第二次课
二、
气相色谱法
1.流程图:五部分组成,
a.载气系统;b.进样系统;c.色谱柱和柱箱;
d.检测系统;e.记录系统.
2.色谱图
3.色谱流出曲线图
4.几个术语
a.基线:当色谱柱后没有组分进入检测器时,在实验操作条件下, 反映检测器 系统噪声随 时间变化的 线称为基线.
1).基线漂移;
2).基线噪声.
b.保留值:表示试样中各组分在色谱柱中的滞留 时间的常数.在一定的固定相和操作条件下,任何一种物质都有一确定的保留值,这样就可用作定性参数.
1)死时间tM:
2)保留时间tR:
3)调整保留时间tR’: tR’ = tR - tM
4)相对保留值a(选择性因子) ;
a= r21 =t’R(2) /t’R(1)
5)死体积VM :
6)保留体积VR :
7)调整保留体积VR’ :
c.区域宽度:
1)标准偏差:
2)半峰宽度:Y1/2 = 2σ(2ln2)1/2
3)峰底宽度:Y = 4σ = 1.70Y1/2
5.流出曲线图的作用:
a.根据色谱峰的位置(保留值)可以进行定性;
b.根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量测定;
c.根据色谱峰的位置及其宽度,可以对色谱柱分离情况进行评价.
【讲解】
一、概述
1.定义 3/:色谱法是一种分离技术,该分离技术应用于分析化学中,就是色谱分析.它分离原理是,使混合物中各组分在两相间分配,其中一相不动,称为固定相,另一相携带混合物流过固定相的流体,称为流动相.这种借两相间分配原理使混合物各组分分离的技术叫色谱法.
各组分被分离后,可进一步进行定性和定量分析:
经典:分离过程和其含量测定过程是离线的,即不能连续进行
现代:分离过程和其含量测定过程是在线的,即能连续进行
经典色谱法:将潮湿的碳酸钙挤出玻璃管,用刀将各色带切下,用适宜的方法进行分析;
现代色谱法:当一个两组分(A和B)的混合物样品在时间t1从柱头加入,随着流动相不断加入,洗脱作用连续进行,直至A和B组分先后流出柱子而进入检测器,从而使各组分浓度转变成电信号后在荧光屏上显示出来。
根据峰的位置(出峰时间 t ) ——定性
根据峰的面积 A (或峰高h) ——定量
2、 色谱法分类
(一)按两相物理状态分
1.
气相色谱法 (gas chromatography 简称 GC)用气体作流动相的色谱法。
气 -固色谱法 GSC (固定相为固体吸附剂)
气相色谱法
气-液色谱法 GLC (固定相为涂在固体或毛细管壁上的液体)
2.
液相色谱法 (liquid chromatography 简称 LC)用液体作流动相的色谱法。
液-固色谱法 LSC(固定相为固体吸附剂)
液相色谱法
液-液色谱法 LLC(固定相为涂在固体载体上的液体)
3. 超临界流体色谱法 (SFC)
用超临界状态的流体作流动相的色谱法。
超临界状态的流体不是一般的气体或流体 , 而是临界压力和临界温度以上高度压缩的气体 , 其密度比一般气体大得多而与液体相似 , 故又称为 “ 高密度
气相色谱法 ”
(二)按固定相的形式
1. 柱色谱法(column chromatography ):
固定相装在柱中 , 试样沿着一个方向移动而进行分离。
包括 填充柱色谱法:固定相填充满玻璃管和金属管中
开管柱色谱法:固定相固定在细管内壁(毛细管柱色谱法)
2. 平板色谱法 (planer chromatography ):
固定相呈平面状的色谱法。
包括 纸色谱法: 以吸附水分的滤纸作固定相;
薄层色谱法:以涂敷在玻璃板上的吸附剂作固定相。
(三)按分离原理分
1. 吸附色谱法( adsorption chromatography ):
根据吸附剂表面对不同组分物理吸附能力的强弱差异进行分离的方法。
如:气一固色谱法、液-固色谱法——吸附色谱
2. 分配色谱法 (partition chromatography ):
根据不同组分在固定相中的溶解能力和在两相间分配系数的差异进行分离的方法。
如:气-液色谱法、液-液色谱法——分配色谱
3. 离子交换色谱法(ion exchange chromatography )
根据不同组分离子对固定相亲和力的差异进行分离的方法。
4. 排阻色谱法( size exclusion chromatography):
又称凝胶色谱法 (gel chromatography ),
根据不同组分的分子体积大小的差异进行分离的方法。
其中:以水溶液作流动相的称为凝胶过滤色谱法 ;以有机溶剂作流动相的称为凝胶渗透色谱法。
5. 亲合色谱法 (affinity chromatography)
利用不同组分与固定相共价键合的高专属反应进行分离的方法。
3、
气相色谱介绍
主要包括五大系统
⒈载气系统:它是载气连续运行的密闭管路系统,要求是密封性好流速稳定,使用的载气纯净。一般用皂膜流量计测得柱后载气流量F。
⒉进样系统: 包括进样器和气化室。进样器是将试样快速而定量的加到色谱柱头上。液体:0.5、1、5、10、25、50 mL (一般进样0.1~10 mL);气体:0.25~5 mL 注射器或六通阀 (一般进样0.1~10 mL)。气化室是使样品在汽化室汽化,并很快被带入色谱柱。
⒊分离系统: 色谱柱、柱箱和控温装置。主要是在色谱柱内完成试样的分离,有填充柱和毛细管柱两种。
填充柱 填充柱由不锈钢, 玻璃或聚四氟乙烯等材料制成,内装固定相,一般内径为2~6 mm,长1~5m。填充柱的形状有U型和螺旋型二种。柱内填充固定相,制作简单,柱容量大,操作方便,分离效果足够高,n在102~103之间,应用普遍。
毛细管柱又叫空心柱,分为涂壁,多孔层和涂载体空心柱。涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0. l~0. 5mm的毛细管内壁而成,毛细管材料可以是不锈钢或石英。毛细管色谱柱渗透性好,传质阻力小,而柱子可以做到长几十米。与填充柱相比,其分离效率高(理论塔板数可达106)、分析速度快、样品用量小,但柱容量低、要求检测器的灵敏度高,并且制备较难。
⒋检测系统:检测器
5记录系统:记录仪或数据处理装置。
4、基本术语
1. 基线:操作条件稳定后,没有试样通过时检测器所反映的信号-时间曲线称为基线(O - O’)
(它反映检测系统噪声随时间变化的情况,稳定的基线应是一条水平直线)
2. 死时间 t0(dead time):
指不被固定相吸附或溶解的组分(如空气、甲烷等)从进样开始到色谱峰顶所对应的时间,如图t0所示。
3. 死体积 V0(dead volume ):
由进样器至检测器的流路中,未被固定相占有的空隙体积称为死体积
(导管空间、色谱柱中固定相间隙、检测器内腔空间总和)
当色谱柱载气流速为F0(ml/min)时,它与死时间的关系为:
V0 = t0•F0 (1)
4. 保留值:定性参数,是在色谱分离过程中,试样中各组分在色谱柱内滞留行为的一个指标。
(1)保留时间 tR (retention time):
从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时(色谱峰顶点)所需要的时间,称为该组分的保留时间。如图中tR(1)、 tR(2) 所示,(是待测组分流经色谱柱时,在两相中滞留的时间和)
保留时间与固定相和流动相的性质、固定相的量、柱温、流速和柱体积有关,可用时间单位(min)表示。
(2)调整保留时间 tR’(adjusted retention time):
扣除死时间后的组分保留时间,如图中的tR(1)’、 tR(2)’所示。tR’ 表示某组分因溶解或吸附于固定相后,比非滞留组分在柱中多停留的时间:
tR’= tR – t0 (2)
(3)保留体积 VR (retention volume):
从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时所通过的载气体积。
当色谱柱载气流速为F0(ml/min)时,它与保留时间的关系为:
VR = tR F0 (3)
(4)调整保留体积 VR’(adjusted retention volume):是指扣除死体积后的保留体积,即: VR’= VR – V0= tR’•F0 (4)
在一定的实验条件下VR、VR’与载气流速无关(tR•F0 及 tR’•F0为一常数)
(5)相对保留值 r21(relative retention value):指组分 2 和组分 1 的调整保留值之比。
(5)
相对保留值的特点是只与温度和固定相的性质有关,与色谱柱及其它色谱操作条件无关。反映了色谱柱对待测两组分1和 2 的选择性,是
气相色谱法中最常使用的定性参数。
3.峰高(h):色谱峰顶与基线之间的垂直距离
4. 色谱的区域宽度(peak width)通常用三种方法来表示:
(1)标准偏差 (standar deviation):
为正态分布曲线上拐点间距离之半。对于正常峰,为0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。
( 的大小表示组分被带出色谱柱的分散程度, 越大,组分流出越分散;反之亦反。 的大小与柱效有关, 小,柱效高)
(2)半(高)峰宽 Wh/2(peak width at half-height):
峰高一半处的色谱峰宽度。半峰宽与标准偏差的关系为:
(6)
(3)峰宽或称Wb:通过色谱峰两侧的拐点作切线,切线与基线交点间的距离为峰宽,即图中GH。
峰宽与标准偏差的关系为: Wb = 4 = 1.699 Wh/2
5.流出曲线图的作用:
a.根据色谱峰的位置(保留值)可以进行定性;
b.根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量测定;
c.根据色谱峰的位置及其宽度,可以对色谱柱分离情况进行评价.