化工分析 課件 項目10、11 氣相色譜法、高效液相色譜法

項目十氣相色譜法451任務(wù)三外標法測定中樣品中微量水分的含量任務(wù)一歸一化法測定丁醇同分異構(gòu)體的含量任務(wù)二

內(nèi)標法測定工業(yè)酒精中甲醇、丙醇、丁醇、戊醇、乙酸酯的含量項目十氣相色譜法452該項目有3個代表性工作任務(wù)。氣相色譜法在有機化工，如石油化工、煤化工、橡膠、高分子材料、有機合成等領(lǐng)域有著非常重要和廣泛的應(yīng)用。任務(wù)引入453氣相色譜法是利用氣體作流動相的分離分析方法。汽化的試樣被載氣(流動相)帶入色譜柱。柱中的固定相(色譜柱中填涂起分離作用的物質(zhì))與試樣中各組分分子的相互作用力不同，導致各組分在柱中停留的時間不同，各組分從色譜柱中流出的時間不同，組分彼此分離，從而得到記錄各組分出峰時間和峰面積大小的色譜圖。根據(jù)出峰時間可對試樣中的組分進行定性分析；根據(jù)峰的面積大小或峰的高低，可對試樣中的組分進行定量分析。氣相色譜法具有效能高、靈敏度高、選擇性強、分析速度快、應(yīng)用廣泛、操作簡便等特點，適用于易揮發(fā)有機化合物的定性、定量分析。任務(wù)引入454【知識、技能與素養(yǎng)】任務(wù)目標455任務(wù)一歸一化法測定丁醇同分異構(gòu)體的含量4561.氣相色譜儀(帶氫火焰FID檢測器)。2.色譜柱(建議使用通用型非極性或弱極性石英毛細管色譜柱)。3.微量進樣器(平頭進樣針，10μL，6只)。4.容量瓶(10mL，6只)。5.氫氣、空氣鋼瓶(或氫氣—空氣發(fā)生器)、氮氣鋼瓶。6.配套通風裝置。7.實驗室常用玻璃儀器?；顒右粶蕚鋬x器與試劑457準備儀器458準備試劑無水乙醇(色譜純)、正丁醇(色譜純)、2-丁醇(色譜純)、2-甲基-1-丙醇(色譜純)、2-甲基-2-丙醇(色譜純)。1.配制標準單標溶液準確移取0.50mL正丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇分別至4個10mL容量瓶，用無水乙醇稀釋、定容、搖勻。2.配制標準混標溶液分別準確移取0.50mL正丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇于同一個10mL容量瓶中，每次移取后準確稱量容量瓶質(zhì)量，確定每種同分異構(gòu)體的質(zhì)量。然后加入無水乙醇定容。活動二配制溶液4593.配制未知樣品溶液未知樣品溶液可由實驗室直接提供，也可以讓學生自行配制，如準確移取0.50mL正丁醇(并準確稱量)、0.50mL異丁醇(并準確稱量)至10mL容量瓶，用無水乙醇稀釋、定容、搖勻作為樣品溶液。460根據(jù)實驗室提供的氣相色譜儀和氣源設(shè)備，認真閱讀儀器使用說明書或操作手冊，檢查實驗室水、電、氣安全，抽風設(shè)備能否正常運行，完成表的有關(guān)信息?；顒尤J識儀器461認識氣相色譜儀462認識氣相色譜儀一、氣相色譜分析法原理圖是典型氫火焰離子化檢測器氣相色譜分析法工作原理圖。463必備知識氫火焰離子化檢測器氣相色譜分析法工作原理圖待測樣品由進樣針注入進樣器汽化，然后被載氣源供給的壓力、流速恒定，干燥、純凈的載氣如氫氣、氮氣、氬氣和氦氣(通常稱為流動相)帶入色譜柱，流動相攜帶的混合物與涂漬或填充在色譜柱里起分離作用的物質(zhì)如高沸點液體、活性炭、硅膠、氧化鋁、分子篩等(通常稱為固定相)通過不斷地吸附與脫附或溶解與揮發(fā)的分配過程，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、強弱不同，隨著流動相的移動，各組分在兩相間經(jīng)過反復多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時間不同，從而按一定次序從固定相中流出?；旌衔镌谥鶅?nèi)被彼此分離后，先后流出色譜柱，依次進入檢測器，產(chǎn)生了一定的電信號。464電信號經(jīng)放大器放大送入工作站，由工作站輸出的是如圖所示的峰形曲線即色譜圖。根據(jù)代表樣品中各組分的色譜峰就可以進行定性和定量分析。465色譜示意圖二、氣相色譜分析法常用術(shù)語1.基線當沒有組分進入檢測器時，色譜圖是一條反映儀器系統(tǒng)噪聲隨時間變化的曲線，稱為基線，通常情況下，穩(wěn)定的基線是一條直線。2.色譜峰當有組分進入檢測器時，反映檢測器信號隨時間變化的曲線稱為色譜峰。4663.保留值保留值表示試樣中各組分在色譜柱中的滯留時間的數(shù)值。組分的保留值具有特征性，是色譜分析的定性參數(shù)。(1)死時間(tM)。死時間是指不被固定相吸附或溶解的氣體(如空氣)從進樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時所需的時間。顯然，死時間正比于色譜柱的空隙體積。(2)保留時間(tR)。保留時間是指被測組分從進樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時所需的時間。467(3)調(diào)整保留時間(t′R)。某組分的調(diào)整保留時間是指扣除死時間后的保留時間，即:(4)死體積(VM)。死體積是指色譜柱在填充固定相顆粒后所留的空間及色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測器的空間的總和，即:(5)保留體積(VR)。保留體積是指從進樣開始到柱后被測組分出現(xiàn)濃度最大值時所通過的載氣體積。468(6)調(diào)整保留體積(V′R)。扣除死體積后的保留體積稱為調(diào)整保留體積，即:(7)相對保留值。色譜過程涉及組分在流動相和固定相兩相中的分布平衡，分布平衡常數(shù)K稱為分配系數(shù)，定義為:式中cs———組分在固定相的濃度；

cm———組分在流動相的濃度。4694.區(qū)域?qū)挾壬V峰區(qū)域?qū)挾仁巧V流出曲線中一個重要的參數(shù)。從色譜分離角度著眼，希望區(qū)域?qū)挾仍秸胶?。通常度量色譜峰區(qū)域?qū)挾扔幸韵?種方法:(1)標準偏差(σ)。標準偏差即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半，如圖所示EF寬度為2o。(2)半峰寬(W1/2)。半峰寬即峰高為一半處的寬度，如圖所示GH寬度。(3)峰寬(W)。峰寬即色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點所作切線與基線相交的兩點之間的距離，如圖所示IJ寬度。(4)峰高和峰面積470471色譜示意圖活動四設(shè)置儀器運行參數(shù)472根據(jù)實驗室提供的氣相色譜儀，認真閱讀儀器使用說明書或操作守則，必要時先進行仿真練習。1.打開穩(wěn)壓電源。2.逆時針打開載氣(N2)鋼瓶主閥，記錄鋼瓶壓力；順時針調(diào)節(jié)鋼瓶減壓閥，輸出壓力調(diào)節(jié)至0.2~0.4MPa。4733.打開色譜工作站，設(shè)定相關(guān)參數(shù)。4.待色譜柱、汽化室、FID檢測器的溫度達到設(shè)定值，可開啟燃氣(H2)、助燃氣(空氣)主閥，調(diào)節(jié)燃氣減壓閥輸出壓力不超過0.20MPa，調(diào)節(jié)助燃氣減壓閥輸出壓力在0.4~0.6MPa(具體參考儀器推薦的參數(shù))。5.點火、走基線，注意觀察記錄儀器工作狀態(tài)，達到儀器穩(wěn)定，基線平穩(wěn)狀態(tài)?；顒游宸治鰴z測474待儀器穩(wěn)定、基線平穩(wěn)后，準備進樣。初次進樣，建議采用手動進樣方式利用微量進樣器進樣，練習排氣泡、進樣針穿扎隔墊的手感。1.分別用10μL微量進樣器吸取1μL單標進樣，用手指護著針尖前沿部分扎入隔墊，迅速推入樣品。2.用10μL微量進樣器吸取1μL混合標準樣品溶液，用手指護著針尖前沿部分扎入隔墊，迅速推入樣品。4753.用10μL微量進樣器吸取1μL未知樣品溶液，用手指護著針尖前沿部分扎入隔墊，迅速推入樣品。單擊面板或工作站上的“開始”按鈕，開始計時采樣。采樣完畢及時保存譜圖。4.結(jié)束工作采樣介紹，首先設(shè)置色譜柱、汽化室、FID檢測器的降溫參數(shù)(通常低于60℃)，關(guān)閉燃氣和助燃氣，通常待柱溫降到設(shè)定溫度后，關(guān)閉色譜儀，最后順時針關(guān)閉載氣鋼瓶主閥。一、氫火焰離子化FID檢測器某儀器安裝的雙氫火焰離子化FID檢測器實物圖及工作原理如圖所示。FID是多用途的破壞性質(zhì)量型通用檢測器。FID檢測器對全部的有機物都有響應(yīng)，而對無機物、惰性氣體或火焰中不解離的物質(zhì)幾乎無響應(yīng)。FID檢測器靈敏度高、線性范圍寬，廣泛應(yīng)用于有機物的常量和微量檢測，檢測限可達10-13g/s，是分析烴類有機物靈敏度最好的方法。476必備知識477雙氫火焰離子化FID檢測器實物圖及工作原理圖1—陶瓷絕緣體2—收集極3—陶瓷絕緣體4—極化極和點火線圈5—氣體擴散器6—空氣入口7—氫氣入口8—補充氣(尾吹氣)入口9—石英毛細管10—加熱器11—絕緣體12—噴嘴13—火焰14—檢測器筒體FID檢測器工作原理為氫氣和空氣燃燒生成火焰，當有機化合物進入火焰時，有機化合物被破壞發(fā)生離子化反應(yīng)，生成比基流高幾個數(shù)量級的離子，在外加電場(150~300V直流電壓)作用下，帶正電荷的離子和帶負電荷的電子分別向負極(收集極)和正極(極化極)移動，形成離子流，此離子流經(jīng)放大器放大后，即可被檢測。478二、校正因子色譜分析的定量依據(jù)是檢測器的響應(yīng)信號與組分的質(zhì)量或在載氣中的濃度成正比。通常將組分i的質(zhì)量mi與峰面積Ai的比值稱為校正因子fi。在實際應(yīng)用中，常將組分i的校正因子與標準物質(zhì)s或參照物的校正因子進行比較，稱為該組分的相對校正因子f′i:質(zhì)量為m的樣品中待測組分的質(zhì)量分數(shù)為:479三、色譜分析定量方法——面積歸一化法氣相色譜定量分析常用方法之一是歸一化法。當待測組分都能出峰時，可用歸一化法定量。定量思路就是根據(jù)待測組分校正后的峰面積占所有組分校正后色譜峰面積的權(quán)重來判斷。當組分是同系物或同分異構(gòu)體時，它們的校正因子基本相同，上式可簡化為該組分峰面積占所有組分峰面積之和的權(quán)重。480任務(wù)二內(nèi)標法測定工業(yè)酒精中甲醇、丙醇、丁醇、戊醇、乙酸酯的含量4811.氣相色譜儀(帶氫火焰FID檢測器)。2.色譜柱(建議使用通用型非極性或弱極性石英毛細管色譜柱)。3.微量進樣器(平頭進樣針，10μL，6只)。4.氫氣、空氣鋼瓶(或氫氣—空氣發(fā)生器)、氮氣。5.配套通風裝置?；顒右粶蕚鋬x器與試劑482準備儀器483準備試劑無水乙醇(色譜純)、甲醇(色譜純)、正丙醇(色譜純)、異丙醇(色譜純)、乙酸乙酯(色譜純)、乙酸異丙酯(色譜純)、正丁醇(色譜純)、2-丁醇(色譜純)、異丁醇(色譜純)、異戊醇(色譜純)、正戊醇(色譜純)、正己烷(色譜純)。1.配制標準混合溶液分別準確稱取0.25g甲醇、正丙醇、異丙醇、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、正丁醇、2-丁醇、異丁醇、異戊醇、正戊醇、正己烷至250mL容量瓶，用無水乙醇稀釋、定容、搖勻，貼上標簽(如有十萬分之一的分析天平，也可分別準確稱取0.1g定容至100mL或購買有產(chǎn)品合格證1g/L混合標準品溶液)?；顒佣渲迫芤?842.配制標準內(nèi)標溶液準確稱取0.25g色譜純正己烷于250mL容量瓶中，用無水乙醇(色譜純)定容。搖勻后即為1g/L內(nèi)標溶液。3.配制校正因子測定溶液準確移取0.50mL混合標準溶液于10mL容量瓶中，準確加入0.50mL內(nèi)標溶液，然后用無水乙醇(色譜純)稀釋、定容、混勻。4.配制未知試樣溶液先取少量待測工業(yè)酒精試樣于10mL容量瓶中，再準確移取0.50mL內(nèi)標溶液至10mL容量瓶，然后用待測工業(yè)酒精試樣稀釋、定容、搖勻。485根據(jù)實驗室提供的氣相色譜儀和氣源設(shè)備，認真閱讀儀器使用說明書或操作手冊，檢查實驗室水、電、氣安全，抽風設(shè)備能否正常運行，完成表的有關(guān)信息。活動三認識儀器486認識氣相色譜儀487認識氣相色譜儀一、色譜分析定量方法——內(nèi)標法內(nèi)標法是色譜分析常用的定量方法。若試樣中有組分不出峰或不需要全部組分都出峰時，可以將一定量的試樣中不含的且其色譜峰不干擾待測組分的色譜峰的標準樣物質(zhì)(稱為內(nèi)標物)加入試樣中，混勻，進樣出峰?？砂聪率接嬎愦郎y組分的含量。待測組分的相對校正因子:488必備知識內(nèi)標物的相對校正因子:待測組分的質(zhì)量分數(shù):測定相對校正因子的標準物質(zhì)與內(nèi)標物是同一物質(zhì)時，則f′is=1。待測組分的質(zhì)量分數(shù):489二、氣相色譜分析常用檢測器前面介紹了氫火焰FID離子化檢測器。氣相色譜常用的檢測器還有TCD、ECD、FPD、NPD等，詳見表。490氣相色譜常用的檢測器491氣相色譜常用的檢測器建議按表要求更換、安裝聚苯乙烯—二乙烯基苯鍵合毛細管色譜柱?；顒铀脑O(shè)置儀器運行參數(shù)492建議設(shè)置的儀器運行參數(shù)1.打開穩(wěn)壓電源。2.逆時針打開載氣(N2)鋼瓶主閥、記錄鋼瓶壓力；順時針調(diào)節(jié)鋼瓶減壓閥，輸出壓力調(diào)節(jié)至0.2~0.4MPa。3.打開色譜工作站，設(shè)定相關(guān)參數(shù)。4.待色譜柱、汽化室、FID檢測器的溫度達到設(shè)定值，可開啟燃氣(H2)、助燃氣(空氣)主閥，調(diào)節(jié)燃氣減壓閥輸出壓力不超過0.20MPa，調(diào)節(jié)助燃氣減壓閥輸出壓力在0.4~0.6MPa(具體參考儀器推薦的參數(shù))。5.點火、走基線，注意觀察記錄儀器工作狀態(tài)，待儀器穩(wěn)定，基線平穩(wěn)。493待儀器穩(wěn)定、基線平穩(wěn)后，準備進樣。初次進樣，建議采用手動進樣方式利用微量進樣器進樣，練習排氣泡、進樣針穿扎隔墊的手感。1.校正因子測定準確吸取適量的校正因子測定溶液，潤針、排氣泡、調(diào)節(jié)溶液量至1μL。用手指護著針尖前沿部分扎入隔墊，迅速推入1μL校正因子測定溶液。單擊面板或工作站上的“開始”按鈕，開始計時采樣。采樣時長既可以在工作站里設(shè)置，也可以根據(jù)譜圖情況手動停止采樣。采樣完畢及時保存譜圖?；顒游宸治鰴z測4942.試樣的測定準確吸取適量的試樣溶液，潤針、排氣泡、調(diào)節(jié)溶液量至1μL。用手指護住針尖前沿部分扎入隔墊，迅速推入1μL試樣溶液。單擊面板或工作站上的“開始”按鈕，開始計時采樣。采樣時長既可以在工作站里設(shè)置，也可以根據(jù)譜圖情況手動停止采樣。采樣完畢及時保存譜圖。3.結(jié)束工作采樣介紹，首先設(shè)置色譜柱、汽化室、FID檢測器的降溫參數(shù)(通常低于60℃)，關(guān)閉燃氣和助燃氣，通常待柱溫降到設(shè)定溫度后，關(guān)閉色譜儀，最后順時針關(guān)閉載氣鋼瓶主閥。495一、分離度（R）分離度是用來描述相鄰色譜峰相互分離的程度，數(shù)值上等于相鄰兩組分色譜峰的保留時間之差與兩組分色譜峰寬度之和平均值的比值。496必備知識R值越大，分離度越好。為了增加R值，除選擇合適固定液的色譜柱外，適當降低色譜柱溫度，增加色譜柱長度也是可考慮的選項。但柱溫太低、柱長太長會使色譜峰擴展，對稱性變差，所以色譜分析的魅力在于不斷優(yōu)化色譜條件的過程。分離度R可以手工計算，在色譜工作站積分結(jié)果組分表中也可以直接查看分離度。497二、《工業(yè)用乙醇》《工業(yè)用乙醇》(GB/T6820—2016)規(guī)定了工業(yè)用乙醇的產(chǎn)品分類要求、試驗方法、檢驗規(guī)則及標志、包裝、儲存、運輸和安全。甲醇、異丙醇、正丙醇、乙酸酯、C4+C5醇含量測定的典型氣相色譜圖如圖所示，保留時間見表。498工業(yè)用乙醇典型氣相色譜圖1—甲醇2—乙醛3—乙醇4—異丙醇5—丙酮6—正丙醇7—正己烷8—乙酸乙酯9—2-丁醇10—異丁醇11—正丁醇12—乙酸異丙酯13—乙縮醛14—異戊醇15—正戊醇499工業(yè)用乙醇色譜分析典型色譜圖保留時間500某實驗室分析某企業(yè)提供的工業(yè)用乙醇色譜分析實測信息如圖所示。某工業(yè)用乙醇產(chǎn)品的色譜圖501任務(wù)三外標法測定中樣品中微量水分的含量5021.氣相色譜儀(帶TCD檢測器)。2.色譜柱，建議使用聚二乙烯基苯相或聚苯乙烯—二乙烯基苯色譜柱。3.微量進樣器(進樣針，10μL，6只)。4.振蕩器。5.過濾裝置。6.0.45μm濾膜。7.高純氦氣鋼瓶(99.999%)。8.配套通風裝置。503準備儀器504準備試劑無水乙醇(色譜純)、超純水(可由超純水機現(xiàn)場制作，導電電阻≥18.25MΩ)、銀杏葉(在藥店購買或購買銀杏葉分散片)、工業(yè)酒精。1.配制標準溶液分別準確移取0.00mL、0.05mL、0.10mL、0.15mL、0.20mL、0.25mL、0.30mL超純水，加入到7個10mL容量瓶中，用無水乙醇稀釋至刻度、搖勻，配制成濃度為0.00mg/mL、5.0mg/mL、10.0mg/mL、15.0mg/mL、20.0mg/mL、25.0mg/mL、30.0mg/mL的標準溶液，貼上標簽。活動二配制溶液5052.配制樣品前處理溶液準確稱取銀杏葉粉末樣品(或銀杏葉分散片粉末)5.0g于250mL碘量瓶中，加入100mL無水乙醇，以200rpm振蕩3h，靜置12h，吸取上清液流過0.45μm的濾膜，然后裝入1.5~2mL色譜瓶中備用。平行配制3份。506根據(jù)實驗室提供的氣相色譜儀和氣源設(shè)備，認真閱讀儀器使用說明書或操作手冊，檢查實驗室水、電、氣安全，抽風設(shè)備能否正常運行，完成表的有關(guān)信息。活動三認識儀器507認識氣相色譜儀508認識氣相色譜儀根據(jù)實驗室提供的氣相色譜儀，認真閱讀儀器使用說明書或操作守則，必要時先進行仿真練習。按表要求更換、安裝聚苯乙烯—二乙烯基苯鍵合類型毛細管色譜柱?；顒铀脑O(shè)置儀器運行參數(shù)509建議設(shè)置的儀器運行參數(shù)1.打開穩(wěn)壓電源。2.逆時針打開載氣(He)鋼瓶主閥、記錄鋼瓶壓力；順時針調(diào)節(jié)鋼瓶減壓閥，輸出壓力調(diào)節(jié)至0.25~0.4MPa。3.打開設(shè)備電源，確定TCD檢測器處于OFF關(guān)閉狀態(tài)，TCD橋電流為“0”。4.打開色譜工作站，設(shè)定相關(guān)參數(shù)。510進樣口、色譜柱和TCD檢測器的溫度按表10-18進行設(shè)置，注意色譜柱是程序升溫。根據(jù)儀器推薦參數(shù)，設(shè)置隔墊吹掃、柱前進樣分流比和檢測器尾吹流量。大約15min后，氣路穩(wěn)定，檢測TCD溫度是否大于100℃。待儀器性能初步穩(wěn)定，TCD溫度達到設(shè)定值，將TCD檢測器置于ON的狀態(tài)，根據(jù)儀器推薦參數(shù)，將橋流設(shè)為分析條件所需值，如用熱傳導系數(shù)大的H2、He作載氣，橋電流可設(shè)置大些，如80~160mA，待儀器穩(wěn)定。觀測TCD基線，調(diào)至可視范圍，基本穩(wěn)定后，可調(diào)零。511待儀器穩(wěn)定、基線平穩(wěn)后，準備進樣。初次進樣，建議采用手動進樣方式利用微量進樣器進樣，練習排氣泡、進樣針穿扎隔墊的手感。1.校正曲線的繪制準備6只微量進樣器，分別對應(yīng)標準曲線系列工作溶液，進樣針不建議重復交叉使用，準確吸取適量的校正曲線繪制溶液，潤針，排氣泡，調(diào)節(jié)溶液量至0.5μL。用手指護著針尖前沿部分扎入隔墊，迅速推入0.5μL校正曲線繪制溶液。活動五分析檢測5122.試樣的測定準確吸取適量的試樣溶液，潤針，排氣泡，調(diào)節(jié)溶液量至0.5μL。用手指護住針尖前沿部分扎入隔墊，迅速推入0.5μL試樣溶液。單擊面板或工作站上的“開始”按鈕，開始計時采樣。采樣時長既可以在工作站里設(shè)置，也可以根據(jù)譜圖情況手動停止采樣。采樣完畢及時保存譜圖。3.結(jié)束工作采樣結(jié)束，設(shè)置TCD橋電流為“0”，將TCD檢測器置于OFF的狀態(tài)。設(shè)置進樣口、汽化室、色譜柱、TCD檢測器的降溫參數(shù)(通常低于60℃)，通常待柱溫降到設(shè)定溫度后，關(guān)閉色譜儀，最后順時針關(guān)閉載氣鋼瓶主閥。513514必備知識一、外標法外標法分為校正曲線法和單點外標法。外標法不必加內(nèi)標物，常用于控制分析，分析結(jié)果的準確度主要取決于進樣量的準確性和操作條件的穩(wěn)定程度。如果有標準品或基準物質(zhì)，可以使用單點外標法，也稱為比較法。待測組分的含量可按下式計算:515二、熱導池TCD檢測器熱導池TCD檢測器又叫熱導檢測器(TCD)，它是根據(jù)不同的物質(zhì)具有不同的熱導率制成的濃度型檢測器。熱導池檢測器中的檢測機構(gòu)是惠斯通電橋，由池體和熱敏元件(如鎢絲)構(gòu)成，熱導池體中，只通純載氣的通道稱為參比池，通載氣與樣品氣的通道稱為測量池。如圖所示。當參比池和測量池通入的都是純載氣時，同一種載氣有相同的熱導率，因此兩臂的電阻值相同，電橋平衡，無信號輸出，記錄系統(tǒng)記錄的是一條直線。熱導池檢測器原理圖516TCD為濃度敏感型檢測器，色譜峰的峰面積響應(yīng)值反比于載氣流速。因此，在檢測過程中，載氣流速必須保持恒定。在柱分離許可的情況下，載氣應(yīng)盡量選用低流速。一般認為檢測器的靈敏度與橋電流的三次方成正比。在滿足分析靈敏度要求的前提下，應(yīng)盡量選取低的橋電流。橋電流一般在100~200mA。TCD的靈敏度與熱絲和池體間的溫差成正比，溫差越大，越有利于熱傳導，檢測器的靈敏度也就越高。但池體溫度不能低于分離柱溫度，以防止試樣組分在檢測器中冷凝。517518三、色譜分析理論1.熱力學塔板理論1941年，馬丁(Martin)提出了半經(jīng)驗的塔板理論。塔板理論從熱力學的角度衡量色譜分離過程，將色譜分離過程比擬為蒸餾過程，把色譜柱看作由許多個塔板組成的精餾塔。塔板理論主要內(nèi)容如下:(1)在一小段間隔內(nèi)，氣相平均組成與液相平均組成可以很快達到分配平衡。這樣達到分配平衡的一小段柱長稱為塔板理論高度H。(2)長為L的色譜柱由一系列塔板順序排列組成，柱內(nèi)各處板高為常數(shù)，柱內(nèi)理論塔板數(shù)為:(3)組分的分配系數(shù)在確定溫度下為常數(shù)。(4)色譜柱分離效能。5192.動力學速度理論1956年，荷蘭學者范第姆特(VanDeemter)提出了速度理論。該理論從動力學的觀點衡量色譜分離過程。在塔板理論的基礎(chǔ)上，把影響塔板高度的動力學因素考慮進來，導出了塔板高度H與載氣流速u(單位cm/s)的關(guān)系即速度理論方程(亦稱范第姆特方程)。式中，A、B、C為三個常數(shù)，A為渦流擴散項因子；B為分子擴散項系數(shù)；C為傳質(zhì)阻力系數(shù)。速度理論為色譜分離和操作條件的選擇提供了理論指導，闡明了流速和柱溫對柱效及分離的影響，指導了毛細管色譜和高效液相色譜(HPLC)的發(fā)展。5203.色譜分離的基本方程由于分離度考慮了組分分離的熱力學和動力學(即峰間距和峰寬)兩方面的因素，因此，常用分離度作為色譜柱的總分離效能指標。反映分離度與柱效能和選擇性因子α2，1三者之間關(guān)系的色譜分離基本方程見式為:該方程為色譜分離條件的選擇和制備色譜柱提供了理論依據(jù)。521項目十一高效液相色譜法522任務(wù)一

認識高效液相色譜儀任務(wù)二

外標法測定化學合成藥物阿莫西林有效成分的含量項目十一高效液相色譜法523該項目有2個代表性工作任務(wù)。阿莫西林是一種最常用的半合成青霉素類廣譜抗生素，殺菌作用強，穿透細胞膜的能力強，是目前應(yīng)用廣泛的口服半合成青霉素之一，對其分散片有效成分的檢測是藥品質(zhì)量監(jiān)管的重要工作。任務(wù)引入524阿莫西林的含量測定方法按照《中國藥典》(2020年版，二部)，采用高效液相色譜法。高效液相色譜分析方法是以液體為流動相，借助高壓輸液泵獲得相對較高流速、流量或壓力恒定的液體以提高分離速度，采用顆粒極細的高效固定相制成的色譜柱進行分離和分析的一種分析方法。分析方法525技術(shù)上，流動相改為高壓輸送，輸送壓力可高達30~60MPa，流速一般可達1~10mL/min。使分析時間大大縮短，復雜試樣一般少于1h。色譜柱是以特殊的方法用小粒徑的填料填充而成，從而使色譜柱的柱效大大提高。由于廣泛采用高靈敏度的檢測器，進一步提高了分析的靈敏度，如熒光檢測器靈敏度可達10-11g。另外，試樣用樣量少，一般為幾個微升。所以高效液相色譜法具有高壓、高速、高效、高靈敏度、適用范圍廣、試樣用量少等特點。526【知識、技能與素養(yǎng)】任務(wù)目標527任務(wù)一認識高效液相色譜儀5281.高效液相色譜儀。2.減壓過濾裝置(配0.45μm有機濾膜)。3.超聲波發(fā)生器。4.pH計(配標準化生成的pH值為6.86、4.00的標準緩沖溶液)。5.微量進樣器(平頭進樣針、100μL，配0.45μm過濾頭)。6.實驗室常用玻璃儀器?；顒右粶蕚鋬x器與試劑529準備儀器530準備試劑磷酸二氫鉀(分析純)、氫氧化鉀(分析純)、乙腈(色譜純)、阿莫西林對照品、超純水。根據(jù)實驗室提供的高效液相色譜儀，完成表的有關(guān)信息?；顒佣J識儀器531認識高效液相色譜儀高效液相色譜儀基本組成系統(tǒng)如圖所示。532必備知識高效液相色譜儀基本組成一、高壓輸液系統(tǒng)高壓輸液系統(tǒng)一般包括儲液器、高壓輸液泵、過濾器以及梯度洗脫裝置等。高壓輸液泵是高效液相色譜儀的關(guān)鍵部件，其作用是將流動液體以相對穩(wěn)定的流速或壓力輸送到色譜柱。高壓輸液泵按輸液性能可分為恒壓泵和恒流泵兩類。目前，高效液相色譜儀普遍采用的是往復式恒流泵，特別是雙柱塞型往復泵，具有液路緩沖器，可獲得較高的流量穩(wěn)定性，尤其適用于梯度洗脫。串聯(lián)式柱塞往復泵部分可視部件如圖所示。533534串聯(lián)式柱塞往復泵部分可視部件1—壓力傳感器2—泵頭固定器3—高壓泵頭4—副泵進口止回閥5—主泵進口止回閥串聯(lián)式柱塞往復泵的工作原理如圖所示。535串聯(lián)式柱塞往復泵的工作原理1—流動相混合比例閥2—進口止回閥3—出口止回閥4—脈沖阻尼器5—泵活塞缸體6—泵活塞桿體并聯(lián)式柱塞往復泵部分可視部件如圖所示。536并聯(lián)式柱塞往復泵部分可視部件1—壓力傳感器2—高壓泵頭3—泵頭固定器4—管道入口5—單向閥(進)6—單向閥(出)并聯(lián)式柱塞往復泵的工作原理如圖所示。537并聯(lián)式柱塞往復泵的工作原理1—流動相混合比例閥2—進口止回閥3—出口止回閥4—脈沖阻尼器5—泵活塞缸體6—泵活塞桿體凸輪輸液泵CAD模型如圖所示。凸輪定位及脈動阻尼功能，可實現(xiàn)低流量的穩(wěn)定輸出。538凸輪輸液泵CAD模型圖凸輪輸液泵工作原理如圖所示。539凸輪輸液泵工作原理1—單相閥2—活塞缸3—活塞4—與電動機相連5—偏心輪6—密封墊輸液系統(tǒng)還有一個重要功能是按程序設(shè)計，改變不同流動相的配比，一般是在分離過程中逐漸改變流動相組成，使流動相的強度(或極性)逐漸增強，從而達到分離復雜混合物組分的目的，這就是“梯度洗脫”。梯度洗脫又稱為梯度淋洗或程序洗提。梯度洗脫可以縮短分析周期，提高分離能力，改善峰型，提高檢測靈敏度，但有時會引起基線漂移和降低重現(xiàn)性。梯度洗脫分為低壓梯度和高壓梯度。低壓梯度又稱為外梯度，是在低壓狀態(tài)下將兩種或兩種以上的流動相輸入比例閥，混合后再由高壓泵吸入增壓輸送到色譜柱，原理如圖所示。540541低壓梯度洗脫原理高壓梯度是依靠每種流動相各自的高壓泵將流動相增壓后送入混合器，進行混合后再送入色譜柱。其原理如圖所示。542高壓梯度洗脫原理四元高壓梯度洗脫液相系統(tǒng)配置如圖所示。543四元高壓梯度洗脫液相系統(tǒng)配置示意圖二、進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)是將試樣準確定量地送入色譜柱。進樣系統(tǒng)分為手動進樣和自動進樣。手動進樣器包括進樣瓶、平頭進樣針和六通閥。進樣瓶和平頭進樣針如圖所示。544進樣瓶和平頭進樣針六通進樣閥使用原理如圖所示，先將閥柄置于采樣位置(LOAD)，用平頭進樣針注入試樣，多余的試樣自動溢出。然后將六通閥手柄順時針轉(zhuǎn)動60°至進樣位置(INJECT)，流動相與定量管接通，樣品被流動相帶到色譜柱進行分離。545六通進樣閥工作原理1—定量環(huán)入口2—泵液口3—去色譜柱4—定量環(huán)出口5—樣品入口6—廢液出口六通進樣閥實物圖片如圖所示。自動進樣器由計算機編程控制多個樣品自動進樣，適用于批量樣品分析。546六通進樣閥實物圖片三、分離系統(tǒng)分離系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是色譜柱。色譜柱一端接進樣器，一端接檢查器。色譜柱實例如圖所示。547某型號色譜柱為了保護色譜柱，在色譜柱入口端接入裝有與色譜柱相同固定相的短柱(5~30mm長)，其可以方便地更換。為了提高色譜柱柱效，改善色譜峰分離度，使峰形變窄，縮短保留時間，保證結(jié)果的準確性和重復性，可以為色譜柱配備恒溫箱。新型柱溫箱采用交流電相位調(diào)制方式，功率控制可精確到1/65000，結(jié)合數(shù)字PID整定技術(shù)，升溫時間縮短到20min以內(nèi)。液相色譜柱有許多專業(yè)公司生產(chǎn)，表為某型號高效液相色譜分析柱。548549某型號高效液相色譜分析柱四、檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)的作用是將柱流出物中樣品組成和含量的變化轉(zhuǎn)化為可供檢測的信號，常用檢測器有紫外可見吸收、熒光、示差折光、化學發(fā)光檢測器等。紫外可見吸收檢測器(ultraviolet-visibledetector，UVD)是HPLC中應(yīng)用最廣泛的檢測器，幾乎所有的液相色譜儀都配有這種檢測器。其特點是靈敏度較高，線性范圍寬，噪聲低，適用于梯度洗脫，對強吸收物質(zhì)檢測限可達1ng，檢測后不破壞樣品，可用于制備標準試劑，并能與任何檢測器串聯(lián)使用。紫外可見檢測器的工作原理與結(jié)構(gòu)和一般分光光度計相似。550五、數(shù)據(jù)處理和計算機控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有數(shù)據(jù)記錄、圖譜積分、定量計算和輸出分析報告等功能?？刂葡到y(tǒng)可實現(xiàn)泵流量、檢查器檢測波長、柱箱溫度、自動進樣、系統(tǒng)安全等多種操作參數(shù)的控制，保證儀器各系統(tǒng)協(xié)調(diào)、高效工作。551一、雙泵模式取磷酸二氫鉀13.6g，加水溶解后稀釋到2000mL，配成0.05mol/L磷酸鹽緩沖液，用8mol/L氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)pH值至5.0±0.1，過濾、裝A儲液瓶超聲脫氣，乙腈過濾、裝B儲液瓶超聲脫氣，按磷酸鹽緩沖溶液∶乙腈(96∶4)設(shè)置流動相?；顒尤渲屏鲃酉?52二、單泵模式取磷酸二氫鉀13.6g，加水溶解后稀釋到2000mL，配成0.05mol/L磷酸鹽緩沖液，用8mol/L氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)pH值至5.0±0.1，按磷酸鹽緩沖液∶乙腈(96∶4)的比例裝入儲液瓶搖勻，過濾、超聲脫氣。553液相色譜柱固定相的粒徑一般不超過5μm，流動相使用前必須過濾和脫氣。過濾是為了除去流動相中的雜質(zhì)，保護系統(tǒng)和柱子。脫氣是為了除去流動相中的氣泡，降低色譜分析的基線噪聲。過濾裝置如圖所示，所用濾膜見表。554必備知識流動相減壓過濾裝置555HPLC流動相過濾膜，47mm現(xiàn)在一般使用超聲波振蕩脫氣，超聲波振蕩脫氣裝置如圖所示。556超聲波振蕩脫氣裝置一、配制對照品溶液取阿莫西林對照品約25mg，置于50mL容量瓶中，用流動相溶解并稀釋至刻度，搖勻?；顒铀南到y(tǒng)適用性試驗557二、啟動儀器1.開機檢查流動相是否足夠，開機進行自檢。2.排氣泡打開泵上的旁通閥，按purg鍵，通過旁通閥排除流路中泵之前的氣泡，關(guān)閉旁通閥，繼續(xù)按purg鍵，排除連接色譜柱的接頭之前管線中的氣泡之后。關(guān)閉purg鍵，關(guān)閉旁通閥。3.打開色譜工作站，設(shè)置相應(yīng)的色譜參數(shù)4.運行儀器，走基線。558三、系統(tǒng)適用性試驗用進樣針吸取約2mL對照品溶液，套上0.45μm過濾頭，用1.5mL進樣瓶收集約1mL對照品溶液，用100μL微量平頭進樣針吸取20μL對照品溶液注入六通閥(有自動進樣器按操作說明書進行)。比較記錄的色譜圖與標準圖譜是否一致，理論板數(shù)按阿莫西林峰計算應(yīng)不低于1700。559高效液相色譜分離原理根據(jù)分離機理，高效液相色譜可分為液—固吸附色譜、液—液分配色譜、鍵合相色譜、凝膠色譜、離子色譜等。這里主要介紹前3種。560必備知識1.分離原理液—固吸附色譜是基于各組分吸附能力的差異進行混合物分離的。其固定相是固體吸附劑，是一些多孔性的微粒物質(zhì)，當試樣隨流動相通過吸附劑時，由于固定相對流動相和試樣中各組分的吸附能力不同，與吸附劑結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似的組分易被吸附，吸附能力強，呈現(xiàn)高保留值，后流出色譜柱，后出峰;反之，與吸附劑結(jié)構(gòu)和性質(zhì)差異較大的組分不易被吸附，吸附能力弱，先流出色譜柱，先出峰。5612.固定相與流動相固定相中的極性吸附劑常用的有氧化鋁、硅膠、硅酸鎂、氧化鎂、分子篩和聚酰胺等。目前，全多孔型硅膠微粒固定相由于其表面積大、柱效高而成為液—固吸附色譜中使用最廣泛的固定相，全多孔型硅膠微粒粒徑為5~10μm。固定相的非極性吸附劑最常用是高強度多孔微粒活性炭，近年來開始使用5~10μm的多孔石墨化炭黑。562二、液—液分配色譜液—液分配色譜是利用混合物中各組分在固定相和流動相中溶解度的差異進行分離的。依據(jù)固定相和流動相的相對極性不同，液—液分配色譜可分為以下兩種：1.正相液相色譜法(NPLC)固定相的極性大于流動相的極性，流動相的主體為非極性的己烷、庚烷。適用于極性組分的分離。2.反相液相色譜法(RPLC)固定相的極性小于流動相的極性，流動相的主體為極性的水。適用于非極性組分的分離。563三、鍵合相色譜鍵合相色譜是將不同的有機官能團通過化學反應(yīng)，共價鍵合到硅膠載體表面的游離羥基上，生成化學鍵固定相的色譜分析方法。由于鍵合固定相非常穩(wěn)定，在使用中不易流失，且鍵合到載體表面的官能團可以是各種極性的，因此，它