《仪器分析教案第七章色谱法课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仪器分析教案第七章色谱法课件.ppt（126页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,1,第二章 气相色谱分析,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,2,第二章 气相色谱分析,第一节 色谱分析法概述 第二节 气相色谱分析理论基础 第三节 气相色谱分离操作条件的选择 第四节 气相色谱检测器 第五节 气相色谱定性、定量分析 第六节 色谱质谱联用技术简介,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,3,第二章 气相色谱分析法,一、色谱法的历史 二、色谱法定义 三、色谱法的分类 四、色谱法的特点 五、色谱法的应用,第一节 色谱分析法概述,introduction,The summarization of chromatograph
2、y,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,4,俄国植物学家Tswett于1901年发现：利用吸附原理分离植物色素,一、色谱分析法的历史,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,5,图示,固定相CaCO3颗粒 流动相石油醚,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,6,1903年发表文章：On a new category of adsorption phenomena and their application to biochemical analysis 1906年Tswett 创立“chromatography”“色谱法”新名词 1907年在德国生物会议上第一次向世界公
3、开展示显现彩色环带的柱管 1935年Adams and Holmes 发明了苯酚-甲醛型离子交换树脂，进一步发明了离子色谱 1938年Izmailov 发明薄层色谱 1941年Martin 6-压力表；7-进样器；8-色谱柱; 9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；,载气系统,进样系统,色谱柱,检测系统,温控系统,气相色谱工作分析过程： 样品制备进样组份分离样品成份检测定性和定量,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,72,二、气相色谱仪主要部件,1. 载气系统 包括气源、净化干燥管和载气流速控制及测量；,常用的载气有：氢气、氮气、氦气； 净化干燥管：去除载气中
4、的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）； 载气流速控制及测量：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,73,2. 进样装置,进样装置：进样器+气化室； 气体进样器（六通阀）：,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,74,液体进样器：,不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，一次可放置数十个试样。,气化室： 将液体试样瞬间气化的装置。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,75,3. 色谱柱（分离柱）,色谱柱：色谱仪的核心部件。分为填充柱和毛细管柱两种。 填充柱材质
5、：不锈钢管或玻璃管，内径2-6mm，长度可根据需要确定，一般1-3m。 毛细管柱材质：一般石英玻璃柱，内径0.1-0.5mm，长25-100m。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,76,4. 检测系统,色谱仪的眼睛 被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,77,5. 温度控制系统,温度是色谱分离条件的重要选择参数； 气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度； 气化室：保证液体试样瞬间气化； 检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；,分离室：准确
6、控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,78,结构流程,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,79,三、气相色谱检测器 （一）气相色谱检测器的类型 1.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。 （1）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） （2）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
7、焰离子化检测器（FID）和火焰光度检测器（FPD）,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,80,2.按照应用范围分通用和专用检测器 通用检测器有： （1）热导池检测器，TCD (Thermal conductivity detector) 测一般化合物和永久性气体 （2）氢火焰离子化检测器,FID (Hydrogen flame ionization detector) 测一般有机化合物 专用检测器有： （3）电子俘获检测器，ECD (Electron capture detector) 测带强电负性原子的有机化合物 （4）火焰光度检测器，FPD (Flame photometric
8、detector) 测含硫、含磷的有机化合物,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,81,（二）几种常用检测器,1.热导检测器（TCD) （1） 热导检测器的结构（热导池和电路连接组成） 池体（一般用不锈钢制成） 热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、机械强度高、对各种成分都呈现惰性的金属丝。（如：钨丝） 参比臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前,测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,82,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,83,（2）检测原理,惠斯通平衡电桥，如图。,电阻丝通电，加热与散热达
9、到平衡后，两臂电阻值： R参=R测 ; R1=R2 ，则： R参/R测= R1 /R2 无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。,进样后:,R参R测 则： R参/R测 R1 /R2,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,84,2.氢火焰检测器（FID） 是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机化合物在氢火焰中燃烧时能产生带电离子碎片，收集其荷电量进行测定。,氢火焰检测器的离子化机理：有机物在氢火焰中发生化学电离火焰中的正离子以H3O+最多，约占90%；其他还有CHO+，CH3O+，C3H+等。,对在氢火焰中不电离的无机化合物，例如CO，CO2，SO2，N2等，不能进行检测。,202
10、1/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,85,特点：灵敏度比热导池检测器高出三个数量级，具有结构简单、灵敏度高、响应速度快、应用广泛，适宜于痕量分析。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,86,高选择性、高灵敏度的放射性检测器（放射源 63Ni或3H，产生射线）,3.电子捕获检测器（ECD),2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,87,选择性高，仅对含有卤素、含氧基团等的化合物有响应； 灵敏度高，检测下限10-14 g /mL； ECD是目前分析痕量电负性有机物最有效的检测器； 对大多数烃类没有响应； 主要缺点：线性范围窄； 应用：近年来广泛用于食品、农副产品中农药残留量的分
11、析以及大气、水中污染物的分析等。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,88,化合物中硫、磷在富氢火焰中燃烧，生成激发态分子碎片，当回到基态时辐射出不同波长的特征光谱，可被检测。HPO碎片（480-600nm）、S2（350-430nm）； 该检测器是对含硫、磷化合物的高选择性检测器，又称硫磷检测器。,（四）火焰光度检测器（FPD),2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,89,几种检测器的性能对比,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,90,（三）检测器的性能指标（自学） 气相色谱分析对检测器的要求：测量准确，响应快，稳定性好，灵敏度高，适应范围广。 衡量检测器性能的主
12、要指标：灵敏度、检测限和检测器的线性范围。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,91,第五节 气相色谱定性、定量分析 一、气相相色谱的定性方法,依据：利用色谱图确定各色谱峰所代表的化合物。 常用的方法：纯物质对照定性、利用保留值定性等。,各种物质在一定的条件下(固定相、操作条件)，均有确定不变的保留值 利用已知的纯物质与未知试样的色谱峰对照进行定性分析,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,92,（1）利用保留值定性 当已知某试样推测为某化合物时，用相应化合物的纯物质进行比较，有相同的峰形和保留值的则为同一种化合物。 特点：气相色谱定性最可靠的方法,注意：如果保留时间相同，峰
13、形不同，仍不能认为是同一种物质时，将试样与纯物质混合后注入色谱柱，若色谱峰增高而半峰宽并不相应增加，则两者可能是同一种物质。 缺点：重复性较差,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,93,（2）利用相对保留值定性 定义：相对保留值是组分i与基准物S的调整保留值之比：,优点：可以消除某些操作条件的影响，只要柱温、固定相不变，即使柱径、柱长、填充情况及流动相的流速有所变化，相对保留值i,s仍然不变，它是色谱定性分析的重要参数。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,94,（3）利用保留指数进行进行定性分析 Xz+1 ， Xz 分别代表含Z+1、Z个碳原子的正构烷烃在测定柱上的调整保
14、留参数， Xi代表待测物质在测定柱上的调整保留参数。 优点：可以方便求出文献测定条件下的I 值而进行定性分析，无须标准物质。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,95,二、气相色谱定量方法 依据：在一定的条件下，被测组分i的质量mi或其在载气中的浓度与检测器的响应信号（色谱上表现为峰面积Ai或峰高Hi）成正比： 色谱定量公式：,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,96,（一）色谱峰面积测量方法 1.峰高乘半峰宽法,2.峰高乘平均峰宽法 在峰高0.15处与峰高0.85处测量峰的宽度，然后取平均值，乘以峰的高度： 3.电子积分法,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,9
15、7,（二）定量校正因子 原因：为了使检测器的响应信号能真实地反映物质的含量，就要对色谱峰面积进行校正，因此引入定量校正因子。,1.绝对校正因子 在一定的操作条件下，组分i的进样量m与峰的面积Ai成正比：,绝对校正因子,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,98,进样量：质量m、摩尔n、体积V,物理意义是每单位峰面积所代表物质的多少,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,99,例4.2.7 某试样含有5g乙醇，测得相应的色谱峰面积为150mm2，求乙醇的fi。 解：,答：乙醇的绝对校正因子fm,i为3.310-2gmm-2。 即每平方毫米色谱峰面积代表3.310-2g乙醇。,20
16、21/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,100,绝对校正因子fi的大小主要由操作条件和仪器的灵敏度所决定，既不容易准确测量，也无统一标准；当操作条件波动时，fi也发生变化。 故fi无法直接应用，定量分析时，一般采用相对校正因子。,2.相对校正因子 定义：规定某一个组分为标准物，计算其他组分的绝对校正因子与此标准物绝对校正因子的比值。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,101,各物质的量以摩尔数计，Mi , Ms分别表示被测 物与标准物质的相对分子质量（摩尔质量）,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,102,例4.2.8 准确称取一定质量的色谱纯对二甲苯、甲苯、苯及仲丁醇
17、，混合后稀释，采用氢焰检测器，定量进样并测量各物质所对应的峰面积，数据如下： 物质 苯 仲丁醇 甲苯 对二甲苯 m/g 0.4720 0.6325 0.8149 0.4547 A/cm2 2.60 3.40 4.10 2.20 以仲丁醇为标准，计算各物质的相对质量校正因子。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,103,法1：,同理：,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,104,（三）定量计算方法 归一化法、内标法、内标标准曲线法、外标法等,1.归一化法 设有几个组分，每个组分的质量分别为m1,m2,m3，测得色谱峰的面积分别为：A1，A2，A3，。各组分的绝对校正因子为：,
18、2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,105,设以S为标准物，则各组分的相对校正因子为：,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,106,各组分的质量分数为：,各组分的质量分数之和等于1，即：,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,107,优点：归一化法很直观，容易接受，计算简便、准确，当操作条件如进样量、流速等发生变化时，对计算结果的影响很小，是一种常用的计算方法。 缺点：必需所有组分都出峰，所有的色谱峰面积都可测量。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,108,2.内标法 当只需测定试样中某几个组分，或试样中所有组分不可能全部出峰时，可采用内标法。 内标法是
19、将一定质量的纯物质(非被测组分的纯物质)作为内标物，加入到准确称取的试样中，根据被测物质和内标物的质量及其在色谱图上相应峰面积之比，求出被测组分的质量分数。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,109,设样品的质量为m，则待测组分i的质量分数为,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,110,选择内标物应遵循的原则： 试样中不存在的纯物质，否则会使色谱峰重叠而无法准确测定试样的色谱峰面积； 内标物的物理及物理化学性质应与被测物相近，当操作条件发生变化时，内标物与被测物均受到相应的影响两者相对校正因子基本不变； 色谱峰位于被测物色谱峰的附近，且能与被测物色谱峰完全分离； 内标物的
20、浓度应与被测物的浓度相近。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,111,例4.2.9 取二甲苯生产母液1500mg，母液中合有乙苯、对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯及溶剂和少量苯甲酸，其中苯甲酸不能出峰。以150mg壬烷作内标物，测得有关数据如下： 物质 壬烷 乙苯 对二甲苯 间二甲苯 邻二甲苯 Ai/cm2 98 70 95 120 80 fm 1.02 0.97 1.00 0.96 0.98 求各组分的含量。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,112,解：母液中苯甲酸不能出峰，所以只能用内标法计算。 由各组分的绝对校正因子计算得壬烷、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯的相
21、对校正因子分别为1.00，0.95，0.98，0.94，0.96。,根据内标法计算公式，对于乙苯有：,同样可以计算出对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯的质量分数分别为9.5%，11.5%，7.84%。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,113,内标法的优点：不要求各组分全部出峰，无归一化法的限制，即只要被测组分能出峰，不和其他峰重叠，不管其他组分是否出峰或是否重叠，都可以用内标法进行定量分析，而且定量准确，受操作条件影响较小。 缺点：选用合适的内标物较为困难，每次都要淮确称量样品和内标物的量，不宜作快速分析。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,114,3.内标标准曲线法 从内
22、标公式可知：,如果每次称取同样量(m)的试样，每次加入相等量(ms)的内标物，则上式中m，ms均为常数，计算公式可写为：,适合于液体试 样的常规分析,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,115,4.外标法： 所谓外标法就是应用欲测组分的纯物质来制作标准曲线。 此时用欲测组分的纯物质加稀释剂(对液体样品用溶剂稀释、气体样品用载气或空气稀释)配成不同含量()标准溶液，取固定量标准溶液进样分析，从所得色谱图上测出响应讯号(峰面积或峰高等)、然后绘制响应信汛号(纵坐标)对百分含量(横坐标）的标准曲线。 分析试样时，取和制作标准曲线时同样量的试样(固定量进样)，测得该试样的响应讯号，由标准曲线
23、即可查出其百分含量。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,116,毛细管气相色谱法 （一）毛细管柱型： 1、 壁涂开管柱 2、 多孔层开管柱 3、 载体涂渍开管柱 4、 化学键合毛细管柱 5、 交联毛细管柱,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,117,（二）毛细管柱的特点： 1、渗透性好（是填充柱的100倍），柱压降小，可用长柱型 2、柱容量小，允许进样量小（10-210-3L，进样必须分流 3、总柱效高（是填充柱的12个数量级）， 可分离复杂物质体系 4、相比大（固定液的液膜厚度小），可以快速分析。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,118,（三）仪器特点：
24、分流器（分流达到50：1或500：1）和尾吹气装置（在柱和检测器之间，减少死体积）,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,119,毛细管柱,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,120,一、质谱分析基本原理 1.质谱（Mass Spectroscopy） 气体分子或固体、液体的蒸气受到一定能量的电子流轰击或强电场作用，丢失电子生成分子离子；同时，化学键发生某些有规律的裂解，生成各种碎片离子。这些带正电荷的离子在电场和磁场作用下，按质荷比的大小分开，排列成谱，记录下来，即为质谱。,第六节 色质谱联用分析技术,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,121,2.用途 前质谱仪
25、器已广泛应用于有机合成、石油化工、生物化学、天然产物等研究工作中，特别是使用了色谱-质谱联用以后，为混合物的分离和鉴定提供了快速、高效的分析手段。 3.质谱图的产生 样品分子在离子源中发生电离，生成不同质荷比（m/e)的带正电荷离子，经高压电场加速后，在磁场中偏转，之后达到收集器，产生信号，其强度与离子数目成正比。以信号强度为纵坐标，质荷比（m/e)为横坐标，所得谱图即为质谱图。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,122,4.质谱分析原理图,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,123,5.质谱的表示方法： 用质谱图表示：峰形图、条图。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,124,进样系统,离子源,质量分析器,离子检测器,1.气体扩散 2.直接进样 3.气相色谱,1.电子轰击EI 2.化学电离CI 3.场致电离FI 4.场解析FD 5.快原子轰击FAB 6.激光解析LDI,1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.四极杆,二、质谱仪,真空系统,放大器及记录仪,由五大部分组成，进样系统、离子源、质量分析其、检测记录系统及真空系统，见方框图,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,125,三、色质联用技术,色谱质谱联用,现代质谱仪经常与其它谱仪联用，如：色质谱联用（气质、液质联用）。,2021/6/10,仪器分析教案第七章色谱法,126,