仪器分析－色谱分析导论.pdf

第十章色谱分析导论第十章色谱分析导论10.1 色谱法及其分类10.1.1 色谱法10.1 色谱法及其分类10.1.1 色谱法?色谱法是一种分离分析方法，它是利用各物质色谱法是一种分离分析方法，它是利用各物质在两相中具有不同的分配系数在两相中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的。，当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的。10.1.2 分类10.1.2 分类1.按两相状态分类1.按两相状态分类?流动相：气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱流动相：气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱?固定相：气固、气液；液固、液液2.按分离原理分类固定相：气固、气液；液固、液液2.按分离原理分类?分配色谱：根据不同组分在固定液中溶解度的大小而分离分配色谱：根据不同组分在固定液中溶解度的大小而分离?吸附色谱：根据不同组分在吸附剂上的吸附和解吸能力的大小而分离吸附色谱：根据不同组分在吸附剂上的吸附和解吸能力的大小而分离?离子交换色谱：不同组分对离子交换树脂的亲和力不同离子交换色谱：不同组分对离子交换树脂的亲和力不同?凝胶色谱：依据分子几何尺寸大小不同进行分离凝胶色谱：依据分子几何尺寸大小不同进行分离3.按固定相的形式分类3.按固定相的形式分类?柱色谱：填充柱色谱、毛细管色谱柱色谱：填充柱色谱、毛细管色谱?平板色谱：纸色谱、薄层色谱4.按展开程序分类平板色谱：纸色谱、薄层色谱4.按展开程序分类?洗脱法：弱冲洗剂洗脱法：弱冲洗剂?顶替法：强顶替剂顶替法：强顶替剂?迎头法：以试样混合物作流动相迎头法：以试样混合物作流动相10.2 色谱流出曲线和术语10.2 色谱流出曲线和术语10.2.1 色谱流出曲线10.2.1 色谱流出曲线?在色谱法中，当样品加入后，样品中各组分随着流动相的不断向前而在两相间反复进行溶解、挥发，或吸附、解吸，如果各组分在固定相中的分配系数不同，它们就有可能达到分离。在色谱法中，当样品加入后，样品中各组分随着流动相的不断向前而在两相间反复进行溶解、挥发，或吸附、解吸，如果各组分在固定相中的分配系数不同，它们就有可能达到分离。分配系数K分配系数K?K大的组分，滞留在固定相中的时间长，在柱内移动的速度慢，后流出柱子。K大的组分，滞留在固定相中的时间长，在柱内移动的速度慢，后流出柱子。?温度升高，K变小。温度升高，K变小。?K为常数时，是线性色谱。K为常数时，是线性色谱。msCCK组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度=组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度=?基线基线?峰高 h峰高 h?半峰宽 Y半峰宽 Y1/21/2?峰宽 Y峰宽 Y?标准偏差 Y标准偏差 Y0.6070.607=2Y=4Y=2Y=4Y1/21/2=2.354=2.354 10.2.2 保留值10.2.2 保留值?死时间 t死时间 tM M?保留时间 t保留时间 tR R?调整保留时间 t调整保留时间 tR R=t=tR R-t-tM M（组分在固定相中停留的总时间）（组分在固定相中停留的总时间）?相对保留值相对保留值（只与柱温及固定相的性质有关）（只与柱温及固定相的性质有关）?分配比分配比msnnk组分在流动相中的总量组分在固定相中的总量=组分在流动相中的总量组分在固定相中的总量=kVVkVnVnCCKsmsmmsms=1212121,2RRRRtttt =，（难分离物质对）（难分离物质对）1212RR1,2MRMMRMRmmsMRMRKKkkttttttt1ttk1knnnttLtLt12=+=+=+=+=组分组分组分组分?由色谱峰的流出曲线可以实现一下目的：（由色谱峰的流出曲线可以实现一下目的：（1）依据色谱峰的保留值进行定性分析（）依据色谱峰的保留值进行定性分析（2）依据色谱峰的面积或峰高进行定量分析（）依据色谱峰的面积或峰高进行定量分析（3）依据色谱峰的保留值以及峰宽评价色谱柱的分离效能）依据色谱峰的保留值以及峰宽评价色谱柱的分离效能10.3 色谱分析基本原理10.3 色谱分析基本原理?色谱分离是色谱体系热力学过程和动力学过程的综合表现。热力学过程是指与组分在体系中分配系数相关的过程；动力学过程是指组分在该体系两相间扩散和传质的过程。色谱分离是色谱体系热力学过程和动力学过程的综合表现。热力学过程是指与组分在体系中分配系数相关的过程；动力学过程是指组分在该体系两相间扩散和传质的过程。10.3.1 塔板理论（热力学）10.3.1 塔板理论（热力学）塔板理论假定:塔板理论假定:?塔板和塔板之间不连续；塔板和塔板之间不连续；?塔板之间无分子扩散；塔板之间无分子扩散；?组分在每块塔板的两相间的分配平衡瞬时达到，达到一次分配平衡所需的最小柱长称为理论塔板高度；组分在每块塔板的两相间的分配平衡瞬时达到，达到一次分配平衡所需的最小柱长称为理论塔板高度；?一个组分在每块塔板上的分配系数相同；一个组分在每块塔板上的分配系数相同；?流动相以不连续的形式加入，即以一个一个塔板体积加入。流动相以不连续的形式加入，即以一个一个塔板体积加入。eff2R22/1Reff2R22/1RnLH)Yt(16)Yt(54.5nnLH)Yt(16)Yt(54.5n=?理论塔板数n越大，理论塔板高度H越小，色谱峰越窄，表明柱效越高；理论塔板数n越大，理论塔板高度H越小，色谱峰越窄，表明柱效越高；?理论塔板高度H与柱长无关。理论塔板高度H与柱长无关。10.3.2 速率理论（动力学）10.3.2 速率理论（动力学）固定相传质阻力项）（流动项传质阻力项、：传质阻力项系数：分子扩散项系数：涡流扩散项系数：流动相的平均线速固定相传质阻力项）（流动项传质阻力项、：传质阻力项系数：分子扩散项系数：涡流扩散项系数：流动相的平均线速CBACBAH+=+=BC2AHCB0CddHminopt2+=+=+=+=10.4 分离度10.4 分离度完全分离明显分离重叠完全分离明显分离重叠 5.111114)()(22221)1()2(=+=+=+=+=ssssRRsRRRkknRYYttR 322222s2RMRMMRMRM22s222eff222MRR2R2Reff22222sk)k1()1(HR16Hn)k1(tt)k1(ttttttkHnLt)1(R16)k1k(nn)k1k()k111()ttt(ttnn)kk1()1(R16n+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=例例 已知物质已知物质A和和B的分配系数的分配系数K分别为分别为6.50和和6.31，已知相比为，已知相比为0.422。试计算：（。试计算：（1）两物质的分配比）两物质的分配比;（2）选择性系数；（）选择性系数；（3）欲得到分离度为）欲得到分离度为1.5时需多少塔板数？（时需多少塔板数？（4）若柱长为）若柱长为806cm，流动相的流速为，流动相的流速为7.10cm.s-1，则需多长时间可冲洗出各物质？，则需多长时间可冲洗出各物质？min92.6tmin07.7tk)t1(ttttkmin89.16010.7806t4109.7)74.274.21()103.103.1(5.116)kk1()1(R16n303.166.274.2kk266.2422.031.6Kk74.2422.050.6Kk1BARRMRMMRM42222AA22SBABA=+=+=+=+=+=+=）（）（）（）（解）（）（）（）（解已知已知:KA和和KB的分别为的分别为6.50和和6.31，相比，相比=0.422。例例 在3.0m色谱柱上，空气、组分X和组分Y的保留时间分别为1.0、14.0、17.0min，Y的峰宽为1.0min，计算X和Y完全分离时，柱长最短为多少？在3.0m色谱柱上，空气、组分X和组分Y的保留时间分别为1.0、14.0、17.0min，Y的峰宽为1.0min，计算X和Y完全分离时，柱长最短为多少？m75.0462411550.3nnLL1155)0.160.161()23.1123.1(5.116)kk1()1(R16n5.1R4624)0.10.17(16)Yt(16n0.160.10.10.17ttk23.10.10.140.10.17tt22222221,21,22ss22)Y()Y(RM)Y(R2)X(R)Y(R1,2=+=+=+=+=需要需要需要需要需要需要时解（一）时解（一）m75.05.10.30.3RRLLLLRR0.30.1610.1623.1123.144624k1k14nR222,s2ss,s221,21,2s=+=+=+=+=需要需要需要需要需要需要需要需要解（二）解（二）10.5 定性和定量分析10.5 定性和定量分析10.5.1 定性分析10.5.1 定性分析?保留值定性保留值定性?峰高增量法定性峰高增量法定性?与其它方法联用与其它方法联用10.5.2 定量分析10.5.2 定量分析isissiisAsAiAisiihiiiAi85.015.0i21iiiihiiiAiif1SmmAAfffhmfAmf)YY(hAYh065.1AhfmAfm21=+=+=2.1.相对响应值相对校正因子：绝对校正因子：校正因子不对称峰对称峰响应信号的测量相对响应值相对校正因子：绝对校正因子：校正因子不对称峰对称峰响应信号的测量10.5.3 定量方法10.5.3 定量方法?1.外标法：1.外标法：?2.内标法：只测定试样中某几个组分，或试样中所有组分不可能全部出峰时使用2.内标法：只测定试样中某几个组分，或试样中所有组分不可能全部出峰时使用?3.归一化法：将试样中所有组分的含量之和按100计算（所有组分都要出峰）3.归一化法：将试样中所有组分的含量之和按100计算（所有组分都要出峰）%100fmmAA%100mfAmfA%100mmPfAmfAmmmffAAAisssiAssssAisiiiAssssAisiisiAisAsssi=%100AAWf%100fAfAWn1iiiiAisn1iAisiAisii=(相近的组分）相近的组分）例例 用一色谱柱分离乙酸甲酯，丙酸甲酯和正丁酸甲酯。它们的峰面积分别为用一色谱柱分离乙酸甲酯，丙酸甲酯和正丁酸甲酯。它们的峰面积分别为18.1，43.6和和29.9，如其相对校正因子分别为，如其相对校正因子分别为0.60，0.78，0.88。试计算各组分的质量分数。试计算各组分的质量分数。解解%0.3788.09.2978.06.4360.01.1888.09.29W%0.3488.09.2978.06.4360.01.1878.06.43W%3.1588.09.2978.06.4360.01.1860.01.18W%100fAfAWn1iAisiAisii=+=+=+=+=+=正丁酸甲酯丙酸甲酯乙酸甲酯=正丁酸甲酯丙酸甲酯乙酸甲酯