仪器分析各个章节小结

第八章第八章 电位法和永停滴定法电位法和永停滴定法 章节小结章节小结 1 基本概念 基本概念 指示电极指示电极 是电极电位值随被测离子的活 浓 度变化而变化的一类电极 参比电极参比电极 在一定条件下 电极电位基本恒定的电极 膜电位膜电位 跨越整个玻璃膜的电位差 不对称电位不对称电位 在玻璃电极膜两侧溶液 pH 相等时 仍有 1mV 3mV 的电位差 这一电位差称为不对称电位 是由于玻 璃内外两表面的结构和性能不完全相同 以及外表面玷污 机械刻划 化学腐蚀等外部因素所致的 酸差酸差 当溶液 pH9 时 pH 测得值 即读数 小于真实值 这一负误差为碱差 也叫钠差 转换系数转换系数 指当溶液 pH 每改变一个单位时 引起玻璃电极电位的变化值 离子选择电极离子选择电极 一般由电极膜 敏感膜 电极管 内充溶液和内参比电极四个部分组成 电位选择性系数电位选择性系数 在相同条件下 同一电极对 X 和 Y 离子响应能力之比 亦即提供相同电位响应的 X 和 Y 离子的活 度比 可逆电对可逆电对 电极反应是可逆的电对 此外还有相界电位 液接电位 原电池 残余液接电位 2 基本理论 基本理论 1 pH 玻璃电极玻璃电极 基本构造 玻璃膜 内参比溶液 H 与 Cl 浓度一定 内参比电极 Ag AgCl 电极 绝缘套 膜电位产生原理及表示式 玻璃电极作为测溶液 pH 的理论依据 2 直接电位法测量溶液直接电位法测量溶液 pH 测量原理 两次测量法 pHs 要准 而且与 pHx 差值不大于 3 个 pH 单位 以消除液接电位 3 离子选择电极离子选择电极 基本构造 电极膜 电极管 内参比溶液 内参比电极 分类 原电极 敏化电极 响应机理及电位选择性系数 测量方法 两次测量法 校正曲线法 标准加入法 4 电位滴定法电位滴定法 以电位变化确定滴定终点 E V 曲线法 曲线法 曲线法 5 永停滴定法永停滴定法 以电流变化确定滴定终点 三种电流变化曲线及终点确定 第九章第九章 光谱分析法概论光谱分析法概论 章节小结章节小结 1 基本概念 基本概念 电磁辐射电磁辐射 是一种以巨大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的光子流 磁辐射性质磁辐射性质 波动性 粒子性 电磁波谱电磁波谱 所有的电磁辐射在本质上是完全相同的 它们之间的区别仅在于波长或频率不同 若把电磁辐射按波长长 短顺序排列起来 即为电磁波谱 光谱和光谱法光谱和光谱法 当物质与辐射能相互作用时 物质内部发生能级跃迁 记录由能级跃迁所产生的辐射能强度随波长 或相应单位 的变化 所得的图谱称为光谱 利用物质的光谱进行定性 定量和结构分析的方法称光谱法 非光谱法非光谱法 是指那些不以光的波长为特征讯号 仅通过测量电磁辐射的某些基本性质 反射 折射 干涉 衍射和偏 振 的变化的分析方法 原子光谱法原子光谱法 测量气态原子或离子外层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的成分分析方法 为线状光谱 分子光谱法分子光谱法 以测量分子转动能级 分子中原子的振动能级 包括分子转动能级 和分子电子能级 包括振 转能级 跃迁 所产生的分子光谱为基础的定性 定量和物质结构分析方法 为带状光谱 吸收光谱法吸收光谱法 物质吸收相应的辐射能而产生的光谱 其产生的必要条件是所提供的辐射能量恰好满足该吸收物质两能 级间跃迁所需的能量 利用物质的吸收光谱进行定性 定量及结构分析的方法称为吸收光谱法 发射光谱法发射光谱法 发射光谱是指构成物质的原子 离子或分子受到辐射能 热能 电能或化学能的激发跃迁到激发态后 由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量 而产生的光谱 利用物质的发射光谱进行定性定量及结构分析的方法称为发 射光谱法 2 基本计算 基本计算 1 电磁辐射的频率 C 1 C 2 电磁辐射的能量 E h hC hC 3 光谱分析仪器组成 光谱分析仪器组成 辐射源 分光系统 检测系统 第十章第十章 紫外紫外 可见分光光度法可见分光光度法 章节小结章节小结 1 1 基本概念 基本概念 透光率 透光率 T T 透过样品的光与入射光强度之比 T It I0 吸光度 吸光度 A A 透光率的负对数 A lgT lg I0 It 吸光系数 吸光系数 E E 吸光物质在单位浓度及单位厚度时的吸光度 根据浓度单位的不同 常有摩尔吸光系数 和百分吸 光系数之分 电子跃迁类型电子跃迁类型 1 跃迁 处于 成键轨道上的电子吸收光能后跃迁到 反键轨道 饱和烃中电子跃迁均为此种类型 吸 收波长小于 150nm 2 跃迁 处于 成键轨道上的电子吸收光能后跃迁到 反键轨道上 所需的能量小于 跃迁所需 的能量 孤立的 跃迁吸收波长一般在 200nm 左右 共轭的 跃迁吸收波长 200nm 强度大 3 n 跃迁 含有杂原子不饱和基团 其非键轨道中的孤对电子吸收能量后向 反键轨道跃迁 这种吸收一般 在近紫外区 200 400nm 强度小 4 n 跃迁 含孤对电子的取代基 其杂原子中孤对电子吸收能量后向 反键轨道跃迁 吸收波长约在 200nm 以上四种类型跃迁所需能量 n n 5 电荷迁移跃迁和配位场跃迁 生色团生色团 有机化合物分子结构中含有 或 n 跃迁的基团 能在紫外 可见光范围内产生吸收的原子团 助色团助色团 含有非键电子的杂原子饱和基团 与生色团或饱和烃连接时 能使该生色团或饱和烃的吸收峰向长波方向移 动 并使吸收强度增加的基团 红移 长移 红移 长移 由于化合物的结构改变 如发生共轭作用 引入助色团以及溶剂改变等 使吸收峰向长波方向移动 蓝移 紫移或短移 蓝移 紫移或短移 当化合物的结构改变或受溶剂影响使吸收峰向短波方向移动 增色效应增色效应 由于化合物结构改变或其他原因 使吸收强度增加 减色效应减色效应 由于化合物结构改变或其他原因 使吸收强度减小 强带强带 化合物的紫外可见吸收光谱中 摩尔吸光系数值大于 104 的吸收峰 弱带弱带 化合物的紫外可见吸收光谱中 摩尔吸光系数值小于 102 的吸收峰 吸收带及其特点吸收带及其特点 吸收带符号跃迁类型波长 nm 吸收强度 max 其他特征 Rn 250 500 104 共轭双键 max 强度 B 芳芳香族 C C 骨架振动及环内 230 270 200蒸气状态出现精细结构 E 苯环内 共轭 180 E1 200 E2 104 103 助色团取代 max 生色团取 代 与 K 带合并 计算分光光度法计算分光光度法 运用数学 统计学与计算机科学的方法 在传统分光光度法基础上 通过量测试验设计与数据的变 换 解析和预测对物质进行定性定量的方法 2 2 基本原理 基本原理 1 Lambert Beer 定律 当一束平行单色光通过均匀的非散射样品时 样品对光的吸收度与样品的浓度及厚度成正 比 A ECl 2 吸光度的加和原理 溶液中存在多种无相互作用的吸光物质时 体系的总吸光度等于各物种吸光度之和 A总 Aa Ab Ac 3 计算分光光度法 双波长分光光度法 等吸收双波长消去法和系数倍率法均利用使 A干扰 0 A信号 A 被测原理消去干扰组分的 吸光度值 导数光谱法 利用导数光谱的输出信号更多 更明显 可显示出结构相似的不同化合物的微小差别 及易于辨认等 特点定性 利用导数光谱法能消除背景干扰及分离重叠谱带等优势定量 褶合光谱法 是一种信号处理技术 即通过褶合变换 显示原始光谱在构成上的局部细节特征 对结构相似的物质 进行定性鉴别 同时减少了混合物中共存组分之间的数学相关性 因而可以测定共存组分的含量 3 3 基本计算 基本计算 1 Lambert Beer 定律数学表达式 A lgT ECl 或 T 10 A 10 ECl 2 摩尔吸光系数与百分吸光系数的关系 3 单组分定量 吸光系数法 C A El 对照法 校正曲线法 4 多组分定量 a b 的混合物 解线性方程组 等吸收双波长消去法 系数倍率法 A 第十二章 红外吸收光谱法 章节小结 1 1 基本概念 基本概念 基频峰基频峰 当分子吸收一定频率的红外线 由振动基态 V 0 跃迁至第一激发态 V 1 时 所产生的吸收峰称为基频 峰 泛频峰泛频峰 将倍频峰 合频峰及差频峰统称为泛频峰 伸缩振动伸缩振动 化学键两端的原子沿着键轴方向作规律性的伸缩运动 弯曲振动弯曲振动 键角发生规律性变化的振动 又称为变形振动 振动自由度振动自由度 分子基本振动的数目 简并简并 振动形式不同但振动频率相同而合并的现象称为简并 红外活性振动红外活性振动 能引起偶极矩变化而吸收红外线的振动 红外非活性振动红外非活性振动 不能引起偶极矩变化 不吸收红外线的振动 特征峰特征峰 凡是能用于鉴别基团存在的吸收峰 相关峰相关峰 由一个基团产生的一组相互具有依存关系的吸收峰 特征区特征区 4000 1300cm 1的区域称为特征区 指纹区指纹区 1300 400cm 1区域称为指纹区 2 2 基本原理 基本原理 1 振动自由度 非线型分子有 3N 6 个振动自由度 线型分子有 3N 5 个 2 红外吸收光谱产生的条件 EL V h 或 L V 0 3 基频峰的分布规律 愈小 愈高 相同 K 愈大 愈高 相同时 一般 4 解析光谱的三大要素 第一是峰位 第二是峰强 第三是峰形 5 解析光谱的原则 遵循用一组相关峰确定一个基团 6 解析光谱的顺序 先特征区 再指纹区 7 掌握各类化合物的主要光谱特征 3 3 基本计算 基本计算 L V 第十六章第十六章 色谱分析法概论色谱分析法概论 章节小结章节小结 一 主要内容一 主要内容 1 基本概念 基本概念 保留时间保留时间 tR 从进样到某组分在柱后出现浓度极大时的时间间隔 死时间死时间 t0 分配系数为零的组分即不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间 调整保留时间调整保留时间 tR 某组分由于溶解 或被吸附 于固定相 比不溶解 或不被吸附 的组分在柱中多停留的时间 相对保留值相对保留值 r2 1 两组分的调整保留值之比 分配系数分配系数 K 在一定温度和压力下 达到分配平衡时 组分在固定相与流动相中的浓度之比 保留因子保留因子 k 在一定温度和压力下 达到分配平衡时 组分在固定相和流动相中的质量之比 分离度分离度 R 相邻两组分色谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比 分配色谱法分配色谱法 利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别或分配系数的差别而实现分离的色谱法 吸附色谱法吸附色谱法 利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差别或吸附系数的差别而实现分离的色谱法 离子交换色谱法离子交换色谱法 利用被分离组分离子交换能力的差别或选择性系数的差别而实现分离的色谱法 分子排阻色谱法分子排阻色谱法 根据被分离组分分子的线团尺寸或渗透系数的差别而进行分离的色谱法 涡流扩散涡流扩散 在填充色谱柱中 由于填料粒径大小不等 填充不均匀 使同一个组分的分子经过多个不同长度的途径流 出色谱柱 使色谱峰展宽的现象 纵向扩散纵向扩散 由于浓度梯度的存在 组分将向区带前 后扩散 造成区带展宽的现象 传质阻抗传质阻抗 组分在溶解 扩散 转移的传质过程中所受到的阻力称为传质阻抗 保留指数保留指数 I 在气相色谱法中 常把组分的保留行为换算成相当于正构烷烃的保留行为 也就是以正构烷烃系列为组 分相对保留值的标准 即用两个保留时间紧邻待测组分的基准物质来标定组分的保留 这个相对值称为保留指数 又称 Kovats 指数 保留体积保留体积 VR 是从进样开始到某组分在柱后出现浓度极大时 所需通过色谱柱的流动相体积 调整保留体积调整保留体积 VR 是由保留体积扣除死体积后的体积 保留比保留比 R 设流动相的线速度为 u 组分的移行速度为 v 将二者之比称为保留比 2 基本理论 基本理论 1 色谱分离的原理色谱分离的原理 组分在固定相和流动相间进行反复多次的 分配 由于分配系数 K 或容量因子 k 的不同而实 现分离 各种色谱法的分离机制不同 2 塔板理论塔板理论 塔板理论描述组分在色谱柱中的分配和转移行为 由塔板理论导出的流出曲线方程为 塔板理论有如下基本假设 在色谱柱内一小段长度即一个塔板高度 H 内 组分可以在两相中瞬间达到分配平衡 分配系数在各塔板上是常数 试样和新鲜流动相都加在第 0 号塔板上 流动相不是连续地而是间歇式地进入色谱柱 且每次只进入一个塔板体积 试样在柱内的纵向扩散可以忽略 塔板理论在解释流出曲线的形状和位置 组分的分离及评价柱效等方面是成功的 3 速率理论速率理论 速率理论解释了影响塔板高度或使色谱峰展宽的各种因素 包括涡流扩散 纵向扩散 传质阻抗和流 动相线速度 其表达式为 H A B u Cu A 为涡流扩散系数 A 2ldp B 为纵向扩散系数 B 2gDm C 为传质阻抗 包括固定相传质阻抗 Cs 和流动相传质阻抗 Cm 3 基本计算 基本计算 1 保留值 tR tR t0 VR VR V0 r2 1 tR1 tR2 VR1 VR2 2 分配系数和保留因子 tR t0 1 KVs Vm t0 1 k k tR t0 3 峰宽度 W1 2 2 355 W 4 1 699W1 2 4 柱效 5 分离度 二 重点和难点二 重点和难点 本章主要学习色谱过程和分离原理 各类色谱的分离机制 尤其是色谱法的有关概念和色谱基本理论 是学习其后各 章色谱分析方法的基础 1 色谱过程 色谱过程 色谱过程是组分的分子在流动相和固定相间多次分配的过程 若两组分的分配系数存在微小的差异 经过反复多次的 分配平衡 使微小的差异积累起来 其结果就使分配系数小的组分被先洗脱 从而使两组分得到分离 色谱分离的前提是 分配系数或保留因子不等 2 有关概念及计算公式 有关概念及计算公式 这是本章的重点 一定要深入理解 牢固掌握 3 基本类型色谱方法及其分离机制 基本类型色谱方法及其分离机制 1 分配色谱法分配色谱法 利用被分离组分在固定相或 和 流动相中的溶解度差别 即分配系数的差别而实现分离 包括气 液分配色谱法和液液分配色谱法 2 吸附色谱法吸附色谱法 利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差别 即吸附系数的差别而实现分离 包括气固 吸附色谱法和液固吸附色谱法 在硅胶液固吸附色谱中 极性强的组分吸附力强 常见化合物的吸附能力有下列顺序 烷烃 烯烃 卤代烃 醚 硝 基化合物 叔胺 酯 酮 醛 酰胺 醇 酚 伯胺 羧酸 3 离子交换色谱法离子交换色谱法 利用被分离组分离子交换能力的差别即选择性系数的差别而实现分离 按可交换离子的电荷符 号又可分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法 4 分子排阻色谱法分子排阻色谱法 根据被分离组分分子的线团尺寸 即渗透系数的差别而进行分离 分配色谱法是基础 而且在 GC 和 HPLC 中都还会有讨论 在 TLC 一章重点讨论吸附色谱法 后两种方法只存在于液 相色谱法中 但在后续章中都没有专门讨论 故在本章加以介绍 值得注意的是在实际色谱过程中各种分离机制极少单独发生 常常是几种机制同时发生 只是某种机制起主导作用而 已 4 塔板理论 塔板理论 塔板理论沿用分馏塔中塔板的概念来描述组分在两相间的分配行为 认为在每个塔板的间隔内 试样组分在两相中达 到分配平衡 经过多次的分配平衡后 分配系数小的组分先流出色谱柱 同时还引入塔板数作为衡量柱效的指标 而理论 塔板数 n 可理解为在色谱柱内溶质平衡的次数 n L H 平衡的次数越多 柱效越高 组分间分离的可能性越大 塔板理论实际 上是把组分在两相间的连续转移过程 分解为间歇的在单个塔板中的分配平衡过程 重点是要搞清溶质在色谱柱内的质量分配和转移 在色谱柱各塔板内组分的质量分布符合二项式 ms mm N 的展开式 需要注意的是 在讨论二项式分布时 用二项式展开式或通式求得的 Nmr 是组分在色谱柱中各塔板内的溶质质量分数 当转移次数 N n 塔板数 时 柱出口开始能检测到溶质 流出曲线的纵坐标是柱出口处的质量分数 该曲线也符合二项 式分布曲线 当塔板数很大时流出曲线趋于正态分布曲线 5 速率理论 速率理论 Van Deemter 方程式为 H A B u Cu 速率理论的塔板高度 H 与塔板理论中的塔板高度有所不同 是色谱峰展宽的指标 但两者均是柱效的的度量 B 及 C 分别代表涡流扩散系数 纵向扩散系数和传质阻抗系数 其单位分别为 cm cm2 s 及 s 三者均与色谱动力学因素有关 重点是要理解这些影响柱效的因素的物理含义 涡流扩散 也称为多径扩散 与填充不规则因子 l 和填料 固定相 颗粒的平均直径 dp 有关 A 2ldp 纵向扩散 纵向扩散系数 B 与弯曲因子 g 和组分在流动相中的扩散系数 Dm 有关 B 2gDm 传质阻抗 影响组分溶解 扩散 转移的阻力 包括固定相传质阻抗 Csu 和流动相传质阻抗 Cmu 流动相线速度对塔板高度的影响 在较低线速度时 纵向扩散项起主要作用 线速度升高 塔板高度降低 柱效升高 在较高线速度时 传质阻抗起主要作用 线速度升高 塔板高度增高 柱效降低 速率理论研究影响柱效 或峰展宽即组分离散 的各种动力学因素 用于指导色谱实验条件的选择 Van Deemter 方 程在 GC HPLC 和 CE 中的具体形式和应用将在相应章节讨论 根据此方程还可以求出流动相的最佳流速 uop 以 H A B u Cu 对 u 微分 得 H Bu 2 C 当其等于 0 时 H 有极值 于是 Bu 2 C 0 因此 此时塔板高度为 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 章节小结章节小结 1 1 基本概念基本概念 固定液相对极性 麦氏常数 程序升温 噪声 漂移 分流比 检测器灵敏度 检测限等 2 2 基本理论 基本理论 1 差速迁移差速迁移 在色谱分析中 分配系数不同是组分分离的前提条件 气相色谱法中 载气种类少 可选余地小 要改变 组分之间分配系数的或大小或比例 主要通过选择合适的固定液 2 GCGC 中的速率理论中的速率理论 速率理论是从色谱动力学的角度阐述影响柱效的因素 以 Van Deemter 方程式表示 在填充柱中 速率方程为 H A B u Cu 2 dp 2gDg u 在开管柱中 A 0 此时速率方程为 H B u Cgu Clu u 最小板高对应的载气线速度称为最佳线速度 为了减少分析时间 常用的最佳实用线速度大于最佳线速度 在学习速率理论时 应熟悉速率方程式中各项和各符号的含义 即这些因素是如何影响柱效的 从而理解分离条件的选择 3 色谱柱分填充柱填充柱及毛细管柱毛细管柱两类 填充柱又分气气 固色谱柱固色谱柱及气气 液色谱柱液色谱柱 固定液按极性分类可分成非极性 中等极 性 极性以及氢键型固定液 固定液的选择按相似性原则 常用硅藻土载体分为红色载体和白色载体 红色载体常用于涂 渍非极性固定液 白色载体常用于涂渍极性固定液 硅藻土载体常需进行钝化 其目的是为了减小载体表面的活性 载体 钝化的方法有酸洗 AW 碱洗 BW 和硅烷化 这些钝化方法分别除去碱性氧化物 主要是氧化铁 酸性氧化物 氧 化铝 和覆盖硅羟基 毛细管柱可分为涂壁毛细管柱 WCOT 载体涂层毛细管柱 SCOT 多孔层毛细管柱 PLOT 和填充毛细管柱 检测器分浓度型及质量型两类 氢焰检测器是质量型检测器 具有灵敏度高 检测限小 死体积小等优点 热导检测器是 浓度型检测器 组分与载气的热导率有差别即能检测 电子捕获检测器也是一种浓度型检测器 检测含有强电负性基团的 物质 具有高选择性和高灵敏度 为保护检测器和色谱柱 开气相色谱仪时 必须先开载气 后开电源 加热 关机时 先关电源 最后关载气 4 柱温的选择原则为 在使最难分离的组分有尽可能好的分离度的前提下 要尽可能采用较低的柱温 但以保留时间适 宜及不拖尾为度 对宽沸程样品 采用程序升温方式 5 定性与定量 定性方法有已知物对照法 相对保留值 保留指数 利用化学方法配合 两谱联用定性 定量方法常用归一化法和内标法 在没有校正因子情况下 使用内标对比法较好 3 3 基本计算 基本计算 固定液的相对极性 分离方程式 R 相对重量校正因子 归一化法 Ci 外标法外标法 mi 内标法内标法 mi fiAi ms fsAs mi Ci Ci 内标对比法内标对比法 第十八章第十八章 高效液相色谱法高效液相色谱法 章节小结章节小结 一 主要内容一 主要内容 1 基本概念 基本概念 1 化学键合相化学键合相 利用化学反应将有机基团键合在载体表面形成的固定相 2 化学键合相色谱法 化学键合相色谱法 以化学键合相为固定相的色谱法 3 正 反 相色谱法 正 反 相色谱法 流动相极性小 大 于固定相极性的液相色谱法 4 抑制型 双柱 离子色谱法 抑制型 双柱 离子色谱法 用抑制柱消除流动相的高电导本底 以电导为检测器的离子交换色谱法 5 手性色谱法 手性色谱法 利用手性固定相或手性流动相添加剂分离分析手性化合物的对映异构体的色谱法 6 亲合色谱法 亲合色谱法 利用或模拟生物分子之间的专一性作用 从复杂生物试样中分离和分析特殊物质的色谱方法 是 基于组分与固定在载体上的配基之间的专一性亲和作用而实现分离的色谱法 7 梯度洗脱 梯度洗脱 在一个分析周期内程序控制改变流动相的组成 如溶剂的极性 离子强度和 pH 值等 8 静态流动相传质阻抗静态流动相传质阻抗 Csm 由于组分的部分分子进入滞留在固定相微孔内的静态流动相中 因而相对晚回到流 路中 引起的峰展宽 9 键合相的含碳量 键合相的含碳量 键合相碳的百分数 可通过对键合硅胶进行元素分析测定 10 键合相的覆盖度键合相的覆盖度 参加反应的硅醇基数目占硅胶表面硅醇基总数的比例 11 封尾 封尾 在键合反应后 用三甲基氯硅烷等对键合相进行钝化处理 减少残余硅醇基 即封尾 12 溶剂的极性参数溶剂的极性参数 P 表示溶剂与三种极性物质乙醇 质子给予体 二氧六环 质子受体 P 和硝基甲烷 强 偶极体 相互作用的强度 用于度量分配色谱的溶剂强度 P 越大 溶剂的极性越强 在正相分配色谱中的洗脱能力越强 13 溶剂的强度因子溶剂的强度因子 S 常为反相键合相色谱的溶剂洗脱能力的度量 14 三维光谱 色谱图 三维光谱 色谱图 用 DAD 检测器检测 经过计算机处理 将每个组分的吸收光谱和试样的色谱图结合在一 张三维坐标图上 即获得三维光谱 色谱图 2 基本理论 基本理论 1 速率理论在 HPLC 中表达式为 H A Cmu Csmu 用于指导实验条件的选择 A Cm 和 Csm 均随固定相粒度 dp 变小而变小 因此保证 HPLC 高柱效的主要措施是使用小粒度的固定相 此外 要求粒度和柱填充均匀 使用低粘度流动 相 适当的流速和柱温 2 反相键合相色谱法保留机制 可用 疏溶剂理论 说明 即溶质的保留是其分子受到溶剂的斥力 而与键合相的烃 基发生疏水缔合的结果 反相键合相色谱法的 k 受下列因素影响 溶质的极性越强 k 越小 流动相的含水量越高 使组分的 k 越大 流动相的 pH 离子抑制作用 和离子强度都影响 k 键合相的烃基越长 使溶质 k 增大 3 正相键合相色谱法 以氨基 氰基等极性键合相为固定相 以烷烃加少量极性调节剂为流动相 极性强的组分 k 大 4 反相离子对色谱法 组分的离子与加入到流动相中的离子对试剂的反离子生成中性离子对 增加在反相固定相上 的保留 保留因子受离子对试剂的种类和浓度 流动相的 pH 等影响 3 基本计算 基本计算 1 混合溶剂的强度以下式计算 式中 P 为混合溶剂的极性参数 Pi 和 ji 为纯溶剂 i 的极性参数及该溶剂在混合溶剂中的体积分数 S 混为混合溶剂的强度因子 Si 和 ji 为纯溶剂 i 的强度因子及该溶剂在混合溶剂中的体积分数 2 HPLC 的定量分析计算 与 GC 相同 4 HPLC 仪器仪器 1 输液泵 2 检测器 有紫外 荧光 电化学和蒸发光散射检测器等 紫外检测器 原理是朗伯 比尔 Lambert Beer 定律 适用于有紫外吸收的组分 二极管阵列检测器 可获得三维光谱 色谱图 同时提供定性定量信息 荧光检测器 原理是荧光强度与组分的浓度成线性关系 电化学检测器 原理是当组分经过电极表面时 发生氧化还原反应 产生电量 Q 的大小符合法拉第定律 Q nFN 蒸发光散射检测器 散射光的强度 I 与气溶胶中组分的质量 m 有下述关系 I kmb 或 lgI blgm lgk 二 重点和难点二 重点和难点 由于 HPLC 中的常用术语 色谱参数和色谱基本理论等都已在第 16 章中作了详细的阐述 定性 定量分析方法又与 GC 相同 因此 本章只讨论高效液相色谱的各种具体方法 重点是反相键合相色谱法 1 正相键合相色谱法 正相键合相色谱法 以极性键合相为固定相 如氰基 CN 氨基 NH2 或二羟基键合相等 以非极性或弱极性溶剂 如烷烃 加 适量极性调整剂 如醇类作流动相 正相键合相色谱主要用于分离溶于有机溶剂的中等极性的分子型化合物 分离选择性 决定于键合相的种类 流动相的强度和试样的性质 主要是理解其一般规律 极性强的组分的保留因子 k 大 后洗脱出柱 流动相的极性增强 洗脱能力增加 使组分 k 减小 tR 减小 溶质与键合极性基团间的作用力 如氢键 诱导或静电作用等 是决定色谱保留和分离选择性的首要因素 流动相的 选择性是通过其与试样分子间的相互作用来实现的 分子间作用力不同 则分离的选择性不同 同系物 如甲醇与丙醇 作用力类型相同 其色谱分离的选择性相似 如果换成高偶极矩溶剂二氯甲烷 则选择性将发生变化 2 反相键合相色谱法 反相键合相色谱法 在现代色谱学中 反相键合相色谱法一般就称为反相色谱法 这是本章要掌握的重点 反相色谱法通常以非极性键合 相为固定相 以极性溶剂及其混合物为流动相 固定相的极性比流动相的极性弱 能分离极性范围很宽的试样 键合相的 烷基链长和含碳量是影响溶质的保留因子 及柱效 选择性和载样量的重要因素 保留行为的主要影响因素 溶质的极性越弱 其疏水 疏溶剂 性越强 k 越大 tR 也越大 增加流动相中水的 含量 则溶剂强度降低 使溶质的 k 增大 流动相的 pH 变化会改变溶质的离解程度 溶质的离解程度越高 k 值越小 因此 常加入少量弱酸 弱碱或缓冲溶液 调节流动相的 pH 抑制有机弱酸 弱碱的离解 增加它与固定相的疏水缔合作 用 以达到分离的目的 这种色谱方法又称为离子抑制色谱法 固定相键合烷基的碳链延长 硅胶表面键合烷基的浓度 越大 溶质的 k 越大 3 反相离子对色谱法 反相离子对色谱法 把离子对试剂加入到含水流动相中 与组分离子生成中性离子对 从而增加溶质与非极性固定相的作用 使分配系数 增加 改善分离效果 用于分离可离子化或离子型的有机酸 碱 盐等 影响容量因子的因素有离子对试剂的种类和浓度 流动相的 pH 和流动相中有机溶剂的种类和比例等 4 键合相的特点 键合相的特点 键合相有如下优点 使用过程中不流失 化学稳定性好 适于梯度洗脱 载样量大 使用一般化学键合相时流动相中水相的 pH 应维持在 2 8 以免引起硅胶溶解 但目前已有许多键合相能够承受更宽 的 pH 范围 新型键合相新型键合相 5 键合相色谱法中流动相对分离的影响 根据分离方程式 n 由固定相及色谱柱填充质量决定 即选择性 主要受溶剂种类的影响 k 受溶剂配比的影响 溶剂的选择性 斯奈德 Snyder 根据溶剂的质子接受能力 Xe 质子给予能力 Xd 和偶极作用力 Xn 将选择 性参数定义为 根据 Xe Xd Xn 的相似性 将常用溶剂分为 8 组 教材表 20 2 并得到溶剂选择性分类三角形 处于同一组中的各溶 剂的作用力类型相同 在色谱分离中具有相似的选择性 而处于不同组别的溶剂 其选择性差别较大 溶剂极性参数 溶剂的极性和强度 溶剂的洗脱能力即溶剂强度直接与它的极性相关 在正相色谱中 溶剂极性参数 P 值越大 则溶 剂的极性越强 洗脱能力越强 反相键合相色谱法的溶剂强度常用强度因子 S 表示 极性弱的溶剂 S 大 洗脱能力强 混合溶剂的强度 5 高效液相色谱中的速率理论 高效液相色谱中的速率理论 高效液相色谱的流动相是液体 液体与气体性质的差异是导致高效液相色谱的扩散和传质过程对柱效的影响与气相色 谱有差别的主要原因 1 纵向扩散可忽略 纵向扩散系数 2 Dm 在 HPLC 中 液体流动相粘度大 使 Dm 很小 因此只有在流速很低 时才能观察到纵向扩散对柱效的影响 在常用色谱条件下 纵向扩散可以忽略 故流速升高 H 总是升高 但升高速率比 GC 中慢 因此 为了快速分析 一般仍选择大于最佳流速的条件 2 传质阻抗 化学键合相色谱法中 df 可忽略 故固定相传质阻抗 Cs 可忽略 流动相传质阻抗 Cm mdp2 Dm 中 的 m 与柱内径 形状 填料性质等有关 但至今仍没确切的数值或关系 与 GC 中的 Cs 不同 Cm 与保留因子无关 HPLC 中还有一项静态流动相传质阻抗 Csm 而且 Cm 和 Csm 都与固定相的粒度 dp 有关 3 涡流扩散小 小颗粒球形固定相 匀浆高压填充 降低涡流扩散 4 HPLC 中的范第姆特方程为 H A Cmu Csmu 5 固定相粒度对塔板高度的影响 dp 变小 A Cm 和 Csm 均变小 而且塔板高度受流动相线速度的影响也越小 可见小粒度的填料比在 GC 中更为重要 根据速率理论 HPLC 的实验条件应该是 小粒度 均匀的球形化学键合相 低粘度流动相 流速不宜快 柱 温适当 6 反相键合相色谱实验条件的选择 反相键合相色谱实验条件的选择 在反相键合相色谱中 常选用非极性键合相 非极性键合相可用于分离分子型化合物 也可用于分离离子型或可离子 化的化合物 ODS 是应用最广泛的非极性固定相 对于各种类型的化合物都有很强的