色譜與質(zhì)譜學(xué)2

色譜學(xué)與質(zhì)譜學(xué)劉新剛中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所xingangl@126.com色譜(chromatography)提綱概述色譜圖和基本參數(shù)平衡色譜理論塔板理論氣相色譜液相色譜定性定量分析第一章概述第一節(jié)色譜(chromatography)定義：色譜是一種把混合物中多組份分離的實驗技術(shù)。將氣化的混合物或氣體通過柱中某種物質(zhì)，基于柱中物質(zhì)與不同化合物的相互作用不同而得到分離，然后經(jīng)過檢測器記錄物質(zhì)的響應(yīng)值隨時間的變化，就是色譜圖，每一個峰可代表最初混合樣品中某一個組分。簡而言之,色譜是利用物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)建立的分離、分析方法。實質(zhì)：分離目的：定性分析或定量分析色譜柱：進行色譜分離用的細(xì)長管。固定相：管內(nèi)保持固定、起分離作用的填充物。流動相：流經(jīng)固定相的空隙或表面的沖洗劑。優(yōu)點能較好的分離物理常數(shù)相近、化學(xué)性質(zhì)類似的同系物和異構(gòu)體。幾個概念苯和環(huán)己烷的氣相色譜分離：沸點之差0.6℃分餾柱不可能分開50cm的色譜柱即可分開。色譜發(fā)展歷史30年代茨維特分離綠葉色素40年代TLC，紙色譜50年代GC出現(xiàn)使色譜具備分離和在線分析功能60年代末HPLC出現(xiàn)，使色譜分析范圍進一步拓展.70年代末聯(lián)用儀器：GC-MS，HPLC-MS一、按兩相狀態(tài)分：氣相色譜GC液相色譜LC流動相氣體液體固定相固體液體固體液體色譜名稱氣固GSC氣固吸附色譜氣液GLC氣液分配色譜液固LSC液固吸附色譜液液色LLC液液分配色譜第二節(jié)色譜分類1.柱色譜法2.紙色譜法3.薄層色譜法二、按固定相的幾何形式分類1.柱色譜法(columnchromatography)柱色譜法是將固定相裝在一金屬或玻璃柱中或是將固定相附著在毛細(xì)管內(nèi)壁上做成色譜柱，試樣從柱頭到柱尾沿一個方向移動而進行分離的色譜法。2.紙色譜法（paperchromatography）紙色譜法是利用濾紙作固定液的載體，把試樣點在濾紙上，然后用溶劑展開，各組分在濾紙的不同位置以斑點形式顯現(xiàn)，根據(jù)濾紙上斑點位置及大小進行定性和定量分析。3.薄層色譜法(thin-layerchromatography,TLC)薄層色譜法是將適當(dāng)粒度的吸附劑作為固定相涂布在平板上形成薄層，然后用與紙色譜法類似的方法操作以達到分離目的。1.吸附色譜法2.分配色譜法3.離子交換色譜法4.尺寸排阻色譜法5.親和色譜法按色譜法分離所依據(jù)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)的不同，又可將其分為：三、按分離原理分類1.吸附色譜法(adsorptionchromatography)利用吸附劑表面對不同組分物理吸附性能的差別而使之分離的色譜法稱為吸附色譜法。2.分配色譜法(partitionchromatography)利用固定液對不同組分分配性能的差別而使之分離的色譜法稱為分配色譜法。用離子交換樹脂為固定相的色譜法靠樣品離子與固定相的可交換基團的交換能力（交換系數(shù)）的差別而分離。2.離子交換色譜法

(ionexchangechromatography)4.尺寸排阻色譜法-GPC(sizeexlusionchromatography)以一定尺寸的多孔固體為固定相，以液體為流動相，按分子尺寸大小進行分離的方法 多聚物5.親和色譜法(affinitychromatography)將具有生物活性（如酶、輔酶、抗體等）的配位基鍵合到非溶性載體或基質(zhì)表面上形成固定相。利用蛋白質(zhì)或生物大分子與親和色譜固定相表面上配位基的親和力進行分離的色譜。第三節(jié)色譜文獻發(fā)表色譜文獻的主要期刊JournalofChromatography.A色譜JournalofChromatography.B分析測試通報TheJournalofMicrocolumnSeparation分析科學(xué)學(xué)報Chromatographia

分析儀器JournalofChromatographyScienceJournalofHighResolutionChromatographyLC·GCAnalyst工具書傅若農(nóng)，汪正范等，色譜技術(shù)叢書（第二版），北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005李浩春，盧佩章，氣相色譜法。北京：科學(xué)出版社，1993李浩春，分析化學(xué)手冊，第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999（氣相）張玉奎，分析化學(xué)手冊，第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000（液相）根據(jù)對色譜柱模擬蒸餾塔的假設(shè)條件，具體展開討論組分在色譜柱中移動分配過程如下：第二章色譜圖及基本參數(shù)

色譜圖:

色譜柱流出物通過檢測器時所產(chǎn)生的響應(yīng)信號對時間的曲線圖,其縱坐標(biāo)為信號強度,橫坐標(biāo)為保留時間。色譜圖示意圖一、色譜圖相關(guān)術(shù)語.

色譜峰(Peak):當(dāng)組分隨流動相進入檢測器時，其響應(yīng)信號大小隨時間變化所形成的峰形曲線。正常的色譜峰呈正態(tài)分布。.峰底(PeakBase):.峰高h(PeakHeight):.區(qū)域?qū)挾龋悍?底)寬W(PeakWidth):半(高)峰寬W1/2(PeakWidthatHalfHeight):標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)(StandardError):σ=1/4W一、色譜圖相關(guān)術(shù)語.峰面積(PeakArea):.拖尾峰(TailingPeak):.前伸峰(LeadingPeak):.鬼峰,假峰(GhostPeak):一、色譜圖相關(guān)術(shù)語.基線(Baseline):.基線飄移(BaselineDrift):.基線噪聲(N)(BaselineNoise):一、色譜圖相關(guān)術(shù)語二、保留值保留值：試樣中各組分在色譜柱中停留時間值或?qū)⒔M分帶出色譜柱所需流動相的體積值稱為保留值。1)保留時間

：從進樣至被測組分出現(xiàn)濃度最大值時所需時間tR。2)保留體積：從進樣至被測組分出現(xiàn)最大濃度時流動相通過的體積，VR。3)死時間：不被固定相滯留的組分，從進樣至出現(xiàn)濃度最大值時所需的時間稱為死時間(deadtime)，tM。4)死體積:不被固定相滯留的組分，從進樣至出現(xiàn)濃度最大值時流動相通過的體積稱為死體積(deadvolume)，VM。

VM=tMFc5)調(diào)整保留時間：扣除死時間后的保留時間。6)調(diào)整保留體積：扣除死體積后的保留體積。

tR’=tR-tMVR’=VR–VM或VR’=tR’Fc7)相對保留值（relativeretention）在相同的操作條件下，組分與參比組分的調(diào)整保留值之比，用ri,s

表

保留指數(shù)：用Ix

表示，它是以一系列正構(gòu)烷烴作參比物來反映物質(zhì)保留行為的定性參數(shù)。Ix是被測組分的保留指數(shù)，z和z+1是正構(gòu)烷烴的碳數(shù)。8)保留指數(shù)（

retentionindex）薄層色譜法中原點到斑點中心的距離與原點到溶劑前沿的距離的比值。又稱Rf值，是色譜法中表示組分移動位置的一種方法的參數(shù)。定義為溶質(zhì)遷移距離與流動相遷移距離之比。在一定的色譜條件下，特定化合物的Rf值是一個常數(shù)，因此有可能根據(jù)化合物的Rf值鑒定化合物。

9)比移值（

retentionindex）1.分配系數(shù)（distributioncoefficient）分配系數(shù):

在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相間達到分配平衡時的濃度比值。

cs、cm分別為組分在固定相和流動相的濃度；三、分配系數(shù)和容量因子容量因子：在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相之間分配達到平衡時的質(zhì)量比，稱為容量因子，也稱分配比，用k表示。

2.容量因子（capacityfactor）cs、cm分別為組分在固定相和流動相的濃度(g/ml)；Vm為色譜柱中流動相的體積，近似等于死體積，Vs為色譜柱中固定相的體積。k=tR/tM-1容量因子k決定于組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)，隨柱溫、柱壓的變化而變化，還與流動相及固定相的體積有關(guān)。分配系數(shù)K與柱中固定相和流動相的體積無關(guān)，而取決于組分及兩相的性質(zhì)，并隨柱溫、柱壓變化而變化。3.K、k與保留參數(shù)間的關(guān)系理論上可以推導(dǎo)出：色譜過程基本方程：（1）色譜條件一定時，K或k值越大，則組分的保留值也越大。（2）兩個組分的K或k值相等，則兩個組分的色譜峰必將重合。（3）兩個組分的K或k值差別越大，則相應(yīng)的兩色譜峰相距就越遠。小結(jié)：四、液相色譜術(shù)語和參數(shù)粒間體積孔體積柱外體積液體總體積流體力學(xué)體積第三章平衡色譜理論物料平衡假設(shè)：樣品組分在流動相和固定相間的分配平衡在整個色譜過程中均能瞬時達成，不考慮傳質(zhì)速度的有限性以及物質(zhì)的彌散對平衡過程形成的影響。流入物質(zhì)的量-流出物質(zhì)的量=液相中物質(zhì)的量+固相中物質(zhì)的量

c*qdtk-(c-dc)qdtk=kqdx+(1-k)qdxu譜帶=設(shè)，定義為容量因子。u譜帶=1.譜帶移動后的形狀

2.譜帶移動后的速度和保留值關(guān)系

3.計算容量因子計算容量因子1+k=u/u譜帶=(L/tm)/(L/tR)=tR/tm∴k=tR/tm-1第四章色譜基本理論——塔板理論

GC是一種分離技術(shù),組分先分離才可定性定量.如何選擇最佳分離條件,這需要色譜理論的指導(dǎo).

苯和環(huán)己烷的氣相色譜分離：沸點之差0.6℃分餾柱不可能分開50cm的色譜柱即可分開。-固相和液相分配系數(shù)不同因此，分配系數(shù)的差異是所有色譜分離的實質(zhì)性的原因。1在理論板高H內(nèi)，組分在氣液相內(nèi)瞬間平衡2所有的物質(zhì)在開始時全部進入零號塔板里3塔板間無縱向擴散（柱向擴散)4分配系數(shù)K是常數(shù)5載氣以脈沖式進入色譜柱

一、塔板理論的假設(shè)設(shè)樣品分子開始全部位于第0號塔板上，當(dāng)色譜柱中通過N體積載氣后，計算在第n塊塔板上出現(xiàn)某組分分子的概率。這個概率應(yīng)該是考慮在塔板上某組分的一個分子出現(xiàn)在流動相中的概率(Mp)等于在該塔板上流動相中組分分子的個數(shù)與整個塔板上組分分子個數(shù)之比。二、色譜流出曲線方程

--基本關(guān)系式概率推導(dǎo)假設(shè)色譜柱由5塊塔板組成：(0號板,1號,2號,…4號板)

令N=5(N表示進入柱中載氣的脈沖次數(shù)令組分進樣量為：W=64

組分在柱內(nèi)的分配過程是以氣液色譜分配為例,組分在氣液兩相中進行分配此時若組分容量因子K，=1,即p=q

組分中有p量溶于液相組分中有q量溶于液相K=1.0的樣品經(jīng)數(shù)次平衡后的結(jié)果溶質(zhì)在氣液兩相的分配方式可用二項式準(zhǔn)確表示出來(P+

q)N得出色譜流出曲線方程：C-色譜流出曲線上任意一點樣品的濃度N-理論塔板數(shù)WR-溶質(zhì)的質(zhì)量VR-溶質(zhì)的保留體積，即從進樣到色譜峰極大點出現(xiàn)時通入色譜柱中載氣的體積V-在色譜流出線上任意一點的保留體積經(jīng)多次分配后的濃度分布塔板理論成功之處較好地解析了色譜曲線形狀2濃度極大點Cmax的位置是tR(即VR)3可用理論塔板數(shù)（N）評價柱效三、塔板理論方程式的討論V=VR時流出曲線達濃度極大值Cmax

(1)

進樣量W愈大,則Cmax愈大.W與Cmax

成正比。這是色譜峰高定量的依據(jù)。（2）H值愈小，柱效愈高，Cmax/W比值愈大。即H越小，柱效N越高

(3)色譜柱內(nèi)徑愈小，填充愈緊密，Cmax/W比值也愈大。即柱愈細(xì)填充愈緊密，柱效N越高。Cmax的影響因素

（4）

色譜柱愈短，Cmax值愈大。（5）

先流出柱子的組分容量因子小，所以Cmax/W比值愈大，反之提高色譜柱的溫度（對GC），增加流動相中強洗脫溶劑的濃度（對HPLC），都可以使容量因子下降，比而使Cmax/W比值愈大，提高色譜檢測靈敏度。四、塔板理論的作用與不足

(一)塔扳理論在色譜法中的地位與作用：

1．從塔板理論方程式的形式看它描述的色譜信號軌跡應(yīng)該是正態(tài)分布函數(shù)，與實際記錄的色譜流出曲線相符合，說明此方程是準(zhǔn)確的，且對色譜分配系統(tǒng)有理論指導(dǎo)意義。2．由塔板理論據(jù)導(dǎo)出來計算往效率的理論塔板數(shù)(N)公式，是行之有效的。長期以來用N值的大小評價色譜柱柱效是成功的，是色譜工作者不可缺少的計算公式。3.塔板理論方程式描述色譜峰極高點的Cmax數(shù)值是符合公式要求的，實驗數(shù)據(jù)證明Cmax

與N，W，VR之間的關(guān)系是正確的。各參數(shù)對Cmax之影響都是客觀的。

4．按塔板理論模型所建立起來的一些方程式討論了某些色譜參數(shù)對組分色譜峰區(qū)域半峰寬公式均符臺流出曲線半高峰寬變化的實際。特別應(yīng)指出的是，塔板理論也提出了理論塔板高度對色譜峰區(qū)域?qū)挾葦U張的影響，這一點過去往往被忽視。1.塔板理論是模擬在一些假設(shè)條件下而提出的，假設(shè)同實際情況有差距，所以他描述的色譜分配過程定量關(guān)系合有不準(zhǔn)確的地方。2.對于塔板高度H這個抽象的物理量究竟由哪些參變量決定的？H又將怎樣影響色譜峰擴張等一些實質(zhì)性的較深入的問題，塔板理論卻不能回答。(二)塔扳理論存在的不足：3.為什么流動相線速度(U)不同，柱效率(n)不同；而有時當(dāng)U值由很小一下變得很大時，則柱效能（n）指標(biāo)并未變化許多，但峰寬各異，這些現(xiàn)象塔板理論也無能為力．4.塔報理論忽略了組分分子在柱中塔板間的縱向擴散作用，特別當(dāng)傳質(zhì)速率很快時，其縱向擴散作用為主導(dǎo)方面，這一關(guān)鍵問題并未闡述。5.塔板理論也未說明β變化對組分在柱內(nèi)移動速率的影響。實際上VL、VG在某些方面決定著組分分子的擴散行為和擴散距離。

綜上所述塔板理論雖為半經(jīng)驗理論，但在色譜學(xué)發(fā)展中起到了率先作用和對實際工作的指導(dǎo)作用，所以至今延用不衰，為廣大色譜工作者承認(rèn)。

速率理論認(rèn)為，單個組分粒子在色譜柱內(nèi)固定相和流動相間要發(fā)生千萬次轉(zhuǎn)移，加上分子擴散和運動途徑等因素，它在柱內(nèi)的運動是高度不規(guī)則的，是隨機的，在柱中隨流動相前進的速度是不均一的。第三章色譜理論--速率理論速率理論基于無規(guī)行走模型，定義H為單位柱長的離散度H=σ2/L,式中σ為高斯峰形的標(biāo)準(zhǔn)偏差，L為柱長。并假設(shè)：①縱向擴散是造成譜帶展寬的重要原因，必須予以考慮；②傳質(zhì)阻力是造成譜帶展寬的主要原因，它使平衡成為不可能③對填充柱有渦流擴散的影響

vanDeemter方程的數(shù)學(xué)式為H=A+B/U+CU或H=A+B/U+CsU+CmUA、B、C、為常數(shù)，分別代表渦流擴散系數(shù)、分子擴散項系數(shù)、傳質(zhì)阻力項系數(shù)。1、渦流擴散項A=2λdγλ為反應(yīng)柱填充狀態(tài)的常數(shù)

dp為填料垃徑速率理論討論2、分子擴散項B/u（縱向擴散項）

B=2K0Dg

縱向分子擴散是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，其濃度分布的構(gòu)型呈“塞子”狀。它隨著流動相向前推進，由于存在濃度梯度，“塞子”必然自發(fā)的向前和向后擴散，造成譜帶展寬。分子擴散項系數(shù)為

K0為阻滯常數(shù)即彎曲因子，它反映了固定相顆粒的幾何形狀對自由分子擴散的阻礙情況。Dg為組分在流動相中擴散系數(shù)(cm2.s-1)色譜柱中的渦流擴散示意圖

傳質(zhì)過程分為：氣相傳質(zhì)過程與液相傳質(zhì)過程傳質(zhì)阻力系數(shù)C等于氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)CL之和：

3、傳質(zhì)阻力項CU=(Cg+CL)U（1）氣液色譜C=Cg+CL

氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg為：液相傳質(zhì)阻力系數(shù)

CL：

范氏方程

H=A+B/U+CsU+CmU

令C=Cs+Cm

則H=A+B/U+CU

作H~U圖(見下頁):方程討論

討論1.曲線有一最低點Uopt

(即Hmin)

將方程微分:2.對開管柱(毛細(xì)柱)A=0

得Golay方程H=B/U+CU

對填充柱A項與U無關(guān),決定與柱的填充情況3.U很小時:CU項可忽略,方程簡化為:H=A+B/U

作H~1/U直線,斜率為B4.U很大時:B/U項可忽略,方程簡化為:H=A+CU

作H~U直線,斜率為C,截距A5.K/對板高H的影響(比較復(fù)雜):N隨K/的變化而變化綜合考慮:U實際稍高于Uopt

因為:1.右側(cè)曲線斜率小,U稍變不會引起H的大變化

2.為提高分析速度因為U↑則tR

↓

第五章

氣相色譜（gaschromatography）GC-氣相色譜氣路系統(tǒng)

進樣系統(tǒng)-進樣器、氣化室

分離系統(tǒng)

-色譜柱

控制溫度系統(tǒng)

檢測和放大記錄系統(tǒng)

色譜柱流量控制器穩(wěn)壓器空氣氫氣載氣分子篩脫水管固定進樣口檢測器電子部件PC限流器一氣體

H2N2Air

也可用CO2HeAr

純度要求大于99.999%

第一節(jié)氣路系統(tǒng)

檢測器常用凈化劑作用

TCD；FID變色硅膠：除H2O

TCD；FID分子篩：除H2O

FID；ECD活性碳：除有機物

FID；ECD脫氧劑：除O2

氣體的壓力與流量的測量

常用皂膜流量計，用時先將皂膜流量計管子內(nèi)壁潤濕

氣體的純化第二節(jié)氣化室室溫-350℃氣相色譜適用范圍：能夠氣化、且穩(wěn)定的化合物第三節(jié)色譜柱色譜柱原理：吸附、分配、空間排阻等物理化學(xué)性質(zhì)不同進行分離。常用色譜柱（填充柱和毛細(xì)管柱）：OV101、OV17等DB-1、DB-5、DB-35、DB-17、DB-WAX等樣品溶劑為弱極性的有機溶劑，不能進水和酸色譜柱確認(rèn)填充柱與毛細(xì)管柱的區(qū)別計算柱效和分離度理解柱的選擇性確認(rèn)柱操作的步驟學(xué)習(xí)爐溫的恒溫操作和程序升溫操作樣品流動相固定相分離的過程示意圖分配填充填充柱載氣液體相固體支撐物非常多的孔具有極大的表面積一、氣液色譜

(GLC)壁涂開管柱(WCOT)液體相毛細(xì)管柱(占應(yīng)用的90%)“相似相溶"或同極性相互作用通過樣品在固定相中的分配或不同溶解度實現(xiàn)分離組分基于不同的極性而分離

(偶極力的作用)通常例如： 醇類是極性化合物

聚乙二醇(Carbowax)是極性固定相一、氣液色譜

(GLC)色譜過程示意圖柱效:

色譜柱形成尖銳峰的能力分離度: 色譜柱將兩個峰彼此分開的能力選擇性:

色譜柱確認(rèn)兩個峰化學(xué)與/或物理性質(zhì)差別的能力優(yōu)差優(yōu)差二、柱分離指標(biāo)1.色譜柱效能的參數(shù)柱效：也叫柱效能。理論塔板數(shù)n有效理論塔板數(shù)neff理論塔板高度HH=L/n分析物時間進樣不保留組分tmtR'tR1. 使用內(nèi)徑更小的柱子。2. 減小固定相百分組成或固定相液膜厚度。3.減小進樣量。4.選用更長的柱子。5.使用程序升溫改善后流出組分峰形。@ 好的進樣技術(shù)可以保障高柱效。進樣應(yīng)該緊湊快速， 以免峰展寬。如何提高柱效2、分離條件的優(yōu)化要求1.兩峰間有一定距離—tR不同要求2.峰寬要窄—W1/2要小分離度(分辨率)分離條件的選擇主要是提高“難分離物質(zhì)對”的分離度（1）峰寬分離度R國家標(biāo)準(zhǔn)分離度

當(dāng)兩峰高相差不大,且峰型接近時可以認(rèn)為W1=W2=W

(2)半峰寬分離度R1/2

R與R1/2關(guān)系,對于高斯R1/2=1.7R分離基本關(guān)系式n表示塔板數(shù)α表示選擇性,表示固定液對組分保留作用,不說明柱效α=k2/k1R是總分離效能指標(biāo),只有α>1時,二組分才有可能分離k’表示容量因子討論：

R=1

分離程度達98%

R>=1.5

完全分離,達>=99.7

也叫基線分離

R<1

二峰明顯重疊由上式可知：(1)增加塔板數(shù)可以提高分離度(2)k’值的最佳范圍是：1＜k’＜10(3)柱選擇性α增大，能顯著地提高分離度兩根同種色譜柱的相互關(guān)系式：例如:柱長L=30cm分離度R=1.06

柱效n=3490分析時間tR2=17.63min;要使分離度達到R=1.5或以上,就需要改變L,n如果換一根30cm長,但n=7000的柱則tR2=17.63min內(nèi)可達R=1.5的分離度若采取加長色譜柱的方法,則需要60cm,

分析時間tR2=35min分離度R與保留時間tR的關(guān)系說明:縮短分析時間的最有效的措施是提高柱效

縮短柱長,

增加載氣流速也可以提高分析速度但前提是保證足夠的R值綜上所述:GC的分離優(yōu)化就是要在保證分離度和靈敏度的條件下實現(xiàn)快速分析實際:提高分離度,往往犧牲分析速度提高靈敏度,有時要制備分離樣品就降低分離效率

一般:先滿足分離度要求,

再提高分析靈敏度,

最后考慮縮短時間

.分析速度分離度靈敏度1.欲分離樣品2.柱內(nèi)徑3.固定相4.柱長5.膜厚或填充劑

%量A. 柱容量B. 保留能力C. 惰性D. 柱效E. 流失柱選擇的影響因素測驗題已知物質(zhì)A和B在一根30.00cm長的柱上的保留時間分別為16.40min和17.63min。不被保留組分通過該柱的時間為1.30min。峰底寬度分別為1.11min和1.19min，計算：（1）柱的分離度；（2）柱的理論塔板數(shù)；（3）達到1.5分離度所需的柱長度。第四節(jié)色譜儀檢測器

色譜柱是色譜儀的心臟，而檢測器就是眼睛，無論分離效果多么好，若沒有好的檢測器就看不到結(jié)果。

TCDFIDECDFPD類型濃度型通用型質(zhì)量型準(zhǔn)通用型濃度型選擇型質(zhì)量型（P）濃度2（S）選擇型最低檢測限度丙烷<400pg/s丙烷<5pg/s六氯苯<0.04pg/s硫20pg/s磷0.9pg/s線形范圍105107>104硫>105磷>106適用范圍永久氣體有機物有機化合物電負(fù)性化合物含硫磷氮化合物檢測器性能常用檢測器主要性能檢測器的性能指標(biāo)濃度型Det:TCD;ECD響應(yīng)值R與載氣中組分濃度C成正比

R∝C質(zhì)量型Det:FID;FPD

響應(yīng)值R與單位時間內(nèi)進入Det中的某組分質(zhì)量成正比R∝dm/dt1.結(jié)構(gòu)

R1R2R3R4是阻值相等的熱敏電阻組成惠斯登電橋一熱導(dǎo)檢測器(TCD)2.原理:

當(dāng)參比池與測量池都只有一定流量的載氣通過時,電橋平衡(R1R4=R2R3),無信號輸出(0mv,走基線)

當(dāng)樣品組分+載氣通過測量池時,由于組分與載氣的導(dǎo)熱系數(shù)不同,使熱敏元件的電阻值和溫度發(fā)生變化,電橋失去平衡

(R1R4=R2R3),AB兩端產(chǎn)生電位差,有信號輸出,且信號與組分濃度成正比.

不同物質(zhì)具有不同的導(dǎo)熱系數(shù)100°C時

H2AirCCl4N2He單位

22.403.140.923.1417.4110-4J/cms°C3.TCD使用注意事項(1)為確保熱絲不被燒斷,在TCD通電前,先開載氣關(guān)機時一定要先關(guān)電源,后關(guān)載氣(否則檢測器會報廢)(2)載氣中含氧氣時,使熱絲壽命縮短

∴載氣必須除氧,而且不要使用聚四氟乙烯作載氣輸送管∵它會滲透氧氣5.TCD性能與應(yīng)用(1)屬濃度型Det,進樣量一定時峰面積A∝1/Fd∴用A定量時要保持流速恒定(2)屬通用型Det,可測多種類型組分特別是可測FID所不能直接測定的許多無機氣體(3)是非破壞型Det∴利用樣品收集或與其他儀器聯(lián)用1.結(jié)構(gòu)主要是離子室離子室包括:

氣體入口噴嘴收集極(+)

極化極(-)二氫火焰離子化檢測器(FID)2.原理

H2+O2燃燒產(chǎn)生2100℃高溫，

使被測有機組分電離

∵收集極(+)與極化極(-)間加有恒電壓，形成一個靜電場，所電離的離子，在電場作用下形成離子電流，通過高阻取出訊號，經(jīng)放大記錄下來。3.工作條件

a.儀器接地好,屏蔽良好

b.TDet>120°C,使離子室不積水,TDet要高于Tc20~50°Cc.一般用N2作載氣,載氣要凈化,除有機物

d.氣體流量H2:N2:Air=1:1:104.特點

a.屬質(zhì)量型,A與Fd無關(guān)屬破壞型∴不能制備聯(lián)用

b.適用水和大氣中痕量有機物，對烴類靈敏度高，比TCD高102~104倍

FID不能檢測在H2焰中不電離的

CO2COH2OH2SCS2N2NH3等無機物

(即水與永久氣體等)1.結(jié)構(gòu)三電子捕獲檢測器（ECD）2.原理:

Ni63放射源放射出β射線與載氣N2碰撞產(chǎn)生電子,這些電子在電場作用下向收集極移動,形成恒定的基流,當(dāng)載氣中有電負(fù)性組分捕獲這些低能量的電子,使基流降低,產(chǎn)生倒色譜峰訊號高純N2載氣N2N2++e樣品組分AB+eAB-+EAB-+N2+AB+N2β射線3.工作條件:(1)載氣純度,用高純N2(99.999%)含O2<10PPm

若用普通N2(含O2100PPm)則必須凈化除氧,水等

∵O2是電負(fù)性物質(zhì),可使基流降低很多載氣流量40~100ml/min(2)極化電壓:在50mv

以內(nèi),通常20~50V∵極化電壓過高使電子能量過大,不易被組分捕獲

∴不能直接供電,而用脈沖供電,使電子能量較小,易捕獲

∴靈敏度提高4.特點(1)是選擇性Det,對鹵素及S,P,O,N等化合物響應(yīng)大對烴類無響應(yīng)，對CCl4響應(yīng)值比正己烷大108倍

∴可與FID組合定性(2)靈敏度高,最低檢測限度很低但線形范圍窄,約104(3)濃度型Det,峰高定量為宜1.結(jié)構(gòu):由氫火焰和光度計二部分組成四火焰光度檢測器（FPD）2.原理:

含S,P化合物在富氫焰中燃燒產(chǎn)生激發(fā)態(tài)S2*或發(fā)光HPO*

同時發(fā)射出不同波長的特征光譜

S2*的特征光譜為394nmHPO*的特征光譜為526nm此光譜經(jīng)干涉濾光片選擇,將特定波長光輸入倍增管產(chǎn)生光電流,放大后記錄3.工作條件:

富氫,H2流量150~160ml/minN2流量40~50ml/min4.特點:質(zhì)量型Det用于測含S,P化合物,信號比C-H化合物大10000倍用P濾光片時,P的響應(yīng)值/S的響應(yīng)值>20

用S濾光片時,S的響應(yīng)值/P的響應(yīng)值>10五其他檢測器熱離子檢測器（NPD）也叫氮磷檢測器，適用于測定含氮和磷化合物光離子化檢測器（PID），利用紫外光能激發(fā)解離點位較低的化合物，使之電離并產(chǎn)生信號。色譜柱類型載氣條件色譜爐條件進樣參數(shù)檢測器參數(shù)樣品信息

應(yīng)用舉例說明：第六章高效液相色譜LiquidChromatography2004年3月14日慢中等快色譜分離Temporalcourse淋洗液H－dp關(guān)系圖由于液體與氣體性質(zhì)的以下差異：溶質(zhì)在液體中的擴散系數(shù)比它在氣體中小105倍左右液體粘度比氣體約大102倍液體表明張力比氣體大104倍左右液體密度比氣體約大103倍液體不可壓縮液相色譜以液體為流動相，固定相可以是固體或液體（擔(dān)載在固體表面），與氣相色譜比，帶來一系列變化：例如，填充柱氣相色譜柱，一般填料的尺寸為80-100目，粒度大約是2毫米，而一般高效液相色譜的固定相粒度在2－10微米，因此流動相通過這樣一段固定床時就產(chǎn)生了很高的反壓。因此，我們通常所說的高效液相色譜（HighPerformanceLiquidChromatography)實際也是高壓液相色譜(HighPressureLiquidChromatography),因為沒有很高的壓力就不可能產(chǎn)生很高的分離效率。鍵合相高效液相色譜算是一種色譜模式，因為用的是鍵合相的固定相。按流動相和固定相的狀態(tài)或作用機制不同分為：液固色譜（吸附色譜）鍵合色譜（正相和反相）離子交換色譜（氨基酸、肽、蛋白質(zhì)）離子色譜一、液相色譜的分類體積排阻色譜（GPC）親和色譜疏水作用色譜（蛋白質(zhì)）膠束色譜（有機金屬、蛋白質(zhì)、無機陰離子）電色譜2.按色譜固定相的形式：平板色譜（平面色譜）柱色譜3.按分離的壓力高壓液相色譜（高效液相色譜）中壓液相色譜常壓液相色譜二、吸附色譜法一般也把吸附色譜法稱為液固色譜法。吸附色譜法的固定相一般為固體吸附劑，常用的是：碳酸鈣、硅膠、氧化鋁、氧化鎂、活性炭等。其中硅膠最為常用。吸附色譜對中等分子量的油溶性樣品可獲得最佳的分離，而對強極性或離子型的樣品，有時會發(fā)生不可逆吸附，不能得到滿意的結(jié)果?；驹恚何絼┮话銥槎嗫仔缘奈镔|(zhì)，在它們的表明存在著分散的吸附中心，溶質(zhì)分子和流動相分子在吸附劑表面的活性中心上進行競爭，同時不同溶質(zhì)之間和同一溶質(zhì)的不同官能團之間也存在競爭。競爭的綜合結(jié)果就是形成不同溶質(zhì)在吸附劑表面吸附、解吸平衡。吸附解吸X表示溶質(zhì)分子，下標(biāo)m為流動相，s為固定相M表示流動相分子，下標(biāo)m為流動相，s為固定相n為被溶質(zhì)分子取代的流動相分子數(shù)目用一個式子表示如下：極性吸附劑上有機化合物的保留順序如下：氟碳化合物<飽和烴<烯烴<芳烴<有機鹵化物<醚<硝基化合物<腈<叔胺<酯醛酮<醇<伯胺<酰胺<羧酸<磺酸鍵合相固定相：在硅膠的表明用鍵合反應(yīng)把官能基團鍵合到表面上，解決固定相流失的問題。正相色譜：流動相極性比固定相極性小反相色譜：流動相極性比固定相極性大三、鍵合色譜(鍵合相)1.反相液相色譜指以強疏水性的填料作固定相、以可以和水混溶的有機溶劑做流動相的液相色譜硅膠上鍵合C18和C8烷基的非極性固定相以強極性的水、甲醇、乙腈作流動相SiOHSiC18H37ClMeMe+SiC18H37OMeMeSi1.反相液相色譜（1）分離機理：溶質(zhì)在填料表面的烴類和流動相之間進行分配溶質(zhì)在吸附于填料表面烴類上的改性固定相和流動相之間進行分配溶質(zhì)在吸附于填料表面烴類分子上（吸附）現(xiàn)在又有疏溶劑理論等機理的提出（2）反相色譜柱以硅膠為基質(zhì)以其他氧化物為基質(zhì)以聚合物為基質(zhì)手性固定相填料（肽蛋白質(zhì)、碳水化合物、環(huán)糊精、分子印跡聚合物）硅膠作為固定相的優(yōu)勢：硅膠有良好的機械強度孔結(jié)構(gòu)和比表面容易控制比較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性表面化學(xué)反應(yīng)專一表面有豐富的羥基可以進行化學(xué)鍵合，這是突出優(yōu)勢（3）流動相極性溶劑需要純化選擇一定pH值的緩沖溶液-極性和離子型化合物，避免出現(xiàn)不對稱和分叉的峰（除乙酸鹽緩沖液和鹵化物）選擇流動相的原則：保持色譜柱的穩(wěn)定性化學(xué)惰性適合所用的檢測器對樣品有一定的溶解能力清洗、更換方便、毒性小沸點、粘度等物理性質(zhì)合適反相色譜最常用的流動相：水、甲醇、乙腈、四氫呋喃、異丙醇等。水－甲醇體系：大約50％水的時候粘度最大水－乙腈體系：35％水的時候粘度最大。梯度洗脫兩種（或以上）不同極性的溶劑，在分離過程中按一定程序連續(xù)的改變，以改變流動相的配比和極性。優(yōu)勢:避免早流出峰分離度不好避免晚流出峰峰變快、峰高降低避免混合物容量因子k范圍寬時分析時間長避免保留時間長的組分污染色譜柱0min0.3mL/min乙腈：0.2%甲酸水溶液（10:90，V/V）1.5min0.3mL/min乙腈：0.2%甲酸水溶液（70:30，V/V）2.5min0.3mL/min乙腈：0.2%甲酸水溶液（90:10，V/V）2.6min0.3mL/min乙腈：0.2%甲酸水溶液（10:90，V/V）4.5min0.3mL/min乙腈：0.2%甲酸水溶液（10:90，V/V）梯度洗脫方式：線性梯度曲線梯度分段梯度2.正相液相色譜指以親水性的填料作固定相、以疏水性的有機溶劑做流動相的液相色譜硅膠上鍵合羥基、氨基或氰基的極性固定相以疏水性的己烷、異丙醇等作流動相2.正相液相色譜分離機理：決定于溶質(zhì)與固定相及流動相之間的分子間作用力其中氫鍵力和靜電力起著重要的作用。如果溶質(zhì)為極性分子-與固定相有很強的作用力-保留時間長-需用強極性的流動相洗脫流動相弱極性溶劑需要純化加入極性溶劑，如二氯甲烷、短鏈醇、四氫呋喃等正相色譜與反相色譜的比較項目正相色譜反相色譜鍵合極性極性非極性典型色譜柱羥基、氨基、氰基C18/C8流動相極性弱極性極性常用流動相己烷、氯仿、異丙醇甲醇、乙腈、水洗脫次序極性最弱的先被洗脫極性最強的先被洗脫甾醇、類脂、磷脂、脂肪酸等不同極性化合物次選首選四、高效液相色譜儀器儲存和輸送液體設(shè)備進樣系統(tǒng)柱系統(tǒng)檢測器控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)存放流動相的容器一定要惰性的，并且有機溶劑要避光。輸液泵要求流量平穩(wěn),可以調(diào)節(jié)的流量范圍寬，耐高壓。一般是柱塞往復(fù)泵。進樣系統(tǒng)包括手動進樣和自動進樣無論手動進樣還是自動進樣，都要通過六通閥。六通閥進樣是高壓系統(tǒng)的需要，既不影響系統(tǒng)的正常運行又能夠讓樣品進到系統(tǒng)中去。柱系統(tǒng)包括色譜柱和柱溫箱反相鍵合相色譜柱最常用的就是ODS柱，也就是C18柱。柱溫箱的溫度控制要求比較精確，因為流體的粘度受溫度的影響較大。液相色譜檢測器測量原理不同分類：光學(xué)性質(zhì)檢測器電學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)檢測器熱學(xué)性質(zhì)檢測器光學(xué)性質(zhì)檢測器：紫外－可見光檢測器示差折光檢測器熒光檢測器蒸發(fā)光散射檢測器化學(xué)發(fā)光檢測器工作原理：朗伯-比耳定律A=εbc不同物質(zhì)的ε值差別很大，與物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、波長有關(guān)這是由于這些物質(zhì)分子中某些基團的存在C=C,C=O,S=C,C=N,N=N,N=O羥基、烴氧基、氨基、烷氧基、芳氨基等1/固定波長紫外吸收檢測器：低壓汞燈提供固定254nm或280nm紫外光。2/可變多波長檢測器：氘燈做光源，光柵分光3/光二極管陣列檢測器photo－diode－arraydetector（PDAD，PDA,DAD）：鎢燈和氘燈組合光源，進入檢測池的不是單色光，而是一段紫外波長上的光。紫外吸收檢測器有三種類型：熒光檢測器fluorescencedetector熒光光致發(fā)光過程激光光譜exitation和發(fā)射光譜emissionspectrum激發(fā)波長和發(fā)射波長熒光化合物具有對稱共軛體系的分子能發(fā)射熒光。通常發(fā)生在具有剛性結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)的π電子共軛體系的分子中。具有芳香環(huán)并帶有給電子取代基的化合物；-OH,-NH2,-OCH3等具有共軛不飽和體系的化合物。優(yōu)點：靈敏度高選擇性好線性范圍寬受外界影響小缺點：應(yīng)用范圍窄液相色譜和氣相色譜的比較氣相色譜液相色譜1只能分析揮發(fā)性的物質(zhì)，只能分析20%的化合物幾乎可以分析各種物質(zhì)2不能用于熱不穩(wěn)定物質(zhì)的分析可以用于熱不穩(wěn)定物質(zhì)的分析3用毛細(xì)管柱色譜可以得到很高的柱效色譜柱不能很長，柱效不會很高4有很靈敏的檢測器（ECD、FID等）有較高靈敏的檢測器（熒光FLD、蒸發(fā)光檢測器）5流動相為氣體，無毒，易處理流動相為液體，有毒、費用高6運行操作容易運行操作比GC難一些7儀器制造難度較小儀器制造難度較大五、高效液相色譜法的應(yīng)用和進展1、在藥物學(xué)和毒物學(xué)研究中的應(yīng)用2、在生物化學(xué)和生物工程中的應(yīng)用3、食品分析中的應(yīng)用4、環(huán)境分析中的應(yīng)用5、精細(xì)化工中的應(yīng)用1、在藥物學(xué)和毒物學(xué)研究中的應(yīng)用抗高血壓藥物哌胺甲尿啶及代謝物的檢測非揮發(fā)性LC-ＭＳ價格昂貴2、在生物化學(xué)和生物工程中的應(yīng)用色素蛋白質(zhì)氨基酸3、食品分析中的應(yīng)用農(nóng)藥的檢測苯脲類除草劑三唑嘧啶類除草劑三嗪類農(nóng)藥甲酸酯類農(nóng)藥霉菌毒素的檢測4、環(huán)境分析中的應(yīng)用水中殺菌劑和抗腐劑氯代苯酚類化合物三聚氰胺類蘇丹紅類環(huán)境中的多環(huán)芳烴檢測5、精細(xì)化工中的應(yīng)用酰亞胺類探針的合成及應(yīng)用螺雜環(huán)類化合物的應(yīng)用哌啶乙酸乙酯等化合物的應(yīng)用第五章色譜的定性和定量分析色譜法分離好,定性難色譜分析分三個階段儀器調(diào)試操作條件選擇定性定量---保留值定性

---峰高,峰面積定量一.保留值定性

1.利用純物質(zhì)對照定性

2.相對保留值定性

3.加入已知物增加峰高法

4.保留指數(shù)定性法-Kov’ats指數(shù)第一節(jié)定性

1.利用純物質(zhì)對照定性優(yōu)點：簡單缺點：要有純樣，適用于已知物，操作條件要穩(wěn)定一.保留值定性優(yōu)點：比絕對法重現(xiàn)性好缺點：也需要純樣，比絕對法麻煩2.相對保留值定性3.加入已知物增加峰高法在未知樣品加入純樣看哪個峰高增加的組分即可能為這種已知物。IiX

=100[Z+（lgtR(i)-lg

tR(Z)）/（lgtR(Z+1)-lgtR(Z)）

優(yōu)點：測得Ix值與文獻值對照就可定性。缺點：1.要有正構(gòu)烷烴純樣。

2.可供查閱的文獻值太少。

3．柱子與柱溫要與文獻規(guī)定相同4.保留指數(shù)定性法-Kov’ats指數(shù)李浩春，分析化學(xué)手冊（5）氣相色譜分析，化學(xué)工業(yè)出版社1.用比保留體積Vg定性

優(yōu)點：不用純樣缺點：如果固定液流失，則定性不準(zhǔn)。2.利用保留值規(guī)律定性

a.碳數(shù)規(guī)律logVg=A1n+B1b.沸點規(guī)律logVg=A2Tb+B2c.柱溫規(guī)律I=A3+B3二、其它方法定性三.選擇檢測器定性GC-MSGC-FTIR(傅立葉變換紅外光譜)GC-NMR四、聯(lián)用一根極性柱，一根非極性柱。對于一根柱子上有相同保留值的組分可采用雙柱定性。若二根柱上tR未知與tR已知都吻合，則定性可靠性就增一倍。五、雙柱定性

1.求峰面積、峰高定量準(zhǔn)確度決定于2.求相對校正因子

3.選準(zhǔn)確定量方法第二節(jié)定量一、峰面積1.對稱峰：A=1.065*W1/2*h2．不對稱峰

A=1/2h（W0.15+W0.85）

式中W0.15和W0.85

分別為峰高0.15倍和0.85倍處的峰寬為什么要用f？∵不同組分有不同的響應(yīng)值例如用TCD，N2作載氣測O2，H2的百分含量若H2、O2峰面積相同,百分含量相同就不對。不能用下式計算：二.定量校正因子f校正因子絕對響應(yīng)時間RF=含量/面積校正檢測器響應(yīng)與組分的含量及其它組分的存在無關(guān)含量 100 100200面積 3000 2500 4000∵H2的熱導(dǎo)系數(shù)大,TCD響應(yīng)大,但實際含量小∴必須用校正因子.

ACfH250050%0.1O25050%1

絕對校正因子

f叫絕對校正因子決定于檢測器的靈敏度，f不易測定?！喑Ｓ孟鄬πＵ蜃觙’

通常所指的校正因子都是指相對校正因子。1.

相對校正因子

相對校正因子定義為

即某組分i的相對校正因子f’為組分i與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s的絕對校正因子之比。

2.相對校正因子的表示方法

重量校正因子與摩爾校正因子

（1）重量校正因子

w--重量A--峰面積（2）摩爾校正因子

M--分子量

準(zhǔn)確定量分析時,應(yīng)該用自己測定的校正因子,而不用文獻值∵

校正因子隨檢測器類別,使用載氣的不同而不同3.相對校正因子的測定方法

f’值可引用文獻值，也可以自己測定。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，TCD是苯，

FID是正庚烷。準(zhǔn)確稱量被測組分wi和標(biāo)準(zhǔn)組分ws的重量在線線范圍內(nèi)進樣測Ai,As

求f’

w或f’

M

多次測定，求平均值。三.定量方法

面積百分比-組分量占全部的比例面積歸一化即不加入校正因子直接歸一化歸一化法-加入校正因子的影響外標(biāo)法-操作要求高內(nèi)標(biāo)法-計算稍顯復(fù)雜

AREA(pk)AREA%= x100%AREA(pk) 假定檢測器響應(yīng)都相同所有組分都流出所有組分都被檢測到優(yōu)點

缺點無需做校正 以上所有的假定簡單、快速的定量過程 需測量所有的組分進樣量不要求嚴(yán)格 所有的面積都必須準(zhǔn)確1.面積百分比法AREA%2.歸一法優(yōu)點:是相對法∴與進樣量無關(guān),定量較準(zhǔn)確缺點:要求全出峰(樣品所有組分都要出峰)

全知峰(有所有組分的標(biāo)準(zhǔn)品)

用待測組分的純樣制標(biāo)準(zhǔn)曲線優(yōu)點：快速簡單,

只要待測組分出峰且完全分離即可缺點：絕對法,進樣量,操作條件要不變

3.外標(biāo)法(標(biāo)準(zhǔn)曲線法)線性擬合（最小二乘法）含量響應(yīng)值(A或H)點到點校正曲線含量響應(yīng)值(A或H)非線性擬合含量響應(yīng)值(A或H)含量響應(yīng)值(A或H)含量響應(yīng)值(A或H)含量響應(yīng)值(A或H)-不能全出峰（不氣化、檢測器）-只需測某幾個組分時采用方法:準(zhǔn)確稱取樣品,加入一定量內(nèi)標(biāo)物,根據(jù)重量及峰面積求出某組分的含量4.內(nèi)標(biāo)法(外加標(biāo)準(zhǔn)法)ms

內(nèi)標(biāo)物重量

As

內(nèi)標(biāo)物峰面積

Ai

被測物峰面積

fms

內(nèi)標(biāo)物重量校正因子

fmi

被測物重量校正因子

m樣品重一般選內(nèi)標(biāo)物為基準(zhǔn)，fms=1步驟:a.選內(nèi)標(biāo)物

b.測fw(i/s)(fi)c.稱未知樣m.內(nèi)標(biāo)物ms,測Ai,As內(nèi)標(biāo)法的關(guān)鍵是選擇合適的內(nèi)標(biāo)物，它必須符合下列條件：

1.樣品中不存在

2.可迅速容易得到

3.化學(xué)性質(zhì)與樣品相似

4.與樣品有相同的濃度范圍

5.不會與樣品發(fā)生反應(yīng)

6.在目標(biāo)組分附近流出

7.可得到分離良好的、干凈利落的峰

8.色譜性質(zhì)穩(wěn)定測甲苯,乙苯,正丙苯的混合物,Ws/W=1/10苯作內(nèi)標(biāo)物求組分含量組分面積cm2

校正因子fw(i/s)苯4.001.00甲苯3.840.96乙苯1.950.92正丙苯0.820.90例1例題2樣品配制準(zhǔn)確量取無水乙醇100ml稱重為79.3700g。用減量法加入無水甲醇0.2572g，混勻待用。經(jīng)色譜分析測得數(shù)據(jù)如下：水：h=4.6cmW（h/2）=0.130cm甲醇：h=4.3cmW（h/2）=0.187cm計算水的重