色谱法与原子吸收法

1、Questions 指示电极和参比电极的概念电位滴定的适用范围？pH测定时指示电极和参比电极分别是什么？玻璃电极使用注意事项如何测定一个酸性溶液的pH第十章 色谱法与原子吸收光谱法 知识点色谱的用途色谱的组成色谱的分类气相色谱的基本结构基本术语分离原理检测器 色谱柱色谱的定性与定量 色质联用技术在给水排水中的应用 原子吸收光谱法 第一节 色谱法概述 一、色谱法的由来 11906年由俄国植物学家Tsweet创立 植物色素分离见图示 2现在：一种重要的分离、分析技术 分离混合物各组分并加以分析 固定相除了固体，还可以是液体 流动相液体或气体 色谱柱各种材质和尺寸 被分离组分不再仅局限于有色物质图示

2、固定相CaCO3颗粒流动相石油醚 色带石油醚二、色谱法定义、实质和目的定义：利用物质的物理化学性质建立的分离、分析 方法实质：分离目的：定性分析或定量分析液相色谱液体 固体 液-固色谱液体 液体 液-液色谱气体 固体 气-固色谱气体 液体 气-液色谱气相色谱流动相 固定相 类型 1按两相分子的聚集状态分：三、分类续前2按固定相的固定方式分：3按分离机制分：柱色谱 填充柱色谱 毛细管柱色谱 分配色谱：利用分配系数的不同吸附色谱：利用物理吸附性能的差异离子交换色谱：利用离子交换原理 空间排阻色谱：利用排阻作用力的不同纸色谱 薄层色谱 四、色谱法的特点优点：“三高”、“一快”、“一广”缺点 高选择性

3、可将性质相似的组分分开 高效能能使多组分复杂混合物分离 高灵敏度10-1110-13g，适于痕量分析 分析速度快几几十分钟完成分离 应用范围广气体，液体、固体物质 对未知物分析的定性专属性差需要与其他分析方法联用(GC-MS,LC-MS)一、色谱过程 指被分离组分在两相中的“分配”平衡过程以吸附色谱为例见图示 吸附 解吸再吸附 再解吸 反复多次洗脱被测组分分配系数不同 差速迁移 分离第二节 色谱法的原理图示分配系数的微小差异吸附能力的微小差异微小差异积累较大差异吸附能力弱的组分先流出；吸附能力强的组分后流出back按时间先后续前二、色谱分离原理 色谱分离基于各组分在两相之间平衡分配的差异，平衡

4、分配可以用分配系数和分配比来衡量同时起跑先后到达终点什么原因？色谱柱是各组分的跑道技巧/体能/状态各组分何技巧？固定液载气迁移平衡固定液载气有些成分与固定液“关系密切”“关系密切”，留下输了比赛固定液载气各成分在固定液中溶解挥发平衡分离原理溶解度(2相分配)不同分配系数: 固S流M两相浓度之比K越大，越慢出峰；分离本质，K不同；K=0，不保留，最先出峰；K的影响因素：固定相，柱温。同系物沸点低(分子量小),先出峰: 苯/甲苯/对二甲苯三、基本类型色谱法的分离机制基本概念：固定相（s）；流动相（m）（一）吸附色谱法（二）分配色谱法（三）离子交换色谱法（四）空间排阻色谱法（一）吸附色谱法要求： 固

5、定相吸附剂（硅胶或AL2O3） 具表面活性吸附中心分离机制：见图示吸附系数注：Ka与组分的性质、吸附剂的活性、流动相的性质 及温度有关 next图示分离机制：各组分与流动相分子争夺吸附剂表面活性中心、利用吸附剂对不同组分的吸附能力差异而实现分离吸附解吸再吸附再解吸无数次洗脱分开 back（二）分配色谱法要求： 固定相机械吸附在惰性载体上的液体 流动相必须与固定相不为互溶 载体惰性，性质稳定， 不与固定相和流动相发生化学反应分离机制见图示 狭义分配系数注：K与组分的性质、流动相的性质、固定相的性质 以及柱温有关 next图示分离机制 利用组分在流动相和固定相间溶解度差别实现分离 连续萃取过程 b

6、ack（三）离子交换色谱法要求： 固定相离子交换树脂流动相水为溶剂的缓冲溶液被分离组分离子型的有机物或无机物分离机制见图示选择性系数 阳离子交换树脂 RSO3-H+ + X+ RSO3-X+ + H+ 注：Ks与离子的电荷数、水合离子半径、流动相性质、 离子交换树脂性质以及温度有关 next 固定离子可交换离子待测离子图示分离机制： 依据被测组分与离子交换剂交换能力（亲和力） 不同而实现分离 back（四）空间排阻色谱法要求： 固定相多孔性凝胶 流动相水凝胶过滤色谱 流动相有机溶剂凝胶渗透色谱 分离机制见图示渗透系数 注：Kp仅取决于待测分子尺寸和凝胶孔径大小， 与流动相的性质无关 next图

7、示分离机制： 利用被测组分分子大小不同、在固定相上选择性 渗透实现分离 back 结论：四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡 K分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和 渗透系数除了凝胶色谱法中的K仅与待测分子大小尺寸、凝胶 孔径大小有关外，其他三种K值都受组分的性质、流 动相的性质、固定相的性质以及柱温的影响第三节 基本术语2、基线：只有载气通过时的信号-时间曲线1、色谱图：水样中各组分从色谱柱流出进入检测器时，其物质的量变化转化为电信号变化，并被记录器记录下来，得到一系列电信号随时间变化的呈高斯分布的色谱图。-色谱流出曲线3、保留值：以时间表示死

8、时间tM dead time惰性物质流经柱的时间-从进样开始到色谱峰顶的时间调整保留时间tRtR等与流速有关,载气流速越大, tR越小保留时间tR retention time试样通过色谱柱所需时间从进样到检测到信号极大样品的保留由于固定相的作用是样品移动的速度比载气慢Questions 按照分离机制分类，色谱法可以分为哪几种？简述每一种方法的分离机制。色谱流出曲线？保留时间？4、相对保留值：r21r21 定性依据，仅与组分性质有关5、峰高、半峰宽、基线宽度、标准偏差h： 基线到峰顶半峰宽Y1/2 峰高1/2处的峰宽基线宽度Yb (峰宽)两侧拐点切线与基线截取距离基线进样峰、空气峰、组分峰死时

9、间tM保留时间tR 、相对保留时间tR峰高h半峰宽Y1/2峰底宽Yb第四节 色谱检测器作用：将组分浓度或含量转化成电信号一个理想的检测器- 灵敏度高- 稳定性和重现性好- 对样品无损检测- 通用性好，对所有样品都有响应- 线性响应范围宽1、热导池检测器(TCD) 原理：利用惠斯登电桥，物质导热系数不同，当物质进入测量臂，对热敏阻值影响不同，阻值大小不同，电信号不同 用途：测烃、永久气体 例：CO2、H2、CH4适用于常量分析及含量在几十个ppm以上的组分分析应用最广泛、灵敏度适中、稳定性好、线性范围广、定量准确方便的通用性检测器。缺点：与其他检测器比灵敏度稍低 （因大多数组分与载气热导率差别不

10、大）检测原理：依据组分与载气的热导率差别进行检测 1）进样前：两臂均通载气时 2）进样后：测量臂通样品气体+载气 参比臂通载气时2、氢焰离子化检测器(FID) FID特点灵敏度比TCD高的多，选择性也更高用途：测易燃有机化合物-甲醇、丙酮等原理：氢气在空气中燃烧，有机物进入火焰中电离成为碳正离子，在电场的作用下，离子定向运动形成离子流，通过测定离子流强度而进行定性和定量3、电子捕获检测器(ECD) ECD特点：放射性离子化检测器用途：测带有电负性大的原子（O,S,N,P和卤素）的有机化合物原理：在放射源作用下，载气电离发射电子形成基流，当电负性大的元素进入后，可以捕捉基流中的电子，使基流下降，

11、产生检测信号有机氯代物、硝基苯、氯苯、三氯乙醛等的测定4、 火焰光度检测器(FPD) 用途：测含硫磷化合物原理：利用富氢火焰使含硫，磷杂原子的化合物分解，形成激发态分子，当它们回到基态时，发射出一定波长的光。此光强度与被测组分量成正比。第五节 色谱柱色谱柱组成 柱管 填充剂填充柱：24米柱长，26mm内径毛细管柱：几十米几百米柱长 0.10.5mm内径固体吸附剂气-固吸附色谱柱载体+固定液气-液分配色谱柱（一）载体1作用：承载固定液的作用2要求： 比表面积大（多涂渍固定液） 无吸附性（不吸附被测组分） 化学惰性（不与固定液发生化学反应） 热稳定性好 一定的机械强度（二）固定液要求：（1）操作柱

12、温下固定液呈液态（易于形成均匀液膜）（2）操作条件下固定液热稳定性和化学稳定性好（3）固定液对样品应有较好的溶解度及选择性第六节 色谱条件色谱条件包括分离条件和操作条件分离条件是指色谱柱操作条件是指载气流速、进样条件及检测器1色谱柱的选择2柱温的选择3载气与流速的选择4进样条件的选择1色谱柱的选择（以气液分配色谱为主）（1）固定相的选择固定液的选择： 1）按 “相似相溶”原则：极性相似或官能团相似 2）柱温 固定液最高使用温度防止固定液流失载体的选择：种类，粒度，分布（2）柱长的选择一般0.66m，保证待测组分的色谱峰能够完全分开。2柱温的选择原则： 1）在能保证色谱峰分开的前提下，尽量使用低

13、柱温， 但应保证适宜的tR及峰不拖尾，减小检测本底 2）根据样品沸点情况选择合适柱温 柱温应低于组分沸点501000C3载气与流速的选择选择流速和载气应同时考虑对柱效和分析时间的影响选择载气应与检测器匹配TCD选H2，HeFID选N24进样条件的选择气化室温度一般稍高于样品沸点检测室温度应高于柱温30500C进样量不可过大，否则造成拖尾峰注： 检测器灵敏度足够进样量尽量小第七节 色谱的定性与定量1、利用保留时间定性：定性专属性差2、相对保留值定性3、利用峰高增加法定性4、利用两谱联用定性：GC-MS，GC-FTIR一、定性分析定性分析的依据：在一定的固定相和操作条件不变时，任何一种物质都有确定

14、的保留时间，而不受混合物中其他共存组分的影响。二、定量分析：（一）峰面积的测量2非正常峰（不对称峰） 3自动求和（自动积分仪或色谱工作站）： 直接给出A，h，W1/21对于正常峰 注：当色谱操作条件一定时，在一定进样量范围内 （不超载），W1/2与进样量无关（二）定量校正因子绝对校正因子定量）（或不可以直接用同一检测器响应不同相同量的不同物质对于不同质对于不同检测器响应前提：相同量的同种物iiiACm相对校正因子 Questions 相对保留值、峰高、半峰宽、峰宽常用的四种检测器及其英文缩写四种检测器的原理及其适用范围利用色谱法进行定性分析的四种方法（三）定量方法1归一化法2外标法 3内标法

15、1归一化法优点：简便，准确定量结果与进样量、重复性无关（前提柱子不超载） 色谱条件略有变化对结果几乎无影响缺点：所有组分必须在一定时间内都出峰 必须已知所有组分的校正因子不适合微量组分的测定前提：试样中所有组分都产生信号并能检出色谱峰依据：组分含量与峰面积成正比2外标法（标准曲线法）以待测组分纯品为对照物，与试样中待测 组分的响应信号相比较进行定量的方法外标法特点： 1）不需要校正因子，不需要所有组分出峰 2）结果受进样量、进样重复性和操作条件影响大 每次进样量应一致，否则产生误差3内标法：无待测物纯品，加入样品中不含对照物， 以待测组分和对照物的响应信号对比定量 对内标物要求：a内标物须为原

16、样品中不含组分b内标物与待测物保留时间应接近且色谱峰能够完全分开c内标物为高纯度标准物质，或含量已知物质内标法优点：进样量不超量时，重复性好、操作条件对结果无影响只需待测组分和内标物出峰，与其他组分是否出峰无关 适合测定微量组分内标法缺点： 找合适内标物困难；已知校正因子第八节 水样预浓缩处理 给水样品中有机物含量低，需用固体吸附方式富集水中痕量有机物，使待分析的有机物提取出来，然后进行分析 步骤 选择吸附树脂XAD-2大孔树脂(美国Aldich)树脂使用之前需要纯化：用甲醇乙腈丙酮等三种溶剂各淋洗2h，放在甲醇中与空气隔绝 吸附柱装填树脂 高度h10cm取样(注意：在工艺中恰当位置) 取样量

17、根据浓缩倍数来进行确定，常规取50L洗脱(用乙醚等)将树脂上的有机物洗下来，收集浓缩：用旋转蒸发浓缩器，氮气吹扫，浓缩至1ml，备注样用 该浓缩方法可用于GC/MS分析或微生物学上的AMES致突变实验分析。 一、原子吸收(AAS)的原理 气态自由原子对于同种原子发射出的特征波长光的吸收现象。第九节 原子吸收光谱法 1.原子的能级与跃迁 基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。 产生共振吸收线（简称共振线） 吸收光谱 激发态基态 发射出一定频率的辐射。 产生共振吸收线（也简称共振线） 发射光谱2.元素的特征谱线 （1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同 基态第一激发态: 跃迁吸收能量不同具有特

18、征性。 （2）各种元素的基态第一激发态 最易发生，吸收最强，最灵敏线。特征谱线。 （3）利用原子蒸气对特征谱线的吸收可以进行定 量分析3、与紫外、可见分光光度法的异同点： 、基本原理相同，都遵循光吸收定律。、构成仪器的主要部件类似但不同分光法：光源单色器吸收池检测器原子吸收法：光源原子化器单色器检测器 分光法：分子或离子的吸收为带状吸收。 原子法：基态原子为线状吸收。 、吸光物质状态不同：4、原子吸收法的优缺点优点 、灵敏度高：分光光度法的灵敏度一般在10-510-7g范围内，而原子吸法可测10-510-13g。、选择性好：由于基态原子的吸收是线状吸收，重叠的机会很小。 、用途广泛：可测70多种元素。、样品用量少：510ul