分析化学16色谱分析法概论

仪器分析第十六章色谱分析法概论第十六章色谱分析法概论chromatography仪器分析第十六章色谱分析法概论色谱法的分类和发展色谱过程和基本原理基本类型色谱方法及其分离机制色谱法基本理论仪器分析第十六章色谱分析法概论高分离效能高灵敏高选择性分析速度快应用范围广色谱法的特点:仪器分析第十六章色谱分析法概论色谱学的重要作用诺贝尔化学奖：1948年，瑞典Tiselins，电泳和吸附分析；1952年，英国马丁(Martin)和辛格(Synge)，分配色谱。应用的科学领域：生命科学、材料科学、环境科学等。（科学的科学）药学（药物分析）：各国药典收载了许多色谱分析方法。中国药典二部，700多，纯度检查、定性鉴别或含量测定，一部，600多鉴别或含量测定。仪器分析第十六章色谱分析法概论第一节色谱法的分类和发展一、色谱法的分类按流动相的分子聚集状态分类:GC、LC、SFC等。按固定相的分子聚集状态分类:GSC、GLC、LSC、LLC等。仪器分析第十六章色谱分析法概论按操作形式分类:柱色谱法、平面色谱法、毛细管电泳法等。按色谱过程的分离机制分类:分配色谱法、吸附色谱法、离子交换色谱法、空间排阻色谱法、毛细管电泳法等。仪器分析第十六章色谱分析法概论毛细管电色谱法（CEC）色谱法GSC液相色谱法（LC）柱色谱法平面色谱法毛细管电泳法（CE）LLCLSCSECIECBPC纸色谱法薄层色谱法（TLC）LLCLLCLSC气相色谱法（GC）柱色谱法GLC超临界流体色谱法（SFC）仪器分析第十六章色谱分析法概论二、色谱法的发展（一）色谱法的历史（二）色谱法的现状和发展趋势1．新型固定相和检测器的研制2．色谱新方法的研究3．色谱联用技术4．色谱专家仪器分析第十六章色谱分析法概论第二节色谱过程和基本原理一、色谱过程实现色谱操作的基本条件是必须具备相对运动的两相，固定相(stationaryphase)和流动相(mobilephase)。色谱过程是组分的分子在流动相和固定相间多次“分配”的过程。仪器分析第十六章色谱分析法概论仪器分析第十六章色谱分析法概论色谱过程组分的结构和性质微小差异与固定相作用差异随流动相移动的速度不等差速迁移色谱分离。仪器分析第十六章色谱分析法概论二、色谱流出曲线和有关概念色谱流出曲线是由检测器输出的电信号强度对时间作图所绘制的曲线，又称为色谱图。基线是在操作条件下，没有组分流出时的流出曲线。基线反映仪器(主要是检测器)的噪音随时间的变化。色谱峰是流出曲线上的突起部分。正常色谱峰、拖尾峰和前延峰仪器分析第十六章色谱分析法概论对称因子fs(symmetryfactor)：衡量色谱峰的对称性ABAAWfhs2/)(2/05.0仪器分析第十六章色谱分析法概论到20页到19页仪器分析第十六章色谱分析法概论保留时间(retentiontime;tR)：从进样到某组分在柱后出现浓度极大时的时间间隔。死时间(t0)：分配系数为零的组分，即不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间。调整保留时间()：某组分由于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间。0R'Rttt＝'Rt定性参数1仪器分析第十六章色谱分析法概论定性参数2保留体积(VR)：从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大时，所需通过色谱柱的流动相体积。cRRFtVc00FtV＝死体积(V0)：由进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空间。固定相颗粒间间隙、导管的容积、检测器内腔容积的总和。仪器分析第十六章色谱分析法概论'RV定性参数3调整保留体积(adjustedretentionvolume)：由保留体积扣除死体积后的体积c'R0R'RFtVVV'R'R'R'R1,21212VVttr相对保留值(r)：两组分的调整保留值之比注意：VR’是定值，tR’与FC成反比仪器分析第十六章色谱分析法概论定性参数4保留指数(retentionindex；I):在GC中，以正构烷烃系列作为组分相对保留值的标准，用两个保留时间紧邻待测组分的基准物质来标定组分，这个相对值称为保留指数，又称Kovats指数，定义式：]lglglglgn+100[Z='R(z)'n)R(z'R(z)'R(x)xttttIz与z+n为正构烷烃对的碳原子数，Z为6，7，8，I为600，700，800仪器分析第十六章色谱分析法概论定量参数峰高(peakheight；h)：组分在柱后出现浓度极大时的检测信号，即色谱峰顶至基线的距离。峰面积(peakarea；A)：色谱曲线与基线间包围的面积。返回仪器分析第十六章色谱分析法概论返回柱效参数标准差(standarddeviation；σ)：正态色谱流出曲线上两拐点间距离之半，即0.607倍峰高处的峰宽之半。σ的大小表示组分被带出色谱柱的分散程度。σ越大，组分越分散；反之越集中。半峰宽(W1/2)：峰高一半处的峰宽W1/2=2.355σ峰宽(peakwidth；W)：色谱峰两侧拐点作切线在基线上所截得的距离。W=4σ或W=1.699W1/2仪器分析第十六章色谱分析法概论总分离效能指标分离度(resolution；R)：又称分辨率。是相邻两色谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。21RR21RR)(22/)(1212WWttWWttR＝＝仪器分析第十六章色谱分析法概论分离度设正常峰，W1≈W2=4σ，则R=1.5时，99.7%面积(tR±3σ)被分开，∆tR=6σ，称6σ分离。仪器分析第十六章色谱分析法概论三、分配系数与色谱分离(一)分配系数和容量因子分配系数(distributioncoefficient；K)是在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相(s)与流动相(m)中的浓度(C)之比。ms=CCK分配系数仅与组分、固定相和流动相的性质及温度（和压力）有关。是组分的特征常数。仪器分析第十六章色谱分析法概论容量因子(capacityfactor；k)：在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相和流动相中的质量(m)之比。（摩尔数？）又称为质量分配系数或分配比。分配系数与色谱分离还与固定相和流动相的体积有关。msmmkmmssVCVCmsVVK容量因子与分配系数的关系仪器分析第十六章色谱分析法概论分配系数与色谱分离（二）分配系数和容量因子与保留时间的关系tR=t0(1+k)tR=t0(1+K)uvR'v=L/tRu=L/t0RttR0'ssmmmmSmmsmm'VCVCVCNNNtttRkR11'RttR0'msVV0'R00Rtttttk仪器分析第十六章色谱分析法概论（三）色谱分离的前提KA≠KB或kA≠kB是色谱分离的前提。msVVmsVV=t0(1+KA)ARtBRt=t0(1+KB)tR=t0(KA－KB)msVVtR≠0KA≠KBkA≠kB分配系数与色谱分离推导过程：仪器分析第十六章色谱分析法概论第三节基本类型色谱方法及其分离机制分配色谱法吸附色谱法离子交换色谱法空间排阻色谱法仪器分析第十六章色谱分析法概论一、分配色谱法仪器分析第十六章色谱分析法概论分配色谱法分离原理利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别而实现分离。mmssmsVXVXCCK＝溶质分子在固定相中溶解度越大，或在流动相中溶解度越小，则K越大。在LLC中K主要与流动相的性质(种类与极性)有关；在GLC中K与固定相极性和柱温有关。仪器分析第十六章色谱分析法概论分配色谱法固定相又称固定液（涂渍在惰性载体颗粒上的一薄层液体；化学键合相（通过化学反应将各种有机基团键合到载体上形成的固定相）。流动相气液分配色谱法：气体，常为氢气或氮气。液液分配色谱法：与固定相不相溶的液体。正相液液分配色谱：流动相的极性弱于固定相的极性。反相液液分配色谱：流动相的极性强于固定相的极性。仪器分析第十六章色谱分析法概论分配色谱法洗脱顺序由组分在固定相或流动相中溶解度的相对大小而决定。正相液液分配色谱：极性强的组分后被洗脱。（库仑力和氢键力）。反相液液分配色谱：极性强的组分先出柱。仪器分析第十六章色谱分析法概论二、吸附色谱法分离原理利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差别而实现分离。吸附过程是试样中组分的分子(X)与流动相分子(Y)争夺吸附剂表面活性中心的过程，即为竞争吸附过程。仪器分析第十六章色谱分析法概论XXYYamamnn++namnmaa]][Y[X]][Y[X=Kmmaamaa//][X][XVXSXK吸附系数与吸附剂的活性、组分的性质和流动相的性质有关。仪器分析第十六章色谱分析法概论吸附色谱法固定相多为吸附剂，如硅胶、氧化铝。硅胶表面硅醇基为吸附中心。经典液相柱色谱和薄层色谱：一般硅胶高效液相色谱：球型或无定型全多孔硅胶和堆积硅珠。气相色谱：高分子多孔微球等仪器分析第十六章色谱分析法概论吸附色谱法流动相有机溶剂（硅胶为吸附剂）洗脱能力：主要由其极性决定。强极性流动相占据吸附中心的能力强，洗脱能力强，使k值小，保留时间短。Snyder溶剂强度o：吸附自由能，表示洗脱能力。o值越大，固定相对溶剂的吸附能力越强，即洗脱能力越强。仪器分析第十六章色谱分析法概论表16-1一些溶剂在硅胶上的o值溶剂溶剂强度（o）溶剂溶剂强度（o）正戊烷0.00甲基特丁基醚0.48正己烷0.00醋酸乙酯0.48氯仿0.26乙腈0.52二氯甲烷0.40异丙醇0.60乙醚0.43甲醇0.70仪器分析第十六章色谱分析法概论洗脱顺序ka=KaSa/Vm在色谱柱（Sa与Vm一定）时，Ka大的组分保留强，后被洗脱，Ka小的组分在吸附剂上保留弱，先被洗脱。Ka与组分的性质（极性、取代基的类型和数目、构型有关）。吸附色谱法仪器分析第十六章色谱分析法概论以硅胶为吸附剂：极性强的组分吸附力强。①饱和碳氢化合物为非极性化合物，不被吸附。②基本母核相同，引入的取代基极性越强，则分子的极性越强，吸附能力越强；极性基团越多，分子极性越强(但要考虑其他因素的影响)。③不饱和化合物的吸附力强，双键数越多，吸附力越强。④分子中取代基的空间排列仪器分析第十六章色谱分析法概论分离原理利用被分离组分离子交换能力的差别而实现分离。分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。阳离子交换：阴离子交换：离子交换通式：33++RNR+OH-ClRNR+ClOH交换再生++RBARAB交换再生+3++RSOH+Na+Na+3HRSO三、离子交换色谱法仪器分析第十六章色谱分析法概论仪器分析第十六章色谱分析法概论离子交换色谱法交换反应的平衡常数即选择性系数：BAA/B]B/[]BR[]A/[]AR[KKK－－KA/B是离子对树脂亲和能力相对大小的度量，KA/B越大，A的交换能力大，越易保留。常选择某种离子（如H+或Cl－）作参考。KA、KB为A、B的分配系数。仪器分析第十六章色谱分析法概论离子交换色谱法固定相离子交换剂(ionexchanger)：离子交换树脂（resin）和硅胶化学键合离子交换剂。–离子交换树脂:有网状骨架及可离解、可交换基团，如磺酸基(－SO3H)、羧基(－COOH)及季胺基(－NR3+OH－)等。性能指标常用交联度、交换容量和粒度等。–化学键合离子交换剂：键合在薄壳型和全多孔微粒硅胶上。用于HPLC中的固定相仪器分析第十六章色谱分析法概论离子交换色谱法流动相一定pH和离子强度的缓冲溶液，有时也加入少量有机溶剂，如乙醇、四氢呋喃、乙腈等，以提高选择性。仪器分析第十六章色谱分析法概论离子交换色谱法影响保留行为的因素被分离离子、离子交换剂、流动相的性质等(1)离子的电荷和水合半径：价态高选择性系数大。同价阳离子在酸性阳离子交换剂上,水合离子半径,选择性系数小。稀溶液中阳离子在强酸性阳离子交换树脂上的交换顺序是：Fe3+＞Al3+＞Ba2+≥Pb2+＞Sr2+＞Ca2+＞Ni2+＞Cd2+≥Cu2+≥Co2+≥Mg2+≥Zn2+≥Mn2+＞Ag