【精品】第1章色谱分离原理
第1章色谱分离原理Chromatography Principle教学目的和要求1、了解色谱过程和分类;2、掌握色谱保留值的表达和计算(比移值、容量因子、保留时间、保留因子、容量因子等);3、了解气相、液相色谱保留值规律、速率理论;4、掌握分离度的含义及计算方法。基本
知识点
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各种色谱方法;色谱的定性定量依据;谱带展宽原因;分离度;分离度与色谱特性的关系;色谱条件优化1.1 概 述 色谱法也称色层法，是1906年俄国植镅Ъ襇ichael Tswett 发现并命名的。他将植物叶子的色素通过装填有吸附剂的 柱子，各种色素以不同的速率流动后形成不同的色带而被 分开，由此得名为“色谱法”(Chromatography 。 后来无色物质也可利用吸附柱色谱分离。 英国生物学家Martin和Synge。他们首先提出了色谱塔板理 论，发明分配色谱(1952年获诺贝尔化学奖)。 1944年出现纸色谱以后，色谱法不断发展，相继出现薄层 色谱、亲和色谱、凝胶色谱、气相色谱、高压液相色谱 (HPLC)等。 20世纪50年代气液色谱的创立和发展具有划时代的意义， 催生了许多现代色谱方法。1.2 色谱过程及其分类 色谱法是利用混合物中各组分物理化学性质的差异(如吸 附力、分子形状及大小、分子亲和力、分配系数等)，使 各组分在两相(一相为固定的，称为固定相;另一相流过 固定相，称为流动相)中的分布程度不同，从而使各组分 以不同的速度移动而达到分离的目的。 慢 色谱分离 中等 快 淋洗液Temporal course色谱分类 图6,1 色谱分类气相色谱法1.3 区带迁移 迁移是色谱系统中不可缺少的组成部分。通常，柱色谱实验都是把样品从色谱柱的一端引入，而在另一端检测从柱中流出的流动相。有三种基本方式可实现柱色谱的选择性区带迁移:洗脱法(elution)、置换法(displacement)和前沿法(frontal analysis)。 样品作为流动相或流动相 组成部分连续流经色谱柱柱色谱的区带迁移模式1.4 色谱保留值1.4.1 基本关系比移值(rate of flow): 溶质谱带平均移动速度 ux Rf u 流动相流速 ? Rf 值主要用于描述平面色谱的保留行为，是色谱定性的依据。 ? Rf 0，溶质留在固定相不动，谱带不移动，ux 0 ? Rf 1，溶质全部在流动相，ux u 溶质在固定相中停留的 时间分数 ux nm Rf 1- ux ns u nm ns u nm ns分布系数 K(distribution coefficient):当溶质在两相中达到分布平衡时，溶质在固定相和流动相中的浓度比值称为分布系数。 cs 分配色谱:K,分配系数 K cm 吸附色谱:吸附平衡常数容量因子 k(capacity factor)或容量比 (capacity ratio):当溶质在两相中达到分布平衡时，溶质在固定相和流动相中的量(质量、摩尔数)的比值。 ns cV V k s s K s
nm cmVm Vm色谱保留时间 (retention time)tR、流速(flow rate)u和保留体积 (retention volume)VR的关系: VR u tR搞清楚:死体积V0、死时间t0、调整保留时间t’R、调整保留体积V’R的概念～ V R VR V0 u t R t 0 ut R ns V R t R
VR V0 t R t 0 k t R t 0 1 k nm V 0 t 0 V0 t0 Vm β k K /β Vs t R2 1 k2相对保留时间 α t R1 1 k1 t R2 V R2 k2选择性因子 α t R1 V R1 k1 lg k lg
k n I 100 × n lg k n 1 lg k n保留指数 lg V lg V n 100 × n lg V n 1 lg V n1.4.2
分子间的相互作用能色谱分离中的一个重要的热力学参数是容量因子k，其大小在热力学上取决于分配系数K，而K的大小又取决于溶质分子在两相间的相互作用能。相互作用能有多种形式:色散能、诱导能、取向能、电荷间相互作用能以及氢键等。分子间的相互作用能的一般表达式: E B1α A B2 A B3 χ H B4 χ 0 2式中，B1 B4为系数;αA、μA、χH和χ0分别为溶质分子的极化率、偶极矩、氢键和其他作用能。1.4.3 气相色谱保留规律 气相色谱保 留值方程 H s S s ln K RT R气液色谱:
H s S s B ln k ln β ln k A RT R T H a S a气固色谱: ln k ln β lnk 1/T的关系曲线 RT R 称为Van’st Hoff曲线1.4.4 液相色谱保留规律液相色谱有多种分离模式，主要为正向液相色谱和反相液相色谱，其他还有离子色谱、离子对色谱、体积排阻色谱等，其中，反相液相色谱使用最为广泛。何谓反相液相色谱,以键合C18或C8为固定相，以水作为弱洗脱剂。以甲醇、乙腈和四氢呋喃等有机溶剂为强洗脱剂，通过水和有机溶剂不同配比形成不同洗脱强度的流动相。 在二元溶剂(甲醇水)的反相色谱中，保留值方程: ln k A Cc B 有机相浓度(甲 容量因子 醇的浓度)
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