第15章色谱分析法导论ppt课件.ppt
《第15章色谱分析法导论ppt课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第15章色谱分析法导论ppt课件.ppt(117页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、1,第十五章色谱分析法导论,15.1 概述15.2 色谱图及色谱 常用术语15.3 色谱分析的基 本理论15.4 色谱定性和定 量方法,2,课程引入:汽油中有多达185个组分,有无在1小时内 分离并定性定量分析上述组分的方法?快速鉴定假酒的方法?食品中农药残留的分析?“苏丹红事件”、“三鹿牛奶事件”!,3,4,GC112A型气相色谱仪,5,GC2010/日本岛津,6,GC190微型便携式气相色谱仪,7,LC 2690液相色谱仪,8,气相色谱毛细柱,9,填充柱,10,Waters symmetry色谱柱,11,色谱分析流程,12,15-1 概述一、色谱法的由来与发展 1.由来 色谱法早在1903
2、年由俄国植物学家茨维特(Tswett)分离植物色素时提出。Tswett在研究植物叶的色素成分时,将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内,然后加入石油醚使其自由流下,结果色素中各种组分互相分离,形成,13,各种不同颜色的谱带。在玻璃管上,每一种色带即为一种色素(完全分离)。色带犹如光谱分析中的谱线(带),因此得名“色谱法”。(chromatography),14,名称:(1)固定相(stationary phase)在色谱法中,填入玻璃管或不锈钢管 内静止不动的一相(固体或液体)。(2)流动相(mobile phase)携带试样混合物流过固定相的流体(气体 或液体)。(3)色谱柱(col
3、umn)装有固定相的管子(玻璃管或不锈钢管),15,色谱法分离过程:当流动相中样品混合物经过固定相时,就会与固定相发生作用,由于各组分在性质和结构上的差异,与固定相相互作用的类型、强弱也有差异,因此在同一推动力的作用下,不同组分在固定相滞留时间长短不同,从而按先后不同的次序从固定相中流出。与适当的柱后检测方法结合,实现混合物中各组分的分离与检测。,两个重要特征:试样中各组分在柱中不等速迁移(热力学因素);每种组分在流经柱子后发生谱带扩散分布(动力学因素)。,16,2.发展(1)1901年,Tswett开始研究。(2)1903年3月21日,华沙自然科学生物学 会论文:“一种新型吸附现象及其在生
4、物分析上的应用”,提出用吸附原理分 离植物色素。(3)1906年,德国生物学会议,公开展示“彩色环带的柱管”“色谱图”。(4)在随后20多年中,色谱分离法得以广泛 推广与应用,特别是在天然有机物的分,17,离与分析中。(5)1952年,Martin(英)发明了GL分配色 谱诺贝尔化学奖。(6)1954年,Ray发明了TCD检测器。(7)1956年,Van.Deemter(荷)提出速率方 程理论。(8)1957年,Golay(美)发明了玻璃毛细柱(1mm)。(9)几年后,Mcwillian(澳)发明了 FID。Lovelock(英)发明了ECD。,18,(10)60年代,各国相继出版了有关色谱教
5、科 书及专著色谱成为一门独立 学科。(11)1962年,超临界流体色谱技术 SFC(12)80年代,毛细管电泳色谱 CEC,19,仪器的发展 1955年,美国商品色谱仪出现;1957年,日本商品色谱仪出现;1960年,美国液相色谱仪,Waters 1979年,“弹性石英毛细柱”;Golay柱(1957年)为易碎的玻 璃柱,长810100m;石英毛细柱0.1、0.22、0.32、0.53mm,20,进口色谱仪器品牌有:HP(安捷伦)、Waters、岛津、戴安国产仪器有:北分(SP)、上分、鲁南,21,二、色谱法分类1.按操作(固定相使用)形式分类(1)柱色谱:固定相装于柱内的色谱法。分为填充柱色
6、谱和空心毛细 管柱色谱。(2)平板色谱:固定相呈平板状的色谱。它又可分为薄层色谱(固定 相压成或涂成薄膜的色谱)和纸色谱(固定相为滤纸的 色谱)。,22,2.按两相状态分类(使用最普遍)(1)气相色谱(GC):流动相是气体的色谱。分为 气固色谱(GSC)气液色谱(GLC)(2)液相色谱法(LC):液体为流动相的色谱。分为 液固色谱(LSC)液液色谱(LLC)超临界流体为流动相的色谱为超临界 流体色谱(SFC)。,23,3.按分离机理分类(1)吸附色谱 利用组分在吸附剂(固定相)上的吸附 能力强弱不同而得以分离的方法。(2)分配色谱 利用不同组分在固定液(固定相)中不 同的分配系数而达到分离的方
7、法。(3)离子交换色谱 利用组分在离子交换剂(固定相)上的 亲和力大小不同而达到分离的方法。,24,(4)凝胶色谱(或空间排阻)色谱 利用多孔性固定相对大小不同的分子 的排阻作用而达到分离的方法。又称为空间(尺寸)排阻色谱法。,25,GC与LC的区别:物质在GC中传输速度快,流动相渗透性好,可用长柱,分离效率高,分析速度快;但GC要求样品具有一定挥发性及热稳定性;气体价格低,仪器相对便宜。LC的流动相为色谱纯液体,需用高压恒流泵传输,造价高,有机溶剂为流动相,价高、消耗量大,仪器昂贵,但只要样品具有一定的溶解性即可用LC分析。一般,GC可分析15%20%的有机物;LC可分析70%80%的有机物
8、。,26,15-2 色谱图及色谱常用术语一、色谱图 色谱流出曲线和色谱峰 色谱柱后流出物通过检测器时,系统所产生的输出响应信号强度(R)对时间(tR)或流动相流出体积(VR)作图,所得曲线称为色谱流出曲线。曲线上突起部分就是色谱峰。响应信号电压(mv)或电流(mA),27,Y,色谱图,28,二、色谱图基本术语1.基线 在实验操作条件下,色谱柱后没有样品组分流出时的流出曲线称为基线,稳定的基线应该是一条水平直线。,29,2.色谱峰 组分浓度随时间变化的曲线。如果进样量很小,浓度很低,在线性范围内,则色谱峰是对称的。标准的色谱峰为正态分布曲线。,每一色谱峰至少代表一个组分;每一峰的峰值出峰时间定性
9、;每一峰的峰面积(峰高)定量。,30,3.峰高h 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离,以h表示。用纸高(mm)或电信号大小(mv或mA)表示。4.峰的区域宽度 色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参数之一,用于衡量柱效率及反映色谱操作条件的动力学因素。表示色谱峰区域宽度通常有三种方法。,31,标准偏差 即0.607倍峰高处色谱峰宽的一半(即拐点峰宽的一半)。=Y0.607h半峰宽Y1/2 即峰高一半处对应的峰宽。它与标准偏差的关系为 Y1/2=2.355峰底宽度Y(基线宽度)即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上截距间的距离。它与标准偏差的关系是 Y=4,32,色 谱 流 出 曲 线,Y0.607h=2
10、 Y=4 Y1/2=2.355 Y 2 Y1/2,33,5.峰面积A 峰面积是色谱图提供的基本定量数据,峰面积测量的准确与否直接影响定量结果。对于不同峰形的谱峰采用不同的测量方法。(1)对称形峰面积的测量 A=1.065 h Y1/2(2)不对称形峰面积的测量(3)剪纸称重法原始色谱定量法,34,6.色谱保留值 各种组分在柱上的滞留情况(1)时间表示的保留值 死时间tM 不被固定相吸附或溶解的物质(空气或甲烷)进入色谱柱时,从进样到出现峰极大值所需的时间称为死时间。它正比于色谱柱的空隙体积。测定流动相平均线速时,可用柱长L与 tM 的比值计算 即=L/tM,35,保留时间tR 试样从进样到柱后
11、出现峰极大点时所经过的时间,称为保留时间。调整保留时间tR 某组分的保留时间扣除死时间后,称为该组分的调整保留时间。即 tR=tR tM,tR:由于组分吸附或溶解于固定相中,比流 动相在柱中多滞留的时间。tR:出柱时间;tR:与固定相作用时间。,36,(2)用体积表示的保留值 死体积VM 指色谱柱在填充后,柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。当后两相很小可忽略不计时,死体积可由死时间与色谱柱出口的载气流速Fo(cm3 min-1)计算。VM=tM Fo VM反映了柱和仪器系统的几何特性,与被测组分的性质无关。,37,保留体积VR 指从进样开始到被
12、测组分在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相的体积。VR=tR Fo 载气流速越大,保留时间降低,VR不变 VR与载气流速无关。调整保留体积VR 某组分的保留体积扣除死体积后的保留体积。VR=VR VM=tR Fo 同理:VR与载气流速无关,并更合理地反映了被测组分的保留特性。,38,7.相对保留值r2.1或ri.s 某组分2的调整保留值与组分1的调整保留值之比。r2,1=t R2/t R1=V R2/VR1 相对保留值只与柱温及固定相性质有关,而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关。在色谱法中,特别是在气相色谱法中,广泛用作定性的依据。相对保留值r2.1或ri.s也称为分离系数、柱的选择性、
13、溶剂效率等。,39,在定性分析中,通常固定一个色谱峰作为标准(s),然后再求其它峰(i)对这个峰的相对保留值,即=tR(i)/tR(s)式中tR(i)为后出峰的调整保留时间,所以总是大于1的。相对保留值往往可作为衡量固定相选择性的指标,又称选择因子。当=1时,两组分永不分离;越大,分离的越好。,40,三、分配平衡色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离,组分要达到完全分离,两峰间的距离必须足够远,两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的,即与色谱过程的热力学性质有关。但是两峰间虽有一定距离,如果每个峰都很宽,以致彼此重叠,还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的,即
14、与色谱过程的动力学性质有关。因此,要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。,41,分配平衡:一定温度(TC)下,组分在流动 相和固定相间作用达到的平衡。1.分配系数K 指在一定温度和压力下,组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值,即,42,下图是 A、B两组分沿色谱柱移动时,不同位置处的浓度轮廓。沿柱移动距离L 溶质A和B在沿柱移动时不同位置处的浓度轮廓,浓度,A,B,KAKB,A,B,43,分配系数的要点:K值与组分性质、固定相性质、流动相性质、分离温度有关的参数;一定TC下,K越大,出峰越慢;提高TC,组分在固定相中浓度降低,tR变小;K=0的组分,不被固定相保留,最先流出;每个
15、组分的K不同,选择适宜的固定相来改善 分离效果;试样中不同组分在相同分离条件下,K不同,得以分离。,44,2.分配比k(分配容量或容量因子)分配比又称容量因子,它是指在一定温度和压力下,组分在两相间分配达平衡时,分配在固定相和流动相中的质量比。即,45,式中:为相比:反映色谱柱柱型及结构的参数。填充柱相比约635;毛细管柱的相比约501500。,VM为流动相体积,即柱内固定 相颗粒间空隙体积。VS为固定相体积,其中,GSC中为吸附剂表面容量,GLC中为固定液体积。空气或甲烷的ms=0,k=0,46,3.分配比与保留值的关系,47,讨论:K和k除与组分及固定相的热力学性质有关外,还随柱温、柱压的
16、变化而变化。K只与组分和两相性质有关,与两相体积无关。而k又称容量因子、分配容量、容量比,其随固定相的量的增加而增大。k越大,保留时间越长。k=0,tR=0,tR=tM,48,15-3 色谱分析的基本理论试样在色谱柱中的分离过程包括两方面:热力学 各组分在两相间的分配情况(tR由K决定)动力学 各组分在两相间的传质情况(Y1/2)一、塔板理论塔板理论:1941年,Martin提出的半经验热 力学理论。给出衡量柱效的指标,49,把色谱柱比作一个分馏塔,引入理论塔板数(n)作为衡量柱效率的指标,即色谱柱是由一系列连续的、相等的水平塔板组成。,50,1.塔板理论的建立在柱内一小段长度H内,组分可以在
17、两相间迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H。以气相色谱为例,载气进入色谱柱不是连续进行的,而是脉动式,每次进气为一个塔板体积(Vm)。所有组分开始时存在于第0号塔板上,而且试样沿轴(纵)向扩散可忽略。分配系数在所有塔板上是常数,与组分在某一塔板上的量无关。,51,52,53,2.塔板理论的结论色谱柱长:L虚拟的塔板间距离:H色谱柱的理论塔板数:n(衡量柱效的指标)则三者的关系为:n=L/H理论塔板数与色谱参数之间的关系为:,54,有效塔板数和有效塔板高度单位柱长的塔板数越多,表明柱效越高。用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数和有效塔板高
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 15 色谱 分析 导论 ppt 课件
链接地址:https://www.31ppt.com/p-2103876.html