分離分析法導(dǎo)論

                                                                           圣賓儀器科技上海有限公司

1、色譜分析法

色譜法是一種分離分析方法。它利用樣品中各組分與流動(dòng)相和固定相的作用力不同（吸附、分配、交換等性能上的差異），先將它們分離，后按一定順序檢測(cè)各組分及其含量的方法。
2、色譜法的分離原理
當(dāng)混合物隨流動(dòng)相流經(jīng)色譜柱時(shí)，就會(huì)與柱中固定相發(fā)生作用（溶解、吸附等），由于混合物中各組分物理化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相發(fā)生作用的大小、強(qiáng)弱不同，在同一推動(dòng)力作用下，各組分在固定相中的滯留時(shí)間不同，從而使混合物中各組分按一定順序從柱中流出。這種利用各組分在兩相中性能上的差異，使混合物中各組分分離的技術(shù)，稱(chēng)為色譜法。
3、流動(dòng)相色譜分離過(guò)程中攜帶組分向前移動(dòng)的物質(zhì)。
4、固定相
色譜分離過(guò)程中不移動(dòng)的具有吸附活性的固體或是涂漬在載體表面的液體。
5、色譜法的特點(diǎn)
（1）分離效率高，復(fù)雜混合物，有機(jī)同系物、異構(gòu)體。
（2）靈敏度高，可以檢測(cè)出μg.g-1(10-6)級(jí)甚至ng.g-1(10-9)級(jí)的物質(zhì)量。
（3）分析速度快，一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個(gè)試樣的分析。
（4）應(yīng)用范圍廣，氣相色譜：沸點(diǎn)低于400℃的各種有機(jī)或無(wú)機(jī)試樣的分析。液相色譜：高沸點(diǎn)、熱不穩(wěn)定、生物試樣的分離分析。
(5)高選擇性：對(duì)性質(zhì)極為相似的組分有很強(qiáng)的分離能力。
不足之處：被分離組分的定性較為困難。
6、色譜分析法的分類(lèi)
按兩相狀態(tài)分類(lèi)，按操作形式分類(lèi)，按分離原理分類(lèi)。
（1）按兩相狀態(tài)分類(lèi)：
氣相色譜(Gas Chromatography, GC)，液相色譜(Liquid Chromatography, LC)，超臨界流體色譜 (Supercritical Fluid Chromatography, SFC)。
氣相色譜：流動(dòng)相為氣體（稱(chēng)為載氣）。常用的氣相色譜流動(dòng)相有N2、H2、He等氣體。
按分離柱不同可分為：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜；按
固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜。
液相色譜：流動(dòng)相為液體（也稱(chēng)為淋洗液）。
按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。
超臨界流體色譜：流動(dòng)相為超臨界流體。
超臨界流體是一種介于氣體和液體之間的狀態(tài)。超臨界流體色譜法是集氣相色譜法和液相色譜法的優(yōu)勢(shì)而發(fā)展起來(lái)的一種新型的色譜分離分析技術(shù)，不僅能夠分析氣相色譜不宜分析的高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性的試樣組分，而且具有比高效液相色譜更快的分析速率和更高的柱效率。
（2）按操作形式分類(lèi)：
柱色譜(Column Chromatography, CC)：固定相裝在柱管內(nèi)；包括填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜。紙色譜(Paper Chromatography, PC)固定相為濾紙；采用適當(dāng)溶劑使樣品在濾紙上展開(kāi)而進(jìn)行分離。薄層色譜(Thin Layer Chromatography, TLC)
固定相壓成或涂成薄層；操作方法同紙色譜。
（3）按分離原理分類(lèi)：
吸附色譜(Absorption chromatography)；
分配色譜(Partition Chromatography)；
離子交換色譜(Ion Exchange Chromatography)；
凝膠色譜(Gel Chromatography)。
7、色譜圖
組分在檢測(cè)器上產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間(t)所作的圖，由于它記錄了各組分流出色譜柱的情況，所以又叫色譜流出曲線。流出曲線的突起部分稱(chēng)為色譜峰。
8、色譜保留值
色譜保留值是色譜定性分析的依據(jù)，它體現(xiàn)了各待測(cè)組分在色譜柱上的滯留情況。在固定相中溶解性能越好，或與固定相的吸附性能越強(qiáng)的組分，在柱中的滯留時(shí)間越長(zhǎng)，或者說(shuō)將組分帶出色譜柱所需的流動(dòng)相體積越大。所以保留值可以用保留時(shí)間和保留體積兩套參數(shù)來(lái)描述。
9、色譜圖上的色譜流出曲線可以說(shuō)明什么問(wèn)題
根據(jù)色譜峰的數(shù)目，可判斷樣品中所含組分的*少個(gè)數(shù)；根據(jù)色譜峰的保留值進(jìn)行定性分析；根據(jù)色譜峰的面積或峰高進(jìn)行定量分析；根據(jù)色譜峰的保留值和區(qū)域?qū)挾仍u(píng)價(jià)色譜柱的分離效能；根據(jù)兩峰間的距離，可評(píng)價(jià)固定相及流動(dòng)相選擇是否合適。
10、分配比
分配比是指，在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡時(shí)的質(zhì)量比。
11、在色譜流出曲線上，兩峰之間的距離主要由兩組分在兩相間的分配系數(shù)還是擴(kuò)散速度決定？為什么？
分配系數(shù)。兩峰間的距離由熱力學(xué)因素決定，兩組分在兩相中分配系數(shù)差異越大，兩峰間的距離則相差越大，越容易被分離。而擴(kuò)散速度是動(dòng)力學(xué)因素，反映在色譜流出曲線上即為色譜峰的區(qū)域?qū)挾龋ㄐ螤睿?br> 12、色譜理論需要解決的問(wèn)題
色譜分離過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑，柱效與分離度的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其關(guān)系。
13、組分保留時(shí)間為何不同？色譜峰為何變寬？
組分保留時(shí)間：色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素控制；（組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）。色譜峰變寬：色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素控制；（兩相中的運(yùn)動(dòng)阻力，擴(kuò)散作用）。塔板理論和速率理論分別從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度闡述了色譜分離效能及其影響因素。
14、半經(jīng)驗(yàn)理論
將色譜分離過(guò)程比擬作蒸餾過(guò)程，將連續(xù)的色譜分離過(guò)程分割成多次的平衡過(guò)程的重復(fù)（類(lèi)似于蒸餾塔塔板上的平衡過(guò)程）。
15、塔板理論的特點(diǎn)
塔板理論引入了塔板數(shù)和塔板高度作為柱效的衡量指標(biāo)；不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)時(shí)，應(yīng)指明測(cè)定物質(zhì)；柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)K相同時(shí)，無(wú)論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無(wú)法分離。
16、塔板理論的不足
塔板理論的基本假設(shè)不符合色譜柱的實(shí)際分離過(guò)程。塔板理論無(wú)法解釋同一色譜柱在不同的流動(dòng)相流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不能說(shuō)明色譜峰為什么會(huì)展寬，同時(shí)未能指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑和方法。
17、速率方程（也稱(chēng)范第姆特方程式）
H = A + B/u + C·u ， 
H：塔板高度；
u：流動(dòng)相的平均線速度(cm/s)。
A─渦流擴(kuò)散項(xiàng)：A與流動(dòng)相性質(zhì)、流動(dòng)相速率無(wú)關(guān)。要減小A值，需要從提高固定相的顆粒細(xì)度和均勻性以及填充均勻性來(lái)解決。對(duì)于空心毛細(xì)管柱，A=0。固定相顆粒越小dp↓，填充的越均勻，A↓，H↓，柱效n↑。表現(xiàn)在渦流擴(kuò)散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄。
B/u —分子擴(kuò)散項(xiàng)：存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴(kuò)散；擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差;；分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速↓，滯留時(shí)間↑，擴(kuò)散↑；擴(kuò)散系數(shù)：Dg ∝(M載氣)-1/2 ；M載氣↑，B值↓。
C ·u —傳質(zhì)阻力項(xiàng)：dp↓， df↓, D ↑ ,可降低傳質(zhì)阻力。
18、H - u曲線與*佳流速
由于流速對(duì)這兩項(xiàng)完全相反的作用，流速對(duì)柱效的總影響使得存在著一個(gè)*佳流速值，即速率方程式中塔板高度對(duì)流速的一階導(dǎo)數(shù)有一極小值。以塔板高度H對(duì)應(yīng)流速u(mài)作圖，曲線*低點(diǎn)的流速即為*佳流速。
19、速率理論的要點(diǎn)
組分分子在柱內(nèi)運(yùn)行的多路徑與渦流擴(kuò)散、濃度梯度所造成的分子擴(kuò)散及傳質(zhì)阻力使兩相間的分配平衡不能瞬間達(dá)到等因素是造成色譜峰擴(kuò)展、柱效下降的主要原因；通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類(lèi)、液膜厚度及載氣流速可提高柱效；速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導(dǎo)。
闡明了流速和柱溫對(duì)柱效及分離的影響；各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴(kuò)散項(xiàng)的影響減小，使柱效提高，但同時(shí)傳質(zhì)阻力項(xiàng)的影響增大，又使柱效下降；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴(kuò)散的影響。選擇*佳條件，才能使柱效達(dá)到*高。
20、色譜定性方法
（1）與標(biāo)樣對(duì)照的方法：利用保留值定性：通過(guò)對(duì)比試樣中具有與純物質(zhì)相同保留值的色譜峰，來(lái)確定試樣中是否含有該物質(zhì)及在色譜圖中的位置。不適用于不同儀器上獲得的數(shù)據(jù)之間的對(duì)比。
利用加入法定性：將純物質(zhì)加入到試樣中，觀察各組分色譜峰的相對(duì)變化。
（2）利用文獻(xiàn)保留值定性：利用相對(duì)保留值r21定性。相對(duì)保留值r21僅與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)。在色譜手冊(cè)中都列有各種物質(zhì)在不同固定相上的保留數(shù)據(jù)，可以用來(lái)進(jìn)行定性鑒定。
21、色譜定量分析
（1）定量校正因子：試樣中各組分質(zhì)量與其色譜峰面積成正比，即：m i = fi’ ·Ai ；優(yōu)良校正因子：比例系數(shù)f i ，單位面積對(duì)應(yīng)的物質(zhì)量：f i ’ =m i / Ai ；相對(duì)校正因子f i ：即組分的優(yōu)良校正因子與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的優(yōu)良校正因子之比。
（2）常用的幾種定量方法：
①歸一化法：特點(diǎn)及要求：歸一化法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確；進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性和操作條件的變動(dòng)對(duì)測(cè)定結(jié)果影響不大；僅適用于試樣中所有組分全出峰的情況。
②外標(biāo)法——標(biāo)準(zhǔn)曲線法：特點(diǎn)及要求：外標(biāo)法不使用校正因子，準(zhǔn)確性較高，操作條件變化對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確性影響較大。對(duì)進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性控制要求較高，適用于大批量試樣的快速分析。
③內(nèi)標(biāo)法：內(nèi)標(biāo)物要滿足以下要求：（a）試樣中不含有該物質(zhì)；（b）與被測(cè)組分性質(zhì)比較接近；（c）不與試樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（d）出峰位置應(yīng)位于被測(cè)組分附近，且能分離開(kāi)；（e）加入量適中并與待測(cè)組分接近。

內(nèi)標(biāo)法特點(diǎn)：內(nèi)標(biāo)法的準(zhǔn)確性較高，操作條件和進(jìn)樣量的稍許變動(dòng)對(duì)定量結(jié)果的影響不大；每個(gè)試樣的分析，都要進(jìn)行兩次稱(chēng)量，不適合大批量試樣的快速分析；若將內(nèi)標(biāo)法中的試樣取樣量和內(nèi)標(biāo)物加入量固定，則：wi=Ai/As *常數(shù)。

                                                                                                                                                                           本篇轉(zhuǎn)至實(shí)驗(yàn)之家