第二章:气相色谱法2资料课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《第二章:气相色谱法2资料课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第二 色谱 资料 课件
- 资源描述:
-
1、 1906年,俄国植物学家茨维特年,俄国植物学家茨维特(MSTswett)在研究植在研究植物色素的过程中,做了一个经典的实验。物色素的过程中,做了一个经典的实验。实验是这样的实验是这样的a.在一根玻璃管的狭小一端塞上小团棉花。在一根玻璃管的狭小一端塞上小团棉花。b.在管中填充沉淀碳酸钙,这就形成了一个吸附柱。在管中填充沉淀碳酸钙,这就形成了一个吸附柱。c.c.把绿色植物叶子的石油醚抽取液注入柱中。把绿色植物叶子的石油醚抽取液注入柱中。d.用纯溶剂淋洗。用纯溶剂淋洗。结果:结果:植物叶子的几种色素便在玻璃柱上展开:留在最上植物叶子的几种色素便在玻璃柱上展开:留在最上面的是叶绿素;绿色层下接着是两
2、三种黄色的叶绿素;随面的是叶绿素;绿色层下接着是两三种黄色的叶绿素;随着溶剂跑到吸附层最下层的是黄色的胡萝卜素。各种色素着溶剂跑到吸附层最下层的是黄色的胡萝卜素。各种色素就得以分离。吸附柱成为一个就得以分离。吸附柱成为一个显现着彩色环带的柱显现着彩色环带的柱。Developing of Chromatographic Technique1948,8 days separation for 16 amino acidsDeveloping of Chromatographic Technique1958,22 hours separation for 19 of amino acidsDevel
3、oping of Chromatographic Technique1958,22 hours separation for 19 of amino acids1982,less than 30 minutes separation for 18 of amino acids石油化工、医石油化工、医药、生化、环境科学等各个领域药、生化、环境科学等各个领域以试样组分和固定相以试样组分和固定相间的溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用的差异为间的溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用的差异为依据而建立起来的各种分离分析方法称色谱法。依据而建立起来的各种分离分析方法称色谱法。色谱柱:色谱柱:进行
4、色谱分离用的细长管。进行色谱分离用的细长管。固定相:固定相:(stationary phase)管内保持固定、起分离管内保持固定、起分离 作用的作用的填充物。填充物。流动相:流动相:(mobile phase)流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。按固定相的几何形式分类:按固定相的几何形式分类:1.柱色谱法,2.纸色谱法,3.薄层色谱法按流动相所处的状态分类按流动相所处的状态分类 气相色谱法气相色谱法液相色谱法液相色谱法气气-固色谱法固色谱法液液-固色谱法固色谱法气气-液色谱法液色谱法 液液-液色谱法液色谱法吸附色谱(吸附剂对不同组分吸附性能的异)、吸附色谱(吸附剂对
5、不同组分吸附性能的异)、分配色谱(不同组分分配系数的差异)、分配色谱(不同组分分配系数的差异)、离子交换色谱(离子交换原理)、离子交换色谱(离子交换原理)、排阻色谱(与分子尺寸大小有关)等。排阻色谱(与分子尺寸大小有关)等。色谱洗脱原理图色谱洗脱原理图 气相色谱仪流程图气相色谱仪流程图 气相色谱仪 gas chromatographic instruments色谱工作站外观外观内部结构内部结构 毛细管柱色谱 (美国安捷伦科技公司 Agilent)气路系统气路系统:要求具有要求具有:气密性:气密性 载气流速的稳定性载气流速的稳定性 流量测量的准确性流量测量的准确性 常用载气:常用载气:化学惰性,
6、不与有关物质反应化学惰性,不与有关物质反应N2 H2 Ar He。气路系统气路系统:单柱气路单柱气路-恒温分析恒温分析 双柱气路双柱气路-程序升温分析程序升温分析 净化器:活性炭、硅胶和分子筛、作用是吸潮、除氧、净化器:活性炭、硅胶和分子筛、作用是吸潮、除氧、脱烃。脱烃。载气流速控制:压力表载气流速控制:压力表(两级两级)、流量计、针形稳压阀,流量计、针形稳压阀,稳流阀控制载气流速恒定。稳流阀控制载气流速恒定。进样系统进样系统(Sample injection system)mL-1 常以微量注射器常以微量注射器(穿过隔膜穿过隔膜垫垫)或六通阀将液体样品注入或六通阀将液体样品注入气化室气化室(
7、汽化室温度比样品中汽化室温度比样品中最 易 蒸 的 物 质 的 沸 点 高 约最 易 蒸 的 物 质 的 沸 点 高 约50oC),。,。进样要求:进样要求:进样量或体积适宜;进样量或体积适宜;“塞子塞子”式进样。一般柱分离式进样。一般柱分离进样快速,过慢,将导致分离进样快速,过慢,将导致分离变差变差(拖尾拖尾)。色谱柱(分离柱)色谱柱:色谱仪的核心部件。柱材质:不锈钢管或玻璃,内径3-6毫米。长度可根据需要确定。色谱柱包括填充柱和开管柱色谱柱包括填充柱和开管柱(或称毛细管柱或称毛细管柱)。填充柱:多为填充柱:多为U形或螺旋形,内填形或螺旋形,内填60-80目的固定相;目的固定相;开管柱:分为
8、涂壁、多孔层和涂载体开管柱。通常弯成直径开管柱:分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。通常弯成直径1030cm的螺旋状。过去是填充柱占主要,但现在,这种情的螺旋状。过去是填充柱占主要,但现在,这种情况正在迅速发生变化,填充柱将会被更高效、更快速的开管况正在迅速发生变化,填充柱将会被更高效、更快速的开管柱所取代!柱所取代!4.4.5.5.色谱图色谱图 试样中各组分经色谱柱分离后,按先后次序经过检测试样中各组分经色谱柱分离后,按先后次序经过检测器时,器时,各组分的浓度经检测器转换成电信号而记录下来,各组分的浓度经检测器转换成电信号而记录下来,得到一条信号随时间变化的曲线,称为色谱流出曲线,也得到一条信号
9、随时间变化的曲线,称为色谱流出曲线,也称为色谱峰称为色谱峰.五、色谱术语五、色谱术语 在操作条件下,仅有纯流动相进入检测器时的在操作条件下,仅有纯流动相进入检测器时的 流出曲线。流出曲线。它反映检测器噪声随时间变化,它反映检测器噪声随时间变化,稳定的基线是条直线,是仪器是否正常工作的指标。稳定的基线是条直线,是仪器是否正常工作的指标。表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。通常用出峰时间或用将组分带出色谱柱所数值。通常用出峰时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积来表示。在一定的固定相和操作条需载气的体积来表示。在一定的固定相和操作条件下,任何一种物质都
10、有一确定的保留值,这样件下,任何一种物质都有一确定的保留值,这样就可用作定性参数。就可用作定性参数。不被固定相滞留的组分,从进样至出现浓度不被固定相滞留的组分,从进样至出现浓度最大值时所需的时间称为死时间最大值时所需的时间称为死时间(dead time),tM。从进样至被测组分出现浓度最大值时从进样至被测组分出现浓度最大值时 所需时间所需时间tR。扣除死时间后的保留时间。扣除死时间后的保留时间。tR?=tR tM 指色谱柱在填充后柱管内固定相颗粒间的剩留空指色谱柱在填充后柱管内固定相颗粒间的剩留空间、色谱仪管路和连接头间的空间及检测器的空间总间、色谱仪管路和连接头间的空间及检测器的空间总和称为
11、死体积和称为死体积(dead volume),VM。VM=tM F 0从进样至被测组分出现最大浓度时流从进样至被测组分出现最大浓度时流 动相通过的体积,动相通过的体积,VR。VR=tR F 0扣除死体积后的保留体积。扣除死体积后的保留体积。VR?=VR VM 或 VR?=tR?F0(F0为柱尾载气体积流量)为柱尾载气体积流量)在相同的操作条件下,某组分与另一组分在相同的操作条件下,某组分与另一组分 的调整保留值之比,用的调整保留值之比,用r 表示表示)1()2()1()2(21RRRRVVttrr r =1=1时两个组分不能分离。时两个组分不能分离。a、峰底宽 W=4 b、半峰宽 W1/2=2
12、.35 c、标准偏差峰宽 W0.607h=2 峰底宽:从峰两边的拐点作切线与基线相交部分的宽度。峰底宽:从峰两边的拐点作切线与基线相交部分的宽度。在气相色谱分析的流程中,多在气相色谱分析的流程中,多组分的试样是通过色谱柱而得到离组分的试样是通过色谱柱而得到离的,那么这是怎样实现的呢?的,那么这是怎样实现的呢?色谱柱有两种:一种是内装固定相的,称为填充柱,色谱柱有两种:一种是内装固定相的,称为填充柱,通常为用金属(铜或不锈钢)或玻璃制成的内径通常为用金属(铜或不锈钢)或玻璃制成的内径2-6mm/长长 0.510m 的的 U形或螺旋形的管子形或螺旋形的管子 另一种是将固定液均匀的涂敷在毛细管的内壁
13、上,另一种是将固定液均匀的涂敷在毛细管的内壁上,形成中空的柱子,称为毛细管柱。形成中空的柱子,称为毛细管柱。在填充柱内填充的固定相有两类在填充柱内填充的固定相有两类 即气即气-固色谱分析固色谱分析中的固定相和气液色谱中的固定相。中的固定相和气液色谱中的固定相。气气-固色谱分析中的固定相是一种具有多孔型及较固色谱分析中的固定相是一种具有多孔型及较大面积的吸附颗粒。大面积的吸附颗粒。气液色谱分析中的固定相是在化学惰性的固体颗粒气液色谱分析中的固定相是在化学惰性的固体颗粒表面,涂上一层高沸点的有机化合物,这种高沸点的化表面,涂上一层高沸点的有机化合物,这种高沸点的化合物称为固定液。合物称为固定液。当
14、试样由载气携带进当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触时,入色谱柱与固定相接触时,被固定相溶解或吸附被固定相溶解或吸附;随着载气的不断通入,随着载气的不断通入,被溶解或吸附的组分又从固被溶解或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附定相中挥发或脱附;挥发或脱附下的组分挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又再次随着载气向前移动时又再次被固定相溶解或吸附被固定相溶解或吸附;随着载气的流动,溶解、随着载气的流动,溶解、挥发,或吸附、脱附的过程挥发,或吸附、脱附的过程反复地进行。反复地进行。在一定温度和压力下,组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比值,用K表示。在一定温度和压力下,组分在固定相和流动相之
15、间分配达到平衡时的质量比,称为容量因子,也称分配比,用k表示。MsccK Msmmk Cs、Cm分别为组分在固分别为组分在固定相和流动相的浓度定相和流动相的浓度(g/ml);ms为组分分配在固定相中的质量,为组分分配在固定相中的质量,m m为组分分为组分分配在流动相中的质量配在流动相中的质量。kVVkVmVsmccKsMMmsMsPhase ratio():VM/VS,反映各种色谱柱柱型及其结构特征填充柱(填充柱(Packing column):635 毛细管柱(毛细管柱(Capillary column):501500 (1)分配系数是组分在两相间分配达到平衡时的浓)分配系数是组分在两相间分
16、配达到平衡时的浓度之比,分配比则是组分在两相间的分配总量之比。度之比,分配比则是组分在两相间的分配总量之比。(4)分配比与保留时间的关系)分配比与保留时间的关系 (2)分配系数决定于组分和两相的性质,与两相体)分配系数决定于组分和两相的性质,与两相体积无关。分配比不仅决定于组分和两相的性质,且与两积无关。分配比不仅决定于组分和两相的性质,且与两相体积比有关。相体积比有关。(3)对于一给定的色谱体系,组分的分离最终决定)对于一给定的色谱体系,组分的分离最终决定于组分在每相中的相对量,而不是相对浓度,因此分配于组分在每相中的相对量,而不是相对浓度,因此分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数。比
17、是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数。(cm s-1)uuRsskmmmmmRMsMsss1111MRMMRMRtttttkktt)1(sRuLtuLtM试样在色谱中的分离过程的基本理论包括两个方面:试样在色谱中的分离过程的基本理论包括两个方面:1.1.试样中各组分在两相间的分配情况试样中各组分在两相间的分配情况-热力学过程热力学过程2.2.试样中各组分在色谱柱中的运动情况试样中各组分在色谱柱中的运动情况-动力学过程动力学过程 塔板理论认为,塔板理论认为,一根柱子可以分为一根柱子可以分为n段,在每段内组分在两段,在每段内组分在两相间很快达到平衡,把每一段称为一块理论塔板,这一小段相间很快达到平
18、衡,把每一段称为一块理论塔板,这一小段柱长称为理论塔板高度柱长称为理论塔板高度H。引用了处理蒸馏过程的概念、理论和方法来处理色谱引用了处理蒸馏过程的概念、理论和方法来处理色谱分离过程:将连续的色谱过程看作是许多小段平衡过程分离过程:将连续的色谱过程看作是许多小段平衡过程的重复。的重复。塔板理论假定:塔板理论假定:(1)平衡迅速)平衡迅速(2)脉动式进载气,一次一个板体积()脉动式进载气,一次一个板体积(V)(3)试样开始加在零号塔板上,纵向扩散可忽略不计)试样开始加在零号塔板上,纵向扩散可忽略不计(4)分配系数在塔板上是常数)分配系数在塔板上是常数为讨论方便,假设:塔板数为为讨论方便,假设:塔
19、板数为5,k=1 。开始时,若有单位质量,即开始时,若有单位质量,即m=1(例(例1mg或或1g)的该组分加到第)的该组分加到第0号塔板上,分配平衡后,号塔板上,分配平衡后,由于由于k=1,即,即ms=mM故故mM=ms=0.5。当一个板体积(当一个板体积(lV)的载气以脉动形式进入)的载气以脉动形式进入0号板时,就将气相中含有号板时,就将气相中含有mM部分组分的载气顶到部分组分的载气顶到1号板上,此时号板上,此时0号板液相中号板液相中ms部分组分及部分组分及1号板气号板气相中的相中的mM部分组分,将各自在两相间重新分配。部分组分,将各自在两相间重新分配。故故0号板上所含组分总量为号板上所含组
20、分总量为0.5,其中气液两相,其中气液两相各为各为0.25,而,而1号板上所含总量同样为号板上所含总量同样为0.5,气液,气液相亦各为相亦各为0.25。以后每当一个新的板体积载气以脉动式进以后每当一个新的板体积载气以脉动式进入色谱柱时,上述过程就重复一次入色谱柱时,上述过程就重复一次(见下表见下表)。x0.050.100.15N5 10 15 组分从N=的柱中的流出曲线图 流出曲线呈峰形但不对称,这是由于柱子的塔板数太少流出曲线呈峰形但不对称,这是由于柱子的塔板数太少的缘故。的缘故。222)(02Rttecc 此式成为流出曲线方程式。此式成为流出曲线方程式。式中式中c0为进样浓度,为进样浓度,
21、tR 为为保留时间,保留时间,为标准偏差,为标准偏差,c为时间为时间 t时的浓度。时的浓度。由塔板理论可导出由塔板理论可导出n与色谱峰与色谱峰峰底宽峰底宽度的关系:度的关系:22)(16)(54.521YtYtnRRnLH 式中色谱柱的长度式中色谱柱的长度L,tR及及Y1/2或或Y用同一单位用同一单位(时间或距离(时间或距离)色谱柱效的描述色谱柱效的描述 考虑到死时间不参与柱内的分配,提出了有效塔板考虑到死时间不参与柱内的分配,提出了有效塔板数的概念:数的概念:22)(16)(54.521YtYtnRR有效有效有效nLH1.色谱峰越窄,塔板数色谱峰越窄,塔板数n越多,理论塔板数越多,理论塔板数
22、H就越小,此就越小,此时柱效能越高,因此时柱效能越高,因此n和和H可一作为描述柱效能的指标。可一作为描述柱效能的指标。2.n有效有效和和H有效有效能较为真实地描述柱效能的好坏。能较为真实地描述柱效能的好坏。*同一色谱柱对不同物质的柱效能是不一样的。同一色谱柱对不同物质的柱效能是不一样的。色谱柱效的描述色谱柱效的描述 通常用塔板高度和塔板数来评估色谱柱的柱效。所通常用塔板高度和塔板数来评估色谱柱的柱效。所以,塔板理论可以近似描述柱内过程的实以,塔板理论可以近似描述柱内过程的实际情况。际情况。塔板理论在解释流出曲线的形状(呈正态分布),塔板理论在解释流出曲线的形状(呈正态分布),浓度极大点的位置及
23、计算和浓度极大点的位置及计算和评价柱效评价柱效等方面都取得了很等方面都取得了很大的成功。大的成功。对对塔板理论讨论塔板理论讨论在某些方面的基本假设是不成功的):在某些方面的基本假设是不成功的):(1)蒸馏塔不完全符合色谱柱内情况(理想近似);蒸馏塔不完全符合色谱柱内情况(理想近似);(2)不是跳跃式脉冲而是连续的;不是跳跃式脉冲而是连续的;(纵向扩散被忽略掉了)(纵向扩散被忽略掉了)(3)在一个塔板高度内,也达不到瞬时平衡,需要一定时间在一个塔板高度内,也达不到瞬时平衡,需要一定时间传递;传递;(4)不能解释,同一色谱柱对不同组分不能解释,同一色谱柱对不同组分 的理论塔板数和理论的理论塔板数和
24、理论高度可能不同;高度可能不同;速率理论速率理论 塔板高度和塔板数受哪些因素的影响塔板高度和塔板数受哪些因素的影响 不同的流速下测得不同的理论塔板数不同的流速下测得不同的理论塔板数不能很好的解释不能很好的解释 溶质在柱内移动过程中存在着有限的传质过程溶质在柱内移动过程中存在着有限的传质过程,色谱色谱峰在朝前运动的同时还存在纵向扩散。峰在朝前运动的同时还存在纵向扩散。1956年荷兰学者年荷兰学者范弟姆特范弟姆特(Van Deemter)等人在研究气相色谱时,提出等人在研究气相色谱时,提出了色谱过程的动力学理论了色谱过程的动力学理论-速率理论。该理论沿用了塔板速率理论。该理论沿用了塔板理论中塔板高
25、度的概念,并同时考虑色谱过程中影响塔理论中塔板高度的概念,并同时考虑色谱过程中影响塔板高度的动力学因素。板高度的动力学因素。速率理论指出,谱峰变宽受到三个动力学因素的控速率理论指出,谱峰变宽受到三个动力学因素的控制,即涡流扩散项,分子扩散项,传质阻力项。制,即涡流扩散项,分子扩散项,传质阻力项。A,B,C为三个常数。为三个常数。H为塔板高度。为塔板高度。A项为涡流项为涡流扩散项;扩散项;B/u项为分子扩散项;项为分子扩散项;C u为传质项;为传质项;u为载气线速度,单位为为载气线速度,单位为cm/s。n *u 一定时,只有当A,B,C较小时,H才能最小,柱效才会高。)CuuBAH 常数常数A称
展开阅读全文