1、1、第15章色譜指南、15-1概要15-2色譜分離原理15-3色譜基本理論15-4分離度15-5氣相色譜定性分析15-6氣相色譜定量分析、2、15-1概要、1、色譜色譜法是利用混合物中各物質(zhì)在兩相間的分配系數(shù)的差，當(dāng)溶質(zhì)在兩相間相對移動(dòng)時(shí)，各物質(zhì)在兩相間被分配多次，各成分被分離的物理化學(xué)分析法。 3，1 .色譜的生成和發(fā)展色譜是一種分離技術(shù)，建立于俄羅斯植物學(xué)家圖維特1906年。 為了分離植物葉的色素，將葉的石油醚(飽和烴混合物)提取液注入玻璃管中，在柱中填充CaCO3粉末(對CaCO3有吸附能力)，用純石油醚洗出(淋浴)。 色素受到兩種力的影響。 4、(CaCO3吸附，使色素滯留在柱中，(2

2、)溶解于石油醚，使色素向下移動(dòng)的各色素的結(jié)構(gòu)不同，兩種力的大小不同，經(jīng)時(shí)間溶出后，色素通過柱分離，從而形成各色的光譜的分離方法5、固定相：caco3粒子移動(dòng)相：石油醚，6，茨維特在當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)中觀察了胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和b 4條帶。 隨著分離的樣品種類的增加，該方法廣泛用于無色物質(zhì)的分離，“色譜”這個(gè)名稱的“顏色”失去了原來的意義，而“色譜”這個(gè)名稱一直持續(xù)到現(xiàn)在。 7，7，1906年茨維特在德國植物學(xué)雜志上發(fā)表文章，第一次將上述分離的絲帶命名為色譜圖，這種方法稱為色譜圖。 1952年馬丁和Synge因色譜理論和應(yīng)用研究獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 8，8，1952年，馬丁和James發(fā)表了第一篇

3、氣相色譜論文，首次以氣體為流動(dòng)相，配合微量酸堿滴定，發(fā)明了氣相色譜，為揮發(fā)性化合物的分離測定帶來了劃時(shí)代的革命。 VanDeemter等人對色譜理論的研究極大地促進(jìn)了色譜技術(shù)的發(fā)展。 1955年，最初的商品氣相色譜登場，顯示了現(xiàn)代色譜分析的確立。 9，9，1956年，荷蘭VanDeemter在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上提出了速度理論。 1957年Golay發(fā)表了涂壁毛細(xì)管氣液分配色譜理論和實(shí)踐論文，實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)管氣的色譜分離。 1979年彈性石英毛細(xì)管被應(yīng)用于氣相色譜。 80年代固定固定液是毛細(xì)管色譜技術(shù)的另一個(gè)重要發(fā)展。 提高了柱的穩(wěn)定性，延長了柱的壽命，提高了色譜的性能。 10，二.色譜分類，1

4、.按兩相所處狀態(tài)分類，氣相色譜(GC )液相色譜(LC )，流相狀態(tài)分類，適用于氣體和低沸點(diǎn)有機(jī)化合物的分析，儀器簡單，操作方便，應(yīng)用廣泛。 可以在不同的操作溫度條件下使用。 11、按固定相分別，氣相色譜法(GSC )氣相色譜法(GLC )、液相色譜法、液相色譜法(LSC )液相色譜法(LLC )適用于高沸點(diǎn)、不易氣化、熱不穩(wěn)定、生物活性物質(zhì)的分析，通常在室溫下工作。 12、13、2 .按固定相外形分類，按平板色譜、填充柱色譜的毛細(xì)管柱、薄層色譜和紙色譜、柱色譜、3 .成分兩相間的分離機(jī)理分類，吸附色譜離子交換色譜、空間阻隔色譜、毛細(xì)管電泳、14、15、3、色譜特征、1 .分離效率高、復(fù)雜混合

5、物、性質(zhì)接近的有機(jī)同系物、光學(xué)異構(gòu)體等。 對于它們性質(zhì)極為類似的成分，如同位素、異構(gòu)體，采用高選擇性固定相，使它們之間的分配系數(shù)產(chǎn)生充分的差異，實(shí)現(xiàn)良好的分離。 16、多種高靈敏度檢測器，微量雜質(zhì)分析的有力工具。 可以從ppt(10-9 )級檢測到ppb(10-12 )級。2、靈敏度高，17，4 .應(yīng)用范圍廣，可以分析有機(jī)或無機(jī)氣體、液、固體樣品，成分定性困難，缺點(diǎn)：3 .分析速度快，解決方法：發(fā)展并用技術(shù)，18，4 .氣相色譜分析法與其他方法相比，與1 .氣相色譜和分石油化學(xué)家用分餾法鑒定石油中的200多種成分花了20年以上，現(xiàn)在用毛細(xì)管GC只需幾個(gè)小時(shí)就能完成。 19、苯和環(huán)己烷的沸點(diǎn)僅為

6、0.6，不能用精餾分離柱分離。 20，2 .氣相色譜和古典化學(xué)分析的比較化學(xué)分析是因?yàn)槲镔|(zhì)具有獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)而測定的，但色譜可以將多種化學(xué)性質(zhì)相同/類似的復(fù)雜成分相互分離來測定。 3 .氣相色譜和光譜、質(zhì)譜法的比較光譜、質(zhì)譜法主要是定性分析工具，色譜法是分離分析工具。 色譜最大的優(yōu)勢是最擅長分離分析多成分的復(fù)雜體系。21，15-2色譜分離原理，熱力學(xué)因素：分配系數(shù)動(dòng)力學(xué)因素：柱中成分的擴(kuò)散和傳遞，22，色譜分離過程為色譜分析，流動(dòng)相將樣品輸送到固定相時(shí)，樣品分子和固定相分子之間發(fā)生相互作用，樣品分子被分配到流動(dòng)相和固定相之間與固定相分子的作用越大，向前方的移動(dòng)越慢，與固定相分子的作用越小，向前

7、方的移動(dòng)速度越快，經(jīng)過一定的距離后，反復(fù)進(jìn)行多次分配(柱色譜為103106次)，因此，即使在本來的性質(zhì)(沸點(diǎn)、極性等)的差小的成分間也能得到良好的分離。23、分配系數(shù)微小差異吸附能力的微小差異積累大的差異作用能力弱的成分，先流出的作用力強(qiáng)的成分之后流出，24，一、分離原理，固定相為多孔性的固體吸附劑粒子，其分離根據(jù)固體吸附劑對樣品中各成分的吸附能力的不同，1 .氣相色譜：25， 固定相由載體和固定液構(gòu)成，固定液涂布在載體表面，其分離混合物根據(jù)固定液對樣品中各成分的溶解能力的不同而不同。 2 .氣相色譜：26、樣品中各成分的k值的差異是分離的基礎(chǔ)，二、分配系數(shù)和分配比，一.分配系數(shù)K(distr

8、ibutioncoefficient )是在一定的溫度和壓力下，成分在兩相間達(dá)到平衡時(shí)的濃度比稱為分配系數(shù)。 在一定的溫度和壓力下，k越大，峰越慢，27，2 .分配比k(distributionratio )是在一定的溫度和壓力下，成分在兩相間達(dá)到平衡時(shí)，分配給固定相和流動(dòng)相的質(zhì)量之比。 說明了28、k的值越大，成分在固定相中的量越多，相當(dāng)于柱的容量越大，因此也稱為分配容量。 這是測量柱分離成分的保持能力的重要參數(shù)。 k值也取決于成分和固定相的熱力學(xué)性質(zhì)。 不僅是柱溫、柱壓的變化，也與流動(dòng)相和固定相的體積有關(guān)。29、3、分配系數(shù)和分配比的關(guān)系分配系數(shù)k與柱中的固定相和流動(dòng)相的體積無關(guān)，依賴于成

9、分和二相的性質(zhì)，隨柱溫、柱壓的變化而變化。 電容因子k由成分和固定相的熱力學(xué)性質(zhì)決定，隨柱溫、柱壓的變化而變化，也與流動(dòng)相和固定相的體積有關(guān)。 30、理論上的相位比率(比較，b ) :是各種柱柱型及其結(jié)構(gòu)特征填充柱：635毛細(xì)管柱336052525252525252525352535253525353535353535 5353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535 32，3 .區(qū)域?qū)挾龋? )半值寬度(Y1/2 ) :2 )峰底寬度(Wb )，色譜峰高度的一半的寬度，色譜峰兩側(cè)的拐點(diǎn)處的切線在基線上的切片間的距離。3

10、3、氣相色譜流出曲線、34、4 .用保持值(retentionvalue )、1 )時(shí)間表示的保持值、保持時(shí)間(tR ) :成分從樣本進(jìn)入柱中到濃度極大值出現(xiàn)所需的時(shí)間。 不作用于固定的氣體的保持時(shí)間。保持時(shí)間(tR):tR=tRtM，死區(qū)(tM ) :35，2 )用體積表示的保持值，成分進(jìn)入柱后出現(xiàn)濃度極大值時(shí)通過的流動(dòng)相體積，VR=tRF0，柱內(nèi)的固定相未占有的空隙體積，保持體積(VR):VR=VRVM，死區(qū)體積保持體積(VR ) :36，tR=tM(1 k )，3 )也稱為相對保持值r21，也稱為選擇因子，僅關(guān)于列溫和的固定相的性質(zhì)示出了相對的兩個(gè)成分的選擇性，6 .保持值和分配比k的關(guān)

11、系，5 .保持值和分配系數(shù)k的關(guān)系，37，色譜的判斷樣品中包含的最小分組得分，2 )根據(jù)保持值定性分析色譜峰，3 )根據(jù)峰的高度和面積進(jìn)行定量分析，38，15-3色譜的基本理論，板理論，39，1，板板理論假設(shè)柱與一個(gè)分餾塔相比，柱內(nèi)有n個(gè)板，板的高度稱為理論板的高度，用h表示的話，在板內(nèi)，樣品的各組被分配給二相而達(dá)到平衡，最后，揮發(fā)度大的成分和揮發(fā)度小的成分相互揮發(fā)度大的最初從塔頂(即柱后面)脫離的這個(gè)理論雖然并不完全符合柱的分離過程，但色譜分離和一般的分餾塔分離有很大的差異，但由于該比喻形象簡潔，所以繼承了數(shù)十年。 40，理論假說：1 )柱由一個(gè)虛擬擱板構(gòu)成，一個(gè)擱板內(nèi)的成分在氣液兩相間可以

12、很快取得平衡，2 )擱板內(nèi)的一部分空間被固定相占，另一部分被流動(dòng)相占，被稱為板體積的1941Martin，41，5 )分配系數(shù)在各塔中為常數(shù)(3)載氣進(jìn)入柱中不是連續(xù)的而是脈動(dòng)的，一次為1片板體積，4 )試料向柱方向的擴(kuò)散可以忽略，42、色譜通常由5片擱板(n5，n是柱的擱板數(shù))構(gòu)成，r為擱板編號，r0、1、2、nl； 某成分的分配比k=1，基于上述假設(shè)，在色譜分離過程中，該成分的分布可如下計(jì)算。 首先，有單位質(zhì)量的，也就是m-1的成分被加到0號架子上，分配平衡是mSmM0.5。 得到43、44、45、色譜流出曲線、遠(yuǎn)離柱的物質(zhì)量為縱軸、載氣的架體積為橫軸的色譜，隨著46、脈沖載氣的添加，成分

13、從柱出口流出到檢測器中。 實(shí)際上，柱內(nèi)的成分分布是二項(xiàng)式的展開式，p是分配到液相的質(zhì)量，q是分配到氣相的質(zhì)量。 到n100時(shí)，流出曲線的形狀呈現(xiàn)高斯分布，常用氣相色譜柱的n約為103106。 47、在色譜過程中，n大，采用數(shù)學(xué)近似處理方法， 色譜流出曲線上任意點(diǎn)樣品的濃度值： c色譜流出曲線上任意點(diǎn)樣品的濃度可以導(dǎo)出n理論級數(shù)m溶質(zhì)的質(zhì)量VR溶質(zhì)的保持體積v色譜流出曲線上任意點(diǎn)的保持體積，48，確定色譜峰的最大濃度的要素： l樣品量越大，峰的高度越大l相同的保留時(shí)間，架子的數(shù)量越大，峰的高度越大，固定l樣品量和擱板數(shù)，保持時(shí)間越小，色譜的峰越高，相反，保持時(shí)間越長，成分色譜的峰低49、流出曲線

14、方程式：理論架高(h )、50，注意：同一列用不同的物質(zhì)計(jì)算能得到不同的架數(shù)。 有效貨架數(shù)、有效貨架高度、51、貨架理論的優(yōu)點(diǎn)：貨架理論為半經(jīng)驗(yàn)理論，明確了色譜的分離過程。 擱板理論在色譜中的意義是色譜流出曲線符合高峰分布擱板數(shù)作為測量柱效果的指標(biāo)有效的濃度極大點(diǎn)的位置Cmax符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 52、2 .以有效架子的數(shù)量和有效架子的高度作為測量柱性能的指標(biāo)時(shí)，指定測量物質(zhì)。 1 .柱的長度一定，有效的架數(shù)n越大，被測定成分在柱內(nèi)分配的次數(shù)越多，柱的性能越高。 3、柱效應(yīng)不能表示分離出的成分的實(shí)際分離效果。53、擱板理論假說的缺點(diǎn)：在氣相色譜法中，忽略分子縱向擴(kuò)散的流動(dòng)相的運(yùn)動(dòng)跳躍不連續(xù)的假設(shè)明

15、顯違反了實(shí)際的色譜過程，實(shí)際的色譜過程很難達(dá)到真正的平衡狀態(tài)，分配系數(shù)與濃度無關(guān)，只在一定的范圍內(nèi)成立。 54、擱板理論的最大缺點(diǎn)：色譜流出曲線峰值的擴(kuò)展的本質(zhì)和曲線形狀變化的影響因素?zé)o法說明各種實(shí)驗(yàn)操作條件的變化導(dǎo)致色譜峰值寬度變化的原因，各種色譜的參數(shù)和擱板的高度可以定量地關(guān)聯(lián)起來由此可見，擱板理論雖然是半經(jīng)驗(yàn)理論，但對色譜的發(fā)展起著帶頭作用和對實(shí)際工作的指導(dǎo)作用。 眾所周知，用擱板理論來說明柱內(nèi)各成分的分離過程是不合理的。 這是因?yàn)橹鶅?nèi)沒有擱板。 當(dāng)同一試料進(jìn)入同一色譜柱時(shí)，當(dāng)流動(dòng)相速度變化時(shí)，得到了不同的色譜圖。 測定的n和h也不同，充分說明了為了說明柱的分離過程，擱板理論是不充分的。

16、 1956年荷蘭學(xué)者VanDeemter等人在研究氣相色譜時(shí)提出了色譜過程的動(dòng)力學(xué)理論。 它在吸收架子理論中架子高度的概念的同時(shí)，考慮到影響架子高度的動(dòng)力學(xué)因素，指出理論架子高度是峰的擴(kuò)展尺度，導(dǎo)出了架子高度h和載體線速度u的關(guān)系式，即速度理論。57，二，速度理論影響柱效應(yīng)的因素，H=A B/u Cu，h :理論架高度，u :載氣線速度(cms-1 )，a :渦流擴(kuò)散項(xiàng)：b :分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)，c :傳遞電阻項(xiàng)系數(shù)，荷蘭VanDeemter，58，1 .渦流擴(kuò)散項(xiàng)氣體撞擊填料粒子時(shí)，改變流動(dòng)方向，樣品在氣相中形成“渦流”一樣的流動(dòng)，引起色譜峰的擴(kuò)張。 59，A=2dp，固定相的填充不均勻因子，d

17、p :固定相的平均粒徑，固定相粒子越小，dp，填充的均勻性，a、h，柱效應(yīng)n，對于毛細(xì)管柱，A=0，渦流擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)，60，2 .分子擴(kuò)散項(xiàng)(moleculardiffusion :與柱內(nèi)成分分子擴(kuò)散路徑彎曲情況相關(guān)的因子Dg :樣品成分在氣相下的擴(kuò)散系數(shù)(cm2s-1 )、填充柱色譜：=0.50.7、毛細(xì)管柱：=1、流速、滯留時(shí)間、擴(kuò)散系數(shù)： DgM載體-1/。 m載氣，b值，分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)，62，分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u (縱向擴(kuò)散項(xiàng))，減少縱向擴(kuò)散項(xiàng)u的措施：適當(dāng)?shù)靥岣吡鲃?dòng)相流速u，減少保持時(shí)間，以相對分子質(zhì)量大的氣體為流動(dòng)相。 適度降低柱溫度c。 63，3 .傳質(zhì)阻力項(xiàng)，傳質(zhì)阻力系數(shù)c是氣體傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg和液體傳質(zhì)阻力系數(shù)Cl之和：C=Cg Cl，64，氣體傳質(zhì)阻力：成分分子從氣相向氣液兩相界面移動(dòng)交換這一傳質(zhì)過程中受到的阻力。 固定相粒子越小，dp、Cg； Dg、Cg、65、Dl為液相中成分的擴(kuò)散系數(shù)，Dl、Cl、液體傳遞物質(zhì)阻力：成分分子從氣液二相界面向固定液內(nèi)部擴(kuò)散，進(jìn)行質(zhì)量交換達(dá)到分配平衡后，在氣液二相界面的傳遞過程中受到的阻力。 df為固定相液膜厚、df、Cl、66、傳遞阻力項(xiàng)Cu、減少對策：使用了粒度小的填料Cgdp2的相對分子質(zhì)量小的載氣，DG大。 Cg1/DG必須