高效液相、气相色谱法及红外色谱仪的简单介绍

三种重要仪器的原理及使用方法气相色谱法高效液相色谱法红外吸收光谱法目录气相色谱法 1气相色谱仪2气相色谱检测器3气相色谱的应用4定义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）。

气相色谱法又可分为:气固色谱（GSC）

气液色谱（GLC）：气固色谱：是用多孔性固体为固定相，分离的对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物.气液色谱：固定相是用高沸点的有机物涂渍在惰性载体上．由于可供选择的固定液种类多，故选择性较好，应用亦广泛。

实现色谱分离的外因是由于流动相的不间断的流动。色谱分离能够实现的内因是由于固定相与被分离的各组分发生的吸附（或分配）作用的差别。色谱分色谱离的原理气相色谱法的特点“三高”“一快”

“一广”1.高效能：一般填充柱的理论塔板数可达数千，毛细管柱可达一百多万。2.高选择性：可以使一些分配系数很接近的以及极为复杂、难以分离的物质，获得满意的分离。3.高灵敏度：可以检测1011～1013g物质，适合于痕量分析4.分析速度快：一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。5.应用广泛：可以分析气体试样，也可分析易挥发或可衍生转化为易挥发的液体和固体。分析的有机物，约占全部有机物(约300万种)的20%。6.不足之处：对被分离组分的定性能力较差。102G型气相色谱仪102型气相色谱仪（常用于学生实验）GC-7890气相色谱仪

带色谱工作站GC-7890气相色谱仪外观内部结构GC-9A气相色谱仪日本东京Shimadzu气相色谱仪气相色谱仪组成气路系统进样系统分离系统温控系统检测记录系统气相色谱结构流程图

processofgaschromatograph1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；载气系统进样系统分离系统检测系统温控系统记录系统二、气相色谱仪的组成及各部分的作用：1、载气系统（包括气源、气体净化、气体流速控制和测量）常用的载气，氨气、氮气2、进样系统

包括进样器和汽化室

微量注射器：0.1，1，5，10，50μL

汽化室可控制温度为20～400℃

汽化室的作用是将液体或固体样品瞬间气化为蒸气，并很快被载气带入色谱柱。3、分离系统

色谱柱（心脏部分）、柱箱和恒温控制装置

色谱柱：填充柱、空心毛细管柱填充柱：

制备简单，可供使用的单体，固定液，吸附剂繁多，可解决各种分离分析问题。

填充柱外形有U型，W型和螺旋型三种，内径均为2～6mm，长度在1～10m之间，通常2～4m。不锈钢，玻璃，聚四氟乙烯。空心毛细管：

分析速度快，内径为0.1～0.5mm，长为50～300m，其外形多为螺旋型，材料，玻璃尼龙，不锈钢。

色谱柱放在恒温箱中：

柱恒温箱控温范围一般为15℃至350℃程序升温，温度自动控制进行气相色谱法分析时，载气（一般用氮气或氢气）由高压钢瓶供给，经减压阀减压后，载气进入净化管干燥净化，然后由稳压阀控制载气的流量和压力，并由流量计显示载气进入柱之前的流量后，以稳定的压力进入气化室、色谱柱、检测器后放空。当气化室中注入样品时，样品瞬间气化并被载气带入色谱柱进行分离。分离后的各组分，先后流出色谱柱进入检测器，检测器将其浓度信号转变成电信号，再经放大器放大后在记录器上显示出来，就得到了色谱的流出曲线。利用色谱流出曲线上的色谱峰就可以进行定性、定量分析。这就是气相色谱法分析的过程。气相色谱仪的常用检测器1.TCD（热导检测器）2.FID（氢火焰离子化检测器）3.FPD（火焰光度检测器）4.NPD（氮磷检测器）5.ECD（电子捕获检测器）气相色谱的应用范围主要广泛应用在卫生防疫，食品卫生，环境检测，质量监督，石油化工，精细化工，农药，制药，电力，白酒，矿山等行业及科研机关和大专院校。气相色谱的应用在石油化学工业中大部分的原料和产品都可采用气相色谱法来分析；在电力部门中可用来检查变压器的潜伏性故障；在环境保护工作中可用来监测城市大气和水的质量；在农业上可用来监测农作物中残留的农药；在商业部门可和来检验及鉴定食品质量的好坏；在医学上可用来研究人体新陈代谢、生理机能；在临床上用于鉴别药物中毒或疾病类型；在宇宙舴中可用来自动监测飞船密封仓内的气体等等。有机合成领域内的成份研究和生产控制；尖端科学上军事检测控制和研究。

高效液相色谱法二、高效液相色谱法的特点

FeatureofHPLC

特点：高压、高效、高速高沸点、热不稳定有机及生化试样的高效分离分析方法。高效液相色谱法（HPLC）是60年代末以经典液相色谱法为基础，引入了气相色谱的理论与实验方法，流动相用高压泵输送，采用高效固定相和在线检测等手段发展而成的分离分析方法。与气相色谱法相比具有：适用范围广，样品预处理简单，分离效率高，流动相选择范围广，检测方法多为非破坏性的，流出组分可回收等优点。

概述高效液相色谱分离原理和气相色谱一样，液相色谱分离系统也由两相——固定相和流动相组成。液相色谱的固定相可以是吸附剂、化学键合固定相（或在惰性载体表面涂上一层液膜）、离子交换树脂或多孔性凝胶；流动相是各种溶剂。被分离混合物由流动相液体推动进入色谱柱。根据各组分在固定相及流动相中的吸附能力、分配系数、离子交换作用或分子尺寸大小的差异进行分离。色谱分离的实质是样品分子（以下称溶质）与溶剂（即流动相或洗脱液）以及固定相分子间的作用，作用力的大小，决定色谱过程的保留行为。HPLC液-固吸附液-液分配正相色谱反相色谱一般反相色谱离子对色谱离子抑制色谱离子交换色谱一般离子交换色谱离子色谱氨基酸分析空间排斥色谱凝胶渗透色谱凝胶过滤色谱假相色谱胶束色谱环糊精色谱亲合色谱，手性色谱，毛细管电泳键合相色谱第二节高效液相色谱仪色谱柱进样阀流动相检测器高压泵脱气装置高效液相色谱仪的结构高效液相色谱仪由高压输液系统、进样系统、分离系统、检测系统、记录系统等五大部分组成（图14-2）。高效液相色谱仪的工作流程分析前，选择适当的色谱柱和流动相，开泵，冲洗柱子，待柱子达到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行分离，分离后的组分依次流入检测器的流通池，最后和洗脱液一起排入流出物收集器。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依据。

2.主要部件（1）高压输液泵主要部件之一，压力：150～350×105

Pa。为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相（<10μm），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。应具有压力平稳、脉冲小、流量稳定可调、耐腐蚀等特性。（2）梯度淋洗装置外梯度:

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。内梯度:一台高压泵,通过比例调节阀,将两种或多种不同极性的溶剂按一定的比例抽入高压泵中混合。（3）进样装置

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：（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。检测器紫外检测器可变波长检测器光电二极管阵列检测器荧光检测器电化学检测器蒸发光散射示差检测器质谱高效液相色谱法应用实例环境监测中取代尿素除锈剂的分析—正相液-液色谱分析法。稠环芳烃的分析—反相键合色谱法有机氯农药的分析—液-固色谱法氨基酸的分析—离子交换色谱法聚合物的分析—空间排阻色谱法生物活性物质酶的分离—亲和色谱法红外光谱法第一节概述与紫外吸收光谱法、核磁共振波谱法及质谱法一起称为四大谱学方法。原理：当一束红外光照射物质时，被照射物质分子吸收其中部分光能，转变为分子的振动和转动能量，使分子的固有振动和转动从低能级跃迁到较高能级。这种跃迁在光谱上产生的吸收谱带，通常以波长um或波数cm-1横坐标，以吸光度A或透光率T%为纵坐标。红外吸收光谱图红外光谱法的特点红外光区的划分与紫外吸收光谱法比较：涉及对象：紫外研究对象是具有共轭体系的不饱和化合物；红外几乎针对所有分子（除单原子分子和同核双原子分子外）功能：对物质组成、结构提供详细信息。定量分析：可进行定量分析，但能量小，干扰强。样品类型：液体、固体和气体试样。研究范围近红外区：主要研究稀土和过渡金属离子的化合物，水，含氢原子团化合物的定量分析。中红外光区（又称红外光谱区）：绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带都出现在该区，由于基频振动是最强的吸收，适宜进行定性、定量分析。远红外光谱区：由于低频骨架振动能很灵敏地反应出结构变化，所以对异构体的研究特别方便，还可用于金属有机化合物的、氢键、吸附现象的研究，但由于该光区弱，一般不在此范围内进行分析。

红外吸收光谱法的基本原理

红外吸收光谱产生条件1.辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需能量。

当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和外界红外辐射的频率一致，就满足了第一个条件。2.辐射与物质之间有偶合作用（相互作用）。

物质吸收辐射的第二个条件，实质上是外界辐射迁移的能量到分子中去。而这种能量的转移是通过偶极矩的变化来实现的。色散型红外光谱仪光源样品池单色器检测器记录系统傅里叶变换红外光谱仪光源干涉仪样品池检测器记录系统红外吸收光谱法红外光谱仪

1、基本结构

光源

单色器

样品池

检测器

记录仪

岛津IR－435红外分光光度计色散型红外光谱仪

红外吸收光谱仪一、色散型红外吸收光谱仪1、光源：Nernst灯：氧化锆、氧化钇、氧化锗

硅碳棒：惰性固体2、样品池：单晶NaCl、KBr、LiF等

气体：玻璃槽，窗口用单晶材料

液体：透光面为单晶

固体：压片3、单色器：棱镜（单晶）或光栅4、检测器：热电偶、热电量热计、光电导管二、傅里叶变换型红外光谱仪（FTIR)FTIR没有色散元件，与色散型红外吸收光谱仪的主要区别在于迈克尔逊干涉仪取代了单色器。迈克尔干涉仪工作原理图多色光的干涉图傅里叶变换红外光谱仪工作原理图FTIR光谱仪优点(与色散型区别)：1、光学部件简单，只有一个动镜在实验中转动，不宜磨损。2、测量范围宽，其波数范围可达到45000~6cm-1。3、精度高，光通量大，所有频率同时测量，检测灵敏度高。4、扫描速度快（<1s），可作快速反应动力学研究，并可与气相色谱GC、液相色谱LC联用。5、杂散光不影响检测。6、对湿度要求不高。第五节红外吸收光谱的应用

一、已知物的鉴定将试样的红外光谱图与标样的红外光谱图对照，或者与文献上的标准图对照，若两张图各吸收峰的位置和形状完全相同，峰的相对强度一样，则认为两者为同一物质，否则不是或有杂质。常用标准图谱集：美国Sadtler标准光谱集，1985年收集6900张棱镜图谱；ALdrich红外图谱集，1981年出版，汇集12000张谱图；SIgmaFourier红外光谱图库，1986