色谱法基本理论
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色谱分析的基本理论和方法色谱分析是一种通过物质在不同条件下在固定相和流动相之间的物理或化学作用而实现分离、富集和检测目标物质的分析方法,它是现代化学分析中最常用的方法之一。
色谱分析主要应用于化学合成、生物化学、医药研究、环境监测、食品安全等领域。
本文将从色谱分析的基本理论、方法和实现过程三个方面阐述色谱分析的原理和应用。
基本理论色谱分析基于物质在固定相和流动相中的物理或化学作用,实现物质之间的分离和富集。
在色谱分析中,固定相是一种具有在温度和压力下稳定的化学性质的物质,称为固定相。
流动相是一种可以移动并与固定相相互作用的溶液或气体。
色谱分析常用的固定相有硅胶、氢氧化铝、聚乙烯醇、聚四氟乙烯等,流动相则可以根据不同的具体情况选择有机溶剂、缓冲液或气体。
色谱分析的基本原理是物质在固定相和流动相中的行为存在差异,这种差异可以通过物质与固定相的相互作用特性来实现分离。
常见的固定相有分子筛、离子交换树脂和填料柱等,它们都拥有独特的分离机制。
当样品进入色谱柱,被保留在柱中,而流动相则将未被保留的样品带出柱外,实现物质之间的分离。
不同的物质在流动相和固定相之间的相互作用力量不同,它们在色谱柱中停留时间的长短也不同,这就是基于物质在固定相和流动相中化学或物理性质不同而实现的分离。
实现过程色谱分析实现过程包括前处理、分离、富集和检测四个阶段。
前处理是为了加速色谱分离和提高检测灵敏度,它一般包括样品的提取、洗脱、浓缩和纯化等步骤。
在提取中,可以利用溶剂把样品中的目标化合物转移到有机相中,去除其他杂质。
浓缩和纯化则是为了提高样品中目标化合物的浓度和纯度,这样可以增加检测灵敏度和准确度。
分离是色谱分析的核心,它是通过不同组分在色谱柱中的相互作用特性来实现物质之间的分离。
富集则是为了提高检测灵敏度和准确度,采用加强色谱性能、提高目标化合物在柱中保留时间的方法,比如固定相和流动相的配比调整、温度控制等。
最后,检测是为了确定分离的组分及其含量,这可以使用不同的检测器进行检测,如荧光检测器、紫外线检测器和电导检测器等。
第五章色谱原理5.1色谱的原理和分类5.1.1色谱色基本原理色谱技术是一种重要的分离和分析技术,其用于物质的分离始于二十世纪初。
1903年,俄国植物学家Tswett向填充碳酸钙的柱中注入植物色素的石油醚冲洗,发现柱中出现数条相互分离的色带,色谱法的命名就是由此发现开始的。
随后色谱技术得到不断发展。
Martin于1952年因创立气-液色谱分离方法而荣获诺贝尔奖。
气相色谱的出现极大地鼓舞了世界各地的科学工作者,激发了人们对分析色谱技术进行放大,使之用于制备目的和工业生产的研究兴趣。
资料表明,在50和60年代,分析和生产规模的气相色谱分离技术的研究十分活跃。
到了70年代,尤其是在美国制糖工业采用酶法转化技术生产高果葡糖浆以后,液相色谱技术就变成了一个热门的研究领域。
色谱在英文中只有一个名词Chromatography),但在中文中却有色谱和层析的名称。
色谱的主要装置如图所示;图色谱的主要装置图色谱实际是色谱分离精度高,设备简单,操作方便,根据各种原理进行分离的色谱法不仅普遍应用于物质成分的定量分析与检测,而且应用于生物物质的制备分离和纯化,成为生物下游加工过程最重要的纯化技术之一。
5.1.2色谱的分类1)流动相与固定相色谱法根据流动相的相状态分气相色谱法、液相色谱法和超临界流体色谱法,而固定相有固体、液体和以固体为载体的液体薄层。
2)固定相的形状根据固定相或色谱装置形状的不同,液相色谱法又分为纸色谱法(Paper chromatography)、薄层色谱法(Thin-layer chromatography)和柱色谱法(Column chromatography)。
纸色谱法和薄层色谱法多用于分析目的,而柱色谱易于放大,适用于分离大量制备分离,是主要的色谱分离手段。
3)分离操作方式色谱法根据分离操作方式的不同可分为间隙色谱和连续色谱两大类。
间隙色谱技术通过合理选择固定相介质和冲洗剂可以得到广泛应用。
但是,在工业应用中更希望采用连续分离操作,尤其是分离过程必须与其他连续单元操作(如连续生化反应器)同时进行时更是如此。
色谱分析方法基本理论一、保留时光理论保留时光是样品从进入色谱柱到流精彩谱柱所需要的时光,不同的物质在不同的色谱柱上以不同的流淌相洗脱会有不同的保留时光,因此保留时光是色谱分析法比较重要的参数之一。
保留时光由物质在色谱中的分配系数打算: tR=t0(1+KVs/Vm)式中:tR —某物质的保留时光; t0—色谱系统的死时光,即流淌相进入色谱柱到流精彩谱柱的时光,这个时光由色谱柱的孔隙、流淌相的流速等因素打算; K-分配系数; Vs,Vm—固定相和流淌相的体积。
这个公式又叫做色谱过程方程,是色谱学最基本的公式之一。
在薄层色谱中没有样品进入和流出固定相的过程,因此人们用比移值标示物质的色谱行为。
比移值是一个与保留时光相对应的概念,它是样品点在色谱过程中移动的距离与流淌相前沿移动距离的比值。
与保留时光一样,比移值也由物质在色谱中的分配系数打算: Rf=Vm/(Vm+KVs) 式中:Rf—比移值;K一色谱分配系数; Vs,Vm—固定相和流淌相的体积。
二、塔板理论塔板理论是色谱学的基础理论。
塔板理论将色谱柱看作一个分馏塔,待分别组分在分馏塔的塔板间移动,在每一个塔板内组分分子在固定相和流淌相之间形成平衡,随着流淌相的流淌,组分分子不断从一个塔板移动到下一个塔板并不断形成新的平衡。
色谱柱的塔板数越多,其分别效果越好。
按照塔板理论,待分别组分流精彩谱柱时的浓度随时光展现二项式分布,当色谱柱的塔板数很高时,二项式分布趋于正态分布。
流出曲线上组分浓度与时光的关系可以表示如下:式中:Ct—t时刻的组分浓度; C0—组分总浓度,即峰面积;σ—半峰宽,即正态分布的标准差; tR—组分的保留时光。
该方程称作流出曲线方程。
按照流出曲线方程,色谱柱的理论塔板高度被定义为单位柱长度的色谱峰方差: H=σ2/T 理论塔板高度越低,在单位长度色谱柱中的塔板数越多,分别效果越好。
打算理论塔板高度的因素有固定相的材质、色谱柱的匀称程度、流淌相的理化性质以及流淌相的流速等。