色谱基本理论.pptx

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,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,*,色谱基本理论,色谱图相关术语,、,色谱峰(,Peak):,、,峰底(,Peak Base):,、,峰高,h(Peak Height):,、,峰(底)宽,W(Peak Width):,、,半(高)峰宽,W,1/2,(Peak Width at Half Height,):,、,峰面积(,Peak Area):,、,标准偏差(,)(Standard Error):,、,拖尾峰(,Tailing Peak):,、,前伸峰(,Leading Peak):,、,鬼峰,假峰(,Ghost Peak,):,色谱图相关术语,、,基线(,Baseline):,、,基线飘移(,Baseline Drift):,、,基线噪声(,N)(Baseline Noise):,、,谱带扩展(,Band Broadening):,色谱图相关术语,留值得基本参保数,保留时间(,t,R,)(Retention time):,死时间(,t,M,)(Dead time):,调整保留时间(,t,R,)t,R,=t,R,-t,M,校正保留时间(,t,R,0,)t,R,0,=j t,R,净保留时间(,t,N,)t,N,=j t,R,校正保留体积(,V,R,0,):V,R,0,=j V,R,净保留体积(,V,N,):V,N,=j V,R,比保留体积(,Vg):Vg=(273/T,c,)(V,N,/M,L,),保留值得基本参数,有关分离得参数,一 相对保留值,又叫选择性系数或选择性因子,=1,时两个组分分不开,改变,得途径就是,:,改变固定相,改变流动相,改变样品本身得性质(如衍生化法,),二 区域宽度,(1)标准偏差,(2)半峰宽,W,1/2,(3),峰底宽度,W,从色谱图中,可得许多信息,:,1,色谱峰得个数,可判断所含组分得最少个数;,2,根据色谱峰得保留值,可以进行定性分析;,3,根据色谱峰得面积或峰高,可以进行定量分析;,4,色谱峰得保留值及其区域宽度,评价柱效依据;,5,色谱峰两峰间得距离,三 分配系数,K,与分配比(容量因子),K,:,1 分配系数,K,平衡状态时组分在固定相(,C,L,),与流动相(,C,G,),中得,浓度,之比。,2 分配比(容量因子),K:,平衡状态时组分在固定相(,P),与流动相(,q),中得,质量,之比。,讨论,:,K=0,则,t,R,=t,M,组分无保留行为,K=1,则,t,R,=2t,M,K,t,R,很大 组分峰出不来,所以,K=1-5,最好,如何控制,K？,主要选择合适得固定液,色谱测,K,容易(只测,t,R,t,M,),所以常用,K,四 分配系数,K,与分配比,K,得关系于,K=,K,=VG/VL=K/K,大家有疑问的，可以询问和交流,可以互相讨论下，但要小声点,五 分配系数,K,分配比,K,与选择性因子得关系,t,R(x),-,待测物,X,得调整保留时间,t,R(z),-,碳原子数为,Z,得正构烷烃得调整保留时间,t,R(z+n),-,碳原子数为,z+n,得正构烷烃得调整保留时间,t,R(z),t,R(x),t,R(z+n),(,通常,n=1),规定正构烷烃得,I,值就是其她原子数得100倍,如:正庚烷,I=700,保留指数,I,色谱柱效能得参数,柱效:也叫柱效能。,理论塔板数,n,有效理论塔板数,n,eff,理论塔板高度,H H=L/n,第二节 气路系统,一,气体,H,2,N,2,Air,也可用,CO,2,Ne Ar,纯度要求大于99、99%,气体控制系统,检测器 常用净化剂 作用,TCD;FID,变色硅胶:除,H,2,OTCD;FID,分子筛:除,H,2,OFID;ECD,活性碳:除有机物,FID;ECD,脱氧剂 :除,O,2,气体得压力与流量得测量常用皂膜流量计,用时先将皂膜流量计管子内壁润湿,气体得纯化,载气流量得校正,用皂膜流量计测得得流量,F,皂(,mL/min),就是在柱后大气压下测得得,欲将其换算成色谱条件下得流量,F,C,需作三种校正:湿度校正;压力校正;,温度校正,1,湿度校正,2,压力校正,P,W,-,室温下得得水饱和蒸汽压,P,0,-,柱出口处压力,P,i,-,柱入口处压力,3,温度校正,空心柱得载气流速通常不用,皂膜流量计测量。而就是由,t,M,计算得到载气得平均线速,U=L/,t,M,例题“实验与习题”例4 (,P125),作业:,P131 41;42(,思考);43;,第三节 色谱基本理论塔板理论,GC,就是一种分离技术,组分先分离才,可定性定量、如何选择最佳分离条,件,这需要色谱理论得指导、,塔板理论得假设,1 在理论板高,H,内,组分在气液相内快速平衡,2 载气以脉冲式进入色谱柱,3 无纵向扩散(柱向扩散,),4 分配系数,K,就是常数,根据对色谱柱模拟蒸馏塔得假设条件,具体展开讨论组分在色谱柱中移动分配过程如下:,动画,二、色谱流出曲线方程,-,基本关系式概率推导,设样品分子开始全部位于第0号塔板上,当色谱柱中通过,N,体积载气后,计算在第,n,块塔板上出现某组分分子得概率。这个概率应该就是考虑在塔板上某组分得一个分子出现在流动相中得概率(,Mp),等于在该塔板上流动相中组分分子得个数与 整个塔板上组分分子个数之比。,假设色谱柱由5块塔板组成:,(0号板,1号,2号,4号板),令,N=5(N,表示进入柱中载气得脉冲次数,令组分进样量为:,W=1,组分在柱内得分配过程就是以气液色谱分配为例,组分在气液两相中进行分配,表示进入气相得组分分子,表示进入液相得组分分子,此时若组分容量因子,K,=1,即,p=q,组分中有,p,量溶于液相,组分中有,q,量溶于液相,可用二项式准确表示出来(,P+,q),N,组分在,n=5,k,=1,w=1,柱内任一板上分配表,0,1,2,3,4,柱出口,N=0,1,0,0,0,0,0,1,0、5,0、5,0,0,0,0,2,0、25,0、5,0、25,0,0,0,3,0、125,0、375,0、375,0、125,0,0,4,0、063,0、25,0、375,0、125,0、063,0,5,0、032,0、157,0、313,0、313,0、157,0、032,6,0、016,0、095,0、235,0、313,0、235,0、079,7,0、008,0、056,0、116,0、275,0、275,0、118,8,0、004,0、032,0、086,0、196,0、275,0、138,9,0、002,0、018,0、059,0、141,0、246,0、138,10,0、001,0、101,0、038,0、100,0、189,0、118,得出色谱流出曲线方程,:,三、塔板理论方程式得讨论,塔板理论成功之处,较好地解析了色谱曲线形状,2 浓度极大点,Cmax,得位置就是,t,R,(,即,V,R,),3,可用,N,评价柱效,V=V,R,时流出曲线达浓度极大值,C,max,Cmax,得影响因素,(1)进样量,W,愈大,则,Cmax,愈大、,W,与,Cmax,成正比。这就是色谱峰高定量得依据。,(2),H,值愈小,柱效愈高,Cmax/W,比值愈大。即,H,越小,柱效,N,越高,(3)色谱柱内径愈小,填充愈紧密,Cmax/W,比值也愈大。即柱愈细填充愈紧密,柱效,N,越高。,(4)色谱柱愈短,Cmax,值愈大。,(5)先流出柱子得组分容量因子小,所以,Cmax/W,比值愈大,反之提高色谱柱得温度(对,GC),增加流动相中强洗脱溶剂得浓度(对,HPLC),都可以使容量因子下降,比而使,Cmax/W,比值愈大,提高色谱检测灵敏度。,四、塔板理论得作用与不足,(一)塔扳理论在色谱法中得地位与作用,:,1、从塔板理论方程式得形式看她描述得色谱信号轨迹应该就是正态分布函数,与实际记录得色谱流出曲线相符合,说明此方程就是准确得,且对色谱分配系统有理论指导意义。,2、由塔板理论据导出来计算往效率得理论塔板数(,N),公式,就是行之有效得。长期以来用,N,值得大小评价色谱柱柱效就是成功得,就是色谱工作者不可缺少得计算公式。,3、塔板理论方程式描述色谱峰极高点得,Cmax,数值就是符合公式要求得,实验数据证明,Cmax,与,N,W,VR,之间得关系就是正确得。各参数对,Cmax,之影响都就是客观得。,4、按塔板理论模型所建立起来得一些方程式讨论了某些色谱参数对组分色谱峰区域半峰宽公式均符台流出曲线半高峰宽变化得实际。特别应指出得就是,塔板理论也提出了理论塔板高度对色谱峰区域宽度扩张得影响,这一点过去往往被忽视。,(二)塔扳理论存在得不足:,1、塔板理论就是模拟在一些假设条件下而提出得,假设同实际情况有差距,所以她描述得色谱分配过程定量关系合有不准确得地方。,2、对于塔板高度,H,这个抽象得物理量究竟由哪些参变量决定得？,H,又将怎样影响色谱峰扩张等一些实质性得较深入得问题,塔板理论却不能回答。,3、为什么流动相线速度(,U),不同,柱效率(,n),不同;而有时当,U,值由很小一下变得很大时,则柱效能(,n),指标并未变化许多,但峰宽各异,这些现象塔板理论也无能为力、,4、塔报理论忽略了组分分子在柱中塔板间得纵向扩散作用,特别当传质速率很快时,其纵向扩散作用为主导方面,这一关键问题并未阐述。,5、塔板理论也未说明,变化对组分在柱内移动速率得影响。实际上,V,L,、VG,在某些方面决定着组分分子得扩散行为和扩散距离。,综上所述塔板理论虽为半经验理论,但在色谱学发展中起到了率先作用和对实际工作得指导作用,所以至今延用不衰,为广大色谱工作者承认。,塔板理论不足之处,不能解析载气流速,U,对,N,影响不能指出板高,H,受那些因素影响,第四节 色谱理论-,速率理论,基于无规行走模型,定义,H,为单位柱长得离散度,H=,2,/L,式中,为高斯峰形得标准偏差,L,为柱长。并假设:,纵向扩散就是造成谱带展宽得重要原因,必须予以考虑;,传质阻力就是造成谱带展宽得主要原因,她使平衡成为不可能,对填充柱有涡流扩散得影响,van Deemter,方程得数学式为,H=A+B/U+CU,或,H=A+B/U+CsU+CmU,A、B、C、,为常数,分别代表涡流扩散系数、分子扩散项系数、传质阻力项系数。,速率理论讨论,1、涡流扩散项,A=2d,为反应柱填充状态得常数,dp,为填料垃径,2、分子扩散项,B/u(,纵向扩散项),B=2K,0,Dg,纵向分子扩散就是由浓度梯度造成得。组分从柱入口加入,其浓度分布得构型呈“塞子”状。她随着流动相向前推进,由于存在浓度梯度,“塞子”必然自发得向前和向后扩散,造成谱带展宽。分子扩散项系数为,K,0,为阻滞常数即,弯曲因子,她反映了固定相颗粒得几何形状对自由分子扩散得阻碍情况。,Dg,为组分在流动相中,扩散系数,(,cm2、s-1,),色谱柱中得涡流扩散示意图,色谱柱中得涡流扩散示意图,色谱柱中得涡流扩散示意图,3、传质阻力项,C,U,=(,C,g,+C,L,)U,传质过程分为:气相传质过程,与液相传质过程,传质阻力系数,C,等于气相传质阻力系数,Cg,和液相传质阻力系数,C,L,之和:,(1)气液色谱,C=C,g,+C,L,气相传质阻力,系数,C,g,为:,液相传质阻力,系数,C,L,:,范氏方程,H=A+B/U+C,s,U+C,m,U,令,C=C,s,+C,m,则,H=A+B/U+CU,作,HU,图(见下页):,方程讨论,讨论,1、曲线有一最低点,U,opt,(,即,H,min,),将方程微分:,2、对开管柱(毛细柱),A=0,得,Golay,方程,H=B/U+CU,对填充柱,A,项与,U,无关,决定与柱得填充情况,3、,U,很小时:,CU,项可忽略,方程简化为:,H=A+B/U,作,H1/U,直线,斜率为,B,4、U,很大时:,B/U,项可忽略,方程简化为:,H=A+CU,作,HU,直线,斜率为,C,截距,A,5、K,/,对板高,H,得影响(比较复杂):,N,随,K,/,得变化而变化,综合考虑:,U,实际稍高于,U,opt,因为:1、右侧曲线斜率小,U,稍变,不会引起,H,得大变化,2、为提高分析速度,因为,U,则,t,R,第五节 分离条件得优化,要求1、两峰间有一定距离,t,R,不同,要求2、峰宽要窄,W,1/2,要小,提问:怎样制备一根好得色谱柱?,怎样评价?怎样选色谱条件?,一般:1、,选择性,(相对保留值,或保留指数,I),评价固定液对物质得保留作用,2、,柱效能,(,n、n,eff,),评价柱分离效能,3、,分离度,R,(,总分离效能指数),分离度就是将以上二者综合考虑,既反映柱效能,又反映选择性,一、分离参数,1、,n,与,neff,得关系,可见,n,eff,n,都随,K,/,变化而变化,因为,K,/,不同,柱效不同,所以评价柱效应采用,K,/,为一定值时得,n,W1/2,与,t,R,得关系-半峰宽规律,W,1/2,=a+b,t,R,实验研究表明:,同系物组分得半峰宽线形,关系好,非同系物组分得半峰宽线形,关系差,所以我们称之为准线形关系、,半峰宽规律得应用,有两种情况 1 第二个峰可能不只一个组分2 也许就是第一针留下来未出峰得组分,选择性系数(相对保留指数,),可见二组分沸点差大,柱温低时,is,大,易分离、,分离度,分离条件得选择主要就是提高“难分离物质对”得分离度,(1),峰宽分离度,R,国家标准分离度,当两峰高相差不大,且峰型接近时,可以认为,W,1,=W,2,=W,(,2)半峰宽分离度,R,1/2,R,与,R,1/2,关系,对于高斯,R,1/2,=1、7R,二,分离基本关系式,此式用于计算达到一定,R,时所需得,n,必须,n,表示柱效,难以说明真实分离效果,1、2,表示选择性,表示固定液对组分保留作用,不说明柱效,R,就是总分离效能指标,只有1时,二组分才有可能 分离,1、2,讨论:,R=1,分离程度达98%,R=1、5,完全分离,达=99、7 也叫基线分离,R5,R,变化就很小了,GC,分析:最好,k=25,一般不超过10,否则大大延长分析时间,如何改变,k,a、,降低柱温,T,c,使,k,上升,b、,降低流速,U,使,k,上升,R,t,R,2 4 6,k,k,对,R,t,R,得影响,3、改变,1、2,R1、2,就是准热力学常数,在流动相,固定相一定时,只与,Tc,相关,当,1、2,=1,时,改变,H,k,都无法使1和2两个组分分离,应当保持,k=210,得前提下,设法改变,1、2,方法就是:,a、,改变柱温,Tc,b、,更换色谱柱,c、,衍生化法(即利用化学反应改变待测物结构),4、程序升温,程序升温可使待测物在适当温度下流出,以保证每个组分有 合适得,K,/,值,同时改变分离度,程序升温就是分离复杂多组分沸程宽得混合物得有效方法,