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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),稱為色譜法。
3.流動(dòng)相
色譜分離過程中攜帶組分向前移動(dòng)的物質(zhì)。
4.固定相
色譜分離過程中不移動(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:
按兩相狀態(tài)分類,按操作形式分類,按分離原理分類。
7.按兩相狀態(tài)分類:
氣相色譜(GasChromatography,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,而且具有比液相色譜更快的分析速率和更高的柱效率。
8.按操作形式分類:
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。
9.按分離原理分類:
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)。
10.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為色譜峰。
11.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,或者說,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)來描述。
12.色譜圖上的色譜流出曲線可以說明什么問題:
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。
13.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。
14.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?
答: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?形狀)。
15.色譜理論需要解決的問題:
色譜分離過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題。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。
16.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。
17.半經(jīng)驗(yàn)理論:
將色譜分離過程比擬作蒸餾過程,將連續(xù)的色譜分離過程分割成多次的平衡過程的重復(fù)(類似于蒸餾塔塔板上的平衡過程)。
18.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),無論該色譜柱的塔板數(shù)多大,都無法分離。
19.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)際分離過程。塔板理論無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。
20.速率方程
(也稱范第姆特方程式):
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。
21.H-u曲線與*流速:
由于,流速對(duì)這兩項(xiàng)*相反的作用,流速對(duì)柱效的總影響使得存在著一個(gè)*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作圖,曲線低點(diǎn)的流速即為*流速。
22.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;通過選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔6?、載氣種類、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*條件,才能使柱效達(dá)到高。
23.色譜定性方法:
?、佟⑴c標(biāo)樣對(duì)照的方法:
利用保留值定性:
通過對(duì)比試樣中具有與純物質(zhì)相同保留值的色譜峰,來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。
?、凇⒗梦墨I(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),可以用來進(jìn)行定性鑒定。
24.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,mi=fi’·Ai;
校正因子:
比例系數(shù)fi;
單位面積對(duì)應(yīng)的物質(zhì)量:
fI ’=mi/Ai,相對(duì)校正因子fi:
即,組分的校正因子與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的校正因子之比。
?、诔S玫膸追N定量方法:
(1)歸一化法:
特點(diǎn)及要求:
簡便、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。
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