第八章液相色谱法-课件.ppt
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- 第八 章液相 色谱 课件
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1、第八章第八章 液相色谱分析液相色谱分析 n第一节第一节 概述概述n第二节第二节 柱色谱法柱色谱法n第三节第三节 薄层色谱法薄层色谱法n第四节第四节 纸色谱法纸色谱法色谱法色谱法(chromatography)概述概述历史历史:1903年,俄国植物学家年,俄国植物学家Mikhail Tswett 最先发最先发明。他采用填充有固体明。他采用填充有固体CaCO3细粒子的玻璃细粒子的玻璃柱,将植物色素的混合物柱,将植物色素的混合物(叶绿素和叶黄素叶绿素和叶黄素 chlorophylls&xanthophylls)加于柱顶端,然加于柱顶端,然后以后以石油醚石油醚淋洗,被分离的组份在柱中显示淋洗,被分离的
2、组份在柱中显示了不同的色带,他称之为色谱了不同的色带,他称之为色谱(希腊语希腊语“chroma”=color;“graphein”=write)。概述概述 在色谱法中,将填入玻璃管或不锈钢管内静在色谱法中,将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相(固体或液体)称为止不动的一相(固体或液体)称为固定相固定相;自;自上而下运动的一相(一般是气体或液体)称为上而下运动的一相(一般是气体或液体)称为流流动相动相;装有固定相的管子(玻璃管或不锈钢管);装有固定相的管子(玻璃管或不锈钢管)称为称为色谱柱色谱柱。当流动相中样品混合物经过固定。当流动相中样品混合物经过固定相时,就会与固定相发生作用,由于各组分在
3、性相时,就会与固定相发生作用,由于各组分在性质和结构上的差异,与固定相相互作用的类型、质和结构上的差异,与固定相相互作用的类型、强弱也有差异,因此在同一推动力的作用下,不强弱也有差异,因此在同一推动力的作用下,不同组分在固定相滞留时间长短不同,从而按先后同组分在固定相滞留时间长短不同,从而按先后不同的次序从固定相中流出。不同的次序从固定相中流出。色谱法的分类色谱法的分类n按两相状态分类按两相状态分类 固定相固定相 流动相流动相 1.气体为流动相的色谱称气相色谱气体为流动相的色谱称气相色谱 (gas chromatography,GC)固体固体液体液体液体液体气体气体气相色谱气相色谱气气-固色谱
4、(固色谱(GSC)气气-液色谱(液色谱(GLC)色谱法的分类色谱法的分类2.液体为流动相的色谱称液相色谱液体为流动相的色谱称液相色谱 (liqud chromatography,LC)液相色谱液相色谱液液-固色谱(固色谱(LSC)液液-液色谱(液色谱(LLC)色谱法的分类色谱法的分类n按分离机理分类按分离机理分类 1.利用组分在吸附剂(固定相)上的吸附能利用组分在吸附剂(固定相)上的吸附能力强弱不同而得以分离的方法,称为力强弱不同而得以分离的方法,称为吸附色谱法吸附色谱法。2.利用组分在固定液(固定相)中溶解度不利用组分在固定液(固定相)中溶解度不同而达到分离的方法称为同而达到分离的方法称为分
5、配色谱法分配色谱法。3.利用组分在离子交换剂(固定相)上的亲利用组分在离子交换剂(固定相)上的亲和力大小不同而达到分离的方法,称为和力大小不同而达到分离的方法,称为离子交换离子交换色谱法色谱法。色谱法的分类色谱法的分类 4.利用大小不同的分子在多孔固定相中的选利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透而达到分离的方法,称为择渗透而达到分离的方法,称为凝胶色谱法或分凝胶色谱法或分子排阻色谱法子排阻色谱法。最近,又有一种新分离技术,利用不同组分最近,又有一种新分离技术,利用不同组分与固定相(固定化分子)的高专属性亲和力进行与固定相(固定化分子)的高专属性亲和力进行分离的技术称为亲和色谱法,常用于蛋
6、白质的分分离的技术称为亲和色谱法,常用于蛋白质的分离。离。色谱法的分类色谱法的分类吸附色谱吸附色谱:不同组份在固定相的吸附作用不同;:不同组份在固定相的吸附作用不同;分配色谱分配色谱:不同组份在固定相上的溶解能力不同;:不同组份在固定相上的溶解能力不同;离子交换色谱离子交换色谱:不同组份在固定相(离子交换剂)上的:不同组份在固定相(离子交换剂)上的亲和力不同;亲和力不同;凝胶色谱(尺寸排阻色谱)凝胶色谱(尺寸排阻色谱):不同尺寸分子在固定相上不同尺寸分子在固定相上的渗透作用。的渗透作用。色谱法的分类色谱法的分类n 按操作形式分类按操作形式分类 1.固定相装于柱内的色谱法,称为固定相装于柱内的色
7、谱法,称为柱色谱柱色谱。2.固定相呈平板状的色谱,称为固定相呈平板状的色谱,称为平板色谱平板色谱,它又可分为它又可分为薄层色谱和纸色谱薄层色谱和纸色谱。色谱法基本原理色谱法基本原理分配系数分配系数K 在一定温度和压力下,组分在固定相和流动在一定温度和压力下,组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度相之间分配达平衡时的浓度(或溶解度或溶解度)之比值,之比值,即即 msCCK溶质在流动相中的浓度溶质在流动相中的浓度溶质在固定相中的浓度溶质在固定相中的浓度分配系数分配系数 色谱法基本原理色谱法基本原理色谱机理不同,分配系数的含义不同:色谱机理不同,分配系数的含义不同:吸附色谱吸附色谱 K为吸附平衡
8、常数为吸附平衡常数 分配色谱分配色谱 K为分配系数为分配系数 离子交换色谱离子交换色谱 K为交换系数为交换系数 分子排阻色谱分子排阻色谱 K为渗透系数为渗透系数色谱法基本原理色谱法基本原理色谱分离过程的特点色谱分离过程的特点:1.差速迁移差速迁移;2.谱带扩展谱带扩展.色谱法的定义色谱法的定义:色谱法是利用混合物各组分在两相色谱法是利用混合物各组分在两相(固定相固定相和流动相和流动相)中分布的差异,使固定相对各组分的中分布的差异,使固定相对各组分的保留作用不同产生差速迁移而得到分离的一种物保留作用不同产生差速迁移而得到分离的一种物理化学分离分析方法。理化学分离分析方法。色谱法基本原理色谱法基本
9、原理分配系数与保留行为的关系分配系数与保留行为的关系 溶质在色谱柱中被保留的程度常用保留比溶质在色谱柱中被保留的程度常用保留比(retention ratio)R 表示。表示。R 1 RmttR的时间的时间溶质通过色谱柱所需要溶质通过色谱柱所需要的时间的时间溶剂通过色谱柱所需要溶剂通过色谱柱所需要保留比保留比 第二节第二节 柱色谱法柱色谱法一、液固吸附柱色谱法一、液固吸附柱色谱法二、液液分配柱色谱法二、液液分配柱色谱法三、离子交换柱色谱法三、离子交换柱色谱法四、凝胶柱色谱法四、凝胶柱色谱法五、柱色谱法的应用五、柱色谱法的应用第二节第二节 柱色谱法柱色谱法 将固定相均匀填在金属或玻璃制成的管中做
10、将固定相均匀填在金属或玻璃制成的管中做成层析柱,并以此进行分离的方法叫柱色谱法成层析柱,并以此进行分离的方法叫柱色谱法。根据作用原理,可分为:根据作用原理,可分为:n吸附柱色谱法吸附柱色谱法n分配柱色谱法分配柱色谱法n离子交换柱色谱法离子交换柱色谱法n凝胶柱色谱法凝胶柱色谱法第二节第二节 柱色谱法柱色谱法一、液固吸附色谱法一、液固吸附色谱法liquid-solid adsorption chromatography 固定相固定相固体吸附剂固体吸附剂 流动相流动相液体液体原理原理:利用吸附剂对不同组分的吸附能力的差异而利用吸附剂对不同组分的吸附能力的差异而实行分离。实行分离。第二节第二节 柱色谱
11、法柱色谱法n吸附作用吸附作用 固体吸附剂是一些多孔性物质,表面上有许固体吸附剂是一些多孔性物质,表面上有许多吸附点或称吸附中心。吸附剂之所以具有吸附多吸附点或称吸附中心。吸附剂之所以具有吸附作用,主要靠吸附剂表面的吸附点位。作用,主要靠吸附剂表面的吸附点位。硅胶吸附剂:硅胶吸附剂:SiOH第二节第二节 柱色谱法柱色谱法n吸附平衡吸附平衡 Xm+nYa Xa+nYm吸附平衡常数吸附平衡常数式中:式中:X溶质分子;溶质分子;Y流动相分子流动相分子 m流动相;流动相;n流动相分子系数;流动相分子系数;a吸附剂表面吸附剂表面 组分的吸附系数组分的吸附系数Ka越大,越容易被吸附,保越大,越容易被吸附,保
12、留时间越长,流出色谱柱就越慢留时间越长,流出色谱柱就越慢。namnmaYXYX aK第二节第二节 柱色谱法柱色谱法吸附剂极其选择吸附剂极其选择对吸附剂的要求对吸附剂的要求:1.具有较大的表面积与适宜的活性。具有较大的表面积与适宜的活性。2.与流动相极其样品中各组分不发生化学与流动相极其样品中各组分不发生化学反应,在流动相中不溶解。反应,在流动相中不溶解。3.吸附剂颗粒应有一定的细度,并且颗粒吸附剂颗粒应有一定的细度,并且颗粒要均匀。要均匀。第二节第二节 柱色谱法柱色谱法常用的吸附剂有:常用的吸附剂有:氧化铝、硅胶、聚酰胺氧化铝、硅胶、聚酰胺硅胶硅胶:呈微酸性呈微酸性 适用于分离酸性和中性物质,
13、如:有机酸、适用于分离酸性和中性物质,如:有机酸、氨基酸、萜类、甾类等的分离。氨基酸、萜类、甾类等的分离。SiSiOSiOHSiOH H2O硅胶具有多孔性的硅氧交联结构硅胶具有多孔性的硅氧交联结构硅胶骨架表面有许多硅醇基硅胶骨架表面有许多硅醇基硅胶骨架表面的羟基与水硅胶骨架表面的羟基与水结合形成水合硅醇基结合形成水合硅醇基第二节第二节 柱色谱法柱色谱法硅胶结构硅胶结构SiOHSiOHSiSiOH2O 加热加热500oC时,交联内部的结构水不可逆的时,交联内部的结构水不可逆的失去,硅醇结构变为硅氧烷结构。失去,硅醇结构变为硅氧烷结构。硅胶结构硅胶结构第二节第二节 柱色谱法柱色谱法氧化铝氧化铝 碱
14、性(碱性(pH=9 10)中性(中性(pH 7.5)酸性(酸性(pH=5 4)n 碱性氧化铝适用于分碱性和中性物质分离,如碱性氧化铝适用于分碱性和中性物质分离,如生物碱。生物碱。n中性氧化铝适用于分离生物碱、挥发油、萜类、中性氧化铝适用于分离生物碱、挥发油、萜类、甾类、酯类等。甾类、酯类等。n 酸性氧化铝适用于分离酸性氧化物,如氨基酸、酸性氧化铝适用于分离酸性氧化物,如氨基酸、酸性色素等。酸性色素等。第二节第二节 柱色谱法柱色谱法氧化铝的分离机理氧化铝的分离机理OHAl第二节第二节 柱色谱法柱色谱法流动相的选择流动相的选择应考虑以下三个方面:应考虑以下三个方面:1.被分离物质的结构与性质被分离
15、物质的结构与性质 2.吸附剂的性能吸附剂的性能 3.流动相的极性流动相的极性选择的规律选择的规律:试样组分的极性大,应选用吸附活性较弱的试样组分的极性大,应选用吸附活性较弱的吸附剂,极性较大的流动相;试样组分的极性较吸附剂,极性较大的流动相;试样组分的极性较小,应选用吸附活性较强的吸附剂,极性较小的小,应选用吸附活性较强的吸附剂,极性较小的流动相;流动相;第二节第二节 柱色谱法柱色谱法常见取代基的极性犹大到小的顺序是常见取代基的极性犹大到小的顺序是:烷烃烷烃 烯烃烯烃 醚类醚类 硝基化合物硝基化合物 二甲胺二甲胺 酯类酯类 酮类酮类 醛类醛类 硫醇硫醇 胺类胺类 酰胺酰胺 醇类醇类 酚类酚类
16、羧酸类羧酸类第二节第二节 柱色谱法柱色谱法常用流动相的极性由强到弱的顺序为常用流动相的极性由强到弱的顺序为:石油醚石油醚 环己烷环己烷 四氯化碳四氯化碳 苯苯 甲苯甲苯 乙醚乙醚 氯仿氯仿 醋酸乙酯醋酸乙酯 正丁醇正丁醇 丙酮丙酮 乙醇乙醇 甲醇甲醇 水水第二节第二节 柱色谱法柱色谱法二、液液分配色谱二、液液分配色谱liquid-liquid partition chromatography 固定相固定相液体液体 流动相流动相液体液体原理原理:利用混合物中不同的组分在两相中有着不同利用混合物中不同的组分在两相中有着不同的分配系数(溶解度)而实行分离的。的分配系数(溶解度)而实行分离的。第二节第
17、二节 柱色谱法柱色谱法固定相固定相 分配柱色谱法的固定相由担体和固定液组分配柱色谱法的固定相由担体和固定液组成。成。担体(载体)担体(载体):是一种惰性物质,不具吸附作用,只起负载是一种惰性物质,不具吸附作用,只起负载固定液的作用。固定液的作用。常用的担体有常用的担体有:多孔硅藻土、纤维素、硅胶等。:多孔硅藻土、纤维素、硅胶等。第二节第二节 柱色谱法柱色谱法流动相流动相 分配色谱中的流动相与固定相的极性应相差分配色谱中的流动相与固定相的极性应相差很大,才能互不相溶。很大,才能互不相溶。常用的流动相常用的流动相:石油醚、醇类、酮类、酯类、卤代烷及苯或石油醚、醇类、酮类、酯类、卤代烷及苯或它们的混
18、合物。它们的混合物。第二节第二节 柱色谱法柱色谱法三、离子交换色谱法三、离子交换色谱法 ion-exchange chromatography 固定相固定相离子交换树脂离子交换树脂 流动相流动相水溶液水溶液分离对象分离对象:离子型化合物离子型化合物原理原理:利用各种离子对交树脂的竞争交换能力不同利用各种离子对交树脂的竞争交换能力不同 而而实行分离的。实行分离的。第二节第二节 柱色谱法柱色谱法n离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂第二节第二节 柱色谱法柱色谱法阳离子交换树脂阳离子交换树脂 在树脂骨架结构上引入的是酸性
19、基团,如磺在树脂骨架结构上引入的是酸性基团,如磺酸基酸基SO3H,羧基,羧基COOH和酚羟基和酚羟基OH等。等。这些酸性基团上的这些酸性基团上的H+可以和溶液中阳离子发生交可以和溶液中阳离子发生交换反应,故有阳离子交换树脂之称。换反应,故有阳离子交换树脂之称。阳离子交换反应为阳离子交换反应为:nRSO3H+Mn+(RSO3)nM+nH+交交换换洗洗脱脱第二节第二节 柱色谱法柱色谱法阴离子交换树脂阴离子交换树脂 在树脂骨架结构上引入的是碱性基团,如在树脂骨架结构上引入的是碱性基团,如季胺基季胺基N(CH3)3+,伯胺基,伯胺基NH2和仲胺基和仲胺基NHCH3等。则这些碱性基团上的等。则这些碱性基
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