chapter1 色谱与分离概述

2020/1/23“色谱与分离”分析化学仪器分析色谱分析(学科)2020/1/23参考资料:1.卢佩章,戴朝政,色谱理论基础,科学出版社1989;2.湖南大学编,色谱分析,中国纺织出版社2008;3.张祥明，现代色谱分析，复旦大学出版社2006;4.何华，倪坤仪，现代色谱分析，化学工业出版社2004;5.分析化学丛书第13卷(1~5)1~3分册科学出版社（2001-2004）;6.现代色谱法及其在药物分析中的应用,（孙毓庆,王延宗）2005,1，科学出版社;7.色谱分析法系列丛书，化工出版社（2001-2005）;8.《色谱》杂志，中科院大连化学物理研究所主办;9.GiddingsC.,PriciplesandTheoryChromatographicScienceSeries,MarcelDekker,NewYork,1998;10.Lindsay,HighPerformanceLiquidChromatography,(Series:AnalyticalChemistry),JonWiley&sonsNewYork,1996;11.J.Chromatogr.Sci.,1980-2005;12.J.Chromatography1980-2006.2020/1/23一、色谱法的起源二、色谱法的定义和应用三、色谱过程分析四、色谱法的分类五、色谱法的特点六、色谱法的发展第一章概述2020/1/23色谱与分离?常用的化学分离方法:沉淀分离法液-液萃取分离法离子交换分离法层析分离法现代分离技术与分析法:气相色谱法液相色谱法如,有机混合物的分离方法(像苯和环己烷的分离？）：2020/1/231.概述俄国植物学家茨维特（Tswett,Цвет）在1906年使用的装置：色谱原型装置，如图.(“色谱法”)一、色谱法的起源他在1903年3月21日华沙举行的“自然科学学会生物学分会会议”上，发表了题为“OnaNewCatege-oryofAdsorptionPhenomenaandTheirAppilcationtoBiochemicalAnalysis”的文章，提出了应用吸附原理分离植物色素的新方法。1907年，在德国生物学会议上第一次向人们公开展示了采用色谱法提纯的植物色素溶液及其色谱图－显现着彩色环带的柱管。(“色谱”）2020/1/23MichaelTswett(1872-1919),aRussianbotanist,discoveredthebasicprinciplesofcolumnchromatography.Heseparatedplantpigmentsbyelutingamixtureofthepigmentsonacolumnofcalciumcarbonate.Thevariouspigmentsseparatedintocoloredbands;hencethename“chromatography”.他为了分离植物色素，将植物绿叶的石油醚提取液倒入装有碳酸钙粉末的玻璃管中，并用石油醚自上而下淋洗，由于不同的色素在碳酸钙颗粒表面的吸附力不同，随着淋洗的进行，不同色素向下移动的速度不同，形成一圈圈不同颜色的色带，使各色素成分得到了分离。他将这种分离方法命名为色谱法（chromatography）。2020/1/23认识问题:如:∆1850年龙格(F.F.Lunge)观察到将一滴染料混合物溶液点滴到吸墨纸上时会扩散成一层层的圆形环。∆申拜恩（C.F.Schoenbein）在1861年注意到如果把一滴无机盐混合溶液点满在一张滤纸上，那么各种盐分会以不同的速度向四周扩散成层。∆德伊(D.T.Day)在1897年和克利特卡(S.K.Kritka)在1900年出发现把石油简单地通过碳酸钙的细粉柱时，它就会被分成不同部分。但认识到这种色谱分离现象和分离方法大有可为的是俄国的植物学家获维特!2020/1/23图示：固定相——CaCO3颗粒流动相——石油醚色带∆示2020/1/23植物色素分离图示:2020/1/23样品流动相2020/1/23色谱法初认识:一种重要的分离、分析技术;分离混合物各组分并加以分析,还可以进行制备.固定相（stationaryphase):除了固体，可以是液体流动相(mobilephase):液体或气体色谱柱:各种材质和尺寸被分离组分:不再仅局限于有色物质2020/1/23二、色谱法定义及用途定义：色谱法(chromatography)，是一种物理或物理化学的分离分析方法。原理：利用物质在固定相和流动相中的分配系数不同，使混合物中的各组分分离。以前学过的分离方法有：1.沉淀法是利用物质溶解度的不同而进行分离。2.蒸馏法是利用有机物沸点的差异进行分离。3.萃取法是利用组分在水相和有机相（互不相溶）中的分配系数不同进行而分离。2020/1/23色谱法的应用1、应用简介：色谱法已广泛用于各个领域，如石油化工、有机合成、生理生化、医药卫生、环境保护以及空间探索，是多组分混合物首选的分离分析方法。以《中国药典》2005版为例，一部收载中药1146个品种，用薄层色谱进行鉴别或含量测定的有1523项，用高效液相色谱进行定量分析的有479种518项，用气相色谱进行检测的有47种。二部收载的有1967个品种，采用高效液相色谱法的品种有848种。现在色谱法已形成一门专门的科学。2020/1/232.色谱法应用领域(一)、色谱法在定量、定性分析与制备、生产中的应用(二)．色谱法在理论研究、催化化工、萃取等领域的应用1．无限稀释活度系数数据的测定及其在工程上的应用①混合溶剂、②高压气液平衡系统2．溶液理论及热数据的测定①过量偏摩尔参数与过量偏摩尔热容、②溶解热、生成热、反应热、③非电解质理论、④高聚物溶液理论3．维里系数的研究与测定4．纯物质性质的研究与测定①蒸汽压、②蒸发焓、③沸点、④相变、⑤分子量、⑥分子结构、⑦熵、粘度、折光系数等2020/1/235．固体表面物理化学性质的研究⑴物理吸附（迎头色谱法、冲洗色谱法）①吸附等温线、②固体表面积、③固体内含孔径分布、⑵化学吸附与化学滴定①吸附热、②固体表面的酸减性、③催化剂活性中心及其性质、⑶程序升温色谱法研究固体表面性质①脱附过程、②还原与氧化、③表面反应、6．催化反应动力学研究（微反应器反应色谱法）①脉冲催化反应动力学、②脉冲断流色谱法、③程序升温表面反应动力学、④空穴色谱法与过渡应答技术、7．传递性质研究①气体扩散系数、②液相扩散系数、③催化剂中质量传递阻力、8．萃取过程的研究与参数测定2020/1/23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。两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础三、色谱过程分析2020/1/232020/1/23流动相进样分离柱检测器数据处理进样口计算机控制及2020/1/23图示：分配系数的微小差异→吸附能力的微小差异；微小差异积累→较大差异→吸附能力弱的组分先流出；吸附能力强的组分后流出。2020/1/23☆分配系数K(partitioncoefficient)与色谱分离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，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g/mL）比，称为分配系数，用K(T)表示，即：组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度K2020/1/23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。组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度K2020/1/23四、色谱法的分类1．按两相分子的聚集状态分类流动相固定相类型液相色谱液体固体液-固色谱液体液体液-液色谱气体固体气-固色谱气体液体气-液色谱气相色谱超临界流体色谱法——流动相为超临界流体2020/1/232．按固定相的固定方式分类3．按分离机制分类平面色谱纸色谱薄层色谱高分子薄膜色谱柱色谱填充柱色谱毛细管柱色谱分配色谱吸附色谱离子交换色谱空间排阻色谱毛细管电咏法毛细管电色谱法毛细管电泳2020/1/23色谱法简单分类毛细管电泳法2020/1/234.典型色谱法（1）气相色谱(gaschromatography)：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2020/1/23（2）液相色谱(liquidchromatography)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。2020/1/23（3）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。2020/1/23五、色谱法的特点优点：“三高”、“一快”、“一广”缺点：高选择性:可将性质相似的组分分开;高效能:反复多次利用组分性质的差异,产生很好分离效果;高灵敏度:10-11~10-13g,适于痕量分析;分析速度快:几~几十分钟完成分离,一次可以测多种样品;应用范围广:气体，液体、固体物质,化学衍生化再用色谱分离、分析.（选择性好，易于自动化）•对未知物分析的定性专属性差（定性能力差）•需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS)2020/1/23六、色谱法的发展1、历史30年代茨维特分离叶绿色素，产生固液吸附色谱；40年代液－液分配色谱法、TLC、纸色谱；50年代GC出现使色谱具备分离和在线分析功能；60年代推出了色谱－质谱联用技术(GC-MS）；70年代HPLC出现使色谱分析范围进一步扩大；80年代出现了超临界流体色谱法、毛细管电泳法；90年代崛起的电色谱法，兼有毛细管电泳法与微填充柱色谱法的优点；21世纪色谱科学将在生命科学等前沿发挥它不可替代的重要作用。2020/1/23色谱法的发展历史年代发明者发明的色谱方法或重要应用1906Tswett用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提出色谱概念。1931Kuhn,Lederer用氧化铝和碳酸钙分离a-、b-和g-胡萝卜素。使色谱法开始为人们所重视。1938Izmailov,Shraiber最先使用薄层色谱法。1938Taylor,Uray用离子交换色谱法分离了锂和钾的同位素。1941Martin,Synge提出色谱塔板理论；发明液-液分配色谱；预言了气体可作为流动相（即气相色谱）。1944Consden等发明了纸色谱。1949Macllean在氧化铝中加入淀粉黏合剂制作薄层板使薄层色谱进入实用阶段。1952Martin,James从理论和实践方面完善了气-液分配色谱法。1956VanDeemter等提出色谱速率理论，并应用于气相色谱。1957基于离子交换色谱的氨基酸分析专用仪器问世。1958Golay发明毛细管柱气相色谱。1959Porath,Flodin发表凝胶过滤色谱的报告。1964Moore发明凝胶渗透色谱。1965Giddings发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。1975Small发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，采用抑制型电导检测的新型离子色谱法。1981Jorgenson等创立了毛细管电泳法。2020/1/23色谱法起过关键作用的诺贝尔奖研究工作年代获奖学科获奖研究工作1937化学类胡萝卜素化学，维生素A和B1938化学类胡萝卜素化学1939化学聚甲烯和高萜烯化学1950生理学、