08 第五章 气相色谱法1.ppt

第1页：第五章色谱法（1）

Chapter Five Gas Chromatography (GC)第五章色谱法（1）精品课程仪器分析(含实验)

第2页：色谱法

色谱法ChromatographyContents in 10 hours of studyI色谱法的基本原理Common Concepts and Principles of ChromatographyII 气相色谱法Gas Chromatography (GC)III 高效液相色谱法High Performance Liquid Chromatography (HPLC)

第3页：色谱法的基本原理

色谱法的基本原理Common Concepts and Principles of Chromatography1 概述Introductiona)色谱法的发展简史A Brief History of Chromatography1903, Russian botanist, M. S. TswettFather of ChromatographyCaCO3petroleum ether Sample: Plant pigmentsChromat (o) + graph (y)Chromatography

第4页：But, up till 1930s

But, up till 1930s the method of Tswett finally receivedrecognition, and became an important tool in bothorganic chemistry and biochemistry laboratories.An manual technique requiring considerable skill, manipulationand time.FromJan Ake Jonsson Ed., Chromatographic Theory and Basic principles, 1987, Marcel Dekker, Inc., New YorkJames M. Miller,Chromatography: Concept and Contrasts, 1988, Wiley, New YorkLeslie S. Ettre, 1941-1951: The Golden Decade of Chromatography, Analyst, 1991,116, 1231Adsorption

第5页：1941, British scient

1941, British scientists, A.J.P. Martin and R.L.M. Synge(Biochem. J., 1941, 35, 1358)-----------300 mm ×10 mm i.d.waterchloroformChloroform + 0.5% alcoholSilica gel wetted with waterSi-OH···OHHAmino Acids

第6页：分配色谱）

• Partition Chromatography（分配色谱）Liquid-Liquid Partition Chromatography
• Plate Theory （塔板理论）the theoretical plate concept
• A gas might be used instead of a liquidin chromatography

第7页：1944, A

1944, A.J.P. Martin, R. Cinsden and A.H. Gordondeveloped paper chromatography1950, A.J.P. Martin and G.A. Howard developed reversed-phase chromatography1952, A.J.P. Martin and A.T. JamesGas-liquid chromatography1952, A.J.P. Martin and R.L.M. Synge were awarded the Nobel Prize in Chemistry

第8页：19（续）

第9页：1956, Rate theory

1956, Rate theory, the Dutch scientist, Van Deemter1963, HPLC was born, GiddingsHigh Performance Liquid ChromatographyHigh Pressure Liquid Chromatography---------------Today,……

第10页：1948, 8 days separat

1948, 8 days separation for 16 amino acids

第11页：1958, 22 hours separ

1958, 22 hours separation for 19 of amino acids

第12页：1982, less than 30 m

1982, less than 30 minutes separation for 18 of amino acids

第13页：气相色谱流程图

Schematic Diagram of Chromatography气相色谱流程图DetectorCarrier gasFlow or pressurecontrollerInjection port or valveColumnData station (Recorder)W

第14页：液相色谱流程图

Schematic Diagram of Chromatography液相色谱流程图PUMPDetectorWData station (Recorder)or CollectionColumnMobile phase

第15页：All chromatographic

a) All chromatographic separations are based on a common concept:The distribution of components in a mixture between two immiscible phases, one a stationary phase and another a moving (mobile) phase.However, for each chromatographic mode the natureof the physicochemical processes can be different.混合物中各组分在互不相溶的固定相和流动相之间的分配；而每一种形式的色谱分离的物理化学过程可以是不同的。色谱法的基本原理Common Concepts and Principles of Chromatography

第16页：色谱分析法的分类

b)色谱分析法的分类Classification of Chromatographic Techniques色谱法的基本原理Common Concepts and Principles of Chromatography按流动相的物理状态分类，色谱可分为：气相色谱Gas Chromatography液相色谱Liquid Chromatography超临界流体色谱Supercritical Fluid Chromatography

第17页：气相色谱

气相色谱Gas Chromatography (GC)GC固定相Stationary Phase配置Configuration名称NameLiquidSolidMol SieveAdsorbentColumnColumnGas Solid CGas Liquid C

第18页：液相色谱

液相色谱Liquid Chromatography (LC)LC固定相Stationary Phase配置Configuration名称NameLiquidColumn Liquid Liquid CPlaneSolidAdsorbentPaper CThin Layer CColumnLiquid Solid CBondedColumn Bonded Phase CMol SieveColumn Size Exclusion CIon ExchangeResinColumn Ion-Exchange C

第19页：超临界流体色谱

超临界流体色谱Supercritical Fluid Chromatography (SFC)SFC固定相Stationary Phase配置Configuration名称NameLiquidSolidColumn Supercritical Fluid C

第20页：色谱（接上）

第21页：色谱（延伸）

第22页：色谱分析法的特点

C)色谱分析法的特点Characteristics of Chromatographic Analysis色谱法的基本原理Common Concepts and Principles of Chromatography集富集、分离和检测于一体的高自动化、高选择性和高灵敏度的分析方法SeparationConcentrationDetectionHigh SelectivityHigh SensitivityHigh Automatization

第23页：色谱分离过程

色谱分离过程Process of Chromatographic Separation

第24页：色谱法的流出

色谱法的流出曲线及有关术语Chromatogram and Its corresponding terms线性洗脱色谱分配系数(Partition Coefficient) K···][A][A][A][ACCK2m1m2s1sms][Anm+++][Ans+++==···CsCmABCD通过不同组分K 值的差别和大小来判断分离的可能性和流出顺序待分离组分的浓度很低时，Cs 与Cm 成线性关系，K为常数

第25页：色谱法的基本原理

色谱法的基本原理Common Concepts and Principles of Chromatography2色谱法的流出曲线及有关术语Chromatogram and Its corresponding terms

第26页：基线当色谱柱中仅有流动相

1）基线当色谱柱中仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录值稳定的基线应该是一条水平直线2）峰高色谱峰顶点与基线之间的垂直距离h3) 保留值a 死时间tM不在固定相中分配的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间为死时间流动相平均线速度MtLu=

第27页：保留时间

b 保留时间tR试样（某一组分）从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间为试样中某一组分的保留时间c 调整保留时间MRRttt-='对应于组分在固定相中停留的总时间d 死体积、保留体积、调整保留体积;0FtVMM·=;0FtVRR·=MRRVVV-='

第28页：相对保留值---定性分析

e相对保留值---定性分析''''1,21212RRRRVVtt==g它与流动相的流速和色谱柱的物理指标无关；仅与柱温和固定相的性质有关''12RRtt=a选择因子

第29页：分配比（容量因子）

f分配比（容量因子）kMRMRmsVVttnnk''===msVVKk=12121,2KKkk==gAmsVKk=α,

第30页：色谱峰的区

4) 色谱峰的区域宽度组分在色谱柱中谱带扩展的函数，反映了色谱操作条件的动力学因素a标准偏差s0.607倍峰高处色谱峰的宽的一半b半峰宽21Y峰高一半处对应的色谱峰的宽度s354.2Y21=c基线宽度Y色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距s4Y=

第31页：色谱峰所能提供的重要信息

色谱峰所能提供的重要信息What can one get from the chromatogram1 样品中所含组分的最少个数2 保留值---定性分析3 色谱峰面积（或峰高）---定量分析4 色谱峰的保留值和区域宽度---评价色谱柱的分离效能5 根据相邻色谱峰之间的距离来选择合适的色谱分离条件

第32页：塔板理论

3塔板理论(线性色谱）HALnLH=理论塔板数n定义为：塔板高度t2)(sRn=

第33页：221'2')(54.5)(16Yt Y

221'2')(54.5)(16YtYtnRReff==effeffnLH=2212)(54.5)(16YtYtnRR==s4=Ys354.221=Y3塔板理论(线性色谱)

第34页：塔板理论(线性色谱)

• 1234t3塔板理论(线性色谱)
• 影响色谱塔板高度的因素
• 如何解释在不同流速下,同一个色谱柱具有不同的塔板高度221'2')(54.5)(16YtYtnRReff==effeffnLH=tu1u1

第35页：荷兰学者

1956 荷兰学者Van Deemter (范第姆特)和他的合作者在研究气液色谱(Gas Liquid Chromatography)时考虑了色谱分离过程中动力学因素对色谱柱效的影响, 提出了速率理论.涡流扩散/ 分子扩散/ 传质阻力uCuBAH++=4 速率理论(线性色谱)

第36页：涡流扩散项

• 4.1 涡流扩散项AA = 2
• dp
• , 不规则因子dp,填充物的平均直径A 与流动相的性质、线速度和组分的性质无关；与填料的粒度、均匀性及色谱柱的均匀填充程度有关.4 速率理论(线性色谱)uCuBAH++=

第37页：分子扩散项

4.2分子扩散项B = 2 γDgγ,扩散路径的弯曲因子; Dg, 组分在气相中的扩散系数(cm2S-1)uB大流速、低柱温、相对分子质量大的载气4 速率理论(线性色谱)uCuBAH++=

第38页：传质阻力项担体

4.3传质阻力项担体(Substrate)固定液(Liquid stationary phase)组分(Component)uCCuClg)(+=dpdf4 速率理论(线性色谱)uCuBAH++=

第39页：相对分子质量

相对分子质量

gpDdkk222g)1(01.0C+=lfDdkk22l)1(32C+=粒度小、相对分子质量小的载气高柱温增加担体的比表面积、“高柱温”4 速率理论(线性色谱)uCuBAH++=

第40页：u Dkkd Ddpkku Dd

uDkkdDdpkkuDdHlfggp])1(32)1(01.0[2222222+++++=glHuACBuopt.Hmim4 速率理论(线性色谱)uCuBAH++=

第41页：分离度（分辨率）

5 分离度（分辨率）Rs1 2a1 2b1 2c选择性~ K, k, α柱效~ n综合指标Rs

第42页：2121)(22/)(1212YYtt

2121)(22/)(1212YYttYYttRRRRRs+-=+-=22114kknRs+-=aa)1(4aa-=effsnReffnkkn+=222)1(5 分离度（分辨率）Rst12

第43页：221)()(21212Ytt YYtt

221)()(21212YttYYttRRRRRs-=+-=22114kknRs+-=aaAssuming Y1= Y2,RRtnYYtn141)(162.=®=QMRMMRMRtkttttttk)1('+=Þ-==

第44页：22114kkn

22114kknRs+-=aa212144212kkknRtttnRsRRRs+-.=Þ...Þ-.=12kk=aQ)11(4)11(422222122kkkknkkkknRs+-+.=+-+.=\a22114kknRs+-=aa

第45页：一般地

一般地，R=1时，相邻的两组分能实现“很好”的分离，此时两色谱峰之间的距离为2σ，重叠部分2%R=1.5时，相邻的两组分能实现“基线”的分离，重叠部分小于1%22222)1()1(16kkRns+-=aa需要223222)1()1(16kkuHRtsR+-=aauHkntR)1(+=5 分离度（分辨率）Rs

第46页：色谱法流例题

例题

有一根1m长的色谱柱，分离1和2两个组分，得到如下图所示的色谱图。横坐标为记录笔的走纸距离(mm)，假设1和2的峰底宽度相等，为5mm。求（i）1和2组分之间的分离度（Rs）及有效塔板数（neff）；（ii）若欲得到Rs=1.2的分离度，有效塔板数应为多少？（iii）若想达到完全分离，色谱柱要加到多长？Sample0 5 (tm) 45 49 mm1 2解：（1）8.05)4549()(22112=-=+-=YYttRsRR1239)5549(16)(16222'2»-×==YtnReff

第47页：完全分离

Sample0 5 (tm) 45 49 mm1 2（2）（3）完全分离，Rs=1.54356»effn)(52.3112394356mL×=色谱柱要增加2.52 m278815455495455492.116)1(162222=øöççççèæ-----×=-=aaseffRn

第48页：定性分析保留值

1 定性分析保留值/ 相对保留值/ 联用技术(Hyphenated Technique)2 定量分析iAiiAfm=ihiihfm=

第49页：响应信号的测量

2.1 响应信号的测量色谱峰高色谱峰面积21065.1YhAii=（对称峰）)(2185.015.0YYhAii+=（非对称峰）积分仪、计算机数据软件处理系统

第50页：定量校正因子2.2.1

2.2 定量校正因子2.2.1 绝对校正因子iiAiAmf=iihihmf=由于受到仪器及操作条件的影响程度很大，实际定量分析时，基本上不使用

第51页：相对校正因子

2.2.2相对校正因子siisAsAiAismAmAfff==/siishshihismhmhfff==/相对响应值（灵敏度）isisfS1=

第52页：定量分析方法3.1

3 定量分析方法3.1 外标法1 2 3 4 5 6 SampleAmmiAi

第53页：内标法

3.2 内标法SampleStandardsiAssssAisiifAmfAm=AsssAisisifAfAmm=%100%×=AisssiifmmAAm

第54页：归一化法

3.3 归一化法[前提

样品中所有组分都有响应（出峰）]%100%1×==niAisiAisiifAfAmi