第十七章-色谱分析法概论-第二节课件

仪器分析仪器分析第二节第二节 液相柱色谱法液相柱色谱法一、吸附柱色谱法一、吸附柱色谱法二、分配柱色谱法二、分配柱色谱法三、离子交换色谱法三、离子交换色谱法四、空间排阻色谱法四、空间排阻色谱法generalization of chromatograph analysis 第二节 一、吸附柱色谱法generalization of一、吸附柱色谱法一、吸附柱色谱法(一一)分离原理分离原理要要求求：固固定定相相：吸吸附附剂剂(硅硅胶胶或或Al2O3),具具表表面面活活性性吸附中心吸附中心分离机制分离机制：分离机制分离机制：各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离吸附吸附解吸解吸再吸附再吸附再解吸再解吸无数次洗脱无数次洗脱分开分开一、吸附柱色谱法(一)分离原理分离机制：吸附系数注注注注：KKa a与与与与组组组组分分分分的的的的性性性性质质质质、吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂的的的的活活活活性性性性、流流流流动动动动相相相相的的的的性质及温度有关性质及温度有关性质及温度有关性质及温度有关吸附平衡吸附平衡 X Xmm+nY+nYa aXXa a+nY+nYmm K值大表示组分易被吸附，在吸附剂上的值大表示组分易被吸附，在吸附剂上的滞留程度滞留程度(保留值保留值)大，难于洗脱；大，难于洗脱；K值小表值小表明组分难被吸附，保留值小，易于洗脱。明组分难被吸附，保留值小，易于洗脱。吸附系数注：Ka与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质及温等温线：指一定温度下，某组分达到平衡状态指一定温度下，某组分达到平衡状态时，在两相中的浓度相对关系曲线。时，在两相中的浓度相对关系曲线。1线性等温线（理想）对称峰2非线性等温线（1）凸形拖尾峰（2）凹形前沿峰固固定定相相表表面面活活性性吸吸附附中中心心未未达达饱饱和和，K一定，与溶质浓度无关一定，与溶质浓度无关 固固定定相相表表面面吸吸附附中中心心活活性性不不均均，K不不同同;先先占占据据强强吸吸附附中中心心再再占占据据弱弱吸吸附附中中心心，K随随着着溶溶质质浓浓度度的的增增加加而减小而减小 溶质与固定相作用，改变其表面性质溶质与固定相作用，改变其表面性质K随着溶质浓度的增加而增加随着溶质浓度的增加而增加 斜率斜率斜率斜率=K=K对称峰对称峰对称峰对称峰前沿峰前沿峰前沿峰前沿峰拖尾峰拖尾峰拖尾峰拖尾峰等温线：指一定温度下，某组分达到平衡状态时，在两相中的浓度相(二二)固定相固定相多孔、微粒状物质：硅胶、氧化铝、聚酰胺多孔、微粒状物质：硅胶、氧化铝、聚酰胺1.对吸附剂的对吸附剂的要求要求：具具有有较较大大的的吸吸附附表表面面和和一一定定的的吸吸附附能能力力，吸吸附附应应是是可逆的，利于组分分离；可逆的，利于组分分离；与流动相和试样中各组分不发生化学反应；与流动相和试样中各组分不发生化学反应；吸附剂粒度均匀，有一定机械强度。吸附剂粒度均匀，有一定机械强度。2.吸附剂的吸附剂的分类分类极性吸附剂和非极性吸附剂极性吸附剂和非极性吸附剂酸性吸附剂和碱性吸附剂酸性吸附剂和碱性吸附剂 吸吸附附活活性性越越强强表表示示吸吸附附能能力力越越大大。吸吸附附剂剂的的活活性强弱与含水量有关。性强弱与含水量有关。(二)固定相3.常用吸附剂常用吸附剂多孔、微粒状物质：硅胶、氧化铝、聚酰胺多孔、微粒状物质：硅胶、氧化铝、聚酰胺(1)硅胶硅胶（SiO2H2O）结构结构：内部：内部硅氧交联结构硅氧交联结构多孔结构多孔结构 表面表面有硅醇基有硅醇基氢键作用氢键作用吸附吸附活性中心活性中心活性级别活性级别硅胶含水量硅胶含水量氧化铝含水量氧化铝含水量0053156251038153.常用吸附剂活性级别硅胶含水量氧化铝含水量005 特性特性：1）与极性物质或不饱和化合物形成氢键）与极性物质或不饱和化合物形成氢键 物物质质极极性性，吸吸附附能能力力强强极极性性吸吸附附中中心，不易洗脱心，不易洗脱 吸附活性次序：活泼型吸附活性次序：活泼型束缚型束缚型游离型游离型 2）吸水）吸水失活失活 105110OC烘烘干干30分分钟钟(可可逆逆失失水水)吸吸附力最大附力最大 500OC烘烘干干(不不可可逆逆失失水水)活活性性丧丧失失，无吸附力无吸附力适用适用：分析酸性或中性物质分析酸性或中性物质 特性：(2)氧化铝氧化铝 碱性氧化铝碱性氧化铝 pH 910 适于分析碱性、中性物质适于分析碱性、中性物质 中性氧化铝中性氧化铝pH7.5 适于分析酸性碱性和中性物质适于分析酸性碱性和中性物质 酸性氧化铝酸性氧化铝 pH 45 适于分析酸性、中性物质适于分析酸性、中性物质使用前在使用前在400恒温恒温6h(3)聚酰胺聚酰胺 氢键作用氢键作用 氢键能力氢键能力强，组分越后出柱强，组分越后出柱(4)活性炭活性炭：非极性吸附剂：非极性吸附剂(5)硅酸镁硅酸镁：分离类脂化合物：分离类脂化合物(2)氧化铝(3)聚酰胺4.吸附剂的选择：依据被测组分、吸附剂和流动相的性质(1)被测组分性质（极性大小）：被测组分性质（极性大小）：烃烃 -羧酸，醇羧酸，醇(2)吸附剂的活性：吸附剂的活性：吸附剂的活性吸附剂的活性大，对被测组分的吸附能力大，对被测组分的吸附能力强强 强极性物质强极性物质选择弱吸附剂选择弱吸附剂 弱极性物质弱极性物质选择强吸附剂选择强吸附剂4.吸附剂的选择：依据被测组分、吸附剂和（三）流动相1.流动相的要求：流动相的要求：与与试试样样组组分分、吸吸附附剂剂不不发发生生不不可可逆逆的的化学反应；化学反应；对对所所给给定定的的试试样样组组分分，具具有有合合适适的的极极性和良好的选择性；性和良好的选择性；纯度合格；纯度合格；粘度适中。粘度适中。（三）流动相流动相的要求：2.流动相的选择流动相的选择：流流动动相相极极性性大大，对对被被测测组组分分的的洗洗脱脱能能力力强强，保保留时间越短。留时间越短。溶溶剂剂洗洗脱脱能能力力可可用用Snyder提提出出的的溶溶剂剂强强度度 0表表示示，0为为溶溶剂剂分分子子在在单单位位吸吸附附剂剂表表面面上上的的吸吸附附自自由由能能。溶溶剂剂的的 0越越大大，则则溶溶剂剂的的极极性性越越大大，固固定定相相对对溶溶剂剂的的吸吸附附作作用用力力也也就就越越大大，溶溶剂剂的的洗洗脱脱能能力力也也就就越强。越强。2.流动相的选择：溶溶 剂剂溶剂强溶剂强度度 0 0溶溶 剂剂溶剂强溶剂强度度 0 0溶溶 剂剂溶剂强溶剂强度度 0 0正戊烷正戊烷0.00苯苯0.32乙腈乙腈0.65环己烷环己烷0.04三氯甲三氯甲烷烷0.40正丙醇正丙醇0.82四氯化四氯化碳碳0.18二氯甲二氯甲烷烷0.42乙醇乙醇0.88二甲苯二甲苯0.26丙酮丙酮0.56甲醇甲醇0.95甲苯甲苯0.29乙酸乙乙酸乙酯酯0.58乙二醇乙二醇1.11一些溶剂在氧化铝上的一些溶剂在氧化铝上的 0 0值值 溶 剂溶剂强度0溶 剂溶剂强度0溶 剂溶剂强度0“相似相溶相似相溶”原则原则 ：极性大的试样采用极性较强：极性大的试样采用极性较强的流动相；极性小的试样则采用极性较弱的流动的流动相；极性小的试样则采用极性较弱的流动相。相。3.3.三者关系图示：三者关系图示：组分组分 吸附剂吸附剂 流动相流动相 极性极性 活性小活性小 极性极性 非非(弱弱)极性极性 活性大活性大 非极性或弱极性非极性或弱极性吸吸附附柱柱色色谱谱法法对对于于不不同同族族化化合合物物的的分分离离能能力力较较强强，对对同同分分异异构构体体的的分分离离效效果果也也较较好好，但但对对同同系系物物分分离的选择性较差。一般不适宜分离强极性化合物。离的选择性较差。一般不适宜分离强极性化合物。“相似相溶”原则 ：极性大的试样采用极性较强的流动相；极性二、分配柱色谱法二、分配柱色谱法液液色谱液液色谱1.分离原理分离原理要求要求：固固定定相相机机械械吸吸附附在在惰惰性性载载体体上上的液体的液体 流动相流动相必须与固定相不为互溶必须与固定相不为互溶 载体载体惰性，性质稳定，惰性，性质稳定，不不与与固固定定相相和和流流动动相相发发生生化学反应化学反应分分离离机机制制：利利用用组组分分在在流流动动相相和和固定相间溶解度差别实现分离固定相间溶解度差别实现分离连续萃取过程连续萃取过程二、分配柱色谱法液液色谱1.分离原理连续萃取过程狭义分配系数狭义分配系数注注：K K与与组组分分的的性性质质、流流动动相相的的性性质质、固固定定相相的的性性质以及柱温有关质以及柱温有关狭义分配系数注：K与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质以2.固定相固定相载体载体：负载固定液：负载固定液 要求：要求：表面积大，良好孔穴结构；化学惰性；表面积大，良好孔穴结构；化学惰性；形状规则，大小均匀；机械强度大形状规则，大小均匀；机械强度大常用载体：硅胶、硅藻土、纤维素等常用载体：硅胶、硅藻土、纤维素等固定液固定液：良好溶剂，与流动相不溶：良好溶剂，与流动相不溶常用固定液：常用固定液：,-氧二丙氧二丙腈，聚乙二醇，十八，聚乙二醇，十八烷，角，角鲨烷固定液的涂渍：溶剂溶解固定液的涂渍：溶剂溶解载体浸泡载体浸泡 混匀混匀除溶剂除溶剂2.固定相3.流动相流动相类型类型：水、溶液、缓冲液、有机溶剂：水、溶液、缓冲液、有机溶剂选择方法选择方法：正相分配色谱正相分配色谱 反相分配色谱反相分配色谱固定相固定相：强极性、亲水性物质强极性、亲水性物质 非极性、亲脂性物质非极性、亲脂性物质流动相：流动相：非极性、弱极性、亲脂性物质非极性、弱极性、亲脂性物质 极性、亲水性物质极性、亲水性物质分离对象分离对象：极性化合物：极性化合物 非极性化合物非极性化合物 分配色谱分配色谱特点特点：适于分离的组分类型更加广泛适于分离的组分类型更加广泛分离过程中组分的稳定性更高分离过程中组分的稳定性更高3.流动相三、离子交换色谱法三、离子交换色谱法要求要求：固定相固定相离子交换树脂离子交换树脂流动相流动相水为溶剂的缓冲溶液水为溶剂的缓冲溶液被分离组分被分离组分离子型的有离子型的有 机物或无机物机物或无机物分离机制分离机制：依据被测组依据被测组分与离子交换剂交换能分与离子交换剂交换能力（亲和力）不同而实力（亲和力）不同而实现分离。现分离。三、离子交换色谱法要求：分离机制：依据被测组分与离子交换剂交离子交换分离过程离子交换分离过程离子交换分离过程第十七章-色谱分析法概论-第二节课件选择性系数 阳离子交换树脂 RSORSO3 3-H H+X+X+RSO RSO3 3-X X+H+H+注：注：K Ks s与离子的电荷数、水合离子半径、流动相性质、与离子的电荷数、水合离子半径、流动相性质、离子交换树脂性质以及温度有关离子交换树脂性质以及温度有关固定离子固定离子固定离子固定离子可交换离子可交换离子可交换离子可交换离子待测离子待测离子待测离子待测离子选择性系数 阳离子交换树脂 注：Ks与离子的电荷数、水合离1.固定相固定相类型类型：纯离子交换树脂纯离子交换树脂 表面层离子交换树脂：柱效高，柱容小表面层离子交换树脂：柱效高，柱容小 大孔径网络型树脂：适于非水溶液组分分离大孔径网络型树脂：适于非水溶液组分分离组成组成：由苯乙烯和二乙烯基苯交联共聚而成由苯乙烯和二乙烯基苯交联共聚而成 交联剂：二乙烯基苯，交联和加固树脂骨架交联剂：二乙烯基苯，交联和加固树脂骨架 交联度：树脂中所含交联剂的重量百分数交联度：树脂中所含交联剂的重量百分数特点特点：交联度大，树脂强度高，溶涨程度低，网孔小，传质速交联度大，树脂强度高，溶涨程度低，网孔小，传质速度慢，适于体积小的无机离子的分离，选择性高度慢，适于体积小的无机离子的分离，选择性高交联度小，溶涨程度高，网孔大，传质速度快，适于体交联度小，溶涨程度高，网孔大，传质速度快，适于体积较大的有机离子的分离积较大的有机离子的分离1.固定相树脂分类树脂分类：按接入基团：按接入基团阳离子交换树脂阳离子交换树脂：具有与试样中阳离子交换基团：具有与试样中阳离子交换基团 强酸性阳离子交换树脂，连接强酸性阳离子交换树脂，连接SO3H 弱酸性阳离子交换树脂，连接弱酸性阳离子交换树脂，连接COOH阴离子交换树脂阴离子交换树脂：具有与试样中阴离子交换基团：具有与试样中阴离子交换基团 强碱性阴离子交换树脂，连接季胺基强碱性阴离子交换树脂，连接季胺基 弱碱性阴离子交换树脂，连接伯胺基、仲胺基、弱碱性阴离子交换树脂，连接伯胺基、仲胺基、叔胺基叔胺基交换能力交换能力：用交换容量表示：用交换容量表示理论理论交换容量交换容量：每克干树脂含离子交换基团的物质的量每克干树脂含离子交换基团的物质的量实际交换容量：实际交换容量：每克干树脂实际参加交换基团的物质的量每克干树脂实际参加交换基团的物质的量 影响因素：树脂类型、交联度、实验条件影响因素：树脂类型、交联度、实验条件树脂分类：按接入基团2.流动相流动相常用流动相：水缓冲溶液，另可加入部分极性有机常用流动相：水缓冲溶液，另可加入部分极性有机溶剂溶剂影响组分分离的因素：影响组分分离的因素：pH值的影响值的影响：流动相流动相pH值控制酸碱的离解值控制酸碱的离解 组分离子比例越高，分配系数越大组分离子比例越高，分配系数越大 组分离子比例越低，分配系数越小组分离子比例越低，分配系数越小 组分以分子形式存在，则不被保留组分以分子形式存在，则不被保留缓冲液类型的影响缓冲液类型的影响：不同离子与树脂的亲和力不不同离子与树脂的亲和力不等，从而影响组分的相对保留值等，从而影响组分的相对保留值 2.流动相离子强度的影响离子强度的影响：盐类浓度增加，对盐类浓度增加，对R、R竞争能力增强，竞争能力增强，使组分离子的保留值减小使组分离子的保留值减小有机溶剂的影响有机溶剂的影响：有机溶剂的量增加，组分保留值减小有机溶剂的量增加，组分保留值减小 有机溶剂的极性越小，影响越明显有机溶剂的极性越小，影响越明显 常用有机溶剂：甲醇、乙醇、乙腈常用有机溶剂：甲醇、乙醇、乙腈离子强度的影响：四、空间排阻色谱法凝胶色谱四、空间排阻色谱法凝胶色谱要求要求：固定相固定相多孔性凝胶多孔性凝胶 流动相流动相水水凝胶过滤色谱凝胶过滤色谱 流动相流动相有机溶剂有机溶剂凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱 分离机制分离机制见图示见图示渗透系数渗透系数 注：注：K Kp p仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小，仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小，与流动相的性质无关与流动相的性质无关四、空间排阻色谱法凝胶色谱要求：渗透系数 注：Kp仅取决于分离机制分离机制：利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性 渗透实现分离渗透实现分离分离机制：第十七章-色谱分析法概论-第二节课件1.固定相固定相：凝胶凝胶是经交联、而具有三维网状结构的含水多聚是经交联、而具有三维网状结构的含水多聚体，有一定形状和稳定性体，有一定形状和稳定性软胶软胶（软质凝胶）：交联度低，膨胀度大，容量（软质凝胶）：交联度低，膨胀度大，容量大，用于含水体系大，用于含水体系交联度大的孔隙小，溶胀小，适于小分子组分分离交联度大的孔隙小，溶胀小，适于小分子组分分离交联度小的孔隙大，溶胀大，适于大分子组分分离交联度小的孔隙大，溶胀大，适于大分子组分分离 适于用水做流动相，在低流速下使用适于用水做流动相，在低流速下使用 常用软胶：交联葡萄糖凝胶、琼脂糖凝胶、聚常用软胶：交联葡萄糖凝胶、琼脂糖凝胶、聚丙烯酸盐凝胶丙烯酸盐凝胶1.固定相：半硬胶半硬胶（半刚性凝胶）：溶胀能力低，容量中等，（半刚性凝胶）：溶胀能力低，容量中等，渗透性较高；孔隙大小范围很宽，适于小分子到渗透性较高；孔隙大小范围很宽，适于小分子到大分子组分的分离；适于采用非水流动相大分子组分的分离；适于采用非水流动相 常用半硬胶：聚苯乙烯凝胶、聚甲基丙烯酸甲常用半硬胶：聚苯乙烯凝胶、聚甲基丙烯酸甲酯凝胶、聚丙烯酰胺凝胶等酯凝胶、聚丙烯酰胺凝胶等硬胶硬胶（刚性凝胶）：由实心玻璃球制成（刚性凝胶）：由实心玻璃球制成 多孔无机材料，孔径恒定，窄粒度，易于填充多孔无机材料，孔径恒定，窄粒度，易于填充均匀，溶胀度小，渗透性好，影响小，适于高压均匀，溶胀度小，渗透性好，影响小，适于高压使用使用 常用硬胶：多孔硅胶凝胶、多孔玻璃等常用硬胶：多孔硅胶凝胶、多孔玻璃等半硬胶（半刚性凝胶）：溶胀能力低，容量中等，渗透性较高；孔隙2.流动相流动相要求要求：与试样和固定相无任何作用；能完与试样和固定相无任何作用；能完全溶解试样，并与凝胶本身相似；能溶胀全溶解试样，并与凝胶本身相似；能溶胀软性凝胶；粘度低；与检测器匹配软性凝胶；粘度低；与检测器匹配常用流动相常用流动相：四氢呋喃、甲苯、十氢化萘、四氢呋喃、甲苯、十氢化萘、三氯甲烷、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、水二甲基甲酰胺、水凝胶过滤色谱凝胶过滤色谱：水溶液为流动相，适于水水溶液为流动相，适于水溶性试样溶性试样凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱：有机溶剂为流动相，适于有机溶剂为流动相，适于非水溶性试样非水溶性试样2.流动相 结论：四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、衡、分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡 K分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和渗透系数和渗透系数除除了了凝凝胶胶色色谱谱法法中中的的K仅仅与与待待测测分分子子大大小小尺尺寸寸、凝凝胶胶孔孔径径大大小小有有关关外外，其其他他三三种种K值值都都受受组组分分的的性性质质、流动相的性质、固定相的性质以及柱温的影响流动相的性质、固定相的性质以及柱温的影响 结论：四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、分配