第六節(jié)色譜聯(lián)用分析

第六節(jié)色譜聯(lián)用分析第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月聯(lián)用分析技術(shù)簡介各種單一的分析方法，由于本身所固有的特性，在方法的選擇性、靈敏性、應(yīng)用范圍等方面總有不足之處。為改善其局限性，往往其他分析方法或技術(shù)聯(lián)用比改善方法本身更有效實現(xiàn)聯(lián)用的方法有離機聯(lián)用和聯(lián)機聯(lián)用兩種。離機聯(lián)用易于實現(xiàn)，但費時費力；聯(lián)機聯(lián)用是一種理想方式，實現(xiàn)的關(guān)鍵是硬件的接口（HardwareInterface),它的功能是協(xié)調(diào)兩儀器輸出輸入之間的矛盾。目前聯(lián)用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。多種儀器聯(lián)用更能解決分析問題，但難度增加。第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月聯(lián)用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（√已成功；О技術(shù)上可行）氣相色譜液相色譜薄層色譜紅外光譜質(zhì)譜紫外可見原子吸收等離子發(fā)射熒光光譜散射光譜拉曼光譜核磁共振微波波譜電泳氣相色譜√√√О√ООО液相色譜ОО√√ОО√√ООО薄層色譜√ООООООО紅外光譜ООООО質(zhì)譜О√О√ОО紫外可見ООООО原子吸收О等離子發(fā)射О熒光光譜ОО√√√散射光譜ОО√√拉曼光譜ОО核磁共振ООО√微波波譜電泳ОООО√√第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用（GC/MS）有機物復(fù)雜混合物的組分及其化學(xué)結(jié)構(gòu)的分析鑒定，采用單一的方法難于滿足要求。色譜法是一種有效的分離手段，但其定性能力差，復(fù)雜有機混合物在色譜分離后，利用具有高鑒別能力的質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振等波譜儀器進行定性，可圓滿的解決其分析問題。GC/MS聯(lián)用的產(chǎn)生GC/MS聯(lián)用的原理示意圖GC/MS聯(lián)用的接口系統(tǒng)GC/MS聯(lián)用提供的信息第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月GC/MS聯(lián)用的產(chǎn)生1957年J.C.Holmes實現(xiàn)了氣相色譜與質(zhì)譜的聯(lián)用，是聯(lián)用技術(shù)開創(chuàng)性的工作。近50年來，由于氣相色譜、質(zhì)譜和計算機技術(shù)的發(fā)展，使GC/MS聯(lián)用日趨完善，性能越來越好，被廣泛的使用，從而也帶動了各種聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展。在各種聯(lián)用技術(shù)中，由于氣相色譜和質(zhì)譜的性能容易適應(yīng)（見表），兩者的聯(lián)用是困難較少的一種，色譜與其它儀器的聯(lián)用，將會有更多的困難。第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月氣相色譜與其它方法的相適性是是是是否工作壓力否否否是溫度匹配否否否是連續(xù)流動否是（傅立葉變換）是（傅立葉變換）是取決于樣品否否是靈敏度否否不希望掃描時間匹配紫外核磁共振紅外質(zhì)譜

方法操作特性

氣相第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月GC/MS聯(lián)用的原理示意圖第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月GC/MS聯(lián)用的接口系統(tǒng)由色譜柱、質(zhì)譜離子源類型和它們的操作條件、真空系統(tǒng)的效率，可采用直接聯(lián)接和通過分子分離器兩種方式。第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月分子分離器分子分離器有玻璃微孔分離器、半透膜式分離器、噴射式分離器等。其中噴射式分離器如下圖：分子分離器第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月GC/MS聯(lián)用提供的信息GC/MS聯(lián)用能提供有機混合物的結(jié)構(gòu)信息，借助于特殊的數(shù)據(jù)處理和實驗技術(shù)，可以解決一些單純色譜難于解決的問題。GC/MS聯(lián)用聯(lián)用可能提供的信息為：總離子流圖（TIC）質(zhì)量色譜圖（MC）重建總離子流色譜圖（RTIC）和重建質(zhì)譜圖（RMC）第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月總離子流圖（TIC）總離子流是未經(jīng)質(zhì)譜質(zhì)量分離器分離的各種質(zhì)荷比離子所產(chǎn)生的總電流信號。總離子流圖即是總離子流強度與時間相對應(yīng)的關(guān)系圖?？傠x子流圖獲得方法有兩種。一種是在質(zhì)譜儀的離子源和質(zhì)量分析器之間設(shè)有總離子流檢測器；另一種方法是利用質(zhì)譜儀自動掃描，由計算機收集、計算并再現(xiàn)出來?？傠x子流圖相當(dāng)于氣相色譜圖，可得到保留時間及峰面積。影響總離子流圖的因素有儀器本底、色譜柱流失、載氣流量波動等。第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月C14~C22總離子流圖第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)量色譜圖（MC）當(dāng)質(zhì)譜儀進行自動、重復(fù)掃描時，在一段時間內(nèi)可得到許多張質(zhì)譜圖。如果從每一張質(zhì)譜圖中指定同一種質(zhì)荷比的離子，以該離子強度對掃描時間坐標(biāo)作出關(guān)系圖，此圖即為質(zhì)量色譜圖。利用計算機收集和處理數(shù)據(jù)，在得到總離子流的同時可繪制各種離子的質(zhì)量色譜圖。質(zhì)量色譜法的優(yōu)點是能在復(fù)雜的TIC圖中快速尋找所需的化合物或其同系物。第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月C14~C22化合物[M-CH3]+離子的質(zhì)量色譜圖正構(gòu)C22H46的相對分子量為310，丟失一個CH3后生成的C21H43+，質(zhì)荷比為295，即圖中第二行，以此類推。在m/e為211、197、和183的質(zhì)量色譜圖中出現(xiàn)不止一個峰，是由于高碳數(shù)的烷烴裂斷回產(chǎn)生少量的C15H31+、C14H29+、C13H27+所致。第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月重建總離子流色譜圖（RTIC）質(zhì)量重建色譜法的原理是在質(zhì)譜連續(xù)掃描時，計算機收集全部質(zhì)譜圖，并計算出所有的質(zhì)量色譜圖，在每一張質(zhì)量色譜圖的峰剖面中選出一批極大值，然后再將同一掃描號的極大值加在一起，以加和的總強度對掃描號作圖，此圖即為重建總離子流圖。由于儀器本底、色譜柱流失及未分開的其它組分等產(chǎn)生的離子不會在特定的掃描號上出現(xiàn)極大值，計算機重建時將不考慮，從而使重建總離子流圖中每個組分的色譜峰寬相當(dāng)窄（理論峰寬為一次掃描的寬度），其分辨率優(yōu)于總離子流圖。在總離子流圖中不能分開的峰，經(jīng)重建后大部分能分開。應(yīng)用舉例（某混合醛樣品的TIC和RTIC)第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月某混合醛樣品的TIC和RTICTICRTIC第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月重建質(zhì)譜圖（RMC）從重建總離子流圖得到的質(zhì)譜圖稱作重建質(zhì)譜圖。重建質(zhì)譜圖也避免了未分開組分等其它離子的干擾，成為更純的樣品質(zhì)譜圖。應(yīng)用舉例（混合醛中某組分的MS圖和RMS圖）第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月混合醛中某組分的MS圖和RMS圖第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月液相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用（LC/MS）對于分子量較大的有機混合物，由于其沸點、熱穩(wěn)定性等不滿足GC/MS聯(lián)用技術(shù)分析要求，因而可采用LC/MS進行分析。LC/MS聯(lián)用需要解決兩方面的問題：一是液相色譜流動相對質(zhì)譜工作條件的影響；二是質(zhì)譜離子源對液相色譜分析樣品的影響。液相色譜的載液（流動相）流速一般為1mL/min，如果是甲醇，其汽化后換算成常壓下的氣體流速為560mL/min，比氣相色譜的載氣流量大幾十倍；另一方面，質(zhì)譜的離子源（電子轟擊離子源、化學(xué)電離源等常用離子源）要求樣品是汽化，而液相色譜分離的難揮發(fā)和熱穩(wěn)定差的物質(zhì)與之不相適應(yīng)。解決上述兩個問題的辦法是采用一個能協(xié)調(diào)彼此矛盾的接口，通過接口可有效除去大量液體流動相；或改進液相色譜（微型柱或毛細管柱可降低流動相的量）和質(zhì)譜離子化方法。第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月LC/MS聯(lián)用接口在二十世紀(jì)八十年代以前，公認(rèn)為較好的LC/MS接口是“傳送帶技術(shù)”。現(xiàn)在多采用“熱噴霧技術(shù)”。“熱噴霧技術(shù)”不僅是一種LC/MS接口，而且是一種新的軟電離方式。第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月傳送帶技術(shù)它是將LC流出液經(jīng)分離后滴在一個不銹鋼的或聚酰亞胺的移動帶上，由紅外蒸發(fā)器烘烤蒸發(fā)去除溶劑的大部分，少量溶劑和樣品在移動帶上通過兩個預(yù)真空室使溶劑進一步揮發(fā)除去送入質(zhì)譜離子源，在離子源區(qū)域有一樣品加熱器，使移動帶上的樣品熱解吸下來。第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月熱噴霧技術(shù)色譜液以1~2mL/min的速度通過一個內(nèi)經(jīng)為0.15mm并加熱至高溫的不銹鋼毛細管。溫度控制在使毛細管出口前2~3mm時開始蒸發(fā)以形成含細液滴的霧狀噴射流從毛細管流出，再通過直徑1cm的通道進一步加熱，大部分溶劑揮發(fā)并被機械泵（300L/min)抽走，溶質(zhì)霧流經(jīng)離子源離子化后進入質(zhì)量分析器檢測。第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月氣相色譜/紅外光譜聯(lián)用（GC/FTIR）傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）具有光通量大、信噪比好、掃描速度快、能在較短時間內(nèi)（<1S）獲得全頻域光譜響應(yīng)等優(yōu)點，在二十世紀(jì)八十年代初，毛細管色譜與FTIR聯(lián)用成功，并得到了快速的發(fā)展。目前GC/FTIR聯(lián)用已成為復(fù)雜有機混合物解析的重要手段。GC/FTIR接口系統(tǒng)GC/FTIR提供的信息第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月GC/FTIR接口系統(tǒng)樣品和載氣從色譜柱流出后，經(jīng)過一分餾器，一部分到達色譜檢測器進行通常的氣相色譜檢測，另一部分經(jīng)惰性的加熱傳輸線到達一個稱作光管的接口附件。來自光譜儀的紅外光束射入光管，光束在光滑鍍金表面經(jīng)反復(fù)反射以增加光程提高靈敏度，然后聚焦至用液氮冷卻的窄帶汞鎘碲檢測器（MCT）進行紅外檢測。儀器結(jié)構(gòu)示意圖光管的結(jié)構(gòu)示意圖第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月儀器結(jié)構(gòu)示意圖第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月GC/FTIR分析中所使用的光管第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月GC/FTIR提供的信息計算機采集到的紅外數(shù)據(jù)，可得到如下信息：三維實時顯示圖化學(xué)圖紅外重建色譜圖蒸氣相紅外吸收光譜圖第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三維實時顯示圖以波數(shù)范圍為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，時間為z軸的計算機顯示紅外吸收數(shù)據(jù)即為三維實時顯示圖。從三維實時顯示圖可觀察到各組分進入紅外檢測器的時間及各組分實時測量的瞬時紅外吸收光譜圖。第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)圖用設(shè)定的官能團頻率選擇FTIR信號圖，即為化學(xué)圖。從實時收集的化學(xué)圖上的出峰情況，可判斷相應(yīng)流出時間的組分所具有的官能團，因此可看作一張官能團的篩選圖。它直觀地顯示了色譜分離的各譜峰所具有的官能團，亦稱官能團色譜圖。示例第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月乙醇、丙酮、乙酸乙酯和苯混合物在不同頻率段的實時化學(xué)圖第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月紅外重建色譜圖由計算機收集的GC/FTIR數(shù)據(jù)，按不同的重建方式，可得下述三種重建圖：積分吸收重建色譜圖Gram-Schmidt重建色譜圖最大吸收重建色譜圖第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月積分吸收重建色譜圖在GC/FTIR的全部數(shù)據(jù)中，混合物各組分在某一特定波數(shù)區(qū)（或全頻域）中的紅外吸收重建。在此方式中，紅外檢測器作為一種特殊的化學(xué)檢測器。此法的噪聲大。示例1示例2第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月乙醇、丙酮、乙酸乙酯和苯混合物在1744~1683cm-1區(qū)域內(nèi)的積分重建色譜圖由圖可見含C=O基團的組分積分重建色譜峰第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月乙醇、丙酮、乙酸乙酯和苯混合物在3055~2947cm-1區(qū)域內(nèi)的積分重建色譜圖第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月Gram-Schmidt重建色譜圖在第一個組分洗脫前，從所采集的掃描數(shù)據(jù)中選出僅含載氣背景的干涉圖，通過Gram-Schmidt矢量正交化步驟確定一個代表載氣背景干涉數(shù)據(jù)的基集，然后從后來的干涉數(shù)據(jù)中除去背景信息，并計算背景與紅外活性餾分之間的差。這種計算所得的結(jié)果是整個光譜范圍內(nèi)總吸收強度的函數(shù)，此時紅外光譜儀的作用相當(dāng)于一個氣相色譜檢測器，所得的重建圖與色譜圖類似，易于與之比較。同時，由于信噪比好，圖形由于積分吸收重建色譜圖。示例第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月乙醇、丙酮、乙酸乙酯和苯混合物的Gram-Schmidt重建色譜圖第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月最大吸收重建色譜圖此法實際上是積分吸收重建色譜圖的變型，強調(diào)對最大吸收進行積分重建。其優(yōu)點在于信噪比優(yōu)于前兩種方式。第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月蒸氣相紅外吸收光譜圖利用重建色譜圖相應(yīng)餾分的紅外數(shù)據(jù)變換為蒸氣相紅外光譜圖。利用蒸氣相紅外光譜圖庫可進行光譜檢索。示例（乙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯）第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月乙醇蒸氣相紅外光譜圖與其標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較標(biāo)準(zhǔn)譜樣品圖第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月丙酮蒸氣相紅外光譜圖與其標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較標(biāo)準(zhǔn)譜樣品圖第40頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月乙酸乙酯蒸氣相紅外光譜圖與其標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較標(biāo)準(zhǔn)譜樣品圖第41頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月苯蒸氣相紅外光譜圖與其標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較標(biāo)準(zhǔn)譜樣品圖第42頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月液相色譜/紅外光譜聯(lián)用（LC/FTIR）液相色譜與紅外光譜聯(lián)用的主要困難是色譜流動相在紅外區(qū)往往有特征頻率的吸收帶，嚴(yán)重影響了色譜餾分的紅外檢測。解決辦法是：控制流動池的體積或在測定之前將溶劑除去以排除干擾。第43頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用示例某煉油廠廢水分析1）試樣及前處理：廢水試樣1L，分成兩份，分別用H2SO4、NaOH調(diào)至pH<1，pH>11，再分別以二氯甲烷萃取并濃縮之，經(jīng)脫水得酸性組分，堿性組分試液，供分析用。2）實驗條件：酸性組分：PEG玻璃毛細管柱（30m×0.28mm）；汽化室溫度：250℃；程序升溫：50℃3℃/min100℃8℃/min200℃；光管、連接區(qū)、傳輸線溫度：200℃；載氣流速：40mL/min；尾吹：50mL/min；分流比：20：1；進樣量：2μL

堿性組分：Dexsil-400型彈性石英毛細管柱（25m×0.24mm）；汽化室溫度：250℃；程序升溫：40℃3℃/min60℃5℃/min210