导图社区 色谱分析
这是一篇关于色谱分析的思维导图,包含包含基本、保留值、理论、气相色谱、 液相色谱等。
编辑于2023-12-23 11:41:00色谱分析
分类
按流动相物理状态
气相色谱(GC)
传输系统
辅助装置
净化装置:活性炭,分子塞
温流装置:保证载气流速在30~100ml/min,变化波动<1%
单柱单气路:是恒温分离分析
双柱双气路:可进行程序升温,能补偿固定液的流失,使基线稳定,常用
进样系统
气体样品进样,用推拉式六通阀或旋转式六通阀。进样应快速、准确,保证操作的重复现性
分离系统
色谱柱,是色谱仪的核心部分
填充柱
毛细管柱:有涂壁、多孔层和涂载体空心柱样品用量少,分析速度快。但柱容量低,要求检测器的灵敏度高
检测系统
高灵敏度,低噪声,宽线性范围,快速响应, 对流速、温度、压力不敏感
热导检测器(TCD)
原理:依据各种物质和载气的导热系数不同,导致 测量臂和参比臂的电阻值不相等,电桥不平衡,因而有信号输出。混合气的热导系数与纯载气的热导系数相差越大,输出信号就越大
特点:稳定、通用,灵敏度低
火焰离子化检测器(FID,主要是氢焰检测器)
灵敏度是TCD的10^3倍,死体积小,响应快,线性范围宽,稳定常用,但不通用,仅对含碳有机化合物有响应
机理:化学电离而不是热电离。在火焰中含碳有机物先裂分为自由基,然后与氧作用产生正离子,接着再与水反应生成H3O+离子 化学电离产生的正离子(CHO+、H3O+)及电子在电场作用下分别向极化极和收集极定向移动形成电流,然后放大、记录
电子捕获检测器(ECD)
电子捕获检测器是一种选择性很强的检测器,对具有电负性物质(含卤素、硫、磷、氮等物质)有很高的灵敏度
缺点是线性范围窄,易受实验条件影响,重现性差缺点是线性范围窄,易受实验条件影响,重现性差
试样组分浓度越大电负性越强,捕获电子的几率越大,倒峰越大
火焰光度检测器(FED)
一种化学发光检测器,对含硫、磷有机化合物的特征波长有响应
原理:硫、磷化合物在富氢火焰中燃烧时,生成化学发光物质,发出特征波长的光
固定相
载体:比表面积要大,惰性,热稳定性好, 粒度均匀,有合适的孔隙和机械强度
固定液:较好的选择性利用相对调整保留值γ1,2 来衡量。对于填充柱γ1,2 >1.15;对于毛细管柱γ1,2 > 1.08
液相色谱(LC)
传输系统:高压泵为主要部件
恒压泵:压力不变,流量随色谱阻力变化
恒流泵:保留时间稳定
进样系统
注射进样:进样量小,易漏液,重现性差
高压六通阀进样
分离系统
包括柱管和固定相两部份
检测系统
溶质(选择性)检测器:仅对被分离组分的物理或物理化学特性有响应,如紫外、荧光、电化学检测器等,具有选择性
总体(普通)检测器:对试样和淋洗液总的物理或物理化学特性有响应,如示差折光、电导检测器,不具有选择性
固定相
柱温选择:柱温↑→传质阻力↓→塔板高度↓→柱效↑ 柱温↑→纵向扩散↑→柱效↓(用程序升温好)
载体粒子选择:载体粒度影响涡流扩散和传质阻力。 载体粒度↓→柱效↑ ,但粒度过小,阻力明显增大,使柱压降也显著增大,对操作带来不便
HPLC分离模式
液-固吸附色谱
固定相:固体吸附剂如硅胶、氧化铝等,较常使用的是5~10 μm的硅胶吸附剂
流动相:各种不同极性的一元或多元溶剂。一般是正己烷、环己烷为基础溶剂,加入二氯甲烷、短链醇、THF调节洗脱强度
适用对象:极性化合物、含有不同官能团的化合物或族、异构体化合物
出峰顺序:烷基<卤素(F<Cl<Br<I)<醚<硝基化合物<腈<叔胺<酯<醛<伯胺<酰胺<羧酸<磺酸
液-液分配色谱
固定相:早期涂渍固定液,固定液流失,较少采用
化学键合固定相:将各种不同基团通过化学反应键合到硅胶(担体)表面的游离羟基上
化学键合色谱
固定相
类型:硅氧碳键型、硅氧硅碳键型(应用最广)、硅碳键型、硅氮键型
制备
硅酯化: 酰氯化: 硅烷化
Si-O-R:热不稳定,遇水、乙醇等水解,酯链断裂 Si-R(或Si-N):不水解,热稳定性比硅酸酯好,但所用的格氏反应不方便 Si-O-Si-R:不水解,热稳定性好,在pH2-8范围内对水稳定
优点:寿命长,化学键合,无固定液流失,耐流动相冲击;传质快,表面无深凹陷,比一般液体固定相传质快;选择性好,可键合不同官能团,提高选择性;有利于梯度洗脱
反相键合色谱流动相对分离的影响:溶剂极性越低,洗脱能力越强;极性越高,洗脱能力越弱,水是反相色谱最弱的溶剂
改善分离:流动相比例、流动相种类、梯度洗脱
离子对色谱
原理:在反相色谱流动相内加入“离子对”试剂,与样品中可电离的组分形成“对离子”,在反相色谱柱上分离离子型化合物
阴离子分离:常采用烷基铵类,如氢氧化四丁基铵或氢氧化十六烷基三甲铵作为对离子
阳离子分离:常采用烷基磺酸类,如己烷磺酸钠作为对离子
离子交换色谱
原理
不同待测离子对固定相的亲和能力(或离子交换能力)的差别来实现分离
待测离子与离子交换树脂固定相上带电荷基团或游离的离子发生可逆交换反应
固定相:阴、阳离子交换剂,在有机高聚物或硅胶上接枝有机季胺或磺酸基团
分类:强阳离子交换剂、弱阳离子交换剂、强阴离子交换剂、弱阴离子交换剂
流动相:盐类缓冲溶液(有一定pH和离子强度)
pH值:影响酸或碱的离解平衡,控制组分离子形式所占的分数。 当组分以分子形式存在时,则不被保留;离子分数越高,保留值越大
离子强度:对保留值的影响比pH更大,组分保留值受流动项中盐类总浓度控制
离子色谱
在离子色谱的基本组成中,重要的和与其它高效液相色谱不同的就是抑制器和电导检测器
抑制柱:使具有高背景电导的流动相转变为低背景电导的流动相
抑制柱要定期再生
体积排阻色谱
原理:分离基于分子在溶液中的体积大小,大分子先被洗脱
特点:分离效率低,色谱行为容易预测
固定相:软性凝胶、半硬质凝胶、硬质凝胶、无机凝胶、有机凝胶
亲和色谱
原理:基于生物学特异性‘而不是依赖于物理—化学性质
特点:高选择性、生物相容性
前处理技术
固相萃取
固相微萃取
子主题
理论
塔板理论
理论塔板数n:柱效的主要衡量指标之一,塔板数越多,表示色谱柱的分离能力越强(不能解释流速对理论塔板数的影响)
理论塔板高度H
有效塔板数neff:用调整保留时间tr′代替tr后,计算出来的塔板数称为有效塔板数neff
速率理论—色谱动力学理论
在塔板理论板高的概念上,充分考虑组分在两相的扩散传质过程
涡流扩散项(A),组分分子在柱中经过的通道的宽窄和长度各不相同 传质阻力项(C),高浓度的组分自发地沿纵向有浓度梯度分布,造成谱带扩宽 分子扩散项(B), 组分在流动相和固定相的传质速率差使色谱峰展宽
u为流动相的平均线速度
在流动相的线速u一定时,只有A、B、C都较小时,H才能小,柱效才会高
对于气谱,当分子纵向扩散占主导地位,应选择相对分子质量较大的N2、Ar作为载气,减少组分在流动相扩散;当传质阻力占主导,应选择相对分子质量小的H2、He作载气,使组分具有较大的扩散系数,提高质量交换速率, 保证柱效
流速(u) ~板高(H)曲线图
最小柱高和最佳线速度
保留值
死时间(to):不在固定相中滞留的组分从进样开始到其峰顶所对应的时间
保留时间(tr):指组分从进样到柱后出现极大点的时间
调整保留时间(tr’):指扣除死时间to后的组分保留时间。调整保留时间是组分在固定相中停留的总时间
死体积(Vo):不被固定相滞留的组分从柱后流出时所消耗的流动相体积。死体积是柱管内固定相颗粒之间的空隙、色谱仪管路中接头间的空间以及检测器的空间的总和
保留体积(Vr):从进样开始到被测组分在柱后出现浓度极大值点时所通过的流动相的体积
调整保留体积(Vr’):扣除死体积后的组分保留体积
相对保留值(γ2,1):相对保留值是色谱定性的依据,它与柱温,固定相性质有关(无量纲)
选择因子:定性分析中,通常以某一个色谱峰为标准峰(S),然后求出其它组分峰(i)对标准峰(S)的相对保留值,此时用符号α表示(一般>1)
容量因子(k):温度和压力一定时,组分在两相之间的分配达到平衡时,组分在两相中的质量比
k调整保留时间和死时间之比
保留方程:在色谱柱确定之后,固定相体积Vs和流动相的体积Vm都为定值,分配系数K越大的组分在色谱柱中滞留时间越长
基本
色谱流出曲线
分配系数(K)(大的在柱上移动慢,小的快)
等温分配曲线:等温下,分配系数随组分浓度变化规律
基线
概念:只有纯流动相流过,检测信号-时间的曲线(通常为水平线)
基线漂移:操作条件不稳定或探测器及其附件工作状态变化使基线朝一定方向缓慢变化
噪声:偶发因素使基线起伏
色谱峰
峰高:峰顶到基线距离
区域宽度:衡量色谱柱效率,反映色谱分离的动力学因素
标准偏差
峰底宽
半峰宽
峰面积
分离度
相邻两色谱峰保留值之差与两峰底宽总和的一半的比值,通常用R=1.5作为相邻色谱峰完全分离的指标,如果α=1,则 R=0,柱效n再高也不能使两组分离,只有α 偏离1越大,选择性越好
注:选择因子α是对固定相性能的评价,分离度R是组分分离程度的评价。
对于理论板高一定的柱子,分离度的平方与柱长成正比,长的柱子可以提高分离度,但同时延长了分离时间(峰变宽)。所以,提高分离度的最好办法是降低板高,好色谱分离柱,应具有较高的理论塔板数
定性:依据色谱峰保留值,同样条件下,与标准物质对照确定
定量:① 外标法 :外标法是色谱定量分析中较简易的方法,即标准曲线法。 ② 内标法:加入一定量纯物质作为内标物