《色譜學(xué)lectu》ppt課件

1、色譜學(xué)色譜學(xué)第二講第二講2021年9月26日220212021年年9 9月月罪魁禍?zhǔn)祝鹤锟準(zhǔn)祝骸凹俚鞍准俚鞍兹矍璋啡矍璋?Melamine) C3H6N6 3結(jié)石機(jī)理結(jié)石機(jī)理J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 7518-75334色譜技術(shù)色譜技術(shù)為什么會(huì)被添加？為什么會(huì)被添加？含氮量高、含氮量高、不易被覺不易被覺察察為什么不易被覺察？為什么不易被覺察？檢測方法檢測方法有破綻有破綻如何來檢測？如何來檢測？56一色譜流出曲線術(shù)語：分別與柱效，一色譜流出曲線術(shù)語：分別與柱效， 定性與定量定性與定量 相對保管值相對保管值ri,s 分別因子分別因子分配系數(shù)分配系數(shù)K K和分配

2、比和分配比k kmsccK 1 分配系數(shù)分配系數(shù)msmmk 2 分配比分配比(容量因子容量因子)kk可直接從色譜圖上獲得。可直接從色譜圖上獲得。組分及固定相一定時(shí)組分及固定相一定時(shí),溫度添加溫度添加,K減小減小?分配系數(shù)分配系數(shù)K K與分配比與分配比k k的關(guān)系的關(guān)系smmmssmsVVkVmVmccK /分別因子與分配系數(shù)分別因子與分配系數(shù)K K及分配比及分配比k k的關(guān)系的關(guān)系 最早由Martin等人提出塔板實(shí)際，把色譜柱比作一個(gè)精餾塔，沿用精餾塔中塔板的概念來描畫組分在兩相間的分配行為，同時(shí)引人實(shí)際塔板數(shù)作為衡量柱效率的目的。 ( (二色譜實(shí)際二色譜實(shí)際該實(shí)際假定：該實(shí)際假定： i i在

3、柱內(nèi)一小段長度在柱內(nèi)一小段長度H H內(nèi)，組分可以在兩相間內(nèi)，組分可以在兩相間迅速到達(dá)平衡。這一小段柱長稱為實(shí)際塔板高度迅速到達(dá)平衡。這一小段柱長稱為實(shí)際塔板高度H H。 ii ii以氣相色譜為例，載氣進(jìn)入色譜柱不是延續(xù)以氣相色譜為例，載氣進(jìn)入色譜柱不是延續(xù)進(jìn)展的，而是脈動(dòng)式，每次進(jìn)氣為一個(gè)塔板體積進(jìn)展的，而是脈動(dòng)式，每次進(jìn)氣為一個(gè)塔板體積VmVm。 iiiiii一切組分開場時(shí)存在于第一切組分開場時(shí)存在于第0 0號塔板上，而且號塔板上，而且試樣沿軸縱向分散可忽略。試樣沿軸縱向分散可忽略。 iviv分配系數(shù)在一切塔板上是常數(shù)，與組分在某分配系數(shù)在一切塔板上是常數(shù)，與組分在某一塔板上的量無關(guān)。一塔板

4、上的量無關(guān)。 為簡單起見，設(shè)色譜往由為簡單起見，設(shè)色譜往由5 5塊塔板塊塔板n n5 5，n n為柱子為柱子的塔板數(shù)組成，并以的塔板數(shù)組成，并以r r表示塔板編號，表示塔板編號，r=1r=1，22，n nl l；某組分的分配比；某組分的分配比k=1.k=1. 根據(jù)上述假定，在色譜分別過程中，該組分的分布可計(jì)算如下： 開場時(shí)，假設(shè)有單位質(zhì)量，即m=1例1mg或1g的該組分加到第0號塔板上，分配平衡后，由于k=1，即ns=nm故nm=ns=0.5。當(dāng)一個(gè)板體積lV的載氣以脈動(dòng)方式進(jìn)入0號板時(shí)，就將氣相中含有nm部分組分的載氣頂?shù)?號板上，此時(shí)0號板液相或固相中ns部分組分及1號板氣相中的nm部分組

5、分，將各自在兩相間重新分配。故0號板上所含組分總量為0.5，其中氣液或氣固兩相各為0.25而1號板上所含總量同樣為0.5氣液或氣固相亦各為0.25。以后每當(dāng)一個(gè)新的板體積載氣以脈動(dòng)式進(jìn)入色譜柱時(shí)，上述過程就反復(fù)一次(見下表)。 按上述分配過程，對于n=5，k=1，m=1的體系，隨著脈動(dòng)進(jìn)入柱中板體積載氣的添加，組分分布在柱內(nèi)任一板上的總量氣液兩相中的總質(zhì)量,由塔板實(shí)際可建流出曲線方程：m為組分質(zhì)量，Vr為保管體積，n為實(shí)際塔板數(shù)。 當(dāng)流動(dòng)相體積V=Vr 時(shí)，C值最大，即)1 (2exp22rrVVnVmnCrVmnC2max222/11654. 5 WtWtnrrnLH 實(shí)際塔板數(shù)實(shí)際塔板數(shù)理

6、理論論塔塔板板高高度度色譜柱長度色譜柱長度當(dāng)色譜柱長度一定時(shí)，塔板數(shù)當(dāng)色譜柱長度一定時(shí)，塔板數(shù) n n 越大越大( (塔板高度塔板高度 H H 越小越小) )，被測組分在柱內(nèi)，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能越高，所被分配的次數(shù)越多，柱效能越高，所得色譜峰越窄。得色譜峰越窄。NoImage 從上兩式可以看出，色譜峰W越小，n就越大，而H就越小，柱效能越高。因此，n和H是描畫柱效能的目的。 通常填充色譜柱的n103，H1mm。而毛細(xì)管柱 n=105-106，H0.5mm 由于死時(shí)tM包括在tR中,而實(shí)踐的tM不參與柱內(nèi)分配,所計(jì)算的n值盡大,H很小,但與實(shí)踐柱效能相差甚遠(yuǎn).所以,提出把tM

7、扣除,采用有效實(shí)際塔板數(shù)neff和有效塔板高Heff評價(jià)柱效能。 塔板實(shí)際用熱力學(xué)觀念籠統(tǒng)地描畫了溶質(zhì)在色譜柱中的分配平衡和分別過程，導(dǎo)出流出曲線的數(shù)學(xué)模型，并勝利地解釋了流出曲線的外形及濃度極大值的位置，還提出了計(jì)算和評價(jià)柱效的參數(shù)。但由于它的某些根本假設(shè)并不完全符合柱內(nèi)實(shí)踐發(fā)生的分別過程，例如，縱向擴(kuò)能解釋呵斥譜帶擴(kuò)張的緣由和影響板高的各種要素，也不能闡明為什么在不同流速下可以測得不同的實(shí)際塔板數(shù)，這就限制了它的運(yùn)用。 222/1)(16)(54.5wtwtnrreffeffeffnLH塔板實(shí)際的作用與缺乏 作用：1.塔板實(shí)際方程式描畫色譜流出曲線應(yīng)該是正態(tài)分布函數(shù)，與實(shí)踐記錄的色譜流出曲

8、線相符合，對色譜分配系統(tǒng)有指點(diǎn)意義。 2.實(shí)際塔板數(shù)公式：n評價(jià)色譜柱是勝利的。 3.塔板實(shí)際提出了塔板高度對色譜峰區(qū)域?qū)挾葦U(kuò)張的影響。 缺乏：1.模擬假設(shè)條件提出，同實(shí)踐情況有差別，所以色譜分配定量關(guān)系不準(zhǔn)確。 2.塔板實(shí)際不能解釋H與色譜峰擴(kuò)張關(guān)系。 3.忽略了縱向分散的作用。 4.流速差別所呵斥不同的塔板數(shù)。2 速率實(shí)際影響柱效的要素速率實(shí)際影響柱效的要素CuuBAH 流動(dòng)相流動(dòng)相線速度線速度范弟姆特方程范弟姆特方程沈昊宇，沈昊宇， haoyushen2000163241) A渦流分散項(xiàng)渦流分散項(xiàng) A = 2dp dp：固定相的平均顆粒直徑：固定相的填充不均勻因子 固定相顆粒越小dp，填

9、充的越均勻，A，H，柱效n。表如今渦流分散所引起的色譜峰變寬景象減輕，色譜峰較窄。 空心毛細(xì)管柱：A =0沈昊宇，沈昊宇， haoyushen2000163252) B/u 分子分散項(xiàng)分子分散項(xiàng) B = 2 Dg ：彎曲因子，填充柱色譜，1。 Dg：試樣組分分子在氣相中的分散系數(shù)cm2s-1 (1) 存在著濃度差，產(chǎn)生縱向分散; (2) 分散導(dǎo)致色譜峰變寬，H(n)，分別變差; (3) 分子分散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速，滯留時(shí)間，分散; (4) 分散系數(shù)：Dg (M載氣)-1/2 ； M載氣，B值。 (5) 較低的柱溫可以減小B3) 傳質(zhì)阻力項(xiàng)傳質(zhì)阻力項(xiàng)CuuCuCCulg gpgDdkkC222)

10、1(01. 0 氣相傳質(zhì)阻力氣相傳質(zhì)阻力固定相顆粒越小固定相顆粒越小氣相傳質(zhì)阻力越小氣相傳質(zhì)阻力越小lflDdkkC22)1(32 液相傳質(zhì)阻力液相傳質(zhì)阻力固定液粘度及液膜厚度越小固定液粘度及液膜厚度越小液相傳質(zhì)阻力越小液相傳質(zhì)阻力越小4) 流動(dòng)相線速度對板高的影響流動(dòng)相線速度對板高的影響CuuBAH 氣相色譜：氣相色譜：H = B/u + CuH = B/u + Cu液相色譜：液相色譜：H = A + CuH = A + Cu 氣相色譜與液相色譜法的氣相色譜與液相色譜法的H-uH-u圖圖 圖18d1闡明了柱效和選擇性對分別的影響。圖中a兩色譜峰間隔近并且峰形寬。兩峰嚴(yán)重相疊，這表示選擇性和柱

11、效都很差。圖中b雖然兩峰間隔拉開了，但峰形仍很寬，闡明選擇性好，但柱效低。圖中c分別最理想，闡明選擇性好，柱效也高。 四四 分別度分別度分別度作為色譜柱的總分別效能目的，以判別難分別物質(zhì)分別度作為色譜柱的總分別效能目的，以判別難分別物質(zhì)對在色譜柱中的分別情況。對在色譜柱中的分別情況。分別度分別度R定義為：定義為：相鄰兩峰的保管時(shí)間之差與兩組分峰寬平均值之比相鄰兩峰的保管時(shí)間之差與兩組分峰寬平均值之比值，值，R 1時(shí)，兩峰有時(shí)，兩峰有 98 以上的分別；以上的分別； R= 1.5時(shí)，分別程度可達(dá)時(shí)，分別程度可達(dá) 99 7 。普通用普通用 R=1.5為相鄰兩峰完全分別的標(biāo)志。為相鄰兩峰完全分別的標(biāo)

12、志。前往)WW()tt (2)WW(21ttR211r2r211r2r R=1.5完全分別完全分別分別度與分別度與k、n及及 的關(guān)系的關(guān)系 k從從1添加到添加到3，R添加到原來的添加到原來的1.5倍倍 (k: 2-7) n添加到原來的添加到原來的3倍，倍，R添加到原來的添加到原來的1.7倍倍 從從1.01添加到添加到1.1，添加約，添加約9，R增增 加到原來的加到原來的9倍倍 結(jié)論結(jié)論選擇適宜的固定相選擇適宜的固定相(流動(dòng)相流動(dòng)相)以添加以添加 是改善分別度最有效的方法是改善分別度最有效的方法 11422kknR 1) 各組分的分配系數(shù)必需不同。這一條件各組分的分配系數(shù)必需不同。這一條件經(jīng)過選

13、擇適宜的固定相來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過選擇適宜的固定相來實(shí)現(xiàn)。2) 色譜柱的柱效要高。色譜柱的柱效要高。3) 在保證快速分別的前提條件下，色譜柱在保證快速分別的前提條件下，色譜柱應(yīng)足夠長。應(yīng)足夠長。使試樣中的不同組分分使試樣中的不同組分分別需求滿足的條件別需求滿足的條件三三 氣相色譜分析方法及運(yùn)用氣相色譜分析方法及運(yùn)用一一 定性分析定性分析1 用知純物質(zhì)用知純物質(zhì) 對照定性對照定性保管值定性保管值定性峰高添加法定峰高添加法定性性 (1) 閱歷規(guī)律閱歷規(guī)律碳數(shù)規(guī)碳數(shù)規(guī)律律在一定溫度下，同系物的調(diào)整保管時(shí)間的在一定溫度下，同系物的調(diào)整保管時(shí)間的對數(shù)與分子中碳數(shù)成線性關(guān)系對數(shù)與分子中碳數(shù)成線性關(guān)系)3(lg n

14、CAntr假設(shè)知道兩種或更多同系物的調(diào)整保管時(shí)間，那假設(shè)知道兩種或更多同系物的調(diào)整保管時(shí)間，那么可求出常數(shù)么可求出常數(shù)A和和C。從色譜圖查出未知物的。從色譜圖查出未知物的 后后，根據(jù)上式即可求出未知物的碳數(shù)。，根據(jù)上式即可求出未知物的碳數(shù)。rt(2) 相對保管值相對保管值3.3.與其他分析儀器聯(lián)用的定性方法與其他分析儀器聯(lián)用的定性方法 色質(zhì)譜聯(lián)用儀色質(zhì)譜聯(lián)用儀GC-MSGC-MS；LC-MSLC-MS 色譜色譜- -紅外光譜儀聯(lián)用儀、原子發(fā)射儀等；紅外光譜儀聯(lián)用儀、原子發(fā)射儀等； 組分的構(gòu)造鑒定組分的構(gòu)造鑒定SampleSampleGas Chromatograph (GC)Mass Spec

15、trometer (MS)SeparationIdentification氣相色譜聯(lián)用技術(shù)GC-MSMS：利用電磁學(xué)原理將樣品分子轉(zhuǎn)換為帶電荷的氣態(tài)離子，并按照核質(zhì)比將其分別并記錄下來，從而獲得分子構(gòu)造的方法。質(zhì)譜單元：真空部分、電離源、質(zhì)量分析器、檢測器氣質(zhì)聯(lián)用：接口單元色譜儀柱出口壓力為105Pa，質(zhì)譜儀必需保證在高真空度下運(yùn)轉(zhuǎn)。為理處理壓力的不協(xié)調(diào)性接口。接口方式：開口分流法通入維護(hù)氣流He，使色譜柱的末端堅(jiān)持常壓，而不會(huì)降低系統(tǒng)的分別效率。限阻管具有適當(dāng)?shù)淖枇?，僅有一小部分被引入質(zhì)譜大部分被放空。 分子分別器：經(jīng)過分餾技術(shù)，使進(jìn)入質(zhì)譜的氣流獲得富集，以保證較高的靈敏度。 直接銜接法：毛

16、細(xì)管柱內(nèi)徑細(xì)，柱流量小，即使色譜出來的一切氣流全部流入質(zhì)譜系統(tǒng)，真空系統(tǒng)仍可以維持較好的形狀。GC/AES(氣相色譜原子發(fā)射光譜氣相色譜原子發(fā)射光譜)二甲基硒二甲基硒烯丙基甲基硒烯丙基甲基硒甲基亞磺基硒酸甲酯甲基亞磺基硒酸甲酯二甲基二硒二甲基二硒2丙稀硫硒酸甲酯丙稀硫硒酸甲酯 1丙稀硫硒酸甲酯丙稀硫硒酸甲酯 雙雙( (甲硫甲硫) )硒硒烯丙基甲基烯丙基甲基硫硫二甲基二硫二甲基二硫二烯丙基硫二烯丙基硫烯丙基甲基二硫烯丙基甲基二硫二甲基三硫二甲基三硫二烯丙基二硫二烯丙基二硫烯丙基甲基三硫烯丙基甲基三硫二烯丙基三硫二烯丙基三硫GC-AES同時(shí)檢測大蒜中碳、硫、硒化合物同時(shí)檢測大蒜中碳、硫、硒化合物S

17、e(196.1 nm)C(193.1 nm)S(180.7 nm)幾種方法結(jié)合定性幾種方法結(jié)合定性化合物化合物GC-MS色譜保管指數(shù)色譜保管指數(shù)質(zhì)譜類似度質(zhì)譜類似度 OV-101柱柱 PEG 20M柱柱9號峰定性數(shù)據(jù)號峰定性數(shù)據(jù)9851149-蒎烯蒎烯9349811124香葉烯香葉烯9269861156質(zhì)譜和保管指數(shù)兩種鑒定方法的結(jié)果質(zhì)譜和保管指數(shù)兩種鑒定方法的結(jié)果例：纈草揮發(fā)油化學(xué)成分的研討例：纈草揮發(fā)油化學(xué)成分的研討多種方法結(jié)合定性可大大提高鑒定的可靠性多種方法結(jié)合定性可大大提高鑒定的可靠性二二 定量分析定量分析1 定量根底定量根底iiiAfm )(峰峰面面積積iiihfm )(峰峰高高或

18、或ississiisiiAmAmAmAmfff /單位峰面積單位峰面積(或單位峰高或單位峰高)的組分的量的組分的量定量校正因定量校正因子子相對校正因子相對校正因子2 常用的幾種定量分析方法常用的幾種定量分析方法(1)歸一化法歸一化法%1002211 nniiiAfAfAfAfC試樣中一切組分試樣中一切組分均須出峰均須出峰要求要求操作條件如進(jìn)樣量、載氣流速等操作條件如進(jìn)樣量、載氣流速等變化時(shí)對結(jié)果的影響較小。變化時(shí)對結(jié)果的影響較小。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)組分組分乙苯乙苯對二甲苯對二甲苯 間二甲苯間二甲苯 鄰二甲苯鄰二甲苯峰面積峰面積12075140105fi0.971.000.960.98校正因子歸一校正因子

19、歸一化定量結(jié)果化定量結(jié)果27.017.531.324.1峰面積直接歸峰面積直接歸一化定量結(jié)果一化定量結(jié)果27.217.131.823.9C8芳烴異構(gòu)體歸一化定量分析芳烴異構(gòu)體歸一化定量分析 2外標(biāo)法也稱為規(guī)范曲線法。特點(diǎn)及要求：特點(diǎn)及要求： 外標(biāo)法不運(yùn)用校正因子，準(zhǔn)確性較高，外標(biāo)法不運(yùn)用校正因子，準(zhǔn)確性較高， 操作條件變化對結(jié)果準(zhǔn)確性影響較大。操作條件變化對結(jié)果準(zhǔn)確性影響較大。 對進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性控制要求較高，適用對進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性控制要求較高，適用于大批量試樣的快速分析。于大批量試樣的快速分析。0 .0 00 .0 50 .1 00 .1 50 .2 00 .2 50 .3 00 .0 0 0

20、.5 0 1 .0 0 1 .5 0 2 .0 0 2 .5 0 3 .0 0 3 .5 0 4 .0 0 4 .5 0 5 .0 0 5 .5 0 6 .0 0 6 .5 0 7 .0 0M in u te s0 .0 00 .0 50 .1 00 .1 50 .2 00 .2 50 .3 00 .0 0 0 .5 0 1 .0 0 1 .5 0 2 .0 0 2 .5 0 3 .0 0 3 .5 0 4 .0 0 4 .5 0 5 .0 0 5 .5 0 6 .0 0 6 .5 0 7 .0 0M in u te s0 .0 00 .0 50 .1 00 .1 50 .2 00 .2 50 .3 00 .0 0 0 .5 0 1 .0 0 1 .5