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第二章 色谱基本理论

样品 未知物 t0 30s tR 340s 204s
物质对 正庚烷(Z)
正辛烷(Z+n) 403.4s
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第一章
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二、定性参数
说明该未知物的保留行为,相当于7.756个碳的正构烷烃的保留行为。
通过气相色谱手册查得该未知物为乙酸正丁酯。
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第一章
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二、定性参数
色谱峰区域宽度 1.标准差(standard deviation;σ) 是正态色谱流出曲线上两拐点间 距离之半,物质的分散程度,σ小, 分散程度小,峰顶点对应的浓度大, 峰形窄,柱效高。
(1)溶解样品的溶剂极性强于流动相而引起的拖尾: 第一种就是先流出的峰的拖尾较后流出的峰拖尾严重; 第二种迹象就是进样量减少或者是样品经流动相稀释后进样峰拖尾减轻。 (2)样品过载,峰的前端会变得尖锐,后端拖尾,保留时间会稍微提前。 如果峰形看上去有点像直角三角形,那么可能就是过载了。
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第一章
输入标题 一、色谱流出曲线和有关概念
Vs色谱柱中固定相所占有的体积;Vm色谱柱中流动相所占有的体积, K 分配系数
组分的K越大,在色谱柱中的保留时间越长,t‘R取决于K,而K取决 于流动相、固定相以及样品本身的性质。 GC中,K的主要影响因素是柱温,LC中,K的主要影响因素是流动相性质。
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第一章
输入标题 保留时间与容量因子的关系
Vs kK Vm
t 'R t0k
k表明一个组分在色谱柱固定相中被吸附而多停留的时间是不被 吸附组分的保留时间的倍数,倍数越大,说明色谱柱对此组分的保 留能力越强,柱容量越大。 K取决于组分、固定相、流动相的性质和温度;而与体积Vs,Vm无关; k除了与物质性质及温度有关外,还与Vs、Vm有关。
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第一章
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tR t0 t 'R k t0 t0
第一章
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一、相平衡参数
(四)分配系数与保留体积的关系
Vs VR V0 (1 K ) Vm
(五)分配系数与比移值的关系
L vt Rf L0 ut0
定时展开(TLC):t = t0,所以: R = R’
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1 Rf 1 k
第一章
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第一章
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二、定性参数
7. 相对保留值(relative retention;r)指被测组分和参比组分的调整 保留值之比。相对保留值的特点是只与温度和固定相的性质有关, 与色谱柱及其它色谱操作条件无关。反映了色谱柱对待测组分间的 选择性,是气相色谱法中最常使用的定性参数。
相对保留值是色谱分离系统的分离选择性指标。其不等于1是色谱 分离的前提。
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一、相平衡参数
V s tRB t0(1KB ) V m
分离的前提:
(六)色谱分离的前提 Vs t RA t0 (1 K A ) Vm
t R t RA t RB
Vs t0 ( K A K B ) Vm
tR t0(kA kB)
KA KB kA kB
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拖尾峰:
(3)固定相中的硅醇基与胺类相互作用引起的拖尾: 在反相HPLC:带正电荷的溶液(胺类)与固定相颗粒表面上的 酸性硅醇发生了离子交换而引起的二次保留,而且中性pH(6~8)条件 下比在酸性pH(<3)更易发生。 在pH<3的条件下操作,可使硅胶固定相上的硅醇基质子化,减少了 溶质与硅醇反应的几率。 还可以在流动相中加入竞争性的胺类,如三乙胺(TEA),TEA可以与 发生强的反应,并抑制样品中的胺类与硅醇反应。 酸性和中性的化合物一般不受影响,碱性化合物更易受到影响。
tR 2 tR 2 n ( ) 16( ) 5.54( ) W W1/2
ms csVs k = mm cmVm
Vm-----色谱柱中流动相的体积,近似等于死体积V0
Vs-----柱中固定相的体积。
分配系数和保留因子的关系:
Vs k K K/ Vm
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Vm Vs
(相比)
第一章
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一、相平衡参数
(三) 分配系数和保留因子与保留时间的关系
设流动相的线速度为u,组分的速度为v,将二者之比称为保留比:
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第一章
输入标题 一、色谱流出曲线和有关概念
拖尾峰:
(4)酸性化合物在硅胶上吸附引起的拖尾: 酸类物质有时候引起峰的展宽和拖尾主要由于硅胶固定相的吸附。 应提高流动相中盐的浓度来抑制二次反应,降低流动相的pH使硅醇和溶质 质子化,必要时可以向流动相中加入竞争性的酸。 举例:布洛芬,酸性化合物,严重拖尾,向流动相中加入乙酸可以改善。 乙酸优先和硅胶固定相表面的酸性硅醇基反应,抑制了与硅醇基的反应, 减低了拖尾。
二、定性参数
4. 保留体积( retention volume,VR):从进样开始到某个组分流出 色谱柱达到最高浓度时所需通过色谱柱的载气体积称为该组分的 保留体积,样品组分二分之一量被流动相带出色谱柱所需的流动相 体积。 保留体积、保留时间和载气流速(Fc,ml/min)的关系如下:
VR tR * Fc
输入标题 一、色谱流出曲线和有关概念
前延峰: 可能原因为进样体积太大或样品浓度太高(样品过载),平衡破坏, 对于流动相来说样品溶剂非极性太强(对于反相柱),柱或保护柱 被污染,柱性能下降,保护柱失效;前延峰最常见的原因是样品溶 液的离子强度大于缓冲溶液的。影响峰前延的因素很多,包括柱子, 柱温,进样浓度,流动相等因素。
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第一章
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二、定性参数
5. 死体积(V0):是由进样器至检测器的流路中未被固定相占有 的空间。即为色谱柱中固定相颗粒间间隙(Vm)、进样器至色谱 柱间导管的容积(Vit)、柱出口导管(V0t)及检测器内腔容积(Vd) 的总和。死体积大,被分离组分扩散,色谱峰展宽,简而言之, 死体积就是流动相的体积。死体积与死时间和流动相流速有如下关系:
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定性参数 定量参数
保留值、相对保留值、保留指数 峰高、峰面积
色谱参数
柱效参数 分离参数 相平衡参数
理论塔板数、有效理论塔板数
分离度、分离值、分离数 理论塔板数、有效理论塔板数
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第一章
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一、相平衡参数
(一) 分配系数 组分在固定相(s) 与流动相(m)中的浓度(c) 之比。 1. 分配系数与线性色谱的关系
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第一章
输入标题 一、色谱流出曲线和有关概念
3.色谱峰是流出曲线上的突起部分。 正常色谱峰为对称形正态分布曲线。 不正常色谱峰有两种:拖尾峰和前延峰 色谱峰的对称与否:对称因子(拖尾因子)。 对称因子在0.95~1.05之间的色谱峰为对称峰; 小于0.95者为前延峰 大于1.05者为拖尾峰
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第一章
G0 ln K RT C
△G0------ 相对于标准状态的组分自由能 R ---------气体常数 Tc --------柱温 一般,温度上升20℃,K 值约下降一半。
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第一章
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一、相平衡参数
(二) 容量因子 (capacity factor;k) 达到分配平衡后组分在固定相和流动相中的质量(m)之比,也 称质量分配系数。
lg t ' R( X ) lg t ' R(Z ) Ix 100 Z n lg t ' R ( Z +n) lg t ' R ( Z )
Z与Z+n分别代表含有Z与Z+n个碳原子的正构烷烃,n可以为1,2,通常为1.
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第一章
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二、定性参数
规定正己烷、正庚烷、正辛烷的保留指数分别为600、700、800,依 次类推。 同系物中,每增加1 个CH2,保留指数增加100。
(1)进样量太大,可以适当降低样品的进样浓度。 (2)柱温低,升高柱温。 (3)被测物有明显的酸碱性,主要考虑是不是要换流动相体系。 (4)样品在溶剂中溶解的不合适,可以使用流动相作为样品溶剂; (5)柱子坏了,检查色谱柱是否塌陷。
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第一章
输入标题 一、色谱流出曲线和有关概念
拖尾峰: 使得数据系统难以准确确定峰的终点,从而影响结果的准确度和精密度。
cs K cm
分配系数与组分浓度大小无关,其色谱峰呈正态分布----线性色谱。 分配系数由组分和固定相的热力学性质决定,随柱温而变化, 非线性色谱体系的K 不是常数,K 随浓度而变化。 与两相体积无关。 在液相色谱法中,还取决于流动相的性质。
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第一章
输入标题
一、相平衡参数
2.分配系数与柱温的关系
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第一章
输入标题 保留时间与分配系数的关系
假设,单位时间内,一个分子在流动相中出现的概率为R’,若R’=1/3, 则这个分子有 三分之一时间在流动相,三分之二在固定相中。在流动相和固定相中溶质的质量 分别用cmVm及CsVs表示:
1 R ' CsVs Vs K R ' CmVm Vm
t 'R Vs K t0 Vm
W =4 =1.699W1/ 2
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响应值 或浓度
A=1.065(h)(W1/2)
h 0.882h
w=1
0.607h 0.50h
w=2 (拐点) w=2.354
0.344h 0.134h 0.044h
w=3 w=4 w=5
Wb=4
时间或体积
响应
VR
VR
V0
W h/2
h1/2
h
h1/2
h
Wb/2
h1/2
Wb
保留值 进样
Wb
时间/ 流动相体积
第一章
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二、定性参数
(二)塔板数和塔板高度 1. 理论塔板数 理论塔板数取决于固定相种类、性质(粒度),填充情况, 柱长,流动相的流速以及测定柱效所用物质的性质。 液相色谱中还与流动相的种类、性质有关。
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