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1、2024/9/19第十二章第十二章 色谱分析基础色谱分析基础第一节第一节 色谱法概述色谱法概述一、一、 色谱法的特点、色谱法的特点、分类和作用分类和作用characteristic ,classificationactuation of chromatograph 二、气相色谱分离过程二、气相色谱分离过程separation process of gas chromatograph fundamental of chromatograph analysis generalization of chromatograph analysis 2024/9/19一、一、 色谱法的特点、分类和作用色谱
2、法的特点、分类和作用 混合物最有效的分离、分析方法。混合物最有效的分离、分析方法。 俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在19061906年使用的装置：年使用的装置：色谱原型装置，如图。色谱原型装置，如图。 色谱法是一种分离技术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在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。分配过程。 其中的一相固定不动，称为其中的一相固定不动，称为固定相固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流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），称为体（气
3、体或液体），称为流动相流动相。（动画）（动画）2024/9/19色谱法色谱法 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，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。流出
4、。（动画）（动画） 与适当的柱后检测方与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。组分的分离与检测。 两相及两相的相对运两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础动构成了色谱法的基础2024/9/19 (1) (1)气相色谱气相色谱：流动相为气体（称为载气）。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按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱2024/9/19液相色谱液相色谱(2)(2)液相色谱液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。流动相为液体
5、（也称为淋洗液）。 按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。 离子色谱离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同为固定相，不同pHpH值的水溶液为流动相。值的水溶液为流动相。2024/9/19(3)(3)其他色谱方法其他色谱方法薄层色谱和纸色谱：薄层色谱和纸色谱： 比较简单的色谱方法比较简单的色谱方法凝胶色谱法凝胶色谱法：测聚合物分子量分布。超临界色谱超临界色谱: : CO2流动相。流动相。高效毛细管电泳高效毛细管电泳: : 九十年代快速发展、特九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的别适合生物试
6、样分析分离的高效分析仪器。高效分析仪器。2024/9/19（1）分离效率高分离效率高 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。（2 2） 灵敏度高灵敏度高 可以检测出-1(10-6)级甚至-1(10-9)级的物质量。（3） 分析速度快分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4 4） 应用范围广应用范围广 气相色谱：沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。 不足之处不足之处： 被分离组分的定性较为困难。2024/9/19二、色谱分离过程二、色谱分离过程 色谱分离过程是在色谱柱内完成的。色谱分离过程是在色谱柱内完成的。
7、填填充充柱柱色色谱谱: 气气固固(液液固固)色色谱谱和和气气液液(液液液液)色色谱谱，两两者者的分离机理不同。的分离机理不同。 气固气固(液固液固)色谱的固定相色谱的固定相: 多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗粒。 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气液气液(液液液液)色谱的固定相色谱的固定相: 由由 担体和固定液所组成。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。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气固色谱的分离机理: 吸附与脱附的不断重复过程；吸附与脱附的不断重复过程；气液色谱的分离机理：气液色
8、谱的分离机理： 气液气液(液液液液)两相间的反复多次分配过程。两相间的反复多次分配过程。2024/9/191. 1. 气相色谱分离过程气相色谱分离过程 当当试试样样由由载载气气携携带带进进入入色色谱谱柱柱与与固固定定相相接接触触时时，被被固固定定相溶解或吸附相溶解或吸附; ; 随随着着载载气气的的不不断断通通入入，被被溶溶解解或或吸吸附附的的组组分分又又从从固固定定相相中挥发或脱附中挥发或脱附; ; 挥挥发发或或脱脱附附下下的的组组分分随随着着载载气气向向前前移移动动时时又又再再次次被被固固定定相溶解或吸附相溶解或吸附; ; 随随着着载载气气的的流流动动，溶溶解解、挥挥发发，或或吸吸附附、脱脱
9、附附的的过过程程反反复地进行。复地进行。（动画）（动画）2024/9/192. 2. 分配系数分配系数（ partion factor） K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、组分在固定相和流动相间发生的吸附、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：分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数，比，称为分配系数，用用K 表示，即：表示，即：分配系数是色谱分离的依据。分配系数是色谱分离的依据。2024/9/19分配系数分配系数 K 的讨论的讨论 一定温度下，组分的分配
10、系数一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；试样一定时，试样一定时，K主要取决于固定相性质；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每个组份在各种固定相上的分配系数K不同；不同；选择适宜的固定相可改善分离效果；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试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础；值是分离的基础；某组分的某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留，最先流出。2024/9/193.3.分配比分配比 （partion radio）k 在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分
11、配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：相间分配达到平衡时的质量比： 1. 分分配配系系数数与与分分配配比比都都是是与与组组分分及及固固定定相相的的热热力力学学性性质质有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。 2.分分配配系系数数与与分分配配比比都都是是衡衡量量色色谱谱柱柱对对组组分分保保留留能能力力的的参数，数值越大，该组分的保留时间越长。参数，数值越大，该组分的保留时间越长。 3. 分配比可以由实验测得。分配比可以由实验测得。分配比也称：分配比也称： 容量因子容量因
12、子(capacity factor)；容量比容量比(capacity factor)；2024/9/194. 容量因子与分配系数的关系容量因子与分配系数的关系 式中式中为相比。为相比。 填充柱相比：填充柱相比：635；毛细管柱的相比：；毛细管柱的相比：501500。 容量因子越大，保留时间越长。容量因子越大，保留时间越长。 VM为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积； VS为固定相体积，对不同类型色谱柱，为固定相体积，对不同类型色谱柱， VS的含义不同；的含义不同； 气气-液色谱柱：液色谱柱： VS为固定液体积；为固定液体积； 气气-固色谱柱：固
13、色谱柱： VS为吸附剂表面容量；为吸附剂表面容量；2024/9/195. 分配比与保留时间的关系分配比与保留时间的关系 滞留因子（滞留因子（retardation factor）：）：us：组组分分在在分分离离柱柱内内的的线线速速度度；u：流流动动相相在在分分离离柱柱内内的的线线速度；速度；滞留因子滞留因子RS也可以用质量分数也可以用质量分数表示：表示： 若若组组分分和和流流动动相相通通过过长长度度为为L的的分分离离柱柱，需需要要的的时时间间分分别别为为tR和和tM，则：则：由以上各式，可得：由以上各式，可得： tR = tM(1+k)2024/9/19三、色谱流出曲线与术语色谱流出曲线与术语
14、 无无试试样样通通过过检检测测器器时时，检测到的信号即为基线。检测到的信号即为基线。 （1）时间表示的保留值）时间表示的保留值 保留时间（保留时间（tR）：）：组组分从进样到柱后出现浓度分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；极大值时所需的时间；（动画）（动画） 死时间（死时间（tM）：）：不与固定相作用的气体（如空气）的保不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间；留时间； 调整保留时间（调整保留时间（tR ）：tR= tRtM 2024/9/19 （2）用体积表示的保留值）用体积表示的保留值 保留体积（保留体积（VR）：）： VR = tRF0F0为柱出口处的载气流量，为柱出口处的载气流量
15、，单位：单位：m L / min。 死体积（死体积（VM）：）： VM = tM F0 调整保留体积调整保留体积(VR)： V R = VR VM （动画）（动画）2024/9/193. 3. 相对保留值相对保留值r21 组分组分2与组分与组分1调整保留值之比：调整保留值之比： r21 = tR2 / tR1= VR2 / VR1 相相对对保保留留值值只只与与柱柱温温和和固固定定相相性性质质有有关关，与与其其他他色色谱谱操操作作条条件件无无关关，它它表表示示了了固固定定相相对对这这两两种种组组分的选择性。分的选择性。2024/9/195. 5. 色谱色谱流出曲线的数学描述流出曲线的数学描述 色
16、色谱谱峰峰为为正正态态分分布布时时，色色谱谱流流出出曲曲线线上上的的浓浓度度与与时时间间的的关系为：关系为： 当当色色谱谱峰峰为为非非正正态态分分布布时时，可可按按正正态态分分布布函函数数加加指指数数衰衰减函数构建关系式。减函数构建关系式。2024/9/19选择内容选择内容：第一节第一节 色谱法概述色谱法概述generalization of chromatograph analysis第二节第二节 色谱理论基础色谱理论基础fundamental of chromatograph theory第三节第三节 色谱定性、定量方法色谱定性、定量方法qualitative and quantitative analysis in chromatograph结束结束
