03第三章食品安全仪器检测技术ppt课件

1、第三章 食品平安仪器检测技术第三章3.1 气相色谱技术3.2 高效液相色谱技术 3.3 质谱分析技术3.4 原子吸收光谱技术3.5 近红外光谱技术3.6 食品平安无损检测技术概述 色谱法是混合物最有效的分别、分析方法。 俄国植物学家茨维特在1906年运用的安装：色谱原型安装，如右图。 试样混合物的分别过程也就是试样中各组分在称之为色谱分别柱中的两相间不断进展着的分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相；另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体气体或液体，称为流动相。 请指出由图中什么是固定相， 什么是流动相？3.1 气相色谱法3.1.1 概述概述色谱法气相色谱法液相色谱法其他色谱法按分别柱不

2、同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱液固色谱液液色谱按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱薄层色谱、纸色谱、凝胶色谱法、超临界色谱、高效毛细管电泳3.1 气相色谱法3.1.1 概述概述色谱法的特点1.分别效率高 复杂混合物，有机同系物、异构体、手性异构体。2.灵敏度高 可以检测出g.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。3.分析速度快 普通在几分钟或几非常钟内可以完成一个试样的分析。4.运用范围广 气相色谱：沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分别分析。 缺乏之处：被分别组分的定性较为困难。3.1 气相色谱法3.1.1 概述气

3、相色谱：用气体作流动相；液相色谱：用液体作流动相。气相色谱法gas chromatography 简称GC是色谱法的一种。以惰性气体为流动相、以固定液或固体吸附剂作为固定相的色谱法称为气相色谱法GC。气相色谱法由于所用的固定相不同，可以分为两种，以固体吸附剂作为固定相的色谱称为气固色谱，以固定液作为固定相的色谱称为气液色谱。气液色谱的固定相是在化学惰性的固体颗粒外表上，涂一层高沸点有机化合物的液膜或直接将高沸点有机化合物均匀地涂敷在毛细管的内壁，并构成一层均匀的液膜。3.1 气相色谱法3.1.1 概述3.1.2 原理3.1 气相色谱法原理 气相色谱主要利用各组分在流动相气相和固定相之间的分配系

4、数的不同以到达分别的目的，这与色谱过程的热力学性质有关。同时，两组分的分别效能还与其在色谱柱中传质和分散行为即色谱动力学有关。3.1.3 色谱分别条件的选择1、固定相的选择气-固色谱：固定相普通是外表具有一定活性的固体吸附剂。在选择时，可根据样品的性质，参考各种吸附剂特性和运用范围选择适宜的吸附剂。气-液色谱：固定相由担体和固定液组成。固定液是一种高沸点的有机物，普通根据样品的性质，可按照“类似相容的原理选择固定液。2、载气及流速的选择载气选用惰性气体，如H2、H2、He、Ar等。3.1.3 色谱分别条件的选择曲线的最低点，塔板高度H最小，柱效最高，其相应的流速是最正确流速。 从图可知，当u较

5、小时，分子分散项B/u是影响板高的主要要素，此时，宜选择相对分子质量较大的载气N2，Ar，以使组分在载气中有较小的分散系数。当u较大时，传质阻力项Cu起主导作用，宜选择相对分子质量小的载气(H2,He)，使组分有较大的分散系数，减小传质阻力，提高柱效。在实践任务中，为了缩短分析时间，往往载气流速要稍大于最正确流速3.1.3 色谱分别条件的选择3、柱温的选择 柱温是一个重要的操作变数，直接影响分别效能和分析速度。首先要思索到每种固定液都有一定的运用温度。柱温不能高于固定液的最高运用温度，否那么固定液挥发流失。 柱温对组分分别的影响较大，提高拄温使各组分的挥发靠拢，不利于分别，所以，从分别的角度思

6、索，宜采用较低的柱温。但柱温太低，被测组分在两相中的分散速率大为减小，分配不能迅速到达平衡，峰形变宽，柱效下降，并延伸了分折时间。选择的原那么是：在使最难分别的组分能尽能够好的分别的前提下，尽能够采取较低的柱温，但以保管时间适宜，峰形不拖尾为度。详细操作条件的选择应根据不同的实践情况而定。 3.1.3 色谱分别条件的选择4、进样时间和进样量进样速度必需很快，普通用注射器或进样阀进样时，进样时间都在一秒钟以内。假设进样时间过长，试样原始宽度变大，半峰宽必将变宽，甚至使峰变形。 进样量普通是比较少的。液体试样普通进样0.15 L。气体试样0.110 mL。进样量太多，会使几个峰叠在一同，分别不好。

7、但进样量太少，又会使含量少的组分因检测器灵敏度不够而不出峰。最大允许的进样量，应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系的范围内。 3.1.3 色谱分别条件的选择5、气化温度进样后要有足够的气化温度，使液体试样迅速气化后被载气带人柱中。在保证试样不分解的情况下，适当提高气化温度对分别及定量有利，尤其当进样量大时更是如此。普通选择气化温度比往温高3070。 3.1.3 色谱分别条件的选择6、检测温度为了使色谱柱的流出物不在检测器中冷凝而污染检测器，检测温度需高于柱温。普通可高于柱温3050，或等于汽化室温度。3.1.3 色谱分别条件的选择7、柱长和内径由于柱长与分别度的平方成正比，所以添加柱长可以使

8、分别度提高。但添加柱长会使各组分的保管时间添加，延伸分析时间。因此在满足一定分别度的条件下，应尽量运用较短的柱子。添加色谱柱的内径，可以添加分别的样品量，但由于纵向分散途径的添加，会使柱效降低。3.1.4气相色谱仪器简介1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化枯燥管；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；7-进样器；8-色谱柱9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；载气系统进样系统色谱柱检测系统温控系统1. 载气系统 包括气源、净化枯燥管和载气流速控制；常用的载气有：氢气、氮气、氦气；净化枯燥管：去除载气中的水、有机物等杂质依次经过分子筛、活性

9、炭等；载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。3.1.4气相色谱仪器简介2. 进样系统3.1.4气相色谱仪器简介 液体进样器： 不同规格的公用注射器，填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。气化室：将液体试样瞬间气化的安装。无催化作用。3. 分别系统3.1.4气相色谱仪器简介分别系统有色谱柱组成，是色谱仪的中心部件，它的作用是将多组分样品分别为单个组分。色谱柱分为填充柱和毛细管柱两类。填充柱：内径26mm，柱长0.510m，相对较短，分别效率较低。毛细管柱：内径0.10.5mm

10、，柱长15100m，浸透性好，分别效率高，可用于分别复杂的混合物。4. 温控系统3.1.4气相色谱仪器简介温度是色谱分别条件的重要选择参数；气化室、分别室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；气化室：保证液体试样瞬间气化；检测器：保证被分别后的组分经过时不在此冷凝；分别室：准确控制分别需求的温度。当试样复杂时，分别室温度需求按一定程序控制温度变化，各组分在最正确温度下分别；4. 检测系统3.1.4气相色谱仪器简介色谱仪的眼睛， 通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱柱分别后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；3.1

11、.5气相色谱检测器常用检测器：热导池检测器氢火焰离子化检测器电子捕获检测器火焰光度检测器氮磷检测器3.1.6气相色谱定性与定量分析定性与定量分析定性分析 气相色谱本身不具备鉴定功能，定性分析的主要根据是保管值气相或液相操作中，当仪器的操作条件坚持不变时， 任一物质的色谱峰总是在色谱图上固定的位置出现， 即有一定的保管值，这给定性分析带来一定难度。 气相色谱与质谱、光谱等联用，既充分利用色谱的高效分别才干，又利用了质谱、光谱的高鉴别才干，加上运用计算机对数据的快速处置和检索，为未知物的定性分析开辟了一个宽广的前景。 柱温是非常重要的色谱参数，直接影响到分别效能和分析速度。定性分析1利用保管值的定

12、性分析利用知纯物质对照定性。在一定操作条件下，任何组分都有一个确定的保管值，基于这一特征，样品和纯物质保管值的直接比对可以作为定性的根据。假设样品较复杂，可在未知混合物中参与知纯物质，经过未知物中峰的变化，来确定未知物中成分。利用保管值的阅历规律定性。实验证明，在一定柱温下，同系物的保管值对数与分子中的碳数成线性关系，即为碳数规律；在同一族的具有一样碳数的异构体的保管值对数与其沸点成线性关系，即为沸点规律。利用相对保管值定性。利用保管值定性，样品和纯物质的分析条件必需一致。只需坚持柱温、固定液不变，即使载气流速等条件有所变化，也不会影响相对保管值。因此，利用相对保管值定性比直接用保管值定性更为

13、方便、可靠。3.1.6气相色谱定性与定量分析利用保管指数定性 保管指数又称Kovats 指数，是一种重现性较其他保管数据都好的定性参数，可根据所用固定相和柱温直接与文献值对照，而不需规范样品。双柱、多柱定性不同物质 在同一色谱柱上能够具有一样的保管值，用两根或多根不同极性的色谱柱进展分析，调查样品的纯物质保管值的变化作为定性根据。2与其它方法结合定性 气相色谱与质谱、光谱、核磁共振等仪器，以及利用化学方法配合进展未知组分定性，在确定未知化合物构造时是非常有效的途径。3.1.6气相色谱定性与定量分析定量分析 在气相色谱法中的定量分析就是根据色谱峰的峰高或峰面积来计算样品中各组分的含量。 常用的定

14、量方法有规范曲线法、外标法、面积归一化法和内标法。3.1.6气相色谱定性与定量分析1外标法 知浓度的规范样品与待测样品在完全一样的条件下进展色谱分析，以两者的峰高或峰面积的比较计算样品的含量，有直接对比法和规范曲线法。 直接对比法是待测样品与规范样品的峰值直接比较计算样品含量；规范曲线法以规范样品作浓度与峰值关系图，然后根据测得的待测样品峰值从峰值浓度关系曲线图查浓度。 外标法较为简便，不需求校正因子，但进样量要求非常准确，操作条件也需严厉控制。3.1.6气相色谱定性与定量分析3.1.6气相色谱定性与定量分析3.1.6气相色谱定性与定量分析3.1.6气相色谱定性与定量分析3.2高效液相色谱技术

15、高效液相色谱法原理及分析1.3.2.液相色谱法的根本原理液相色谱的分类定量分析方法概述高效液相色谱是利用溶质在两相间分配系数、亲和力、吸附力或分子大小不同而引起的排阻作用的差别使不同溶质得以分别。色谱法是一种分别技术。 混合物分别过程：试样中各组分在 色谱分别柱中的两相间不断进展着的 分配。 一相固定不动，称为固定相。 另一相是携带试样混合物流过固定 相的液体，称为流动相。3.2.1高效液相色谱原理 当混合物进入色谱柱后，就在固定相、流动相之间不断地进展分配平衡。不同的化合物，分子构造不同，理化性质不同，所以在两相中存在的浓度也各不一样。固定相中存在量多的化合物，冲洗出柱子的时间就长，反之那么

16、短。这与分配系数K有关：K值小，先流出柱子，K值大的，保管作用强，后流出柱子。3.2.2高效液相色谱原理3.2.3高效液相色谱分类按流动相和固定相特征分为 正相色谱、反相色谱按分别目的分为 分析型、制备型按分别机理分为 吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶色谱等。3.2.3高效液相色谱分类1、吸附色谱法：固定相：吸附活性强弱不等的吸附剂硅胶、氧化铝、聚酸胶等。流动相：各种极性的洗脱剂 用途：非极性溶剂中、具有中等相对分子质量且为非离子型的试样。 特别适用于分别异构体 分别原理：物质在固定相上的吸附作用不同2、分配色谱法：原理:根据各待测物在互不相溶的两溶液中的溶解度不同，因此具有不同的分配系

17、数。在色谱柱中，随着流动相的挪动，这种分配平衡需进展多次，呵斥各待测物的迁移速率不同，从而实现分别的过程。流动相:HPLC分析中，为防止固定相的流失，流动相与固定液应尽量不互溶，或者说二者的极性相差越大越好。因此，根据流动相与固定相极性的差别程度，可将液液色谱分为正相分配色谱流动相极性小于固定相极性，极性小的先流出，适于极性组分分别和反相分配色谱流动相极性大于固定相极性，极性大的先流出，适于非极性组分分别。3.2.3高效液相色谱分类2、分配色谱法：固定相: 原那么上，用于气候色谱的固定相也可用于高效液相色谱作固定相。但高效液相色谱固定液易流失，因此常用的只需几种，按极性由高到低为：3,3-氧二

18、丙腈(ODPN)、聚乙二醇(PEM)、三甲撑二醇(TMG)、十八烷(C18)、角鲨烷(SQ)。3.2.3高效液相色谱分类2.1正相分配色谱法固定相：极性的有机基团，CN、NH2。双羟基等键合在硅胶外表流动相：非极性或极性小的溶剂如正已烷中参与适量极性溶剂如氯仿、醇等 分别机理：范德华力、诱导力或氢键力用途：多用于分别极性或中等极性化合物正相分配色谱：固定相极性大于流动相正相色谱常用的流动相及其冲洗强度的顺序是：正己烷乙醚乙酸乙酯异丙醇3.2.3高效液相色谱分类2.2反相分配色谱法反相分配色谱：固定相极性小于流动相 固定相： 采用极性较小的键合固定相，如硅胶-C18H37ODS，C18、硅胶-苯

19、基等流动相： 采用极性较强的溶剂，如甲醇、乙睛-水、水和无机盐的缓冲溶液等。3.2.3高效液相色谱分类2.2反相分配色谱法分别机理疏溶剂作用实际 用途： 主要用于分别非极性至中等极性的各类有机化合物反相色谱最常用的流动相及其冲洗强度如下：H2O甲醇乙腈乙醇丙醇异丙醇四氢呋喃3.2.3高效液相色谱分类3、离子交换色谱法原理：不同待测离子对固定相亲和力的差别固定相：基质：合成树脂聚苯乙烯、纤维素和硅胶外表键合离子：阳离子和阴离子交换树脂流动相：一定pH和盐浓度的缓冲溶液用途：适用无机离子、有机离子混合物的分别例如氨基酸、核酸、蛋白质等生物大分子。3.2.3高效液相色谱分类4、凝胶色谱法又称尺寸排阻

20、色谱法原理：利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性浸透实现分别。固定相： 化学惰性的多孔性资料，如聚苯乙烯凝胶、亲水凝胶、无机多孔资料。 流动相： 作用不是为了控制分别，而是为了溶解样品或减小流动相粘度。 常用流动相四氢呋喃、甲苯、氯仿、二甲基酸胺和水3.2.3高效液相色谱分类4、凝胶色谱法又称尺寸排阻色谱法凝胶过滤色谱： 以水或缓冲液作流动相主要适宜于水溶性高分子的分别凝胶浸透色谱： 以有机溶剂作流动相主要适宜于脂溶性高分子的分别用途：特点：固定相与分子间作用力趋于零，柱寿命长相对分子质量差别必需大于10才干分别3.2.3高效液相色谱分类4、凝胶色谱法又称尺寸排阻色谱法凝胶的种类很多，按

21、其原料来源可分为有机胶和无机胶。按其制备的方法又可分为均匀、半均匀和非均匀三种凝胶。根据凝胶的强度又可分为软胶、半硬胶和硬胶三大类。根据它对溶剂的适用范围又可分为亲水性、亲油性和两性凝胶等等。按分别机理分为吸附色谱法、分配色谱法、离子色谱法和凝胶色谱法四大类。其实有些液相方法并不能简单的归于这四类如下表所示。3.2.3高效液相色谱分类类型分离机理主要分析对象及应用领域吸附色谱吸附能、氢键异构体分离、族分离、制备分配色谱疏水分配作用各种有机化合物的分离、分析和制备凝胶色谱溶质分子大小高分子分离、分子量及其分布的测定离子交换色谱库仑力无机离子、有机离子分析手性色谱立体效应手性异构体分离、药物纯化亲

22、和色谱生化特异亲和力蛋白、酶、抗体分离、生物和医药分析3.2.3高效液相色谱分类3.2.4高效液相色谱仪简介HPLC仪器包括：高压输液系统：储液罐、吸滤器、高压 输液泵、脱气安装及梯度洗脱安装进样系统：进样器，进样阀分别系统：色谱柱，恒温箱检测系统：检测器记录系统：记录安装、色谱任务站3.2.4高效液相色谱仪简介液相色谱仪3.2.4高效液相色谱仪简介高效液相色谱仪流程图3.2.4高效液相色谱仪简介 分析前，选择适当的色谱柱和流动相，开泵，冲洗柱子，待柱子到达平衡而且基线平直后，用微量注射器把样品注入进样口，流动相把试样带入色谱柱进展分别，分别后的组分依次流入检测器的流通池，最后和洗脱液一同排入

23、流出物搜集器。当有样品组分流过流通池时，检测器把组分浓度转变成电信号，经过放大，用记录器记录下来就得到色谱图。色谱图是定性、定量和评价柱效高低的根据。3.2.4高效液相色谱仪简介高压输液系统1贮液器：由玻璃、不锈钢或氟塑料制成，容量为1到2L，用来储存足够数量、符合要求的流动相。2脱气：超声波脱气或真空加热脱气。溶剂经过脱气器中的脱气膜，相对分子量小的气体透过膜从溶剂中除去气泡会影响检测。3高压泵：对输液泵的要求：输出压力高、流量范围大、流量恒定、无脉动，流量精度和反复性为0.5%左右。此外，还应耐腐蚀，密封性好。3.2.4高效液相色谱仪简介高压输液系统输液泵种类：恒压型和恒流型 恒压泵(类似

24、于风箱)可迅速获得高压，适于柱的匀浆填充。但因泵腔体积大，在往复推进时，会引起脉动，且输出流量随色谱系统阻力主要是柱填充物变化而变化，现已较少运用。 恒流型溶剂流量恒定，与柱填充情况无关，运用较多。有机械注射式和机械往复式两种。运用最多的是机械往复式恒流泵(见以下图。每分钟往复25100次，因此脉动小。对流量变化敏感的检测器也会有噪声干扰，此时可衔接一脉动阻尼器)。3.2.4高效液相色谱仪简介高压输液系统马达往复式拉动密封溶剂球阀脉动阻尼器到色谱柱机械往复柱塞泵表示图3.2.4高效液相色谱仪简介高压输液系统4梯度淋洗安装：梯度洗脱就是在分别过程中使两种或两种以上不同极性的溶剂按一定程序延续改动

25、它们之间的比例，从而使流动相的强度、极性、pH值或离子强度相应地变化，到达提高分别效果，缩短分析时间的目的。梯度洗脱安装分为两类：外梯度安装和内梯度安装3.2.4高效液相色谱仪简介高压输液系统一类是外梯度安装又称低压梯度，流动相在常温常压下混合，用高压泵压至柱系统，仅需一台泵即可。另一类是内梯度安装又称高压梯度，将两种溶剂分别用泵增压后，按电器部件设置的程序，注入梯度混合室混合，再输至柱系统。3.2.4高效液相色谱仪简介高压输液系统梯度洗脱可提高分别度、缩短分别时间、降低最小检丈量和提高分别精度。 但在运用中，梯度洗脱也有许多与等度洗脱不同的地方需求留意。 梯度洗脱时应留意: 1、留意各溶剂间

26、的互溶性。 2、对溶剂的纯度要求更高影响重现性。 3、留意梯度变化时系统压力的变化，防止超出限制。 4、梯度终了后，用初始流动相冲洗，使柱子平衡一段时间再生，使系统回复到初始形状。梯度周期 3.2.4高效液相色谱仪简介高压输液系统5、低压梯度要留意脱气，混合后容易产生气泡。 6、容易出现鬼峰，应作空白实验。 7、梯度选择时尽量几相之间相变化要小,否那么不易平衡。 8、梯度洗脱应运用对流动相组成变化不敏感的选择性检测器如紫外吸收检测器或荧光检测器，而不能运用对流动相组成变化敏感的通用型检测器如示差折光检测器。 9、要留意水相中盐的浓度，防止在有机相提升过程中盐的析出。3.2.4高效液相色谱仪简介

27、进样系统 与GC相比，HPLC柱要短得多，因此由于柱本身所产生的峰形展宽相对要小些。即，HPLC的展宽多因一些柱外要素引起。这些要素包括：进样系统、衔接纳道及检测器的死体积。进样安装包括两种。1隔膜注射进样：运用微量注射器进样。安装简单、死体积小。但进样量小且重现性差。2高压进样阀：目前最常用的为六通阀。由于进样量可由样品管控制，因此进样准确，反复性好，如图。3.2.4高效液相色谱仪简介进样系统装入样品出口进样采样环泵入溶剂进色谱柱3.2.4高效液相色谱仪简介分别系统色谱柱组成：精细管径的不锈钢管、填料、柱接头要求：柱管内壁非常光滑 柱接头设计要保证系统中引入最小死体积柱前、柱后 能密封高压液

28、体 两端加过滤片柱体为直形不锈钢管，内径16 mm，柱长540 cm。减小填料粒度和柱径以提高柱效。分别系统色谱柱柱效的影响要素填料的颗粒度及其均匀性柱长、填装的方法与技巧 常用：内径25mm4.6mm) 柱效一定时，柱长与颗粒度成正比例如：颗粒度510um、柱长1530cm 颗粒度35um、 柱长7.515cm检测系统在液相色谱中，有两种类型的检测器一类是溶质性检测器选择型，它仅对被分别组分的物理或物理化学特性有呼应。属于此类检测器的有紫外、荧光、电化学检测器等；另一类是总体检测器通用型，它对试样和洗脱液总的物理和化学性质呼应。属于此类检测器有示差折光检测器等。功能：延续地将色谱柱中流出的组

29、分随时间变化的情况，转变成大小不同的电信号输入到记录仪中，得到色谱图。检测系统检测器的性能目的一个理想检测器，必需具备以下条件：灵敏度高不受温度及流动相流速变化的影响呼应随组分量的变化而线性地变化稳定性好，操作方便衡量目的：灵敏度 S=R/Q噪音在没有样品情况下，检测器输出的最大 振幅温度、流量、泵漂移检测器在一段时间内，基线随时间的添加而产生的偏离电压、流动相最小检测限样品产生两倍于噪音信号时的浓度检测下限线性范围检测信号呈线性变化时，最大和最小进样量之比检测系统紫外检测器 运用最广，对大部分有机化合物有呼应。特点 灵敏度高； 线性范围宽； 流通池可做得很小(1mm 10mm ，容积 8L)； 对流动相的流速和温度变化不敏感； 光源：氘灯和钨灯，波长可选， (波长范围200400nm 常用波长254nm、280nm 可用于梯度洗脱。 氘灯光栅流通池参比发光二极管丈量光电二极管紫外-可见光检测器3.2