06 第六章 色谱分析法.ppt

第1页：色谱分析法概述

第一节概述Introduction色谱法是一种重要的分离分析方法,它是根据组分在两相中作用能力不同而达到分离目的的。一、历史1906Tswett 研究植物色素分离,提出色谱法概念;第六章色谱分析法

第2页：色谱流出曲线与时间轴

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第3页：色谱法的发展简史

1941 Martin和Synge提出液-液色谱理论;1952 James和Martin发展了气相色谱;1956 Van Deemter提出速率理论;1967 Kirkland等研制高效液相色谱法;80年代以后出现毛细管电泳和毛细管电动色谱等一系列新的色谱分析方法。

第4页：色谱法的分类

二、分类按流动相分气相色谱(GC)液相色谱(LC)超临界流体色谱(SFC)按机理分吸附色谱分配色谱离子交换色谱排阻色谱

第5页：按固定相形状的分类

按固定相在支持体中的形状分柱色谱平板色谱纸色谱薄层色谱按分离效率分经典液相色谱高效液相色谱

第6页：最新进展微柱色谱毛细管电动色谱三

最新进展微柱色谱毛细管电动色谱三、基本概念与术语1、色谱流出曲线(chromatogram)指样品注入色谱柱后,信号随时间变化的曲线。

第7页：色谱流出曲线示意图

色谱流出曲线示意图WbW1/21/2h0.607hσ

第8页：色谱常用术语

2、常用术语(1)基线无组分通过色谱柱时,检测器的噪音随时间变化的曲线。(2)峰宽峰底宽Wb峰半宽W1/2标准偏差σ

第9页：色谱参数示意图1/2h0

色谱参数示意图1/2h0.607hW1/2σWbtRt0

第10页：保留值与死时间

(3)保留值保留时间tR——进样到出现色谱峰的时间保留体积VR——进样到出现色谱峰时消耗的流动相体积死时间t0——流动相流过色谱柱的时间死体积V0——色谱柱的空隙体积

第11页：校正保留值与相对保留值

校正保留时间校正保留体积F——流动相流动线速度(4)相对保留值

第12页：分配系数与分配比

(5)分配系数和分配比(容量因子)分配系数:一定温度与压力下两相达平衡后,组分在固定相和流动相浓度的比值分配比(容量因子):一定温度与压力下两相达平衡后,组分在固定相和流动相量的比值固定相重量流动相重量

第13页：K与k的关系

K与k的关系:(6)容量因子k与保留值的关系

第14页：当组分一半流出色谱柱时

证明:当组分一半流出色谱柱时

第15页：色谱基本保留方程

色谱基本保留方程

第16页：四、分离效能指标1

四、分离效能指标1、选择性(相对保留值)相对保留值由两组分的热力学性质决定,与色谱柱的长短粗细无关。

第17页：峰宽度

2、峰宽度

第18页：分离度

3、分离度分离度考虑了保留时间和峰宽度,是一个综合指标:R < 1.0两峰明显重叠R = 1.0两峰达97.7%分离R

• 1.5两峰完全分开

第19页：第二节色谱理论一

第二节色谱理论一、塔板理论目的——从理论上得到描述色谱流出曲线的方程,并通过这一方程各参数来研究影响分离的因素。假设(1)色谱柱存在多级塔板;(2)组分通过时在每级塔板两相间达到一次平衡;

第20页：r ——塔板数N——转移次数设

r ——塔板数N——转移次数设:有A、B两组分,kA= 2kB= 1/2当N = 0r = 0A组分在两相分配达平衡后:流动相分量=固定相分量=r0r1r2。。。。。。。。rn

第21页：下表列出经过各级转移后组分在每一级塔

下表列出经过各级转移后组分在每一级塔板中的量:

第22页：塔板理论转移过程

第23页：塔板间的转移分布

r0r1r2。。。。。。。。rn当经过1次转移(N=1)以后:第0级塔板:r = 0组分的分量=第1级塔板:r = 1组分的分量=组分在两级塔板上的量可表示为:若抽象成一个规律:

第24页：塔板上的组分分布

由上表可以看出,经N次转移后,组分在各级塔板上的量符合二相式分布,即当N = 4时,组分分布在5级塔板上:以A组分为例,5级塔板上的分量分别是:

第25页：流出曲线方程

任一级塔板上的分量为的展开式对应的一项,可用一个通式表示:当求最后一级塔板的组分的量时,r = n,以作图,即得色谱流出曲线,因此上式称为流出曲线方程。

第26页：两组分的流出曲线比较

tCtRCmax对于两个组分A和B,如果k不同,则流出曲线的形状不同:

第27页：将此方程与标准正态分布曲线方程比较:

由于所获得的流出曲线在N很大时呈正态分布,因此可将流出曲线方程转化为正态分布方程形式:将此方程与标准正态分布曲线方程比较:可知:所以:

第28页：理论塔板数

或:根据:所以:n 称为色谱柱的理论塔板数。因为tR是热力学常数,当色谱柱的长度一定,理论板数目n越大,色谱峰越窄。

第29页：有效塔板数与理论塔板数

neff 与n的关系:

第30页：有效塔板数与保留值

第31页：色谱分离的两相分配依据

3、既然色谱分离的依据是组分在两相中的分配能力差异,因此,两相不限于液-固相,对气体成分而言,亦可是气-固项或气-液相。

第32页：速率理论

二、速率理论1、塔板理论的不足塔板理论虽然指出了理论板数n或理论板高度H对色谱柱效率的影响,但是没有指出影响塔板高度的因素,因此无法在理论指导下从实验上提高色谱柱的效率。2、Van Deemter方程1956年Van Deemter提出速率方程,指出了提高柱效率的途径:

第33页：涡流扩散项

Van Deemter方程式中u——流动相流动的线速度(1)A——涡流扩散项:指固定相填充不均匀引起的扩散λ——为填充的不规则因子dp——固定相颗粒粒径

第34页：涡流扩散示意图

涡流扩散示意图

第35页：纵向分子扩散项

(2)B/u ——纵向分子扩散项指分子沿色谱柱轴向扩散引起的色谱谱带展宽B = 2 r Dm式中:r——弯曲因子,填充柱r < 1空心柱r = 1Dm——组分在流动相中的扩散系数由于组分在液相中的扩散系数只有气体中的1/105,因此在液相色谱中B可以忽略。

第36页：传质阻力项

(3)Cu——传质阻力项指组分在流动相和固定相之间传质的阻力固定相传质阻力流动相传质阻力q 和

• 为与两相的构型和性质有关的常数dp 和df 为固定相颗粒直径和固定液膜的厚度

第37页：速率方程三项的综合

综上所述,速率方程为:

第38页：最佳线速度的确定

u 在上述方程各项中存在矛盾,因此,应求出最佳值:

第39页：最佳线速度与板高

uHminuopt

第40页：影响谱带展宽的其它因素

3、影响谱带展宽的其它因素柱前展宽、柱后展宽、柱外效应

第41页：三、分离条件的选择综合塔板理论和速率

三、分离条件的选择综合塔板理论和速率理论,可获得影响色谱分离效率的因素:

第42页：色谱分离条件选择