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1、第15章 分离分析法导论,一、 色谱分析法基本概念,1.色谱分析法简介,现代色谱分析法是一大类分离分析方法。,在互不相溶两相间，混合物被流动相携带流过固定相，因各组 分在两相间分配平衡的差异，各组分随流动相移动的速度有差 异，经过一段距离的移动之后，混合物中各组分被一一分离。,现代色谱分析，将分离和分析（检测）过程集成。 对于混合物的分析检测，具独特优势。,Agilent 6820 气相色谱仪,按流动相与固定相状态分类,流动相为气体,流动相为液体,高效液相色谱仪,2. 色谱分析法的分类,按操作形式分类,柱 色 谱：,按分离原理分类,3.色谱图及色谱峰参数,色谱图,B,A,色谱图 信号（浓度）时
2、间曲线 由基线和若干色谱峰组成。,色谱峰参数,(一）保留值定性,1) 死时间t0,2）保留时间tR,3）调整保留时间,4）死体积V0,5）保留体积VR,6）调整保留体积,7)相比,7）相对保留值r2,1,(二）峰高与峰面积定量,8）峰高（h）,9）峰面积（A）,（三）区域宽度柱效,10）峰底宽度Y 自色谱峰上升沿和下降沿拐点所作切线在基线上的截距,11）半峰宽Y1/2,Y=1.70 Y1/2 。,利用色谱曲线可以解决的问题？,定性（保留值） 定量（峰面积） 评价色谱柱好坏,Question,组分保留时间为何不同？ 色谱峰为何变宽？,二、色谱分析法理论基础,1、分配平衡（热力学过程）,每一次分配
3、达平衡时，A、B在柱内的位置会有一微小差异。只要分配次数足够多，就可以将分配系数有微小差别的组分一一分离,当组分在两相间分配达平衡时,分配系数K,分配比,当组分在两相间分配达平衡时,分配系数K与分配比k的关系,K与k都是与组分及两相热力学性质有关的常数。 K与k都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数 值越大，该组分的保留时间越长。, 相对保留值与分配系数及分配比的关系,k可直接从色谱图上获得,色谱柱对1、2的选择性越好。,K2/K11（211）,Question,两组分能分离的必要条件是什么？,色谱柱对1、2有相同的选择性,211，峰距为0,211，21越大，峰距越远,2、扩散和传质（动力学过
4、程）,1、 2,组分在柱内的扩散及传质，使分配平衡不能瞬间完成， 从而使色谱峰扩展、柱效下降。,塔板理论衡量柱效能的高低,将色谱柱视为精馏塔,3、柱效能评价分离效能,峰越窄，柱效能越高,色谱柱长度一定时，塔板数越多， 分配平衡次数越多，柱效越高,是由Martin和Synger首先提出 的色谱热力学平衡理论。,L一定时，n 越大(H 越小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能越高，所得色谱峰越窄。,有效塔板数,有效板高, 不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用塔板数和塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。,能够评价色谱柱柱效能， 不能解释影响柱效能的因素,塔板理论的特点与不足,Q
5、uestion,速率理论影响柱效能的因素,范第姆特首先提出的色谱分离动力学理论,流动相 线速度,范弟姆特方程,1）A涡流扩散项：,范.弟姆特方程式物理意义,固定相颗粒（dp）越小，填充越均匀（ 越小）,A越小，H越小，柱效越高，色谱峰越窄。,板高, H(cm),固定相颗粒大小对板高的影响,2）B/u分子扩散项,：弯曲因子； Dg：组分在流动相中 的扩散系数,气相色谱的分子扩散远大于液相色谱,3）C u传质阻力项：C = （Cm+ Cs）,Cm：流动相传质阻力,固定相颗粒越小，载气扩散系数越大（分子量越小）,气相传质阻力越小,Cs ：固定相传质阻力,固定液粘度及液膜厚度越小,液相传质阻力越小,4
6、) 流动相线速度对板高的影响,例：已知一色谱柱在某温度下的速率方程的A=0.08cm; B=0.65cm2/s; C=0.003s, 求最佳线速度u和最小塔板高H.,解: H=A+B/u+Cu 最佳线速: u最佳(B/C)1/2 (0.65/0.003)1/214.7cm/s 最小板高: H最小A+2(BC)1/2 0.08+2(0.650.003)1/20.17cm,例：某一气相色谱柱，速率方程式中A、B、C的值分 别是0.15cm，0.36 cm2.s-1,和4.310-2 s，计算最佳流 速和最小塔板高度。,是否柱效能越高，色谱分离的效果就越好？,Question,Question,载体
7、粒度由60目改变为100目，若其它条件不变，Hu曲线有何变化,同一根色谱柱，分别用H2、N2作载气，测出H-u 曲线如下，判断A、B分别代表哪种流动相，并解 释原因,4、分离度（R）全面评价两组分色谱分离的效果,选择性,柱效能,R=1.5 完全分离,5、色谱分离基本方程式,分离度与n 、及的关系, n增加到原来的3倍，R增加到原来的1.7倍, 从1.01增加到1.1，R增加到原来的9倍, 增加，R也增加，但效果不及明显,分离度与n有效的关系,例：分析某试样时，两组分相对保留值2，11.21， 柱的有效塔板高度H有效1mm，需要多长的色谱柱才 能分离完全？,解：两组分能分离完全，则R1.5,例：
8、两物质A和B在30cm长的色谱柱上的保留时间分别为16.4和17.63min，有一不与固定相作用的物质，其在此柱上的保留时间为1.30 min。物质A和B的峰底宽分别为1.11和1.21min。试问： 1）柱分离度R； 2）柱平均理论塔板数nav 3）平均塔板高度Hav 4）若要求R达到1.5，则柱长至少应为多少？,1）柱分离度R；,2）柱平均理论塔板数nav,3）平均塔板高度Hav,4）若要求R达到1.5，则柱长至少应为多少？,1、定性分析,三、色谱定性定量分析,1） 用已知纯物质 对照定性, 保留值定性,2） 用经验规律和文献值定性, 经验规律,碳数规律,在一定温度下，同系物的调整保留时间
9、的对数与分子中碳数成线性关系,保留指数（文献对照）,Z, Z+1:正构烷烃的碳原子数,进样,例：乙酸正丁酯在阿皮松L柱上的流出曲线如下图所示。由图中测得调整保留距离为：乙酸正丁酯310.0 mm，正庚烷174.0 mm，正辛烷373.4 mm。求乙酸正定酯的保留指数。,在与文献值对照时，一定要重视文献值的实验条件.,3） 联机定性,GC/MS(气相色谱-质谱),例：川桂皮挥发油的化学成分分析,色谱柱：SE54(30m0.25mm0.25m),色谱操作条件,载气：氦气，流速1mL/min,柱温：初温60保持1min，8 /min升温至150 ，6 /min升温至190 ，8 /min升温至250
10、 ，保持1min,总离子流色谱图,6号峰的质谱图,GC/AES(气相色谱原子发射光谱),二甲基硒,烯丙基甲基硒,甲基亚磺基硒酸甲酯,二甲基二硒,2丙稀硫硒酸甲酯,1丙稀硫硒酸甲酯,双(甲硫)硒,烯丙基甲基硫,二甲基二硫,二烯丙基硫,烯丙基甲基二硫,二甲基三硫,二烯丙基二硫,烯丙基甲基三硫,二烯丙基三硫,GC-AES同时检测大蒜中碳、硫、硒化合物,Se(196.1 nm),C(193.1 nm),S(180.7 nm),2、色谱定量分析,fi，：定量校正因子； Ai ：峰面积,（1）峰面积的测量,峰形对称的峰： A=1.065 hY1/2,（2）定量校正因子,(通常以苯为基准),P260：求苯、
11、甲苯、乙苯、邻二甲苯的相对校正因子 （以苯为基准）,归一化法 normalization method,（3）定量计算方法,例：有一样品的色谱图，各组分的f值，色谱峰的 面积列于下表。用归一化法求各组分的含量。,外标法（标准曲线法） 过程： 用待测组分标准物制备一系列不同含量的标准溶液，在选定色谱条件下取相同体积分别测定，用峰面积对含量做标准曲线。,特点：适合大批量试样的分析。,内标法,内标物在样品中最好不存在，其保留值在所有组分保留值的 中间，加入内标物的含量和待测组分含量不应相差很大。,方法：选择一种试样中不存在的物质为内标物，将一定量内标物加入到准确称量的试样中，混匀后取一定体积进样测定：,适用：不能采用归一化法、外标法的情况,特点：准确度高，但增加了工作量,有一试样含甲酸、乙酸、丙酸及少量水、苯等物质。称取试 样1.055g，以环己酮作内标，称取0.1907g环己酮加到试样中， 混合均匀后，得如下数据,求甲酸、乙酸、丙酸的质量分数,例: 测定二甲苯氧化母液中乙苯和二甲苯含量，采用内标法。称取试样1500 mg，加入内标物壬烷150 mg，混合均匀后进样，测得如下数据：,计算样品中乙苯、对二甲苯、间二甲苯的含量,解：,