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氣相色譜儀基本概念及相關(guān)術(shù)語

氣相色譜儀基本概念及相關(guān)術(shù)語

日期:2023-3-25

在現(xiàn)代氣相色譜儀中,色譜柱箱、檢測室和汽化室都有獨立的恒溫控制裝置,各加熱區(qū)之間都用隔熱材料相對隔開,使各加熱區(qū)之間的熱傳遞減至蕞小。通常采用可控制硅溫度控制器,其性能可靠,控溫連續(xù),精度高,數(shù)字顯示,操作簡便。

1.色譜圖和峰參數(shù)

色譜圖(chromatogram)——樣品流經(jīng)色譜柱和檢測器,所得到的信號-時間曲線,又稱色譜流出曲線(elution profile)。

基線(base line)——經(jīng)流動相沖洗,柱與流動相達到平衡后,檢測器測出一段時間的流出曲線。一般應(yīng)平行于時間軸。

噪音(noise)——基線信號的波動。通常因電源接觸不良或瞬時過載、檢測器不穩(wěn)定、流動相含有氣泡或色譜柱被污染所致。

漂移(drift)——基線隨時間的緩緩變化。主要由于操作條件如電壓、溫度、流動相及流量的不穩(wěn)定所引起,柱內(nèi)的污染物或固定相不斷被洗脫下來也會產(chǎn)生漂移。

色譜峰(peak)——組分流經(jīng)檢測器時響應(yīng)的連續(xù)信號產(chǎn)生的曲線。流出曲線上的突起部分。正常色譜峰近似于對稱形正態(tài)分布曲線(高斯Gauss曲線)。不對稱色譜峰有兩種:前延峰(leading peak)和拖尾峰(tailing peak)。前者少見。

拖尾因子(tailing factor,T)——T=,用以衡量色譜峰的對稱性。也稱為對稱因子(symmetry factor)或不對稱因子(asymmetry factor)?!吨袊幍洹芬?guī)定T應(yīng)為0.95~1.05。T<0.95為前延峰,T>1.05為拖尾峰。

峰底—基線上峰的起點至終點的距離。

峰高(peak height,h)—峰的蕞高點至峰底的距離。

峰寬(peak width,W)—峰兩側(cè)拐點處所作兩條切線與基線的兩個交點間的距離。W=4σ

半峰寬(peak width at half-height,Wh/2)—峰高一半處的峰寬。Wh/2=2.355σ

標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviation,σ)—正態(tài)分布曲線x=±1時(拐點)的峰寬之半。正常峰的拐點在峰高的0.607倍處。標(biāo)準(zhǔn)偏差的大小說明組分在流出色譜柱過程中的分散程度。σ小,分散程度小、極點濃度高、峰形瘦、柱效高;反之,σ大,峰形胖、柱效低。

峰面積(peak area,A)—峰與峰底所包圍的面積。A=×σ×h=2.507σh=1.064 Wh/2h

2.定性參數(shù)(保留值)

死時間(dead time,t0)——不保留組分的保留時間。即流動相(溶劑)通過色譜柱的時間。在反相HPLC中可用苯磺酸鈉來測定死時間。

死體積(dead volume,V0)——由進樣器進樣口到檢測器流動池未被固定相所占據(jù)的空間。它包括4部分:進樣器至色譜柱管路體積、柱內(nèi)固定相顆粒間隙(被流動相占據(jù),Vm)、柱出口管路體積、檢測器流動池體積。其中只有Vm參與色譜平衡過程,其它3部分只起峰擴展作用。為防止峰擴展,這3部分體積應(yīng)盡量減小。V0=F×t0(F為流速)

保留時間(retention time,tR)——從進樣開始到某個組分在柱后出現(xiàn)濃度極大值的時間。

保留體積(retention volume,VR)——從進樣開始到某組分在柱后出現(xiàn)濃度極大值時流出溶劑的體積。又稱洗脫體積。VR=F×tR

調(diào)整保留時間(adjusted retention結(jié)構(gòu)time,t’R)——扣除死時間后的保留時間。也稱折合保留時間(reduced retention time)。在實驗條件(溫度、固定相等)一定時,t’R只決定于組分的性質(zhì),因此,t’R(或tR)可用于定性。t’R=tR-t0

調(diào)整保留體積(adjusted retention volume,V’R)——扣除死體積后的保留體積。V’R=VR-V0或V’R=F×t’R

3.柱效參數(shù)

理論塔板數(shù)(theoretical plate number,N)——用于定量表示色譜柱的分離效率(簡稱柱效)。

N取決于固定相的種類、性質(zhì)(粒度、粒徑分布等)、填充狀況、柱長、流動相的種類和流速及測定柱效所用物質(zhì)的性質(zhì)。如果峰形對稱并符合正態(tài)分布,N可近似表示為:N=()2=16()2=5.54()2

N為常量時,W隨tR成正比例變化。在一張多組分色譜圖上,如果各組分含量相當(dāng),則后洗脫的峰比前面的峰要逐漸加寬,峰高則逐漸降低。

用半峰寬計算理論塔數(shù)比用峰寬計算更為方便和常用,因為半峰寬更易準(zhǔn)確測定,尤其是對稍有拖尾的峰。

N與柱長成正比,柱越長,N越大。用N表示柱效時應(yīng)注明柱長,如果未注明,則表示柱長為1米時的理論塔板數(shù)。(一般HPLC柱的N在1000以上。)

若用調(diào)整保留時間(t’R)計算理論塔板數(shù),所得值稱為有效理論塔板數(shù)(N有效或Neff)。

理論塔板高度(theoretical plate height,H)——每單位柱長的方差。H=。實際應(yīng)用時往往用柱長L和理論塔板數(shù)計算:H=,H有效=。

4.相平衡參數(shù)

分配系數(shù)(distribution coefficient,K)——在一定溫度下,化合物在兩相間達到分配平衡時,在固定相與流動相中的濃度之比。K=。

分配系數(shù)與組分、流動相和固定相的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān),也與溫度、壓力有關(guān)。在不同的色譜分離機制中,K有不同的概念:吸附色譜法為吸附系數(shù),離子交換色譜法為選擇性系數(shù)(或稱交換系數(shù)),凝膠色譜法為滲透參數(shù)。但一般情況可用分配系數(shù)來表示。

在條件(流動相、固定相、溫度和壓力等)一定,樣品濃度很低時(Cs、Cm很小)時,K只取決于組分的性質(zhì),而與濃度無關(guān)。這只是理想狀態(tài)下的色譜條件,在這種條件下,得到的色譜峰為正常峰;在許多情況下,隨著濃度的增大,K減小,這時色譜峰為拖尾峰;而有時隨著溶質(zhì)濃度增大,K也增大,這時色譜峰為前延峰。因此,只有盡可能減少進樣量,使組分在柱內(nèi)濃度降低,K恒定時,才能獲得正常峰。

在同一色譜條件下,樣品中K值大的組分在固定相中滯留時間長,后流出色譜柱;K值小的組分則滯留時間短,先流出色譜柱?;旌衔镏懈鹘M分的分配系數(shù)相差越大,越容易分離,因此混合物中各組分的分配系數(shù)不同是色譜分離的前提。

在HPLC中,固定相確定后,K主要受流動相的性質(zhì)影響。實踐中主要靠調(diào)整流動相的組成配比及pH值,以獲得組分間的分配系數(shù)差異及適宜的保留時間,達到分離的目的。

容量因子(capacity factor,k)——化合物在兩相間達到分配平衡時,在固定相與流動相中的量之比。k=。因此容量因子也稱質(zhì)量分配系數(shù)。

分配系數(shù)、容量因子與保留時間之間有如下關(guān)系:k===K=,t’R=k t0。上式說明容量因子的物理意義:表示一個組分在固定相中停留的時間(t’R)是不保留組分保留時間(t0)的幾倍。k=0時,化合物全部存在于流動相中,在固定相中不保留,t’R=0;k越大,說明固定相對此組分的容量越大,出柱慢,保留時間越長。

容量因子與分配系數(shù)的不同點是:K取決于組分、流動相、固定相的性質(zhì)及溫度,而與體積Vs、Vm無關(guān);k除了與性質(zhì)及溫度有關(guān)外,還與Vs、Vm有關(guān)。由于t’R、t0較Vs、Vm易于測定,所以容量因子比分配系數(shù)應(yīng)用更廣泛。

選擇性因子(selectivity factor,α)——相鄰兩組分的分配系數(shù)或容量因子之比。α==(設(shè)k2>k1)。因k=t’R/t0,則α=,所以α又稱為相對保留時間(《美國藥典》)。

要使兩組分得到分離,必須使α≠1。α與化合物在固定相和流動相中的分配性質(zhì)、柱溫有關(guān),與柱尺寸、流速、填充情況無關(guān)。從本質(zhì)上來說,α的大小表示兩組分在兩相間的平衡分配熱力學(xué)性質(zhì)的差異,即分子間相互作用力的差異。

5.分離參數(shù)

分離度(resolution,R)——相鄰兩峰的保留時間之差與平均峰寬的比值。也叫分辨率,表示相鄰兩峰的分離程度。R=。當(dāng)W1=W2時,R=。當(dāng)R=1時,稱為4σ分離,兩峰基本分離,裸露峰面積為95.4%,內(nèi)側(cè)峰基重疊約2%。R=1.5時,稱為6σ分離,裸露峰面積為99.7%。R≥1.5稱為完全分離。

《中國藥典》規(guī)定R應(yīng)大于1.5。

基本分離方程——分離度與三個色譜基本參數(shù)有如下關(guān)系:R=××

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