第十七章-色谱分析法概论-第二节课件.ppt

1、仪器分析仪器分析一、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 (一一)分离原理分离原理要求要求：固定相：吸附剂固定相：吸附剂(硅胶或硅胶或Al2O3),具表面活具表面活性吸附中心性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

2、吸再解吸无数次洗脱无数次洗脱分开分开吸附系数mmaanamnmaaVXSXYXYXK的浓度为溶质分子在流动相中面的浓度为溶质分子在吸附剂表maXX为流动相的体积为吸附剂表面面积maVS 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。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）凹形前沿峰固定相表面活性吸附中心未达饱和，固定相表面活性吸附中心未达饱和，K一定，与溶质浓度无关一定，与溶质浓度无关固定相表面吸附中心活

3、性不均，固定相表面吸附中心活性不均，K不同不同;先占据强吸附中心再占据弱先占据强吸附中心再占据弱吸附中心，吸附中心，K随着溶质浓度的增随着溶质浓度的增加而减小加而减小 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(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：具有较大的吸附表面和一定的吸附能力，吸附应具有较大的吸附表面和一定的吸附能力，吸附应是可逆的，利于组分分离；是可逆的，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

4、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 吸附活性越强表示吸附能力越大。吸附剂的活吸附活性越强表示吸附能力越大。吸附剂的活性强弱与含水量有关。性强弱与含水量有关。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

5、级别硅胶含水量硅胶含水量氧化铝含水量氧化铝含水量005315625103815 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 物质极性物质极性，吸附能力，吸附能力强极性吸附中强极性吸附中心，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烘干烘干30分钟分钟(可逆失水可逆失水)吸附力最大吸附力最大 500OC烘干烘干(不可逆失水不可逆失水)活性丧失，活性丧失，无吸附力无吸附力分析酸性或中性物质分析酸性或中性物质(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、

6、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(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

7、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1.流动相的要求：流动相的要求：与试样组分、吸附剂不发生不可逆的与试样组分、吸附剂不发生不可逆的化学反应；化学反应；对所给定的试样组分，具有合适的极对所给定的试样组分，具有合适的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。2.流动相的选择流动相的选择：流动相极性流动相极性大，对被测组分的洗脱能力大，对被测组分的洗脱能力强，强，保保留时间越短。留时间越短。溶剂洗脱能力溶剂洗脱能力可用可用Snyder提出的提出的溶剂强度溶剂强度 0表示，表示，0为溶剂分子在单位吸附剂

8、表面上的吸附自由能。为溶剂分子在单位吸附剂表面上的吸附自由能。溶剂的溶剂的 0越大，则溶剂的极性越大，固定相对溶越大，则溶剂的极性越大，固定相对溶剂的吸附作用力也就越大，溶剂的洗脱能力也就剂的吸附作用力也就越大，溶剂的洗脱能力也就越强。越强。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

9、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 “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 吸附柱色谱法对于不同族化合物的分离能力较强，吸附柱色谱法对于不同族化合物的分离能力较强，对同分异构体的分离效果也较好，但对同系物分对同分异构体的分离效果也较好，但对同

10、系物分离的选择性较差。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。1.分离原理分离原理要求要求：固定相固定相机械吸附在惰性载体机械吸附在惰性载体上的液体上的液体 流动相流动相必须与固定相不为互必须与固定相不为互溶溶 载体载体惰性，性质稳定，惰性，性质稳定，不与固定相和流动相发不与固定相和流动相发生化学反应生化学反应分离机制：分离机制：利用组分在流动相和利用组分在流动相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狭义分配系数狭义分配系数mmssmsVXVXCCK的浓度的浓度为溶质分子在流动相中为溶质分子在流动相中的浓度的浓度为溶质分子

11、在固定相中为溶质分子在固定相中msCC为流动相的体积为流动相的体积为固定相的体积为固定相的体积msVV2.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：,-氧二丙腈，聚乙二醇，十八氧二丙腈，聚乙二醇，十八烷，角鲨烷烷，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3.流

12、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

13、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。离子交换分离过程离子交换分离过程选择性系数 mSSmSmSSHHRSOXXRSOXHRSOHXRSOK33331.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

14、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 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

15、：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

16、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

17、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 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

18、数渗透系数 mSPXXK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

19、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 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

20、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

21、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 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 除了凝胶色谱法中的除了凝胶色谱法中的K仅与待测分子大小尺寸、凝仅与待测分子大小尺寸、凝胶孔径大小有关外，其他三种胶孔径大小有关外，其他三种K值都受组分的性质、值都受组分的性质、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