《食品仪器分析》配套教学课件

食品仪器分析一、什么是仪器分析仪器分析是分析化学的重要组成部分。分析化学AnalyticalChemistry研究物质的组成、含量、结构及其它多种信息的科学，人们用来认识、解剖自然的重要手段之一。包括化学分析和仪器分析两部分。绪论“化学中的信息科学”分析化学的历史经历三次巨大变革

(1)20世纪40年代前：分析化学=化学分析

标志工具：天平的使用

越来越多的问题化学分析不能解决快速、实时检测方法？

痕量分析方法？

结构确定？(2)20世纪40年代到80年代：分析仪器的大发展时期，确立了仪器分析的地位；原因：社会发展的迫切需要（发展动力，连续化大生产的迫 切需要）；物理学+电子技术+精密仪器制造技术的发展.分析化学=化学分析+仪器分析仪器分析：通过最佳的物理方法获取尽可能多的化 学信息

化学分析仪器分析原理根据化学反应及计量关系根据物质的物理或物理化学性质、参数及变化规律设备主要为简单玻璃设备较复杂、特殊的设备操作多为手工操作、较繁琐多为开动仪器开关、操作简单、易实现自动化试样样量多、破坏性分析样量少、有的非破坏性、可现场或在线等分析应用常量分析、定性、定量微量、痕量的组分分析，状态、结构等分析(3)20世纪八十年代→21世纪初：由“化学信息科学”上升到“系统信息科学”。标志工具：微型计算机控制的现代智能型分析仪 器的大量使用.

原位，实时，在线传统分析方法MovingAnalysis原位、在线、实时、多维、微区海洋浮标与微型实验室天、空、面、底立体检测原位在线无人值守Testcase.SmallandportablePCRmachineshelpdetectbiowarfareagentsevenwhentherearenolabsaround.战争与战场现场快速测试体液、单细胞分析利用分析手段分子之间的相互作用原理分析方法的新原理新理论单分子检测及荧光图谱分析化学化学分析仪器分析酸碱滴定配位滴定氧化还原滴定沉淀滴定电化学分析光化学分析色谱分析波谱分析重量分析滴定分析电位、电导、电解、库仑极谱、伏安光度、吸收、发射、荧光气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳核磁、质谱与分析仪器发明相关的诺贝尔奖获得者1901 Rontgenetal 首次发现X射线存在1907 Michelsonetal 首次制造精密光谱仪器1922 Astonetal 发明质谱测定同位素1923 Pregletal 发明有机物微量分析1930 Ramanetal 发现拉曼效应1944 Rabietal 用共振方法记录原子核磁性1948 Tiseliusetal 用电泳法发现血浆蛋白性质1952 Blochetal 发展核磁共振精细测量法1952 Martinetal 发明分配色谱1959 Heyrovskyetal 发明极谱法1981 Siegbahnetal 发明高分辨电子光谱法1981 Bloembergenetal 发展激光光谱学1991 Ernstetal 高分辨核磁共振方法发展2002年诺贝尔化学奖授予三位分析仪器领域的学者美国 JohnB.Fenn日本 田中耕一 质谱法研究蛋白质瑞士 KurtWuthrich 生物分子的三维结构2003年诺贝尔医学奖授予核磁共振成像领域的科学家二仪器分析在食品科学中的应用食品仪器分析：仪器分析技术在食品科学与生产中的应用。(一)食品生产加工控制1.食品原料的质量控制2.食品生产加工过程的控制3.食品成品的质量控制(二)食品监督管理1.食品商品的质量管理2.食品污染的检测(三)食品检测内容

1.食品营养成分

2.微生物代谢物

3.农药残留

4.重金属元素

……本课程主要讲述内容：一.色谱分析法(气相色谱GC,液相色谱LC)8学时

二.质谱分析法(MS)4学时三.核磁共振波谱法(NMR)4学时四.光谱分析法(紫外吸收UV,红外吸收IR,原子吸收AAS)4学时三.学习内容简介色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。色谱分析法柱色谱法薄层色谱法气相色谱法高效液相色谱法…条件选择样品处理检测结果物质的分子被击成带电碎片，用电场和磁场将运动的带电碎片按它们的质荷比分离后进行检测。测出离子准确质量即可确定离子的化合物组成。根据碎片结构，推测该分子的结构。最有效的定性分析方法之一。质谱分析法OCH3—C||+CH3—C—CH3||O+丙酮的质谱图核磁共振波谱法是将核磁共振现象应用于测定分子结构的一种谱学技术。人们不仅可以借助它来研究反应机理，还可以用来研究蛋白质和核酸等生物大分子的结构与功能。

物质分子中的H核，在适当的磁场中会发生共振，吸收特定光波，从而产生波谱。a.根据其所处环境不同而出现在图谱的不同位置;b.根据其相邻C上的H的个数，被分裂成多重峰，由此判断分子结构。碘乙烷的核磁共振波谱图原子吸收光谱法测量对象：对呈原子状态的金属元素和部分非金属元素。测量方法：由待测元素灯发出的特征谱线通过供试品经原

子化产生的原子蒸气，被蒸气中待测元素的基

态原子所吸收，通过测定辐射光强度减弱的程

度，求出供试品中待测元素的含量。UltravioletandVisibleSpectrophotometry

常见分析仪器日本Jascoo公司荧光分光光度计HighPerformanceLiquidChromatography气相色谱仪GasChromatographyGC-MSPerkin-Elemer的原子吸收（AtomicAbsorptionSpectrometry）日本岛津公司的原子吸收（AtomicAbsorptionSpectrometry）HPLC—MS/MS功能食品研究团队主要分析设备三.本课程学习目的、要求掌握常用仪器分析方法的原理和仪器的简单结构；了解各种仪器分析的方法在食品分析中的应用。期末成绩=实验成绩(10%)+平时成绩(40%)

+期末笔试(50%)

课时:32学时讲授+16学时实验平时成绩=出勤+作业+提问+专题汇报提问你心中的食品仪器分析是门什么样的课程？你希望怎么上这门课？色谱分析法本章重点：

1.理解色谱分离的基本原理；

2.掌握色谱法的基本概念和术语；

3.掌握色谱法的定性和定量方法;4.了解气相\液相色谱的分析原理、仪器结构

和在食品分析中的应用.描述:色谱法是一种分离技术.混合物最有效的分离、分析方法.色谱法分离发生在色谱柱上.

可用于检测大多数有机物质.§1.色谱法导论1906年,俄国植物学家茨维特对植物叶的色素成分进行研究时,使用右图装置:将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内,然后加入石油醚使其自由流下,结果色素中各组分互相分离形成各种颜色的谱带.这种分离物质的方法因此得名为色谱法.1.1概述1.2色谱法分类

(1)气相色谱：流动相为气体（称为载气）。按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱按色谱柱可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；(2)液相色谱：流动相为液体（称为淋洗液）。

按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。

1.3色谱法的特点（1）分离效率高

复杂混合物，有机同系物、异构体、手性异构体。高效液相色谱分离复杂单糖（2）灵敏度高

可以检测出μg.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。（3）分析速度快

一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4）应用范围广

气相色谱：沸点低于400℃、结构稳定的各种有机或无机试样的分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。

1.4色谱曲线图及有关术语（一）组分分离当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。（二）色谱峰由检测器输出的信号强度对时间作图，所得曲线称为色谱流出曲线。曲线上突起部分就是色谱峰。

基线：在实验操作条件下，色谱柱后没有样品组分流出时的流出曲线称为基线，稳定的基线应该是一条水平直线。峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以（h）表示。（三）保留时间tR试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，称为保留时间，如下图。组分在色谱柱中的保留时间tR包含组分通过柱子的时间和组分在固定相中滞留的时间，所以tR实际上是组分在固定相中保留的总时间。进样tR（四）分离度

分离度是描述难分离物质对的实际分离程度。①柱效较高，△K(分配系数)较大,完全分离；②△K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；③柱效较低，，△K较大,但分离的不好；④△K小，柱效低，分离效果更差。1.5定性和定量分析1定性分析在色谱条件一定时，任何一种物质都有确定的保留时 间。通过比较已知物和未知物的保留参数或在固定相上的位置，即可确定未知物是何种物质。未知样品图已知标样图利用纯物质定性的方法

利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中的位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。2定量分析在一定色谱条件下，组分i的质量（mi）与检测器响应讯号（峰面积Ai）成正比。

色谱定量分析的依据iAiiAfm=3定量分析方法(1)外标法(标准曲线法)：将欲测组分的纯物质配制成不同浓度的标准溶液进行色谱分析，以峰面积对浓度作图。测得样品的信号后从标准曲线上查出对应浓度。123456SampleAmmiAi（2）归一化法

将试样中所有组分的含量之和按100%计算，以它们相应的色谱峰面积或峰高为定量参数，通过下式计算各组分的含量：%100%1==niAisiAisiifAfAm[前提：样品中所有组分都有响应（出峰）]1mg样品溶解后，经过高效液相色谱分析后得到4个峰，经验证样品中只有4种物质，那么每种物质所占比例与对应峰面积所占比例一致。即

M1=1mg×[A1/(A1+A2+A3+A4)]验证方法：薄层色谱法最常用。二极管阵列检测器3124练习题：1.色谱分离主要发生在（）上。

1.按照固定相的物态不同，可将液相色谱法分为（）和（），前者的固定相为固体，后者的固定相为液体。3.

是色谱分析中用于描述难分离物质对的实际分离程度。4.色谱分析法的定量方法有

、和

，其中

需要所有物质都出峰。5.色谱分析法的定性依据和定量依据分别是什么？液固色谱液液色谱分离度标准曲线法归一化法归一化法色谱柱保留时间（或出峰时间）；峰面积。§2气相色谱法

气相色谱仪气相色谱仪主要包括五部分：

1、载气系统

2、进样系统

3、分离系统

4、温控系统

5、检测系统2.1气相色谱仪的组成压缩气体钢瓶减压阀、稳压阀净化器检测器色谱柱汽化室尾气1、载气系统气相色谱对载气的基本要求：（1）纯净 通过活性炭或分子筛净化器，除去载气中的水分、氧等有害杂质。（2）稳定 采用稳压阀或双气路方式：载气（3）常用的载气： 氮气 氢气 氦气氩气2、进样系统进样装置和汽化室进样通常用微量注射器和进样阀将样品引入。液体样品引入后需要瞬间汽化。汽化在汽化室进行。进样量不能太小（大于检测限），也不能太大（会使峰型拖尾）。进样速度要快。

液体进样装置和汽化室

液体进样器：注射器载气入口加热块接色谱柱汽化室：使样品瞬间汽化而又不分解。接色谱柱对汽化室的要求：（1）体积小；（2）热容量大；（3）对样品无催化作用3.分离系统色谱柱:色谱仪的核心部件,其作用是分离样品。主要有两类：填充柱和毛细管柱。1）填充柱填充柱由不锈钢制成，内装固定相，一般内径为2～4mm，长1～3m。填充柱的形状有U型和螺旋型二种.当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分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，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。2）毛细管柱

毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁，多孔层和涂载体空心柱。涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0.l～0.5mm的毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢，玻璃或石英。与填充往相比，其分离效率高、分析速度块、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。4.温控系统

温度是色谱分离条件的重要选择参数；

气化室、分离室、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，一般比分离室温度高50-100度；

分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；

检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；分离室的温度控制方式有恒温和程序升温二种。

对于沸点范围很宽的混合物，往往采用程序升温法进行分析。程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。程序升温:恒温和程序升温分析烃类化合物5.检测和数据处理系统

这个系统是指样品经色谱柱分离后，各成分按保留时间不同，顺序地随载气进入检测器，检测器把进入的组分按时间及其浓度或质量的变化，转化成易于测量的电信号，经过必要的放大传递给记录仪或计算机，最后得到该混合样品的色谱流出曲线及定性和定量信息。1热导检测器（TCD）

(1)热导检测器的结构池体:一般用不锈钢制成.热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。2.2常用检测器(2)检测原理平衡电桥钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：

R参=R测

;R1=R2

则：R参·R2=R测·R1

无电压信号输出,记录仪走直线（基线）。

进样后:载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，R参≠R测

则：R参·R2≠R测·R1这时电桥失去平衡，a、b两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。不同气体有不同的热导系数某些气体与蒸气的热导系数（λ），单位：J/cm·℃·s

2.氢火焰离子化检测器（FID）氢火焰离子化检测器是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。特点:

1,能检测大多数含碳有机化合物；2,灵敏度很高，比热导检测器的灵敏度高约103倍；检出限低，可达10-12g·S-1；3,是目前应用最广泛的色谱检测器之一。缺点：

不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。3.电子捕获检测器(ECD)

特点:电子捕获检测器是一种选择性很强的检测器,目前分析痕量电负性有机物最有效的检测器，对具有电负性物质（如含卤素、硫、磷、氰等的物质）的检测有很高灵敏度（检出限约1O-14g/ml）。缺点:线性范围窄，只有103左右，且响应易受操作条件的影响，重现性较差。应用:电子捕获检测器已广泛应用于农药残留量、大气及水质污染分析，以及生物化学、医学、药物学和环境监测等领域中。4.火焰光度检测器(FPD)

火焰光度检测器，又称硫、磷检测器，它是一种对含磷、硫有机化合物具有高选择性和高灵敏度的质量型检测器，检出限可达10-12g·S-1（对P）或10-11g·S-1（对S）。这种检测器可用于大气中痕量硫化物以及农副产品，水中的毫微克级有机磷和有机硫农药残留量的测定。2.3检测器性能评价指标灵敏度（S）：S表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号的大小。S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越高。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱峰面积（A）除以试样质量求得：

S=A/m

检测限（D）：

恰能产生相当于3倍噪音（3RN）的信号时，单位时间内

进入检测器的量。

D=3RN/S

无论哪种检测器，检出限都与灵敏度成反比，与噪音成正比。检出限不仅决定于灵敏度，而且受限于噪声，所以它是衡量检测器性能好坏的综合指标。2.4气相色谱法在食品领域中的应用食品中呈香呈味物质的检测。香精香料的检测。食品中农药残留量检测。其他小分子油脂等易挥发成分的检测。检测器:FPD（火焰光度检测器）检测器:FID（氢火焰离子化检测器）1.样品前处理查阅资料

拿到一个检测任务，首先要分析检测对象的理化特性，使用合适的方法提取分离出来，制备成检测样品。

2.色谱条件选择需要考虑的地方：a.成分是否复杂；b.极性的大小。

色谱柱：填充柱，毛细管柱。样品成分组成简单使用填充柱；

成分复杂，结构接近，沸程范围宽，选择毛细管柱。固定相（色谱柱，相似相溶原理）：非极性，弱极性，极性

流动相（与固定相匹配）：能溶解样品成分，但是不能溶解

固定相。检测器：TCD，FID，FPD，ECD，MS等。

2.5气相色谱分析方法与条件的选择3.确定仪器初始操作条件

仪器配置确定以后，可开始确定仪器初始操作条件，进行常试性分离。条件主要包括进样量、进样口温度、色谱柱温度、检测器温度和载气流速。

先以标准物溶液来确定初始条件。

4.确定最佳条件

再以待测溶液来调试最佳条件。

要求：a.保证待测物质完全分离;b.保证所有组分完全流出色谱柱；c.分析时间越短越好。5.色谱柱的维护a.新装的色谱柱在使用前都必须老化。用载气在高温条

件下冲洗至少1h以上。b.色谱柱暂时不用时，应该卸载下来，两端封闭保存。c.检测完后应将色谱柱温度降到50度以下，再关电源和

载气。

d.色谱柱在使用后定期进行老化，使其恢复柱效。6图形分析存在的问题：峰型不规则，有拖尾现象。可能的原因：进样量偏大；色谱柱温度偏低；色谱柱柱效较

差；流动相流速偏低；进样速度慢。解决办法：升高柱温度；对柱子进行老化（高温加热）；增

大流速。

问题：两个峰出峰时间相隔太远。方法：适当调高色谱柱温度；增加流动相流速。

该谱线存在哪些问题?有哪些解决办法？气相色谱仪工作原理?气相色谱仪的组成部分?气相色谱常用检测器种类需要控制温度的部位？为什么要控制温度？汽化室的作用及要求？进样量对峰型有哪些方面的影响？课堂作业3高效液相色谱法仪器分析

定义：以液体为流动相而设计的色谱分析仪器称为液相色谱仪；采用高压输液泵、高效固定相和高灵敏度检测器等装置的液相色谱仪称为高效液相色谱仪。组成部分：高压输液系统进样系统分离系统检测系统本实验室的高效液相色谱仪（岛津LC-10A）3.1流程液体流动相高压输液泵色谱柱进样器检测器废液信号输出3.2特点

特点：高压、高效、高速、高灵敏度适用范围广，特别对高沸点、热不稳定有机及生化试样的高效分离分析具有极大的优势。3.3

主要部件(1)高压输液泵主要部件之一，用于输送液体流动相。高柱效的固定相粒度很小（<10m），液体的流动相高速通过时，将产生很高的压力，因此高压、高速是高效液相色谱的特点之一,由高压输液泵实现。可单泵使用，也可双泵使用，双泵可实现梯度洗脱。信号采集/转换器A泵B泵检测器(2)梯度洗脱装置利用两台高压输液泵，将两种不同极性的溶剂按一定的比例送入梯度混合室，混合后进入色谱柱。可以根据设定的程序改变溶剂配比，从而改变流动相的极性。流路中为高压力工作状态，通常使用耐高压的六通阀进样装置，其结构如图所示：(3)进样装置a.准备状态：样品装入样品环，流动相不进入样品环；b.进样状态：流动相流进样品环，将样品带入色谱柱。(4)高效分离柱

柱体为直型不锈钢管，内径1～6mm，柱长5～40cm。发展趋势是减小填料粒度和柱径以提高柱效。分离柱填充物的种类多样，分离机理各不相同，可将高效液相色谱法分为：液固吸附色谱法，液液分配色谱法，化学键合色谱法，离子交换色谱法等。（后面详细讲解）(5)液相色谱检测器

a.紫外-可见光检测器应用最广，有紫外-可见光吸收的有机化合物均可检测。工作原理类似紫外-可见分光光度计，基于朗伯比尔定率：

A=lg(1/T)=kcA--吸光度c--样品浓度b.光电二极管阵列检测器用一组光电二极管同时检测透过样品的所有波长紫外光。它具有以下优点:可得任意波长的色谱图，极为方便;可得任意时间的光谱图，相当于与紫外联用，从而得到时间-波长-吸光度的三维图谱。紫外光进入流动池，从流动池出来的光再经分光系统、狭缝照射到一组(1024个）光电二极管上，数据收集系统实时记录下组分的光谱吸收，得到三维的立体谱图。c.示差折光检测器除紫外检测器之外应用最多的检测器；每种物质具有不同的折光指数；可连续检测参比池和样品池中流动相之间的折光指数差值。差值与浓度呈正比。d.荧光检测器检测对象：对具有荧光特性的物质进行检测；有的物质本 身无荧光，但可与荧光试剂发生反应生成荧光 衍生物，可用于检测。高灵敏度、高选择性；对多环芳烃，维生素B、黄曲霉素、卟啉类化合物、农药、药物、氨基酸、甾类化合物等有明显优势。1.流动相特性（a）液相色谱的流动相又称为：淋洗液，洗脱剂。流动相组成改变，极性改变，可显著改变组分分离状况；（b）亲水性固定相常采用疏水性流动相，即流动相的极性小于固定相的极性，称为正相液液色谱法，极性柱也称正相柱。（c）若流动相的极性大于固定相的极性，则称为反相液液色谱，非极性柱也称为反相柱。组分在两种类型分离柱上的出峰顺序相反。（6）液相色谱流动相常用正相柱：固定相为极性，官能团主要有-CN,-NH2等，后者常称为氨基柱，主要用于极性物质的分离纯化，如蛋白质、氨基酸等。常用反相柱：固定相为非极性，最常用的有ODS柱（C-18柱）填料为十八烷基硅烷，在反相色谱可完成高效液相色谱70～80%的分析任务，在生物化学分析工作中应用的最为广泛。2.流动相类别

按流动相组成分：单组分和多组分；按极性分：极性、非极性；按使用方式分：固定组成淋洗和梯度淋洗。常用溶剂：乙腈、甲醇、水、乙醇、己烷、乙酸乙酯等。

采用二元或多元组合溶剂作为流动相可以灵活调节流动相的极性或增加选择性，以改进分离或调整出峰时间。3.流动相选择在选择溶剂时，溶剂的极性是选择的重要依据。

采用正相液-液分配分离时：首先选择中等极性溶剂，若组分的保留时间太短，降低溶剂极性，反之增加。也可在低极性溶剂中，逐渐增加其中的极性溶剂，使保留时间缩短。常用溶剂的极性顺序：

水(最大)>甲酰胺>乙腈>甲醇>乙醇>丙醇>丙酮>二氧六环>四氢呋喃>甲乙酮>正丁醇>乙酸乙酯>乙醚>异丙醚>二氯甲烷>氯仿>溴乙烷>苯>四氯化碳>二硫化碳>环己烷>己烷>煤油(最小)4.选择流动相时应注意的几个问题（a）尽量使用高纯度试剂作流动相，防止微量杂质长期累积损坏色谱柱和使检测器噪声增加。（b）避免流动相与固定相发生作用而使柱效下降或损坏 柱子。（如使固定液溶解流失；酸性溶剂破坏氧 化铝固定相等。）（c）试样在流动相中应有适宜的溶解度，防止产生沉 淀并在柱中沉积。（d）流动相还应满足检测器的要求。当使用紫外检测 器时，流动相不应有紫外吸收。1液-固吸附色谱

liquid-solidadsorptionchromatography

固定相：为固体吸附剂，如硅胶、氧化铝等，较常使用的是5～10m的硅胶吸附剂；

流动相：各种不同极性的一元或多元溶剂。

基本原理：组分在固定相上的吸附与解吸；适用于分离相对分子质量中等的油溶性试样，对具有官能团的化合物和异构体有较高选择性；

缺点：非线形等温吸附常引起峰的拖尾；3.4主要色谱分离类型与基本原理有机氯农药残留量分析固定相：薄壳型硅胶(37～50m)

流动相：正己烷流速：1.5mL/min

色谱柱：50cm2.5mm(内径)

检测器：差示折光检测器

可对水果、蔬菜中的农药残留量进行分析。2.

液-液分配色谱

liquid-liquidpartitionchromatography

固定相与流动相均为液体（互不相溶）；

基本原理：组分在固定相和流动相上的分配；

流动相：对于亲水性固定液，采用疏水性流动相，即流动相的极性小于固定液的极性（正相normalphase），反之，流动相的极性大于固定液的极性（反相reversephase）。正相与反相的出峰顺序相反。液-液分配及离子对分离固定相

（1）全多孔型载体由氧化硅、氧化铝、硅藻土等制成的多孔球体；早期采用100μm的大颗粒，表面涂渍固定液，性能不佳已不多见；现采用10μm以下的小颗粒，化学键合制备柱填料。

（2）表面多孔型载体（薄壳型微珠担体）

30～40μm的玻璃微球，表面附着一层厚度为1～2μm的多孔硅胶。表面积小，柱容量底；

化学键合固定相:稳定，耐水、耐光、耐有机溶剂，应用最广、性能最佳的固定相；

a.硅氧碳键型：≡Si—O—Cb.硅氧硅碳键型：≡Si—O—Si—

Cc.硅碳键型：≡Si—Cd.硅氮键型：≡Si—N

化学键合相色谱法

将各种不同基团通过化学反应键合到硅胶（载体）表面的游离羟基上。4.

离子交换色谱

ion-exchangechromatography

固定相：阴离子离子交换树脂或阳离子离子交换树脂；

流动相：阴离子离子交换树脂作固定相，采用酸性水溶液；阳离子离子交换树脂作固定相，采用碱性水溶液；

基本原理：组分在固定相上发生反复离子交换反应；组分与离子交换剂之间亲和力的大小与离子半径、电荷、存在形式等有关。亲和力大，保留时间长。

阳离子交换：R—SO3H+M+=R—SO3M+H+

阴离子交换：R—NR4OH+X-=R—NR4X+OH-

应用：离子及可离解的化合物，氨基酸、核酸等。5.尺寸排斥色谱

size-exclusionchromatography

原理：按分子大小分离。小分子可以扩散到凝胶空隙，由其中通过，出峰最慢；中等分子只能通过部分凝胶空隙，中速通过；而大分子被排斥在外，出峰最快；溶剂分子小，故在最后出峰。全部在死体积前出峰；可对相对分子质量在100-105范围内的化合物按质量分离。M.W.tR高效液相色谱分析的应用1.茶多酚的检测

高效液相条件：色谱柱：DiamonsilC18（5um，250mm*4.6mm）流动相：等浓度洗脱CH3OH-H2O-TFA（23：77：0.05）A：甲醇（色谱纯）B：0.05%的TFA水溶液（微孔过滤超声）洗脱程序（先等度再梯度）：23%A（20min）

10min→40%A(5min)5min→90%A(5min)5min→23%A检测波长：280nm流速：1ml/min柱温：35℃样品含量公式：样品含量=（标品取样量*样品峰面积*标品纯度）/标品峰面积色谱图1.25%甲醇溶液2.23%甲醇溶液2.图形分析气相图：存在的问题：峰型不规则，有拖尾现象。可能的原因：色谱柱温度偏低；色谱柱柱效较差；流动相流速偏低；进样速度慢。解决办法：升高柱温度；对柱子进行老化（高温加热）；增大流速。液相图：C-18柱（ODS柱)可能的原因：流动相极性偏大、流速偏小。解决的办法：降低极性，增加流速。问题：两个峰出峰时间相隔太远。方法：增加流动相极性；增加流动

解决办法：使用梯度洗脱。液相色谱-质谱联用样品色谱接口质谱计算机处理系统结果ABCD...M+N+O+P+..质谱检测样品色谱分离课堂作业什么是梯度洗脱，梯度洗脱的特点及应用。什么是正向柱和反向柱？在正相液相色谱的分离过程中,极性

__的组分先流出色谱柱,极性___的组分后流出色谱柱。下列几种物质，应选择哪种色谱进行分析？乙醇，玫瑰精油，-淀粉酶，脂肪酸，多糖

第3章质谱分析法

MassSpectroscopy（MS）丙酮的质谱图CH3—C||O+CH3+CH3—C—CH3||O+MSGC-MSLC-MS1.质谱分析依据:运动的带电离子在磁场中发生偏转,偏转半径与离子质量有关.

§2.1质谱仪基本原理2.质谱分析方法:是将样品转化为运动的带电气态离子，于磁场中按质荷比(m/z)

大小分离并记录的分析方法。3.质谱分析过程离子源轰击样品带正电荷的碎片离子电场加速获得动能E=1/2mV2磁场分离(m/z)检测器记录过程

高速电子样品

气态分子

阳离子

顺序谱图

质量分析器定性分析

定量分析导入按质荷比m/e4.带电离子的形成图1

乙酸丁酯质谱图m116(1)正离子在电场中受到电场力作用而加速(ν)，其位能为，加速后的动能为：

(2)正离子进入磁场，运动方向与磁场垂直，离子受到洛仑兹力f作用：5.带电离子的运动理论：m为碎片质量，ν为碎片速度,e为离子电荷，V为电压,H为磁场强度。当H、R、V三个参数中任两个保持不变而改变其中一个参数时，可得质谱图。现代质谱仪通常是保持V、R不变，通过扫描磁场来得到质谱图。(3)洛仑兹力与离子偏转的向心力相等6.工作进程

样品进入电离室后，被热灯丝产生的电子流轰击，气态样品中的原子或离子被电离成正、负离子。离子被狭缝A、B加速进入磁场，而根据离子质荷比的差异，产生不同的偏转角，从而达到分离。改变A、B电压和外磁场，获得MS谱图。

进样系统离子源质量分析器检测器1.气体扩散2.直接进样3.气相色谱4.液相色谱1.电子轰击2.化学电离3.场致电离4.激光

1.单聚焦2.双聚焦3.飞行时间4.四极杆

§2.2质谱仪结构一.仪器组成:

真空系统进样系统离子源／电离室质量分离器离子检测器记录仪

质谱仪中所有部分均要处高度真空的条件下(10-4-10-6Torr或mmHg),其作用是减少离子碰撞损失。真空度过低，将会引起：※大量氧会烧坏离子源灯丝；※

引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化；※

干扰离子源正常调节；※

用作加速离子的几千伏高压会引起放电。1.真空系统

2.进样系统

液体入口:适用于低挥发度样品，对易分解样品，通常使用衍生法转化为稳定化合物后分析.

气体入口:气态样品色谱可作为一种进样方式。将引入的样品转化成为碎片离子的装置。根据样品离子化方式和电离源能量高低，通常可将电离源分为：气相源：先蒸发再激发，适于沸点低于500oC、对热稳定的样品的离子化.包括电子轰击源、化学电

离源、场致电离源、火花源等.解吸源：固态或液态样品不需要挥发而直接被转化为气相，适用于分子量高达105的非挥发性或热不稳定性样品的离子化。包括场解析源、快原子

轰击源等.3.电离源(室)：

作用过程：采用高速(高能)电子束冲击样品，从而产生电子和分子离子M+，M+继续受到电子轰击而引起化学键的断裂或分子重排,瞬间产生多种离子.a)、

电子轰击源(ElectronBombIonization，EI)图9电子轰击源工作示意图垂直方向：G3-G4加速电极(低电压)---较小动能---狭缝准直G4-G5加速电极(高电压)---较高动能---狭缝进一步准直--离子进入质量分析器。水平方向：灯丝与阳极间(70V电压)—高能电子—冲击样品—正离子优点：使用最广泛，谱库最完整；电离效率高；结构简单，操作方便；缺点:

因电离能量最高,出现大量碎片峰,且很难得到分子离子峰.不适合不稳定物质的检测.电子轰击源作用过程：样品分子在承受电子轰击前，被一种反应气(通常是甲烷)稀释，稀释比例约为103:1，因此样品分子与电子的碰撞几率极小，所生成的样品分子离子主要由反应气分子组成。进入电离源的样品分子大部分与CH5+碰撞产生(M+1)+离子，再分解成各种小离子；小部分与C2H5+反应，生成(M-1)+离子：

b)

、化学电离源(ChemicalIonization,CI)

特点：电离能小，质谱峰数少，图谱简单；准分子离子峰(M+1)+大,可提供分子量这一重要信息。常用于有机和生物样品的分析.化学电离源电子轰击源麻黄碱图10化学电离与电子轰击源质谱图比较分子离子峰作用:将不同碎片按质荷比m/z分开。质量分析器类型：磁分析器、飞行时间、四极杆、离子阱、离子回旋共振等。4.质量分析器※用一个扇形磁场进行质量分析的质谱仪。（a）磁分析器：图14单聚焦质量分析器原理图质量分析器是将m/z相同的离子聚焦到一点。图15单聚焦质量分析器工作过程图(b）四极滤质器(Quadrupolemassfilter)过程：在两个相对应的极杆之间加上电压(V+Ucost)，在另两个相对应的极杆上加相等负电压-(V+Ucost)。其中V和U分别为直流电压、交流电压，与前述双聚焦仪的静电分析器类似，离子进入可变电场后，只有具合适的曲率半径的离子可以通过中心小孔到达检测器。改变V和

U并保持V/

U比值一定，可实现不同m/e离子的检测。特点：分辨率比磁分析器略低(max.2000);m/e范围与磁分析器相当；传输效率比较高；扫描速度快，可用于GC-MS联用仪。图18四极滤质器示意图

过程：上下端罩(Endcap)与左右环电极(Ringelectrode)构成可变电场(前者接地，后者施以射频电压)——带电离子在一定轨道上旋转——改变电压——可使相同m/e离子依次离开进入电子倍增器而分离。特点：结构简单、易于操作、GC-MS联用,可用于m/e200-2000的分子分析。图19离子阱的横截面图(c）离子阱(Iontrapanalyzer)5．电子倍增器

工作原理与光电倍增管相似。多用于气相与有机质谱中。优点：灵敏度高，测定速度快.但：增益会逐渐下降。§2.3质谱图一.质谱图表示：横坐标是m/e，纵坐标是相对丰度相对丰度：原始质谱图上最强的离子峰为基峰，定为100%。其它离子峰以此基峰的相对百分值表示。丙酮的质谱图CH3—C—CH3||OCH3—C||O+CH3++二、离子峰表示

离子峰包括:

分子离子峰、碎片离子峰、同位素离子峰、重排离子峰、亚稳离子峰和多电子离子峰等。（一）分子离子峰

分子受电子撞击后，失去一个电子而生成带正电荷的离子分子离子或母离子

M+e-→M＋+2e

特点:

(1)分子离子峰m/e数值,相当于该化合物的相对分子质量.(2)

位于质谱图的右端，因为m/e最大。

(3)相对强度取决于分子离子的稳定性。物质分析稳定性:

芳香环<共轭多烯<烯<环状化合物<羰基化合物<醚<酯<胺<酸<醇<高度分支的烃类(二)碎片离子峰

在高能量电子源轰击情况下，分子离子处于激发状态，原子间的一些键进一步断裂，产生质量数较低的碎片，是获取分子结构相关信息的重要依据。

正己烷的质谱分析中，常用的电离电压为70电子伏特，使结构裂解，产生各种“碎片”离子。正己烷（三）同位素离子峰

对卤素有机物，F、I为单一元素;35Cl,37Cl3:1;79Br,81Br1:1;

对于多个Cl、Br化合物，有非常强的M+2，M+4，M+6同位素离子峰.

1.含Cl和Br原子

①含1个ClM:M+2=100:32.03:1MM+21个Cl1:1MM+21个Br②含1个BrM:M+2=100:97.31:1③含3个Cl

如CHCl3会出现：

M、M+2、M+4、M+6峰m/z118120122124MM+2M+4M+6丰度比272791符合二项式：a=3（轻）、b=1（重）、n=3原子数目

(a+b)n=(3+1)3=27+27+9+1

MM+2M+4M+6

轻质重质同位素1个Cl和1个Br(3+1)(1+1)=3+3+1+1=3:4:1M:M+2:M+4

（四）亚稳离子峰

离子离开电离室到达收集器之前的过程中，发生分解而形成低质量的离子所产生的峰。（子离子与中性碎片）（五）重排离子峰

两个或两个以上键的断裂中，某些原子或基团从一个位置转移到另一个位置生成的离子。转移基团多为氢原子。①

分子中有一个双键②

在γ碳位置上有H原子③

酮，醛，酸，酯羰基化合物，烯烃类和含苯环等化合物。重排离子峰产生过程2-戊酮（六）多电荷离子峰

非常稳定的分子，可能失去两个或两个以上的电子，在的位置上出现多电荷峰.

如芳香类化合物

§2.4质谱解析

解析未知物的图谱，可按下述程序进行。

第一步对分子离子区进行解析（推断分子式）（1）确认分子离子峰，并注意分子离子峰对基峰的相对强度比，这对判断分子离子的稳定性以及确定结构是有一定帮助的。（2）注意是偶数还是奇数，如果为奇数，而元素分析又证明含有氮时，则分子中一定含有奇数个氮原子。（3）注意同位素峰中M+1/M及M+2/M数值的大小，据此可以判断分子中是否含有S、Cl、Br，并可初步推断分子式。（4）根据高分辨质谱测得的分子离子的m/z值，推定分子式。离子失去的碎片可能存在的结构M-1H醛，某些醚及胺M-15CH3甲基M-18H2O醇类，包括糖类M-28C2H4，CO，N2,麦氏重排，COM-29CHO，C2H5醛类，乙基M-34H2S硫醇M-35ClM-36HCl氯化物M-43CH3CO，C3H7甲基酮，丙基M-45C00H

羧酸类M-60CH3COOH醋酸酯

第二步对碎片离子区的解析（推断碎片结构）（1）找出主要碎片离子峰。并根据碎片离子的质荷比，确定碎片离子的组成。常见碎片离子的组成见表。（2）注意分子离子有何重要碎片脱去m/e离子可能的结构类型29CHO、C2H5醛类、乙基30CH2NH2伯胺43CH3COCH3COC3H7丙基29、43、57、71等C2H5、C3H7直链烷烃39、50、71芳香化合物芳香化合物52、65、7760CH3COOH羧酸类、醋酸类91C6H5CH2苄基105C6H5CO苯甲酰基第三步提出结构式根据以上分析，列出可能存在的结构单元及剩余碎片，根据可能的方式进行连接，组成可能的结构式

例1.一个羰基化合物，经验式为C6H12O，其质谱见下图，判断该化合物是何物。

解：图中m/z=100的峰可能为分子离子峰，那么它的分子量则为100。图中其它较强峰有：85，72，57，43等。85的峰是分子离子脱掉质量数为15的碎片所得，应为甲基。2.m/z=43的碎片等于M-57，是分子去掉C4H9的碎片。3.m/z=57的碎片是C4H9＋或者是M-Me-CO。4.根据酮的裂分规律可初步判断它为甲基丁基酮，裂分方式为：以上结构中C4H9可以是伯、仲、叔丁基，能否判断？图中有一m/z=72的峰，它应该是M-28，即分子分裂为乙烯后生成的碎片离子。只有C4H9为仲丁基，这个酮经麦氏重排后才能得到m/z=72的碎片。若是正丁基也能进行麦氏重排，但此时得不到m/z=72的碎片。因此该化合物为3-甲基-2-戊酮。例2.化学式C6H14O，试由质谱图推出其结构

。解：图中最大质荷比的峰为m/z102，下一个质荷比的峰为m/z87，二者相差15u，对应一个甲基，中性碎片的丢失是合理的，可初步确定m/z102为分子离子峰。该质谱分子离子峰弱，也未见苯环碎片，由此可知该化合物为脂肪族化合物。从m/z31、45、73、87的系列可知该化合物含氧且为醇、醚类型。由于质谱图上无M－18等有关离子，因此未知物应为脂肪族醚类化合物。结合分子量102可推出未知物分子式为C6H14O。从高质量端m/z87及强峰m/z73可知化合物碎裂时失去甲基、乙基（剩下的含氧原子的部分为正离子）。综上所述，未知物的可能结构有下列两种：

m/z59、45分别对应m/z87、73失28u，可设想这是经四员环氢转移失去C2H4所致。由此可见，未知物结构式为（a），它产生m/z59、45的峰，质谱中可见。反之，若结构式为（b），经四员环氢转移将产生m/z45、31的峰，而无m/z59，但质谱图中有m/z59，而m/z31很弱，因此结构式（b）可以排除。下面分析结构式（a）的主要碎裂途径：练习1、某化合物C4H8O的质谱图如下，试推断其结构。返回2:某一液体的化学式为C5H12O，质谱数据如图所示，试推测其结构。物质分析稳定性:

芳香环<共轭多烯<烯<环状化合物<羰基化合物<醚<酯<胺<酸<醇<高度分支的烃类课后作业：1.试述离子轰击源和化学电离源的工作原理，并比较两者的特点。2.有机化合物在离子源中可获得哪些类型的离子？从这些离子的质谱峰中可得到一些什么信息？3.试述色谱-质谱联用的工作过程。

第4章紫外-可见光分光光度法

UltravioletandVisiblespectrophotometry UV-Vis10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm射线x射线紫外光红外光微波无线电波可见光§1光谱概述光谱的划分波谱区-射线波长5~140pm跃迁类型核能级X-射线远紫外光10-3~10nm10~200nm原子内层电子近紫外光可见光200~400nm400~750nm原子外层电子/分子成键电子波谱区近红外光中红外光波长0.75~2.5m2.5~50m跃迁类型分子振动远红外光微波射频50~1990m0.1~100cm1~100m分子转动电子、核自旋§1紫外-可见光分光光度法

基于物质的分子对可见和紫外区域辐射的吸收而进行分析的方法,广泛用于无机物和有机化合物的定性、定量分析。紫外-可见吸收光谱波长范围

远紫外光区(真空紫外区):

100-200nm近紫外光区:200-400nm可见光区:400-800nm1.1分子吸收光谱的产生1.物质分子内部三种运动形式：（1）电子相对于原子核的运动；（2）原子核在其平衡位置附近的相对振动；（3）分子本身绕其重心的转动。2.对应三种能级：电子能级、振动能级和转动能级能量:电子能量Ee

、振动能量Ev

、转动能量Er

而且:Εe>Εv>Εr

分子能量:E＝Ee+Ev+Er（1）电子能级:电子的跃迁能约为1-20eV，比分子振动能级差要大几十倍，所吸收光的波长约为12.5-0.06m，主要在真空紫外到可见光区，对应形成的光谱，称为电子光谱或紫外、可见吸收光谱(2）振动能级:分子的振动能级差一般在0.05-1eV，需吸收波长约为25-1.25m的红外光才能产生跃迁。在分子振动时同时有分子的转动运动。这样，分子振动产生的吸收光谱中，包括转动光谱，故常称为振-转光谱。讨论：（3）转动能级:转动能级间的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，产生此能级的跃迁，需吸收波长约为250-25m的远红外光,吸收光谱位于远红外区。形成的光谱称为远红外光谱或分子转动光谱；1.2电子跃迁类型

根据分子轨道理论，有机分子的分子轨道按能级不同，分为成键、非键和反键轨道；成键轨道或反键轨道又有π键和σ键之分。各级轨道能级如图所示：σ→σ*

σ→π*PxPyPzPxPyPzπ→π*

π→σ*

n→π*n→σ*ππ*σ*σn哪些类型分子有紫外吸收？（1）σ→σ*跃迁指处于成键轨道上的σ电子吸收光子后被激发跃迁到σ*反键轨道

饱和烃类C-C键（2）n→σ*跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向σ*反键轨道的跃迁

含孤电子对杂原子饱和基团（-OH，-NH2）（3）π→π*跃迁指不饱和键中的π电子吸收光波能量后跃迁到π*反键轨道。

不饱和基团（—C＝C—，—C＝O）（4）n→π*跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向π*反键轨道的跃迁。含孤电子对杂原子不饱和基团（-C≡N，C＝O)电子跃迁所处的波长范围吸收能量的次序为：

σ→σ*＞n→σ*≥π→π*＞n→π*在近紫外区和可见区有吸收的物质需具备不饱和结构。2.3基本概念（1）生色团:分子中能吸收紫外光或可见光的结构系统叫做生色团或色基。象C=C、C=O、C≡C等都是生色团。（2）助色团:有些原子或基团，本身不能吸收波长大于200nm的光波，但它与一定的基团相连时，则可使该基团所产生的吸收峰向长波长方向移动。并使吸收强度增加，这样的原子或基团叫做助色团。特点：助色团一般是带有p电子(非键电子对)的基团。例如：

（3）长移和短移(红移和蓝移)

长移:某些有机化合物因反应引入含有非键电子对的基团（助色团）使吸收峰向长波长移动的现象称为

长移或红移，这些基团称为向红基团；短移:使吸收峰向短波长移动的现象称为短移或蓝移，引起蓝移效应的基团称为向蓝基团。

1.4分子结构与紫外吸收光谱1.饱和烃化合物

饱和烃类化合物只含有单键（σ键），只能产生σ→σ*跃迁，由于电子由σ被跃迁至σ*反键所需的能量高，吸收带位于真空紫外区，如甲烷和乙烷的吸收带分别在125nm和135nm。2.简单的不饱和化合物

不饱和化合物由于含有π键而具有π→π*

跃迁，π→π*跃迁能量比σ→σ*小，但对于非共轭的简单不饱和化合物跃迁能量仍然较高，位于真空紫外区。最简单的乙烯化合物，在165nm处有一个强的吸收带，近紫外区仍然检测不到。

当烯烃双键上引入助色基团时，π→π*吸收将发生红移，甚至移到紫外光区。原因是助色基团中的n电子可以使π→π*跃迁能量降低，烷基可产生超共轭效应，也可使吸收红移，不过这种助色作用很弱。3.共轭双烯

在不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共轭时，随着共轭系统的延长，*跃迁的吸收带将明显向长波方向移动，吸收强度也随之增强。