藥物分析氣相色譜基礎PPT課件

1、 按固定相的幾何形式分類： 1.柱色譜法， 2.紙色譜法， 3.薄層色譜法 。 按兩相所處的狀態(tài)分類： 氣相色譜法液相色譜法氣-固色譜法液-固色譜法氣-液色譜法 液-液色譜法第1頁/共62頁第2頁/共62頁氣相色譜儀通常由五部分組成： 載氣系統(tǒng)：氣源、氣體凈化器、供氣控 制閥門和儀表。 進樣系統(tǒng)：進樣器、汽化室。 分離系統(tǒng)：色譜柱、控溫柱箱。 檢測系統(tǒng)：檢測器、檢測室。 記錄系統(tǒng)：放大器、記錄儀、 色譜工作站。第3頁/共62頁皂膜流量計轉字流量計調整儀，標準儀Setup of Gas Chromatograph第4頁/共62頁第5頁/共62頁第6頁/共62頁第7頁/共62頁第8頁/共62頁圖1

2、 、色譜過程 圖2、 色譜圖ABKAKB 第9頁/共62頁 色譜圖（chromatogram）： 試樣中各組分經色譜柱分離后，按先后次序經過檢測器時，檢測器就將流動相中各組分濃度變化轉變?yōu)橄鄳碾娦盘枺捎涗泝x所記錄下的信號時間曲線或信號流動相體積曲線，稱為色譜流出曲線，第10頁/共62頁常用術語：基線： 在操作條件下，僅有純流動相進l 入檢測器時的流出曲線。峰高與峰面積：色譜峰頂點與峰底之間的 l垂直距離稱為峰高(peak height)。用h表示。l峰與峰底之間的面積稱為峰面積(peak area)，l用A表示。峰的區(qū)域寬度： a a、峰底寬 WD = 4=1.70 Wh/2 b、半高峰寬

3、 Wh/2=2.355 c、標準偏差峰寬 W0.607h=2 第11頁/共62頁 保留值: 1) 保留時間 ：從進樣至被測組分出現(xiàn)濃度最大值時所需時間tR。 2) 保留體積 ：從進樣至被測組分出現(xiàn)最大濃度時流動相通過的體積，VR。 死時間： 不被固定相滯留的組分，從進樣至出現(xiàn)濃度最大值時所需的時間稱為死時間(dead time)，tM。 死體積: 不被固定相滯留的組分，從進樣至出現(xiàn)濃度最大值時流動相通過的體積稱為死體積(dead volume) ，VM。（F0為柱尾載氣體積流量） VM = tM F 0第12頁/共62頁 調整保留值:1) 調整保留時間：扣除死時間后的保留時間。 tR?= tR

4、 tM2) 調整保留體積：扣除死體積后的保留體積。 VR ? = VR VM 或 VR ? = tR ? F0 相對保留值（relative retention） 在相同的操作條件下，待測組分與參比組分的調整保留值之比，用ri，s 表示)()()()(sRiRsRiRsiVVttr ，第13頁/共62頁色譜分析的實驗依據(jù)： 、根據(jù)色譜峰的位置（保留時間）可以進行定性分析。 2、根據(jù)色譜峰的面積或峰高可以進行定量分析。 3、根據(jù)色譜峰的展寬程度，可以對某物質在實驗條件下的分離特性進行評價。由此可知：相對保留值應該與柱長、柱徑、填充情況、流動相流速等條件無關，而僅與溫度、固定相種類有關。 當ri，

5、s =1時兩個組分不能分離。第14頁/共62頁 氣相色譜分析理論基礎 一、分配平衡的幾個參數(shù)： 1 1、分配系數(shù)（distribution coefficient） 在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相間達到分配平衡時的濃度比值，用K表示。 。 2、容量因子（capacity factor） 在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相之間分配達到平衡時的質量比，稱為容量因子，也稱分配比，用k表示。 msccK mmssVcVck 第15頁/共62頁 cs、cm分別為組分在固定相和流動相的濃度(g/ml)；V m為色譜柱中流動相的體積，近似等于死體積， Vs為色譜柱中固定相的體積。 3 3、分

6、配系數(shù)、分配系數(shù)和分配比之間的關系和分配比之間的關系 分配系數(shù)K 與柱中固定相和流動相的體積無關，而取決于組分及兩相的性質，并隨柱溫、柱壓變化而變化。 容量因子k 決定于組分及固定相的熱力學性質，隨柱溫、柱壓的變化而變化，還與流動相及固定相的體積有關。第16頁/共62頁 理論上可以推導出： 1KVVKkMS MRMRVVttk Phase ratio(相比，): VM / VS, 反映各種色譜柱柱型及其結構特征填充柱（Packing column）: 635 毛細管柱（Capillary column）: 501500第17頁/共62頁MSRVKVV色譜過程的基本方程式：MsMMRVVKtkt

7、t )1 ()1 (kVVKtttMMsMR kttMR SMRKVkVV kVVMR 第18頁/共62頁 色譜分離的基本理論 1 1、塔板理論（ Martin and Synge 1941） 塔板理論認為，一根柱子可以分為n段，在每段內組分在兩相間很快達到平衡，把每一段稱為一塊理論塔板。設柱長為L，理論塔板高度為H，則 H = L / n 式中n為理論塔板數(shù)。 理論塔板數(shù)（n）可根據(jù)色譜圖上所測得的保留時間（tR）和峰底寬（w）或半峰寬（ wh/2 ）按下式推算：2)(16WtnR22)(54. 5hRWtn 或第19頁/共62頁第20頁/共62頁有效塔板數(shù)（neff）的計算公式為；222/

8、)(16)(54. 5wtwtnRhReff 通常用有效塔板數(shù)（n neffeff）來評價柱的效能比較符合實際。 neff 越大或H Heffeff越小，則色譜柱的柱效越高。 Heff=L/neff n = 1+k k2 neff第21頁/共62頁 2 2、速率理論 （J. J. Van Deemter 1956） 速率理論認為，單個組分粒子在色譜柱內固定相和流動相間要發(fā)生千萬次轉移，加上分子擴散和運動途徑等因素，它在柱內的運動是高度不規(guī)則的，是隨機的，在柱中隨流動相前進的速度是不均一的。 A項為渦流擴散項；B/ u項為分子擴散項；C u為傳質項，；u為載氣線速度，單位為cm/s。范第姆特方程

9、式(Van Deemter equation)CuuBAH 第22頁/共62頁第23頁/共62頁Stationary phaseStationary liquidCapillary wall第24頁/共62頁第25頁/共62頁 色譜分離條件的選擇 一、分離度（resolutionresolution） 相鄰兩色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬度平均值之比，用R表示。分離度可以用來作為衡量色譜峰分離效能的指標。 R 越大，表明兩組分分離效果越好 保留值之差取決于固定液的熱力學性質 色譜峰寬窄反映色譜過程動力學因素 及柱效能高低21)1()2(21)1()2()(22wwttwwttRRRRR第2

10、6頁/共62頁對于峰形對稱且滿足正態(tài)分布的色譜峰：R=1, 分離程度為98%； R=1.5，分離程度可達99.7%。 所以R=1.5時可認為色譜峰已完全分開。第27頁/共62頁 色譜分離關系式 設兩相鄰峰的峰寬相等，即w1=w2，則2)1()2(21)1()2()(2wttwwttRRRRR2)(16WtnRntntWRR)2(2)2(2416又知第28頁/共62頁另1 , 21212)1()2(rkkttttttMRMRRR ）（）（2)2(kttMR )1)(1)(4(221 , 21 , 2kkrrnR)1(1 , 21 , 2rr)1(22kk稱為柱效項；稱為柱選擇項；容量因子項。4n

11、)1)(4(1 , 21 , 2rrnReff r12，相對保留因子第29頁/共62頁與柱效的關系（柱效因子）與容量因子的關系R nR n1/21/2增加柱長減小塔板高度限制：L過長，保留時間延長，分析時間延長，色譜峰擴展。使用性能優(yōu)良的色譜柱，并選擇最佳分離條件k值增大，有利于分離，但k 10時，對R的增加不明顯，也會顯著增加分析時間k的最佳范圍：1 10第30頁/共62頁與柱選擇性的關系 分離度、柱效、柱選擇性的關系r2,1越大，柱選擇性越好，分離效果越好。如果兩個相鄰峰的選擇因子足夠大，則即使色譜柱的理論塔板數(shù)較小，也可以實現(xiàn)分離。 L = 16R2H有效 -12= n有效 H有效第31

12、頁/共62頁 例題：設有一對物質，其r2,1 =1.15,要求在Heff=0.1cm的某填充柱上得到完全分離，試計算至少需要多長的色譜柱？ 解：要實現(xiàn)完全分離，R1.5,故所需有效理論塔板數(shù)為： 使用普通色譜柱，有效塔板高度為0.1cm,故所需柱長應為：m.L2102112 第32頁/共62頁 三、色譜條件的選擇 1、載氣流速的選擇（與分析時間、柱效有關）實際工作中，為了縮短分析時間，常使流速稍高與最佳流速。第33頁/共62頁 2、分離柱型的選擇（與總柱效、分離度R有關）第34頁/共62頁 3、柱溫的選擇（與ri，j有關） 能使沸點最高的組分達到分離的前提下，盡量選擇較低的溫度。當然被測物的保

13、留時間要短、峰形不能有嚴重拖尾。最好用程序升溫方法，以實驗優(yōu)化選擇的條件為工作條件。 4、固定液與擔體的選擇（與相比有關） 由實驗手冊查出參考值，再由實驗選擇。 5、汽化室與檢測室溫度（與被測對象的利用度有關） 汽化溫度、檢測室溫度高于柱溫30-70度。 6、進樣量：（與柱容量有關） 根據(jù)擔液比及柱子形式決定進樣量，進樣 方式為柱塞進樣。第35頁/共62頁第36頁/共62頁 2-4 固定相及其選擇 一、固定相的類型： 吸附劑型固定相 固定相 擔體+固定液型固定相 常用吸附劑型固定相有： 第37頁/共62頁 常用擔體+固定液型固定相中： 常用擔體有： 1、紅色擔體：（101型擔體） 特點是：表面

14、空隙小、比表面積大、機械強度 高、擔液能力強、表面有吸附中心。 2、白色擔體：（6201型擔體） 特點是：表面空隙較大、比表面積較小、機械 強度較差、擔液能力中、表面無吸附中心。 3、非硅藻土型擔體：聚合氟塑料擔體、玻璃 微球擔體、高分子微球擔體等。特點是：表面空隙適中、比表面積適中、機械強 度較強、耐高溫、耐強腐蝕、價格偏高。 硅藻土型擔體用前要預處理：酸洗、堿洗、硅烷化。第38頁/共62頁 二、固定液的類型： 第39頁/共62頁三、固定液的極性： 固定液與待測化合物之間的作用力主要屬定向力、誘導力、色散力、氫鍵力等弱相互作用為主，所以固定相的極性對分離過程非常重要，固定相極性用相對極性P的

15、公式表示： 規(guī)定：,-氧二丙腈固定液的P=100、角鯊烷固定液的P=0 、測試標樣為環(huán)己烷-苯rttqqqqqPRRxx2121211lglg100100)(， 第40頁/共62頁 按P的數(shù)值將固定液的極性以20間隔分為五級： 020 為0+1 ，稱非極性固定液； 2040 為+1+2 ，稱弱極性固定液； 4060 為+2+3 ，稱中極性固定液； 80100 為+4+5 , 稱強極性固定液； 固定液的極性與待測組分極性的選擇原則為： “相似相溶原理”第41頁/共62頁 四、固定液選擇示例第42頁/共62頁第43頁/共62頁 氣相色譜檢測器 一、氣相色譜檢測器的類型 氣相色譜檢測器根據(jù)響應原理的

16、不同可分為濃度型檢測器和質量型檢測器兩類。 濃度型檢測器：測量的是載氣中某組分瞬間濃度的變化，即檢測器的響應值和組分的瞬間濃度成正比。如熱導池檢測器（TCD）和電子捕獲檢測器（ECD） 質量型檢測器：測量的是載氣中某組分質量比率的變化，即檢測器的響應值和單位時間進入檢測器的組分質量成正比。如氫火焰離子化檢測器（FID）和火焰光度檢測器（FPD）第44頁/共62頁 通用檢測器有： 1 1、熱導池檢測器，TCD (Thermal conductivity TCD (Thermal conductivity detector) detector) 測一般化合物和永久性氣體 2 2、氫火焰離子化檢測器

17、,FID,FID (Hydrogen flame (Hydrogen flame ionization detector) ionization detector) 測一般有機化合物專用檢測器有： 3 3、電子俘獲檢測器，ECD (Electron capture ECD (Electron capture detector) detector) 測帶強電負性原子的有機化合物 4 4、火焰光度檢測器，F(xiàn)PD (Flame photometric FPD (Flame photometric detector) detector) 測含硫、含磷的有機化合物特殊檢測器有：FTIRFTIR、MSMS

18、、測化合物結構第45頁/共62頁 二、氣相色譜檢測器的工作原理 1 1、熱導檢測器 原理；就是利用不同的物質具有不同的導熱系數(shù)。Self-study & Exam: 熱導池的構造，工作原理及影響檢測靈敏度的因素。第46頁/共62頁 2 2、氫火焰離子化檢測器 原理：利用有機化合物在氫火焰中燃燒時能產生帶電離子碎片，收集其荷電量進行測定。Self-study & Exam: 氫火焰檢測器的構造，工作原理及影響檢測靈敏度的因素。第47頁/共62頁 三、色譜檢測器的靈敏度 1、靈敏度icmmgmVCRS)3/()( dtFdmdVdmCi0 第48頁/共62頁tdccCSctdcRx

19、dcRxdhAi 21211FccmSmdFccStdccCSAi02102121 3021/:cmmgmVunitmAFccSC sgmVunitmAccSm/:2160 第49頁/共62頁 2、最小檢出量 3、響應時間 4、線性范圍 5、噪音及檢處出限SNcYQmmh3605. 122/0 SNcFYQCCh3605. 1202/0 hYAh 2/605. 1NchC31 注意：第50頁/共62頁2-6 氣相色譜定性法 一、利用內標物與待測物的相對保留值r1，2 進行定性分析。 實驗中要用雙柱、或多柱進行分析，必 須要有適當?shù)臉藴饰镔|。 二、利用保留指數(shù)進行I進行定性分析)lglglglg

20、(1001ZXXXXZZZiiI 第51頁/共62頁 Xz+1 ， Xz 分別代表含Z+1、Z個碳原子的正構烷烴在測定柱上的調整保留參數(shù)， Xi代表待測物質在測定柱上的調整保留參數(shù)。 由于I 的值溫度之間呈線性關系，所以可以方便的外推求出文獻測定條件下的I 值而進行定性分析，無須標準物質。ITCABX1X2第52頁/共62頁n-heptane: n-octane:Figure Sketch map for determination of rotention index第53頁/共62頁2-7 氣相色譜定量法 一、色譜定量公式： mi = fi Aimi ：待測物質質量fi ：待測物質定量校正

21、因子Ai ：待測物質色譜峰的積分面積第54頁/共62頁二、色譜峰的面積求法： 1、峰高乘半峰寬法 2、峰高乘平均峰寬法 3、峰高乘保留值法 4、電子積分法0103hY1/2SignalthYAh 2/605. 12)85. 015. 0YYhA （tbhYhARh 2/第55頁/共62頁三、定量校正因子 （Quantitative calibration factor） 絕對校正因子： 相對校正因子：用標準物質為參照物、求出待測物質與標準物之間絕對校正因子的比值。對熱導池檢測器的標準物是苯、對氫火焰離子化檢測器的標準物是正庚烷。iiiAfm iiiAmf 1.質量校正因子（Mass calibration factor fm ） 第56頁/共62頁siis)