第十七章 色谱分析概论.ppt

1、第十七章 色谱分析法概论,教学目标,掌握色谱法的定义和分类。 掌握色谱法的重要基本概念：分配系数、容量因子、保留时间、保留体积、死时间、死体积、峰宽、半峰宽、分离度、保留指数等及其相互关系。 熟悉四种色谱方法的基本原理和两相的特点。 掌握塔板理论的要点及塔板数、塔板高的计算。 掌握速率理论的要点，熟悉Van Deemter方程各项意义及影响因素。,流动相,色谱分析法（chromatography),物理或物理化学分离分析方法，简称色谱法或层析法。 色谱法已广泛应用于各个领域，成为多组分混和物的最重要的分析方法。是生命科学、材料科学、环境科学等领域的重要分析手段，在药物分析中有及其重要的地位。各

2、国药典都收载了许多色谱分析方法。 高灵敏度、高选择性、高效能、分析速度快及应用范围广等优点。,色谱法的分类,1.按流动相和固定相分子聚集状态分类 气相色谱： 气固色谱（GSC） （GC） 气液色谱（GLC） 液相色谱： 液固色谱（LSC） （LC） 液液色谱（LLC） 超临界流体色谱法 （SFC）,色谱法的分类,2.按操作形式分类 柱色谱法（column chromatography) 填充柱色谱法 毛细管柱色谱法 微填充柱色谱法 平面色谱法（plane chromatography) 纸色谱法 薄层色谱法 薄膜色谱法 毛细管电泳法 （capillary electrophoresis),色谱

3、法的分类,3.按分离机制分类 分配色谱法 (patition chromatography) 吸附色谱法 (adsorption chromatography) 离子交换色谱法 (ion exchange chromatography) 空间排阻色谱法 (steric exclusion chromatography),色谱过程,样品组分在两相 之间反复“分配”,样品各组分的 分配系数不同,各组分保留时间不同，得以分离。,分配系数和容量因子,1.分配系数： K=Cs / Cm 与组分、固定性和流动相的性质及温度有关。 2.容量因子: k=ms/mm= CsVs/CmVm 还与固定性、流动相的体

4、积有关。 3.分配系数与容量因子的关系： k= K Vs/Vm,色谱过程方程,tR=t0( 1 + K Vs/Vm ) =t0( 1 + k ),色谱分离的前提 tR（A） tR（B） 即：K A K B 或 k A k B,分配色谱法（patition chromatography）,分离原理： 利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别而实现分离。与萃取的区别是什么？,在LLC中，K主要与流动相的性质（种类与极性）有关；在GLC中K与固定相极性和柱温有关,分配色谱法（patition chromatography）,固定相：涂渍或化学键合在惰性载体颗粒上的一薄层液体。 流动相： GLC中

5、常为氢气和氮气。 LLC中为与固定液不相溶的液体。根据固定性和流动相极性相对强度，分为正相分配色谱（固定相极性强于流动相极性）和反相分配色谱（固定相极性弱于流动相极性）。,分配色谱法（patition chromatography）,洗脱顺序 正相色谱：极性强的组分保留强，后流出。 反相色谱：极性弱的组分保留强，后流出。,C,t,a,b,C,t,b,a,正相色谱,反相色谱,极性：ab,吸附色谱法(adsorption chromatography),分离原理 利用被分离组分对固体表面活性吸附中心吸附能力的差别而实现分离。吸附过程是样品中各组分的分子X与流动 相分子Y争夺吸附剂表面 活性中心的过

6、程。,Xm + nYa = Xa + nYm,吸附系数与吸附剂的活性、组分的性质和流动相的性质有关。,吸附色谱法(adsorption chromatography),固定相：多孔性微粒状物质，具有较大的比表面积，在其表面有许多吸附中心。常用吸附剂：硅胶、氧化铝、聚酰胺、高分子多孔微球等。 流动相：洗脱能力主要由其极性决定，由溶剂强度0定量表示。 0值越大，洗脱能力越强。常采用二元以上混合溶剂。,吸附色谱法(adsorption chromatography),洗脱顺序：极性强的组分被吸附强，后流出。一般规律是： 烷烃非极性，不被吸附； 不饱和化合物比饱和化合物的吸附能力强，双键越多越强； 基

7、本母核相同的化合物，取代基极性越强，吸附能力越强； 分子中取代基空间排列对吸附能力也有影响。 常见化合物吸附能力顺序： 烷烃烯烃醚硝基化合物叔胺酯酮醛酰胺醇酚伯胺羧酸,离子交换色谱法（ion exchange chromatography）,分离原理：利用被分离组分离子交换能力的差别而实现分离。分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。,离子交换色谱法（ion exchange chromatography）,固定相：离子交换树脂、硅胶键合离子交换剂。 离子交换树脂是具有网状结构的高分子多元酸或多元碱的聚合物。可被交换基团：SO3H,COOH, NR3+OH- 。 性能指标：交联度、交换容量、粒

8、度等。 流动相：一定pH值和离子强度的缓冲溶液（或含少量有机溶剂，如乙醇、四氢呋喃、乙腈等）。,离子交换色谱法（ion exchange chromatography）,影响保留行为的因素 1.溶质离子的电荷数升高，选择性系数增大；同价阳离子水合离子半径增大，选择性系数减小 Fe3+Al3+Ba2+Pb2+Sr2+Ca2+Ni2+Cd2+Cu2+ Co2+Mg2+ Zn2+ Mn2+ Ag+ Cs+ Rb+ K+NH4+ Na+H+ Li+,柠檬酸根 PO43-SO42-I-NO3-SCN-NO2-Cl-HCO3- CH3COOH- OH- F-,影响保留行为的因素 2.在一定范围内，树脂的交

9、联度越大，交换容量越大，组分的保留时间越长。 3.流动相的组成和pH值：交换能力强的离子组成的流动相洗脱能力强；流动相的离子强度增强，洗脱能力增强。pH值一方面影响溶质的离解（离解度小，则保留时间减小），一方面影响弱离子交换树脂的交换容量，一般在某一pH值交换容量有一极大值。,离子交换色谱法（ion exchange chromatography）,小结：请同学们完成表格,各类色谱法中影响样品组分保留值的因素,物质对分离的两种情况,C,t,C,t,提高分离度R,增加tR,减小w,与分配系数有关热力学过程,与动力学过程有关,塔板理论马丁（Martin）和辛格（Synge）提出,基本假设： 1.

10、在柱内一小高度内，组分可以在两相中瞬间达到分配平衡。H为理论塔板高度。 2. 载气间歇式通过色谱柱，每次进气为一个塔板体积。 3. 样品和新鲜载气都加在第0号塔板上，且样品的纵向扩散可以忽略。 4. 分配系数在各塔板上是常数。,0,1,2,3,4,载 气,固 定 相,分配色谱过程示意图（塔板理论示意）,kA=2 kB=0.5,0,1,2,3,4,载 气,固 定 相,kA=2 kB=0.5,分配色谱过程示意图（塔板理论示意）,0,1,2,3,4,载 气,固 定 相,kA=2 kB=0.5,分配色谱过程示意图（塔板理论示意）,0,1,2,3,4,载 气,固 定 相,kA=2 kB=0.5,分配色谱

11、过程示意图（塔板理论示意）,0,1,2,3,4,载 气,固 定 相,kA=2 kB=0.5,分配色谱过程示意图（塔板理论示意）,样品经过N次进气后在第r号塔板上的质量分数：,如经过3次进气后，在第三号塔板上B的质量分数为：,流出曲线方程：,N,m,5,10,15,0.05,0.10,0.15,k=1的组分从n5柱中的流出曲线,当塔板数很大时，流出曲线趋于正态分布：,理论塔板高和理论塔板数柱效指标,理论塔板数:,理论塔板高:,有效理论塔板数:,有效塔板高：,塔板理论的特点和不足：,当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰

12、越窄。 不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。 柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数 K 相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。 塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。,速率理论,Van Deemter 方程: H=A+B/u+Cu,A:涡流扩散项（A=2dp）：与填充均匀度、载体的粒度有关。填充均匀度越高，载体粒度越小，则A越小。 B/u:纵向扩散项（ B/u=2Dg/u）：与组分及载气分子量、柱温、柱压、载气流速、填充情况有关。组分及载气分子量越大，柱温越低，柱压越大，载气流速越大，则B/u越小。 Cu:传质阻力：与固定液液膜厚度、 u及组分在固定液和流动相中的扩散系数有关，前两者降低，后者增大，则Cu降低。,涡流扩散(eddy dif