仪器分析复习总结Word下载.docx

仪器分析复习总结Word下载.docx

《仪器分析复习总结Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仪器分析复习总结Word下载.docx（34页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

扣除死体积后的保留体积。

VR×

=VR–VM或VR×

=tR×

qV,0

相对保留值（relativeretention）

在相同的操作条件下，待测组分与参比组分的调整保留值之比，用r21表示。

相对保留值应该与柱长、柱径、填充情况、流动相流速等条件无关，而仅与温度、固定相种类有关。

当r21=1时两个组分不能分离。

※简单地认为：

在每一块塔板上，溶质在两相间很快达到分配平衡，然后随着流动相按一个一个塔板的方式向前移动。

对于一根长为L的色谱柱，溶质平衡的次数应为：

n=L/H

※n称为理论塔板数,与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板数n的增加而增加，随板高H的增大而减小

理论塔板数和有效塔板数之间的关系

Ø

塔板理论是一种半经验性的理论，它解释了流出曲线的形状，并提出了计算和评价柱效高低的参数。

但是，它只能定性地给出板高的概念，却不能解释板高受哪些因素的影响，因而限制了它的应用。

2、速率理论（J.J.VanDeemter1956）

范弟姆特方程式及其详细讨论

2-3色谱分离条件的选择

一、分离度（resolution）

相邻两色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度平均值之比，用R表示。

分离度可以用来作为衡量色谱峰分离效能的指标。

★R越大，表明两组分分离效果越好

★保留值之差取决于固定液的热力学性质

★色谱峰宽窄反映色谱过程动力学因素及柱效能高低

二、色谱分离基本方程

•R的定义并未反映影响分离度的各种因素。

也就是说，R未与影响其大小的因素：

柱效n、选择因子和容量因子k联系起来。

•对于相邻的难分离组分，由于它们的分配系数K相差小，可合理假设k1k2=k，Y1Y2=Y。

因此可导出R与n（neff）、和k的关系

1.与柱效的关系（柱效因子）

2.与容量因子的关系

3.与柱选择性的关系

分离度、柱效、柱选择性的关系

三、色谱条件的选择

1、载气流速的选择（与分析时间、柱效有关）

2、柱温的选择（与ri，j有关）

能使沸点最高的组分达到分离的前提下，尽量选择较低的温度。

当然被测物的保留时间要短、峰形不能有严重拖尾。

最好用程序升温方法，以实验优化选择的条件为工作条件。

3、固定液与担体的选择（与相比有关）

由实验手册查出参考值，再由实验选择。

4、担体的性质和粒度

5、进样时间和进样

6、汽化室与检测室温度（与被测对象的利用度有关）

汽化温度、检测室温度高于柱温30-70度。

2-4固定相及其选择

一、固定相的类型：

吸附剂型固定相

担体+固定液型固定相

二、固定液的类型

对固定液的要求：

a）热稳定性好、蒸汽压低——流失少；

b）化学稳定性好——不与其它物质反应；

c）对试样有合适的溶解能力——分配系数K适当；

d）对各组分具有良好的选择性

三、固定液的极性：

固定液与待测化合物之间的作用力主要属定向力、诱导力、色散力、氢键力等弱相互作用为主，所以固定相的极性对分离过程非常重要，固定相极性用相对极性P的公式表示：

规定：

β,β’-氧二丙腈固定液的P=100、角鲨烷固定液的P=0、测试标样为环己烷-苯

按P的数值将固定液的极性以20间隔分为五级：

麦氏常数

苯、丁醇、戊酮-2、硝基丙烷、吡啶五种物质在被测固定液与角鲨烷柱上保留指数的差

值,分别以x’，y’，z’，u’，s’表示.

苯:

ΔI=I被测－I角鲨烷=x'

五个ΔI以及它们的平均值，可以作为固定液极性的标度。

其值越大，极性越强。

固定液的选择——“相似相溶原理”

2-5气相色谱检测器

一、气相色谱检测器的类型

气相色谱检测器根据响应原理的不同可分为浓度型检测器和质量型检测器两类。

浓度型检测器：

测量的是载气中某组分瞬间浓度的变化，即检测器的响应值和组分的瞬间浓度成正比。

如热导池检测器（TCD）和电子捕获检测器（ECD）

质量型检测器：

测量的是载气中某组分质量比率的变化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器的组分质量成正比。

如氢火焰离子化检测器（FID）和火焰光度检测器（FPD）

通用检测器有：

1、热导池检测器，TCD（Thermalconductivitydetector）测一般化合物和永久性气体：

原理和结构

2、氢火焰离子化检测器,FID（Hydrogenflameionizationdetector）测一般有机化合物：

专用检测器有：

3、电子俘获检测器，ECD（Electroncapturedetector）测带强电负性原子的有机化合物

4、火焰光度检测器，FPD（Flamephotometricdetector）测含硫、含磷的有机化合物

2-6气相色谱定性

2-6气相色谱定量：

要求熟练掌握

第三章高效液相色谱分析

基本要求：

（1）掌握影响色谱峰扩展及色谱分离的因素，高效液相色谱法的主要类型及其分离原理，高效液相色谱仪器的操作方法

（2）了解高效液相色谱法的特点，高效液相色谱仪的构成及各部分的功能和原理，高效液相色谱法的应用

教学重点：

影响色谱峰扩展及色谱分离的因素，高效液相色谱法的主要类型及其分离原理，高效液相色谱仪器的操作方法

教学难点：

影响色谱峰扩展及色谱分离的因素，高效液相色谱法的主要类型及其分离原理

3.1高效液相色谱的特点

一、定义：

液相色谱法是指流动相为液体的色谱技术。

二、特点

1.高压:

2.高速:

3.高效：

。

4.高灵敏度：

5．高度自动化计算机的应用

6．应用范围广

7．流动相可选择范围广

8．馏分容易收集

3.2影响色谱峰扩展及色谱分离的因素

一、与GC比较；

基本概念及理论基础与GC一致；

主要区别：

流动相为液体。

气相色谱的流动相载气是色谱惰性的，不参与分配平衡过程，与样品分子无亲和作用，样品分子只与固定相相互作用。

而在液相色谱中流动相液体也与固定相争夺样品分子，为提高选择性增加了一个因素。

也可选用不同比例的两种或两种以上的液体作流动相，增大分离的选择性。

二、对色谱峰扩展及色谱分离影响的因素：

1.涡流扩散项：

He=2λdp含义同GC法

2.纵向扩散项：

Hd=CdDm/u；

在LC中可略,GC中重要；

3.传质阻力项：

a.固定相传质阻力项：

b.流动相传质阻力项：

要降低Hsm，应采用颗粒小，微孔浅，孔径大的固定相。

柱内各种因素引起的塔板高度H为：

H=2λdp+CdDm/u+（CsDf2/Ds+Cmdp2/Dm+Csmdp/Dm）（3-6）

综合分析，由于柱内色谱峰扩展所引起的塔板高度的变化可归纳为：

H=A+B/u+Cu

形式与GC一致，其主要区别在于扩展项可以忽略，影响柱效的主要因素是传质项。

从3-6式看出，H近似正比于dp2，所以减小粒度是提高柱效的最有效途径。

改进固定相就成为提高液相色谱柱效一个重要问题。

提高柱效的途径：

减小填料粒度以加快传质速率；

提高柱内填料装填的均匀性。

4.其它影响因素；

柱外展宽：

指色谱柱外各种因素引起的峰扩展.

a.柱前展宽：

主要由进样所引起；

b.柱后展宽：

主要由接管、检测器流通池体积所引起.为此，连接管的体积、检测器的死体积应尽可能小。

3.3高效液相色谱的主要类型及其分离原理

类型：

液-液色谱；

液-固色谱；

离子交换色谱；

离子对色谱；

离子色谱；

空间排阻色谱

一、液-液分配色谱法及化合键合相色谱

1.特点：

a.流动相和固定相都是液体

b.两相应互不相溶，有明显的分界面

2.分离机制：

溶质在两相间进行分配

K=cs/cm=kVm/Vs

分离的顺序决定于分配系数的大小，分配系数大的组分保留值大.而且流动相的种类对分配系数有较大的影响.

3.分类：

a.正相液-液色谱法：

流动相的极性小于固定液的极性；

b.反相液-液色谱法：

流动相的极性大于固定液的极性；

c.化学键合固定相：

将各种不同有机基团通过化学反应共价键合到硅胶（担体）表面的游离羟基上，代替机械涂渍的液体固定相。

代替机械涂渍的液体固定相。

这不仅避免了液体固定相流失的困扰，还大大改善了固定相的功能，提高了分离的选择性，化学键合色谱适用于分离几乎所有类型的化合物。

反相化学键合相色谱法已成为高效液相色谱法中应用最广泛的一个分支.

二、液-固色谱法（或液-固吸附色谱法）

液固色谱的固定相是固体吸附剂。

吸附剂是一些多孔的固体颗粒物质，位于其表面的原子、离子或分子的性质是多少不同于在内部的原子、离子或分子的性质的。

表层的键因缺乏覆盖层结构而受到扰动。

因此，表层一般处于较高的能级，存在一些分散的具有表面活性的吸附中心。

因此，液固色谱法是根据各组分在固定相上的吸附能力的差异进行分离，故也称为液固吸附色谱。

吸附剂吸附试样的能力，主要取决于吸附剂的比表面积和理化性质，试样的组成和结构以及洗脱液的性质等。

组分与吸附剂的性质相似时，易被吸附，呈现高的保留值；

当组分分子结构与吸附剂表面活性中心的刚性几何结构相适应时，易于吸附。

从而使吸附色谱成为分离几何异构体的有效手段；

不同的官能团具有不同的吸附能，因此，吸附色谱可按族分离化合物。

流动相为液体，固定相为吸附相。

2.分离机制Xm+nSa======Xa+nSm

K=[Xa][Sm]n/[Xm][Sa]n

3.结论：

显然，分配系数大的组分，吸附剂对它的吸附力强，保留值就大.

4.作用：

a.适用分离相对分子质量中等油性试样。

b.对具有不同官能团的化合物和异构体有较高的选择性。

缺点：

由于非线性等温吸附常引起峰的拖尾现象

三、离子对色谱法

分离效能高，分析速度快，操作简便.

2.分离机制

3.分离过程：

流动相中待分离有机离子与固定相或流动相中带相反电荷的对离子结合，形成离子对化合物，然后在两相间进行分配。

KXY=[X+Y-]有机相/[X+]水相[Y-]水相

DX=[X+Y-]有机相/[X+]水相=KXY[Y-]水相

4.分类：

a.正相离子对色谱法；

b.反相离子对色谱法。

5.应用：

解决了以往难分离混合物的分离问题，例如各种强极性的有机酸碱。

四.离子交换色谱法

1.分离机制；

2.适用范围；

凡能在溶剂中电离的物质一般均可用该法进行分离。

3.交换：

凡是在溶剂中能够电离的物质通常都可以用离子交换色谱法来进行分离。

4.结论：

a.分配系数D愈大，表示溶质的离子与离子交换剂的相互作用愈强。

b.亲合力高的，在柱中保留值就愈大。

a.分离离子或可离解的化合物。

b.已成功地分离氨基酸、核酸、蛋白质等

五、离子色谱法

1.固定相:

离子交换树脂流动相:

电解质溶液检测器:

电导检测器

主配件：

抑制柱

2.流程图：

3.分离机制（阴离子为例）

a.双柱型：

化学抑制型离子色谱法；

b.单柱型：

非抑制型，用低电导的洗脱液；

4.应用：

从无机和有机阴离子到金属阳离子，从有机阳离子到糖类、氨基酸等均可用该法分析

六、空间排阻色谱法

1.固定相：

凝胶

2.机制：

类似于分子筛作用，分离只与凝胶的孔径分布和溶质的流体力学体积和分子大小有关.

3.分离示意图

a.排斥极限A点:

b.全渗透极限B点:

4.特点

3.4液相色谱法固定相stationaryphasesofLC

1.液-液分配及离子对分离固定相

（1）全多孔型担体：

由氧化硅、氧化铝、硅藻土等制成的多孔球体；

早期采用100μm的大颗粒，表面涂渍固定液，性能不佳已不多见；

现采用10μm以下的小颗粒，化学键合制备柱填料；

（2）表面多孔型担体（薄壳型微珠担体）

30～40μm的玻璃微球，表面附着一层厚度为1～2μm的多孔硅胶。

表面积小，柱容量底；

（3）化学键合固定相

化学键合固定相:

目前应用最广、性能最佳的固定相；

a.硅氧碳键型：

≡Si—O—C

b.硅氧硅碳键型：

≡Si—O—Si—C

稳定，耐水、耐光、耐有机溶剂，应用最广；

c.硅碳键型：

≡Si—C

d.硅氮键型：

≡Si—N

化学键合固定相的特点

（1）传质快，表面无深凹陷，比一般液体固定相传质快；

（2）寿命长，化学键合，无固定液流失，耐流动相冲击；

（3）耐水、耐光、耐有机溶剂，稳定；

（4）选择性好，可键合不同官能团，提高选择性；

（5）有利于梯度洗脱；

存在着双重分离机制：

（键合基团的覆盖率决定分离机理）

高覆盖率：

分配为主；

低覆盖率：

吸附为主；

2.液-固吸附分离固定相

种类：

硅胶、氧化铝、分子筛、聚酰胺等；

结构类型：

全多孔型和薄壳型；

粒度：

5～10μm；

3.离子交换色谱分离固定相

结构类别：

（1）薄壳型离子交换树脂

薄壳玻璃珠为担体，表面涂约1%的离子交换树脂；

（2）离子交换键合固定相

薄壳键合型；

微粒硅胶键合型（键合离子交换基团）

树脂类别：

1）阳离子交换树脂（强酸性、弱酸性）

2）阴离子交换树脂（强碱性、弱碱性）

4.空间排阻分离固定相

（1）软质凝胶

葡聚糖凝胶、琼脂凝胶等。

多孔网状结构；

水为流动相。

适用于常压排阻分离。

（2）半硬质凝胶

苯乙烯-二乙烯基苯交联共聚物，有机凝胶；

非极性有机溶剂为流动相，不能用丙酮、乙醇等极性溶剂

（3）硬质凝胶

多孔硅胶、多孔玻珠等；

化学稳定性、热稳定性好、机械强度大，流动相性质影响小，可在较高流速下使用。

可控孔径玻璃微球，具有恒定孔径和窄粒度分布。

3.5液相色谱法流动相mobilephasesofLC

1.流动相特性

（1）液相色谱的流动相又称为：

淋洗液，洗脱剂。

流动相组成改变，极性改变，可显著改变组分分离状况；

（2）亲水性固定液常采用疏水性流动相，即流动相的极性小于固定相的极性，称为正相液液色谱法，极性柱也称正相柱。

（3）若流动相的极性大于固定液的极性，则称为反相液液色谱，非极性柱也称为反相柱。

组分在两种类型分离柱上的出峰顺序相反。

2.流动相类别

按流动相组成分：

单组分和多组分；

按极性分：

极性、弱极性、非极性；

按使用方式分：

固定组成淋洗和梯度淋洗。

常用溶剂：

己烷、四氯化碳、甲苯、乙酸乙酯、乙醇、乙腈、水。

采用二元或多元组合溶剂作为流动相可以灵活调节流动相的极性或增加选择性，以改进分离或调整出峰时间。

3.流动相选择

在选择溶剂时，溶剂的极性是选择的重要依据。

采用正相液-液分配分离时：

首先选择中等极性溶剂，若组分的保留时间太短，降低溶

剂极性，反之增加。

也可在低极性溶剂中，逐渐增加其中的极性溶剂，使保留时间缩短。

常用溶剂的极性顺序：

水（最大）>

甲酰胺>

乙腈>

甲醇>

乙醇>

丙醇>

丙酮>

二氧六环>

四氢呋喃>

甲乙

酮>

正丁醇>

乙酸乙酯>

乙醚>

异丙醚>

二氯甲烷>

氯仿>

溴乙烷>

苯>

四氯化碳>

二硫化碳>

环己烷>

己烷>

煤油（最小）

4.选择流动相时应注意的几个问题：

（1）尽量使用高纯度试剂作流动相，防止微量杂质长期累积损坏色谱柱和使检测器噪声增加。

（2）避免流动相与固定相发生作用而使柱效下降或损坏柱子。

如使固定液溶解流失；

酸性溶剂破坏氧化铝固定相等。

（3）试样在流动相中应有适宜的溶解度，防止产生沉淀并在柱中沉积。

（4）流动相同时还应满足检测器的要求。

当使用紫外检测器时，流动相不应有紫外吸收。

3.6高效液相色谱仪

高效液相色谱仪主要有分析型、制备型和专用型三类。

一般由五个部分组成：

高压输液系统——进样系统——分离系统——检测系统——数据处理系统

一.高压输液系统

贮液装置、高压输液泵、过滤器、脱气装置等

1.贮液器：

贮液器用于存放溶剂。

溶剂必须很纯，贮液器材料要耐腐蚀，对溶剂呈惰性。

贮液器应配有溶剂过滤器，以防止流动相中的颗粒进入泵内。

溶剂过滤器一般用耐腐蚀的镍合金制成，空隙大小一般为2m

2.脱气装置：

脱气的目的是为了防止流动相从高压柱内流出时，释放出气泡进入检测器而使噪声剧增，甚至不能正常检测。

3.高压输液泵高压输液泵是高效液相色谱仪的重要部件，是驱动溶剂和样品通过色谱柱和检测系统的高压源，其性能好坏直接影响分析结果的可靠性。

压力：

150～350×

105Pa。

为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相（<

10μm），液体的流动相高速通过时，将产生很高的压力，因此高压、高速是高效液相色谱的特点之一。

对高压泵的基本要求是：

①流量稳定；

②输出压力高，最高输出压力为50Mpa；

③流量范围宽，可在0.01～10ml／min范围任选。

④耐酸、碱、缓冲液腐蚀。

⑤压力波动小。

泵的种类很多，按输液性质可分为恒压泵和恒流泵。

恒流泵按结构又可分为螺旋注射泵、柱塞往复泵和隔膜往复泵。

恒压泵受柱阻影响，流量不稳定；

螺旋泵缸体太大，这两种泵已被淘汰。

目前应用最多的是柱塞往复泵。

二.梯度洗脱

外梯度:

利用两台高压输液泵，将两种不同极性的溶剂按一定的比例送入梯度混合室，混合后进入色谱柱。

内梯度:

一台高压泵,通过比例调节阀,将两种或多种不同极性的溶剂按一定的比例抽入高压泵中混合。

梯度洗脱是利用两种或两种以上的溶剂，按照一定时间程序连续或阶段地改变配比浓度，以达到改变流动相极性、离子强度或pH值，从而提高洗脱能力，改善分离的一种有效方法。

当一个样品混合物的容量因子是范围很宽，用等度洗脱时间太长，且后出的峰形扁平不便检测时，用梯度洗脱可以改善峰形、并缩短分离时间。

HPLC的梯度洗脱与GC的程序升温相似，可以缩短分析时间，提高分离效果。

使所有的峰都处于最佳分离状态，而且峰形尖而窄。

三.进样装置

进样器一般要求密封性好，死体积小，重复性好，保证中心进样，进样时对色谱系统的压力和流量波动小，并便于实现自动化。

高压进样阀是目前广泛采用的一种方式。

阀的种类很多，有六通阀、四通阀，双路阀等。

以六通进样阀最为常用。

流路中为高压力工作状态，通常使用耐高压的六通阀进样装置，

其结构如图所示：

四、色谱柱

色谱分离系统包括色谱柱、固定相和流动相。

色谱柱是其核心部分，柱应具备耐高压、耐腐蚀、抗氧化、密封不漏液和柱内死体积小、柱效高、柱容量大、分析速度快、柱寿命长的要求。

通常采用优质不锈钢管制成。

色谱柱按内径不同可分为常规柱、快速柱和微量柱三类。

五、检测系统

检测器的作用是将柱流出物中样品组成和含量的变化转化为可供检测的信号，常用检测器有紫外吸收、荧光、示差折光、化学发光等。

1.紫外可见吸收检测器（ultraviolet－visibledetector，UVD）

（1）紫外吸收检测器：

紫外吸收检测器常用氘灯作光源，氘灯则发射出紫外-可见区范围的连续波长，并安装一个光栅型单色器，其波长选择范围宽（190nm～800nm）。

它有两个流通池，一个作参比，一个作测量用，光源发出的紫外光照射到流通池上，若两流通池都通过纯的均匀溶剂，则它们在紫外波长下几乎无吸收，光电管上接受到的辐射强度相等，无信号输出。

当组分进入测量池时，吸收一定的紫外光，使两光电管接受到的辐射强度不等，这时有信号输出，输出信号大小与组分浓度有关。

局限：

流动相的选择受到一定限制，即具有一定紫外吸收的溶剂不能做流动相，每种溶剂都有截止波长，当小于该截止波长的紫外光通过溶剂时，溶剂的透光率降至10%以下，因此，紫外吸收检测器的工作波长不能小于溶剂的截止波长

（2）光电二极管阵列检测器（photodiodearraydetector，PDAD）：

2．荧光检测器（fluorescencedetector，FD）

荧光检测器是一种高灵敏度、有选择性的检测器，可检测能产生荧光的化合物。

某些不发荧光的物质可通过化学衍生化生成荧光衍生物，再进行荧光检测。

其最小检测浓度可达0.1ng／ml，适用于痕量分析；

一般情况下荧光检测器的灵敏度比紫外检测器约高2个数量级，但其线性范围不如紫外检测器宽。

近年来，采用激光作为荧光检测器的光源而产生的激光诱导荧光检测器极大地增强了荧光检测的信噪比，因而具有很高的灵敏度，在痕量和超痕量分析中得到广泛应用。

3.示差折光检测器（differentialrefractiveIndexdetector，RID）

示差折光检测器是一种浓度型通用检测器，对所有溶质都有响应，某些不能用选择性检测器检测的组分，如高分子化合物、糖类、脂肪烷烃等，可用示差检测器检测。

示差检测器是基于连续测定样品流路和参比流路之间折射率的变化来测定样品含量的。

光从一种介质进入另一种介质时，由于两种物质的折射率不同就会产生折射。

只要样品组分与流动相的折光指数不同，就可被检测，二者相差愈大，灵敏度愈高，在一定浓度范围内检测器的输出与溶质浓度成正比。

4.电化学检测器（elec）chemicaldetector，ED）

①灵敏度高，最小检测量～般为ng级，有目可达pg级；

②选择性好，可测定大量非电活性物质中极痕量的电活性物质；

③线性范围宽，一般为4～5个数量级；

④设备简单，成本较低；

⑤易于自动操作。

5.化学发光检测器（c。

iluminescencedetector，CD）

五.数据处理系统

3.7高效液相色谱分离类型的选择

见教材

了解：

毛细管电泳原理

一、电泳迁移

不同分子所带电荷性质、多少不同，形状、大小各异。

一定电解质及PH的缓冲液或其它溶液内，受电场作用，样本中各组分按一定速度迁移，从而形成电泳。

二、电渗迁移

电渗迁移指在电场作用下溶液相对于带电管壁移动的现象。

特殊结构的熔合硅毛细管管壁通常在水溶液中带负电荷，在电压作用下溶液整体向负极移动，形成电渗流。

带电微粒在毛细管内实际移动的速