仪器分析小论文

1、色谱法的原理和应用姓名：学号：班级：摘 要 色谱法是一种物理别离方法.将这种别离方法与适当的检测手段相结 合,应用于分析化学领域就是色谱分析法.色谱分析法在当代生物、医药、石油 化工、食品等领域有着广泛的应用,同时色谱法和别的分析方法联用技术越来越 得到重视.关键词 色谱法气象色谱 高效液相色 应用未来开展1色谱分析法概述1.1 色谱法1903-1906年,俄国植物学家茨维特在利用吸附原理别离植物叶色素的实 验中,创立了色谱法,这是别离科学技术开展中的重要里程碑.色谱法利用物质在两相中分配系数的微小差异进行别离.当两相做相对移动时,使被测物质在两 相之间进行反复屡次分配,这样原来微小的分配差异

2、产生很大的效果,使各组分别离,以到达别离、分析及测定一些物理化学常数的目的.1.2 色谱法的分类1.2.1 按两相分类 气体为流动相的色谱称为气象色谱,液体为流动相的称 为液相色谱.1.2.2 按固定相的外形分类固定相装在色谱柱中或涂在柱壁上的色谱法称 为柱色谱；固定相呈平板状的色谱法称为平板色谱法.1.2.3 按别离机理分类主要有吸附色谱、分配色谱、离子色谱和体积排阻 色谱等.1.3 色谱法根本概念和术语1.3.1 保存值 保存值是溶质在色谱柱中滞留时间的数值.它取决于组分在 两相间的分配过程,是由色谱别离过程中的热力学因素决定的.1.3.1.1 时间表示的保存值色潸流出曲线(1)死时间 用

3、来表征不被固定相保存的组分从进样到出现峰最大值所要的 时间,如图中O' A',即位流动相流经色谱柱所需要的时间,要t M表示.Lt|M=u(2)保存时间 表征组分从进样到出现峰值最大所需要的时间,即组分经过色谱柱的时间,用t R表示：Ux(3)调整保存时间 是组分在固定相上滞留的时间,及保存时间和死时间 之差,用t' R表小：t R tRt|M1.3.1.2 用体积表示的保存值(1)死体积Vm表征死时间内流经色谱柱的流动相的体积,及等于色谱柱内流动相的体积：VmFc ?tM(2)保存体积%表征保存时间内流经色谱柱的流动相体积：(3)调整保存体积V'r表征调整时间

4、内流经色谱柱的流动相的体积,即保Vr Fc?tR留体积与死体积之差：V' R' V?-Vl1.3.1.3 相对保存值m,在一定色谱条件下,某一组分i的调整保存值与标 准物s的调整保存值之比,称为组分i对s的相对保存值ri,.ri,st,R(i)t,R(s)1.3.2 分配系数和容量因子1.3.2.1 分配系数K又称平衡常数,是指在一定温度和压力下,组分在两相 间到达分配平衡时,组分在固定相中的浓度Cs与流动相中的浓度Cm之比,即1.3.2.2 容量因子k'表征在一定温度和压力下,组分在两相间到达分配平K2Cm衡时,组分在固定相中的质量 m和在流动相中的质量mm之比.1.

5、3.2.3 分配系数K和容量因子k'的关系k'CsVsCmVm井冈山大学化学化工学院期末课程论文K k'?1.3.2.4 分配系数K及容量因子k;的关系k' K ?' Vmk' tR tM tM1.4 色谱法根本理论色谱法是别离、分析方法塔板理论和速率理论,均以色谱过程中分配系数包 定为前提,故称线性色谱理论.1.4.1 塔板理论塔板理论把色谱柱比作精僧塔,即色谱柱是由一系列连续的,相等的水平塔 板组成.在每一个塔板上组分可以再两相间迅速到达分配平衡, 这段柱长称为理 论塔板高度,用H表示.只要分配系数有差异,经过屡次分配各组分将得到别离.LnH

6、色谱柱长为L, n为理论塔板数.n越大,塔板数越多,分配次数越多：H越 小,塔板高度越小：L越长,组分别离越好.16(t'RWb)25.54(')W1扣除t m的有效理论塔板数n有效为效能指标n有效5.54(")W11.4.2 速率理论1.4.2.1 气相色谱速率理论科学家提出速率理论,并沿用塔板理论中板高的概念,并充分考虑影响塔板 高度的一系列动力学因素,指出理论塔板高度H是峰展宽的量度.范第姆特方程 为：B H A Cu BUA为涡流扩散相,U为纵向扩散项,cU为传质阻力相1.4.2.2 液相色谱速率理论方程液相色谱与气相色谱的最大不同在于液体和气体性质相差悬殊.

7、液体不可压缩,这些差异对分子扩散和传质阻力又很大的影响.液相色谱速率理论方程为：AB-一八 一HA - CmU CsmUU1.5 色谱法的应用1.5.1 色谱法与质谱法的联用色谱的定性、定结构水平较差,但能能将复杂混合物别离；质谱的定性水平 强,但对混合物无能为力,因此催生了色谱一质谱的联用的可能, 并开发出联用 技术.1.5.1.1 气相色谱一质谱联用气相色谱一质谱联用仪GCMS主要由三局部组成：色谱局部、质谱局部 和仪器限制盒数据处理系统.气相色谱作为进样系统,充分发挥其高效的别离水平和高的灵敏度,对样品 进行有效别离.同时满足质谱分析对样品单一性的要求,防止了样品受污染,有效限制质谱进样

8、量,减少对质谱仪器的污染,极大的提升了对混合物的别离,定 性,定量分析效率.质谱作为检测器,检测的是离子质量,获得化合物的质谱图, 解决了气相色谱定性的局限性,而且质谱的多种扫描方式和质量分析技术,可以有选择的只检测所需要的目标化合物的特征离子 SIM,选择离子模式,具有专 一的选择性,不仅能排除基质和杂质峰的干扰, 还极大的提升检测灵敏度.联用 的优势还表达在可获得更多的信息, 单独使用气相色谱只获得保存时间、 强度两 维信息,单独使用质谱也只获得质荷比和强度两维信息,而气相色谱-质谱联用可得到质量、保存时间、强度三维信息,提升了解决问题的水平.气相色谱-质谱联用技术的开展促进了分析技术的计

9、算机化, 缩短了各种新方法开发的时间和 样品运行时间,实现了高通量,高效率分析的目标 .1.5.1.2 高效液相色谱一质谱联用LC-MS液相色谱的应用不受沸点和相对分子质量的限制,并能对热稳定性差的试样 进行别离分析,但液相色谱的定性水平差,缺乏灵敏性、选择性和通用性耳朵检 测器.在这种情形下高效液相色谱和质谱的联用技术应运而生.液相色谱与质谱的联用Lc - MS藻高效别离、多组分同时定性和定量为一 体,是分析混合物最为有效的工具之一.液相色谱不受样品挥发性和热稳定性的 限制,适合别离占有机物种类80犯上的沸点高、热稳定性差、摩尔质量大的物 质；而质谱检测器可以检测多种样品,且具有高灵敏度,并

10、且可以获得不同于常 规HPLC佥测器的大量而丰富的结构信息.液相色谱是别离混合物的最正确方法之一,但无法得到化合物的结构信息；质谱能够提供化合物的结构信息,但样品前处理程序繁琐.液质联用技术既将液相 色谱和质谱二者的优势结合在一起, 又弥补了二者单独使用的缺陷,使得热不稳 定和强极性化合物在不需要衍生化的情况下得以直接分析.因其具有别离效能 高、选择性好、检测灵敏度高、分析速度快、适用围广等优点,已广泛应用于石 油化工、环境监测、食品工业、制药工业、生物工程等领域,日益受到人们的关 注2 o1.5.2 色谱法在工业上的应用1.5.2.1 色谱法在食品工业上的应用食品是人类生活中不可缺少的必需品

11、.各种食品具有不同的特性和营养成分 直接关系人体的健康.在食品生产过程中往往需要添加防腐剂、 抗氧化剂、人工 合成色素、甜味剂、保鲜剂等化学物质,它们的含量过高对人体健康不利.此外 食品在生产、包装和运输过程中可会被化学物质污染 ,如发生农药残留、兽药残 留等,危害人体健康.因此食品分析的重要性日益显著.在食品分析中应用较广泛的是高效液相色谱法 HPLC.近几年开展起来的液 相色谱-质谱联用技术HPLC-MS,结合液相色谱对复杂基体化合物的高别离水平 和质谱独特的选择性、灵敏度、相对分子质量及结构信息于一体,因此广泛应用于食品、生物、医药、环境等方面,为食品工业中原材料筛选、生产过程中质量 限

12、制、成品质量检测等提供了有效的分析手段.1.5.2.2 色谱法在药物工业上的应用液相色谱-质谱法LC/MS将应用范围极广的别离方法与灵敏、 专属、能提供 相对分子质量和结构信息的质谱法结合起来,因此已成为一种重要的现代别离分 析技术.虽然与LC相连的单极质谱仪也能够提供相对分子质量的信息,但缺乏之处在于基质对待测组分的干扰难以排除及待测组分的结构信息不能充分利用.液相色谱与串联质谱联用可在一级质谱 M舔件下获得很强的待测组分的准分子离 子峰,几乎不产生碎片离子,并可对准分子离子进行多级裂解,进而获得丰富的化 合物碎片信息,可用来推断化合物结构,确认目标化合物,识别重叠色谱峰以及在 高背景或干扰

13、物存在的情况下对目标化合物定量,因而成为药物代谢过程和产物研究,复杂组分中某一组分的鉴定和定量测定,以及药用植物成分研究中更为强 有力的工具4 o1.5.2.3 色谱法在石油工业上的应用热裂解汽油是乙烯生产装置的副产品,其中C9储分可用来合成石油树脂、生 产环氧树脂经加氢可得到高沸点的汽油、C9芳姓:溶剂和提取C9 C10的芳姓:5. 所以,热裂解汽油C9储分是一种很好的深加工原料.热裂解汽油C9储分具有澳值高、芳姓:含量高和不饱和姓:含量高等特点,加氢 难度较大.用于聚合反响时也要选择适当的反响条件,才能得到预期的目标化合物.为了更好地研究深加工的工艺条件,充分利用C9微分,需要准确测定C9

14、微分 的组分的结构.国内已有热裂解汽油C9储分的分析报道810,国内研究者均采 用气相色谱-质谱GC-MS赎术确定C9微分中各组分的结构,确定出的组分主要 是芳烂和双环戊二烯.但是,对C9微分中重组分的分析不详细,而且有一定偏差. 因此,本实验采用气相色谱-质谱和气相色谱-红外光谱(GC-IR)联用的技术,对热 裂解汽油C9储分中的各组分进行进一步研究,测定出C9微分中52种化合物的结 构,热裂解汽油C9储分以芳烂、芳烯和桥环烯烧为主,为其深加工利用提供重要 依据5.随着色谱仪器的升级换代的飞速开展, 色谱技术也得到了不断的开展.早期 的填充柱色谱系统,正在被毛细管色谱所取代,以细内径毛细管柱

15、和高性能色谱 仪相结合的快速分析系统已得到应用.目前,以多维色谱切换技术为根底,针对石油工业分析需求开发的各种专用色谱分析系统川也得到了很好的应用6 o1.5.2.4 在环境污染分析中的应用高效液相色谱法适用于对环境中存在的高沸点有机污染物的分析,如大气、 水、土壤、和食品存在的多环芳烧、多氯联苯、有机氯农药、含氮除草剂、酚类、 胺类、亚硝胺等7.1.5.2.5 在精细化工分析中的应用在精细生产中使用的具有较高分子量和高沸点的有机物,如高碳数脂肪族或芳香族的醇、醛和酮、醴酸、酉旨等化工原料,以及各种外表活性剂,药物、农 药、染料等工业产品,都可使用高效液相色谱法进行分析70色谱法很众多领域都有

16、广泛的应用,本文仅仅对代表性强的几个方面进行介 绍,不尽之处还望老师海涵.1.6 色谱法未来的开展色谱法是分析化学中应用最广泛开展最迅速的研究领域,新技术新方法层出不穷.1.6.1 新固定相的研究固定相和流动相是色谱法的主角,新固定相的研究不断扩展着色谱法的应用 领域,如手性固定相使色谱法能够别离和测定手性化合物；反相固定相没有死吸附,可以简单地别离和测定血浆等生物药品.1.6.2 检测方法的研究检测方法也是色谱学研究的热点之一, 人们不断更新检测器的灵敏度,使色 谱分析能够更灵敏地进行分析.人们还将其他光谱的技术引入色谱,如进行色谱 质谱连用、色谱一红外光谱连用、色谱一紫外连用等,在别离化合

17、物的同时即 行测定化合物的结构.色谱检测器的开展还伴随着数据处理技术的开展,检测获 得的数据随即进行计算处理,使试验者获得更多信息.1.6.3 专家系统专家系统是色谱学与信息技术结合的产物,由于应用色谱法进行分析要根据 研究内容选择不同的流动相、固定相、预处理方法以及其他条件,因此需要大量 的实践经验,色谱专家系统是模拟色谱专家的思维方式为色谱使用者提供帮助的 程序,专家系统的知识库中存储了大量色谱专家的实践经验,可以为使用者提供 关于色谱柱系统选择、样品处理方式、色谱别离条件选择、定性和定量结果解析 等帮助.1.7.4色谱新方法色谱新方法也是色谱研究热点之一.高效毛细管电泳法是目前研究最多的色 谱新方法,这种方法没有流动相和固定相的区分, 而是依靠外加电场的驱动令带 电离子在毛细管中沿电场方向移动,由于离子的带电状况、质量、形态等的差异 使不同离子相互别离.高效毛细管电泳法没有HPLCT法中存在的传质阻抗、涡流扩散等降低柱效的因素,纵向扩散也由于毛细管壁的双电层的存在而受到抑 制,因而能够到达很高的理论塔板数,有极好的别离效果.参考文献【1】黄超气相色谱-质谱联用仪关键技术的研究 硕士论文 天津大学2021年5月【2】赵开径 液相色谱一质谱联用技术在中药和化装品分析中的应用硕士