手机买球官网(中国)股份有限公司仪器的种类分析原理等知识

　　买球第一节概述分析化学包括化学分析和仪器分析两大部分。化学分析是指利用化学反应以及化学计量关系来确定被测物质含量的一类分析方法。仪器分析是以测量物质的物理和化学性质为基础的分析方法。根据物质的物理和化学等性质来获得物质的组成、含量、结构以及相关信息的一类分析方法。近些年，随着各种科学技术的发展，分析仪器也在不断发展，相应的仪器分析方法也越来越完善，仪器分析在分析领域发挥的作用越来越大。仪器分析测定时需要使用各种类型的分析仪器。自动化程度越高，仪器的内部组成越复杂。然而，分析仪器一般由信号发生器、检测器（传感器）、信号处理器和读出装置等四个基本部件组成，如图1-1所示。（1）信号发生器：信号发生器的功能是使样品产生分析信号。它可以是样品本身，如pH计的信号发生器为溶液中氢离子活度。紫外－可见分光光度计的信号发生器除样品溶液外，还有乌灯或氢灯。（2）传感器或检测器：它将某种类型的信号变换成可检测的电信号的器件。电化学分析法仪器中，传感器是各种类型的电极；色谱分析法中的传感器是各种检测器，如热导检测器；光学分析法的传感器是分光光度计中的光电管或光电倍增管等。传感器性质优劣和使用正确与否，直接影响测定结果。（3）信号处理器：它将微弱的电信号加以放大，以便读出装置指示或记录。（4）读出装置：它将信号处理器输出的信号显示出来，读出装置有表头、记录仪和计算机显示屏等。第二节仪器分析方法分类及特点仪器分析根据被测量物质的物理或物理化学性质可分为光谱分析法、色谱分析法、电化学分析法、热分析法等。仪器分析方法分类详见表1-1。方法分类主要分析方法测量原理及应用光谱分析原子发射光谱分析原子对辐射的发射。元素分析原子吸收光谱分析原子对辐射的吸收。元素定量分析红外光谱分析分子对红外辐射的吸收。有机、高分子化合物的定性和结构分析拉曼光谱分析分子对辐射的散射。红外光谱的补充信号发生器检测器信号处理器光谱分析可见-紫外分光光度法分子对可见和紫外辐射的吸收。能吸收可见和紫外的物质定量和某些有机物的定性分析核磁共振波谱法原子核对射频辐射的吸收。有机化合物定性和定量分析射线衍射法晶体物质对X射线辐射的衍射。晶体物质的结构和成分分析射线荧光光谱法物质对X射线辐射的再发射（X射线）。元素定性和定量分析电镜固体表面形态、原子排列状态及微区成分分析试样表面原子中被激发出的自由电子的能量分布。物质的结构分析和固体表面、薄层分析电化学分析电位法测电极电位。用电极电位变化指示终点的容量分析及离子浓度的直接测定电导法测溶液电导。可电离物质的定量分析库仑法电极反应消耗电量。多用于阴离子的测定，如硫离子、卤素离子、氰离子等。其他分析法热分析法物质的热性质。研究物质的物理性质随温度变化而产生的信息质谱法物质的离子质量。与气相色谱联机，有机物定性分析仪器分析的特点是快速、灵敏、选择性好、应用广、自动化程度高。仪器分析的分析速度一般都比化学分析快，如流动注射分析每小时可测试上百个试样。有些仪器可同时测定多个组分，如色谱仪、光谱仪。有些仪器、如X射线荧光光谱仪可同时分析常量和微量元素。很多仪器分析主要是测量微量甚痕量组分μgg、ngg级，如色谱分析、原子吸收光谱法、紫外可见分光光度法。仪器分析用样量一般都较少，有些对样品无损伤。仪器分析干扰较少。分析仪器的联用技术应用越来越多，如GC-MS、LC-MS、GCMSMS、GC-IR、LC-IR、GC-热分析以及色谱分析气相色谱法试样组分在两相（流动相为气体）之间吸附和分配平衡、分离。气体和挥发性有机物定性定量分析液相色谱法流动相为液体，分离原理用气相色谱。分析高沸点、非挥发性或热稳定性差的有机物离子色谱法离子交换、离子排斥。水溶液中以稳定离子形式存在的化合物分析凝胶色谱法根据分子大小分离。测高聚物平均分子量和分子量分超临界流体色谱基于化合物在两相间分配系数的差异分离，流动相为超临界流体。气液相色谱的补充电泳带电离子在电场中淌度差异分离。无机有机离子、氨基酸、肽、蛋白质、DNA等生化大分子的分析wwwdocincom样品预处理系统的联机等大大扩展了应用范围，克服了单一应用时的缺陷，解决了众多的难题。第二章气相色谱分析第一节气相色谱法概述色谱法是一种分离技术，这种分离技术应用于分析化学中，就是色谱分析。它的分离原理是，使混合物中各组分在两相间进行分配，其个一相是不动的，称为固定相，另一相是携带混合物流过固定相的流体，称为流动相。当流动相中所含混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用。由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相发生作用的大小、强弱也有差异，因此在同一推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后不同的次序从固定相中流出。这种借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法又称色层法、层析法。一、色谱法分类按流动相物态：气相色谱法（流动相为气体）和液相色谱法（流动相为液体）；按固定相物态：气固色谱法（固定相为固体）、气液色谱法（固定相为液体）、液固色谱法和液液色谱法。按固定相使用形式：柱色谱法固定相装在色谱柱中、纸色谱法滤纸为固定相和薄层色谱法将吸附剂粉末制成薄层作固定相等。按分离过程的机制：吸附色谱法利用吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能的差异进行分离、分配色谱法利用不同组分在两相中有不同的分配系数来进行分离、离子交换色谱法利用离子交换原理和排阻色谱法利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用等。二、气相色谱流程1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计；6-压力表；7-进样器；8-色谱柱；9-检测器；10-记录、载气系统包括气源、气体净化、气体流速控制和测量。色谱仪外部：气体钢瓶、减压阀、净化干燥管。内部有：稳压阀、流量控制器、流量计等。常用的载气有：氢气、氮气、氦气；净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。、进样系统（包括进样器和气化室）不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10μL；毛细管色谱常用1μL；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放数十个试样。气化室：将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。、色谱柱（分离柱）色谱柱：色谱仪的核心部件，包括温度控制装置。柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。柱填料：粒度为60-80或80-100目的色谱固定相。色谱柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大，流速慢或将柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。有关固定液性质及其选择见第四节。、检测系统（色谱仪的眼睛）包括检测器、检测器电源及控温装置。检测器：广普型——对所有物质均有响应；专属型——对特定物质有高灵敏响应；主要的检测器：热导检测器（TCD）、氢火焰离子化检测器FID、电子捕获检测器（ECD）、火焰光度检测器（FPD）、 氮磷检测器（NPD）、光离子化检测器（PID）。 、记录系统 包括放大器、记录仪，有的仪器还有数据处理装置。 wwwdocincom 试样中各组分经色谱柱分离后，随载气依次流出色谱柱，经检测器转换为电讯号，然后用记录仪将各组分的浓度变化记录下来，即得色谱图。色谱图是以组分的浓度变化作为纵坐标，流出时间作横坐标的，这种曲线称为色谱流出 曲线。现以某一组分的流出曲线图来说明有关色谱术 语图2－1。 基线漂移：基线随时间定向缓慢的变化。 基线噪声：各种原因引起的基线起伏。 保留值：试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。 通常用时间或用将组分带出色谱拄所需载气的体积来 表示。 死时间（tM）：指不被固定相吸附或溶解的气体如空 气、甲烷从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的 时间。 保留时间（tR）： 指被测组分从进样开始到柱后出现 浓度最大值时所需的时间。 调整保留时间（ tR－tM 图2－1 色谱流出曲线图 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、色谱柱、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；色谱柱：准确控制分离需要的 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； 第二节 气相色谱分析理论基础 一、气－固、气－液色谱分析基本原理 填充柱：内装固定相的，通常为用金属铜或不锈钢或玻璃制成的内径2～6mm、长 05～10m 形或螺旋形的管子。 毛细管柱：将固定液均匀地涂敷在毛细管的内壁。通常为不诱钢或玻璃制成的内径01～05mm、长50～300m的柱子。 气－固色谱固定相：多孔性及较大表面积的吸附剂载气＋试样 吸附剂吸附 按吸附能力不同先后流出色谱柱原理：各组分吸附能力不同 气－液色谱固定相：在担体表面涂上固定液担体：具有化学惰性的固体微粒；固定液：高沸点有机化合物 载气＋试样 溶解到固定液 挥发 溶解 挥发 按溶解能力不同先后流出色谱柱 原理：各组分在固定液中溶解度不同 物质在固定相和流动相气相之间发生的吸附、脱附和溶解、挥发的过程，叫做分配过程。被测组分按其溶解 和挥发能力或吸附和脱附能力的大小，以一定的比例分配在固定相和气相之间。 分配系数K：在一定温度下组分在两相之间分配达到平衡时的浓度比。 小，先流出色谱柱；K大，后流出色谱柱。 气相色谱的分离原理：是基于不同物质在两相间具有不同的分配系数,分配系数是色谱分离的依 在实际工作中，常应用另一表征色谱分配平衡过程的参数—分配比。分配比k：又称容量因子或容量比，指在一定温度下、压力下，在两相间达到分配平衡时，组分在两相中的质量比： mS 为组分分配在固定相中的质量； mM为组分分配在流动相中的质量。 wwwdocincom 分配系数和分配比关系：VM 为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；VS 为固定相体积，在气－液色谱中为固定液体积，在气－ 固色谱中为吸附剂表面容量。β 反映了各种色谱柱型及其结构的重要特性，如填充柱β 值为6～35，毛细管柱为50～ 1500。 分配系数与分配比关系： （1）分配系数是组分在两相中的浓度比，分配比是组分在两相中分配总量之比。它们都与组分及固定相的热力学 性质有关，并随温度、柱压的变化而变化。 （2）分配系数只决定于组分和两相性质，与两相体积无关。分配比不仅决定于组分和两相性质，且与相比有关， 即分配比随固定相的量而改变。 （3）对于一给定色谱体系（分配体系），组分的分离最终决定于组分在每相中的相对量，而不是相对浓度，因此分 配比是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数。k 越大，保留时间越长， 为零的组分，其保留时间为死时间tM。（4）若载气在柱内的线），由于固定相对组分有保留作用，组分在柱内的线速度 us 小于 速度之比称为滞留因子RS。RS＝uSu 假定某组分的RS 为13，表明组分在柱内的移动速度只有流动相速度的13，显然RS 可以用质量分数ω表示： 组分和流动相通过长度为L 的色谱柱，所需时间分别为： 可得： 可由实验测得。试样在色谱柱中分离过程的基本理论包括两方面： 热力学因素：与各组分在两相间的分配系效，各物质包括试样中组分固定相，流动相的分子结构和性质有关。由保留值（色谱峰流出时间）反映出来。 动力学因素：各组分在色谱拄中的运动情况。与各组分在流动相和固定相两相之间的传质阻力有关，由色谱峰的半峰宽度反映。包括塔板理论和速率理论。 1、塔板理论：在色谱分离技术发展初期，将色谱分离过程比作蒸馏过程，这个半经验理论把色谱柱比作一个分馏 塔，这样，色谱柱可由许多假想的塔板组成即色谱柱可分成许多个小段，在每一小段塔板内，一部分空间为涂 在担体上的液相占据，另一部分空间充满着载气气相，载气占据的空间称为板体积Δ V。当欲分离的组分随载气 进入色谱柱后，在两相间进行分配。组分在气液间不断达到平衡。 由塔板理论可导出塔板数n 与色谱峰峰底宽度的关系： 越多，柱效能越高，因而n可作为描述柱效能的一个指标。 为塔板高度2、速率理论：1956 年荷兰学者范第姆特van Deemter等提出了色谱过程的动力学理论，他们吸收了塔板理论的概 念，并把影响塔板高度的动力学因素结合进去，导出了塔板高度H 与载气线速度u 的关系： 称为涡流扩散项，B为分子扩散项，C 为传质阻力系数。 线速度u 一定时，只有A、B、C 较小时，H 才能较小，柱效较高；反之，柱效较低，色 谱峰将扩张。 1、涡流扩散项 气体碰到填充物颗粒时，不断改变流动方向，使试样组分在气相中形成类似“涡流”的流动，引起色谱峰扩张。由于A＝2λ dp，表明A 与填充物的平均颗粒直径dpcm的大小和填充均匀性λ 有关，而与载气性 质、线速度和组分无关。细粒度和颗粒均匀的担体能减少涡流扩散。 由于试样组分被载气带入色谱往后，是以“塞子”的形式存在于柱的很小一段空间中，在“塞子”的前后纵向存在着浓差而形成浓度梯度，因此使运动着的分子产生纵向扩散。B=2γ Dg，γ 是因载体填充在柱内 而引起气体扩散路径弯曲的因数弯曲因子，Dg 为组分在气相中的扩散系数cm2／s。保留时间越长，B 对色谱峰 的扩张越显著。 Dg 与载气的性质有关，分子量大的组分， Dg 小，采用分子量大的载气（氮气）能减少分子扩散。 与填充物有关。3、传质系数C 包括气相传质阻力Cg 和液相传质阻力Cl。 为容量因子，采用粒度小的填充物和分子量小的气体如氢气作载气可使Cg减小，提高柱效。试样组分从固 定相的气液界面移动到液相内部，并发生质量交换，达到分配平衡，然后又返回气液界面。在此时间内，气相 中组分的其它分子仍随载气不断地向柱口运动，这也造成峰形的扩张，产生液相传质阻力。 固定相液膜厚度df 薄，组分在液相的扩散系数Dl 大，Cl 第三节色谱分离条件的选择 一、分离度：一个混合物能否为色谱柱所分离，取决于： 在色谱分离过程中各种操作因素的选择是否合适。组分在可能被分离时，要创造一定的条件，使这种可能性得以实现，并达到最佳的分离效果。 两个组分怎样才算达到完全分离? 有一定距离；峰必须窄 为判断相邻两组分在色谱柱中的分离情况，常用 分离度R 作为色谱柱的总分离效能指标。 分离度：相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组 分色谱峰峰底宽度总和之半的比值： 式中tR2和R1）：两组分的保留时间；Y1 和Y2：相应组分的色谱峰的峰底宽 为什么说R可以作为总分离效能指标？ 色谱峰的宽窄则反映了色谱过程的动力学因素，柱效能高低。分离度是柱效能、选择性影响的总和，故可作为色谱柱的总分离效能指标。 一般来说，如果峰形对称且满足于正态分布，当R＝1 时，分离程度可达98％；当R＝15 时，分离程度可达99．7％。 因而可用R＝I5 来作为相邻两峰已完全分开标志。由于峰底宽度Y 的测定比较因难，因而一般用半峰宽代替： 二、色谱分离基本方程式 难分离的物质，它们保留值差别小，因而假定Y1=Y2=Y，k1k2＝k。 是色谱柱选择性的量度。r越大，色谱柱的选择性越好。 增大r值是提高分离度的有效办法。 有效上式将分辨率R、柱效能n和选择性r联系起来，因而只要已知两个指标，就可以估算出第三个指标。 有一物质对，其r21＝115，要在填充柱上得到完全分离R＝15，所需有效理论塔板数为：若用普通柱，假设有效理论塔板高度为 01cm，所需 柱长度应为：L=2112012m 三、分离操作条件的选择 1、载气及其流速的选择： 2121 2121 微分得：实际工作中，往往使流速稍高于最佳流速。 当流速较小时，分子扩散项B项就成为色谱峰扩张的主要因素，此时应采用分子量较大的载气N2、Ar 当流速较大时，传质项C项为控制因素，宜采用低分子量的载气H2、He，减少传质阻力，提高柱效。 对于填充柱，若色谱柱内径为3mm，N2的流速一般为40～60ml／min，H2 的流速为60～90ml／min。 2、柱温的选择 首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。 ，被测组分的挥发度，即被测组分在气相中的浓度，分配系数K，低沸点组分的峰产 生重叠。 柱温，R，分析时间。对于难分离物质对，降低柱温虽然可在一定程度内使分离得到改善，但不能完全分离，这是由于分析时间增大的同时，两组分的峰宽也增加，当后者增加速度大于前者时，两峰的交叠更为严 组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。分析高沸点混合物（300～400），柱温低于沸点 100～200 。分析中沸点混合物（200～300），柱温低于沸点 100 。分析低沸点混合物（100～200），柱温选择平均沸点的 23 左右。气体、气态烃等低沸点混 合物，柱温在沸点或沸点以上。 3、固定液的用量 配比：固定液在担体上的涂渍量，一般指的是固定液与担体的质量比，配比通常在5:100～25:100 之间。 配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越小，柱效越高，分析速度也越快。因此目前盛行低固定液含量的色 谱柱。配比太低时，固定相的负载量低，允许的进样量变得很小。因此具体情况具体决定。 4、担体的性质和粒度 性质：要求担体表面积大，表面和孔径分布均匀。这样，固定液涂在担体表面上成为均匀的液膜，液相传质就快．就 可提高柱效。 粒度：担体粒度要求均匀、细小，这样有利于提高柱效。但粒度过细阻力过大，使柱压增大，对操作不利。对36mm 内径的色谱柱，使用60 一80 目的担体较为合适。 进样量一般是比较少的。液体01~5μL。气体01~10 m1。进样量太多，会使几个峰叠在—起分离不好。 进样要求动作快、时间短。进样时间在一秒钟以内。若进样时间过长，试样原始宽度变大，半峰宽必将变宽，甚至使峰变形。 气体试样应采气体进样阀进样。6、气化温度的选择 色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在此瞬间气化。 提高气化温度对分离有利；气化温度一般比柱温高30~70C；防止气化温度太高造成试样分解。 第四节 固定相及其选择 一、气－固色谱固定相 1．种类：1活性炭：非极性，有较大的比表面积，吸附性较强。分离低沸点烃类，不适于分离极性化合物。 2氧化铝：弱极性，适用于常温下 O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4 等气体分离。CO2 能被活性氧化铝强烈吸 附而不能进行分析。3硅胶：强极性，与氧化铝有大致相同的分离性能，除能分析上述物质外，能分析CO2、N2O、 NO、NO2 等，且能分离臭氧。4石墨化碳黑:：非极性， 分离气体及烃类，对高沸点有机化合物也能获得较对称 的峰形。5分子筛：极性，碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。如3A、4A、5A、10X 及13X 分子筛等（孔 径：埃）。常用5A 和13X（常温下分离O2 与N2）。除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO 等的分离外，还能够 最佳BC 最小wwwdocincom 6高分子多孔微球（GDX系列）：新型的有机合成固定相（苯乙烯和二乙烯苯共聚物）。 型号：GDX-101、-201、 -301、-401 等。适用于水、气体及低级醇的分析。特别实用于分析试样中的痕量水含量，也可用于多元醇、脂肪酸、 腈类等强极性物质的测定。具有耐腐蚀和耐辐射性能，可以分析如 HCl、NH3、Cl2、SO2 等。不同的共聚体化学 组成和共聚后的物理性质不同，不同商品牌号具有不同的极性及应用范围。 为什么GDX 能分析有机溶剂中的痕量、微量水？ 大量有机溶剂中微量、痕量水如果用色谱分析，必须使水在有机溶剂之前出峰，才能定量准确。GDX 的高分 子多孔微球，是由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成，属非极性固定相．用它分析醇、醛、水和其他短链极性化合物，可 以得到对称的色谱峰，它对含羟基化合物的亲合力很弱，可以使水在有机化合物之前出峰，而且所得水峰对称，因 此特别适合有机溶剂中痕量、微量水的测定。 气－固色谱固定相的特点：（1）性能与制备和活化条件有很大关系；同一种固定相，不同厂家或不同活化条件，分离效果差异较大；（2）种类有限，能分离的对象不多；（3）使用方便。 二、气－液色谱固定相 气液色谱固定相 固定液特点：固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态。固定液种类繁多，选择余地大，应用范围大。 1、作为担体使用的物质应满足的条件：化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组分不起反应；比表面 积大，孔径分布均匀；具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；颗粒大小均匀、适度。一般常用60~80 目、80~100 2、担体（硅藻土）：红色担体：孔径小（平均孔径1μm），表面孔穴密集，表面积较大，机械强度好。适宜分离非 极性或弱极性组分的试样。缺点是表面存有活性吸附中心点。 白色担体：煅烧前原料中加入了少量助溶剂（碳酸钠）。 粒疏松，孔径较大（约8～9μm）。表面积较小，机械 强度较差，但吸附性显著减小，表面活性中心显著减少，适宜分离极性组分的试样。 3、选择担体的原则：1当固定液含量大干5％时，可选用硅藻土型白色或红色）担体；2当固定液含量小于5％ 时，应选用处理过的担体；3对于高沸点组分，可选用玻璃微球担体；4对于强腐蚀性组分，可选用氟担体。 4、固定液：高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多。 固定液要求：（1）挥发性小，在操作温度下有较低蒸气压，以免流失。（2）热稳定性好，在操作温度下呈液体状态。 （3）对试样各组分有适当的溶解能力。（4）具有高的选择性，即对沸点相同或相近的不同物质有尽可能高的分离 能力。（5）化学稳定性好，不能与被测物质起反应。 5、固定液的选择： 基本原则：“相似相溶”，与试样性质相近。 （1）分离非极性物质，一般选用非极性固定液。沸点低的先出峰，沸点高的后出峰。 （2）极性物质，选用极性固定液，极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出。 （3）分离非极性和极性混合物时，一般选用极性固定液，非极性组分先出峰、极性组分后出峰。 （4）能形成氢键试样，如醇、酚、胺和水等，选择极性或氢键型固定液，不易形成氢键的先流出。 （5）复杂的难分离的物质，用两种或两种以上混合固定液。 wwwdocincom 解：r21=tR2’tR1’=71360=115 neff=16152[115115-1]2＝2116 L=022116＝4232cm4m 解：600mmh=600mm3600s=1mm6s R=15，L 2＝151122＝37m, 37－2＝17m 第五节 气相色谱检测器 一、检测器类型 浓度型检测器：测量载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测信号值与组分的浓度成正比。热导检测器； 质量型检测器：测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量 成正比。氢火焰检测器； 广普型检测器：对所有物质有响应，热导池检测器； 专属型检测器：对特定物质有高灵敏响应，电子俘获检测器； 二、热导池检测器 热导池检测器thermal conductivity detector，常用TCD 表示。由于结构简单，灵敏度适宜，稳定性较好，而且对所 有物质都有响应，因此是应用最广、最成熟的一种检测器。 1、热导池的结构:由池体和热敏元件构成，又可分双臂热导池和四臂热导池两种。双臂热导池：两根钨丝，220V,40W； 四臂热导池：四根钨丝，220V,25W。池体（一般用不锈钢制成） 热敏元件：电阻率高、电阻温度系数即温度每变化1导体电阻的变化值大、且价廉易加工的钨丝制成。 测量池：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。2、热导池检测器的基本原理 热导池作为检测器，是基于不同的物质具有不同的导热系数；通过平衡电桥反映出来。 进入试样组分以后，载气流经参比池，而载气带着试样组分流流经测量池、由于被测组分与载气组成的混合气体 的导热系数和载气的导热系数不同，因而测量池中钨丝的散热情况就发生变化，使两个池孔中的两根钨丝的电阻值 之间有了差异。此差异可以利用电桥测量出来。 电桥平衡时：R1 R4＝ R2 R1和R2 基线 是三个电位器。当调节W1，或 W2，都要影响电桥一臂的电位值，也就是影响 电桥输出讯号，因此W1、W2 都可用来调节桥 wwwdocincom 路平衡。其中，W1 为零点调节粗调，W2 为零点调节细调。在进样前，先调节W1、W2，使记录器基线 用来调节桥路工作电流的大小。C、D 之间的一串电阻是衰减电阻、用以调节输入记录器电位讯号的大小，使 得到大小合适的色谱峰。 3、影响热导池检测器灵敏度的因素 桥路电流： 电流，钨丝的温度 ，钨丝与池体之间的温差，有利于热传导，检测器灵敏度提高。一般工作电 流与响应值之间是三次方的关系、即增加电流能使灵敏度迅速增加；但电流太大，将使钨丝处于灼烧状态，引起基 线不稳，呈不规则抖动，甚至会将钨丝烧坏。 池体温度：池体温度低，池体温度与钨丝温度相差大，有利于热传导，检测器的灵敏度也就越高，但池体温度不 能低于分离柱温度，以防止试样组分在检测器中冷凝。 载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。 导热系数大的气体：H2、He。 热敏元件阻值的影响：选择阻值高，电阻温度系数较大的热敏元件，当温度有一些变化时，就能引起电阻明显变 化，灵敏度就高。 为什么不用N2 除了由于氮和被测组分导热系数差别小，灵敏度低以外，还由于二元系导热系数呈非线性，以及因导热性能差而使对流作用在热导池中影响增大等原因，有时会出现不正常的色谱峰如倒峰，W峰等。 三、氢火焰检测器 特点：1 对有机化合物具有很高的灵敏度; 比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，检测下限可达10-12gg-1。 1、氢焰检测器的结构：1 在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（100—300V）构成一个外加电场。 氢焰检测器需要用到三种气体：N2：载气携带试样组分；H2 ：为燃气；空气：助燃气。 使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳 氢焰检测器主要部分是一个离子室。离子室一般用不锈钢制成，包括气体入口，火焰喷嘴。 2、离子化的作用机理： 1当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰，在C 层发生裂解反应产生自由基 ：CnHm CH2产生的自由基在D 层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应： 3生成的正离子CHO+与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应： CHO+ H2OH3O+ CO4正离子CHO+、H3O+ 产生电流为什么氢火焰检测器不能检测无机物？ 氢火焰电离检测器对大多数的有机化合物有很高的灵敏度，固对痕量有机物的分析很适宜。但对在氢火焰中不电离 的无机化合物，例如CO、CO2、SO2、H2S、水等不能检测。 3、操作条件的选择 各种气体流速和配比的选择：N2载气流速的选择主要考虑分离效能，找到一个最佳的载气流速，使分离效果最 好。H2 流量低，组分分子电离数目少，电流信号小，灵敏度低，易熄火；氢气流量太高，热噪音大。H2 15氢气 10极化电压：氢火焰中生成的离子只有在电场作用下向两极定向移动，才能产生电流。因此极化电压的大小直接影 响响应值。实践证明，在极化电压较低时，响应值随极化电压的增加成正比增加，然后趋于一个饱和值，极化电压 高于饱和值时与检测器的响应值几乎无关。正常极化电压选择100～300V 范围内。 使用温度： 对灵敏度影响不大，一般在80～200之间。低于80会造成水蒸气凝结，灵敏度下降。 wwwdocincom 对检测器响应讯号R作图，就可得到一直线，如下图所示。 灵敏度：响应信号对进样量的变化率。 图中QL 为最大允许进样量，超过此量时进样量与响应信号将不呈线、检出限D 也称敏感度，是指检测器恰能产生和噪声相鉴别的信号时在单位体积或时间需向检测器进入的物质质量g。通常 认为恰能鉴别的响应信号至少应等于检测器噪声的3 为检测器的噪声，指基线在短时间内左右偏差的毫伏数，S为检测器的灵敏度。一般说来，D 值越小、说明 仪器越敏感。 3、最小检出量Q0 检测器恰能产生和噪音相鉴别的信号时所需进入色谱柱的最小物质量（或最小浓度）。 浓度型：Q0 与检测器的检出限D 成正比；还与柱效率及操作条件有关。半宽度越窄，Q0 越小。 4、响应时间:要求检测器能迅速地和真实地反映通过它的物质的浓度变化情况，即要求响应速度快。为此，检测器 的死体积要小，电路系统的滞后现象尽可能小，一般都小于I 5、线性范围定义：检测器在线性工作时，被测物质的最大浓度（或质量）与最低浓度（或质量）之比。即：最大进样量与最小 检出量之比。线性范围越大，越有利于准确定量。 第六节 气相色谱定性方法 一、根据保留值定性分析 各种物质在一定的色谱条件固定相、操作条件下均有确定不变的保留值，因此保留值可作为一种定性指标，它 的测定是最常用的色谱定性方法。 这种方法的可靠性与色谱柱的分离效率有密切关系保留时间或保留体积由于 受柱长、固定液含量、载气流速等操作条件的影响较大，因此一般宜采用仅与柱温有关，而不受操作条件影响的相 对保留值r21 作为定性指标。 注意：应注意，在一根色谱柱上用保留值鉴定组分有时不一定可靠，因为不同物质有可能在同一色谱柱上具有相同 的保留值。所以应采用双柱或多柱法进行定性分析。即采用两根或多根性质极性不同的色谱柱进行分离， 观察未知物和标准样品的保留值是否始终重合。 二、与其它方法结合定性分析 与质谱、红外光谱等仪器联用：复杂的混合物经色谱柱分离为单组分，再利用质谱、红外光谱或核磁共振等仪器进行定性鉴定。其中特别是GC-MS 的联用，是目前解决复杂未知物定性问题的最有效工具之一。 与化学方法配合进行定性分析带有某些官能团的化合物，经一些特殊试剂处理，发生物理变化或化学反应后， 其色谱峰将会消失或提前或移后，比较处理前后色谱图的差异，就可初步辨认试样含哪些官能团。 利用检测器的选择性进行定性分析热导池检测器：对无机物和有机物都有响应，但灵敏度较低； 氢火焰检测器：对有机物灵敏度高，而对无机气体、水分、二硫化碳类等响应很小，甚至无响应； 电子捕获检测器：只对含有卤素、氧、氮等电负性强的组分有高的灵敏度。火焰光度检测器：只对含硫、磷的物质有信号。 第七节 气相色谱定量分析 色谱定量分析的依据：在一定操作条件下，分析组分i 的质量（mi）或其在载气中的浓度，与检测器的响应信号色 谱图上表现为峰面积Ai 或峰高hi成正比的，可写作： 由上式可见： 1准确测量峰面积 2准确求出比例常数 f’，即定量校正因子；3根据上式正确选用定量计算方法，将测得组分 的峰面积换算为百分含量。 一、峰面积测量法 当色谱峰为对称峰时采用此法。根据等腰三角形面积的计算方法，可以近似认为峰面积等于峰高乘以半峰宽：这样测得的峰面积为实际峰面积的094 倍，实际上峰面积应为： 2、峰高乘峰底宽度法 这是一种作图求峰面积的方法。这种作图法测得的峰面积约为线 确些。但应注意，在同一分析中、只能用同一种近似测量方法。3、峰高乘平均峰宽法 对于不对称色谱峰使用此法可得较准确的结果。所谓平均峰宽是指在峰高015 和085 处分别测峰宽、然后取共 平均值： 4、峰高乘保留值法 此法适用于狭窄的峰，是一种简便快速的测量方法，常用于工厂控制分析。在一定操作条件下，同系物的半峰 宽与保留时间成正比，即: 在相对计算时，b 可约去，于是 5、积分仪： 自动积分仪能自动测出一曲线所包围的面机，有机械积分，电子模拟和数字积分等类型，是测量峰面积最方便 的工具，速度快，线性范围广，精密度一般可达02—2％。对小峰或不对称峰也能得出较准确的结果。随着计算机 的应用，许多色谱仪都配有色谱工作站，它不仅具有色谱仪的所以功能，还能对仪器进行实时监控，对输出信号进 行数字采集和处理，以报告形式给出定性、定量分析结果，使测定的精度、灵敏度、稳定性和自动化程度都大为提 为绝对值量校正因子，也就是单位峰面积所代表物质的质量。主要由仪器的灵敏度所决定，它既不易准确测定，也无法直接应用。所以在定量工作中都是用相对校正因子，即某物质与一标准物质的绝对校正因 子之比值，我们平常所指的校正因子都是相对校正因子。 热导池检测器是苯，氢焰检测器是正庚烷。 按被测组分使用的计量单位的不同，可分为质量校正因子，摩尔校正因子和体积校正因子通常把相对二字省去。 1、质量校正因子fm： 下标i，s 分别代表被测物和标准物质。 2、摩尔校正因子 fM ：以摩尔数计量： Mi，Ms分别为被测物和标准 物质的分于量。 3、体积校正因子fV 如果以体积计量气体样品，则体积校正因子就是摩尔校正因子，这是因为一摩尔任何气体在标准状态下其体积 都是224L。校正因子的测定方法: 准确称量被测组分和标准物质，混合后，在实验条件下进样分析注意进样量应在线;分别测量相应的峰面积，由公式计算质量校正因子，摩尔校正因子。如果数次测量数值接近，可取其平均值。 三、几种常见定量计算方法 归一化法：各组分都能流出色谱柱，并在色谱图上显示色谱峰时用此法。假设试样中有 个组分，质量分别为m1，m2，…，mn，各组分含量总和 的质量分数wi 若各组分的f值相近或相同，例如同系物中沸点接近的各组分，则上式可简化为： wi＝ 归一化法的优点是：简便、准确，当操作条件，如进样量、流速等变化时，对结果影响小。2、内标法 当只要测定试样中某几个组分，而且试样中所有组分不能全部出峰时，可采用此法。内标法是将一定量的纯物 质作为内标物加入到准确称取的试样中，根据被测物和内标物的质量及其在色谱图上相应的峰面积比，求出某组分 的含量。 一般常以内标物为基准，可得简化式： 优点：定量较准确，不象归一化法有使用上的限制；但每次分析都要准确称取试样和内标物的质量，因而它不宜于 作快速控制分析。 3、外标法 外标法就是应用欲测组分的纯物质来制作标准曲线，这与在分光光度分析中的标准曲线法是相同的。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，绘制标准曲线。单点校正法：当被测试样中各组分浓度变化范围不大时，可不必绘制标准 曲线，而用单点校正。 Ki 为组分单位峰面积质量分数校正值，由一点决定。 第三章 高效液相色谱分析 第一节 高效液相色谱特点及影响分离因素 一、特点 高压：流动相流经色谱柱时，受到的阻力较大，为了能迅速地通过色谱柱，必须对载液施加高压。在现代液相色谱法中供液压力和进样压力很高。150～300kgcm2， 甚至可达500kgcm2 以上。 高速：所需的分析时间较之经典液相色谱法少得多，例如分离苯的羟基化合物七个组分，只需要1min 就可完 成。流动相的速度1～10ml／min。 高效：分离效能很高，柱效约为2000塔板／米；而高效液相色谱法的柱效更高，约可达5000 高灵敏度：广泛采用高灵敏度的检测器，如紫外检测器的最小检测量可达纳克数量级10-9g；荧光检测器的灵敏度可达10-11g。 气相色谱和高效液相色谱异同点： 相同点：具有分离能力好，灵敏度高，分析速度快，操作方便等优点； 不同点：气相色谱法受技术条件的限制，沸点太高的物质或热不稳定的物质都难于应用气相色谱法进行分析。而高 效液相色谱法，只要求试样能制成溶液，而不需要气化，因此不受试样挥发性的限制。对于高沸点、热稳 定性差、分子量大大于400以上的有机物这些物质几乎占有机物总数的75—80％都可用高效液相色谱 法来进行分离、分析。 二、影响色谱分离的因素 高效液相色谱法的基本概念及理论，如保留值，分辨率、塔板理论、速率理论等与气相色谱法是一致的，但也 有不同之处。它们的主要区别在于流动相的不同引起的。液体的扩散系数仅为气体的万分之一至十万分之一、液体 的粘度比气体大一百倍，而密度为气体的一千倍左右。 右图是气相色谱GC及液相色谱LC的H-u 曲线、纵向扩散项Hd 当试样分子在色谱柱内被流动相带向前时，由分子本身运动所引起的纵向扩散同样引致色谱峰的扩展。它 与分子在流动相中的扩散系数Dm 成正比，与流动相的线速u 成反比，Cd 为常数： u＞05cms， Hd 可以忽略不计。 3、传质阻力项：分为固定相传质阻力项和流动相传质阻力项。 1固定相传质阻力项：主要发生在液—液分配色谱法中。试样分子从流动相进入固定液内进行质量交换的传质过程 取决于固定液的液膜厚度df，以及试样分子在固定液内的扩散系数Ds， 是常数，与容量因子k有关。 与气相色谱法中液相传质项含义是一致的。对液—液分配色谱可使用薄的固定相层减少峰的扩展，对其它液相色谱使用小的颗粒填料解决。 2）流动相传质阻力项：指试样分子在流动相中的传质过程。这种传质又分两种形式，即在流动的流动相中的传质 和滞留的流动相中的传质。 流动的流动相中的传质阻力项Hm：当流动相流过色谱样内的填充物时,靠近填充物颗粒的流动相流动得稍慢一些，所以在柱内流动相的流速并不是均匀的，即靠近固定相表面的试样分子走的比中间的要短些。这种引起塔 板高度变化的影响是与线速u 和固定相粒度dp 的平方成正比，与试样分子在流动相中的扩散系数Dm 成反比： 滞留的流动相中的传质阻力项Hsm：由于固定相的多孔性，会造成某部分流动相滞留在一个局部，这滞留在固定相微孔内的流动相一般是停滞不动的。流动相中 的试样分子要与固定相进行质量交换，必须先自流动相扩散到滞留区。如果固定相的微孔既小又深，此时传质 速率就慢，对峰的扩展影响就大，这种影响在整个传质过程中起着主要的作用。固定相的粒度愈小，它的微孔 孔径愈大，传质途径也就愈小，传质速率也愈高，因而柱效就高。由于滞留区传质与固定相的结构有关，所以 改进固定相就成为提高液相色谱柱效的一个重要问题。 滞留区传质项Hsm 综上所述，由子柱内色谱峰扩展所引起的塔板高度的变化可归纳为：上式与气相色谱的速率方程式在形式 是一致的，其主要区别在于纵向扩散项可 以忽略不计，影响柱效的主要因素是传质 30～40um的实心核上覆盖 1～2um 厚的多孔硅胶，具有大的孔径和浅的孔道，这种担体 可大大地提高传质速率，而大小均一的球形又为柱内填充均匀创造了良好的条件。 图，是一条斜率不大的曲线，说明什么？这是因为分子扩散项对H 值实际上不起作用所致。同时说明色谱分离在高的流动相流速下，不至于使柱效损失 太多，有利于实现快速分离。 其它影响色谱峰扩展的因素：例如柱外展宽超柱效应的影响等。所谓柱外展宽指色谱柱外各种因素引起的峰扩展。 包括柱前和柱后两种因素。 （1）柱前峰展宽 主要由进样所引起。由于进样器的死体积，以及进样时液流扰动引起的扩散造成了色谱峰的不 对称和展宽。改善方法：将试样直接注入到色谱柱顶端填料上的中心点，或注入到填料中心之内1～2mm处，则可 减少试样在柱前的扩散，峰的不对称性得到改善，柱效显著提高。 （2）柱后展宽：主要由接管、检测器流通池体积所引起。由于分子在液体中有较低的扩散系数，因此在液相色谱 中，这个因素要比气相色谱更为显著。改善方法：连接管的体积、检测器的死体积应尽可能小，例如若载液流速为 20μ l／s，则接管的体积应小于30μ 第二节HPLC 的类型及其分离原理 一、液－液色谱法：流动相和固定相都是液体。