Хроматография, также известная как «хроматографический анализ», «хроматография», представляет собой метод разделения и анализа, имеющий очень широкий спектр применения в аналитической химии, органической химии, биохимии и других областях.
Основателем хроматографии является русский ботаник М.Цветтер.В 1906 году русский ботаник Цветтер опубликовал результаты своего эксперимента: для разделения растительных пигментов он налил экстракт петролейного эфира, содержащий растительные пигменты, в стеклянную трубку, содержащую порошок карбоната кальция, и элюировал его петролейным эфиром сверху вниз.Поскольку разные пигменты обладают разной адсорбционной способностью на поверхности частиц карбоната кальция, в процессе выщелачивания разные пигменты движутся вниз с разной скоростью, образуя полосы разного цвета.Компоненты пигмента были разделены.Он назвал этот метод разделения хроматографией.
Схематическое изображение эксперимента по разделению пигментов листьев растений.
С непрерывным развитием методов разделения объектом разделения становится все больше и больше бесцветных веществ, хроматография также постепенно утратила значение слова «цвет», но это название используется и сегодня.
Хроматографическая классификация
Сущность хроматографии — это процесс, в котором молекулы, подлежащие разделению, распределяются и балансируются между неподвижной и подвижной фазами.Различные вещества по-разному распределяются между двумя фазами, что заставляет их двигаться с разной скоростью вместе с подвижной фазой.При движении подвижной фазы различные компоненты смеси отделяются друг от друга на неподвижной фазе.В зависимости от механизма его можно разделить на множество категорий.
1, согласно классификации двухфазного физического состояния.
Подвижная фаза: газовая хроматография, жидкостная хроматография, сверхкритическая жидкостная хроматография.
Неподвижная фаза: газ-твердое, газ-жидкость;Жидкость-твердое, жидкость-жидкость
2, по форме классификации стационарной фазы
Колоночная хроматография: насадочная колоночная хроматография, капиллярная колоночная хроматография, микронасадочная колоночная хроматография, препаративная хроматография
Плоская хроматография: бумажная хроматография, тонкослойная хроматография, полимерная мембранная хроматография.
3, классифицируются по механизму разделения
Адсорбционная хроматография: различные компоненты разделяются в зависимости от их адсорбционной и десорбционной способности на адсорбентах.
Распределительная хроматография: различные компоненты разделяются в зависимости от их растворимости в растворителе.
Молекулярно-эксклюзивная хроматография: в зависимости от размера молекулы. Размер разделения. В ионообменной хроматографии: различные компоненты сродства к разделению ионообменной смолы.
Аффинная хроматография: разделение с использованием наличия специфического сродства между биологическими макромолекулами.
Капиллярный электрофорез: компоненты разделяли в соответствии с различиями в подвижности и/или поведении распределения.
Хиральная хроматография используется для разделения и анализа хиральных лекарственных средств, которые можно разделить на три категории: метод хирального реагента дериватизации;Хиральный аддитивный метод подвижной фазы;Метод кирального разрешения стационарной фазы
Основная терминология хроматографии
Кривые, полученные путем построения сигналов отклика компонентов после обнаружения хроматографического разделения во времени, называются хроматограммами.
Базовый уровень:При определенных хроматографических условиях кривая сигнала, генерируемого, когда через детекторную систему проходит только подвижная фаза, называется базовой линией, как показано линией ot.Когда условия эксперимента были стабильными, базовая линия представляла собой линию, параллельную горизонтальной оси.Базовая линия отражает шум прибора, главным образом детектора, с течением времени.
Высота пика:расстояние по вертикали между точкой хроматографического пика и базовой линией, обозначенное h, как показано на линии AB '.
Ширина региона:Ширина области хроматографического пика напрямую связана с эффективностью разделения.Существует три метода описания ширины хроматографического пика: стандартное отклонение σ, ширина пика W и FWHM W1/2.
Стандартное отклонение (σ):σ — это половина расстояния между двумя точками перегиба на кривой нормального распределения, а значение σ указывает на степень рассеивания компонентов вдали от столбца.Чем больше значение σ, тем более дисперсны компоненты стока и хуже эффект разделения.И наоборот, компоненты сточных вод концентрируются и эффект разделения хороший.
Ширина пика W:Точки пересечения по обе стороны хроматографического пика используются в качестве касательных линий, а точка пересечения базовой линии называется шириной пика или шириной базовой линии, которую также можно выразить как W, как показано на рисунке IJ.В соответствии с принципом нормального распределения можно доказать, что соотношение между шириной пика и стандартным отклонением составляет W = 4σ.
П1/2:Ширина пика на половине высоты пика называется FWHM, как показано на расстоянии GH.W1/2=2,355σ, W=1,699W1/2.
W1/2 и W являются производными от σ и используются для расчета площадей пиков в дополнение к измерению эффекта колонки.Измерение FWHM более удобно и наиболее часто используется.
краткое содержание
По кривой оттока хроматографического пика можно достичь следующих целей:
а. Качественный анализ проводился на основе значения удерживания хроматографических пиков.
б, количественный анализ на основе площади или пика хроматографического пика
C. Эффективность разделения колонки оценивали по величине удерживания и ширине хроматографического пика.
Формула расчета, используемая в хроматографии
1. Удерживающая ценность
Значение удерживания — это параметр, используемый для описания степени удержания компонента пробы в колонке и используемый в качестве индикатора хроматографической характеристики.Метод его представления следующий:
Время удерживания tR
Время смертиtM
Отрегулируйте время удерживания tR'=tR-тМ
(Общее время, проведенное в стационарной фазе)
Объем удержания
ВР=tR*F.(независимо от скорости подвижной фазы)
Мертвый объем
VM=tM*Fc
(Пространство, не занятое неподвижной фазой на пути потока от инжектора к детектору)
Отрегулируйте объем удержания VR'=t'R*ФК
2. Относительная ценность удержания
Относительное значение удерживания, также известное как коэффициент разделения, коэффициент распределения или коэффициент относительной емкости, представляет собой отношение скорректированного времени удерживания (объема) испытуемого компонента к скорректированному времени удерживания (объема) стандарта в определенных хроматографических условиях.
Относительные значения удерживания использовались для устранения влияния определенных условий эксплуатации, таких как скорость потока и потери фиксации, на значения удерживания.Стандартом относительного значения удерживания может быть компонент тестируемого образца или соединение, добавленное искусственно.
3. Индекс удержания
Индекс удерживания — это индекс удерживания испытуемого вещества i в фиксированном растворе X. В качестве эталонных веществ выбраны два н-алана, один из которых имеет число атомов углерода N, а другой — N+n.Их скорректированное время удерживания равно t'r (N) и t'r (N+n) соответственно, так что скорректированное время удерживания t'r (i) испытуемого вещества i находится точно между ними, то есть т'р (Н).
Индекс удержания можно рассчитать следующим образом.
4. Коэффициент мощности (k)
В состоянии равновесия отношение массы компонента в неподвижной фазе (s) к подвижной фазе (m), называемое коэффициентом емкости.Формула выглядит следующим образом:
5、Коэффициент распределения (K). В равновесии это отношение концентрации компонента в неподвижной фазе (s) к подвижной фазе (m), называемое коэффициентом распределения.Формула выглядит следующим образом
Связь между K и k:
Он отражает тип колонны и ее узел, важные свойства конструкции.
краткое содержание
Связь между значением удерживания, коэффициентом емкости и коэффициентом распределения:
Хроматографическое разделение основано на разнице в способности к адсорбции или растворению каждого компонента в фиксированной относительной пробе, которая может быть количественно выражена величиной значения коэффициента распределения K (или коэффициента емкости k).
Компоненты с сильной способностью к адсорбции или растворению имеют большой коэффициент распределения (или коэффициент емкости) и длительное время удерживания.И наоборот, компоненты со слабой адсорбцией или растворимостью имеют малый коэффициент распределения и короткое время удерживания.
Основная теория хроматографии
1. Теория лотка
(1) Выдвинуто: термодинамическая теория.
Все началось с модели башенной плиты, предложенной Мартином и Синджем.
Фракционирующая колонна: в тарелке несколько раз устанавливается газожидкостное равновесие, в зависимости от температуры кипения разного разделения.
Столбец: Компоненты балансируются несколькими перегородками между двумя фазами и разделяются в соответствии с разными коэффициентами разделения.
(2) Гипотеза
(1) В колонне много тарелок, и компоненты могут быстро достичь равновесия распределения в пределах интервала тарелки (то есть высоты тарелки).
2. Подвижная фаза поступает в колонку не непрерывно, а пульсирующе, т. е. каждый проход представляет собой объем колонки.
(3) Когда образец добавлялся в каждую тарелку колонки, диффузией образца вдоль оси колонки можно было пренебречь.
(4) Коэффициент разделения одинаков на всех лотках, независимо от количества компонентов.То есть коэффициент распределения постоянный на каждом табане.
(3) Принцип
Принципиальная схема теории лотков
Если в лоток №0 добавляется компонент единичной массы, а именно m=1 (например, 1мг или 1мкг), и после достижения равновесия распределения, поскольку k=1, а именно ns=nm, nm=ns=0,5.
Когда объем тарелки (lΔV) газа-носителя поступает в тарелку 0 в виде пульсации, газ-носитель, содержащий нм-компонент в газовой фазе, выталкивается к тарелке 1. В это время нс-компонент в жидкой фазе тарелки 0 и нм-компонента в газовой фазе пластины 1 будет перераспределяться между двумя фазами.Следовательно, общее количество компонентов, содержащихся в пластине 0, составляет 0,5, в котором газовая и жидкая фазы составляют каждая по 0,25, а общее количество, содержащееся в пластине 1, также составляет 0,5.Газовая и жидкая фазы также составляли 0,25.
Этот процесс повторяется каждый раз, когда в колонку пульсирует новый объем тарелочного газа-носителя (см. таблицу ниже).
(4) Уравнение хроматографической кривой оттока
σ — стандартное отклонение, — время удерживания, C — концентрация в любой момент времени,
С – концентрация впрыска, то есть общее количество компонентов (площадь пика А).
(5) параметры эффективности колонки
При постоянном tR, чем меньше W или w 1/2 (т.е. чем уже пик), тем больше число теоретических тарелок n, тем меньше теоретическая высота тарелок и тем выше эффективность разделения колонны.То же самое относится и к эффективной теории лотка neff.Таким образом, теоретическое количество тарелок является показателем оценки эффективности колонн.
(5)Характеристики и недостатки
> Преимущества
Теория лотка является полуэмпирической и объясняет форму кривой оттока.
Проиллюстрированы процессы разделения и разделения компонентов.
Предложен индекс для оценки эффективности колонки.
> Ограничения
Компоненты не могут действительно достичь равновесия распределения в двух фазах:
Продольную диффузию компонентов в колонне нельзя игнорировать:
Влияние различных кинетических факторов на процесс массообмена не рассматривалось.
Взаимосвязь между эффектом колонки и скоростью потока подвижной фазы объяснить невозможно:
Неясно, какие основные факторы влияют на эффект колонны.
Эти проблемы удовлетворительно решаются в теории ставок.
2. Теория ставок
В 1956 году голландский ученый ВанДемтер и др.впитал концепцию теории тарелок и объединил кинетические факторы, влияющие на высоту тарелки, выдвинул кинетическую теорию хроматографического процесса - теорию скорости и вывел уравнение ВанДеемтера.Он рассматривает хроматографический процесс как динамический неравновесный процесс и изучает влияние кинетических факторов на уширение пика (т. е. эффект колонки).
Позже Гиддингс и Снайдер и др.предложил уравнение скорости жидкостной хроматографии (а именно уравнение Гиддингса), основанное на уравнении ВанДемтера (позже названное уравнением скорости газовой хроматографии) и в соответствии с разницей свойств жидкости и газа.
(1) Уравнение Ван Деемтера
Где: H: высота доски.
A: коэффициент вихревой диффузии
B: коэффициент молекулярной диффузии
C: коэффициент сопротивления массообмену.
(2) Уравнение Гиддингса
Количественный и качественный анализ
(1) Качественный анализ
Качественный хроматографический анализ заключается в определении соединений, представленных каждым хроматографическим пиком.Поскольку различные вещества имеют определенные значения удерживания при определенных хроматографических условиях, значение удерживания можно использовать как качественный показатель.Различные хроматографические качественные методы в настоящее время основаны на значениях удерживания.
Однако разные вещества могут иметь схожие или идентичные значения удерживания в одних и тех же хроматографических условиях, то есть значения удерживания не являются исключительными.Таким образом, трудно охарактеризовать совершенно неизвестный образец, основываясь только на значениях удерживания.Если на основе понимания источника, природы и назначения образца можно сделать предварительное суждение о составе образца, то для определения соединения, представленного хроматографическим пиком, можно использовать следующие методы.
1. Качественный контроль с использованием чистых веществ.
В определенных хроматографических условиях неизвестное имеет только определенное время удерживания.Следовательно, неизвестное можно качественно идентифицировать, сравнивая время удерживания известного чистого вещества в тех же хроматографических условиях со временем удерживания неизвестного вещества.Если они одинаковы, неизвестное вещество может быть известным чистым веществом;В противном случае неизвестное не является чистой субстанцией.
Метод контроля чистого вещества применим только к неизвестному веществу, состав которого известен, состав которого относительно прост и чистое вещество которого известно.
2. Метод относительной удерживаемой стоимости
Относительное значение удерживания α относится к корректировке между компонентом i и эталонными материалами. Соотношение значений удерживания:
Она меняется только при изменении температуры фиксатора и колонки и не имеет никакого отношения к другим условиям эксплуатации.
При определенной температуре стационарной фазы и колонки скорректированные значения удерживания компонента i и эталонного вещества s измеряются соответственно, а затем рассчитываются по приведенной выше формуле.Полученные значения относительного удерживания можно качественно сравнить с соответствующими значениями в литературе.
3, добавление известных веществ для увеличения метода высоты пика
Когда в неизвестном образце много компонентов, полученные хроматографические пики слишком плотны, чтобы их можно было легко идентифицировать вышеуказанным методом, или когда неизвестный образец используется только для анализа указанного объекта.
«Сначала делается хроматограмма неизвестного образца, а затем получается еще одна хроматограмма путем добавления известного вещества к неизвестному образцу».Для таких веществ могут быть известны компоненты с увеличенной высотой пика.
4. Сохранение качественного метода расчета индекса.
Индекс удерживания отражает характер удерживания веществ на фиксаторах и в настоящее время является наиболее широко используемым и международно признанным качественным индексом в GC.Он имеет такие преимущества, как хорошая воспроизводимость, единый стандарт и небольшой температурный коэффициент.
Индекс удерживания связан только со свойствами неподвижной фазы и температурой колонки, но не с другими условиями эксперимента.Его точность и воспроизводимость превосходны.Пока температура колонки такая же, как и у неподвижной фазы, для идентификации можно использовать литературные значения, и нет необходимости использовать чистый материал для сравнения.
(2)Количественный анализ
Основа для хроматографического количественного определения:
Задача количественного анализа – найти сотню компонентов в смешанной пробе.
Дробное содержание.Хроматографическое количественное определение было основано на следующем: если условия эксплуатации были постоянными,
Масса (или концентрация) измеряемого компонента определяется ответным сигналом, выдаваемым детектором.
Это пропорционально.А именно:
Основа для хроматографического количественного определения:
Задача количественного анализа – найти сотню компонентов в смешанной пробе.
Дробное содержание.Хроматографическое количественное определение было основано на следующем: если условия эксплуатации были постоянными,
Масса (или концентрация) измеряемого компонента определяется ответным сигналом, выдаваемым детектором.
Это пропорционально.А именно:
1. Метод измерения площади пика
Площадь пика — это основные количественные данные, предоставляемые хроматограммами, и точность измерения площади пика напрямую влияет на количественные результаты.Для хроматографических пиков различной формы использовались разные методы измерения.
Точное значение зимы в количественном анализе найти сложно:
С одной стороны, из-за сложности точного измерения абсолютного объема впрыска: с другой стороны
Площадь пика зависит от хроматографических условий, поэтому хроматографическую полоску следует сохранять при измерении значения.
Сделать то же самое невозможно и не удобно.И даже если ты сможешь сделать это правильно
Точное значение еще и потому, что нет единого стандарта и его нельзя применять напрямую.
2.Количественный поправочный коэффициент
Определение количественного поправочного коэффициента: количество компонентов, поступающих в детектор (м)
Отношение площади его хроматографического пика (А) или высоты пика () представляет собой константу пропорциональности (,
Константа пропорциональности называется абсолютным поправочным коэффициентом компонента.
Точное значение зимы в количественном анализе найти сложно:
С одной стороны, из-за сложности точного измерения абсолютного объема впрыска: с другой стороны
Площадь пика зависит от хроматографических условий, поэтому хроматографическую полоску следует сохранять при измерении значения.
Сделать то же самое невозможно и не удобно.И даже если ты сможешь сделать это правильно
Точное значение еще и потому, что нет единого стандарта и его нельзя применять напрямую.
То есть относительный поправочный коэффициент компонента — это компонент и эталонный материал s.
Соотношение абсолютных поправочных коэффициентов.
Видно, что относительный поправочный коэффициент – это соотношение качества компонента со стандартом.
Когда вещества s равны, площадь пика эталонного материала равна площади пика компонента.
Несколько.Если какой-либо компонент имеет массу m и площадь пика A, то число f'A
Значения равны площади пика эталонного материала массой.Другими словами,
С помощью относительного поправочного коэффициента можно разделить площади пиков каждого компонента.
Пересчитывают площадь пика эталонного материала, равную его массе, тогда соотношение
Стандарт единый.Итак, это нормализованный метод определения процентного содержания каждого компонента.
Основа количества.
Метод получения относительного поправочного коэффициента: значения относительных поправочных коэффициентов сравнивались только с
Измерение зависит от стандарта и типа детектора, а не от рабочей полосы.
Это не имеет значения.Таким образом, значения можно получить из ссылок в литературе.Если текст
Если вы не можете найти в предложении нужную стоимость, вы также можете определить ее самостоятельно.Метод определения
Метод: определенное количество измеряемого вещества, десять выбранных эталонных материалов → доведены до определенной концентрации.
Измеряли площади хроматографических пиков A и As двух компонентов.
Это формула.
3. Количественный метод расчета.
(1) Метод нормализации площади
Для количественного определения сумму содержания всех безпиковых фракций рассчитывали за 100%.
Этот метод называется нормализацией.Формула его расчета выглядит следующим образом:
Где Р,% – процентное содержание испытуемых компонентов;A1, A2... An — компонент 1. Площадь пика 1~n;f'1, f'2... f'n — относительный поправочный коэффициент для компонентов от 1 до n.
(2) метод внешнего стандарта
Метод количественного сравнения ответного сигнала испытуемого компонента в образце и чистого испытуемого компонента в качестве контроля.
(3) Метод внутреннего стандарта
Так называемый метод внутреннего стандарта — это метод, при котором определенное количество чистого вещества добавляется к стандартному раствору испытуемого вещества и раствору образца в качестве внутреннего стандарта, а затем анализируется и определяется.
(3) стандартный метод добавления
Стандартный метод добавления, также известный как метод внутреннего добавления, заключается в добавлении определенного количества (△C)
Эталон тестируемого вещества добавляли к тестируемому раствору образца, а тест добавляли к анализу.
Пик раствора образца после введения вещества был выше, чем у исходного раствора образца.
Приращение площади (△A) использовалось для расчета концентрации вещества в растворе образца.
Содержание (Cx)
Где Ax — площадь пика измеряемого вещества в исходном образце.
Время публикации: 27 марта 2023 г.