仪器分析读书报告

分析化学中的联用技术与发展现状1罗欢学号： 15（华中农业大学理学院应用化学0702班）摘要：随着科学的进步，分析仪器联用技术得到了大大的发展。在环境保护，食品分析，物质结构组成分析等应用广泛，有着广阔的发展前景 。 本文主要介绍色谱-色谱，色谱-原子光谱、离子色谱联用技术、色谱-质谱、色谱-傅立叶变换红外光谱、色谱-核磁共振波谱等联用技术在不同领域的应用及其发展现状 。 关键词：分析仪器；联用技术；应用；发展现状正文:人类进入21世纪，科学技术高度发展，先进的分析仪器不断涌现，每一个分析仪器在一定范围内起着独特的作用，并且要在一定的条件下使用。如色谱作为一种分析方法点在于，其最大特点在于能将一个复杂的混合物分离为各自单一组分，但它对于定性分析、结构分析的能力很差，而质谱（MS）、红外光谱（IR）、紫外光谱（UV）、等离子体发射光谱（ICP-AES）和核磁共振波普（NMP）等技术对一个纯组分的结构的确定变得较容易。因此，只有将色谱、固相（微）萃取、膜分离等分离技术与质谱等联用鉴定、检测仪器联用才能得到一个完整的分析，得到丰富的信息与准确的结果。分析仪器联用时非常热门的技术，广泛运用于各个领域一、 色谱-色谱联用技术样品组分较简单时，通常用一根色谱住，一种分离模式即可得到很好的分离，但对于默写较复杂的组分，无论如何优化色谱条件、参数也无法使其中一些组分得到较好的分离，这时可采用色谱-色谱联用技术该技术的短剑是将前以及色谱分不开的组分切换到另一根色谱住后另一种色谱分离模式进行二级分离和分析，是痕量组分与主组分很好分开，以便对痕量组分进行定量定性分析，这种色谱-色谱联用技术也称多为色谱（multidimensional chromatography）。根据需要通过借口可以进行二级后三级色谱分离，以满足分析需求。1.1 气相色谱气相色谱（GCGC）联用2已有30多年的历史，在工业上有广泛应用，已商品化。如采用SE-52毛细管住分析柠檬油时，采用二级分离可以将化合物对应异构体得到很好的分离。1.2 液相色谱液相色谱/质谱（LCLC/MS）联用3已有30余年历史的LC是相当成熟的技术，估计LC的全球市场额达25亿美元年，与GC技术联纨，占据了分析仪器工业的主导地位。近年的增长非常迅速，特别是LCMS等联用技术。液相色谱一质谱仪年销售量4亿美元，预测到2005年，液相色谱一质谱仪的销售额将达到lo亿美元。如今，HPLC在生命科学中的应用已十分普及，最抢眼的课是解决蛋白质组学中的分离问题。对映异构体的分离也仍非常活跃。近几年的发展趋势可概括为以下几个方面：(1)多维(主要是二维)色谁重新受到青睐这是因为生物样品中的成分过于复杂，用光谱技术，通常是用LCMS和LCMSMS进行检定之前，很需要得到彻底的分离和净化。(2)仪器的小型、微型化和进行快速、高通量分析的趋势当前由于已有商品可供应，所以微型化的LC(miew-LC)和使用短的快速柱已被更多的用户所接受，以适应高通量分离。提高分析速度的其它途径是提高压力，譬如说75000psi，但这仍处于实验室阶段；另一措施则是提高温度，本届PITYCON会议上对上世纪70-80年代出现过的将温度作为HPLC一个参数的研究又获得重视。例如，Jon DThompson提倍；他们重点研究了柱的选择性和系统设计问题。Minnesota大学的Peter WCarr也做一种用于常规HPLC的加热器，在1500C和150mLmin下，长链烷基苯的分析时闻与250(：下相比，可缩短60倍。阻碍Lc实现高温或温度梯度技术的拦路虎是色谱柱的硅胶填料在水介质中到70。C就会被破坏。现在有r氧化锫填料(ZirGhrom生产的Zirconia)，其高比表面、窄分布的cIs柱可以经受0。14PH范围和150E高温。Selefity Technologies展出他们可在高温下使用的cs和cts硅胶填料、设备和高温液相色谱仪(HTLC)，使用温度可达200。C。接口技术是LCMS技术的关键。电喷雾电离(ESI)是迄今最成功的在大气压下电离的质谱接口。与所有其它LCMS接口不同，ESI在灵敏度上属于浓度型的装置，即其响应与进入离子源的物质的浓度成正比，而与流速无关。它最佳的工作流速是r,LmiIt量级，十分有利于将其小型或微型化而不殃及灵敏度，也适宜作为低流速的毛细管电泳与质谱联用的接口，因为能形成多电荷离子，所以可以使用有限质量范围的标准质谱仪测量生物大分子。它“特别软”的电离特性，只能获得分子量的信息，所以常用串级技术ms，以获得分子的结构信息。（3） 液相色谱与质谱联用应用特点4液相色谱一质谱联用技术(LCMS)的研究开始于2O世纪7O年代，到9O年代方出现了被广泛接受的商品接口及成套仪器。由于有机化合物的80不能气化，只能用液相色谱分离，特别是近年来发展迅速的生命科学中的分离和纯化也都使用了液相色谱，加之液相色谱一质谱联用的接口问题得到了解决，这些都使得液相色谱一质谱联用技术在近年有了飞速发展。以电喷雾为接口的技术已经在药物、化工、临床医学、分子生物学等许多领域中获得了广泛的应用。1.3 其他联用技术LCLC联用主要用于解决GC分析中和某些复杂样品分离时，基体组成复杂，不能直接进行GC分离与检测的难题。投送过高效液相色谱（HPLC）高效的分离技术与GC高灵敏度的检测技术联用，提高方法的灵敏度与分辨率；超临界流体色谱超临界流体色谱（SFCSFC）及SFCLC、SFCCEC（毛细管电泳）等连用是20世纪90年代发展起来的连用技术，广泛用于复杂样品如食品、生物样品、煤焦油对那个有机化合物、异构体、多环芳香烃、生物大分子（如多糖、蛋白质、核酸等）分离分析，具有多种分离模式可供选者，并有较高的柱效及灵敏度5二、色谱原子光谱联用技术色谱与原子光谱联用技术进展色谱与原子光谱联用可以充分利用色谱的高分离性能和原子光谱的高灵敏度和高选择性的优点，实现优势互补，是解决复杂基体中痕量元素形态分析的重要途径自从1966年Kolb6 等首次阐明了原子吸收光谱法作为GC检测器的潜在能力以来，GC与各种原子光谱分析法的联用技术得到了快速发展在色谱与原子光谱联用技术中所涉及到的分离技术有气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱和毛细管电泳这些分离技术各有所长，已经被广泛应用于原子光谱联用技术的研究中如：气相色谱与原子吸收光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱及电感耦合等离子体质谱联用技术目前已有很多报道7-12另外，高效液相色谱、超临界流体色谱和毛细管电泳与原子光谱联用的技术及其分析应用也有很多报道【13-15】。目前，色谱与原子光谱联用技术已经在环境科学和生命科学等领域的研究中得到了广泛的应用并且，人们预见，它还将在中药现代化、食品安全、商品检验、蛋白质组学、代谢物组学和金属组学的研究领域中发挥重要作用三、色谱与红外光谱的联用进展近年来，气相色谱与傅立叶变换红外光谱联用技术(GCFTIR)发展较快，灵敏度不断提高，应用范围日益扩大16-18这是因为色谱技术以其高灵敏度和高分离效率成为十分理想的分离和定量分析工具。红外光谱能提供十分丰富的结构信息，几乎没有2种不同的物质具有完全相同的红外光谱图，所以红外光谱是一种十分理想的定性分析工具早在2O世纪6O年代初，就曾有人尝试将气相色谱与红外光谱联用，以实现对复杂试样的快速分离鉴定19 直到1969年第一台微机控制的快速扫描傅立叶变换红外光谱仪问世20，GCFTIR联用才开始引起人们的注意但当时此联用技术灵敏度低，使用有限7O年代中后期，随着镀金光管、MCT高灵敏度检测器以及联用软件技术的研制和开发，灵敏度迅速提高，GCFTIR作为GCMS的有效互补分析手段开始步入实用阶段19 8O年代初，随着光管接口的改进，光谱硬件和软件的完善，石英毛细管柱的广泛使用，毛细管柱GCFTIR取得很大的发展198O年代中期，光管接口技术逐步成熟，灵敏度趋于极限但与GCMS相比，检测限仍相差12个数量级21，灵敏度低已成为限制GCFTIR更广泛应用和发展GCFTIRMS多机联用技术的主要障碍近年来，由于国内外学者的探索和研究，GCFTIR联用技术在理论、方法、仪器及实际应用等方面取得可喜进展 随着接口装置、红外光谱仪、数据处理技术的不断发展与完善，GCFTIR联用技术必将在复杂混合物的定性定量分析与鉴定方面取得迅速的发展四、色谱与质谱联用技术的进展8O年代气相色谱已非常成功的与质谱联用，并且随着小型台式四极质谱的发展，质谱已成为气相色谱工作者很好的有一定定性功能的检测，在很多领域的研究中得到了广泛的应用22应用高效毛细管气相色谱进行上百个不同成分的分离23，同时进行质谱测色谱与质谱联用技术的发展主要体现在液相色谱通过各种连接口与各种质谱的联用上直到9O年代初发展出大气压下的液相色谱与质谱的联用接口 (电喷雾接口)和大气压下化学电离接口 (APCI)大气压下的液相色谱与质谱的联用接口一电喷雾接口(ESI)和大气压下化学电离接口(APCI)是利用气体辅助(或加高压)下流动相进行喷雾，将溶剂挥发掉，同时，流动相中的溶质分子在大气压下进行电离这种方式在很大程度上解决了使用LCMS时对流动相的限制，灵敏度也得到了很大的提高除液相色谱和四极质谱的联用之外，利用大气压下的接口，液相色谱、毛细管电泳与最新发展的质谱和正交飞行时间质谱也实现了成功联用现在已有一台飞行时间质谱连接8根液相色谱拄的商品化产品24将四极质谱与飞行时间质谱组成串质谱，结合最新发展的毛细管液相色谱技术组成的CapLc-QTof-Ms-Ms将集成高效毛细管液相色谱、四极质谱与飞行时间质谱的优点成为当前解决复杂样品分离分析的最尖端工具之一五、气相色谱与电感耦合等离子体质谱联用(GCICP-MS)25电感耦合等离子体质谱(ICPMS)，具有灵敏度高、检出限低、选择性好、线性动态范围宽、能够进行多元素同时测定和同位素分析等优点，但在ICP-MS分析中样品元素注入仪器瞬间原子和离子化，得不到有关元素化学形态的信息。而气相色谱(。c)具有分辨率高、分离速度快和效率高等优点，和ICPMS在线耦合(ccICPMS)在一定程度上解决了ICP-MS进行化合物的形态等分析时的困难，具有重要意义。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)作为气相色谱的检测器用于有机锡分析，其电离效率高，敏度高，稳定性好，易实现高通量多通道分析，近年来国外已经有不少研究。Total ion chromatograph of a solution containing 10ppb Cr(VI) and Cr(III)measure on an ICP/MS.the slightly higherCr(III)peak is cause by the Cr(III)found as a backgroud in the eluent.27目前开发用的ICPMS联机仪器作为GC的检测器测量痕量和超痕量由基金属污染物。ICPM S作为GC的检测器可测定10-6级的金属元素,如Cr6+、Cu、Cd、Pb、Hg、Ti、Ba、Be、Ni、M n、As等,选择不同质量数进行测定,还能大大提高其选择性,即使GC不能把干扰成分完全分离,也不会对ICPM S的测定产生影响。GCICPM S的装置是通过接口将GC与ICPM S相连接,用GC将待测成分分离后,用ICPM S得到测定元素的有关信息。GC既可使用填充柱分离,也可使用毛细管柱分离,后者称为高分辨GCICPM S。目前应用GCICPM S技术测定有机锡、有机汞以及铅、锑、砷、硒28-30等有机污染物的技术和方法正在开发研究中六、色谱核磁共振波谱(NM R)联用核磁共振波谱(NM R)是有机化合物结构分析强有力的工具,特别对同分异构体分析十分有效,虽然实现色谱NM R在线联用是当今色谱联用技术中最困难的技术,但有机分析化学工作者一直没有放弃色谱NM R联用技术的研究,目前该技术还不很成熟,应用较少。HPLCNM R联用在应用中的主要问题是如何克服流动相产生的巨大的共振信号干扰,以观察到分析化合物的核磁共振信号,一般为了获得较好的HPLCNM R图谱,要求HPLC柱分离样品量要大些,以提高NM R仪的检测限度。最近NM R领域出现的新技术如溶剂压制技术,超微量探头技术以及高场色谱仪技术等推动了HPLCNM R联用技术的发展。新近出现的LCNM R联用技术可以直接测定经HPLC分离后的各种化合物一维1H-NM R谱图“和静态”操作下的二维NM R谱图,为鉴定化合物的结构提供了精确的、重要的在线结构信息,被认为是快速鉴定化学成分结构方面的一个重大突破26。七、小结与展望综上所述，在色谱一质谱联用技术中，GC-MS应用时间最早，发展也最成熟HPLC-MS近几年应用也日益广泛，发挥的作用越来越大而LC-MSMS联用技术还处于初期发展阶段，它的应用才刚刚起步随着一些国际著名的分析仪器公司和研究机构进一步研究开发，LC-MSMS的应用前景一定广泛但CEMS的应用还很少，具有一定的发展潜力色谱与傅立叶变换红外光谱联用在理论、方法、仪器以及实际应用等方面取得引人注目的进展随着接口装置、红外光谱仪、数据处理技术的不断发展。如石墨炉原子化器已广泛作为与气相色谱、高效液相色谱、离子色谱(IC)等连用的检测器,鉴别和测定大气、水样、生物等样品中的烷基铅、烷基砷、烷基硒、有机锰、有机锡,以及某些元素在自然界和生物体中的分布31-37。同时联用技术也已得到快速发展。随着科研分析工作的深入,各种联用技术不断涌现。在无机分析领域,色谱光谱联用技术起着十分重要的作用,在元素的形态价态分析,元素在环境中的转移、变化等应用研究都有大量报道。有机化合物分析出现了许多的联用技术,每种联用技术解决一定的问题。联用技术已进入全方位发展阶段,将现有的分析仪器与先进的分析技术联用,解决复杂、疑难问题是联用技术发展的主流，总之，各种色谱联用技术，随着色谱技术和接口技术的快速发展，在各个领域将会有广阔的应用前景参考文献：（1）:赵宏.分析联用技术的发展动向.第20卷 第3期 2006年9月(2): 汪正范等编著。色谱联用技术。 化学工业出版杜2007年3月出版(3):孙守承. 气相色谱和高压液相色谱及其与质谱联用技术发展近况.现代仪器.2003年第一期（4）陈晓丽、计仁军、张茹 液相色谱一质谱联用技术在药物及其代谢物的分析应用 黑龙江省农垦职业学院，黑龙江 哈尔滨 （5）KHALEDI MG.High-performance Capillary Electrophoresis. 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