色谱与质谱.ppt

1、色谱分析法引论An Introduction to Chromatography,色谱法简介 1906年正式命名色谱法Chromatography Tswett应用吸附原理分离植物色素的新方法。用碳酸钙作固定相,把植物根茎叶的石油醚提取液从柱顶端倒入，然后用纯净的石油醚冲洗，结果出现不同颜色的谱带，Tswett把这种分离方法命名为“色谱”。,概述Generalization,概述Generalization,色谱仪的基本组成,流动相供输系统,进样器,分离系统,检测系统,组分收集,化学工作站,色谱流出曲线及有关术语：ElutionCurve to Chromatography and the T

2、erminology,色谱流出曲线及有关术语：Elution Curve to Chromatography and the Terminology,保留时间retention time,死时间dead time 死体积dead volume,调整保留时间adjusted retention time,基线base line,峰高peak height,峰面积peak area,峰宽peak width,色谱法基本原理(Basic Principles of Chromatography )：,分配系数公式(Distribution coefficient)：,分离原理图片,概述General

3、ization,塔板理论 把色谱柱比作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念来描述组分在两相间的分配行为，同时引入理论塔板数作为衡量柱效率的指标,速率理论 1956年荷兰学者van Deemter（范第姆特）吸收了塔板理论中板高的概念，并充分考虑了组分在两相间的扩散和传质过程，从而在动力学基础上较好地解释了影响板高的各种因素。该理论模型对气相、液相色谱都适用。 van Deemter方程的数学简化式为 H = A + B / u + C u,概述Generalization,色谱分离的条件,两相邻组分保留值存在一定差别,热力学条件,色谱峰区域宽度要窄,动力学条件,气相色谱分析法Gas Chroma

4、tography (GC),气相色谱组成Introduction to GC,气相色谱组成Introduction to GC,载气Carrier gas：H2 、N2、He2,色谱柱Column,检测器Detector,进样器Injector,进样器,毛细管色谱柱,毛细管柱指的是内径0.10.5mm的色谱柱，常用的长度为12.25，30，50m，可分为空心柱与填充毛细管柱，空心柱又可分为涂壁空心柱（WCOT)、涂载体空心柱（SCOT)和多孔层空心柱（PLOT)。,火焰离子化检测器Flame Ionization Detector, FID,电子捕获检测器Electrone Capture D

5、etector, ECD,氮磷检测器Nitrogen-phosphorus Detector，NPD,氮磷检测器也叫热离子检测器（TID）。NPD的结构与FID类似，只是在H2-Air焰中燃烧的低温(使碳氢化合物的电离减弱）热气再被一硅酸铷电热头加热至600800oC，从而使含有N或P的化合物产生更多的离子。产生离子的机理目前仍不清楚,常用气相色谱检测器的应用,气相色谱操作条件的选择Optimization of GC Column Performance,1 载气（ Carrier gas）：种类，速度,2 色谱柱（ Column）：固定液，柱长,3 柱温（ Column temperatu

6、re）,4 进样量,固定液分类及选择：,基本操作Basic Operation,高效液相色谱分析法High Performance Liquid Chromatography (HPLC),与经典液相色谱法相比，HPLC具有高速、高效、高灵敏度的特点，适合高沸点、热稳定性差、相对分子量大的（400以上）有机物的分离、分析,液相色谱的组成 Introduction to HPLC,Solvent cabinet,Vacuum degasser,Quaternary pump,Auto sampler,Column compartment,Detecter,液相色谱的组成 Introduction

7、 to HPLC,流动相（ mobile phase，solvent, eluent),为得到合适的溶剂强度，常采用多元组合的溶剂系统,进样器（ Injector）,液相色谱的组成 Introduction to HPLC,色谱柱(column),常用的标准柱型是内径为4.6mm或3.9mm, 长度为15 30cm的直形不锈钢柱。多用化学键合固定相。,检测器（detector),有紫外UV、荧光FD、电化学检测器和示差折光RI检测器以及后来发展起来的光电二极管阵列DAD检测器,液相色谱操作条件的选择 Optimization of LC Column Performance,流动相solven

8、t : 流速、性质、组成, 梯度洗脱 温度不稳定 (示差检测器） 流动相中有污染物 柱中的流动相没有平衡 体系中有污染物流出,流动相的选择, 流动相应不改变填料的任何性质。 色谱柱的寿命与大量流动相通过有关，特别是当溶剂所含杂质在柱上积累时。 必须与检测器匹配。 粘度要低。 对样品的溶解度要适宜。,样品不溶于流动相,如果使用时加以注意，大部分的液相色谱柱的问题是可以预防的 - 流动相必须是互溶的，无颗粒 - 使用保护柱和在线过滤器，并定期更换 - 使用恰当的样品制备方法 - 使用恰当的色谱柱清洗程序 - 不同类型的色谱柱，请选择不同的操作条件 (如： SB: pH 1-6, XDB: pH 3

9、-11) - 保存柱反压及重要的色谱参数的记录 (如： R, N, As, k) - 色谱柱需保存在有机溶剂中 (乙腈),基本操作Basic Operation,GC与HPLC的比较comparison between GC and HPLC,色谱的定性定量分析Qualitative and Quantitative Analysis,定性分析 Qualitative Analysis,利用纯物质对照定性、相对保留值法、加入已知物增加峰高法、保留指数定性法、双柱定性法等,定量分析 QuantitativeAnalysis,内标法、外标法（标准曲线法）。,定量分析方法,1）归一化法：要求试样中所

10、有n个组分全部流出色谱柱，并全部出峰！则其中组分 i 的含量为： fi 为i 物质的相对定量校正因子；Ai为其峰面积。 此法简单、准确，操作条件影响小。但应用不多。因为谁知道试样有多少组分？应该出多少峰才叫全部出峰？ 2）外标法：或标准曲线法。以Ai对xi作图得标准曲线。该法不需校正因子。但进样量和操作条件必须严格控制！外标法适于日常分析和大批量同类样品分析。 3）内标法：在配制的每个标准溶液中以及待测试样中加一固定量为ms的内标物， 以Ai/As对xi作图，得内标法校正曲线。 对内标物的要求： 样品中不含内标物；无反应；与各待测物保留时间和浓度相差不大；,质谱分析法Mass spectrom

11、etry,MS is an analytical spectroscopic tool primarily concerned with the separation of molecular (and atomic) species according to their mass. MS can be used in the analysis of many types of sample from elemental to large proteins and polymers.,Basic Principles,Ion are accelerated from the source, u

12、nder action of the accelerating voltage, and enter the electrostatic analyser (see figure) which acts as an energy focussing device.,具有速度 的带电粒子进入质谱分析器的电磁场中，根据所选择的分离方式，最终实现各种离子按m/z进行分离。,Basic Principles,Combining equation 1 and 2 leads to the equation for focussing each mass-to-charge ratio:,It can b

13、e seen that by varying either the accelerating potential , Va, or the magnetic field strength, B, ions are successively brought into focus onto the collector silt .,Basic Principles,Instrumentation,质谱仪可分为动态仪器和静态仪器两大类： 在静态仪器中用稳定的电磁场，按空间位置将m/z不同的离子分开，如单聚焦和双聚焦质谱仪。 在动态仪器中采用变化的电磁场，按时间不同来区分m/z不同的离子，如飞行时间和

14、四极滤质器式的质谱仪。,Instrumentation,All mass spectrometer systems have 5 main components:,Ionization,The types of ionization used fall into two classes: “hard” ionization(e.g. EI) and “soft” ionization (such as CI, FAB, ESI, MALDI). Usually, the first can provide much more information than the second one, b

15、ut for unstable molecule and mixtures , “soft” ionization method is the better choice.,Ion analyser,Quadrupole filter, ion trap, time-of-flight(TOF), And ion cyclotron resonance (ICR) are the separating techniques most commonly used in Commercial mass spectrometer,质谱分析法Mass spectrometry,质谱定性分析 质谱可以进

16、行纯物质的相对分子质量测定、化学式确定及结构鉴定等。 质谱的定量分析 质谱检出的离子强度与离子数目成正比，通过离子强度可进行定量分析。,质谱图及其应用,质谱图 是以质荷比（m/z）为横坐标，相对强度为纵坐标构成。一般将原始质谱图上最强的离子峰为基峰并定为相对强度为100%，其它离子峰以对基峰的相对百分值表示。,质谱图及其应用,离子峰 分子在离子源中可以产生各种电离，即同一种分子可以产生多种离子峰，主要的有分子离子峰、碎片离子峰、亚稳离子峰和同位素离子峰等。 （一）分子离子峰 试样分子在高能电子撞击下产生正离子，即； M + eM+2e 式中M为待测分子，M+为分子离子或母体离子。,质谱图及其应

17、用,（二）碎片离子峰 分子离子产生后可能具有较高的能量，将会通过进一步碎裂或重排而释放能量，碎裂后产生的离子形成的峰称为碎片离子峰。,质谱图及其应用,Gas Chromatography/ Mass Spectrometry,GC/MS is a popular technique for dealing with mixtures. The GC effluent is directed into the mass spectrometer, where a spectrum of each component is obtained as it elutes from the column.,Gas Chromatography/ Mass Spectrometry,GC是MS的理想的进样器； MS是GC的理想的检测器,Gas Ch