《儀器分析》-色譜分析概論

第十六章

色譜分析概論色譜過程和基本原理色譜法基本理論基本類型及其分離機(jī)制色譜法的發(fā)展概況1?

色譜法（chromatorgraphy）是一種物理/物理化學(xué)分離分析方法?

高效能的分離能力?

20世紀(jì)初，俄國(guó)植物學(xué)家Tweet首創(chuàng)并命名?

兩次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)與之有關(guān)?

各國(guó)藥典及其他標(biāo)準(zhǔn)的法定方法2第一節(jié)

色譜過程和基本原理一、色譜過程由于結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的不同，試樣中各組分與固定相作用的類型、強(qiáng)度也不同，結(jié)果在固定相上的滯留時(shí)間（或被流動(dòng)相攜帶移動(dòng)的速度）不等，產(chǎn)生差速遷移而被分離。樣品3二、色譜流出曲線和有關(guān)概念（一）色譜流出曲線和色譜峰1.

色譜流出曲線樣品2.

基線3.

色譜峰4.

對(duì)稱因子4對(duì)稱因子

fs(symmetryfactor)f

=W

/2A=（A+B）/

2As0.05對(duì)稱峰

fs：

0.95~1.05前延峰

f

：

<0.95

拖尾峰

f

：

>1.05ssW1/2h0.05hW0.05hAB5（二）保留值?

保留時(shí)間

tR?

死時(shí)間

t0?

保留體積

VRV

=F

·tRc

R?

調(diào)整保留時(shí)間

tR

'?

死體積

V0t

'=t

–

tRR0V

=F

·t0c

0?

調(diào)整保留體積VR'V

'

=V

-V

=F

t

'RR

0c

R6?

相對(duì)保留值

relative

retention;

rtt'V'rR2'R1R2'R12,1V?

保留指數(shù)

retention

index;

Ilg

t

lg

t''I

100

z

nR

(

x)R

(

z

)xlg

t

lg

t''R

(

z

n)R

(

z

)z為正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù)。n通常為1。規(guī)定正己烷、正庚烷及正辛烷等的保留指數(shù)分別為600、700及800，多數(shù)同系物每增加一個(gè)CH2，保留指數(shù)約增加100。7例：測(cè)定甲苯的保留指數(shù)，實(shí)驗(yàn)得到下列色譜圖，請(qǐng)根據(jù)色譜圖求出甲苯的Ix‘t＝187

22＝165R(甲苯）t‘＝159

2

2＝137R(z）t‘＝315

2

2＝293R(zn）tlg

t

lg

t''I

100

z

nR

(

x)R

(

z

)xlg

t

lg

t''R

(

z

n)R

(

z

)lg

165

lg

137lg

293

lg

137100

7

1100(7

10.24)

7248（三）色譜峰高和峰面積（四）色譜峰和區(qū)域?qū)挾?

峰高

h?

峰面積

AhW1/2?

標(biāo)準(zhǔn)差0.607h12h?

半峰寬W1/2?

峰寬W9（五）分離度

resolutiont

t2(t

t

)RR1RRR＝＝221(W

W

)/

2

W

W1212在作定量分析時(shí)，應(yīng)使R

1.5若W

W

=412R=1時(shí)，4分離，基本分離R=1.5

6分離，完全分離10三、分配系數(shù)與色譜分離（一）分配系數(shù)和保留因子c1.分配系數(shù)K

=

scm2.保留因子（質(zhì)量分配系數(shù)、分配比、容量因子）m

c

VVsss

sK=k

==Vmm

c

Vmm

m11（二）K、k和

t之間的關(guān)系vu?

保留比R'

流動(dòng)相的線速度u，組分的速度vv

=L/tRu=L/t0?

在定距展開，如柱色譜中v=L/t

，u=L/t

，tR0R'0tR?

保留比與組分分子在流動(dòng)相中的分?jǐn)?shù)有如下關(guān)系1tmNmc

Vm

mR'

R't

t

N

N

c

V

c

V1kmsmSm

ms

s12K、k和t之間的關(guān)系t'0RtRVst

=t

(1+KR

0t

=t

(1+

k)

或R

0)Vm11

kR'

色譜過程方程式t

t

t'Rk

R0t

t0013（三）色譜分離的前提?

若組分A和B通過色譜柱K（k）不等是分離的前提VsVst

=t

(1+Kt

=t

(1+K))RA

0ARB

0BVmVmVst

=t

-t

=t

(K

-K

)R

RA

RB

0

A

BVmt

=t

(1+

k

)

t

=t

(1+

k

)RA

0ARB

0B或

t

=

t

(k

-k

)R0

A

B14第二節(jié)

基本類型色譜法及其分離機(jī)制一、分類GSCGLC柱色譜法GCLC紙色譜平面色譜法柱色譜法LLCLSC色譜法TLCLLC

LSCSEC

IECBPCCECCESFC按分子聚集狀態(tài)按操作形式分類－按分離機(jī)制?

分配色譜法?

吸附色譜法?

離子交換色譜法?

分子排組色譜法16二、分配色譜法（GLC，LLC）1.

分離機(jī)制c

X

/VK

sssK-狹義分配系數(shù)c

X

/Vmmm2.

固定相和流動(dòng)相3.

洗脫順序極性洗脫順序正相

極性弱

先出峰反相

極性強(qiáng)

先出峰><固定相（固定液）流動(dòng)相GLCLLC載體上涂漬薄層液體H

，N

水，有機(jī)溶劑2217三、吸附色譜法（GSC,

LSC）1.

分離機(jī)制吸附Xm+nYXa+nYma解析[X

]

X

/

SKa

aaaKa

-吸附系數(shù)[X

]

X

/VmmmSaVm柱色譜中：t

t

(1

K)R0a18吸附色譜法SaVm[X

]

X

/

SKa

(1t

t

K)aaaR0a[X

]

X

/Vmmm2.

固定相和流動(dòng)相固定相流動(dòng)相多為吸附劑（常用硅膠）GSC：氣體極性強(qiáng)時(shí)，洗脫能力（

0）強(qiáng)LSC：有機(jī)溶劑3.

洗脫順序Ka值大，后流出色譜柱Ka與組分的性質(zhì)，吸附劑的性質(zhì)和流動(dòng)相的性質(zhì)有關(guān)19四、離子交換柱色譜法

IEC1.

分離機(jī)制交換通式：

R-B

+

AR-A

+

B再生[R

A][B]

KA/B大，交換能力強(qiáng)，

易保留K

A/B[R

B][A]選擇性系數(shù)RSO3H

+Na+RNH3+

OH-

+Cl-RSO3Na

+H+RNH3+

Cl-+OH-20離子交換色譜法2.

固定相和流動(dòng)相固定相離子交換劑流動(dòng)相一定pH和離子強(qiáng)度的緩沖溶液3.

影響保留行為的因素?

被分離離子價(jià)態(tài)高的離子選擇系數(shù)大水合離子半徑，選擇系數(shù)?

離子交換劑?

流動(dòng)相[R

A][B]K

A/B[R

B][A]離子交換色譜法影響保留行為的因素?

被分離離子強(qiáng)酸性弱酸性陽離子交換樹脂?

離子交換劑RCOOH+Na+RCOONa+H+?

流動(dòng)相H+交換能力強(qiáng)強(qiáng)堿性弱堿性陰離子交換樹脂RNR3OH

+Cl－RNR3Cl

+OH－檸檬酸根>PO

3-

>SO

2-

>

I-

>

NO

-

>SCN-

>

NO

-

>Cl-4432>

HCO

-

>CH

COO

>

OH-

>F--2233離子交換色譜法影響保留行為的因素?

被分離離子?

離子交換劑?

流動(dòng)相流動(dòng)相組成的影響流動(dòng)相組成不同，洗脫能力不同流動(dòng)相pH的影響主要影響弱離子交換樹脂的交換能力RCOOH+Na+RCOONa+H+23五、分子排阻色譜法

MEC（空間排阻色譜法

SEC）1.

分離機(jī)制XmXSK

=X

/X

psm滲透系數(shù)X

=X

，K

=1X

=0，則K

=00＜Kp＜1smpsp24分子排阻色譜法2.

固定相和流動(dòng)相?

固定相

多孔性凝膠，故又稱凝膠色譜法（gelchromatography）性能參數(shù)：平均孔徑、排斥極限和相對(duì)

分子量Kp=0

排斥極限Kp=1

全滲透點(diǎn)相對(duì)分子量范圍?流動(dòng)相有機(jī)溶劑：凝膠滲透色譜法水溶液：

凝膠過濾色譜法25分子排阻色譜法3.

保留體積與滲透系數(shù)的關(guān)系VsVmV

V

(1

K

)

V

V

K

VRmPR0p

sVs

—

凝膠孔穴的總體積，Vm

—色譜柱內(nèi)凝膠的粒間體積，近似于死體積V0滲透系數(shù)小，或分子線團(tuán)尺寸（相對(duì)分子質(zhì)量）大的組分，保留體積小，即先被洗脫出柱。X

=X

，K

=1X

=0，則K

=00＜Kp＜1smpsp26四種基本類型色譜法VV

V

KVt

t

(1

K

s

)R0R0sVmKVsK狹義分配系數(shù)吸附系數(shù)色譜柱內(nèi)固定液體積吸附劑表面積KaKA/B選擇性系數(shù)滲透系數(shù)離子交換劑總交換容量凝膠孔內(nèi)總?cè)莘eKp27第三節(jié)

色譜法基本理論?

塔板理論（plate

theory）熱力學(xué)理論，從相平衡觀點(diǎn)來研究分配過程。?

速率理論（rate

theory）動(dòng)力學(xué)理論，從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)來研究各種動(dòng)力學(xué)因素對(duì)峰展寬的影響。28一、塔板理論基本假設(shè)?

在一個(gè)塔板高度

H內(nèi)，組分可在兩相中瞬間達(dá)到分配平衡?

分配系數(shù)K在各塔板上是常數(shù)?

流動(dòng)相間歇式通過色譜柱?

試樣在柱內(nèi)的縱向擴(kuò)散可略29（一）質(zhì)量分配和轉(zhuǎn)移分配色譜過程模型k

=

2

k

=

0.5AB塔板號(hào)01組分ABAB進(jìn)氣次數(shù)進(jìn)樣

1.000

1.000N=0分配平衡

0.333

0.6670.667

0.333載氣固定液載氣進(jìn)氣

0.333

0.667N=10.667

0.333固定液載氣分配平衡

0.222

0.2220.445

0

.1110

.111

0.4450.222

0.222固定液30分配色譜過程模型

k

=2

k

=0.5ABABAB23進(jìn)氣0

.111

0.445載氣0.222

0.2220.074

0.1480.148

0.074固定液載氣N=2N=3平衡0.037

0.2960.074

0.1480.037

0.297固定液載氣進(jìn)氣

0.074

0.1480.025

0.0990.049

0.049固定液載氣平衡0.012

0.1980.025

0.099固定液31轉(zhuǎn)移N次后，在各塔板內(nèi)溶質(zhì)含量的分布符合二項(xiàng)式的展開式：[ms

][mm

]k

(m

+m

)Nsm例：用二項(xiàng)式定理計(jì)算轉(zhuǎn)移三次后各塔板內(nèi)的溶質(zhì)含量（k=2）：(m

+m

)N=m

3

+3m

2m

+

3m

m

2+m

3smssms

mm=(0.667+0.333)3=0.297+0.444+0.222+0.037=1塔板號(hào)

0

1

2

332轉(zhuǎn)移N次后第r號(hào)塔板中的含量Nmr?

可由下述通式求出：N!m

mN-rr=Nmrsmr!(N-r)!例如：N=3，r=0（0號(hào)塔板）的含量3!=0.6673-0

0.3330=0.2973m00!(3-0)!N=3，r=3（3號(hào)塔板）的含量3!

0.667

0.333

=0.0373-33=3m3

3!(3-3)!33（二）流出方程曲線當(dāng)塔板數(shù)很大時(shí)，流出曲線趨于正態(tài)分布2(t

t

)c0

2c0

2Rc

c

e2

2t=t

時(shí)Rmaxc=cmax2(t

t

)峰面積和峰高是色譜定量參數(shù)Rc

c

e2

2max34（三）理論塔板高度和理論塔板數(shù)tn=n=R

)2(塔板數(shù)

ntR()25.54W1/2色譜峰越窄，n越大，柱效越高塔板高度LnH=35舉例?

在柱長(zhǎng)為2m的某柱子上、柱溫1000C的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定苯的保留時(shí)間為1.5min，半峰寬為0.05min。求理論塔板高度和每米的理論塔板數(shù)。tR1.50

5.54(