色谱法气相色谱法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,仪器分析,之,分离分析篇,第十五章 色谱法引论,第十六章 气相色谱法,第十七章 高效液相色谱法,1,传统的分离方法:,蒸馏、溶剂萃取、重结晶、化学沉淀及电解沉积法等,现代常用的分离方法：,色谱法,(chromatography),第十五章,色谱法引论,2,茨维特实验：,用石油醚洗脱植物叶子提取物,实验存在两相：,固定相:,碳酸钙,流动相:,石油醚,15-1,概述,色谱法：,是一种利用混合物中诸组分在两相间的分配原理以获得分离的方法。,3,混合物:甲基橙、亚甲蓝,固定相:氧化铝,流动相:95%乙醇,一、,色谱法,4,薄层色谱法和纸色谱法,5,薄层色谱法,6,薄层色谱法,7,色谱法描述:,色谱法是一种分离分析技术,;,其中一相固定不动称为固定相,（,stationary phase,）,；,另一相携带试样运动的流体（气体或液体）称为流动相（,mobile phase,）,。,8,二、色谱法分类,平面色谱法：,柱色谱法,：,填充柱法,毛细管柱色谱法,薄层色谱法 纸色谱法,9,填充色谱柱,填充柱色谱法,10,填充色谱柱,填充柱色谱法,11,填充柱填料,12,b:载体+固定液,溶解作用,吸附作用,a:固体吸附剂,+组分,+组分,色谱柱截面图,填充柱色谱法,13,毛细管柱色谱法,c:固定液,溶解作用,毛细管色谱柱,色谱柱截面图,+组分,14,2.根据流动相的状态，色谱法分类,气相色谱法,GC,液相色谱法,LC,超临界流体色谱法,SFC,二、色谱法分类,15,吸附色谱,分配色谱,尺寸排阻色谱,离子色谱,亲合色谱,二、色谱法分类,16,二.色谱法的特点,分离效率高,灵敏度高,：,可以检测出,-1,(10,-12,),级甚至更低的量。,分析速度快,应用范围广,17,三.色谱法的应用,药物开发、药物质量控制,临床体内药物分析,食品安全,环境保护,军事领域,公安、法医、国家安全部门,石油、化工,体育、娱乐,18,四、色谱仪基本构造,Detector,Carrier gas,Flow or pressure,controller,Injection port,Column,气相色谱流程图,Data station,(Recorder),19,四、色谱仪基本构造,PUMP,Detector,Data station,(Recorder),Column,Mobile phase,液相色谱流程图,20,分离,流动相,样品,色谱柱,检测器,色谱图,15-2 色谱流出曲线及有关术语,21,一、,色谱流出曲线和色谱峰,22,一、,色谱流出曲线和色谱峰,23,第十五章 色谱法引论,SGE 极性,一、常用的定性分析方法,15-2 色谱流出曲线及有关术语,W,N,H 柱效越高。,氢火焰检测器适于分析什么样品?,意义：分离度可作为色谱柱的总分离效能指标,制备一根性能优良的柱子，并在最优化条件下进行,BP-5 弱极性,超临界流体色谱法SFC,最高使用温度低于聚硅氧烷类固定液。,最小可检量是标准物质测定的，会随着分析的化合物不同而变化。,理论塔板数和理论塔板高度的计算,温度高，分析时间短，但分离效果差,50%苯基甲基硅氧烷,（,Baseline,）,2.峰高h、峰面积A,3.保留值：,保留时间t,r,死时间t0,调整保留时间tr,4.区域宽度:,标准,偏差,半峰宽W1/2,峰底宽度W,t,r,=t,r,-t,0,评价色谱柱分离效率,定性分析,定量分析,24,峰,基线,样品,注入,的时间,保留时间,4.014 min,5.180min,正常峰形是对称的正态分布曲线。,25,26,27,28,一.分配系数（定温定压）,分配系数是由组分和两相的热力学性质决定的,15-3 色谱法基本原理,29,K,值大的组分,在柱内移动的速度慢，滞留在固定相中的时间长，后流出柱子,;,分配系数是色谱分离的依据,;,柱温是影响分配系数的一个重要参数。,15-3 色谱法基本原理,30,（又称容量因子）,意义：,是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数；,15-3 色谱法基本原理,31,可由色谱图测得,容量因子,(,保留因子,),是特定化合物在给定流动相组成、温度和柱类型条件下的保留特征,.,Inject,t,O,t,R2,t,R1,32,意义:,表示两组分在给定柱子上的选择性，值越大说明柱子的选择性越好。,1,15-3 色谱法基本原理,33,15-3 色谱法基本原理,34,分配系数及分配比与选择因子的关系,两组分的K或,相差越大，则分离的越好。,15-3 色谱法基本原理,35,色谱分离过程,+固体吸附剂,+固定液,流动相,反复分配,K值小的先流出,吸附,脱附,溶解,挥发,K值不同的组分,36,15-3 色谱法基本原理,37,塔板理论:将色谱柱比作蒸馏塔，把一根连续的色谱柱设想成由许多小段组成。在每一小段内，一部分空间为固定相占据，另一部分空间充满流动相。组分随流动相进入色谱柱后，就在两相间进行分配。并假定在每一小段内组分可以很快地在两相中达到分配平衡，这样一个小段称作一个理论塔板，一个理论塔板的长度称为理论塔板高度(H)。,38,经过多次分配平衡，分配系数小的组分，先离开蒸馏塔，分配系数大的组分后离开蒸馏塔。由于色谱柱内的塔板数相当多，因此即使组分分配系数只有微小差异，仍然可以获得好的分离效果。一个色谱柱的塔板数越多，则其分离效果就越好。,39,(1)在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间迅速达到平衡,这一小段柱长称为理论塔板高度H,；,(2)流动相进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式；,(3)每次分配的分配系数相同。,(4)试样沿色谱柱方向的扩散可忽略；,塔板理论的假设：,40,理论塔板数和理论塔板高度的计算,W,N,H,柱效越高。,H=L/N,41,42,计算柱效,答案:_,10828,43,理论塔板数是衡量柱效的指标，色谱柱的柱效随理论塔板数的增加而增加，随板高的增大而减小。,44,同一色谱柱对不同物质的柱效能是不一样的,注意:,45,塔板理论小结（主要贡献),(1)塔板理论推导出的计算柱效率的公式用来评价色谱柱是成功的;,(2)塔板理论指出理论塔板高度H 对色谱峰区域宽度的影响有重要意义.,46,塔板理论小结(不足),(1),只定性给出塔板高度的概念，却无法解释影响塔板高度的因素;更无法提出降低塔板高度的途径;,(2),忽略了组分在两相中传质和扩散的动力学过程；,(3),无法解释柱效与流动相流速关系。,47,五、速率理论,Van Deemter（范第姆特）方程简式,：流动相的线速,A：涡流扩散系数,B：分子扩散系数,C：传质阻力项系数,48,理化性质、色谱响应与待测物相近,常用检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器、氮磷检测器。,R=1 基本分离,是衡量柱效的指标，色谱柱的柱效,最高使用温度低于聚硅氧烷类固定液。,经过多次分配平衡，分配系数小的组分，先离开蒸馏塔，分配系数大的组分后离开蒸馏塔。,（Baseline）,用石油醚洗脱植物叶子提取物,同一检测器对不同物质的响应不同,同一色谱柱对不同物质的柱效能是不一样的,：最有价值的文献定性数据,第一个和第二个峰之间的分离度计算,和 的特点而区别于其它方法，特别对 和 的分离，色谱法的优势更为明显。,温度稳定性比聚硅氧烷类差；,按固定相外形不同色谱法是如何分类的？,同时考虑对检测器的适应性。,速率理论的简式,影响板高的是哪些因素?,如何根据分离度分析色谱分离的情况?,1.涡流扩散项 A,49,初始,谱带,最终,谱带,宽度,宽度,涡流扩散,结论：使用粒度细和颗粒均匀的填料并填充均匀是减少涡流扩散和提高柱效的有效途径。,50,2.分子扩散项 B,51,结论：,1.可采用较高的流动相流速，,2.控制较低的柱温。,2.分子扩散项 B,52,流动相传质阻力项：,3.传质阻力项 C,用分子量小的载气及较低的流速,固定相传质阻力项：,降低固定相的液膜厚度,和采用粒度小的填充物,53,H,u,关系曲线,u,最佳,u,H,B/u,A,Cu,H=A+B/u+C u,H,最小,H,u,H-A,54,55,填充柱简式,：H=A+B/u+Cu,毛细管柱简式,：H=B/u+Cu,范第母特方程完整公式：,对于分离条件的选择具有指导意义,56,15-4,分离度,(,Resolution,),1.,定义:,57,第一个和第二个峰之间的分离度计算,答案_,58,不同R值的峰重叠,59,15-4,分离度,(,resolution,),意义：分离度可作为色谱柱的总分离效能指标,R1 部分重叠,R=1 基本分离,R=1.5 完全分离,60,增大 k,增加选择性,提高柱效,二、色谱分离基本方程式：,2,2,1,1,4,k,k,n,R,+,-,=,a,a,61,增加容量因子：,1.改变柱温会影响分配系数从而使容量因子发生改变，,2.改变固定相的量，采用细颗粒固定相并填充的紧密而均匀，,3.改变流动相的组成。,62,增加选择因子：,1.改变柱温,63,40 C,65 C,10,0,5,Time in Minutes,A,B,A,B,64,ZORBAX 300SB-CN,ZORBAX 300SB-C18,65,mAU,保留时间(min.),80%乙腈,20%水,2,4,6,8,10,66,增加柱效：,1.增加柱长可改进分离度，但延长了分析时间,2.降低板高：,制备一根性能优良的柱子，并在最优化条件下进行,67,4.6 x 15 mm,4.6 x 30 mm,4.6 x 50 mm,4.6 x 75 mm,4.6 x 150 mm,Absorbance,SB-C18,1,2,3,4,5,6,7,分离度与柱长：,68,第十五章思考题,和,的特点而区别于其它方法，特别对,和,的分离，色谱法的优势更为明显。,2.按固定相外形不同色谱法是如何分类的？,3.什么是气相色谱法和液相色谱法？,4.保留时间、死时间及调整保留时间的关系是怎样的？,5.从色谱流出曲线可以得到哪些信息？,69,6.分配系数在色谱分析中的意义是什么？什么是选择因子？它表征的意义是什么？,7.什么是分配比（即容量因子）？它表征的意义是什么？,8.,是衡量柱效的指标，色谱柱的柱效,随,的增加而增加，随,的增大而减小。,9.板高、柱效及柱长三者的关系（公式）？,70,10.利用色谱图如何计算理论塔板数和有效理论塔板数（公式）？,11.,同一色谱柱对不同物质的柱效能是否一样,12.塔板理论对色谱理论的主要贡献是怎样的？,13.速率理论的简式,影响板高的是哪些因素?,14.,可作为色谱柱的总分离效能指标.,15.如何根据分离度分析色谱分离的情况?,本章作业：316页1、3、4、6、19,71,第十六章 气相色谱法,Chapter 16 Gas Chromatography(GC),分类：气,-,固色谱和,气,-,液色谱,定义：采用气体作为流动相的一种色谱法。,填充柱色谱和,毛细管气相色谱法,吸附色谱和,分配色谱,72,第十六章 气相色谱法,Chapter 16 Gas Chromatography(GC),特点：高分离效能、高选择性、高灵敏度、快速。,适用范围,：,沸点在,500,以下，热稳定 性好，分子量在,400,以下的物质，原则上都可采用气相色谱法,73,气相色谱仪及参数设置,74,气相色谱仪及参数设置,75,气相色谱仪的五大系统,检测系统,载气系统,分离系统,进样系统,温控和数据处理系统,气相色谱仪及参数设置,76,气相色谱仪的基本结构,钢瓶He,N,2,载气控制,数据处理,进样口,色谱柱,检测器,温度控制区,气相色谱主机,气相色谱仪及参数设置,77,作用：,常用载气：,要求：,一、载气系统,推动组分在柱中运行的动力;,氢气、氮气、氦气、氩气。,化学稳定性好；纯度高,（毛细管柱达99.999%）,；价格便宜并易取得；能适合于所用的检测器。,气相色谱仪及参数设置,78,N,2,变化最大,可得到最低的,HETP,。,H,2,和,He,曲线较平坦，即使较高的流速下也能得到较低的,HETP,所以即使在较高的分析速度时，也可以得到较好的分离度,.,79,参数设置：,1.,载气选择：,2.,载气流速,：,塔板高度最小时对应最佳流速。,实际流速通常稍大于最佳流速，以缩短分析时间,。,载气流速较小时选择氮气，,载气流速较大时选择氢气或氦气，,同时考虑对检测器的适应性。,气相色谱仪及参数设置,80,作用：,要求：,二、进样系统,将样品瞬间气化为蒸汽并引入色谱柱;,1.,进样量（毛细管柱一般允许进样量,为10,-3,10,-2,uL),3.,精度和重现性,气相色谱仪及参数设置,81,参数设置：,1.,进样口温度,：,2.,进样量,：,3.,进样方式,：,二、进样系统,气相色谱仪及参数设置,比,样品中最高沸点的温度至少高,20,C,1,L,或更少,分流进样,或不分流进样,82,气相色谱柱,83,固定液要求,对试样各组分有适当的溶解能力,选择 性好,;,挥发性小，热稳定性好,;,化学稳定性好。,三、分离系统,84,烃类,硅氧烷类,醇类,和醚类,酯类和聚酯,腈和腈醚等,固定液的分类,弱极性,弱极性到强极性,强极性,中强极性,强极性,三、分离系统,85,甲基,聚,硅氧烷类固定相结构,三、分离系统,86,按化学结构分类,硅氧烷类是目前应用最广泛的通用型固定液,，使用温度范围宽(50350)，硅氧烷类经不同的基团修饰可得到不同极性的固定相。,2、固定液的分类,三、分离系统,87,聚乙二醇类固定相结构,温度稳定性比聚硅氧烷类差；,最高使用温度低于聚硅氧烷类固定液。,三、分离系统,88,固定相组成,J&W,SGE,极性,100%,甲基硅氧烷,DB-1,BP-1,非极性,5%,苯基甲基硅氧烷,DB-5,BP-5,弱极性,聚乙二醇,DB-Wax,BP-20,强极性,50%,苯基甲基硅氧烷,DB-17,BP-17,中极性,常用固定相,89,相似相溶原理,，选用非极性的固定相分析非极性化合物,如果化合物可以用不同极性的固定相分析，选用极性最小的固定相。,非极性固定相的使用寿命长于极性固定相。,固定液的选择,三、分离系统,90,色谱柱类型,色谱柱厂家、型号,柱长、柱径，液膜厚度,色谱柱温度：,对分离度影响最大，,直接影响分离效能和分析速度。,4、参数设置,四、分离系统,91,色谱柱内径对分离度的影响,92,膜厚对分离度的影响,93,柱温不能高于固定液的,最高使用温度,操作温度至少必须高于固定液的熔点,降低柱温可使色谱柱的选择性增大,升高柱温可以缩短分析时间，改善气相和液相的传质速率，有利于提高效能。,色谱柱温度：,四、分离系统,94,柱温控制分为恒温和程序升温两种,恒温：对于沸程不太宽的简单样品，可采用恒温模式。,程序升温,：对于沸程较宽的复杂样品，可,改善分离效果，缩短分析周期。,四、分离系统,95,恒温：45,o,C,程序升温：30180,o,C,恒温：145,o,C,温度低，分离效果较好，但分析时间长,程序升温，分离效果好，且分析时间短,温度高，分析时间短，但分离效果差,96,最小可检量是标准物质测定的，会随着分析的化合物不同而变化,。,四、检测系统,作用：是将流出色谱柱的被测组分的浓度或质量转变为电信号的装置,常用检测器：热导检测器、,氢火焰离子化检测器,、电子捕获检测器、火焰光度检测器、氮磷检测器。,氢火焰离子化检测器是有机物的通用型检测器,参数设置：检测器的温度总是比柱的温度高,20-30,。,97,四、检测系统,98,保留值定性,一、常用的定性分析方法,16-5 气相色谱法定性和定量分析,峰高增加法,双柱比较法,99,100,101,峰高增加法,A,B,C,D,C,A,B,D,样品,样品+标准品C,102,双柱比较法,1 2 3 4 5 6 7 8,标准,样品,DB-1 柱,1 2 3 4 5 6 7 8,标准,样品,DB-17 柱,丁酮分析图谱,双柱比较法,103,3.用经验规律和文献值进行定性分析：碳数规律和沸点规律,：,最有价值的文献定性数据,5.与其它仪器联用：,气相色谱-质谱联用,色谱-红外光谱联用,104,二、定量分析,1.原理:当操作条件一致时，被测组分的质量（或浓度）与检测器给出的响应信号(峰面积A或峰高h)成正比:,m,i,=f,A,i,A,i,m,i,=f,h,i,h,i,105,定量校正因子,同一,检测器对不同物质的响应不同,必须将峰面积,A,乘上一个换算系数进行“校正”,绝对校正因子和相对校正因子,二、定量分析,106,常用的定量方法：,归一化法,外标法,内标法,二、定量分析,107,面积归一法,108,归一化法特点：,不需标样，,仅适用于试样中所有组分全出峰的情况；,组分的灵敏度相近，得到大致浓度,(,不能用于精确定量,),；,当操作条件如进样量、流速等变化时对结果影响小,二、定量分析,109,110,特点：,需要标样，目标组分被检测到,测定条件要一致，进样量的误差直接影响定量结果,操作简单，适用大批量样品测定,111,3.内标法（内标标准曲线法）,112,1.试样中不存在的纯物质，,稳定，与样品能互溶但无化学反应,2.,理化性质、,色谱响应与待测物相近,内标物的选择：,内标法（内标标准曲线法）,113,1.试样中所有组分不能全部出峰时,2.定量分析中只要求测定某一个或 几个组分,3.样品前处理复杂,适用范围:,内标法（内标标准曲线法）,114,特点：,需要标样和内标物，目标组分和内标物分离并被检测到,与外标法相比，进样量、操作条件的变化对结果没有影响,因此定量结果比较准确。,与归一法相比，不需要全部组分出峰。,内标法（内标标准曲线法）,115,定性困难,不能分析分子量大、极性强或热不稳定的化合物,气相色谱法小结,局限性,：,116,1.气相色谱法适合分析什么类型的样品?,2.气相色谱仪的五大系统分别是什么？,3.哪类固定液在气相色谱法中最为常用?,4.气相色谱法固定相的选择原则是什么？,5.毛细管气相色谱法常用的进样方式是什么？,6.一般实验室通常备用哪三种色谱柱，基本上能应付日常分析需要？,第十六章思考题,117,7.程序升温适合分离什么样品?,8.氢火焰检测器适于分析什么样品?,常用的定量分析方法有哪些,？各方法的适用条件。,作业：P346第5、8,第十六章思考题,118,