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色谱分析

色谱分析. 应用化学系. 分离度. 塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。 难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响： 保留值之差──色谱过程的热力学因素； 区域宽度──色谱过程的动力学因素。 色谱分离中的四种情况如图所示：. 讨论：. 色谱分离中的四种情况的讨论：. ① 柱效较高，△ K( 分配系数)较大,完全分离； ② △ K 不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离； ③柱效较低，，△ K 较大,但分离的不好； ④ △ K 小， 柱效低，分离效果更差。.

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  1. 色谱分析 应用化学系

  2. 分离度 塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。 难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：保留值之差──色谱过程的热力学因素； 区域宽度──色谱过程的动力学因素。 色谱分离中的四种情况如图所示：

  3. 讨论： 色谱分离中的四种情况的讨论： ① 柱效较高，△K(分配系数)较大,完全分离； ② △K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离； ③柱效较低，，△K较大,但分离的不好； ④ △K小，柱效低，分离效果更差。

  4. 分离度的表达式： R=0.8：两峰的分离程度可达89%； R=1：分离程度98%； R=1.5：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。

  5. 令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相邻两峰的峰底宽近似相等），引入相对保留值和塔板数，可导出下式：令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相邻两峰的峰底宽近似相等），引入相对保留值和塔板数，可导出下式：

  6. 讨论： （1）分离度与柱效 分离度与柱效的平方根成正比， r21一定时，增加柱效，可提高分离度，但组分保留时间增加且峰扩展，分析时间长。 （2）分离度与r21 增大r21是提高分离度的最有效方法，计算可知，在相同分离度下，当r21增加一倍，需要的n有效 减小10000倍。 增大r21的最有效方法是选择合适的固定液。

  7. 例题1： 在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒和100秒，要达到完全分离，即R=1.5。计算需要多少块有效塔板。若填充柱的塔板高度为0.1 cm，柱长是多少？ 解： r21= 100 / 85 = 1.18 n有效 = 16R2 [r21 / (r21 —1) ]2 = 16×1.52 ×(1.18 / 0.18 ) 2 = 1547（块） L有效 = n有效·H有效 = 1547×0.1 = 155 cm 即柱长为1.55米时，两组分可以得到完全分离。

  8. 例题2： 在一定条件下，两个组分的保留时间分别为12.2s和12.8s，计算分离度。要达到完全分离，即R=1.5，所需要的柱长。 解： 分离度： 塔板数增加一倍，分离度增加多少？

  9. 一、色谱定性分析 1.利用纯物质定性的方法 利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中的位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。

  10. 一、色谱定性分析 1.利用纯物质定性的方法 利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中的位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。 利用加入增加峰高法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰峰高的变化。

  11. 2.利用文献保留值定性 利用相对保留值r21定性（r21=tR1’/tR2’） 相对保留值r21仅与柱温和固定液性质有关。在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。

  12. 3.保留指数定性 • 又称Kovats指数(Ⅰ)，是一种重现性较好的定性参数。测定方法： • 将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为分子中碳原子个数乘以100（如正己烷的保留指数为600）。 • 其它物质的保留指数（IX）是通过选定两个相邻的正构烷烃，其分别具有Z和Z＋1个碳原子。被测物质X的调整保留时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值之间如图所示：

  13. 保留指数计算方法

  14. 1、参考文献中大量的保留指数定性 • 2、利用双柱或多柱定性 • 3、利用保留指数的温度效应定性 正构烷烃 ° ° 酮 ° ° ° 叔醇 ° 仲醇 ° 伯醇 ° ° °

  15. Mass HEWLETT 5972A Selective PACKARD Detector 1.0 DEG/MIN HEWLETT PACKARD 5890 Mass Spectrometer (MS) Gas Chromatograph (GC) Sample B A D C C B A D C B A D Separation Identification Sample 4.与其他分析仪器联用的定性方法 小型化的台式色质谱联用仪（GC-MS；LC-MS） 色谱-红外光谱仪联用仪； 组分的结构鉴定

  16. 二、色谱定量分析 1. 峰面积的测量 （1）峰高（h）乘半高峰宽（Wh/2）法：近似将色谱峰当作等腰三角形。此法算出的面积是实际峰面积的0.94倍： A = 1.065 h·Wh/2 （2）峰高乘平均峰宽法：当峰形不对称时，可在峰高0.15和0.85处分别测定峰宽，由下式计算峰面积： A = h·（W0.15 + W0.85 ）/ 2 （3）峰高乘保留时间法：在一定操作条件下，同系物的半峰宽与保留时间成正比，对于难于测量半峰宽的窄峰、重叠峰（未完全重叠），可用此法测定峰面积： A = h·b·tR （4）自动积分和微机处理法

  17. 2. 定量校正因子 • 试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即： • m i = fi ·Ai • 绝对校正因子：比例系数f i，单位面积对应的物质量： • f i =m i / Ai • 定量校正因子与检测器响应值成倒数关系： • f i = 1 / Si

  18. 相对校正因子fi’ ：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。 • 当mi、mS以摩尔为单位时，所得相对校正因子称为相对摩尔校正因子（f ’M）,用表示；当mi、mS用质量单位时, 以（f ’W）,表示。

  19. （1）质量校正因子:

  20. （2）摩尔校正因子: （3）体积校正因子：

  21. （4）相对响应值 指某组分与等量基准物质的响应值之比

  22. 3.常用的几种定量方法 • （1）外标法（最为常用） • （2）内标法 • （3）归一化法

  23. （1）外标法 外标法也称为标准曲线法。 • 具体过程： • 1)首先用纯物质配制一系列不同浓度的标准样品； • 2)在一定的色谱条件下测量不同浓度纯样品对应的峰面积，以A~C作图，得到线性方程； • 3)准确进样(进相同体积的分析样品)，测出峰面积，从标准曲线查出浓度。 线性拟合 A = a C + b

  24. 工厂中有时也用单点法测定（粗略），即： 其中 为标样中组分i的含量 为试样中组分i的峰面积 标样的峰面积 线性拟合 A = a C + b

  25. 外标法特点及要求： • 外标法不使用校正因子，准确性较高。 • 操作条件变化对结果准确性影响较大。 • 对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的快速分析。

  26. （2）内标法 • 内标法就是把标准物和被测混合物在一起进行分析，在同一张色谱图中出现样品组分峰和标准物的峰，根据被测组分和内标物的质量以及它们的峰面积可以求出被测组分含量。 计算公式：Wi=Ai/As *Ws*Fm • 校正因子 Fm

  27. 内标物要满足以下要求： （a）试样中不含有该物质； （b）与被测组分性质比较接近； （c）不与试样发生化学反应； （d）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。 试样配制：准确称取一定量的试样W，加入一定量内标物mS 计算式：

  28. 内标法特点 (a) 内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大。 (b) 每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。 (c) 若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定，则：

  29. （3）归一化法： • 特点及要求： • 归一化法简便、准确； • 进样量的准确性和操作条件变动对测定结果影响不大； • 仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。

  30. 如果样品为同分异构体或同系物的混合物，校正因子近似相等，则：如果样品为同分异构体或同系物的混合物，校正因子近似相等，则：

  31. 色谱定性与定量分析 • 一、一般定性 • （一）、利用已知物直接对照法定性 • 已知物直接对照法即根据标准物与未知物的保留值对照定性 • 1、利用保留时间及保留体积定性， • 相比较而言保留体积比保留时间更好一些，可以消除流动相流速的影响 • 2、利用相对保留值定性 • 相对保留值只受温度的影响，可以作为定性的依据 • 3、已知物增加峰高法定性 • 样品组成复杂，峰间距小，测定保留值复杂，可用此法

  32. 4、双柱定性 有时两种物质在某一根色谱柱上可能具有相同的保留值，而在另一根色谱柱上可能不同，因此可以利用两根不同固定相的柱子进行定性原理如下

  33. 同系物的比保留体积在不同的色谱柱上呈对数线性关系同系物的比保留体积在不同的色谱柱上呈对数线性关系 为组分在柱I上的比保留体积 为组分在柱II上的比保留体积 正构烷烃 ° ° 酮 ° ° ° 叔醇 ° 仲醇 ° 伯醇 ° ° °

  34. (二)、利用保留值随分子结构的变化规律定性 1、GC的碳数规律 2、 GC的沸点规律 3、LC中的保留值规则 （三）、 GC的保留指数定性 保留指数（Kovats）指数的测定 测定保留指数时，选择至少三种正构烷烃，他们分别在未知组分的前后出峰，以正构烷烃的调整保留值对数对I作图得一直线，由组分的调整保留支队书可查出其保留指数，对照文献可得到定性依据。

  35. （四）、各种联用技术定性 第二节：色谱定量分析 色谱分析的最重要的作用就是定量，色谱定量的原理就是组分的重量与在载气中的浓度或检测器的相应信号成正比，即： W=fiAi， Ai其中为样品中组分i的峰面积，fi 为校正系数，也称校正因子。物理意义为单位面积的峰重量。 一、峰面积的测量 1、对称峰面积的测量 即组分的半峰宽，这种计算峰面积的方法有误差 通常要乘上一个校正系数1.065（1/0.94）

  36. 2、不对称峰面积的测量 取峰高0.15及0.85处峰宽的平均值作为峰宽 3、大色谱峰尾部小峰面积的测量：

  37. 5、积分仪法 6、峰高定量：样品量少可用峰高定量，量大用峰面积定量 二、定量校正因子fi 1、校正因子的提出 对于同一检测器，不同物质的响应信号不同，所以要用定量校正因子进行校正 不同检测器对同一物质的响应信号不同，因此提出了相对校正因子的概念 2、相对校正因子的表达式 （1）、质量校正因子

  38. （2）、摩尔校正因子 （3）、体积校正因子：

  39. （4）、相对响应值 指某组分与等量基准物质的响应值之比 3、峰高定量校正因子 不能直接引用文献值，实际测定中测量而得

  40. 4、校正因子的测量方法 准确称取被测物质与标准物质在实验条件下准确称量进样，测量峰面积，用上面公式计算得到 有些官能团的校正因子也有经验值，从文献上查阅后计算

  41. 三、百分含量的计算（峰面积定量） 1、归一化法 归一化法要求在实验条件下所有组分都出峰。则： 如果样品为同分异构体或同系物的混合物，校正因子近似相等，则： 优点：方法准确，与色谱条件关系不大 缺点：有些样品不出峰，结果不准

  42. 2、内标法定量： 当样品中有些样品组分不出峰时，可以用内标法定量。 方法：准确称取样品，选择合适的组分作参比（称为内标）根据样品及内标物的质量及峰面积，用下式计算百分含量。

  43. 3、外标法 以不同浓度的纯样品测出对应的峰面积，以A~C作图。 分析时进样相同体积的分析样品，测出峰面积，从标准曲线查出浓度。 工厂中有时也用单点法测定，即： 其中 为标样中组分i的含量 为试样中组分i的峰面积 标样的峰面积

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