分類
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色譜法的創(chuàng)始人是俄國(guó)的植物學(xué)家茨維特( M.Tswett)。
1906年,俄國(guó)植物學(xué)家茨維特發(fā)表了他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果:為了分離植物色素,
他將含有植物色素的石油醚提取液倒入裝有碳酸鈣粉末的玻璃管中,
并用石油醚自上而下淋洗,由于不同的色素在碳酸鈣顆粒表面的吸附力不同,
隨著淋洗的進(jìn)行,不同色素向下移動(dòng)的速度不同,從而形成一圈圈不同顏色的色帶,
使各色素成分得到了分離。他將這種分離方法命名為色譜法(chromatography)。
色譜法是非常重要又常用的分析方法,今天隨小Y補(bǔ)充基礎(chǔ)知識(shí)!
茨維特實(shí)驗(yàn)圖示
√ 色譜柱—玻璃柱
√ 固定相—CaCO3顆粒
√ 流動(dòng)相—石油醚
隨著分離手段的不斷發(fā)展,越來(lái)越多的無(wú)色物質(zhì)成為被分離的對(duì)象,
色譜也漸漸失去了“色”的含義,但這個(gè)名稱卻沿用至今。
色譜分析法(Chromatography)簡(jiǎn)稱色譜法或?qū)游龇ǎ?/span>
是一種物理或物理化學(xué)分離分析方法,該法利用某一特定的色譜系統(tǒng)
(薄層色譜、高效液相色譜或氣相色譜等系統(tǒng))進(jìn)行混合物中各組分
的分離分析,主要用于分析多組分樣品。
? 固定相:在色譜分離中固定不動(dòng),對(duì)樣品產(chǎn)生保留的一相。
? 流動(dòng)相:帶動(dòng)樣品向前移動(dòng)的另一相。
分類
按兩相物理狀態(tài)分類
? 流動(dòng)相:氣相色譜、液相色譜、超臨界流體色譜
? 固定相:氣-固、氣-液;液-固、液-液
按固定相的形式分類
? 柱色譜:填充柱色譜、毛細(xì)管柱色譜、微填充柱色譜、制備色譜
? 平面色譜:紙色譜、薄層色譜、高分子膜色譜
按分離機(jī)制分類
? 吸附色譜:根據(jù)不同組分在吸附劑上的吸附和解吸能力的大小而分離
? 分配色譜:根據(jù)不同組分在固定液中溶解度的大小而分離
? 分子排阻色譜:依據(jù)分子體積大小不同進(jìn)行分離ln離子交換色譜:不同組分對(duì)離子交換樹脂的親和力不同而分離
? 親和色譜:利用生物大分子之間的存在的專一的特殊親和力進(jìn)行分離
? 毛細(xì)管電泳:依據(jù)各組分淌度和(或)分配行為的差異進(jìn)行分離
? 手性色譜:用于手性藥物的分離分析,可分為三類:手性衍生化試劑法;手性流動(dòng)相添加劑法;手性固定相拆分法
色譜分離的過(guò)程:
【色譜法的基本術(shù)語(yǔ)】
檢測(cè)色譜分離后組分的響應(yīng)信號(hào)對(duì)時(shí)間作圖得到的曲線稱為色譜圖。
由色譜峰的流出曲線可以實(shí)現(xiàn)以下目的:
(1)依據(jù)色譜峰的保留值進(jìn)行定性分析
(2)依據(jù)色譜峰的面積或峰高進(jìn)行定量分析
(3)依據(jù)色譜峰的保留值以及峰寬評(píng)價(jià)色譜柱的分離效能
? 基線:在一定色譜條件下,僅有流動(dòng)相通過(guò)檢測(cè)器系統(tǒng)時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)的曲線,
稱為基線,如圖中ot線。實(shí)驗(yàn)條件穩(wěn)定時(shí),基線是一條平行于橫軸的線;
基線反映儀器(主要是檢測(cè)器)的噪聲隨時(shí)間的變化。
? 峰高:色譜峰頂點(diǎn)與基線之間的垂直距離,以h表示,如圖AB’線。
? 區(qū)域?qū)挾龋荷V峰的區(qū)域?qū)挾戎苯优c分離效率有關(guān)。
描述色譜峰寬的方法有三種:標(biāo)準(zhǔn)偏差σ、峰寬W、半峰寬W1/2。
? 標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ):σ為正態(tài)分布曲線上兩拐點(diǎn)間距離之半,
σ值的大小表示組分離開色譜柱的分散程度。 σ值越大,流出的組分越分散,
分離效果變差;反之,流出組分集中,分離效果好。
? 峰寬W:通過(guò)色譜峰兩側(cè)的拐點(diǎn)作切線,在基線上的截距稱為峰寬,
或稱基線寬度,也可用W表示,如圖IJ的距離。根據(jù)正態(tài)分布的原理 ,
可證得峰寬和標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系是W=4σ。
? 半峰寬W1/2:峰高一半處的峰寬稱為半峰寬,如圖 GH 的距離。
W1/2=2.355σ,W=1.699W1/2。
W1/2、W都是由σ派生而來(lái)的,除用它們衡量柱效外,還用于計(jì)算峰面積。
半峰寬測(cè)量較方便,最為常用。
【色譜保留值、相對(duì)保留值與保留指數(shù)】
? 保留值
是用來(lái)描述樣品組分在色譜柱中保留程度的參數(shù),并作為色譜定性的指標(biāo)。其表示方法有:
? 相對(duì)保留值
又稱分離因子、分配系數(shù)比或相對(duì)容量因子,即在一定色譜條件下,
被測(cè)組分的調(diào)整保留時(shí)間(體積)與標(biāo)準(zhǔn)物的調(diào)整保留時(shí)間(體積)之比。
采用相對(duì)保留值是為了消除某些操作條件,如流速和固定液流失等,對(duì)保留值的影響。
相對(duì)保留值中標(biāo)準(zhǔn)物可以是被測(cè)樣品中的某一組分,也可以是人為加入的某一化合物。
? 保留指數(shù)
I為待測(cè)物質(zhì)i在某固定液X上的保留指數(shù),選取兩個(gè)正構(gòu)烷烴作為基準(zhǔn)物質(zhì),
其中一個(gè)的碳數(shù)為N,另一個(gè)為N+n,它們的調(diào)整保留時(shí)間分別為t’R(N)和 t’R(N+n),
使待測(cè)物質(zhì)i的調(diào)整保留時(shí)間t’R(i)恰好于兩者之間,即t’R(N)<t’R(i)<t’R(N+n)。
將含物質(zhì)i和所選的兩個(gè)正構(gòu)烷烴的混合物注入其固定液X的色譜柱,在一定溫度條件下繪制色譜圖。
保留指數(shù)的計(jì)算式為:
當(dāng)相鄰兩個(gè)正構(gòu)烷的碳數(shù)差值n=1時(shí),保留指數(shù)或簡(jiǎn)化為:
【容量因子與分配系數(shù)】
1. 容量因子(k)
在平衡狀態(tài)下,組分在固定相(s)與流動(dòng)相(m)中的質(zhì)量之比,稱為容量因子。公式如下:
2. 分配系數(shù)(K)
在平衡狀態(tài)下,組分在固定相(s)與流動(dòng)相(m)中的濃度之比,稱為分配系數(shù)。公式如下:
? K與k的關(guān)系:
? 保留值與容量因子及分配系數(shù)的關(guān)系
色譜分離是基于固定相對(duì)試樣中各組分的吸附或溶解能力強(qiáng)弱的不同,
而這種吸附或溶解能力的強(qiáng)弱可定量地用分配系數(shù)K(或容量因子k)值的大小來(lái)表示。
吸附或溶解能力強(qiáng)的組分分配系數(shù)(或容量因子)大,保留時(shí)間長(zhǎng);
反之,吸附或溶解能力弱的組分分配系數(shù)小,保留時(shí)間短。
基本理論
主要包括塔板理論和速率理論。
【塔板理論】
1. 提出——熱力學(xué)理論
? 始于馬?。∕artin)和辛格(Synge)提出的塔板模型。
? 分餾塔:在塔板上多次氣液平衡,按沸點(diǎn)不同而分離。
? 色譜柱:組分在兩相間的多次分配平衡,按分配系數(shù)不同而分離。
2. 假設(shè)
(1)色譜柱內(nèi)存在許多塔板,組分在塔板間隔(即塔板高度)內(nèi)可以很快達(dá)到分配平衡。
(2)流動(dòng)相進(jìn)入色譜柱,不是連續(xù)的而是脈動(dòng)式的,即每次通過(guò)為一個(gè)塔板體積。
(3)樣品加在每個(gè)塔板上,樣品沿色譜柱軸方向的擴(kuò)散可以忽略。
(4)在所有塔板上分配系數(shù)相等,與組分的量無(wú)關(guān)。即分配系數(shù)在各塔坂上是常數(shù)。
? 開始時(shí),若有單位質(zhì)量,即m=1(例1mg或1μg)的某組分加到第0號(hào)塔板上,
分配平衡后,由于k=1,即ns=nm故nm=ns=0.5。
? 當(dāng)一個(gè)板體積(lΔV)的載氣以脈動(dòng)形式進(jìn)入0號(hào)板時(shí),就將氣相中含有nm部分組分的
載氣頂?shù)?號(hào)板上,此時(shí)0號(hào)板液相中ns部分組分及1號(hào)板氣相中的nm部分組分,
將各自在兩相間重新分配。故0號(hào)板上所含組分總量為0.5,
其中氣液兩相各為0.25而1號(hào)板上所含總量同樣為0.5.氣液相亦各為0.25。
? 以后每當(dāng)一個(gè)新的板體積載氣以脈動(dòng)式進(jìn)入色譜柱時(shí),上述過(guò)程就重復(fù)一次(見下表)。
定量與定性分析
(一)定性分析
色譜定性分析就是要確定各色譜峰所代表的化合物。由于各種物質(zhì)在一定的色譜條件下均
有確定的保留值,因此保留值可作為一種定性指標(biāo)。目前各種色譜定性方法都是基于保留值的。
但是不同物質(zhì)在同一色譜條件下,可能具有相似或相同的保留值,即保留值并非專屬的。
因此僅根據(jù)保留值對(duì)一個(gè)完全未知的樣品定性是困難的。如果在了解樣品的來(lái)源、性質(zhì)、
分析目的的基礎(chǔ)上,對(duì)樣品組成作初步的判斷,再結(jié)合下列的方法則可確定色譜峰所代表的化合物。
1. 利用純物質(zhì)對(duì)照定性
在一定的色譜條件下,一個(gè)未知物只有一個(gè)確定的保留時(shí)間。因此將已知純物質(zhì)在相同的色譜
條件下的保留時(shí)間與未知物的保留時(shí)間進(jìn)行比較,就可以定性鑒定未知物。若二者相同,
則未知物可能是已知的純物質(zhì);不同,則未知物就不是該純物質(zhì)。
純物質(zhì)對(duì)照法定性只適用于組分性質(zhì)已有所了解,組成比較簡(jiǎn)單,且有純物質(zhì)的未知物。
2. 相對(duì)保留值法
在某一固定相及柱溫下,分別測(cè)出組分i和基準(zhǔn)物質(zhì)s的調(diào)整保留值,再按上式計(jì)算即可。
用已求出的相對(duì)保留值與文獻(xiàn)相應(yīng)值比較即可定性。
3. 加入已知物增加峰高法
當(dāng)未知樣品中組分較多,所得色譜峰過(guò)密,用上述方法不易辨認(rèn)時(shí),
或僅作未知樣品指定項(xiàng)目分析時(shí)均可用此法。
首先作出未知樣品的色譜圖,然后在未知樣品加入某已知物,又得到一個(gè)色譜圖。
峰高增加的組分即可能為這種已知物。
4. 保留指數(shù)定性法
保留指數(shù)表示物質(zhì)在固定液上的保留行為,是目前GC中使用最廣泛并被國(guó)際上公認(rèn)的定性指標(biāo)。
它具有重現(xiàn)性好、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一及溫度系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。
保留指數(shù)僅與固定相的性質(zhì)、柱溫有關(guān),與其它實(shí)驗(yàn)條件無(wú)關(guān)。
其準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性都很好。只要柱溫與固定相相同,就可應(yīng)用文獻(xiàn)值進(jìn)行鑒定,而不必用純物質(zhì)相對(duì)照。
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