精细化学品分析课件完整版

第二章现代分离方法2.1 色谱法概述分离科学是自然科学和应用科学的一个重要分支，化学的发展离不开分离科学。

分离方法：物理分离法，化学分离法物理分离法：以被分离对象所具有的不同物理性质为依据，采用合适的物理手段进行分离例如：气体扩散法，离心分离法，色谱分离法，过滤，萃取，蒸馏化学分离法：按被分离对象在化学性质上的差异，通过合适的化学过程使它们获得分离。

例如：沉淀和共沉淀，溶剂萃取法，离子交换法色谱法的发展1935年，Adams和Holmes,建立离子交换色谱1938年，建立薄层色谱法1941年，建立液液分配色谱法1944年，创立纸色谱法1952年，产生了气－液色谱法1953年，发展了气－固色谱法1959年，提出了大小排阻色谱法20世纪60年代，高效液相色谱色谱分离示意图在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液体）称为固定相；自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为流动相；装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为色谱柱。

当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出色谱分析方法的分类按两相状态分类:固定相、流动相固定相的两种状态回转吸附剂按固定相性质分类:1、柱色谱 2、纸色谱 3、薄层色谱 4、棒色谱按分离过程的物理化学原理分类:1、吸附色谱 :利用吸附剂表面对不同组分有不同吸附能力进行分离2、分配色谱:利用不同组分在两相中具有不同的分配系数进行分离3、其他色谱法:离子交换色谱法、反应色谱法、纸上电泳法2.2 色谱理论分离原理在色谱分析中，当流动相携带样品通过色谱的固定相时，样品分子与固定相分子之间发生相互作用，使样品在流动相和固定相之间进行分配。

与固定相分子作用力越大的组分向前移动速度越慢，与固定相分子作用力越小的组分向前移动速度越快，经过一定的距离后，由于反复多次的分配，使原本性质（沸点、极性等）差异很小的组分之间也可以得到很好的分离。

色谱流出曲线图色谱流出曲线图基本参数1、基线：只有流动相通过检测器所得到的信号，OC2、峰：流动相含有组分时通过检测器所得到的信号。

（1）峰宽（Wb)峰两侧曲线在拐点作切线而在基线上相交的线段，IJ（2）峰高（h)峰最高点至峰底的垂直距离，AB（3）半峰宽（Y ½）峰高一半处峰的宽度，GH （4）标准偏差（σ）0.607倍峰处色谱峰宽的一半， 1/2EF保留值：是色谱定性分析的主要依据（1）死时间（tM)（2）保留时间(tR)（3）调整保留时间（tRˊ（4）死体积（ V M色谱柱中未被固定相占据的空隙体积，包括进样器和检测器的空间体积及从进样器到柱和从柱到检测器的连接管路的体积。

VM = t M * F CF C：柱压与柱温下校正后的流动相体积流速，ml/min（5）保留体积（ V R）从进样开始到试样色谱峰出现最高点时所流过的流动相体积。

VR = t R * F C（6）调整保留体积（ V Rˊ）扣除了死体积后剩下的保留体积。

V Rˊ = V R -V M =(t R - t M )* F C（7）相对保留值（r12）色谱中采用一种物质为标准，其他物质的调整保留值对此标准物质的调整保留值的比值，称为相对保留值。

即r12 = t R1ˊ/ t R2ˊ= V R1ˊ/ V R2ˊ下标1表示其他组分，下标2表示被约定的组分（8）保留指数（I）国际上公认并广泛使用的定性指标，是以紧接组分的两个正构烷烃为基准进行计算的：I X=100*[(lg t RXˊ- lg t Rnˊ)/ (lgt Rn+1ˊ- lg t Rnˊ)+ n ]色谱分析分离度：R，是色谱柱总分离效率的指标。

它表明了两种难分离的组分通过色谱柱后能否被分离，两组分形成的峰距离的远近及色谱柱的柱效率等。

R= (t R2-t R1) / 1/2 (W1+W2)=2 (t R2-t R1)/ (W1+W2)t R2、t R1分别为组分2 和组分1的保留时间W1、W2分别为组分1 和组分2的峰宽R值越大，表明相邻两组分分离得越好。

R<1时，两峰会有部分重叠；R＝1时，两峰稍重叠；R>1.5时，两峰才能完全分离。

当峰形不对称或两峰稍有重叠时，测量峰底宽度比较困难，可用半峰宽代替。

R = (t R2-t R1)/ (Y1/2(1) + Y1/2(2))色谱定性分析一、利用保留值定性（1）利用已知物对照定性在固定相和操作条件不变时，将已知物的保留值与未知物组分的保留值进行比较。

实例：某条件下，产品标准样品的tR为3.165m，原料为1.124m（3）利用相对保留值和保留指数定性当色谱的填充密度、固定液配比、载体惰性、柱使用时间长短以及其他操作条件有差异时，即使固定相相同，同一组分保留值也会不同r12 = t R1ˊ/ t R2ˊ= V R1ˊ/ V R2ˊ组分1和基准物2的调整保留值的比值色谱手册上均列有相对保留值的数据供使用，通常选用与被测组分保留值相近的物质作基准物。

如正丁烷、正戊烷、苯、对二甲苯、环己酮等。

是国际上公认的定性指标（4）利用多柱定性二、其他方法定性（1）利用选择性检测器定性选择性检测器是指在相同条件下，它对两类物质的响应值之比至少为10：1实例：（2）色谱与其他仪器的联用色谱突出特点是分离能力强、效率高，但鉴定困难红外、质谱的特点是鉴别能力强色谱－质谱联机色谱－红外联机色谱定量分析色谱定量分析的依据是：在一定的操作条件下，被测组分的质量或在载气中的浓度与它在检测器上产生的响应信号（峰面积或峰高）成正比，可用下式表示：m i = f i A i m i=A i/S im i―――被测组分i的质量；A i―――被测组分i的峰面积；f i ―――被测组分i的绝对质量校正因子，即单位峰面积所代表物质质量；S i―――被测组分i对检测器的绝对灵敏度。

S i = 1/f i（一）峰面积的计算方法（1）近似测量法一般有三种情况1、峰高乘半峰宽法当色谱峰呈现正态分布时，其峰面积近似等于峰高乘半峰宽，即A = h Y1/2此法不适用于不对称峰，很窄或很小的峰A= 1.065 h Y1/2 单位为cm2、峰高乘平均峰宽法此法适用于不对称峰，在峰高的15％和85％处分别测出该处峰的宽度，取平均值与峰高相乘而得到峰面积。

A = 1/2 ( Y1/2 + Y0.85 ) * h3、峰高乘保留时间法此法适用于一些比较拥挤或狭窄的峰依据：在一定操作条件下，同系物的半峰宽与保留时间成正比，即当样品中各组分含量相差很大以及不属于同系物的Y1/2 = b t R 因此，A = h b t R峰时，不可以采用此法。

b为常数。

（2）真实峰面积测量法常用第二种方法1、剪纸称重法用剪刀将色谱峰沿峰曲线剪下来，分别在色谱峰上称重，以每个峰的质量代替峰面积，此法少用。

2、数字积分仪法使用数字积分仪对峰面积进行测量计算，快速准确（二）校正因子色谱定量分析的基础是峰面积与被测物质成正比，但由于峰面积的大小与物质的性质有关，因此同一种检测器对同一质量的不同物质产生的峰面积往往不相等，这样就不能直接利用峰面积计算物质的含量，必须对峰面积进行校正，因此引入校正因子概念。

（1）绝对校正因子 是指某组分通过检测器的量与检测器对该组分的响应信号的比值，对组分i 而言： f i = m i / A i （2）相对校正因子 是某物质的绝对校正因子与某标准物质的绝对校正因子的比值 f i ˊ= f i / fs 相对校正因子表示方法，分为以下几种 1、相对质量校正因子（f ˊ(m) ）f ˊ(m) = f i(m)/f s(m)=A s m i /A i m s2、相对摩尔校正因子（f ˊM ）f ˊM = f i(M) / f s(M) = A s m i M s / A i m s M i = f ˊm (M s /M i )3、相对体积校正因子（f ˊV ）f ˊV = f ˊM实例：测定某纯样品i 的相对校正因子步骤1、用分析天平称取待测样品i ，记为m i2、用分析天平称取标准样品s ，记为m s3、将二者混合均匀，进样，得到色谱图4、计算出i 组分和s 组分峰面积，分别记为： A i ，A s5、依据f ˊ(m) = f i(m)/f s(m)=A s m i /A i m s 进行计算（3）相对响应 相对响应值S i ˊ是指物质I 与标准物质s 的响应值之比。

S i ˊ = S i /S s = 1/f i ˊ（三）定量分析方法（1）归一化法当样品种所有组分都能产生可测量的色谱峰时。

当试样中各组分的校正因子很接近时，可直接把峰面积归一化。

实例：用色谱归一化法计算某混合物中I组分的百分含量1、称取一定量混合物作出色谱图2、测出组分i的峰面积及所有峰的面积3、利用公式进行计算（2）内标法当试样中各组分不能全部出峰或只是对某几个有色谱峰的组分进行定量时内标法是称取一定质量的某纯物质作为内标物，加入到已知质量的样品中，混合均匀后进行分析。

P i% = m i / m * 100% = A i f iˊm s/ A s f sˊm如果以内标物作为测定校正因子的基准物，则f sˊ= 1P i% = m i / m * 100% = A i f iˊm s/ A s m如果再固定试样的称取量，加入恒量的内标物，则P i% = A i / A s*常数以Pi%对Ai/As作图，可得到一条通过原点的直线，利用内标曲线确定组分含量实例：利用内标法计算某组分含量1、称取10份相同质量的混合物，其中I组分的百分含量，分别是5％，10％。

50％2、10份混合物中分别加入定量的内标物3、作出10张色谱分析图，得到10组Ai,As数据4、以Pi%对Ai/As作图，作出内标法标准曲线图，5、取定量待测混合物，加入定量内标物，作色谱图，得到Ai,As 数据，6、从色谱内标曲线找出Pi%内标法标准曲线图（3）外标法外标法的操作是：取纯物质配成一系列不同浓度的标准溶液，分别取一定体积注入色谱仪，得到色谱图，测出峰面积，作出峰面积和浓度的关系曲线。

然后在同样操作下进入相同量的未知试样，从色谱图上得到峰面积，由标准曲线查出待测组分浓度。

外标法标准曲线外标法操作和计算均简便，不必使用校正因子，但要求操作条件稳定，进样量重复性好，否则对分析结果影响大气相色谱法（GC）Gas Chromatography是一种具有高分离效能的分析技术，是常用的分离分析方法之一气相色谱仪（由五部分组成）气路系统进样系统分离系统检测和记录系统温控系统气相色谱分析中一般采用不干扰样品分析的气体作载气，常用载气有氮气、氢气、氦气。