《儀器分析法選介》ppt課件

1、 9.1 紫外可見分光光度法 9.2 原子吸收分光光度法 9.3 電勢分析法 9.4 色譜分析法 1. 掌握電位分析法的根本原理、指示電極和參比 電極的含義。了解各類電極的構(gòu)造和機(jī)理。 2. 掌握測定溶液pH值的方法。掌握直接電位法 測定離子濃度及確定電位滴定終點的方法。 3. 掌握原子吸收光譜分析的根本原理和定量分析 方法。了解原子吸收分光光度計的主要構(gòu)造和 運(yùn)用范圍。 4. 掌握色譜分別的原理、分類及定性、定量方法。 了解評價分別效率的目的，了解氣相及高效液 相色譜儀的構(gòu)造和各自的運(yùn)用范圍。Instrumental Analysis以被測物質(zhì)的物理及物理化學(xué)性質(zhì)為根底的分析方法從二十世紀(jì)中

2、葉開場，儀器分析得到迅速的開展，已廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域。多屬微量分析，快速靈敏，相對誤差較大，但絕對誤差不大。儀器分析法的種類很多。有光譜法、色譜法、電化學(xué)分析法等。本章只引見電位分析法，原子吸收分光光度法、氣相色譜法和液相色譜法這四種常用的儀器分析法。chc/hE光的根本性質(zhì)光的根本性質(zhì)白光白光青藍(lán)青藍(lán)青青綠綠黃黃橙橙紅紅紫紫藍(lán)藍(lán)當(dāng)一束平行的單色光照射到有色溶液時，光的一部分將被溶液吸收，一部分透過溶液，還有一部分被器皿外表所反射。設(shè)入射光強(qiáng)度為I0，透過光強(qiáng)度為It，溶液的濃度為c，液層寬度為b，經(jīng)實驗闡明它們之間有以下關(guān)系： (9-1)kcbIIA0lg朗伯比爾定律9.1.2

3、 光的吸收根本定律透光度透光度 T ( Transmittance ) T ( Transmittance )透光度定義：透光度定義：0IITtT 取值為取值為0.0 % 100.0 %全部吸收全部吸收T = 0.0 %全部透射全部透射T = 100.0 %入射光入射光 I0透射光透射光 It透光度、吸光度與溶液濃度及液層寬度的關(guān)系 9-2 A 吸光度 T 透光度 K - 吸光系數(shù)，與入射光波長、溶液的性質(zhì)及溫度有關(guān)。當(dāng)c的單位為gL-1，b的單位為cm時，k以a表示其單位為Lg-1cm-1，此時式9-1變?yōu)?(9-3) abcA kbcT1lg IIlgA00tII 假設(shè)濃度c的單位為mol

4、L-1，b的單位為cm，這時k常用 表示。稱為摩爾吸光系數(shù)(molar absorptivity)，其單位為Lmol-1cm-1，它表示吸光質(zhì)點的濃度為1molL-1，溶液的寬度為1cm時，溶液對光的吸收才干。 值越大，表示吸光質(zhì)點對某波長的光吸收才干愈強(qiáng)，故光度測定的靈敏度越高。值在103以上即可進(jìn)展分光光度法測定，高靈敏度的分光光度法可到達(dá)105106。式9-3可寫成為：A=bc 9-6與a的關(guān)系為： = Ma 9-7 式中M為吸光物質(zhì)的摩爾質(zhì)量abcIIAo lgTIIAo1lglg朗伯朗伯比爾定律的幾種方式比爾定律的幾種方式bcA 0IITA bc物理意義：一定溫度下，一定波長的單色光

5、經(jīng)過均勻的、物理意義：一定溫度下，一定波長的單色光經(jīng)過均勻的、非散射的溶液時，溶液的吸光度與溶液的濃度和厚度的非散射的溶液時，溶液的吸光度與溶液的濃度和厚度的乘積成正比。乘積成正比。 例9-1 濃度為25.0g/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙分光光度法測定，于波長600nm處，用2.0cm比色皿測得T=50.1%，求吸光系數(shù)a和摩爾吸光系數(shù)。知M(Cu)=64.0。解 : 知T = 0.501，那么A=lgT = 0.300， b = 2.0cm,那么根據(jù)朗伯比爾定律 A=abc，而= Ma = 64.0gmol-13.00102 Lg-1cm-1=1.92104(Lmol-1cm

6、-1)1000.5100 .50100 .251436LgLgc（11 -2-14.L.g103.001000. 50 . 2300. 0cmLgcmbcAa例例9-2 9-2 某有色溶液，當(dāng)用某有色溶液，當(dāng)用1cm1cm比色皿時，其透比色皿時，其透光度為光度為T T，假設(shè)改用，假設(shè)改用2cm2cm比色皿，那么透光度應(yīng)比色皿，那么透光度應(yīng)為多少？為多少？解解: : 由由A= -lgT = abcA= -lgT = abc可得可得 T =10-abc T =10-abc 當(dāng)當(dāng)b1=1cmb1=1cm時，時，T1=10-ac=TT1=10-ac=T 當(dāng)當(dāng)b2=2cmb2=2cm時，時，T2=10-

7、2ac=T2T2=10-2ac=T2 定量分析時，通常液層厚度是一樣的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間的關(guān)系應(yīng)該是一條經(jīng)過直角坐標(biāo)原點的直線。但在實踐任務(wù)中，往往會偏離線性而發(fā)生彎曲，見圖中的虛線。 偏離朗伯一比爾定律的緣由CA規(guī)范任務(wù)曲線圖規(guī)范任務(wù)曲線圖正誤差正誤差負(fù)誤差負(fù)誤差 單色光不純所引起的偏離 朗伯一比爾定律只對一定波長的單色光才干成立，但在實踐任務(wù)中，即使質(zhì)量較好的分光光度計所得的入射光，依然具有一定波長范圍的波帶寬度。在這種情況下，吸光度與濃度并不完全成直線關(guān)系，因此導(dǎo)致了對朗伯一比爾定律的偏離。所得入射光的波長范圍越窄，即“單色光越純，那么偏離越小。 溶質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)

8、及化學(xué)變化引起的偏離 有色化合物的離解是偏離朗伯比爾定律的主要化學(xué)要素。例如，顯色劑KSCN與Fe3+構(gòu)成紅色配合物Fe(SCN)3，存在以下平衡：Fe(SCN)3 Fe3+3SCN 溶液稀釋時，上述平衡向右，離解度增大。所以當(dāng)溶液體積增大一倍時，F(xiàn)e(SCN)3的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導(dǎo)致偏離朗伯比爾定律。9.1.3 9.1.3 顯色反響及其影響要素顯色反響及其影響要素c(R)pHpH1pH80C的條件下運(yùn)用時，的條件下運(yùn)用時，Ag-AgCl 電極的電位較甘汞電極穩(wěn)定。電極的電位較甘汞電極穩(wěn)定。25C時，內(nèi)充飽和時，內(nèi)充飽和KCl 溶液的溶液的Ag-AgCl 電極的電極的電

9、位值為電位值為0.199V。 pH玻璃電極是對溶液中的H+離子活度具有選擇性呼應(yīng)的電極，它主要用于丈量溶液的酸度。組成見圖(由玻璃膜，內(nèi)部溶液，內(nèi)參比電極組成)。 新型玻璃電極多為復(fù)合型，將指示電極和參比電極二合一，外加長腳護(hù)套，玻璃泡不易破損。 1玻璃膜； 2.多孔陶瓷； 3.加液口； 4.內(nèi)參比電極； 5.外參比電極； 6.外參比電極的參比溶液。 電極的球泡形玻璃膜厚0.030.1mm，組成特殊(Na2O，22 % ；CaO，6 % ；SiO2，72 %) 玻璃電極的特殊內(nèi)部構(gòu)造使玻璃膜有選擇性呼應(yīng)。 在摻有Na2O的硅氧網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造構(gòu)成部分荷負(fù)電的硅-氧骨架，可與帶正電荷的Na+ 離子構(gòu)成離

10、子鍵pH玻璃電極需水化后才干運(yùn)用。水化層中的Na+與溶液中H+發(fā)生離子交換。SiO-Na+ (外表) + H+(溶液) SiO-H+(外表) + Na+溶液插入待測試樣后，因膜外外表水化層中的H+離子活度 與待測溶液中H+離子活度 不同，在兩相界面上因H+離子分散遷移而建立起相間電位。內(nèi) 試膜=試 -內(nèi)假設(shè)待測液H+ 離子活度較大，溶液中H+ 向玻璃膜外外表水化層分散，在玻璃外外表和溶液界面構(gòu)成雙電層，產(chǎn)生相間電位。同理，在玻璃內(nèi)外表也構(gòu)成相應(yīng)的相電位。在膜兩側(cè)構(gòu)成了膜電位：00HHHHlnlnRTRTzFF，試，試試試試，外 ，外HH0ln，內(nèi)，內(nèi)內(nèi)內(nèi)FRT外外表的相間電位符合Nernst方

11、程：同理，玻璃膜的內(nèi)外表也存在著因H+離子的分散遷移而建立起相間電位：，內(nèi)，試膜相HHlnFRT，試膜相HlnFRTK膜相膜相膜通常玻璃膜內(nèi)、外外表構(gòu)造及相關(guān)要素完全一致，玻璃膜內(nèi)、外膜外表相間電位的代數(shù)和 為： 因玻璃泡內(nèi)裝溶液的H+離子活度是固定的，那么：忽略分散電位， 可看成整個玻璃膜的膜電位 。AgCl/AgAgCl/AgHHlnlnRTKFRTKF玻璃膜，試，試試玻璃pH303. 2FRTK 0.059pHK試玻璃因玻璃電極的電位是經(jīng)過電極內(nèi)部的Ag-AgCl內(nèi)參比電極丈量的，故整個pH玻璃電極的電極電位為： pH大時為“堿差：除H+外還呼應(yīng)K+、Na+離子，所測pH值低于實踐值。p

12、H小時為“酸差：水分子的質(zhì)子化使其活度小于1，所測pH值高于實踐值。因電極玻璃膜呼應(yīng)H+離子的非專屬性，在pH很大或很小時會出現(xiàn)較大的偏向：改動玻璃膜的成分，可改動使玻璃電極測定的選擇性，成為測定其它陽離子的選擇性電極。如，將玻璃膜的成分改為：Na2O，11 %， Al2O3，18 %， SiO2，71 %，即可將玻璃電極改性為測定鈉的選擇性電極。敏感膜：氟化鑭單晶：摻有EuF2 的LaF3單晶切片；內(nèi)參比電極：Ag-AgCl電極管內(nèi)內(nèi)參比溶液：0.1 mol/L NaCl + 0.1 mol/L NaF 混合溶液 F-用來控制膜內(nèi)外表的電位， Cl-用以固定內(nèi)參比電極的電位。 當(dāng)電極浸入含F(xiàn)

13、-待測試液時，溶液中的F-離子將與單晶膜上的F-離子發(fā)生交換。 假設(shè)試樣溶液中F-大，溶液中的F-離子遷移進(jìn)入晶體膜的空穴中； 假設(shè)試樣溶液中F-小，晶體外表的F-離子轉(zhuǎn)移到溶液，在膜晶格中留下F-點位的空穴。 從而在膜和溶液相界面上構(gòu)成了雙電層，產(chǎn)生膜電位。 ，試F，試膜FlnFRTK，試氟電極FlnFRTK膜電位的大小與試樣溶液中F-活度關(guān)系符合能斯特方程： 與pH電極類似，結(jié)合內(nèi)參比電極的電位，氟離子電極在活度為 的F-離子試液中的電極電位為：因此可以經(jīng)過丈量氟離子選擇性電極的電位，測定試樣溶液中F-離子的活度。測定F-離子的濃度范圍普通在110-5 molL-1 之間測定時溶液酸度應(yīng)控

14、制在pH56之間 pH6，膜外表LaF3水解生成La(OH)3，沉淀會使膜外表性量變化，且又增大了電極外表附近的試樣溶液中F-濃度，干擾F-濃度的測定。 直接電勢法直接電勢法(direct potentiometry)經(jīng)過經(jīng)過丈量指示電極的電極電位，并根據(jù)電位與待測離丈量指示電極的電極電位，并根據(jù)電位與待測離子間的能斯特關(guān)系，求得待測離子的活子間的能斯特關(guān)系，求得待測離子的活(濃濃)度的度的方法。方法。 經(jīng)儀器適當(dāng)?shù)碾娐忿D(zhuǎn)換，直接電位法可直接經(jīng)儀器適當(dāng)?shù)碾娐忿D(zhuǎn)換，直接電位法可直接求出樣品溶液的求出樣品溶液的pH值及相關(guān)離子的濃度。值及相關(guān)離子的濃度。pH303. 2FRTKE 可用酸度計直接測

15、定溶液的pH值，其丈量電池為， 飽和甘汞電極試樣溶液 pH玻璃電極 該電池的電動勢為： E = E玻璃 E甘汞代入玻璃電極電勢表達(dá)式，并將甘汞電極的電勢(一定條件下是常數(shù)) 與K合并，可得: FRTEE/303. 2pHpHxssxsspH303. 2FRTKExxpH303. 2FRTKE 實測時都采取與規(guī)范緩沖溶液比對的方法來確定待測溶液的pH值：規(guī)范緩沖溶液昂昂昂昂昂昂待測溶液 故得到pH值的適用定義 ：溫度(C)鄰苯二甲酸氫鉀(0.05molL-1)KH2PO4-Na2HPO4(各0.025molL-1)硼砂(0.01molL-1)04.0036.9849.464103.9986.92

16、39.332204.0026.8819.225254.0086.8659.180304.0156.8539.139354.0246.8449.102ilg303. 2FzRTKEi 以離子選擇性電極為指示電極，甘汞電極作為參比電極，與待測溶液一同組成一個丈量電池，丈量其電動勢以確定離子活度。 飽和甘汞電極試樣溶液 離子選擇性電極 結(jié)合前面所討論的方法，可得i為離子i的活度，zi該離子所帶的電荷數(shù)，假設(shè)帶一個正電荷，zi=1；兩個正電荷，zi=2；一個負(fù)電荷，zi=-1。其他類推。 與分光光度法中的規(guī)范曲線法類似。a配制一系列知濃度的待測物規(guī)范溶液 b用相應(yīng)的離子選擇性電極和甘汞電極測定對應(yīng)的電

17、動勢，c以測得的E值對相應(yīng)的lgci 作規(guī)范曲線。d在一樣的條件下測出待測試樣溶液的E值，從規(guī)范曲線上查出待測離子的lgci值，再換算成待測離子的濃度。要處理的問題：要處理的問題： 濃度與活度之間的差別濃度與活度之間的差別處理的方法：處理的方法：不是不是 求解求解i將活度校正為濃將活度校正為濃度度而是而是 控制體系的離子強(qiáng)度，控制體系的離子強(qiáng)度，從而使活度系數(shù)從而使活度系數(shù)i成為不成為不隨試樣變化而變化的常數(shù)隨試樣變化而變化的常數(shù) 不同變量規(guī)范曲線的對比 1. 以活度為變量 2. 以濃度為變量 規(guī)范溶液和試樣溶液中均參與不干擾測定的強(qiáng)電解質(zhì)，所加濃度一致且遠(yuǎn)高于試樣溶液中的背景電解質(zhì)和待測離子

18、的濃度。使待測組份規(guī)范溶液和的活度系數(shù)被堅持一致 。iiiiii2.303lg2.3032.303lglgRTEKz FRTRTKcz Fz F式中 是一常數(shù)，可并入K中，即可使E lgC 堅持線性關(guān)系，完全可經(jīng)過直線方程來定量。ii2.303lgRTz F 除控制離子強(qiáng)度外，還需控制溶液酸度、掩蔽存在的干擾離子等。方法：參與由離子強(qiáng)度調(diào)理劑、緩沖劑、掩蔽劑所組成的混合試劑“總離子強(qiáng)度調(diào)理緩沖劑total ion strength adjustment buffer, TISAB 例如，氟離子選擇性電極測定F-離子濃度：需控制試液的pH=5.0左右(HAc-NaAc體系)；用檸檬酸鈉掩蔽試樣中

19、共存的Fe3+ 、Al3+等 (能與F-構(gòu)成配合物) 。1用一條規(guī)范曲線可以對多個試樣進(jìn)展定量，因用一條規(guī)范曲線可以對多個試樣進(jìn)展定量，因此操作比較簡便。此操作比較簡便。2經(jīng)過參與經(jīng)過參與TISAB，可以在一定程度上消除離子，可以在一定程度上消除離子強(qiáng)度、干擾組分等所引起的干擾。強(qiáng)度、干擾組分等所引起的干擾。 規(guī)范曲線法適用于試樣組成較為簡單的大批量試規(guī)范曲線法適用于試樣組成較為簡單的大批量試樣的測定。樣的測定。 根本思緒：根本思緒：向待測的試樣溶液中參與一定量的小體積待測向待測的試樣溶液中參與一定量的小體積待測離子的規(guī)范溶液，經(jīng)過參與規(guī)范溶液前后電動離子的規(guī)范溶液，經(jīng)過參與規(guī)范溶液前后電動勢

20、的變化與參與量之間的關(guān)系，對原試樣溶液勢的變化與參與量之間的關(guān)系，對原試樣溶液中的待測離子濃度進(jìn)展定量。中的待測離子濃度進(jìn)展定量。 x1lg303. 2czFRTKEsxssxx2Vlg303. 2VVcVczFRTKEVs待測試樣溶液體積， cx待測離子濃度 離子的活度系數(shù)參與待測離子規(guī)范溶液后：其中：cs最好是cx的 50100 倍 Vs最好是Vx的 1/501/100目的：參與體積很小，對試樣影響可忽略不計 )(lg303. 2sxxssxx12VVcVcVczFRTEEE1/xssx) 110(SEVVcc將上兩式相減：其中VsVx，所以 Vs+VxVx ，進(jìn)一步處置可得規(guī)范參與法的計

21、算式 ：式中S=2.303RT/zF 規(guī)范參與法可以抑制由于規(guī)范溶液組成與試樣溶液不一致所帶來的定量困難，也能在一定程度上消除共存組分的干擾。但每個試樣測定的次數(shù)添加了一倍，使測定的任務(wù)量添加許多。 規(guī)范參與法適用于成分較為復(fù)雜、難以用規(guī)范曲線法定量的試樣的測定。 優(yōu)點：操作簡單，分析速度快，不破壞試樣溶液優(yōu)點：操作簡單，分析速度快，不破壞試樣溶液(測測定后仍可作它用定后仍可作它用)，可測定有色甚至渾濁的試樣溶液。，可測定有色甚至渾濁的試樣溶液。缺乏：準(zhǔn)確度欠高。由于：電動勢測定的微小誤差，缺乏：準(zhǔn)確度欠高。由于：電動勢測定的微小誤差，經(jīng)過反對數(shù)關(guān)系傳送到濃度后將產(chǎn)生較大的濃度不經(jīng)過反對數(shù)關(guān)系

22、傳送到濃度后將產(chǎn)生較大的濃度不確定度，且這種不確定度隨著離子所帶電荷數(shù)的添確定度，且這種不確定度隨著離子所帶電荷數(shù)的添加而增大。加而增大。例如，對于一價離子，電動勢丈量每例如，對于一價離子，電動勢丈量每1mV 的誤差，的誤差，將產(chǎn)生約為將產(chǎn)生約為 4%的相對誤差，多價離子的相對誤差將的相對誤差，多價離子的相對誤差將累加累加 。 以電位法確定滴定終點的一種滴定分析法。以電位法確定滴定終點的一種滴定分析法。用滴定管在燒杯中滴定待測離子，隨著相關(guān)離子濃用滴定管在燒杯中滴定待測離子，隨著相關(guān)離子濃度的不斷變化，所測得的電池電動勢度的不斷變化，所測得的電池電動勢(或指示電極的或指示電極的電極電勢電極電勢

23、) 也隨之變化。也隨之變化。在化學(xué)計量點附近，電動勢發(fā)生突躍，根據(jù)滴定劑在化學(xué)計量點附近，電動勢發(fā)生突躍，根據(jù)滴定劑的耗費(fèi)量，求得試樣中待測離子的濃度。的耗費(fèi)量，求得試樣中待測離子的濃度。 用以上數(shù)據(jù)作EV滴定曲線，突躍的中點即為化學(xué)計量點，對應(yīng)的滴定劑體積可用作為終點體積。EV曲線法求終點方法簡單，但假設(shè)終點突躍較小那么會有較大的誤差。 11010.2420.24183194VE相關(guān)數(shù)據(jù)的求算：相關(guān)數(shù)據(jù)的求算：E/V：參與一次滴定劑后所引起的電動勢變化：參與一次滴定劑后所引起的電動勢變化值與所對應(yīng)的參與滴定劑體積之比。值與所對應(yīng)的參與滴定劑體積之比。例：在例：在24.10 mL和和24.20

24、 mL之間之間 V：24.10+24.20/2 = 24.15 mL特點：該法確定終點準(zhǔn)確度較高，即使終點突躍較小，特點：該法確定終點準(zhǔn)確度較高，即使終點突躍較小，仍能得到稱心的結(jié)果。仍能得到稱心的結(jié)果。 作 圖 ： 以 求 得 的作 圖 ： 以 求 得 的E/VV值對值對V作圖，作圖，得到兩段一級微分曲線。得到兩段一級微分曲線。處置：將它們外推相交后處置：將它們外推相交后的交點即為一級微分曲線的交點即為一級微分曲線的極大點，所對應(yīng)的滴定的極大點，所對應(yīng)的滴定劑體積為終點體積。劑體積為終點體積。 440025.2435.2439083035.2435.2425.2435.2422VVVEVEV

25、E590035.2445.2483024022VE原理：一級微商為極大的地方，二級微商值等于零。原理：一級微商為極大的地方，二級微商值等于零。 E2/V2的計算的計算 滴定至滴定至24.30 mL 時：時：對于滴定至對于滴定至24.40 mL有有 作 圖 ： 以 求 得 的作 圖 ： 以 求 得 的E2/V2V值對值對V作圖，見右。作圖，見右。處置：化學(xué)計量點附處置：化學(xué)計量點附近二級微商值與滴定近二級微商值與滴定劑體積有線性關(guān)系，劑體積有線性關(guān)系，用線性插值法計算終用線性插值法計算終點的體積。點的體積。30.24)30.24(0440030.2440.24)5900(4400 xmL)(04

26、. 010300440010. 0 x處置：設(shè)終點的滴定劑體積為處置：設(shè)終點的滴定劑體積為24.30 + x mL，那么，那么x值值為：為： 結(jié)果：終點體積為：結(jié)果：終點體積為：24.34 mL 特點：可以抑制一級微商需用外推法求終點能夠引起特點：可以抑制一級微商需用外推法求終點能夠引起的誤差。的誤差?？衫孟嚓P(guān)軟件方便地確定終點，如利用Exel表格。1將滴定劑的體積和相應(yīng)的電動勢數(shù)據(jù)輸入Exel表格2利用“插入圖表功能， 以“XY散點圖的方式作電位滴定曲線和一級微商曲線3確定終點及終點時耗費(fèi)的滴定劑體積。商品化的自動或半自動的電位滴定儀可以自動描畫出滴定曲線、確定終點。有些型號的還能輸出二次

27、微商信號，并在二次微商改號時自動停頓滴定，給出滴定終點的體積。自動電位滴定儀通常具有預(yù)設(shè)終點功能，方便分析大量試樣類型類型 電勢滴定法電勢滴定法常量分析法，誤差在千分之幾常量分析法，誤差在千分之幾 直接電位法直接電位法微量分析法，誤差達(dá)百分之幾微量分析法，誤差達(dá)百分之幾終點確定終點確定 電位滴定法既不受指示劑的限制，也不受試樣溶電位滴定法既不受指示劑的限制，也不受試樣溶液能否有色或渾濁的限制。液能否有色或渾濁的限制。適用范圍適用范圍 能用于某些滴定突躍較小、用指示劑很難確定能用于某些滴定突躍較小、用指示劑很難確定終點的滴定體系。終點的滴定體系。 能將滴定曲線直觀地記錄描畫出來，滴定突躍能將滴定

28、曲線直觀地記錄描畫出來，滴定突躍的大小和區(qū)間一目了然，是研討指示劑滴定法的重的大小和區(qū)間一目了然，是研討指示劑滴定法的重要工具。要工具。 色譜法最早在1903年由俄國植物學(xué)家茨維特分別植物色素運(yùn)用。后來不僅用于分別有色物質(zhì)，還用于分別無色物質(zhì)，并出現(xiàn)了種類繁多的各種色譜法?，F(xiàn)代色譜分析法(chromatography)是一大類分別分析方法。運(yùn)用歷史 “源遠(yuǎn)流長，適用范圍“上天入地，分別對象“簡繁由之。 色譜原型安裝色譜原型安裝 色譜分別在互不相溶的兩相間進(jìn)展?；旌衔锉涣鲃酉?mobile phase)攜帶著流過固定相(stationary phase)時，因各組分在兩相之間的分配平衡(或吸附平

29、衡等)的差別，使得性質(zhì)不同的各個組分隨流動相挪動的速度產(chǎn)生了差別，經(jīng)過一段間隔的挪動之后，混合物中的各組分被一一別分開來。 經(jīng)典色譜分別中，分別后的組分常被分別搜集于容器中，用于進(jìn)一步的分析或作為純化后的產(chǎn)物。 現(xiàn)代色譜分析將分別和分析(檢測)過程集成于一臺儀器中，成為一種分別才干較強(qiáng)、檢測靈敏度較高、可實現(xiàn)自動化操作的儀器分析法。 色譜分別以柱為心臟，以檢測器為眼睛，以任務(wù)站為樞紐。經(jīng)典色譜分別中，分別后的組分常被分別搜集于容器中，用于進(jìn)一步的分析或作為純化后的產(chǎn)物?，F(xiàn)代色譜分析將分別和分析(檢測)過程集成于一臺儀器中，成為一種分別才干較強(qiáng)、檢測靈敏度較高、可實現(xiàn)自動化操作的儀器分析法。 色

30、譜分別以柱為心臟，以檢測器為眼睛，以任務(wù)站為樞紐。1.按流動相和固定相物態(tài)氣相色譜( gas chromatography, GC)氣固色譜、氣液色譜液相色譜liquid chromatography, LC液固色譜、液液色譜 2.按操作方式柱色譜法、紙色譜法、薄層色譜法。3. 按分別的機(jī)理分配色譜法、吸附色譜法、離子交換色譜法、空間排阻色譜法和親和色譜法等。 MsccK組分在流動相中的濃度組分在固定相中的濃度1 1分配平衡和差速遷移分配平衡和差速遷移色譜分別本質(zhì)上由樣品中各組分在兩相間的色譜分別本質(zhì)上由樣品中各組分在兩相間的分配分配 ( (或吸附、離子交換等或吸附、離子交換等) )平衡的差別

31、所呵斥。平衡的差別所呵斥。在一定溫度下，組分在兩相間到達(dá)分配平衡在一定溫度下，組分在兩相間到達(dá)分配平衡時的濃度比稱為分配系數(shù)時的濃度比稱為分配系數(shù)(capacity factor)K(capacity factor)K：分配系數(shù)小的組分由于更易溶解在流動相中，它們隨流動相流動的速度就快。只需分配的次數(shù)足夠多，就可以將分配系數(shù)有微小差別的組分一一分別，當(dāng)分別后的組分由流動相攜帶進(jìn)入檢測器時，就得到了一個一個的色譜峰。 流動相攜帶組分進(jìn)入色譜檢測器，由檢測器將濃度信號轉(zhuǎn)變成電信號，由此記錄得到的信號-時間曲線稱為色譜圖，色譜圖由基線和色譜峰所組成。相對保管相對保管(relative retenti

32、on value, 21) 兩組分的校兩組分的校正保管時間之比，或兩組分的正保管時間之比，或兩組分的分配系數(shù)之比，即，分配系數(shù)之比，即，12R1R221KKtt保管時間保管時間(retention time, tR)從進(jìn)樣開場到檢測從進(jìn)樣開場到檢測器測到某組分信號最大值器測到某組分信號最大值(即流動相中該組分的濃度即流動相中該組分的濃度最大值最大值)時所需的時間。時所需的時間。死時間死時間(dead time, tM) 完全不溶解于固定相因此完全不溶解于固定相因此不被固定相所保管的組分從進(jìn)樣到該組分信號最大值不被固定相所保管的組分從進(jìn)樣到該組分信號最大值出現(xiàn)時所需求的時間。出現(xiàn)時所需求的時間。

33、校正保管時間校正保管時間(adjusted retention time) 組分的保組分的保管時間減去死時間。管時間減去死時間。峰高峰高(h)從基線到組分峰最大值峰頂間的間從基線到組分峰最大值峰頂間的間隔所代表的信號值。隔所代表的信號值。峰底寬度峰底寬度(W自色譜峰上升沿和下降沿的拐點自色譜峰上升沿和下降沿的拐點所作切線在基線上的截距。所作切線在基線上的截距。 半峰寬半峰寬(Wh峰高一半處的色譜峰寬度。留意，峰高一半處的色譜峰寬度。留意，W =1.70 Wh。根據(jù)保管參數(shù)可進(jìn)展定性鑒定；根據(jù)峰參數(shù)可進(jìn)展定量測定；根據(jù)色譜峰的保管值和峰寬參數(shù)可以評價色譜的分別效率。色譜分析的分別性能可以柱效和分

34、別度衡量。色譜圖上兩組分峰之間的間隔取決于分別系統(tǒng)對組分的選擇性，即由體系的熱力學(xué)性質(zhì)21決議。組分在柱內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有分散，即有動力學(xué)的要素存在。熱力學(xué)上能分別的兩組分假設(shè)因動力學(xué)要素影響太大，那么會在色譜圖上得到兩個很寬的峰，將使天性分開的組分重新重疊。22RR5.5416httNWW柱成效實際塔板數(shù)(Number of theoretical plates) 表示：式中的tR和Wh、W的單位應(yīng)一樣(如秒)。同色譜條件下不同組分的峰參數(shù)不同；同一組分在不同色譜條件下所得峰參數(shù)亦不同；同條件下所得的N值大，那么該實驗條件下該色譜柱的柱效高。 12R1R22/1WWttR 柱效N僅表示色譜柱的分

35、別效率，不能定量地表示色譜柱對性質(zhì)類似的兩難分別物質(zhì)時所能到達(dá)的分別程度。 衡量相鄰峰的分別程度可用分別度(resolution，R)表示： 當(dāng)色譜峰對稱呈正態(tài)分布時，R1.0時，兩相鄰峰的分別程度達(dá)98%；R1.5時，分別程度到達(dá)99.7 %(達(dá)完全分別)。分別度取決于：色譜柱系統(tǒng)對兩組分的選擇性(21)， 色譜柱的柱效N如圖a:表示柱系統(tǒng)對兩組分的選擇性適中，由于柱效高，兩組分得到了基線分別；圖b:色譜系統(tǒng)對兩組分的選擇性與a一樣，但柱效低，未到達(dá)基線分別；圖c:色譜分別系統(tǒng)對兩組分有很高的選擇性，雖然柱效較低，但仍能到達(dá)基線分別。 試樣經(jīng)色譜柱分別后，得到了色譜圖，接下來的義務(wù)應(yīng)就是要確

36、定每個色譜峰代表什么物質(zhì)，即進(jìn)展定性分析。 同時還要確定各色譜峰面積的大小或峰值的高低與組分的量的關(guān)系，即進(jìn)展定量分析。 色譜定性分析的方法很多，常用的有：色譜定性分析的方法很多，常用的有：利用保管值定性：利用保管值定性： 利用保管時間定性利用保管時間定性 利用雙柱、多柱定性利用雙柱、多柱定性 利用保管值的閱歷規(guī)律定性利用保管值的閱歷規(guī)律定性 利用保管指數(shù)定性利用保管指數(shù)定性利用檢定器的選擇性定性利用檢定器的選擇性定性與其他儀器結(jié)合定性與其他儀器結(jié)合定性 保管值(包括保管時間、保管體積、保管指數(shù)、相對保管值等)是熱力學(xué)參數(shù)，可以直接測得。嚴(yán)厲說，準(zhǔn)確的保管值應(yīng)是進(jìn)樣量很小時所測的值。留意：用保

37、管值定性時其準(zhǔn)確度有一定的限制，尤其是復(fù)雜樣品(如石油產(chǎn)品)，較易得出錯誤的結(jié)論，要特別留意。由圖可見，比較未知物和規(guī)范物的保管時間tR，VR或記錄紙走的間隔XR，就能判別出未知物中：峰2為甲醇，峰3為乙醇，峰4為正丙醇，峰7為正丁醇，峰9為正戊醇。 利用與定性才干很強(qiáng)的紅外、質(zhì)譜等儀器結(jié)合，確定未知樣品的相關(guān)組分。紹興黃酒分析的GC/MS譜圖定量分析的準(zhǔn)確度與精細(xì)度取決于以下要素： 取樣與樣品前處置，決議樣品能否能代表本體；色譜分別條件選擇，決議能否能使各組分完全分別；檢測器選擇，決議能否能檢測出所需測定的組分；峰高、峰面積測定，決議能否能準(zhǔn)確丈量； 定量校正因子測定，處理同樣量的不同物質(zhì)在

38、同一檢定器上有不同呼應(yīng)的問題；定量方法選擇，以正確的數(shù)學(xué)運(yùn)算準(zhǔn)確定量。仔細(xì)做好每一步，色譜定量會很準(zhǔn)確。如GC分析的TCD的丈量相對誤差RE0.08%，其他的也大多小于2%。iiiAfm色譜定量分析色譜定量分析根據(jù)組分檢測呼應(yīng)訊號的大小，根據(jù)組分檢測呼應(yīng)訊號的大小，定量確定試樣中各個組分的相對含量。定量確定試樣中各個組分的相對含量。根據(jù)根據(jù)每個組分的量每個組分的量(分量或體積分量或體積)與色譜檢測器與色譜檢測器產(chǎn)生的檢測呼應(yīng)值產(chǎn)生的檢測呼應(yīng)值(峰高峰高h(yuǎn)或峰面積或峰面積A)成正比成正比:校正因子相當(dāng)重要，還要有適宜的定量方法。校正因子相當(dāng)重要，還要有適宜的定量方法。峰形對稱的峰面積計算式為 A

39、=1.065 hW1/2不對稱峰峰面積的近似計算公式為： A = 0.5 h (W0.15+W0.85) W0.15 和W0.85 為峰高0.15和0.85處的峰寬值?，F(xiàn)代色譜儀中都帶有自動積分設(shè)備，能準(zhǔn)確、迅速地將峰面積丈量出來。由于檢測器對不同組分的呼應(yīng)靈敏度不同，等濃度兩組分的峰面積不一定相等，無法表達(dá)不同的“待測物質(zhì)的量與其峰面積呈正比，因此需經(jīng)校正因子校正后方可定量。 校正因子的意義單位峰面積所代表的i組分的質(zhì)量(或濃度，視mi的物理量而定)。ssiism,im,i/AmAmfff測絕對校正因子困難，故實踐分析常用相對校正因子(通常以苯為基準(zhǔn)求得)。測定方法：準(zhǔn)確稱量待測組分和基準(zhǔn)物

40、質(zhì)的規(guī)范物，混勻后，在選定的色譜條件下進(jìn)樣分別，測得待測組分和基準(zhǔn)物的峰面積后按下式計算相對校正因子：色譜定量方法有很多，常用的有歸一化法、外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法、內(nèi)加法、轉(zhuǎn)化法等。需根據(jù)不同的要求選擇適宜的定量方法。尤其是歸一化法，特別適用于初學(xué)者。%100.%100nn2211iiiifAfAfAfAfAmmwii要求：試樣中一切組分都能出分峰要求：試樣中一切組分都能出分峰(出柱并有呼應(yīng)出柱并有呼應(yīng))。原理：試樣中一切組分原理：試樣中一切組分(含溶劑含溶劑)含量之和為含量之和為100%，組分組分 i 在試樣中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在試樣中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wi按下式計算：按下式計算：特點：簡單、準(zhǔn)確、對進(jìn)樣量的要求不

41、高。特點：簡單、準(zhǔn)確、對進(jìn)樣量的要求不高。 但當(dāng)試樣中有組分無峰時不能運(yùn)用。但當(dāng)試樣中有組分無峰時不能運(yùn)用。 即其它分析方法中描畫的規(guī)范曲線法。過程： 用規(guī)范物配制系列規(guī)范液，在選定色譜條件下進(jìn)樣分別，用峰面積對濃度做規(guī)范曲線。 以同樣方法測定分析試樣，由所得峰面積從規(guī)范曲線上查得待測組分的含量。 特點：操作簡單，適宜大批量試樣的分析。但是，特點：操作簡單，適宜大批量試樣的分析。但是，進(jìn)樣量等實驗條件對測定的準(zhǔn)確度有很大的影響。進(jìn)樣量等實驗條件對測定的準(zhǔn)確度有很大的影響。 適用：因各種緣由不能使一切組分都出峰，或有組適用：因各種緣由不能使一切組分都出峰，或有組分含量過大分含量過大(小小)，或只

42、需分析樣品中少量組分時，或只需分析樣品中少量組分時過程：在總量過程：在總量m的樣品中參與質(zhì)量為的樣品中參與質(zhì)量為mS的內(nèi)標(biāo)物的內(nèi)標(biāo)物S，然后根據(jù)被測物和內(nèi)標(biāo)物的分量和在色譜圖上相應(yīng)然后根據(jù)被測物和內(nèi)標(biāo)物的分量和在色譜圖上相應(yīng)的峰面積比求出某組分的峰面積比求出某組分 i 的含量。的含量。方法：選擇一種試樣中不存在的物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)物，方法：選擇一種試樣中不存在的物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)物，將一定量的內(nèi)標(biāo)物參與到準(zhǔn)確稱量的試樣之中，混將一定量的內(nèi)標(biāo)物參與到準(zhǔn)確稱量的試樣之中，混勻后取一定體積進(jìn)樣分別，根據(jù)待測組分和內(nèi)標(biāo)物勻后取一定體積進(jìn)樣分別，根據(jù)待測組分和內(nèi)標(biāo)物的峰面積比，求出待測組分的含量。的峰面積比，求出待

43、測組分的含量。%100%100sssiiiimmAfAfmmw 經(jīng)過外加的內(nèi)標(biāo)物與待測物的峰面積、校正因子之間的比例關(guān)系，由內(nèi)標(biāo)物的量來確定待測物的量。iiiiiissssssmf Af Ammmf Af A優(yōu)點：不受試樣中的各組分能否都出峰的限制，優(yōu)點：不受試樣中的各組分能否都出峰的限制，但卻可以消除由于進(jìn)樣量和其它實驗條件的動搖但卻可以消除由于進(jìn)樣量和其它實驗條件的動搖對定量的影響。對定量的影響。缺陷：每一個試樣均需參與一定量的內(nèi)標(biāo)物，添缺陷：每一個試樣均需參與一定量的內(nèi)標(biāo)物，添加了測定的任務(wù)量。加了測定的任務(wù)量。 內(nèi)標(biāo)物選取要求，最好在樣品中不存在，其保管值在一切組分保管值的中間，參與內(nèi)

44、標(biāo)物的含量和待測組分含量不應(yīng)相差很大。1.1.氣相色譜儀氣相色譜儀由載氣系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分別系統(tǒng)、檢測和記錄系由載氣系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分別系統(tǒng)、檢測和記錄系統(tǒng)等部分所組成。統(tǒng)等部分所組成。 氣相色譜儀氣相色譜儀作用作用:向色譜儀的分別、檢測系統(tǒng)提供純度高、流速向色譜儀的分別、檢測系統(tǒng)提供純度高、流速穩(wěn)定的氣體流動相。由氣源普通為穩(wěn)定的氣體流動相。由氣源普通為N2、H2鋼瓶、鋼瓶、氣體凈化器、載氣流量調(diào)理閥和流量表所組成。氣體凈化器、載氣流量調(diào)理閥和流量表所組成。留意：由于氣相色譜的分別作用主要依托固定相對留意：由于氣相色譜的分別作用主要依托固定相對組分的選擇性作用，流動相組分的選擇性作用，流動相

45、(載氣載氣) 對被分別的組分對被分別的組分主要起運(yùn)載作用，對分別的選擇性作用不明顯。主要起運(yùn)載作用，對分別的選擇性作用不明顯。由進(jìn)樣口、氣化室和微量注射器組成進(jìn)樣程序： 汲取試樣溶液 刺穿硅橡膠隔膜 樣品進(jìn)入汽化室 試樣迅速汽化 被載氣攜帶入柱。分別由色譜柱完成。氣相色譜柱分填充柱和毛細(xì)管柱兩類。氣相色譜往往需求在高于室溫的溫度下進(jìn)展分別，故色譜柱需放置一可控溫的恒溫箱中。 氣液色譜為分配型色譜機(jī)理，固定相由一些高沸點有機(jī)化合物(固定液)涂漬在多孔的擔(dān)體(最常用的擔(dān)體是硅藻土擔(dān)體)之上所構(gòu)成的液體固定相。目前已有至少2000種色譜固定液。氣固色譜為吸附色譜機(jī)理，固定相為一些固體吸附劑如Al2O

46、3、硅膠、分子篩等。作用：作用： 將經(jīng)色譜柱分別并在載氣攜帶下從色譜柱將經(jīng)色譜柱分別并在載氣攜帶下從色譜柱后依此流出之各組分的濃度轉(zhuǎn)換成易檢測的電后依此流出之各組分的濃度轉(zhuǎn)換成易檢測的電信號并記錄為色譜圖。信號并記錄為色譜圖。種類：根據(jù)檢測性能而分類。最常用的有：種類：根據(jù)檢測性能而分類。最常用的有：熱導(dǎo)池檢測器熱導(dǎo)池檢測器(TCD)根據(jù)待測組分和載氣導(dǎo)根據(jù)待測組分和載氣導(dǎo)熱才干的差別而設(shè)計，屬通用型檢測器。熱才干的差別而設(shè)計，屬通用型檢測器。氫火焰離子化檢測器氫火焰離子化檢測器(FID)根據(jù)有機(jī)化合物在根據(jù)有機(jī)化合物在氫火焰中熄滅時能產(chǎn)生少量離子而設(shè)計。靈敏氫火焰中熄滅時能產(chǎn)生少量離子而設(shè)計

47、。靈敏度較度較TCD高，但只能呼應(yīng)有機(jī)化合物。高，但只能呼應(yīng)有機(jī)化合物。一切結(jié)果將用記錄系統(tǒng)給予記錄。最簡單的配置是運(yùn)用記錄儀，而后丈量峰寬峰高并手工計算峰面積等參數(shù)?，F(xiàn)均配置色譜處置機(jī)或色譜任務(wù)站，自動擔(dān)負(fù)色譜圖的記錄和保管值、峰高、峰面積(乃至塔板數(shù)和分別度)的計算，并能直接報告分析結(jié)果。分別效率高分別效率高 普通一根普通一根12 m的色譜柱，實際塔板的色譜柱，實際塔板數(shù)可達(dá)數(shù)千，毛細(xì)管柱可達(dá)數(shù)萬。數(shù)可達(dá)數(shù)千，毛細(xì)管柱可達(dá)數(shù)萬。分析速度快分析速度快 最快時可在最快時可在30min內(nèi)完成內(nèi)完成200300個組個組分的定性定量分析。分的定性定量分析。靈敏度高靈敏度高 氣相色譜可檢測出氣相色譜可檢測出10-1110-12g的物質(zhì)，的物質(zhì)，可以直接用以測定試樣可以直接用以測定試樣(如環(huán)境檢測中的水和大如環(huán)境檢測中的水和大氣氣)中的微中的微(痕痕)量物質(zhì)。量物質(zhì)。價廉價廉 設(shè)備不太復(fù)雜，操作費(fèi)用比較低。設(shè)備不太復(fù)雜，操作費(fèi)用比較低。氣相色譜法的運(yùn)用氣相色譜法的運(yùn)用主要用于分析分子量較小主要用于分析分子量較小400的低沸點的低沸點500C化合物，如化合物，如煉油廠的低沸點油類、化學(xué)品中的煉油廠的低沸點油類、化學(xué)品中的痕量雜質(zhì)、環(huán)境中的有機(jī)污染物、痕量雜質(zhì)、環(huán)境中的有機(jī)污染物、飲料中的成分、食品中的農(nóng)藥殘留、飲料中的成分、食品中的農(nóng)藥殘留、化裝品中的香料等等，被廣泛地運(yùn)化裝品中