色譜分析法與氣相色譜法

1、關(guān)于色譜分析法和氣相色譜法第一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月本章重點： 1. 理解色譜分離的基本原理； 2. 掌握色譜法的基本概念和術(shù)語； 3. 掌握色譜法的定性和定量方法; 4. 了解氣相液相色譜的分析原理、儀器結(jié)構(gòu) 和在食品分析中的應(yīng)用.第二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月描述: 色譜法是一種分離技術(shù). 混合物最有效的分離、分析方法. 色譜法分離發(fā)生在色譜柱上. 可用于檢測大多數(shù)有機(jī)物質(zhì).1. 色譜法導(dǎo)論第三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 1906年,俄國植物學(xué)家茨維特 對植物葉的色素成分進(jìn)行研究 時,使用右圖裝置: 將植物葉子的萃取物倒入填有碳酸鈣的直立

2、玻璃管內(nèi),然后加入石油醚使其自由流下,結(jié)果色素中各組分互相分離形成各種顏色的譜帶.這種分離物質(zhì)的方 法因此得名為色譜法.1.1 概述第四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2 色譜法分類 (1)氣相色譜：流動相為氣體（稱為載氣）。 按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜 按色譜柱可分為：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜；(2)液相色譜：流動相為液體（稱為淋洗液）。 按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。 第五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1.3 色譜法的特點（1）分離效率高 復(fù)雜混合物，有機(jī)同系物、異構(gòu)體、手性異構(gòu)體。高效液相色譜分離復(fù)雜單糖第六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2

3、022年6月（2） 靈敏度高 可以檢測出g.g-1(10-6)級甚至ng.g-1(10-9)級的物質(zhì)量。（3） 分析速度快 一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個試樣的分析。（4） 應(yīng)用范圍廣 氣相色譜：沸點低于400、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的各種有機(jī)或無機(jī) 試樣的分析。 液相色譜：高沸點、熱不穩(wěn)定、生物試樣的分離分析。 第七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 （一）組分分離 當(dāng)流動相中樣品混合物經(jīng)過固定相時，就會與固定相發(fā)生作用，由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相相互作用的類型、強(qiáng)弱也有差異，因此在同一推動力的作用下，不同組分在固定相滯留時間長短不同，從而按先后不同的次序從固定相中流出。1.4

4、 色譜曲線圖及有關(guān)術(shù)語第八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）色譜峰 由檢測器輸出的信號強(qiáng)度對時間作圖，所得曲線稱為色譜流出曲線。曲線上突起部分就是色譜峰。 第九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 基線：在實驗操作條件下，色譜柱后沒有樣品組分流出時的流 出曲線稱為基線，穩(wěn)定的基線應(yīng)該是一條水平直線。峰高：色譜峰頂點與基線之間的垂直距離，以（h）表示。第十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（三） 保留時間tR 試樣從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)峰極大點時所經(jīng)過的時間，稱為保留時間，如下圖。 組分在色譜柱中的保留時間tR包含組分通過柱子的時間和組分在固定相中滯留的時間，所以tR實際上

5、是組分在固定相中保留的總時間。進(jìn)樣tR第十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（四） 分離度 分離度是描述難分離物質(zhì)對的實際分離程度。 柱效較高，K(分配系數(shù))較大,完全分離； K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；柱效較低，K較大,但分離的不好； K小，柱效低，分離效果更差。第十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1.5 定性和定量分析1 定性分析 在色譜條件一定時，任何一種物質(zhì)都有確定的保留時 間。 通過比較已知物和未知物的保留參數(shù)或在固定相 上的位置，即可確定未知物是何種物質(zhì)。未知樣品圖已知標(biāo)樣圖第十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月利用純物質(zhì)定性的方法

6、 利用保留值定性：通過對比試樣中具有與純物質(zhì)相同保留值的色譜峰，來確定試樣中是否含有該物質(zhì)及在色譜圖中的位置。不適用于不同儀器上獲得的數(shù)據(jù)之間的對比。 利用加入法定性：將純物質(zhì)加入到試樣中，觀察各組分色譜峰的相對變化。第十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2 定量分析 在一定色譜條件下，組分i的質(zhì)量（mi）與檢測器響應(yīng)訊號（峰面積Ai）成正比。色譜定量分析的依據(jù)iAiiAfm=第十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3 定量分析方法 (1)外標(biāo)法(標(biāo)準(zhǔn)曲線法)：將欲測組分的純物質(zhì)配制成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行色譜分析，以峰面積對濃度作圖。測得樣品的信號后從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出對應(yīng)濃度

7、。1 2 3 4 5 6 SampleAmmiAi第十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（2） 歸一化法 將試樣中所有組分的含量之和按100%計算，以它們相應(yīng)的色譜峰面積或峰高為定量參數(shù)，通過下式計算各組分的含量：%100%1=niAisiAisiifAfAm前提：樣品中所有組分都有響應(yīng)（出峰）第十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1mg樣品溶解后，經(jīng)過高效液相色譜分析后得到4個峰，經(jīng)驗證樣品中只有4種物質(zhì)，那么每種物質(zhì)所占比例與對應(yīng)峰面積所占比例一致。即 M1=1mg A1/(A1+A2+A3+A4)驗證方法：薄層色譜法最常用。二極管陣列檢測器3124第十八張，PPT共五

8、十三頁，創(chuàng)作于2022年6月練習(xí)題：1.色譜分離主要發(fā)生在 （ ）上。 1.按照固定相的物態(tài)不同，可將液相色譜法分為（ ）和（ ），前者的固定相為固體，后者的固定相為液體。3. 是色譜分析中用于描述難分離物質(zhì)對的實際分離程度。4.色譜分析法的定量方法有 、和 ， 其中 需要所有物質(zhì)都出峰。5.色譜分析法的定性依據(jù)和定量依據(jù)分別是什么？液固色譜液液色譜分離度標(biāo)準(zhǔn)曲線法歸一化法歸一化法色譜柱保留時間（或出峰時間）；峰面積。第十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2 氣相色譜法第二十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 氣相色譜儀第二十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月氣相色

9、譜儀主要包括五部分：1、載氣系統(tǒng)2、進(jìn)樣系統(tǒng)3、分離系統(tǒng) 4、溫控系統(tǒng)5、檢測系統(tǒng)2.1 氣相色譜儀的組成第二十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月壓縮氣體鋼瓶減壓閥、穩(wěn)壓閥凈化器檢測器色譜柱汽化室尾氣1、載氣系統(tǒng)第二十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月氣相色譜對載氣的基本要求：（1）純凈通過活性炭或分子篩凈化器，除去載氣中的水分、氧等有害雜質(zhì)。（2）穩(wěn)定采用穩(wěn)壓閥或雙氣路方式：載氣（3）常用的載氣：氮氣氫氣氦氣 氬氣第二十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2、進(jìn)樣系統(tǒng) 進(jìn)樣裝置和汽化室 進(jìn)樣通常用微量注射器和進(jìn)樣閥將樣品引入。液體樣品引入后需要瞬間汽化。汽化在汽化

10、室進(jìn)行。 進(jìn)樣量不能太?。ù笥跈z測限），也不能太大（會使峰型拖尾）。 進(jìn)樣速度要快。 第二十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月液體進(jìn)樣裝置和汽化室 液體進(jìn)樣器：注射器第二十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月載氣入口加熱塊接色譜柱汽化室：使樣品瞬間汽化而又不分解。 接色譜柱對汽化室的要求：（1）體積小；（2）熱容量大；（3）對樣品無催化作用第二十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3.分離系統(tǒng)色譜柱:色譜儀的核心部件,其作用是分離樣品。 主要有兩類：填充柱和毛細(xì)管柱。1）填充柱 填充柱由不銹鋼制成，內(nèi)裝固定相，一 般內(nèi)徑為24 mm，長13m。填充柱的形狀有U 型和螺

11、旋型二種.第二十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2）毛細(xì)管柱 毛細(xì)管柱又叫空心柱，分為涂壁，多孔層和涂載體空心柱。涂壁空心柱是將固定液均勻地涂在內(nèi)徑0.l0.5 mm的毛細(xì)管內(nèi)壁而成，毛細(xì)管材料可以是不銹鋼，玻璃或石英。 與填充往相比，其分離效率高、分析速度塊、樣品用量小，但柱容量低、要求檢測器的靈敏度高，并且制備較難。第二十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時，其與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強(qiáng)弱不同，隨著流動相的移動，混合物在兩相間經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡，使得各組分被固定

12、相保留的時間不同，從而按一定次序由固定相中流出。第三十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4.溫控系統(tǒng) 溫度是色譜分離條件的重要選擇參數(shù)； 氣化室、分離室、檢測器三部分在色譜儀操作時均需控制 溫度. 氣化室：保證液體試樣瞬間氣化，一般比分離室溫度高50 - 100度； 分離室：準(zhǔn)確控制分離需要的溫度。當(dāng)試樣復(fù)雜時，分離 室溫度需要按一定程序控制溫度變化，各組分在 最佳溫度下分離； 檢測器：保證被分離后的組分通過時不在此冷凝； 色譜柱的溫度控制方式有恒溫和程序升溫二種。第三十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 對于沸點范圍很寬的混合物，往往采用程序升溫法進(jìn)行分析。程序升溫指在一個

13、分析周期內(nèi)柱溫隨時間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達(dá)到用最短時間獲得最佳分離的目的。程序升溫:第三十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月恒溫和程序升溫分析烴類化合物第三十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5.檢測和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 這個系統(tǒng)是指樣品經(jīng)色譜柱分離后，各成分按保留時間不同，順序地隨載氣進(jìn)入檢測器，檢測器把進(jìn)入的組分按時間及其濃度或質(zhì)量的變化，轉(zhuǎn)化成易于測量的電信號，經(jīng)過必要的放大傳遞給記錄儀或計算機(jī)，最后得到該混合樣品的色譜流出曲線及定性和定量信息。第三十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1 熱導(dǎo)檢測器（TCD）(1)熱導(dǎo)檢測器的結(jié)構(gòu)池體: 一般用不銹鋼

14、制成.熱敏元件：電阻率高、電阻溫度系數(shù)大、且價廉易加工的鎢 絲制成。參考臂：僅允許純載氣通過，通常連接在進(jìn)樣裝置之前。測量臂：需要攜帶被分離組分 的載氣流過，則連接在 緊靠近分離柱出口處。2.2 常用檢測器第三十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 檢測原理平衡電橋鎢絲通電，加熱與散熱達(dá)到平衡后，兩臂電阻值： R參=R測 ; R1=R2 則： R參R2=R測R1 無電壓信號輸出,記錄儀走直線（基線）。 第三十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月進(jìn)樣后: 載氣攜帶試樣組分流過測量臂而這時參考臂流過的仍是純載氣，使測量臂的溫度改變，引起電阻的變化，測量臂和參考臂的電阻值不等，

15、產(chǎn)生電阻差，R參R測 則： R參R2R測R1 這時電橋失去平衡，a、b兩端存在著電位差，有電壓信號輸出。信號與組分濃度相關(guān)。記錄儀記錄下組分濃度隨時間變化的峰狀圖形。不同氣體有不同的熱導(dǎo)系數(shù)第三十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 某些氣體與蒸氣的熱導(dǎo)系數(shù)（），單位：J / cms第三十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 2. 氫火焰離子化檢測器（FID） 氫火焰離子化檢測器是以氫氣和空氣燃燒的火焰作為能源，利用含碳有機(jī)物在火焰中燃燒產(chǎn)生離子，在外加的電場作用下，使離子形成離子流，根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號強(qiáng)度，檢測被色譜柱分離出的組分。第三十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于20

16、22年6月第四十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月特點: 1, 能檢測大多數(shù)含碳有機(jī)化合物； 2, 靈敏度很高，比熱導(dǎo)檢測器的靈敏度高約103倍； 檢出限 低，可達(dá)10-12gS-1； 3, 是目前應(yīng)用最廣泛的色譜檢測器 之一。缺點： 不能檢測永久性氣體、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氫等物質(zhì)。第四十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3.電子捕獲檢測器(ECD) 特點:電子捕獲檢測器是一種選擇性很強(qiáng)的檢測器, 目前分析 痕 量電負(fù)性有機(jī)物最有效 的檢測器，對具有電負(fù)性物質(zhì)（如含鹵素、硫、磷、氰等的物質(zhì)）的檢測有很高靈敏度（檢出限約1O-14g/ml）。缺點: 線性范

17、圍窄，只有103左右，且響應(yīng)易受操作條件的影響，重現(xiàn)性較差。應(yīng)用:電子捕獲檢測器已廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥殘留量、大氣及水質(zhì)污染分析，以及生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域中。第四十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4.火焰光度檢測器(FPD) 火焰光度檢測器，又稱硫、磷檢測器，它是一種對含磷、硫有機(jī)化合物具有高選擇性和高靈敏度的質(zhì)量型檢測器，檢出限可達(dá)10-12gS-1（對P）或10-11gS-1（對S）。 這種檢測器可用于大氣中痕量硫化物以及農(nóng)副產(chǎn)品，水中的毫微克級有機(jī)磷和有機(jī)硫農(nóng)藥殘留量的測定。第四十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 檢測器性能評價指標(biāo)靈敏度（S）

18、： S 表示單位質(zhì)量的物質(zhì)通過檢測器時，產(chǎn)生的響應(yīng)信號的大小。S值越大，檢測器（也即色譜儀）的靈敏度也就越高。檢測信號通常顯示為色譜峰，則響應(yīng)值也可以由色譜峰面積（A）除以試樣質(zhì)量求得： S = A / m檢測限（D）： 恰能產(chǎn)生相當(dāng)于3倍噪音（3RN）的信號時，單位時間內(nèi) 進(jìn)入檢測器的量。 D= 3RN / S第四十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 無論哪種檢測器，檢出限都與靈敏度成反比，與噪音成正比。檢出限不僅決定于靈敏度，而且受限于噪聲，所以它是衡量檢測器性能好壞的綜合指標(biāo)。第四十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.4 氣相色譜法在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用 食品中呈香呈味物質(zhì)的檢測。 香精香料的檢測。 食品中農(nóng)藥殘留量檢測。 其他小分子油脂等易揮發(fā)成分的檢測。第四十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月檢測器: FPD（火焰光度檢測器）第四十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十九張