第六章-分离分析导论课件.ppt
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- 第六 分离 分析 导论 课件
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1、一、概述定义定义 分离分析法是一种利用试样中共存的组分间的吸附、分配、交换、迁移速率及分离分析法是一种利用试样中共存的组分间的吸附、分配、交换、迁移速率及其性能上的差异,先将其分离,而后通过检测器按一定顺序进行分析的一种方法。其性能上的差异,先将其分离,而后通过检测器按一定顺序进行分析的一种方法。色谱法的产生色谱法的产生 色谱法是一种分离技术,它是俄国植物学家茨维特色谱法是一种分离技术,它是俄国植物学家茨维特1906年创立的。分离年创立的。分离植物叶子中的色素时,将叶片的石油醚(饱和烃混合物)提取液倒入玻璃管中,植物叶子中的色素时,将叶片的石油醚(饱和烃混合物)提取液倒入玻璃管中,柱中填充柱中
2、填充CaCO3粉末(粉末(CaCO3 有吸附能力有吸附能力),用纯石油醚洗脱(淋洗)。色素,用纯石油醚洗脱(淋洗)。色素受两种作用力影响:受两种作用力影响:(1)一种是)一种是CaCO3 吸附,使色素在柱中停滞下来吸附,使色素在柱中停滞下来(2)一种是被石油醚溶解,使色素向下移动)一种是被石油醚溶解,使色素向下移动 各种色素结构不同,受两种作用力大小不同,经过一段时间洗脱后,各种色素结构不同,受两种作用力大小不同,经过一段时间洗脱后,色素在柱子上分开,形成了各种颜色的谱带,这种分离方法称为色谱法。色素在柱子上分开,形成了各种颜色的谱带,这种分离方法称为色谱法。一、概述Tsweet的实验的实验一
3、、概述色谱法色谱法混合物在流动相的携带下通过色谱柱分离出几种组分的方法。混合物在流动相的携带下通过色谱柱分离出几种组分的方法。流动相流动相气体气体 19521952年产生气相年产生气相色谱,是色谱法一项色谱,是色谱法一项革命性进展。革命性进展。液体液体 流的速度慢,加压,流的速度慢,加压,使其流快,使其流快,19691969年年HPLCHPLC发发展,高压液相色谱。展,高压液相色谱。一、概述固定相:固定相:(1)固体吸附剂:)固体吸附剂:CaCO3、Al 2O3等等(2)液体固定相(载体)液体固定相(载体+固定液固定液高沸点有机化合物,涂在载体高沸点有机化合物,涂在载体上)上)色谱分离法一定是
4、先分离。后分析色谱分离法一定是先分离。后分析 一定具有两相;固定相和流动相一定具有两相;固定相和流动相 分离:利用组分在两相中分配系数或吸附能力的差异进行分离分离:利用组分在两相中分配系数或吸附能力的差异进行分离特点特点(1)分离效能高)分离效能高(2)灵敏度高)灵敏度高(3)分析速度快)分析速度快(4)应用范围广)应用范围广一、概述我国情况我国情况 我国在色谱分析领域的研究起于我国在色谱分析领域的研究起于1954年,由中年,由中国科学院大连化学物理研究所卢佩章院士领衔首先国科学院大连化学物理研究所卢佩章院士领衔首先开发。经过几十年的努力,我国色谱基础理论研究开发。经过几十年的努力,我国色谱基
5、础理论研究和应用技术研究方面具有特色,居世界领先行列。和应用技术研究方面具有特色,居世界领先行列。二、色谱分析法分类1、按两相状态分类、按两相状态分类气相色谱气相色谱气体作流动相气体作流动相(1)气固色谱:气体作流动相,固体吸附剂作固定相。)气固色谱:气体作流动相,固体吸附剂作固定相。(2)气液色谱:气体作流动相,固定液作固定相。)气液色谱:气体作流动相,固定液作固定相。液相色谱液相色谱液体作流动相液体作流动相(1 1)液固色谱:液体作流动相,固体吸附剂作固体相。)液固色谱:液体作流动相,固体吸附剂作固体相。(2 2)液液色谱:液体作流动相,固定液作固定相。)液液色谱:液体作流动相,固定液作固
6、定相。超临界液体色谱超临界液体色谱超临界流体作色谱流动相。超临界流体作色谱流动相。二、色谱分析法分类2、按操作形式分类、按操作形式分类(1 1)柱色谱:)柱色谱:填充柱色谱填充柱色谱固定相填充到柱管内固定相填充到柱管内 毛细管柱色谱毛细管柱色谱把固定相涂在毛细管内壁上,把固定相涂在毛细管内壁上,中间是中间是空的。空的。二、色谱分析法分类(2)纸色谱纸色谱:滤纸为固定相的色谱法,流动相滤纸为固定相的色谱法,流动相是含一定比例水的有机溶剂,样品在滤纸上展开是含一定比例水的有机溶剂,样品在滤纸上展开进行分离。进行分离。(3)薄层色谱薄层色谱:把固体固定相压成或涂成薄膜把固体固定相压成或涂成薄膜的色谱
7、法。的色谱法。二、色谱分析法分类 3、按分离原理分类、按分离原理分类(1)吸附色谱吸附色谱:利用吸附剂表面对被分离的各组分吸:利用吸附剂表面对被分离的各组分吸附能力不同进行分离。附能力不同进行分离。(2)分配色谱分配色谱:利用不同组分在两相分配系数或溶解度:利用不同组分在两相分配系数或溶解度不同进行分离。不同进行分离。(3)离子交换色谱离子交换色谱:利用不同组分对离子交换剂亲和力:利用不同组分对离子交换剂亲和力不同进行分离。不同进行分离。(4)凝胶色谱凝胶色谱:利用凝胶对分子的大小和形状不同的组:利用凝胶对分子的大小和形状不同的组分所产生的阻碍作用不同而进行分离的色谱法。分所产生的阻碍作用不同
8、而进行分离的色谱法。三、色谱图及常用术语一、色谱图一、色谱图 混合物样品(混合物样品(A+BA+B)色谱柱中分离色谱柱中分离检测器检测器记录记录下来。组分从色谱柱流出时,各个组分在检测器上所下来。组分从色谱柱流出时,各个组分在检测器上所产生的信号随时间变化,所形成的曲线叫色谱图。产生的信号随时间变化,所形成的曲线叫色谱图。记录了各个组分流出色谱柱的情况,又叫色谱流出曲线记录了各个组分流出色谱柱的情况,又叫色谱流出曲线三、色谱图及常用术语二、色谱图中的基本术语二、色谱图中的基本术语 1、基线、基线在实在实验操作条件下,验操作条件下,色谱柱后没有组色谱柱后没有组分流出的曲线叫分流出的曲线叫基线。基
9、线。稳定情况下,一稳定情况下,一条直线。条直线。基线上下波动称基线上下波动称为噪音。为噪音。三、色谱图及常用术语2、色谱峰的高度、色谱峰的高度h(1)峰高)峰高h 色谱峰最高点与基线之间的距离色谱峰最高点与基线之间的距离,可用,可用mm,mV,mA表示。峰高低与组分浓度有关,峰越表示。峰高低与组分浓度有关,峰越高越窄越好。高越窄越好。h三、色谱图及常用术语3.色谱峰的宽度色谱峰的宽度标准偏差标准偏差 峰高峰高0.607倍处的色谱峰宽的一半。倍处的色谱峰宽的一半。峰底宽峰底宽Wb色谱峰两侧拐点所作切线在基线上的距离色谱峰两侧拐点所作切线在基线上的距离 Wb=4 半峰宽半峰宽W1/2峰高一半处色谱
10、峰的宽度峰高一半处色谱峰的宽度 W1/2=2.354 Wb=4 W1/2=0.589Wb Wb三、色谱图及常用术语三、色谱图及常用术语 4.色谱峰面积色谱峰面积A 色谱峰与峰底所围的面积。色谱峰与峰底所围的面积。对于对称的色谱峰对于对称的色谱峰 A=1.065h W1/2 对于非对称的色谱峰对于非对称的色谱峰 A=1.065h(W 0.15+W 0.85)/2 5.色谱保留值色谱保留值定性的依据定性的依据 组分在色谱柱中停留的数值,组分在色谱柱中停留的数值,可用时间可用时间t 和所消耗流动相的体积和所消耗流动相的体积来表示。来表示。组分在固定相中溶解性能越好,或固定相的吸附性越强,在柱组分在固
11、定相中溶解性能越好,或固定相的吸附性越强,在柱中滞留的时间越长,消耗的流动相体积越大,中滞留的时间越长,消耗的流动相体积越大,固定相、流动相固定,条固定相、流动相固定,条件一定时,组分的保留值是个定值。件一定时,组分的保留值是个定值。三、色谱图及常用术语(1)死时间)死时间t0不被固定相吸附或溶解的组分流经色谱不被固定相吸附或溶解的组分流经色谱柱所需的时间。柱所需的时间。从进样开始到柱后出现峰最大值所需的时间。从进样开始到柱后出现峰最大值所需的时间。气相色谱气相色谱惰性气体(空气、甲烷等)流出色谱柱所需惰性气体(空气、甲烷等)流出色谱柱所需的时间。的时间。t0三、色谱图及常用术语(2)保留时间
12、保留时间tR 组分流经色谱柱时组分流经色谱柱时所需时间。进样开所需时间。进样开始到柱后出现最大始到柱后出现最大值时所需的时间。值时所需的时间。操作条件不变时,操作条件不变时,一种组分有一个一种组分有一个tR定定值,定性参数。值,定性参数。二、原子吸收光谱仪(3)调整保留时间)调整保留时间tR扣除了死时扣除了死时间的保留时间。间的保留时间。tR=tR-t0又称校正又称校正保留时间,实际保留时间,实际保留时间。保留时间。tR体现的是组分体现的是组分在柱中被吸附或在柱中被吸附或溶解的时间溶解的时间。tR三、色谱图及常用术语保留值用体积表示:保留值用体积表示:(4)死体积)死体积V0不被固定相滞留的组
13、分流经色谱柱所不被固定相滞留的组分流经色谱柱所消耗的流动相体积称死体积,色谱柱中载气所占的体消耗的流动相体积称死体积,色谱柱中载气所占的体积。积。V0=t 0F0 柱后出口处流动相的体积流速柱后出口处流动相的体积流速mL/min(5)保留体积)保留体积VR 组分从进样开始到色谱柱后出现最组分从进样开始到色谱柱后出现最大值时所需流动相体积,组分通过色谱柱时所需流动大值时所需流动相体积,组分通过色谱柱时所需流动相体积相体积 VR=t RF 0(6)调整保留体积)调整保留体积VR扣除了死体积的保留体积,真扣除了死体积的保留体积,真实的将待测组分从固定相中携带出柱子所需的流动相实的将待测组分从固定相中
14、携带出柱子所需的流动相体积。体积。VR=tRF 0 V0、t0与被测组分无关,因而与被测组分无关,因而VR.tR更合理地反更合理地反映了物质在柱中的保留情况。映了物质在柱中的保留情况。(7)相对保留值)相对保留值 2,1或或i,s 在相同操作条件下,组在相同操作条件下,组分分2或组分或组分i对另一参比组分对另一参比组分1或或s调整保留值之比调整保留值之比三、色谱图及常用术语三、分配平衡三、分配平衡 在一定温度下,组分在流动相和固定相之间所达到在一定温度下,组分在流动相和固定相之间所达到的平衡叫分配平衡,组分在两相中的分配行为常采用的平衡叫分配平衡,组分在两相中的分配行为常采用分分配系数配系数K
15、 K和分配比和分配比kk来表示。来表示。1 1、分配系数、分配系数 K(K(浓度分配系数浓度分配系数)=c cs/c cm组分在固定相中的浓度组分在流动相中的浓度K=K随随T变化,与固定相、流动相的体积无关变化,与固定相、流动相的体积无关三、色谱图及常用术语三、色谱图及常用术语2、分配比、分配比k(又叫容量因子,容量比又叫容量因子,容量比)k=组分在固定相中的质量 组分在流动相中的质量 =ms/mm=svs/mvm=K vs/vm k随随T、固定相、流动相的体积变化而变化、固定相、流动相的体积变化而变化k越大,组分在固定相中质量越多,越大,组分在固定相中质量越多,tR越长越长K、k越大,组分在
16、固定相中越大,组分在固定相中tR就越长就越长经推导得经推导得k与与tR之间的关系:之间的关系:三、色谱图及常用术语k=tR/t0=(tR-t0)/t0 k=VR/V0=(VR-V0)/V0总结总结(1)色谱峰的位置即保留值)色谱峰的位置即保留值进行定性分析。进行定性分析。(2)色谱峰的)色谱峰的h.A 进行定量分析。进行定量分析。(3)色谱峰的位置及峰的宽度)色谱峰的位置及峰的宽度可评价色谱可评价色谱 柱效柱效的高度。的高度。四、色谱法的基本理论一、塔板理论一、塔板理论 在在50年代,色谱技术发展的年代,色谱技术发展的初期,初期,Martin等人把色谱等人把色谱分离过程比作分馏过程,并分离过程
17、比作分馏过程,并把分馏中的半经验理论把分馏中的半经验理论塔塔板理论板理论用于色谱分析法。用于色谱分析法。四、色谱法的基本理论 1、塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔,假设柱内有塔,假设柱内有n个塔板,每个塔板高度个塔板,每个塔板高度称为理论塔板高度,称为理论塔板高度,用用H表示,表示,在每个在每个塔板内,试样各组分在两相中分配并达塔板内,试样各组分在两相中分配并达到平衡,最后,挥发度大的组分和挥发到平衡,最后,挥发度大的组分和挥发度小的组分彼此分离,挥发度大的最先度小的组分彼此分离,挥发度大的最先从塔顶(即柱后)逸出。尽管这个理论从塔顶(即柱后)逸出。尽管这个理论并不完
18、全符合色谱柱的分离过程,色谱并不完全符合色谱柱的分离过程,色谱分离和一般的分馏塔分离有着重大的差分离和一般的分馏塔分离有着重大的差别,但是因为这个比喻形象简明,因此别,但是因为这个比喻形象简明,因此几十年来一直沿用。几十年来一直沿用。四、色谱法的基本理论 对一个色谱柱来说,若色谱柱长度固定对一个色谱柱来说,若色谱柱长度固定L,每一个,每一个塔板高度塔板高度H越小,塔板数目越多,分离的效果越好,柱越小,塔板数目越多,分离的效果越好,柱效越高。塔板数用效越高。塔板数用n 表示。表示。n=L/H 或或 H=L/n H越小,越小,n越多,分离效果越好,用越多,分离效果越好,用 H,n 评价柱效。评价柱
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