仪器分析重点

气相色谱 沸点低于 400 的各种有机或无机气体试样 液相色谱 高沸点 热不稳定 生物大分子 高分子等化合物及离子性化合物的分离分析 色谱流出曲线 是柱后流出物通过检测器产生的响应讯号对时间或流动相体积的曲线图 调整保留时间 tR 扣除死时间后的保留时间 tR tR tM 反映组分真正与固定相作用所消耗的时间 相对保留值 r21 组分 2 与组分 1 的 调整保留值之比 r21 t R2 t R1 V R2 V R1 k2 k1 K2 K1 r21 只与柱温 固定相及流动相的性质有关 两个相邻组分的相对保留值也用作色谱体系分离选择性指标 总结 色谱法是一种 分离分析 技术 混合物的分离过程就是各组分在色谱分离柱中的两相间不断进行着的 分配过程 气相色谱 填充柱色谱和毛细管柱色谱 液相色谱 分配色谱 离子交换色谱 凝胶色谱 保留值 是用于表征组分被固定相滞留程度的参数 进行 定性 分析 色谱峰的面积或峰高用于 定量 分析 色谱峰的位置及其宽度用于色谱柱的 柱效 评价 1 分配系数 partition coefficient K 2 在一定温度下 组分在两相间分配达到平衡时的浓度 单位 g mL 比 称为分配 系数 用 K 表示 即 3 分配比 partition ratio k 在一定温度下 组分在两相间分配达到平衡时的质量比 k 组分在固定相中的质量 组分在流动相中的质量 ms mm 分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数 随柱温 柱压的改变而变化 数值越大 该组分的保留时间越长 分配比可以由实验测得 tR tM 1 k M s c c K 组分在流动相中的浓度 组分在固定相中的浓度 M s m m k 组组分分在在流流动动相相中中的的质质量量 组组分分在在固固定定相相中中的的质质量量 M s m m k 组组分分在在流流动动相相中中的的质质量量 组组分分在在固固定定相相中中的的质质量量 M s m m k 组 组分 分在 在流 流动 动相 相中 中的 的质 质量 量 组 组分 分在 在固 固定 定相 相中 中的 的质 质量 量 M s m m k 组 组分 分在 在流 流动 动相 相中 中的 的质 质量 量 组 组分 分在 在固 固定 定相 相中 中的 的质 质量 量 M s m m k 组 组分 分在 在流 流动 动相 相中 中的 的质 质量 量 组 组分 分在 在固 固定 定相 相中 中的 的质 质量 量 M s m m k 组 组分 分在 在流 流动 动相 相中 中的 的质 质量 量 组 组分 分在 在固 固定 定相 相中 中的 的质 质量 量 分配系数是组分在两相间分配达到平衡时的浓度比 色谱分离的依据 由塔板理论可知 理论塔板数 越多 柱效越高 但不能说明被分离组分的实际 分离 效果 由速率理论可知选择适当的固定相粒度 载气种类 液膜厚度及载气流速可提高柱效 分离度 R 可定量描述混合物中两个相邻组分的实际分离程度 R 1 5 作为完全分离的标 志 气相色谱仪组成有 5 个部分 载气系统 进样系统 分离系统 检测系统和数据处理系统 常用的载气有 氢气 氮气 氦气和氩气 气相色谱柱有两种类型 填充柱和毛细管柱 TCD 是通用型检测器 对所有物质都响应 FID 是准通用型检测器 对几乎所有有机物都响应 灵敏度高于 TCD 程序升温是气相色谱法常用的一种技术 气固色谱固定相常用 活性炭 分子筛 氧化铝和硅胶 气液色谱固定液非常多 高沸点 难挥发的有机化合物都可 固定液的选择原则 相似相溶 毛细管色谱法特点 不装填料 消除了组分在柱中的涡流扩散 固定液直接涂在管壁上 涂层很薄 则气相和液相传质阻力大大降低 方法特点 柱效高 分析速度快 灵敏度高 进样量小 结构特点 具有分流和尾吹装置 操作条件 1 在气相色谱实验操作中需要对下列参数进行选择 柱温 气化温度 检测器 载气 2 在样品组分沸点范围太大时 需采用程序升温技术 3 条件允许时 可考虑增加柱长 定性定量方法 一般定性采用纯物质对照进行 双柱对照 完全未知时采用联用仪器 定量校正因子是通过与一个标准物一同进样而得 是相对值 归一化法准确 但需所有组分都出峰且有已知纯物质来计算校正因子 外标法操作简单 不需校正因子 但准确性受操作条件影响较大 一般定量常采用内标法 高效液相色谱 HPLC 法的特点 高压 高效 高速 高灵敏度 梯度洗脱是液相色谱法常用的技术 作用类似于气相色谱法中的程序升温技术 梯度洗脱 通过改变流动相组成或配比来增强或减弱洗脱能力 液相色谱常用的检测器有 紫外检测器 荧光检测器 折光检测器 液相色谱类型 正相色谱 流动相的极性小于固定相 反相色谱 流动相的极性大于固定相 化学键合相色谱为液相色谱法中最常用色谱 离子交换色谱和离子色谱主要用于离子或在一定 pH 值下可离解的化合物 凝胶色谱 空间排阻色谱 主要用于大分子化合物的分离及高分子化合物分子量分布的测 定 电位分析法 电位分析法的实质是通过在零电流下测定两个电极间的电位差 电动势 进行 分析测定 测量前后 被测物的浓度不发生改变 电位分析法的依据是利用化学电池内电极电位与溶液中某种组分的浓度的关系进行定量分 析 能斯特方程 参比电极 电极电位不随溶液中离子浓度变化而变化 测量时保持恒定 指示电极 离子选择性电极 电极电位随溶液中待测离子浓 活 度变化而变化 TISAB 的作用 保持较大且相对稳定的离子强度 使活度系数恒定 维持溶液在适宜的 pH 范围内 满足离子电极的要求 掩蔽干扰离子 测 F 过程所使用的 TISAB 典型组成 1mol L 的 NaCl 使溶液保持较大稳定的离子强度 0 25mol L 的 HAc 和 0 75mol L 的 NaAc 使溶液 pH 在 5 左右 0 001mol L 的柠檬酸钠 掩 蔽 Fe3 Al3 等干扰离子 1 库仑分析法根据电解过程中所消耗的电量来求出被测组分的含量 无须基准物质和标准 溶液 该法既适于常量分析又适于微量分析 尤其是某些电极反应 其氧化型和还原型都是溶 解的 不能用电解法析出 2 库仑分析法的定量依据 法拉第电解定律 3 控制电位库仑分析法依据 不同离子有不同的析出电位 控制工作电极电位在被测离子 的析出电位 即可达到分离的目的 4 控制电位库仑分析法关键 1 保持工作电极电位恒定 2 电流效率 100 库仑滴定 库仑滴定 在试液中加入一种过量的物质 使此物质在电极上反应产生一种新 物质 然后被测物与之定量反应 特点 该法不仅可以测定在电极上不能起反应的物质 而且易于控制电流效率达 100 滴定剂来自于电解时的电极产物 产生后立即与溶液中待测物质反应 价电子是指 电子 电子及杂原子上的未成键孤对电子 电子 生色团与助色团 红移和兰移 物质紫外吸收的几个特征吸收带 非封闭共轭体系 跃迁 K 带 芳香环 跃 迁 环骨架振动 B 带 带杂原子生色团 n 跃迁 R 带 共轭程度增大 吸收带 max 红移 溶剂极性对分子紫外吸收 max 有影响 紫外 可见分光光度计基本组成 光源 单色器 样品室 检测器 显示 原子发射光谱分析法 AES 是利用元素的原子或离子在热或电能的激发下 其外层电 子在不同能级之间的跃迁 发射不同的特征谱线 根据发射的谱线波长进行定性分析 测 量谱线的强度进行定量分析的方法 2 缺点 只能确定物质的元素组成与含量 不能给出物质分子结构的有关信息 不适用于 部分非金属元素的分析 3 原子线 原子的外层电子跃迁产生的谱线 4 自吸 self absorption 中心发射的辐射被边缘的同种基态原子吸收 使辐射强度降低的现 象 AES 光源的作用 为试样的气化 解离 原子化和激发提供能量 AES 仪的组成 光源的作用 为试样的气化 解离 原子化和激发提供能量 常用电光源的种类及其性能比较 直流电弧 交流电弧 电火花 ICP 光源的特点及光电直读光谱仪的特点 光电倍增管的工作原理及使用注意事项 AES 组成 激发光源 分光系统 检测系统 AAS 原子吸收光谱法是以测量气态的基态原子外层电子对其共振线的吸收为基础的分析方法 1 原子吸收光谱法是以测量气态的基态原子外层电子对其共振线的吸收为基础的分析方法 2 锐线光源就是能发射出谱线半宽度很窄的发射线的光源 3 热变宽 多普乐效应 和压力变宽 4 定量分析基础 A lg I0 I K c 1 特点 1 采用锐线光源 2 单色器在火焰与检测器之间 3 原子化系统 光源应满足如下要求 1 发射锐线 即发射的共振线半宽度应比测量吸收线的半宽度小得多 2 辐射光稳定 强度大 背景小 作用 发射出待测元素的共振线 包括 空心阴极灯 无极放电灯 2 空心阴极灯的原理 施加适当电压时 电子将从空心阴极内壁流向阳极 与充入的惰性气体碰撞而使之电离 产 生正电荷 其在电场作用下 向阴极内壁猛烈轰击 使阴极表面的金属原子溅射出来 阴极 溅射 溅射出来的金属原子再与电子 惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发 于是阴极 内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱 优点 只有一个操作参数 电流 缺点 每测一种元素需更换相应的灯 2 原子化方法 两种 1 火焰法 预混合型 2 无火焰法 电热高温石墨炉 火焰性质 a 化学计量焰 温度高 干扰少 稳定 背景低 常用 乙炔 空气 1 4 b 富燃焰 还原性火焰 燃烧不完全 测定较易形成难熔氧化物的元素 Mo Cr Al 稀土等 乙炔 空气 1 3 c 贫燃焰 火焰温度低 氧化性气氛 适用于碱金属测定 乙炔 空气 1 6 1 AAS 法的特征参数 灵敏度及检出限 2 AAS 法操作条件 分析线 灯电流 火焰种类 燃烧器高度 3 定量分析方法 标准加入法的优点及计算方法 当测定元素含量较低 基体干扰较大 又不易模拟样品的基体来配制标准试样时采用 该法可消除基体干扰 不能消除背景干扰 1 干扰类型 光谱干扰 物理干扰 化学干扰 2 干扰产生的原因 3 掌握 消除干扰的方法 a 背景校正的方法 氘灯法和塞曼效应法 b 物理干扰的消除法 标准加入法 c 各种化学干扰抑制剂 释放剂 保护剂 缓冲剂及消电离剂 电离缓冲剂 原子荧光 三种类型 共振荧光 非共振荧光与敏化荧光 1 共振荧光 共振荧光 气态原子吸收共振线被激发后 激发态原子再发射出与共振线波长相同的 荧光 荧光猝灭 受激发原子与其他原子碰撞 能量以热或其他非荧光发射方式给出 产生 非荧光去激发过程 使荧光减弱或完全不发生的现象 荧光猝灭程度与原子化气氛有关 氩气气氛中荧光猝灭程度最小 如何恒量 荧光猝灭程度 荧光量子效率 f a f 发射荧光的光量子数 a 吸收的光量子数之比 荧光量子效率 1 光源 高强度空心阴极灯 无极放电灯 可调频激光器 可调频激光器 高光强 窄谱线 原子化装置 与原子吸收法相同 色散系统 光栅 滤光器 检测系统 特点 光源与检测器成一定角度 1 红外光谱产生要两个条件 1 辐射的能量等于分子振动跃迁所需的能量 即能级差 2 分子振动时有瞬间偶极矩变化 2 每种基团的特征频率都在一定范围内出现 利用峰位 峰形和峰强可以进行基团结 构的确认 3 基团的峰位由它的振动形式决定 振动形式分为伸缩振动和弯曲振动 伸缩又分为 对称伸缩和不对称伸缩 弯曲分为面内和面外 4 一般双原子化学键的峰位由两个因素决定 1 化学键越强 力常数 K 越大 峰 位出现在高波数区 2 原子的质量越小 峰位出现在高波数区 基团所处化学环境不同 特征峰出现位置变化 1 吸电子基团使吸收峰向高频方向移动 2 共轭使双键变弱 单键变强 故双键峰位低移 单键峰位高移 3 振动的偶合作用使原吸收峰分裂为一高一低两个峰 4 氢键使伸缩振动频率向低波数方向移动 弯曲振动向高波数方向移动 同时峰形变 宽 二 制样方法 1 气体 气体池 2 液体 液膜法 难挥发液体 BP 80 C 溶液法 液体池 3 固体 研糊法 液体石腊法 KBr 压片法 薄膜法 1 分子产生荧光必须具备的条件 1 具有合适的结构 2 具有一定的荧光量子产率 荧光量子产率 4 各种散射光的影响 与激发波长相同的瑞利散射 波长稍长或稍短的拉曼散射等 判断方法 改变激发波长 散射光波长改变 荧光波长不变 测量荧光的仪器主要由四个部分组成 激发光源 样品池 双单色器系统 检测器 特殊点 有两个单色器 光源与检测器通常成直角 吸收的光量子数 发射的光量子数 1 特点 1 灵敏度高 比紫外 可见分光光度法高 2 4 个数量级 为什么 P353 检测下限 0 1 0 1 g mL 2 选择性强 既可依据特征发射光谱 又可根据特征吸收光谱测定 信息丰富 3 试样量少 痕量分析 缺点 应用范围小 化学发光 1 灵敏度极高 例 荧光素酶和磷酸三腺甙 ATP 的化学发光分析 可测定 2 10 17 mol L 的 ATP 即可 检测出一个细菌中的 ATP 含量 2 仪器设备简单 不需要光源 单色器和背景校正 3 发射光强度测量无干扰 无背景光 散射光等干扰 4 线性范围宽 5 分析速度快 缺点 可供发光用的试剂少 发光反应效率低 大大低于生物体中的发光 机理研究少 发光反应可采用静态或流动注射的方式进行 静态方式 用注射器分别将试剂加入到反应器中混合 测最大光强度或总发 光量 试样量小 重复性差 流动注射方式 用蠕动泵分别将试剂连续送入混合器 定时通过测量室 连续发光 测定光强度 试样量大 1 在相同 B0 下 不同的核 因磁旋比不同 发生共振的频率不同 据此可以鉴别各 种元素及同位素 2 对同一种核 一定 当 B0 不变时 共振频率不变 当 B0 改变时 共振频率也 随之而变 3 核磁共振产生的条件 a 核有自旋 磁性核 I 不等于 0 b 有外加磁场 能级分裂 c 照射频率与外磁场的关系 0 r B0 2 Pi 气体和低黏度液体中的弛豫过程属于纵向弛豫 弛豫效率恰当 谱线窄 固体和黏滞液体 样品 容易实现横向弛豫 谱峰宽 磁场的非均匀性对谱线宽度的影响甚至超过了 T1 和 T2 的影响 要求整个样品测试期间及 整个样品区域保持磁场强度的变化小于 10 9 为此样品管必须高速旋转 在有机化合物中 各种氢核周围的电子云密度不同 引起共振频率不同 即共振吸收峰位移 这种现象称为化学位移 2 为什么用 TMS 作为基准 a 12 个氢处于完全相同的化学环境 只产生一个尖峰 b