《第八章 色谱分析法(气相、液相、离子、毛电泳、薄层)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章 色谱分析法(气相、液相、离子、毛电泳、薄层)（172页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2018年9月7日星期五,第八章 色谱分析法,第一节 色谱法概述,一、色谱法的特点、分类和作用 二、气相色谱分离过程,2018年9月7日星期五,2,第一节 色谱法概述,一、色谱法的特点、分类和作用 1、概述 2、分类 3、特点 二、气相色谱分离过程 1、气相色谱分离过程 2、分配系数K,2018年9月7日星期五,3,一、 色谱法的特点、分类和作用,1.概述色谱法（Chromatography）与蒸馏、重结晶、溶剂萃取、化学沉淀和电解沉积方法一样，也是一种分离技术，它是各种分离技术中效率最高和应用最广泛的一种方法。俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置： 色谱原型装置，如图（植物叶中色素的萃取
2、物，石油醚）。色谱法是一种分离技术，试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。其中的一相固定不动，称为固定相；另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为流动相。,2018年9月7日星期五,4,色谱法,当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。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。两相及两相的相对
3、运动构成了色谱法的基础,2018年9月7日星期五,5,2.色谱法分类,气相色谱：流动相为气体（称为载气）。按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱,2018年9月7日星期五,6,液相色谱,液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。 按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。 离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同pH值的水溶液为流动相。,2018年9月7日星期五,7,其他色谱方法,薄层色谱和纸色谱：比较简单的色谱方法,凝胶色谱法: 超临界色谱: 高效毛细管电泳:九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。,2018年
4、9月7日星期五,8,3.气相色谱法的特点,（1）分离效率高：复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。 （2） 灵敏度高：可以检测出g.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量. （3） 分析速度快：一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。 （4） 应用范围广：适用于沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。不足之处：不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。被分离组分的定性较为困难。,2018年9月7日星期五,9,二、气相色谱分离过程,气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 填充柱色谱: 气固色谱和气液色谱，两者的分离机理不同。 气固色谱的固定相: 多孔性的固体吸
5、附剂颗粒。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。 气液色谱的固定相: 由担体和固定液所组成。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。 气固色谱的分离机理:吸附与脱附的不断重复过程； 气液色谱的分离机理：气液两相间的反复多次分配过程。,2018年9月7日星期五,10,气相色谱分离过程,当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触时，被固定相溶解或吸附。 随着载气的不断通入，被溶解或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附， 挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又再次被固定相溶解或吸附。 随着载气的流动，溶解、挥发，或吸附、脱附的过程反复地进行。,2018年9月7日星期五,11,分配系数 K,组分在固定相和流
6、动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数，用K 表示，即：,2018年9月7日星期五,12,分配系数 K的讨论,一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢； 试样一定时，K主要取决于固定相性质； 每个组份在各种固定相上的分配系数K不同； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础； 某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。,2018年9月7日星期五,一、气相色谱仪及其流程 二、气相色谱固定相 三、气相色谱检测装置1检测器特性2热导检测器3氢火焰离子化检测
7、器4. 电子捕获检测器5. 具有定性功能的检测器（联用技术）,第二节 气相色谱装置,2018年9月7日星期五,14,气相色谱仪1,2018年9月7日星期五,15,气相色谱仪2,2018年9月7日星期五,16,气相色谱仪3,2018年9月7日星期五,17,一、气相色谱流程,1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪； 7-？ 8-？,1. 载气系统：包括气源、净化干燥管和载气流速控制; 2. 进样系统：进样器及气化室； 3. 色谱柱：填充柱（填充固定相）或毛细管柱（内壁涂有固定液）； 4. 检测器：可
8、连接各种检测器，以热导检测器或氢火焰检测器最为常见； 5. 记录系统：放大器、记录仪或数据处理仪； 6. 温度控制系统：柱室、气化室的温度控制。,2018年9月7日星期五,18,二、气相色谱固定相,1气固色谱固定相种类：活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强。活性氧化铝：有较大的极性。适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离。CO2能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析。硅胶：与活性氧化铝大致相同的分离性能，除能分析上述物质外，还能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能够分离臭氧。,2018年9月7日星期五,19,气固色谱固定相,分子筛：碱及碱土金属的
9、硅铝酸盐（沸石），多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子筛等（孔径：埃）。常用5A和13X（常温下分离O2与N2）。除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分离外，还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O等。高分子多孔微球（GDX系列）：新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。型号：GDX-01、-02、-03等。适用于水、气体及低级醇的分析。,2018年9月7日星期五,20,气固色谱固定相的特点,（1）性能与制备和活化条件有很大关系； （2）同一种固定相，不同厂家或不同活化条件，分离效果差异较大； （3）种类有限，能分离的对象不多； （4）使用方便。,2018年9月7日星
10、期五,21,2气液色谱固定相,气液色谱固定相 固定液 + 担体（支持体） ：固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态。固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断扩大。 担体：化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比表面积。可以作为担体使用的物质应满足以下条件：比表面积大，孔径分布均匀；化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组份不起反应；具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；颗粒大小均匀、适度。一般常用6080目、80100目。,2018年9月7日星期五,22,担体（硅藻土）,红色担体： 孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度好。适宜分离非极性或弱极性组分的试样。缺点是
11、表面存有活性吸附中心点。白色担体：煅烧前原料中加入了少量助溶剂(碳酸钠)。颗粒疏松，孔径较大。表面积较小，机械强度较差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分的试样。,表1 填充柱气液色谱担体一览表,2018年9月7日星期五,24,固定液,固定液：高沸点难挥发有机化合物，种类繁多。(1)对固定液的要求应对被分离试样中的各组分具有不同的溶解能力，较好的热稳定性，并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应。(2)选择的基本原则“相似相溶”，选择与试样性质相近的固定相。,2018年9月7日星期五,25,(3)固定液分类方法,如按化学结构、极性、应用等的分类方法。在各种色谱手册中，一般将固定液按有机化合物的分
12、类方法分为：脂肪烃、芳烃、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等， (4) 最高最低使用温度高于最高使用温度易分解，温度低呈固体； (5) 混合固定相对于复杂的难分离组分通常采用特殊固定液或将两种甚至两种以上配合使用；,2018年9月7日星期五,26,(6) 固定液的相对极性,规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零， ，氧二丙睛的相对极性为100.,表8-2 优选固定液 麦氏常数：x、y、z、u、s表示，分别代表了极性分子间存在着的静电力（偶极定向力）；极性与非极性分子间存在着的诱导力；非极性分子间的色散力；氢键或组合等。也可以用五个数的总和来表示固定相的极性大小，如：，氧二丙睛五个常数的总和为4427
13、，是强极性固定相。,2018年9月7日星期五,28,三、气相色谱检测装置,色谱仪的关键部件之一，种类较多，原理和结构各异。有的具有广普性，如热导检测器；有的具有高选择性，仅对某类物质有高响应。1检测器特性浓度型检测器：测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测 信号值与组分的浓度成正比。质量型检测器：测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。,2018年9月7日星期五,29,检测器性能评价指标 响应值（或灵敏度）S :,在一定范围内，信号E与进入检测器的物质质量m呈线性关系：E = S m S=E / m单位：mV / （mg /cm-
14、3）；（浓度型检测器）mV / （mg /s）；（质量型检测器） S 表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号的大小。S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越高。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱峰面积（A）除以试样质量求得：S = A / m,2018年9月7日星期五,30,最低检测限（最小检测量）：,噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。,从图中可以看出：如果要把信号从本底噪声中识别出来，则组分的响应值就一定要高于N。检测器响应值为2倍噪声水平时的试样浓度（或质量），被定义为最低检测限（或该物质的最小检测量）。线性度与线性范围 ：检测器的线性度定义为：检测器响应值
15、的对数值与试样量对数值之间呈比例的状况。而检测器的线性范围定义为：检测器在线性工作时，被测物质的最大浓度（或质量）与最低浓度（或质量）之比。,2018年9月7日星期五,31,2热导检测器,（1） 热导检测器的结构池体：一般用不锈钢制成。热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。,2018年9月7日星期五,32,（2）检测原理,平衡电桥，右图。不同的气体有不同的热导系数。,钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值： R参=R测 ; R1=R2 则： R参R2=R
16、测R1 无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。 进样后，载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，R参R测 则： R参R2R测R1这时电桥失去平衡，a、b两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。,2018年9月7日星期五,33,（3）影响热导检测器灵敏度的因素,桥路电流I ： I，钨丝的温度 ，钨丝与池体之间的温差，有利于热传导，检测器灵敏度提高。检测器的响应值S I3，但稳定性下降，基线不稳。桥路电流太高时，还可能造成钨丝烧坏。 池体温度：池体温度与钨丝温度相差越大，越有利于热传导，检测器的灵敏度也就越高，但池体温度不能低于分离柱温度，以防止试样组分在检测器中冷凝。,2018年9月7日星期五,34,表7-3 某些气体与蒸气的热导系数()，单位：J / cms,
