又可导出k=(tR/tM)-1=(tR-tM)/tM=t′R/tM
相对保留值:表述两组分或组分间保留差异,也称为选择性因子
α=K1/K2=k2/k1=t′2/t′1
色谱过程的理论处理类型:1、线性理想色谱;2、线性非理想色谱;3、非线性理想色谱;4、非线性非理想色谱
塔板理论计算公式:
N=8ln2(VR/2ΔV1/2)2=5.54(VR/2ΔV1/2)2=5.54(tR/2Δ
)2
1/2
N为理论塔板数,2ΔV1/2、2Δt1/2分别为以体积,时间为单位的色谱峰半高宽度 或者
2
N=16(tR/W) 有效理论塔板数: Neff=5.54((tR-tM)/2Δ
1/2
)=5.54(t′R/2Δ1/2)=16(t′R/W) Heff=L/Neff
2
2
222
又可推出: N=[(1+k)/k]Neff H=[k/(1+k)]Heff
理论塔板数反映色谱过程中溶质趋于分布平衡的次数和分离迁移与离散迁移的比值 速率理论:
速率理论方程:H=A+B/u+Cu+(Cs+Cm)u H越小,柱效月高 影响柱效的变量:流动相流速、填料粒径、色谱柱温
分离度:相邻两组分色谱峰保留值tR2、tR1之差与峰底W2、W1平均宽度之比 R=(tR2-tR1)/1/[2(W2+W1)]=2(tR2+tR1)/(W2+W1)
当R=1,两色谱峰交叠约4%,可称为基本分离。当R=1.5时,两色谱峰交叠约0.3%,可视为完全分离
分离方程:R=N /4×[(α-1)/α]×[k2/(1+k2)]
222
N=16R[α/(α-1)][(k2+1)/k2]
色谱法的选择:各种气体、沸点500℃以下挥发性、热稳定性的试样,一般采用气相色谱分析法;非挥发试样,包括有机物、无机物、高分子化合物、可解离化合物等均可采用高效液相色谱分析;薄层色谱通常为非仪器分析方法,操作简便,可作为高效液相色谱流动相、固定相选择的辅助手段 分离条件的优化:
1、 提高理论塔板高度:适当增加柱长;提高柱效; 2、 调节、控制保留因子
3、 提高选择性因子:改变柱温、改变流动相组成、改变固定相
色谱的定量方法:标准校正法或者外标法、内标法;
气相色谱仪:填充式气相色谱仪、毛细管气相色谱仪、制备型气相色谱仪、
毛细管气相色谱仪与填充柱气相色谱仪的比较:主要差别在于前者的柱前装置一个分流/不分流进样器,柱后装有尾吹气路,增加辅助尾吹气,使试样通过检测器加速器,减少峰的扩宽,并使局部浓度增大,以提高检测的灵敏度 气相色谱检测器:
按流出曲线类型分类:微分型和积分型 按检测特性分类:浓度型和质量型 按选择性分类:通用型和选择型
检测器的性能指标:灵敏度、检出限、最小检测量和最小检测浓度、线性范围
常见的气相色谱检测器:热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器火焰光度检测器、氮磷检测器、气相色谱—质谱联用 气相色谱固定相:
固体固定相:包含固体吸附剂、高分子多孔微球、化学键合固定相等。一般用于分离永
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久性气体无机气体和低沸点碳氢化合物、几何异构体或者强极性物质
载体:气相色谱载体又称为担体,为多孔性颗粒材料 载体类型:硅藻土型和非硅藻土型
硅藻土载体的预处理:使载体表面钝化,降低其吸附性从而减少拖尾现象发生,提高柱效。预处理方法一般有酸洗或者碱洗
液体固定相的基本要求:对组分有良好的分离和选择性;热稳定性和化学稳定性好;在操作温度下,有较低的蒸气压,保证固液的最高使用温度,防止固定液流失;润湿性好 按固定液的化学结构分类:1、烃类;2、醇和聚醇;3、酯和聚酯;4、聚硅氧烷类;5、特殊选择性固定液;
填充柱的制备:1、固定液涂质;2、填充柱老化
毛细管柱的特点:柱的渗透性好;柱效高,可用长色谱柱;相比高、传质快、柱容量小 毛细管柱类型:涂壁开管柱;壁处理开管柱;多孔层开管柱;载体涂层开管柱;填充毛细管柱
毛细管柱的制备:1、毛细管柱的材料;2、拉制;3、内壁粗糙化、惰化;4、固定液的涂渍;5、固定相的固定化
毛细管柱的评价:1、以理论塔板数N代表的柱效;2、涂渍效率CE;3、表面惰性 固定液的选择:
按照“相似相溶”原则来选择;根据固定液的选择性常数来选择;固定液的含量 载体及其粒度的选择:
若试样相对分子质量大、沸点高、极性大、使用的固定液量少,大都选择白色载体;试样的相对分子质量小、沸点低、非极性、固定液的用量多,则应选用红色载体;对于具有强极性、热和化学不稳定的化合物,可用玻璃载体;
柱长的选择:填充柱一般为1~5m,毛细管柱一般为20~50m,对于一般的分析分离来说,填充柱内径为3~6mm,毛细管柱内径为0.2~0.5mm 气相色谱操作条件的选择:
1、载气及载气线速度的选择—首先要适应所用的检测器的特点,其次要考虑载气对柱效和分析速度的影响;
2、温度的选择—气化室温度、检测器温度、柱温;3、进样量;
气相色谱分析的应用:1、环境中有机污染物的分析;2、食品分析;3、生物、医学;4、石油化工;
高效液相色谱
高效液相色谱的基本特点:
1、 高效、高速、高灵敏度;
2、 填料粒径和流动相性质影响色谱柱效; 3、 局限性 4、适用范围广 操作条件:
1、 流动相对色谱分离选择性的影响 2、 柱外效应
3、 操作压力—高压
高效液相色谱分类(根据色谱固定相和色谱分离的物理化学原理或分离机理)
1、 吸附色谱 2、 分配色谱
3、 离子交换色谱
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4、 体积排阻色谱
高效液相色谱仪的结构:
高压泵系统:1、往复柱塞泵;2其他类型的泵;3、流速控制系统和程序系统
进样系统:1、采用硅胶或亚硝酸氟橡胶作隔垫片的注射器进样口,用高效液相色谱专用注射器取一定的体积试样穿过垫片注入色谱柱头;2、高压六通阀进样;3、自动进样系统 高效液相色谱柱:
1、色谱柱类型:常规分析柱、制备或半制备柱、小内径或微内径柱、毛细管柱
2、保护柱 3、柱恒温器 4、柱填充技术 液相色谱检测器
1、光吸收检测器:紫外吸收检测器、光二极管阵列检测器、红外吸收检测器 2、荧光检测器
3、示差折光检测器
4、蒸发光散射检测器
5、电化学检测器:安培检测器、电导检测器
高效液相色谱固定相:具有高机械强度、化学稳定、耐溶剂、一定比表面积和中孔,且孔径分布范围窄的微孔结构材料
液相色谱流动相:1、化学惰性,保证柱的稳定性和分离的重现性;2、适用低沸点、低粘度的组分;3、清洗和更换方便
液固吸附色谱的固定相:分为极性和非极性多孔微粒固体吸附剂
液液分配色谱的固定相:将极性或非极性固定液涂渍在全多孔或薄壳硅胶等载体表面形成的液膜。
要求:载体表面惰性,比表面不太高 液液分配色谱的特点:柱容量高、重现性好、适用试样类型广
非极性键合相反相色谱分离条件优化:固定相的选择、流动相的选择、流动相pH以及衍生化技术
离子对色谱:分离分析离子性溶质的色谱方法
手性色谱:直接分离手性化合物对映体具有速度快、柱效高、操作简单、适用范围广的优点。
手性色谱流动相:手性固定相/非手性固定相和非手性固定相/含手性选择剂流动相。 常用的CSP类型:给体—受体手性固定相、多糖类手性固定相、环糊精手性键合固定相、蛋白质手性固定相以及其他应用不多的CSP类型
亲和色谱:以生物活体配体通过间隔臂键合到多孔微粒固体基质为固定相,不同pH的缓冲液为流动相,依据生物分子与固定相配体间的特异、可逆的相互亲和作用力差异,即形成可解离的配位复合物,亦称锁-键结构复合物或络合物,以是实现生物活性分子分离和分析
亲和色谱固定相的组成:基质、间隔臂、配体
离子交换色谱:通过固定相表面的带电荷的基团与试样离子和流动相淋洗离子进行可逆交换、离子-偶极作用或吸附作用实现溶质分离。
离子交换色谱固定相:苯乙烯和二乙烯苯交联聚合物交换树脂、表面薄壳型无机-有机复合型交换剂、硅胶化学键合离子交换剂
体积排阻色谱的应用:分离测定合成和天然高分子产物
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制备高效液相色谱的指标:1、最大允许分离试样体积或量;2、单位时间分离纯物质的量,即产率;3、淋洗溶剂的量或者试样在分离过程中的稀释度
制备色谱产率的主要因素:1、产率随柱长、柱内径、柱效升高而增加,但不成线性关系;2、一般选用制备柱内径较大,较大粒径填料以降低分离成本;3、制备分离的目标组分要有比较高的分离选择性α,可以允许较大的进样量;4、制备色谱经常在柱超负荷条件下操作,应选择与流动相相互溶的溶剂制备试样溶液;5、以硅胶为填料的正相色谱通常是制备分离的首选方法,具有成本较低的特点,但对于各种特殊分离,需要采用手性、弱疏水性填料
毛细管电泳
毛细管电泳的特点:操作简单、试样量少、分析速度快、柱效高、成本低。 缺点:迁移时间的重现性、进样的准确性和检测的灵敏度方面较高效液相色谱法差。 毛细管电色谱是毛细管电泳技术和液相色谱结合形成的严重高效、快速的微分离分析技术。其克服了毛细管电泳对电中性物质难分离的缺点,并利用液相色谱固定相和流动相选择类型多的优点,其适用范围比CE大为扩展。
电泳:在电解质溶液中,带电粒子在电场作用下,以不同的速度或移动速率向其所向带电荷相反方向迁移的现象。
电渗:毛细管中整体溶剂或介质在轴向直流电场作用下发生的定向迁移或流动
影响电渗流的因素:电场强度、黏度、介电常数和Zeta电势等直接因素,及温度、缓冲液的组成和pH、管壁的性质等间接因素
柱效N=5.54(tR/2Δ单位塔板高H=Ld/N
1/2
)2 (tR为保留时间、2Δ
1/2
为半峰高宽度)
CE分离的柱效N=Ld/H=(μep+μeo)VLd/(2DLt) H=A+B/μ+Cu R=2(tR1+tR2)/(W1+W2) (tR为迁移时间、W为色谱峰底宽度) 检测系统:紫外、荧光、化学发光、电化学和质谱检测器
电化学检测器与光学检测方法相比,质量检出限低,线性范围宽,选择性好,而且响应不依赖与光路的长度,可以用于极细的毛细管
缓冲溶液的选择应遵循:1、在所选择的pH范围内有合适的缓冲量;2、本底检测响应低;3、自身淌度低,即离子大而带电小
添加剂的种类:1、中性盐;2、表面活性剂;3、手性添加剂;4、非电解质高分子添加剂
毛细管区带电泳的应用:适合分离带电化合物,包括无机离子、无机阳离子、有机酸、胺类化合物、氨基酸、蛋白质等,不能分离中性化合物。
胶束电动毛细管色谱:以胶束为固定相的一种电动色谱,是电泳技术和色谱技术的巧妙结合
毛细管凝胶电泳:在毛细管中充填多孔凝胶为支持介质进行电泳 毛细管等电聚焦过程:进样、聚焦、迁移
毛细管等速电泳:不连续介质电泳技术,采用两个不同的缓冲溶液系统,被分离的组分按其淌度的不同夹在中间,以同一个速率移动,实现分离
毛细管电色谱柱技术:填充柱(柱塞制作、填充柱准备、CEC充填固定相、气泡问题)、开管柱、整体柱;
柱塞制作要求:有足够的机械强度、化学惰性、有合适的空隙率、死体积小(应用较多的是水玻璃烧制法和填料直接烧制法)
毛细管填充柱的制作方法:高压匀浆填充法和电动填充法
气泡问题的解决:加压、制备渗透性好的塞子、利用阻尼管消除、利用超声波使试样
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和流动相充分脱气
CEC的应用:在环境、生物医学、食品、石油化工产品的分析等
其他分离方法
分析试样预处理目的:
1、除去试样基底中可能会干扰后续分析的物质;使试样充分溶解并符合后续分析方法的要求:
2、实现痕量分析物的高效富集,还可完成生化衍生等步骤以增加分离分析的选择性和检测灵敏度等
超临界流体色谱仪:高压泵、进样系统、色谱柱、限流器、检测器
超临界流体萃取特点:1、萃取速度快;2、容易控制溶剂强度并调节选择性;3、后处理简单;4;操作自动化;5、安全性好
萃取操作:静态萃取,动态萃取
影响萃取的因素:1、超临界流体的选择;2、萃取条件的选择;3、试样及流体流速;4、萃取物的收集
SFE的应用:
1、作为分析化学式样的预处理技术,即分离测定组分的钱分离富集; 2、工业规模分离,即分离工程的组成部分 固相微萃取操作技术:浸取法和顶空法
SPME的应用:环境、生物、医药学、天然产物、食品、毒物、法学领域
逆流色谱特点:无固相载体;适用范围广;适用分离试样容量范围宽;可与质谱、红外光谱等结构分析仪器联用,实现定性、定量分析;仪器柱结构系统复杂,操作技术复杂等 场流分离的特点:
1、适用于大分子分离测定,无固定相以消除吸附、剪切、过滤、失活、变性等缺点,试样回收率高;
2、可采用载流溶剂和外加力场众多,适用范围广,从合成到生物大分子和粒子性试样,; 3、具有较高分辨率和选择性,操作条件易于控制、调节和优化;
4、有比较严谨的理论基础,其保留行为可通过流体力学原理和物理化学性质预测和计算,因而可以根据保留值测定溶质的相对分子量、体积、密度、电荷、扩散系数等物理化学参数,不需要校准
多维色谱的组合方式:
1、同类色谱、不同选择性色谱柱串联; 2、不同类型色谱分离串联
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