模块一 色谱基础知识(一).ppt

任务一、色谱基础知识 茨维特实验（动画m4-1-1.swf） 课程引入 问题：色谱是如何完成性质接近混合物的分离的？ 学生讨论（可从下列3个方面入手） 运动员在同一起跑线起跑，却在不同时间达到终点； 不同的人逛同一条街，有的人需3小时，有的人却只要15min； 用筛子可以使不同直径的颗粒得到较好的分离。 学生总结3种情况的核心 基于速度不同； 基于商店对人的吸引力； 基于分子直径与筛孔的相对大小。 展示分离模拟过程 1906年，茨维特利用不同色素在活性碳酸钙与石油醚的共同作用之下在玻璃柱中呈现出不同的运行速度，能使其达到彼此分离。 茨维特在他的原始论文中，把上述分离方法叫做色谱法（chromatography） 在柱中出现的有颜色的色带叫做色谱图（chromatogram）。 填充CaCO3的玻璃柱管叫做色谱柱（column） 具有大表面积的CaCO3固体颗粒称为固定相(stationary phase)， 推动被分离的组分（色素）流过固定相的惰性流体（上述实验用的是石油醚）称为流动相（mobile phase） 色谱法定义 色谱分析法实质上是一种物理化学分离方法，即利用不同物质在两相（固定相和流动相）中具有不同的分配系数（或吸附系数），当两相作相对运动时，这些物质在两相中反复多次分配（即组分在两相之间进行反复多次的吸附、脱附或溶解、挥发过程）从而使各物质得到完全分离。 色谱法分离过程示意图 A B C D 载气 3种组分同时进入色谱柱 3种组分开始在色谱柱中分离 3种组分在色谱柱中基本达到分离 3种组分在色谱柱中完全达到分离 学生提问、讨论与总结1 问题1：不同组分在色谱柱中为什么呈现不同的运行速度？ 因为固定相对不同组分有不同的吸附力，吸附力强的组分难以被流动相冲洗出色谱柱，故运行速度慢，运行时间长。反之，吸附力弱的组分则容易被流动相冲洗出色谱柱，故运行速度快，运行时间短。 同样的道理，若固定相呈液体状态，则不同组分呈现不同运行速度则是因为固定液对不同组分有不同的溶解能力，溶解性强的组分难以挥发至流动相中，故其在色谱柱中运行速度慢，运行时间长。反之，溶解性弱的组分则容易挥发至流动相中，故其在色谱柱中运行速度快，运行时间短。 学生提问、讨论与总结2 问题2：吸附与脱附是怎么回事？ 吸附作用是指各种气体、蒸气以及溶液里的溶质被吸着在固体或液体物质表面上的作用。具有吸附性的物质叫做吸附剂，被吸附的物质叫吸附质。吸附作用可分为物理吸附和化学吸附。 脱附作用正好与吸附作用相反，是指吸着在固体或液体物质表面上的物质在一定的作用下离开原表面的过程。 问题3：什么是溶解过程与挥发过程？ 溶解过程是指气态或液态组分进入固定液的过程，而挥发过程则是指组分离开固定液回到气态或液态流动相的过程。 学生提问、讨论与总结3 问题4：所谓分配系数？分配比？它在色谱分离过程中有什么作用？ 分配系数（K）:平衡状态时，组分在固定相与流动相中的浓度比。如在给定柱温下组分在流动相与固定相间的分配达到平衡时，对于气-固色谱，组分的分配系数为： 对于气-液色谱，分配系数为： 式中CL与CG分别是组分在固定液与载气中的浓度。 学生提问、讨论与总结4 容量因子（k）:又称分配比，容量比，指组分在固定相和流动相中分配量（质量、体积、物质的量）之比。 两组分分配系数不同，则在色谱柱中有不同的保留值，因而就以不同的速度先后流出色谱柱，从而达到分离。 组分分子结构不同，组分性质不同，则相应的分配系数也不同，这是色谱分离的基础。 色谱法的分类1 按固定相和流动相所处的状态分类 液-液色谱（LLC） 液体 液-固色谱（LSC） 固体 液相色谱 （LC） 液 体 气-液色谱（GLC） 液体 气-固色谱（GSC） 固体 气相色谱 （GC） 气 体 色谱名称 固定相 总 称 流 动 相 色谱法的分类2 按固定相性质和操作方式分类 薄层色谱 纸色谱 柱色谱 名 称 液体流动相从薄层板一端向另一端扩散 液体流动相从滤纸一端向另一端扩散 液体或气体流动相从柱头向柱尾 连续不断地冲洗 操作 方式 在玻璃板上涂有硅胶G薄层 具有多孔和强渗透能力的滤纸或纤维素薄膜 在弹性石英玻璃或玻璃毛细管内壁附有吸附剂薄层或涂渍固定液等 在玻璃或不锈钢柱管内填充固体吸附剂或涂渍在惰性载体上的固定液 固定相 性质 开口管柱 填充柱 薄层板 纸 柱 固定相 形式 色谱法的分类3 按色谱分离过程的物理化学原理分类 气液分配色谱 气固吸附色谱 流动相 为气体 液相凝胶色谱 液相离子 交换色谱 液液分配色谱 液固吸附色谱 流动相 为液体 渗透系数KPF 选择性系数KS 分配系数KP 吸附系数KA 平衡常数 利用凝胶对不 同组分分子的 阻滞作用差别 利用离子交换 剂对不同离子 亲和