最新15章色谱法引论(北京大学仪器分析教程)解析课件PPT.ppt 52页

'15章色谱法引论(北京大学仪器分析教程)解析 15.1概述15.1.1色谱法的发展Tswett在研究植物叶的色素成分时，将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内，然后加入石油醚使其自由流下，结果色素中各种组分互相分离，形成各种不同颜色的谱带。在玻璃管上，每一种色带即为一种色素（完全分离）。色带犹如光谱分析中的谱线（带），因此得名“色谱法”。 茨维特的实验碳酸钙石油醚 按固定相性质和操作方式分色谱分析法柱色谱法纸色谱法开口管柱填充柱薄层色谱法 15.2色谱流出曲线及有关术语15.2.1色谱流出曲线和色谱峰峰峰高基线峰宽半峰宽峰面积标准偏差σσ 色谱流出曲线常用术语半峰宽：峰高一半处所对应的峰宽，W1/2表示死时间：从进样开始到惰性组分从柱中流出，呈现浓度极大值时所需要的时间，以tM表示保留时间：从进样到色谱柱后出现待测组分信号极大值所需要的时间，以tR表示死体积：不被保留的组分通过色谱柱消耗的流动相的体积保留体积：从进样开始到组分出现浓度极大点时消耗的流动相的体积调整保留体积：保留体积与死体积之差，即组分停留在固定相时所消耗流动相的体积 色谱流出曲线常用术语调整保留时间：扣除死时间的保留时间，以t’R表示相对保留值：一定的实验条件下组分i与另一标准组分S的调整保留时间之比，以γis表示选择性因子：相邻两组分调整保留值之比，以a表示相比率：柱内气相与吸附剂或固定液体积之比，以β表示分配系数：平衡状态时，组分在固定相与流动相中的浓度比，以K表示容量因子：组分在固定相和流动相中分配量之比，以k表示 15.3色谱法基本原理色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离，组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力学性质有关。但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。 分配平衡：一定温度（TC）下，组分在流动相和固定相间作用达到的平衡。1.分配系数K指在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值，即15.3.1分配系数K和分配比k ★分配系数的要点：①K值与组分性质、固定相性质、流动相性质、分离温度有关的参数；②一定TC下，K越大，出峰越慢；③提高TC，组分在固定相中浓度降低，tR变小；④K=0的组分，不被固定相保留，最先流出；⑤每个组分的K不同，选择适宜的固定相来改善分离效果；⑥试样中不同组分在相同分离条件下，K不同，得以分离。 2.分配比k′（分配容量或容量因子）分配比又称容量因子，它是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量比。即 式中：①β为相比：反映色谱柱柱型及结构的参数。填充柱相比约6～35；毛细管柱的相比约50～1500。②，VM为流动相体积，即柱内固定相颗粒间空隙体积。VS为固定相体积，其中，GSC中为吸附剂表面容量，GLC中为固定液体积。③空气或甲烷的ms=0，∴k′=0 4.分配系数K及分配比k与选择因子α的关系 15.3.2塔板理论把色谱柱比作一个分馏塔，引入理论塔板数（n）作为衡量柱效率的指标，即色谱柱是由一系列连续的、相等的水平塔板组成。 1.塔板理论的建立①在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H。②以气相色谱为例，载气进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（ΔVm）。③所有组分开始时存在于第0号塔板上，而且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。④分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。 2.塔板理论的结论色谱柱长：L虚拟的塔板间距离：H色谱柱的理论塔板数：n（衡量柱效的指标）则三者的关系为：n=L/H理论塔板数与色谱参数之间的关系为：21 3.塔板理论的特点和不足①当色谱柱长度一定时，塔板数n越大(塔板高度H越小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。②不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。③柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。 15.3.3速率理论vanDeemter方程的数学简化式为H=A+B/u+Cu式中：H为板高（cm）；u为流动相的线速度（cm.s-1）；A、B、C为常数：A为涡流扩散系数；B为分子扩散项系数；C为传质阻力项系数。减小A、B、C三项可提高柱效；存在着最佳流速；A、B、C三项各与哪些因素有关？ 1.涡流扩散项A（多路效应）在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时，流动相由于受到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向，使组分分子在前进中形成紊乱的类似涡流的流动，故称涡流扩散。色谱峰变宽的程度由下式决定：A=2λdpλ为柱子填充的不均匀性（不规则因子）；dp为填充物的平均直径。 ★固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓，H↓，柱效n↑。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。★对于空心毛细管，不存在涡流扩散，A=0。★对于φ3～4的填充柱，60～80目（标准筛）固定相。流动相流动方向 2.分子扩散项B/u（纵向扩散项）纵向分子扩散是由浓度梯度造成的。组分随着流动相向前推进，由于存在浓度梯度，组分自发向前扩散，造成谱带展宽。分子扩散项系数为B=2γDgγ是填充柱内流动相扩散路径弯曲的因数，称弯曲因子，它反映了固定相颗粒的几何形状对自由分子扩散的阻碍情况。空心毛细柱γ=1填充柱γ＜1（硅藻土担体γ=0.5~0.7） Dg为组分在流动相（GC为气相）中扩散系数（cm2·s-1）,分子扩散项与组分在流动相中扩散系数Dg成正比。Dg与流动相及组分性质有关：①Dg∝：Dg反比于流动相相对分子质量的平方根，所以采用相对分子质量较大的流动相，可使B项降低。如：N2②Dg∝TC：Dg随柱温增高而增加。 a.扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差。b.分子扩散项与流速有关，低流速时，扩散加剧，滞留时间延长。c.扩散系数Dg∝(M载气)-1/2，M载气大，B减小。d.Dg∝TC低柱温提高柱效。 3.传质阻力项Cu（1）气相色谱传质阻力系数C包括气相传质阻力系数Cg和液相传质阻力系数Cl两项，即C=Cg+Cl=Cm+Cs气相传质过程Cg：是指试样组分从气相移动到固定相表面的过程所受到的阻力。液相传质过程Cl：是指试样组分从固定相的气/液界面移动到液相内部，并发生质量交换，达到分配平衡，然后又返回气/液界面的传质过程所受到的阻力。 ①降低液膜厚度减小Cl，提高柱效；②提高TC减小传质阻力C，提高柱效。 vanDeemter的气相色谱板高方程展开式H的相关项有：①柱填充的均匀性、担体粒度；②柱的种类（填充柱、毛细柱）、载气种类（N2、H2）、TC、u；③柱的形状（k，、β）、固定液、液膜厚度和均匀性。 4.流动相线速度对板高的影响 ☆载气流速高时，传质阻力项是影响柱效的主要因素，流速，柱效,曲线的右边。☆载气流速低时，分子扩散项成为影响柱效的主要因素，流速，柱效，曲线的左边。☆H-u曲线与最佳流速：由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有一极小值。☆以塔板高度H对应载气流速u作图，曲线最低点的流速即为最佳流速。 其中的A、B、C的数值可在一定的色谱条件下，测得三种流速对应的三个H值，组成三元一次方程组，求出H最小和u最佳。 15.4分离度（a）两色谱峰距离近并且峰形宽。两峰严重相叠，表示选择性和柱效都很差。（b）虽然两峰距离拉开了，但峰形仍很宽，选择性好，柱效低。（c）分离最理想，说明选择性好，柱效也高。 难分离物质对的分离程度大小受色谱过程两种因素的综合影响：①保留值之差——色谱过程的热力学因素；②区域宽度——色谱过程的动力学因素。分离度R：相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰平均峰宽之比。—分离度R是一个综合性指标。 R=0.8—两峰的分离程度可达89%；R=1.0—分离程度98%；R=1.5—达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。 人无信不立第二单元综合性学习 一诺千金①据《史记》记载，秦末季布因“诚信”而扬名，有民谣唱道：“得黄金百斤，不如得季布一诺。”这便成了“一诺千金”的由来。 示例一：宋庆龄信守诺言。宋庆龄要去看望幼儿园的孩子，幼儿园的小朋友听了都很高兴，都等着宋奶奶到来。突然，原本晴朗的天空突然刮起了大风，霎时间，飞沙走石，路上的行人都睁不开眼，大家议论，宋奶奶可能不会来了。正在这个时候，宋奶奶不顾漫天风沙，满脸笑容地走下汽车，来到孩子们中间，一位老师感动地说：“天气不好，您就改天再来吧！”宋奶奶说：“不，我不能失信，应当遵守诺言。”示例二：司马光诚对买马人。宋神宗时，司马光声言闭门著书，吩咐家人将他的坐骑卖掉。家人与一位老者谈妥五十钱，第二天成交。司马光听了家人的汇报后说：“这马有病，我怎么忘了交代？明天你要对买主说清楚，这马有肺病。”家人说：“做买卖，哪有全说实话了？”司马光道：“话可不能这么说，让人家用一匹好马的钱买一匹病马，这不是骗人是什么？这样的事咱不能干。”左邻右舍知道这件事后，纷纷称赞司马光为人诚实。有关“诚信”的典故 一言九鼎战国时，秦国的军队团团包围了赵国的都城邯郸，形势十分危急，赵国国君孝成王派平原君到楚国去求援。平原打算带领20名门客前去完成这项使命，已挑了十九名，尚少一个定不下来。这时，毛遂自告奋勇提出要去，平原君半信半疑，勉强带着他一起前往楚国。平原君到了楚国后，立即与楚王谈及“援赵”之事，谈了半天也毫无结果。这时，毛遂对楚王说：“我们今天来请你派援兵，你一言不发，可你别忘了，楚国虽然兵多地大，却连连吃败仗，连国都也丢掉了，依我看，楚国比赵国更需要联合起来抗秦呀！”毛遂的一席话说得楚王口服心服，立即答应出兵援赵。平原君回到赵国后感慨地说：“毛先生一至楚，而使楚重于九鼎大吕。”成语“一言九鼎”由这个故事而来，形容一句话能起到重大作用。 烽火戏诸侯的故事。周幽王为了逗妃子笑，点烽火，戏弄诸侯，结果当敌人来犯时，再点燃烽火，其他诸侯不来救援，自己失败丧命。 与“诚信”有关的名言警句。1．失信就是失败。——左拉2．没有诚实哪来尊严。——西塞罗3．言必信，行必果。——子路4．诚信为人之本。——鲁迅5．一言既出，驷马难追。——中国谚语6．人无忠信，不可立于世。——程颐7．诚实和勤勉，应该成为你永久的伴侣。——富兰克林8．失去了诚信，就等同于敌人毁灭了自己。——莎士比亚9．信用既是无形的力量，也是无形的财富。——松下幸之助10．一个人严守诺言，比守卫他的财产更重要。——莫里哀 活动示例（二）评说诚信据报载：一出租车司机在救助一位被一辆货车(已逃逸)撞伤的老人时，先让老人写下证明(证明不是自己撞的老人)，然后才救助老人，请你对这位出租车司机的行为加以评论。(60字以内，要求观点鲜明，说理透彻)(3分)评价：司机的行为可以理解，因为当今社会诬陷好人的事情时有发生，司机在保护自己的前提下，依然心存善念，救助老人，是值得肯定的。（或：司机的行为不正确，因为人要常存善念，司机在救助他人之前，不应先考虑自己的利益，而应以救人为先，急人之所急。） 活动示例漫画评析这幅漫画讽刺了人与人之间缺少信任的社会现象，意在呼吁人们以诚待人，打造诚信社会。 链接中考【2016，湖北省黄冈市】语文实践活动。（6分）“曾子杀猪”的故事流传千古。曾子的妻子准备去赶集，儿子在一旁哭闹着也要一起去。妻子朔：“你在家呆着，我回来了杀猪烧肉给你吃。”妻子从集市上回来后看见曾子正在磨刀准备杀猪。妻子马上制止他说：“我只不过是哄哄小孩玩的。”曾子说：“孩子是不能欺骗的。孩子年龄小，不懂世事，处处学习父母的样子。今天你欺骗他，是教他说谎话、欺骗别人。”妻子听了很后悔，于是和曾子一起杀猪烧肉给孩子吃。读了上面的故事，你有哪些感想？请简述出来。（3分） 链接中考【答案】围绕“言而有信，诚实待人”“父母是孩子的第一任老师，言行举止会潜移默化地对孩子产生影响”“知错能改也很可贵”三点作答，言之有理即可。 与“诚信”有关的演讲稿各位老师，同学们：大家好，今天我演讲的题目是《诚信的魅力》诚信无形，却可以经天纬地；诚信无色，却可以耀人眼目；诚信无味，却可以在上下五千年、纵横海内外散发出醇厚的芬芳。无形、无色、无味的诚信有着撼人心魄的力量。近年来，诚信却受到了严峻的挑战，且不说商场上尔虞我诈，也不必说黑心棉，民工米，就是哪一天你扶起一位摔倒在路边的老人，说不定你就惹上了麻烦和官司。多年前，一位北大新生入学，他提着大包小包，在偌大的北大校园里不知所措。情急之下，他看见一位穿着布衫的长者，便把行李往他身边一放，说道：“师傅，麻烦您帮我看着点啊！”一个多小时后，这位新生办完一切手续回来，发现那位长者依然为他守着 行李，寸步不离。在第二天的新生入学大会上，他发现，昨天为他守行李的长者正坐在主席台的中央。他就是当代著名的东方语言学家、教育家、散文家北大副校长——季羡林先生。事后，这位学生说道：季老身上透出的人格魅力将改变他的一生。是啊，诚信就是如此征服着人心。然而，诚信的魅力不止于此。一位社会学家就“为什么我会成功”在一千位成功人士中做过调查，结果出乎人们的想象，没有一个人认为他们的成功是因为自身有才华。他们中绝大多数认为：成功的秘诀在于“诚信”。其中一位只有小学文化的企业家说：“高深的理论我不懂。我只知道，诚心诚意对待我的每一位客户，诚信诚意对待所有与我合作的人。”诚信使他不断地发展着自己的事业。我们正处在青少年时期，青少年时期是塑造人格、修养品德的重要时期，我们怎样对待每一位同学，如何上好每一堂课，怎样面对每一堂考试，都是诚信对我们的考验，假如我们在学生时代就随意糟蹋自己的诚信，用虚假的学业 和虚伪的态度是难以在将来的竞争中立足。季老一诺千金，幼小的华盛顿坦然承认自己砍了樱桃树，这些以诚为公，以诚立业的事例无不说明诚信这种人格力量在人生发展中所起的重要作用。朋友们：让我们努力培养诚实守信的品德，让诚信使我们的人格闪光！ 布置作业围绕“诚信”，写一篇演讲稿。字数600字左右。'