7色谱分离原理

null第七章 Chapter 7第七章 Chapter 7色谱分离原理Principle of chromatographic separation 主要内容主要内容7.1 概述 7.2 色谱过程及其分类 7.3 区带迁移 7.4 色谱保留值 7.5 谱带展宽 7.6 分离度 7.7 分离时间7.1 概述7.1 概述 色谱法又称色层法或层析法，是一种用以分离分析多组分混合物的极有效的物理及物理化学方法。经典色谱法 Chromatography1905年俄国植物学家M.G. 茨维特柱色谱、纸色谱 薄层色谱Michael Tswett(1872-1919), a Russian botanist , discovered the basic principles of column chromatography. He separated plant pigments by eluting a mixture of the pigments on a column of calcium carbonate. The various pigments separated into colored bands; hence the name chromatography. 石油醚null现代色谱法1952年气相色谱分析法National Institute for Medical Research London, United KingdomMartin AJPRowett Research Institute Bucksburn (Scotland), United Kingdom Synge RLMnull色谱法的发展 上世纪30年代初：R.Kuhn把M.Tswett的方法用于类胡萝卜素的分离，使色谱法得以广泛应用。 1935年：Adams和Holmes用苯酚和甲醛合成了有机阳离子交换剂。后来又合成了阴离子交换剂，既用于离子交换，又用于色谱分离——即现时流行的离子交换色谱法。至1950年此方法已成型。 1938年：Izmailov等人将糊状Al2O3浆液在玻璃板上铺成均匀薄层，用于分离植物中的药用成分，即今日用的薄层色谱。（用于薄层的材料已发展至多种：如硅酸、聚酰胺等）。null1941年：Martin和Synge 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了两套萃取仪器，将蛋白质水解产物的乙酰化氨基酸由水溶液中提取到有机相而进行色谱分离。不久又研究了颗粒硅胶柱中三种衍生化氨基酸混合物在水相和有机相（氯仿）之间的不等分配，获得成功，使三个组分得到良好的分离。这一成功为液－液分配色谱奠定了基础。 1944年：Consden，Gordon和Martin将纤维（滤纸）作固定载体，以水吸附在滤纸上作溶剂，根据组分在两相中溶解度不同，即渗透率（速率）不同而使各组分彼此分离，称之为纸色谱法。null1952年：Martin和Synge又研究成功了在惰性载体表面涂渍一层均匀的有机化合物膜作为固定相，并以气体为流动相，用来分离脂肪酸混合物——即今日的气－液色谱。 1954年：Ray提出以热导池作为气相色谱的检测器，使气相色谱的应用更加广泛。 1957年：Golay首先应用小口径毛细管柱进行色谱分离实验，结果证明了它具有高分辨率和高效能 ——即为今日的高效气相色谱法。null1959年：Porath和Flodin提出了使用具有化学惰性的多孔凝胶作固定相的空间排阻色谱法，根据固定相孔隙尺寸不同而具有不同的选择性渗透能力，从而对分子量分布不同的样品实现了分离。可用于测定聚合物的相对分子质量的的分布。 我国在色谱分析领域的研究起于1954年，起始于中国科学院大连化学物理研究所。经过几十年的努力，我国色谱基础理论研究和应用技术研究方面具有特色，居世界领先行列。色谱法的发展历史色谱法的发展历史色谱法起着关键作用的诺贝尔奖研究工作色谱法起着关键作用的诺贝尔奖研究工作7.2 色谱过程及其分类7.2 色谱过程及其分类色谱法(chromatography)——以试样组分在固定相和流动相间的溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用的差异为依据而建立起来的各种分离分析方法。色谱法分离科学 (理论+技术) (分离+分析)现代分离科学是分析化学中发展最快、应用最广、潜力最大的领域之一。色谱法分类色谱法分类色谱体系中样品运行特点色谱体系中样品运行特点不同组分的差速迁移(differential migration): 混合物各组分在两相分配系数不同，分配系数大的迁移速度慢，使同时进入色谱柱的各组分得以分离。 同种组分的分子分布离散(sepreading)： 入口处组分分布在一狭窄区带内，随着分子在柱内迁移，分布区带不断展宽，同组分分子迁移速度出现差异，主要是因为流体分子运动的速率差异造成，不是平衡分布不同引起。7.3 区带迁移7.3 区带迁移柱色谱中，组分的区带迁移完全发生在流动相中。 三种方式：分析型色谱 方便制备色谱 工业流程色谱固相萃取样品为流动相或 流动相的一部分置换剂为流动相7.4 色谱保留值（retention） ——保留时间、保留体积7.4 色谱保留值（retention） ——保留时间、保留体积基本关系：保留值：反映溶质与固定相作用力的大小，是色谱定性分析和色谱过程热力学特征的重要参数。对保留值的研究能揭示色谱过程的作用机理和分子（溶质、固定相、流动相）的结构特征。K, k均热力学参数，k还和柱性质有关。气相色谱保留规律气相色谱保留规律液相色谱保留规律液相色谱保留规律液相色谱保留值方程：但蛋白质和多肽空间结构随溶剂疏水性而改变，其保留值呈非线性变化液相色谱保留规律液相色谱保留值方程：液相色谱保留规律液相色谱保留规律液相色谱保留规律柱温：影响分离选择性、流动相黏度、分离速度和柱前压。 温度↑，溶剂黏度↓，分析速度↑，选择性↑； 但柱寿命↓；一般为室温至60℃，ZrO2基质柱可达150℃碳数规律：反相LC中，同系物CH2↑，与固定相的C18等碳链分子间作用↑，与流动相溶剂分子作用也会↑，因色散作用为主，故保留值↑，和GC碳数规律相同。 正相LC中，负碳数规律。溶液酸度：酸、碱性和两性化合物，溶液pH变化影响分子解离平衡，RP-HPLC中，中性分子有效保留。流动相pH为化合物pKa时保留值重现性最差，选择色谱条件时应避开。 不能解离的中性分子保留值不受pH变化的影响。null固定相性质： ① 填料孔径↓，表面积↑，吸附位点↑，保留↑ 保留值对吸附剂表面积增加呈线性增加。 分离小分子填料孔径为6.0-12.0nm，表面积300-800m2/g。 分离蛋白质和多肽，孔径30.0nm，表面积100m2/g② 键合量↑，保留值↑，键合达一定程度（含碳率＜15%） 保留达到饱和。③ 键合碳链长度：RP-HPLC中C18键合相对多数有机化合物有较强保留，应用广泛；但对强疏水性化合物如多环芳烃类，纯甲醇洗脱时保留值也较大，选C8、C4、C2、C1柱调节保留值和选择性，实现不同类型化合物快速有效的分离。 在完全相同的条件下，化合物的保留值随键合相碳链加长而增大。色谱洗脱的普遍性问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ：色谱洗脱的普遍性问题：样品保留值相差很大时，恒定GC温度 LC流动相组成 SFC密度 …结果 不好！因GC中，tR与溶质沸点近于指数关系，如组分沸点超过100℃，用折中温度很难完全分离； LC和SFC中，溶质与固定相亲和力相差较大时，恒定组成流动相或恒定密度超临界流体，难以洗脱。程序化模式的应用：程序化模式的应用：7.5 谱带展宽 band broadening 7.5 谱带展宽 band broadening 色谱谱带（band）或区带（zone）: 描述试样各组分在 色谱柱内差速迁移和分子扩散形成的浓度分布。 间接反映出组分在柱内的运行情况。 谱带展宽——样品各组分谱带会变宽且变宽的幅度与其在色 谱柱上的保留时间成正比。 原因：色谱分离过程中各种动力学因素引起。 色谱峰形：色谱峰的宽度和对称性。多种动力学因素造成峰 形拖尾而不对称。数学处理：近似为高斯分布对称形状处理。数学处理：近似为高斯分布对称形状处理。塔板理论塔板理论：一根柱子可以分为n段，在每段内组分在两相间很快达到平衡，把每一段称为一块理论塔板。塔板理论：一根柱子可以分为n段，在每段内组分在两相间很快达到平衡，把每一段称为一块理论塔板。应用：用于描述色谱分离效率的特征参数n、H。 缺陷：其假设与实际色谱过程相差较大： ① 每个塔板内分子纵向扩散可以忽略，而分子扩散是引起谱带展宽的主要因素； ② 溶质在各塔板上分配系数是常数，而分配系数与溶质浓度有关； ③ 流动相不连续流动； ④ 不能用填料性质和形状、柱参数、流动相种类和流速解释谱带展宽。 ——被速率理论所取代null速率理论：组分单个粒子在色谱柱内固定相和流动相间发生千万次转移，加上分子扩散和运动途径等因素，它在柱内的运动随机、高度不规则，随流动相前进的速度不均一。涡流扩散项A： λ为填充不均匀性因子，dp为粒径传质阻力项Cu： df为液膜厚度，Dg为溶质在固定相中扩散系数流动相线速度u: H-u为双曲线，有极值uoptnull结论：对LC： 可减小填料粒径、高柱压操作、使用低黏度流动相来达到好的分离效果。7.6 分离度（resolution）7.6 分离度（resolution）分离度：定量描述相邻两组分在色谱柱内分离情况的指标。R=1，基本分离；R=1.5，完全分离1. k很小时，R随k的增加而迅速增加，k＞10时，k增加，而R变 化很小，一般改变固定相或流动相调节1＜k＜10; 2. α=1，不能分离；α略大于1，可能分离；α=2，容易分离； GC通过选择固定相和降低柱温，提高α；LC通过改变固定 相和流动相性质提高α。 3. n↑, R ↑, 如改变流速、粒径、柱长等。null柱容量（peak capacity）：给定色谱条件和操作条件，一定时间内，最多能从色谱柱洗脱出达到一定分离度的色谱峰个数。tn最后一个峰的保留时间； kmax最后一个峰的容量因子峰容量决定于色谱柱理论塔板数和最后峰保留时间和死时间之比GC: uopt处N最大，此处具有最大峰容量； LC: 流速降低，柱效N升高，峰容量n升高，但分析速度降低了 由以上公式，可由N估算峰容量，也可由峰容量导出柱效N7.7 分离时间7.7 分离时间分离时间：指一对物质中，第二个峰洗脱时间tR2； 多组分时，指最后一个组分的保留时间。分离度R增加1倍， tR增加4倍； 流速u增加1倍， tR减小1倍; 板高H减小1倍， tR减小1倍; 分离因子α对tR影响很大，如α1.05→1.10，tR减小4倍; 容量因子k对tR影响很大，k在1～5范围内时，对影响较小； 低黏度流动相，u较大，可实现快速分离； ……思 考 题思 考 题色谱法有哪些主要类型？其主要应用对象是什么？ 什么是色谱程序技术？在色谱分离中采用程序技术主要解决什么问题？ 根据分离度方程说明影响色谱分离度的因素。