现代仪器分析详解

现代仪器分析详解演示文稿现在是1页\一共有61页\编辑于星期日优选现代仪器分析现在是2页\一共有61页\编辑于星期日试样在色谱柱分离示意图现在是3页\一共有61页\编辑于星期日1、色谱法的分类1）按物理状态分类根据流动相的物态：气相色谱法(GC)和液相色谱法(LC)根据固定相的物态：气-固色谱法、气-液色谱法、液-固色谱法、液-液色谱法2）按使用的形式分类(1)柱色谱(2)纸色谱(3)薄层色谱3）按分离机理分类(1)吸附色谱(2)分配色谱(3)离子交换色谱(4)凝胶色谱现在是4页\一共有61页\编辑于星期日2、色谱法的特点1)高选择性2)高效能3)高灵敏度，适于微量和痕量分析3、色谱法的应用1)色谱分析广泛应用于极为复杂的混合物成分分析2)液相色谱法，在糖类、氨基酸、农药、染料、贵金属、有机金属化合物等方面得到了广泛的应用。3)色谱分离是一种非常有效的提纯物质的技术，常用于制备分离，得到高纯样品。4)色谱—质谱联用仪已成为研究分子结构的重要手段。

现在是5页\一共有61页\编辑于星期日4、几个色谱常用术语（以气相色谱图为例）1）色谱图各组分的浓度随流出时间而分布的曲线称为色谱曲线，常称为色谱曲线图或色谱图。现在是6页\一共有61页\编辑于星期日2）色谱峰的高度、宽度、半峰宽度峰高(h)：峰高h指色谱峰最高点到基线的距离，一般用cm为单位。现在是7页\一共有61页\编辑于星期日峰宽(Y)与半峰宽[Y1/2)从色谱峰两侧的转折点(拐点)作切线，在基线上的截距叫峰底宽(y)；简称峰宽；峰高一半处色谱峰的宽度叫半峰宽(y1/2)。由于色谱峰顶呈圆孤形，色谱峰的半峰宽并不等于峰底宽的一半。现在是8页\一共有61页\编辑于星期日3)保留时间(tR):是指被测组分从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间。调整保留时间(tR′)：组分的保留时间与死时间的差值：tR′=tR-t0它表示与固定相发生作用的组分比载气在色谱柱中多滞留的时间，实际上是组分在固定相中所滞留的时间。现在是9页\一共有61页\编辑于星期日二、气相色谱仪及联用技术AgilentGC6890-5975IMSD现在是10页\一共有61页\编辑于星期日1、GC的分析过程气相色谱主要利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体带入色谱柱，柱内含有液体或固体固定相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向与流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。现在是11页\一共有61页\编辑于星期日由于载气的流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附或解析，结果在载气中分配浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的样品后流出。当组分流出色谱柱后，立即进入检测器。检测器能将样品组分的存在与否变为电信号，电信号的大小与被测组分的量或浓度成比例。现在是12页\一共有61页\编辑于星期日GC的分析流程图现在是13页\一共有61页\编辑于星期日样品色谱图现在是14页\一共有61页\编辑于星期日2、气相色谱仪的构成气路系统进样系统柱系统检测系统计算机控制及数据处理系统现在是15页\一共有61页\编辑于星期日2、气相色谱仪的构成气路系统进样系统柱系统检测系统计算机控制及数据处理系统现在是16页\一共有61页\编辑于星期日现在是17页\一共有61页\编辑于星期日现在是18页\一共有61页\编辑于星期日现在是19页\一共有61页\编辑于星期日2.3检测系统检测器是色谱仪的“眼睛”气相色谱检测器可分为浓度型检测器与质量型检测器：浓度型检测器的响应值和组分的浓度成正比，质量型检测器的响应值和单位时间内进入检测器的质量成正比。常用的浓度型检测器有：热导池检测器(TCD)、电子捕获检测器(ECD)常用的质量型检测器有：氢火焰电离检测器(FID)、火焰光度检测器(FPD)现在是20页\一共有61页\编辑于星期日热导池检测器的结构及测量原理热导检测器的依据是组分和载气分别具有不同的热导系数，它的特点是结构简单，稳定性好，操作容易，灵敏度适中，对无机试样和有机试样都能响应，是应用最广泛、最成熟的一种通用型检测器，灵敏度较低。现在是21页\一共有61页\编辑于星期日氢火焰检测器的结构原理特点：灵敏度比热导池检测器高出三个数量级，具有结构简单、灵敏度高、响应速度快、应用广泛，适宜于痕量分析。离子化机理：有机物在氢火焰中发生化学电离火焰中的正离子以H3O+最多，约占90%；其他还有CHO+，CH3O+，C3H+等。对在氢火焰中不电离的无机化合物，例如CO，CO2，SO2，N2等，不能进行检测。现在是22页\一共有61页\编辑于星期日3、分离条件的选择3.1载气及流速的选择热导池检测器常用氢气、氦气作载气氢火焰检测器宜用氮气作载气。氢气：空气：氮气的比例为1：10：1，如氢气30～40ml/min,空气300～400ml/min,氮气30～40ml/min。3.2柱温的选择柱温改变时，柱效率、分离度R、选择性及色谱柱的稳定性都将产生相应的改变。现在是23页\一共有61页\编辑于星期日柱温的影响

色谱柱温度主要有样品的复杂程度和汽化温度决定。

现在是24页\一共有61页\编辑于星期日3.3色谱柱固定液的选择原则：(1)非极性试样，用非极性固定液；(2)极性试样，使用极性固定液；(3)极性与非极性的混合物，一般选用极性固定液；(4)能形成氢键的试样，选用极性或形成氢键的固定液；(5)复杂的多组分混合试样，常用两种或两种以上的混合固定液。现在是25页\一共有61页\编辑于星期日改善柱效率的因素：1）选择颗粒较小的均匀填料2）选用较低的柱温操作3）降低担体表面液层的厚度4)选用合适的载气及载气流速：流速较小时，分子扩散项成为色谱峰扩张的主要因素，宜用相对分子质量较大的载气；流速较大时，传质项为控制因素，宜用相对分子质量较小的载气。现在是26页\一共有61页\编辑于星期日3.4进样时间和进样量的选择现在是27页\一共有61页\编辑于星期日4、气相色谱分析4.1气相色谱的定性方法依据：利用色谱图确定各色谱峰所代表的化合物。常用的方法：纯物质对照定性、利用保留值定性、利用检测器的选择性定性等。现在是28页\一共有61页\编辑于星期日1）根据色谱保留值进行定性分析各种物质在一定的条件下(固定相、操作条件)，均有确定不变的保留值利用已知成分的纯物质与未知试样的色谱峰对照进行定性分析

*利用保留值定性当已知某试样推测为某化合物(例如已用其他方法确定)时，用相应化合物的纯物质进行比较，有相同的峰形和保留值的则为同一种化合物。现在是29页\一共有61页\编辑于星期日如果保留时间相同，峰形不同，仍不能认为是同一种物质时，将试样与纯物质混合后注入色谱柱，若色谱峰增高而半峰宽并不相应增加，则两者可能是同一种物质。缺点：重复性较差利用相对保留值定性优点：可以消除某些操作条件的影响，只要柱温、固定相不变，即使柱径、柱长、填充情况及流动相的流速有所变化，相对保留值γ仍然不变，它是色谱定性分析的重要参数。现在是30页\一共有61页\编辑于星期日2）利用检测器的选择性进行定性分析热导池检测器(FCD)：对有机化合物和无机化合物均有响应，但灵敏度较低；氢焰检测器(FID)：对有机化合物灵敏度高，对无机气体、水分等响应很小；电子捕获检测器(ECD)：对卤素、氧、氯等电负性强的组分有很高的灵敏度，对不含卤素、氧、氮等电负性强的组分灵敏度很低，甚至不产生响应；火焰光度检测器(FPD)：只对含S，P的物质有信号。利用检测器定性，可以大致判断被测物的类型。现在是31页\一共有61页\编辑于星期日4.2定量计算方法归一化法、外标法、内标法等归一化法归一化法很直观，容易接受，计算简便、准确，当操作条件如进样量、流速等发生变化时，对计算结果的影响很小，是一种常用的计算方法。缺点是：必需所有组分都出峰。现在是32页\一共有61页\编辑于星期日外标法利用标准品做标准曲线，在线型范围内，求得样品的浓度的一种定量方法。现在是33页\一共有61页\编辑于星期日内标法当只需测定试样中某几个组分，或试样中所有组分不可能全部出峰时，可采用内标法。内标法是将一定质量的纯物质(非被测组分的纯物质)作为内标物，加入到准确称取的试样中，根据被测物质和内标物的质量及其在色谱图上相应峰面积之比，求出被测组分的质量分数。现在是34页\一共有61页\编辑于星期日选择内标物应遵循的原则：试样中不存在的纯物质，否则会使色谱峰重叠而无法准确测定试样的色谱峰面积；内标物的物理及物理化学性质应与被测物相近，当操作条件发生变化时，内标物与被测物均受到相应的影响两者相对校正因子基本不变；色谱峰位于被测物色谱峰的附近，且能与被测物色谱峰完全分离；内标物的浓度应与被测物的浓度相近。现在是35页\一共有61页\编辑于星期日内标法的优点：不要求各组分全部出峰，无归一化法的限制，即只要被测组分能出峰，不和其他峰重叠，不管其他组分是否出峰或是否重叠，都可以用内标法进行定量分析，而且定量准确，受操作条件影响较小。缺点：选用合适的内标物较为困难，每次都要淮确称量样品和内标物的量，不宜作快速分析。现在是36页\一共有61页\编辑于星期日4.3建立气相色谱的方法现在是37页\一共有61页\编辑于星期日4.4应用实例现在是38页\一共有61页\编辑于星期日现在是39页\一共有61页\编辑于星期日5、联用技术质谱法是一种重要的定性鉴定和结构分析方法，但没有分离能力，这一点与色谱法刚好互补，后者是一种很好的分离方法，特别适合于复杂混合物的分离，但对组分的定性鉴别有困难。将两种方法结合起来就可以发挥两者的优点，解决发展混合物的分离和鉴定。质谱可以看成气相色谱的一个检测器，通过测定样品的分子量及结构信息，确定化合物。现在是40页\一共有61页\编辑于星期日正十二烷EI质谱图现在是41页\一共有61页\编辑于星期日三、高效液相色谱分析（HPLC）HighPerformanceLiquidChromatography气相色谱法适用于分析相对分子质量较小、沸点较低、热稳定性好的物质，这些物质约占有机化合物总数的25%～30%。对于稳定性差、相对分子质量大(400以上)、沸点高的物质，宜用高效液相色谱法进行分析。高效液相色谱法是用液体作为流动相的色谱法。现在是42页\一共有61页\编辑于星期日基线(baseline)——经流动相冲洗，柱与流动相达到平衡后，检测器测出一段时间的流出曲线。一般应平行于时间轴。噪音(noise)——基线信号的波动。通常因电源接触不良或瞬时过载、检测器不稳定、流动相含有气泡或色谱柱被污染所致。漂移(drift)——基线随时间的缓缓变化。主要由于操作条件如电压、温度、流动相及流量的不稳定所引起，柱内的污染物或固定相不断被洗脱下来也会产生漂移。现在是43页\一共有61页\编辑于星期日死时间(deadtime，t0)——不保留组分的保留时间。即流动相（溶剂）通过色谱柱的时间。在反相HPLC中可用苯磺酸钠来测定死时间。死体积(deadvolume，V0)——由进样器进样口到检测器流动池未被固定相所占据的空间。它包括4部分：进样器至色谱柱管路体积、柱内固定相颗粒间隙（被流动相占据，Vm）、柱出口管路体积、检测器流动池体积。其中只有Vm参与色谱平衡过程，其它3部分只起峰扩展作用。为防止峰扩展，这3部分体积应尽量减小。V0＝F×t0（F为流速）现在是44页\一共有61页\编辑于星期日现代高效液相色谱法具有下列特点：1)高压：液相色谱法使用液体作为流动相(简称载液)，液体流过色谱柱时，所遇到的阻力很大，为了使载液迅速通过色谱柱，必须对载液施加高压。高效液相色谱法工作压力高达20MPa~30MPa。2)高速：高效液相色谱法的分析时间较经典的液相色谱所需的时间要少得多，分离一个样品只需几分钟至几十分钟，仅为经典液相色谱的几十分之一。3)高效：一般气相色谱法的色谱往是数千塔板／米，高效液相色谱法的塔板数可达约3万塔板/米，使分离效率大大提高。现在是45页\一共有61页\编辑于星期日五个部分：高压输液系统、进样系统、色谱柱、检测系统、数据处理系统。1、高效液相色谱仪现在是46页\一共有61页\编辑于星期日1.1高压输液系统高压输液系统由贮液器、高压泵、梯度洗提装置组成，核心部分是高压泵。（一）高效液相色谱的流动相应满足如列要求：1)应具有足够的纯度，一般选用色谱纯试剂。2)流动相与固定液应互不相溶。3)流动相对试样各组分应有适当的溶解度。4)粘度小，检测器对流动相不产生响应。

常用的流动相：甲醇、乙醚、苯、乙腈、乙酸乙酯、吡啶等。现在是47页\一共有61页\编辑于星期日（二）梯度洗提装置应用梯度洗提，可以提高分离效果。梯度洗提法：在分离的过程中，应用梯度洗提装置，按一定的程序改变两种或两种以上不同极性的溶剂之间的比例，使流动相的成分和极性产生相应的变化，从而改变复杂物质中不同极性的组分的相对保留值，提高分离效果，加快分析速度。现在是48页\一共有61页\编辑于星期日（三）高压泵高效液相色谱仪的重要组成部分，应具备如下性能1）有足够的输出压力，使流动相能顺利地通过颗粒很细的色谱柱，通常在14.7MPa～44MPa之间；2）输出流量恒定无脉动，其流量精度在1%～2%之间；3）输出流动相的流量范围广且流速可调，对分析仪器，一般为0.2～2mL/min；制备仪器为10～20mL/min。4）压力平稳，脉动小。现在是49页\一共有61页\编辑于星期日1.2进样装置1）阀进样(六通阀)由阀芯、阀体、定量管组成。优点：进样量的可变范围大，耐高压，易于自动化缺点：容易造成色谱峰扩张2)自动进样,用于大量样品的常规分析。现在是50页\一共有61页\编辑于星期日六通阀使用和维护注意事项：

1)样品溶液进样前必须用0.45μm滤膜过滤，以减少微粒对进样阀的磨损。2)转动阀芯时不能太慢，更不能停留在中间位置，否则流动相受阻，使泵内压力剧增，甚至超过泵的最大压力；再转到进样位时，过高的压力将使柱头损坏。3)为防止缓冲盐和样品残留在进样阀中，每次分析结束后应冲洗进样阀。通常可用水冲洗，或先用能溶解样品的溶剂冲洗，再用水冲洗。现在是51页\一共有61页\编辑于星期日1.3色谱柱常用内壁抛光过的不锈钢制成标准柱型：内径为4.6mm或3.9mm，长为15cm~30cm的直形不锈钢柱。液相色谱填充柱的填充方法：干法和湿法两种颗粒直径大于20μm的可用干法填充颗粒直径10μm以下的采用湿法装柱湿法装柱每米柱效可达3万塔板现在是52页\一共有61页\编辑于星期日1.4检测器灵敏度高、噪音低、线性范围宽、定量准确、适应范围广等特点，同时还应该对温度和载液流速的变化不敏感。可用的检测器有：紫外、折光、电导、荧光、蒸发光散射等常用的检测器有：紫外-可见光度检测器和差示折光检测器1）紫外-可见光度检测器一种小型的装有流动池的双光束光度计紫外-可见光度检测器灵敏度很高，检测限可达10-9g·mL-1优点：这种检测器对温度和流速不敏感，适宜于梯度洗提缺点：不能用于对紫外-可见光完全不吸收的试样的检测现在是53页\一共有61页\编辑于星期日2）差示折光检测器一种浓度型检测器，是通过连续测定测量池中溶液折射率的变化来测定组分的浓度。优点：凡与流动相折射率不同的组分，都可以用差示折光检测器来检测，所以差示折光检测器是一种通用型检测器。差示折光检测器的灵敏度较低。缺点：对温度和流速的波动很敏感。现在是54页\一共有61页\编辑于星期日1.5数据处理系统计算机，峰面积的积分、分析结果的计算、误差的分析或色谱图的输出记录的信号进行程序化、自动化处理。液-固色谱法液—液色谱法离子交换色谱法凝胶色谱法2、高效液相色谱法的分类及其分离原理现在是55页\一共有61页\编辑于星期日3、正相色谱和反相色谱正相分配色谱用极性物质作固定相，非极性溶剂(如苯、正己烷等)作流动相反相分配色谱用非极性物质作固定相，极性溶剂(如水、甲醇、