最新08级仪器分析教案下资料.docx

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最新08级仪器分析教案下资料

江苏省常州技师学院教案首页

系（部）

医药

授课教师

狄敬旭

授课地点

教室

授课类型

讲授课

授课时数

2

授课时间

90分钟

授课日期

2011.9.5/6/2/5/2

授课班级

08药剂

（2）（3）（4）（5）（6）

课题（章）

第十一章经典液相色谱法

分课题（节）

第一节概述第二节色谱基本理论

教学目标

1、了解色谱法的发展，掌握色谱法的主要特点，种类及应用

2、掌握决定分配系数K大小的因素，容量因子k与K的关系

3、掌握色谱保留值、区域宽度的含义与表示方法，各参数之间的相互关系

教学重点

色谱保留值、区域宽度的含义与表示方法，各参数之间的相互关系

教学难点

容量因子k与死时间、保留时间的关系

教学方法

讲授法、多媒体演示法

教学器材及设备

基本教具、多媒体

复习提问

提问内容

姓名

成绩

在以前的化学类课程中听说过气相色谱、液相色谱吗？

板书设计或教学提纲

第一节色谱分析法概述

一、色谱法概述

二、色谱法分类

三、特点

四、应用

备注

第二节色谱基本理论

一、色谱流出曲线

二、色谱基本术语

1.基线

2.保留值

3.相对保留值r21

4.区域宽度

5.分配系数K

6.容量因子

作业布置

补充题；抄写背诵色谱基本术语。

课后小结

审核人日期

【复习提问】

在以前的化学类课程中听说过气相色谱、液相色谱吗？

【新课引入】

实际上我们初中学习生物时应该接触过了，还记得我们生物中学习有机化合物关于叶绿素得到章节吗，我们知道叶绿素会扩散，其实就是色谱原理。

【新课讲授】

第一节色谱分析法概述

【讲述】

一、色谱法概述

（一）、色谱法的由来

1．1906年由俄国植物学家茨维特创立

2．英国学者马丁由于对色谱法作出重要贡献而获得1951年诺贝尔奖。

（二）、色谱法定义、实质、目的和对象

Ø定义：

利用物质的物理化学性质建立的分离、分析方法

Ø实质：

分离

Ø目的：

定性分析或定量分析

Ø对象：

复杂有机混合物试样

（三）、色谱法的基础

两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础

二、色谱法分类

1、色谱分离基本原理:

在色谱法中存在两相，一相是固定不动的，我们把它叫做固定相；另一相则不断流过固定相，我们把它叫做流动相。

【板书】使用外力使含有样品的流动相（气体、液体）通过一固定于柱中或平板上、流动相互不相溶的固体表面。

当流动相中携带的混合物流经固定相时，混合物中的各组份与固定相发生相互作用。

【讲述】由于混合物中各组份在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组份被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中先后流出。

与适当的柱后检测方法结合，事先混合物中各组份的分离与检测。

2、色谱法分类

【讲述】色谱法中，流动相可以是气体，也可以是液体，由此可分为气相色谱法（GC）、液相色谱法（LC）和超临界色谱法（SEF）。

固定相即可以是固体，也可以是涂在固体上的液体，因此又可将气相色谱法和液相色谱法分为气－液色谱、气－固色谱、液－固色谱、液－液色谱。

分类情况如下;

【板书】

气相色谱法：

气体为流动相，气体或低沸点有机化合物为主要分析对象；

液相色谱法：

液体为流动相。

以高沸点有机化合物为主要分析对象；

离子色谱法：

液体为流动相，液相色谱法的特殊分离方式。

以无机离子为主要分析对象；

超临界色谱：

流动相处于超临界状态

薄板层析：

液体通过毛细作用运动

毛细管高效电泳：

以电场为推动力。

对蛋白质等生化试样有很高的分离效率。

三、特点

【讲述】对有机混合物的快速分析分离是其他分析方法所无法比拟的显著特点。

高效：

可同时分离分析含有几十种到上百种组分的混合物；

快速：

可在数分钟内完成一个试样的分析；

灵敏：

可检测出10-6～10-12g/L的物质量；

四、应用

色谱法的发展对有机化学的发展起到了巨大的推动作用，如对天然有机化合物的分离、分析、结构测定；

【举例】大气、水中有机污染物的测定；

农产品、食品中农药残留量的测定；

产品质量检测；

遗传密码的破译；

兴奋剂检测；

天然物质中抗癌活性组分的分离分析；

宇宙空间有机物质寻找。

【课堂作业】：

1、色谱法主要有哪几种？

适用于哪种类型物质的分析？

2、色谱分析的最主要特点是　　　　

Ａ、可确定化合物结构　　Ｂ、适用于混合物分离分析

Ｃ、适用于高分子化合物分析　Ｄ、适用于生物试样分析

３、对色谱发展做出巨大贡献，获得诺贝尔奖的是：

Ａ、茨维特　　Ｂ、马丁　　Ｃ、范.弟姆特　Ｄ、海洛夫斯基

第二节色谱基本理论

一、色谱流出曲线：

从流动相带着组分进入色谱柱起就用检测器检测流出柱后的流动相，并用记录器记录信号随时间变化的曲线，此曲线就叫色谱流出曲线，当待测组分流出色谱柱时，检测器就可检测到其组分的浓度，在流出曲线上表现为峰状，叫色谱峰。

如图所示为一色谱流出曲线

二、色谱基本术语

【板书】

1.基线：

无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。

即反映检测器系统噪声随时间变化的线。

2.保留值

（1）时间表示的保留值

保留时间（tR）：

组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间。

死时间（tM）：

不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间。

调整保留时间（tR＇）：

tR＇=tR－tM

（2）用体积表示的保留值

保留体积（VR）：

VR=tR×F0

（F0为色谱柱出口处的载气流量，单位：

mL/min。

）

死体积（VM）：

VM=tM×F0

调整保留体积（VR＇）：

VR＇=VR－VM

3.相对保留值r21

组分2与组分1调整保留值之比：

r21=tR2＇/tR1＇=VR2＇/VR1＇

相对保留值r21只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。

4.区域宽度

1、用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法：

（1）标准偏差（σ）：

即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。

（2）半峰宽（Y1/2）：

色谱峰高一半处的宽度Y1/2=2.354σ

（3）峰底宽（Y）：

Wb=4σ

2、根据流出曲线可以有下列应用：

（1）、根据色谱峰的位置（保留值）可以用于定性分析。

（2）、根据色谱峰的面积和峰高可以用于定量分析。

（3）、根据色谱峰的位置和峰宽可以用于衡量色谱柱的分离效果。

（4）、色谱峰数=样品中单组份的最少个数；

5.分配系数K

（1）、分配过程：

组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。

（2）分配系数：

在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度。

用K表示：

K=组分在固定相中的浓度/组分在流动相中的浓度=CS/CM

（3）作用：

分配系数是决定试样能否分离的参数

（4）影响分配系数的因素：

其大小取决于试样性质、固定相性质与温度。

（5）讨论：

 ①、一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；

 ②、试样一定时，K主要取决于固定相性质；

 ③、每个组份在各种固定相上的分配系数K不同；

 ④、选择适宜的固定相可改善分离效果；

 ⑤、试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础（色谱分析的分离原理）

 ⑥、某组分的K=0时，即不被固定相保留，最先流出。

6.容量因子

（1）容量因子是指在一定温度、压力下，组分在两相间达到分配平衡时的质量比用k表示，k=ms/mM

（2）容量因子k与分配系数K的关系为：

【注意】式中Vm为色谱柱中流动相体积。

Vs为色谱柱中固定相颗粒间的空隙体积；Vm与Vs之比β称为相比。

（3）讨论：

①分配系数是组分在两相中的浓度比，容量因子（分配比）则是组分在两相中分配的总质量比。

②分配系数与容量因子是与组分和固定相的热力学性质有关的参数，并随柱温、柱压的变化而改变。

③分配系数只决定于组分和两相性质，与两相体积无关。

容量因子（分配比）不仅决定于组分和两相性质，还取决于两相体积比值的大小。

④对于一确定的色谱分配体系，即色谱柱确定，组分的分离最终决定于组分在两相中的分配质量比，而不是相对浓度比，容量因子越大，保留时间越长，容量因子等于零时，表明该组分的保留时间为死时间，即该组分不被固定相保留。

⑤若流动相（载气）在色谱柱内的线速度为u，即一定时间里载气在色谱柱中移动的距离（cm/s），若色谱柱对组分有保留，则组分的us一定小于u，两者之比定义为滞留因子（retardationfactor），用Rs表示：

RS=uS/u

【注意】滞留因子Rs表示也可用质量分数表示，Rs=ω=Mm/（MS+Mm）=1/1+k；组分通过的色谱柱长度为L，tR=L/uStM=L/u。

【结论】tR/tM=Rs=1/1+k

【课堂练习】

请回答下面问题：

1.色谱分析的最主要特点是______。

A.可确定化合物结构B.适用于混合物分离分析

C.适用于高分子化合物分析D.适用于生物试样分析

2.有关色谱分配系数K描述正确的是：

A.K越大，出峰时间越短B.K越大，出峰时间越长

C.K是两种化合物在固定相中浓度比值D.K随载气流速变化

3.什么情况下两个组分不能被色谱分离。

A.沸点相同B.同分异构体C.分配系数相同D.极性相同

正确答案：

1.适用于混合物分离分析2.K越大，出峰时间越长3.分配系数相同

【课堂小结】

同学们应主要掌握色谱的基本术语及其他们之间的关系。

【作业布置】

补充题；抄写背诵色谱基本术语。

教师

活动

介绍

Ppt播放

讲解

概述

讲解

机理模型展示

回顾

提问

简要介绍

引导回忆

给出定义

讲解

对照图线

讲解

推导

解释

提示讲解

推导

讨论

引导

推导

备注

分析

小结

学生

活动

听取

记录

理解

掌握

记录

回答

回忆讨论

掌握

观察

记录

记录

理解

在图线中查找

分析

思考

分析理解

记录

回顾

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系（部）

医药

授课教师

狄敬旭

授课地点

教室

授课类型

讲授课

授课时数

2

授课时间

90分钟

授课日期

2011.9.7/8/7/8/6

授课班级

08药剂

（2）（3）（4）（5）（6）

课题（章）

第十一章经典液相色谱法

分课题（节）

第二节色谱基本理论

教学目标

1、掌握色谱分离度的含义与完全分离的标志。

2、掌握塔板理论的基本概念、计算式。

理论塔板数与有效塔板数的区别

3、掌握速率理论中提出的速率方程。

教学重点

有效塔板数的计算

教学难点

色谱分离度和有效塔板数的关系，即结合后的计算。

教学方法

讲授法、多媒体演示法

教学器材及设备

基本教具、多媒体

复习提问

提问内容

姓名

成绩

基线、保留值等色谱术语？

板书设计或教学提纲

三、色谱基本理论

（一）塔板理论

（二）速率理论

速率方程H=A+B/u+c·u

四、分离度

【举例】：

作业布置

补充题；应用相关公式求塔板数和柱长；204页习题2.

课后小结

审核人日期

【复习提问】

在以前的化学类课程中听说过气相色谱、液相色谱吗？

【新课引入】

上次课我们重点学习了色谱的基本术语，这次课我们来学习色谱的重要理论，需要大家集中注意力分析公式推导过程。

【新课讲授】

三、色谱基本理论

【板书】

（一）塔板理论

1、色谱柱与蒸馏塔具有相同的分离功能，将色谱柱比拟成蒸馏塔，色谱柱长相当于塔高。

若色谱柱长：

L，虚拟的塔板间距离：

H，色谱柱的理论塔板数为n，则三者的关系为：

　　n=L/H

2、理论塔板数与色谱参数之间的关系为：

3、讨论：

（1）单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。

（2）用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。

（3）组分在tM时间内不参与柱内分配。

故需要引入有效塔板数和有效塔板高度。

4、有效塔板数和有效塔板高度：

【讲述】5、塔板理论的讨论：

（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。

（4）、塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。

（二）速率理论

【讲述】速率理论是荷兰学者范·弟姆特于1956年提出的,表述了影响柱效的因素及提高柱效的多种途径，其核心是速率方程（也称范·弟姆特方程式）。

【板书】速率方程H=A+B/u+c·u

【注意】H：

理论塔板高度；u：

载气的线速度（cm/s）

1.A─涡流扩散项

A=2λdpdp：

固定相的平均颗粒直径；λ：

固定相的填充不均匀因子。

讨论：

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。

2.B/u—分子扩散项

B=2νDgν：

弯曲因子，填充柱色谱，ν<1。

Dg：

试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1）

讨论：

（1）存在着浓度差，产生纵向扩散，扩散导致色谱峰变宽，H↑（n↓），分离变差。

（2）分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑。

（3）扩散系数Dg∝（M载气）-1/2；M载气↑，B值↓。

3.c·u──传质阻力项

传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即：

c=（Cg+CL）

讨论：

（1）降低液膜厚度可以减小传质阻力；

（2）增加温度有利于质传递，减小传质阻力。

4、载气流速与柱效——最佳流速

（1）载气流速低时：

分子扩散项成为影响柱效的主要因素，随着流速的增加，柱效提高。

曲线前部分。

（2）载气流速高时：

传质阻力项是影响柱效的主要因素，随着流速的提高，柱效下降。

曲线后部分。

（3）H-u曲线与最佳流速：

由于流速对范·弟姆特方程式中后两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得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。

5、速率理论的讨论

（1）被分离组分分子在色谱柱内运行的多路径、浓度梯度所造成的分子扩散及传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。

（2）通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。

（3）速率理论为色谱分离和操作条件的选择提供了理论指导。

阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。

（4）各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。

四、分离度

【讲述】塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度，即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离，所以引入分离度概念。

【注意】R=1：

分离程度98%；R=1.5：

达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。

【板书】假设相邻两峰的峰底宽近似相等，定义相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值。

【推导】：

由上式，确定了需要的分离度和相对保留值，即可计算所需要的色谱柱长。

【举例】：

在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒和100秒，要达到完全分离，即R=1.5。

计算需要多少块有效塔板。

若填充柱的塔板高度为0.1cm，柱长是多少？

解：

r21=100/85=1.18

n有效=16R2[r21/（r21—1）]2=16×1.52×（1.18/0.18）2

=1547（块）

L有效=n有效·H有效=1547×0.1=155cm

即柱长为1.55米时，两组分可以得到完全分离。

【课堂练习】：

1.分配系数的定义、作用及影响因素？

2.有关色谱分配系数K描述正确的是：

A.K越大，出峰时间越短B.K越大，出峰时间越长

C.K是两种化合物在固定相中浓度比值D.K随载气流速变化

3.什么情况下两个组分不能被色谱分离。

A.沸点相同B.同分异构体C.分配系数相同D.极性相同

4.理论塔板数的计算式为______。

A.5.54（tR/Wb）2B.16（tR/Wb）2C.5.54（tR/Wb）1/2D.16（tR/Wb）1/2

2.速率理论方程为：

A.H=A+B·u+C/uB.H=A+B/u+C·u

C.H=B+A/u+C·uD.H=A/u+B·u+C

3.下列哪项不能增加柱效。

A.降低固定相液膜厚度B.降低固定相的粒度

C.增加固定相液膜厚度D.选择合适载气流速

4.色谱组分的分离度与什么有关：

A.保留时间;B.保留时间差与峰底宽的和C.色谱峰宽；D.理论塔板数

【课堂小结】

同学们应主要掌握完全分离状态下的有效塔板数及有效柱长的计算。

【作业布置】

在2m的某柱上，分析苯与甲苯的混合物。

测得死时间为0.20min，甲苯的保留时间为2.10min及半峰宽为0.285cm,记录纸速度为2cm/min，已知苯比甲苯先流出柱，且苯与甲苯的分离度为1.0，求：

（1）甲苯与苯的分配系数比，

（2）苯的容量因子和保留时间，（3）达到R=1.5，所需要的柱长。

教师

活动

引入

讲解

Ppt播放

讨论讲解

讲解

图片展示

回顾

提问

简要介绍

分析讲解

Ppt播放

讨论

讲解

强调概念

讲解

推导

解释

推导

讲解

小结

分析

学生

活动

记录

听课

记录

理解

掌握

理解

回答

思考

掌握

观察

记录

记录

共同分析

理解

选择公式

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系（部）

医药

授课教师

狄敬旭

授课地点

教室

授课类型

讲授课

授课时数

2

授课时间

90分钟

授课日期

2011.9.14/13/14/15/9

授课班级

08药剂

（2）（3）（4）（5）（6）

课题（章）

第十一章经典液相色谱

分课题（节）

第三节定性与定量分析方法

教学目标

1.掌握色谱峰面积测量方法。

2.掌握色谱常用的三种定量分析方法。

教学重点

常用的三种定量分析方法

教学难点

内标法

教学方法

讲授法

教学器材及设备

基本教具、多媒体

复习提问

提问内容

姓名

成绩

影响热导池检测器灵敏度的因素？

气相色谱五大组成系统？

板书设计或教学提纲

第五节定性与定量分析方法

一、色谱定性鉴定方法

1.用已知纯物质对照定性

2.用经验规律和文献值进行定性分析

二、色谱定量分析方法

（一）峰面积测量

（二）定量校正因子和相对定量校正因子

（三）常用的三种定量分析方法

1.归一化法

2.外标法

3.内标法

作业布置

220页习题5、6。

课后小结

审核人日期

【复习提问】

影响热导池检测器灵敏度的因素？

气相色谱五大组成系统？

【新课引入】

今天我们来学习如何用气相色谱进行定性与定量分析。

【新课讲授】

第三节定性与定量分析方法

一、色谱定性鉴定方法

1.用已知纯物质对照定性

【讲述】这是气相色谱定性分析中最方便、最可靠的方法。

这个方法基于在一定操作条件下，各组分的保留时间是一定值的原理。

如果未知样品较复杂，可采用在未知混合物中加入已知物，通过未知物中哪个峰增大，来确定未知物中成分

2.用经验规律和文献值进行定性分析

【讲述】相对保留值r21：

相对保留值r21仅与柱温和固定液性质有关。

在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。

【板书】这种方法要求找一个基准物质，一般选用苯、正丁烷、环己烷等作为基准物。

所选用的基准物的保留值尽量接近待测样品组分的保留值。

3.与其他方法结合定性

【讲述】气相色谱与质谱、Fourier红外光谱、发射光谱等仪器联用是目前解决复杂样品定性分析最有效工具之一

二、色谱定量分析方法

（一）峰面积测量

1.峰高（h）乘半峰宽（Y1/2）法

【讲述】近似将色谱峰当作等腰三角形。

此法算出的面积是实际峰面积的0.94倍：

实际上锋面积应为：

【板书】对称型峰：

A=1.065h·Y1/2

2.峰高乘平均峰宽法

【讲述】峰形不对称时，可在峰高0.15和0.85处分别测定峰宽，由下式计算峰面积：

【板书】峰形不对称：

A=h·（Y0.15+Y0.85）/2

　3.峰高乘保留时间法

【讲述】在一定操作条件下，同系物的半峰宽与保留时间成正比，对于难于测量半峰宽的窄峰、重叠峰（未完全重叠），尤其狭窄峰可用此法测定峰面积：

　　　　　A=h·tR

　4.自动积分和微机处理法

计算机或数据处理机自动给出色谱峰面积，新型仪器多配置色谱数据工作站软件，可对色谱图进行各种处理和定量计算。

（二）定量校正因子和相对定量校正因子

试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即：

　　　　　mi=f’iAi

比例系数fi称为绝对校正因子，单位面积对应的物质量：

　　　　　f’i=mi/Ai

定量校正因子与检测器响应值Si成倒数关系：

　　　　　f’i=1/Si

【讲述】由于物质量mi不易准确测量，要准确测定定量校正因子fi′不易达到。

在实际工作中，以相对定量校正因子fi代替定量校正因子fi′。

【板书】相对定量校正因子fi定义为：

样品中各组分的定量校正因子与标准物的定量校正因子之比：

【讲述】式中m和A分别代表质量和面积，下标i和s分别代表待测组分和标准物。

一般来说，热导池检测器标准物用苯，火焰离子检测器用正庚烷。

fi（m）表示相对质量校正因子，由于进入检测器的物质量也可以用摩尔或体积表示，因此也可用相对摩尔校正因子fi（M）和相对体积校正