰高度，绘制a-c或h-c的标准曲线，在完全相同的条件下外标准法也称为标准曲线法，外标准法不使用校正因子，适用于对正确性高、操作条件变化对结果正确

16、性影响大、样品量准确性控制要求高的日常控制分子和大量同种量样品的快速分析。 特征和要求：(2)内标准法，应用前提：仅测定样品中的几个成分，或样品中所有成分不可能达到峰值时，可采用内标准法正确称量样品，加入一定量的纯物质作为内标物，进行色谱分析的被测定物和内标在、实际工作中，一般使用标准物作为标准物质，但此时的含量的计算公式可以简化为“例题4”，用气相色谱法测定样品中的一氯苯、二氯乙烷、三氯乙烷的含量。 用甲苯作为内标物，称量样品2.880g，加入甲苯0.2400g，均匀混合后，如下表所示测定其校正因子和峰面积，估算各成分的含量。 内标物在样品中不含有内表物质，与被测成分性质比较接近的样品不发生化学反应； 出峰位置应靠近被测定成分，且没有成分峰值的影响，特