仪器分析 复习笔记

一、色谱分析色谱法的分离原理：混合物中各组分在经过由固定相和流动相组成的体系时，由于各组分性质上的差异，在两相中具有不同的分配系数;当两相作相对运动时，各组分随流动相一起流动，并在两相中进行反复多次的分配，使各组分最终得以分离。一、气相色谱a概念气相色谱：流动相是气体，固定相是固体或液体的色谱法称为气相色谱法。基线：反映检测器系统噪声随时间变化的线基线漂移：基线随时间定向的变化基线噪声：由各种因素引起的基线起伏保留佰：试样中各组分在色谱柱中的滞留时间，由色谱分离过程中的热力学因素控制，作定性参数死时间tM:不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到出现极大值所需时间保留时间tR:试样从进样到柱后出现峰极大值所经历的时间调整保留时间tR： tR，= tR- tM程序升温：指色谱柱的温度按照组分沸程设置的程序连续地随时间线性或非线性逐渐升高，使柱温与组分的沸点 相互对应，以使低沸点组分和高沸点组分在色谱柱中都有适宜的保留、色谱峰分布均匀且峰形对称。各组分的保留 值可用色谱峰最高处的相应温度即保留温度表示。b流程示意图图4-1气相色谱仪流程示意图1气源ffl瓶3 净化器* 3以压阀K 4针形阀I 5一压力叶流3;比，7谁样黔8气化室7 9色谱柱手W枪测 H一皂膛流址讦1 口会一柱制仪I 13记承以c.分离过程溶解-脱溶解-再溶解-再脱溶d原理气相色谱法亦称气体色谱法或气相层析法，是以气体为流动相的柱色谱分离技术。它分离的主要依据是利用样品中 各组分在色谱柱中吸附力或溶解度不同，也既是利用各组分在色谱住中气相和固定相的分配系数不同来达到样品的小鸡猴子工作室 分离。对于气一固色谱(也叫吸附色谱)，它的分配系数确切地讲，应称吸附平衡常数，主要用于永久性气体或气态 烃等的分离分析。本课程主要介绍气一液色谱。e. 色谱流出曲线这种以组分的浓度变化(或某种信号)作为纵坐标，以流出时间(或相应流出物的体积)作为横坐标，所绘出的曲线称为 色谱流出曲线。f. 色谱分析的依据(1) 色谱峰的位置(即保留时间或保留体积)决定于物质的性质，是色谱定性的依据；(2) 色谱峰的高度或面积是组分浓度或含量的量度，是色谱定量的依据；(3) 色谱峰的位置与其宽度，可以对色谱柱分离的情况进行评价。(4) 样品中所含组分数(峰个数)g. 理想的气液色谱法条件(1) 在色谱柱内任何点两相的比例恒定。(2) 载气流在色谱柱内任何部位均一样.(3) 在两相中无论哪一相里都不发生成分分子的纵向扩散作用。(4) 组分分子在两相间的分配平衡能瞬间完成。h分离度为判断两种难分离组分在色谱柱中真实的分离效果，常用分离度R作为色谱柱的总分离效率(能)指标，其定义为相 邻两组分的色谱峰保留值之差与两个组分峰宽总和之半的比值(，t)R R2 R1遍测器1 ( f(1) 积分型检测器：显示某一组分含量随时间的累加，该检测器所给的响应信号与流出组分总量成比例。(2) 微分型检测器：i. 浓度型微分检测器被测组分和载气相混合，检测器的响应值和组分的浓度成比例，检测器的瞬间响应值(峰高)本质上与载 气流速无关，而积分响应值售面积)则与流速成反比。包括热导、电子捕获(非离解型)、气体密度、超声等检测器。ii. 质量型微分检测器载气把被测组分带入检测器，检测器的响应信号和单位时间内进入检测器的组分的量成比例，检测器 的响应值(峰高)取决于单位时间组分进入检测器的质量；也就是说当进样量一定时，峰高与流速成正 比，而峰面积则与流谏无关。包括氢焰离子化、火焰光度计以及氮磷检测器等。j.检测器的性能指标(1) 噪声：短时噪声是信号在有限的范围内较迅速的偏移。长时噪声是较长的时间内信号逐惭地偏移。(2) 灵敏度：可用相当于单位量的被测成分的峰面积表示灵敏度。iii. 浓度型检测器c峰面积载气流量S 成分量iv. 质量型检测器S峰面积一成分的量(3) 检测限(亦称检测度或敏感度)：噪声水平是噪声连续存在时的平均值，而检测限D则是能区别于这个噪声水平N的最小检测量，通常它相当于噪 声水平的2倍。D 2N5(4) 选择性：小鸡猴子工作室 热导检测器是基于样品和载气有不同的导热率，因而它是通用型检测器。而电子捕获检测器则是对捕获电子能力强 的物质有很高的敏感度；火焰光度检测器对硫和磷化物比对烃类的灵敏度高几千倍，所以二者均为选择性检测器。(5)线性范围检测器的线性范围是指样品浓度和应答值呈线性关系范围内最大与最小浓度之比。(6)响应时间指进入检测器的一个组分输出达到其真值的63%所需的时间 基流(也称“本底电流”或“零电流)没有任何样品加到载气中时，检测器所产生的信号。这里我们倾向于称为“零电流”，因为这样更适用于所有检测 器。零电流一般越小越好，检测器零电流的大小，是衡量检测器是否正常的重要数据之一。(8)稳定性稳定性系指检测器的噪声和基线漂移，以及检测器对操作条件(气体流速、压力、温度)的波动，对敏感度和响应值 的重现性。检测器的稳定性是检测器固有的性质，它仅与检测器的设计、结构和操作条件有关，而仪器的稳定性是 仪器的综合性能。k.常用检测器表47常用气相色梏桃测器性能一庞表枪衡器热 导(TCD)鼠始肉f-ft电子-捕荻 口)火醐度 (FPS用途所有化合妆有机化分翎囱化物反舍裂化令物硫，磷化台物响应性质液度型旺钗梨浓度型(非离解型n 质量里【离解型)载 气0Ar+5CH.检湖废2 x 10 mg/ml,L10 -/s七沛1W 邃,(的 1L 官稔定性优4可线性范围WM T40OC邳rc响应对问TOOJ ITS15 51ms说隽耍承定，财魅电擀用高 精度常电电源气源奥尸格净 化,我大器能测无于就豚冲式ECDM魅时的泌光片 和牢电倍堵招，告 癌的。,H比热导检测器(TCD)If i-in艺始刷F化楫测髀1- 以；1 杵堡供，E -顷;侦:.二金，上气即，!- ”泌只瓦 ” -畋;a L咔原理是根据不同物质有不同的导热系数。如图中的A和B两个通气孔道都通 人纯载气时，由于气体把热丝上的热量带走一部分，热丝(4 )及(5)的温度均下 降，但是因为(4)与(5)的阻值(即相当于图中的RS和S1)相等，载气气流速度 也相等，即带走的热量也相等，两根热丝(通过电流使其加热到一定的温度)的 温度下降也相等。因而在平衡时，RS和S1的电阻也相等。反映在惠斯登电 桥上无信号输出。但是当B通气孔道有样品通过时，样品的导热系数和载气 不同，因而从A、B二孔道带走的热量就不相等，热丝(4)与(5)温度就不同， 相应的电阻值就不一样。所以惠斯登电桥就不平衡了，于是就有信号输出。而 且当B孔道中样品浓度越大、两个孔道中热丝的电阻差别也越大，输出的信 号也越大。(2)氢焰离子化检测器(FID)在农药常量分析中广为应用。1 由坡，2冉吏给醪伟，3池作1 JMt射海化学离子化理论，即正离子的产生是由于有机物在火焰中产生裂解，生成被激发的分子、自由基和自由原子，它们 进行碰撞和能量交换，从而形成正离子。也产生电子。电子捕获检测器(ECD)广泛用于残留量分析。载气N2被放射源放出来的B射线电离，生成正离子和低能量电子， 在此过程中大量的自由电子在电场作用下奔向阳极，在大量电子 向阳极运动的过程中有一部分又与正离子复合，达到平衡时就形 成检测器的基流。当有电负性的组分进入检测池时，它就捕捉池 中的电子，于是基流就降低。形成色谱峰。(4)火焰光度检测器脉。)陶-ip虹!户尸.世.咯注嚣L 尤足悟龙琳, m: i ；:扩 I 1 - 5区.31- 6 在农药的残留量分析中具有重要作用。从色谱柱流出的含硫或含磷化合物的载气，先与空气混合， 从检测器下部进入火焰喷嘴，喷嘴周围的小孔供给过量的 氢气(富氧火焰)，点燃后可形成一稳定的火焰。在适当的温 度下硫化合物可生成激发态的分子，当它回到基态时，发 射出350 一 430 nm的特征光谱，在394nm的最大波长处， 借助滤光片测定其光强，从而测得化合物的含量。l.色谱柱m固定液涂于色谱柱(空心柱除外)填充物表层的液膜状物质即固定液。它在气相色谱分析中对各组分的分离起着决定性作用。n.气-液填充色谱柱是在柱管中装填着表面涂有一薄层高沸点有机物液膜的惰性固体作为固定相，高沸点有机化合物是固定液，而惰性 固体是载体。o.担体承担固定液的固体材料。担体又称载体。把固定液涂渍在担体表面上，形成均匀薄膜，就构成气液色谱柱的填充物。担体表面的活性是诰成色谱峰形成拖尾的主要原因p试漏只要将柱管全部浸入水中，将出口堵死，人口通人氮气(N2)在高于使用的操作压力下，以管壁没有气泡冒出为合格。q定性分析一般根据色谱保留值进行定性分析r定量分析依据：被测组分的重量或该组分在载气中的浓度与色谱图上的峰面积或峰高成正比。常用的定量方法：(1) 归一化法(2) 内标法若测定样品中某一组分或某几个组分的含量，可以把一定量的某一种纯物质，加入到样品内作为内标物，然后进行色谱定量计算。计算方法为：通过测出内标物的峰面积和欲测定组分的峰面积后，计算该组分的含量。外标法。用配制已知浓度的标准样进行色谱分析，以各组分的峰高或峰面积和与其相对应的浓度作标准曲线，然后在与 标准试样测定时同样的操作条件分析试样并与标准样进行比较。根据试验结果，从标准曲线中计算出试样的浓 度。工厂的日常控制分折，较多采用这种方法。表4-8者种定垣方送的比茨项 n归-化法内标iA外那法计算公式P；=- - ； luD%r.n. 一 一jz v inn。/jT d A，J ULf/uA.，z适用彩围适用于常,分析，忒杵巾企 第纵分流出适用于微笙组分的精疏定量等适用于二厂常规分析it 点操作条件对堵果财响不太昌果较精晚，对榻作条件 契求不产快理方怛缺 点溟定低含量托微量杂房时， 误差凌火，不宜呢用每次分析，耍未称垃较为 麻回需亵纯内拣物椎作条件触结黑路响较 大蓉妾鲍的外斯物对希源器戮性要求低至*个部组扮渣山都有响壶被浏歧1分与i内标杨流出F 并有响应龄槌肖流出有响戍二、液相色谱a,选择性色谱离的指标，亦称分离因子。它是两柱的选择性是衡量二个化合物能否分个组分净保留时间的比（即相对保留值）或两个组分的平衡分配之比。，t t kt0为溶剂保留时间，t.和t2为峰1和峰2的保留时间，（选择性）= 0 = T式中k和k2是农药1和2的分配系数。t1 t0 ib容量因子某一特定化合物在色谱柱上的容量因子是衡量该柱对此化合物的保留特性，化合物的净保留时间与非滞留时间之 比，c. 柱效柱效是衡量某一特定色谱柱对化合物的谱带展宽度和改善分离的能力HETP=L使用理论塔板的相当高度HETP （或H）较方便，它也是柱效率的量度。Nd, 分离度，t t相邻两个峰的分离程度称为分离度R。R=i两个峰尖之间距离越大，分离度越大；两峰越宽则分离度越低。（：）（.+七）e流程图2 1 21. 高压输液系统（贮液器、输液泵、梯度淋洗装置）2. 进样系统（进样器）3. 分离系统（色谱柱）4. 检测系统（检测器）5. 数据处理系统（记录仪和积分仪）小鸡猴子工作室f.常用的除气方法1) 加热法2) 抽真空法3) 超声波处理可在贮液容器中充满氮气或氦气防止某种溶剂被氧化g.梯度洗脱所谓梯度洗脱是在一个色谱分析周期里不断改变流动相的化学组分，使一些复杂混合物的分析能做到：1) 提高分辨能力；2)峰形得到改善；3)缩短分析周期。h进样系统进样器进样、阀进样、自动进样器。i.保护柱在分析柱前连接一根3-5cm长的保护柱，可防止来自流动相和样品中的不溶性微粒对色谱挂的堵塞，还可避免硅胶 或键合相的流失，可维护柱效。j检测器是用于连续检测柱流出物中不同组分及其含量的部件，主要用于监测经色谱柱分离后的组分浓度的变化，并由数据 处理系统绘出图谱来进行定性和定量分析。k.常用的检测器紫外检测器(UVD)、示差折光检测器(RID)、电导检测器(ECD)、荧光检测器(FD)和蒸发激光散射检测器(ELSD)l. 判定检测器性能的指标(1) 灵敏度：以组分响应曲线的斜率来表示，斜率愈大，表示灵敏度愈高。(2) 噪声：与样品无关的输出信号的变化，除了由于仪器的电子系统、电源电压或温度的波动外，洗脱液的气泡 和污染可能是出现噪声的主要原因。(3) 漂移：基线随时间增加而产生的定向缓慢变化，噪声和漂移都直接影响检测能力和分析工作的误差。(4) 最小检测限：色谱峰高度为最大噪声两倍时的检出量。(5) 线性范围：检测器输出信号与被测组分量呈线性关系的范围。m.液固吸附色谱根据样本中各组分对固定相表面吸附作用的差异，适用于分离溶于有机溶剂、具有中等分子量、非离子型的化合物。竞争吸附现象：试样分子取代溶剂分子而吸附在吸附剂表面。如果溶剂分子吸附性强，则被吸附的试样分子成)相应减少。流动相： 0=(E0)a/Ae 0值表示该流动相在选定吸附剂上相对极性地大小：0值大，表示流动相地极性大，反之流动相地极性小。混合溶剂系统：洗脱剂将样品溶解和将各组分分离(2)调节剂调节保留时间的长短，并改善样品中某些分离不理想的组分。组分在固定相中的浓1=衣V K=组分在流动相中的浓度 Vn液液分配色谱根据样品组分在互不相溶的两种液相中分配系数的不同，来实现分离分析的。组分在固定相中的浓度和在流动相中的浓度之比即为分配系数KK值大，物质在柱中停留时间长，移动速度慢，保留体积大，保留时间长；K值小，移动谏度快，保留时间短。正相液液色谱:极性固定相和非极性溶剂作流动相反相液液色谱:非极性固定相和极性流动相采用强极性溶剂如水、甲醇、乙腈或无机盐的缓冲液作为流动相。(以水为基本溶剂，改变水一甲醇或水一乙腈的配比，可改变样品组分的K值，因而获得较好的分离。)采用的固定相表面是极性小的烃基，如十八烷基、辛烷基和苯基等。正相极性大或中等极性小或中等非极性先出来降低洗脱时间反相极性小或中等 极性中等或大 极性强先出来 增加洗脱时间正相和反相液液色谱的区别：固定相极性溶剂极性样本洗脱次序增加溶剂极性的效果o.离子交换色谱基于离子交换剂上可电离的离子与流动相中具有相同电荷的组分离子间进行可逆交换。凡是能在流动相中离解的组分都可以用离子交换色谱法进行分离和分析。阳离子交换剂:其骨架带负电荷，能吸引或保留带正电荷的离子。带有磺酸基和羧基阴离子交换剂:其骨架带正电荷，能吸引或保留带负电荷的离子。带有季胺基或胺基的交换容量：以结构内部起交换作用的离子基团的浓度来表示的，即每克干交换剂可交换离子的毫（微）克当量数。pH低时，阳离子交换剂的离子化受到抑制，交换容量减少。阴离子交换剂在pH高时也受到抑制。p化学键合相色谱法化学键合相色谱是采用化学键合固定相的色谱。固定相:酯化键合（SiOC型）硅烷化键合（SiOSi C型）q.内标物在应用气相色谱进行农药分析时，有些因素如样本量、气体流速、柱温和检测器温度以及所用溶剂的挥发性等，都 能影响检测器的响应，使用内标物可以抵消这些影响，提高精密度和准确度。内标物的选择条件： 必须是在分析的样本中没有的成分； 其保留时间应与样本接近； 农药成分与内标物之峰高（或峰面积）比应该基本一致； 内标物对样本组分不起化学或其它作用； 内标物应该与样本中所有的杂质峰分开。此外，在高效液相色谱中，选择内标物时，要注意化合物对紫外吸收光谱的响应。内标物种类：气相色谱法一一邻苯二甲酸酯和链烷高效液相色谱邻苯二甲酸酯C6H4（COOR）2、取代苯基酮C6H5COR和苯酚类化合物 内标法：R=标准品的峰高或峰面积/内标的峰高或峰面积为了确定一内标物的保留时间，最好是取10 一 20倍于正常测定浓度的待分析农药，或增加仪器的灵敏度10 一 20倍进样次序为：标样溶液；样本溶液；样本溶液；标样溶液。 计算：有效成分含量%）=门对R x mR1标样与内标物峰高（或峰面积）比的平均值；R2样本与内标物峰高（或峰面积）比的平均值；ml标准品的称样量，g；m2样本的称样量，g;P农药标准品的百分含量3.薄层色谱法a概念利用色谱原理在薄层板上对混合物中各组分进行分离、纯化和分析的方法。用于定性和半定量分析b原理按分离机制可以分为吸附、分配、离子交换及凝胶色谱法等(1)吸附薄层色谱法由于样本各组分的理化性质不同，它们在吸附剂上的吸附作用也不同，在展开剂中的洗脱作用也不同， 各组分随展开剂由原点向预定的前沿移动时，在两相间反复进行吸附和解吸附，吸附强的组分难于被 展开剂溶解下来，移动速度小，吸附弱的成分较易被展开剂解吸附，移动速度较大，移动速度的差别， 使各成分分离。各组分经展开后在薄层板上迁移距离的数值，可用比移值Rf (定性分析依据)表示。比移值(R值)农药谱带中心至原点的距离(cm)移值(值) 一展开剂前沿至原点的距离(cm)影响分离效率的主要因素：展开剂的选择和移动速度吸附剂的颗粒大小合适的展开距离样点的浓度与大小吸附剂的种类：淀粉、菊根扮、滑石、碳酸钙、碳酸镁、硅胶、氧化铝、活性碳、纤维素和聚酰胺等，常用的吸附剂主要是硅胶和氧化铝。含水量高，吸附力减弱，活性降低吸附剂的细度在30 一 50pm较好展开剂的种类：石油醚、己烷环己烷苯甲苯氯仿乙醚乙酸乙酯丙酮乙醇甲醇甲酰胺水乙酸检出方法：萤光硅胶板在紫外灯下显色碘显色氯化钯显色硝酸银一氢氧化铵显色定量分析法：直接测定法一一目测法、测面积法、薄层扫描仪法溶出定量法一一滴定法、极谱法、可见紫外分光光度法二、光谱分析1.红外光谱a概念属于分子吸收光谱，红外光谱是由分子振动能级的跃迁，并伴随着分子中转动能级的跃迁而产生的，所以红外光谱 又称为分子振动一转动光谱。主要是定性分析当连续的红外辐射通过物质.其中某些频率被物质吸收。将通过物质后的红外辐射按波长或波数分开。逐一地测量 其透过率，并记录下来，就获得红外光谱图。b主要研究内容中红外区主要用于研究分子振动能级的跃迁c被测物性质化学结构的对称性差的，红外吸收较强，对称性好的则红外吸收较弱不同的官能团吸收不同频率的红外光。不同官能团的极性或所能引起的偶极矩变化不同，红外吸收峰的强弱就不同d定量分析依据比耳一朗勃特（BeerLamber t）定律。A=abc2.可见紫外分光光度法（波长范围400nm-800nm)a.分光光度法概念根据物质对光具有选择性的吸收特征而建立起来的一种分析方法，通常又称吸收光谱法。吸收光谱是可见光谱、紫 外光谱和红外光谱的统称。物质的分子在室温下，一般处于基态能级，当它受到电磁辐射的作用时，吸收一定能量的光子，使分子受到激发，就从原来能量较低的基态能级跃迁到能量较高的能级（激发态），而产生吸收光谱。b分光光度计结构由光源、分光系统（单色器）、吸收池、检测器和记录仪所组成。c. 吸收曲线又称为光谱曲线或光吸收曲线，是指用固定浓度及吸收池的厚度，在不同波长下用分光光度计测得相应的吸光度（A），然后以波长为横坐标，吸光度值为纵坐标作图，所得的吸光度一波长曲线。d, 常用术语1）生色基（又称发色基团）有机分子中能够吸收紫外或可见光而引起电子跃迁的不饱和基团2）助色基（又称助色团）某些含有未成键电子对的原子或基团3）红移指因结构变化（如顺反异构）、共轭体系加大、助色基效应、溶液pH变化等引起吸收峰向长波移动的效应。4）增色效应由于结构变化或其它原因使吸收强度增加的现象。5）减色效应使吸收强度减弱的现象。e定量方法标准对照法、吸光系数法、标准曲线法、最小二乘法、示差分光光度法。农药分析中的标准样品制备、取样方法和数据处理总平均值：总标准偏差:变异系数：1 nx=_ x =980.07 n 1 （x10.9978n1S=S 一CV =_ X 100%=1121%尤变异系数大于0.8%，须考虑除分析方法外的其它因素，如称量上或其它系统误差，必须用统计上的F一检验。误差：指测量值与其实值接近的程度。误差越小，表示分析结果的准确度越高。测量值小于真实值，即结果偏低时，称为 负误差，测量值大于真实值，即结果偏高时，称为正误差。偏差：即将某次测定值与其算术平均值比较，其差值称为偏差。偏差越小，表示测定的精密度越高。标准偏差:/ (X一单次测量值;X 一多次测量值的算术平均值。), (X-X J2S.-T相对标准偏差：又叫变异系数，是标准偏差在平均值中所占的百分率。它能更合理地反映出测定结果的精密度。平均值的精密度：(1) 平均值的平均偏差d 一测量的平均偏差， n一测量的次数。(2) 平均值的标准偏差等于标准偏差除以测量次数的平方根。d d-一=X 履(3)真实值的范围真实值=X + d- X 真实值=X + S- X置信界限：偶然误差是按正态分布曲线分布的，当分析的次数有限时，则按t分布曲线分布。化学分析中常采用95%置信度。P置信界限；X一测量的平均值；S一标准偏差；t一分布系数；n一测量次数。