结构化学与色谱分析

1、物质结构与色谱分析法综述材料科学与工程学院左瑾瑜2015000143摘要：各种各样检测器的研究论文层出不穷，如紫外一可见光度检测器，拉曼光谱检测器，荧光检测器，化学发光检测器，质谱检测器，电化学检测器，核磁共振检测器以及光电二极管阵列检测器等等。总之，检测器的研究其共同的方向均朝着灵敏度高、重现性好、响应快、线性范围宽、适应范围广、对流动相流量和温度波动不敏感、死体积小等特性发展。化学发光检测的最大特点是设备简单、可塑性强、分析范围广、分析速度快及灵敏度高，是一种有效的微量和痕量分析手段，已在环境科学、临床检验、药学、工业分析等领域得到广泛的应用。关键词：化学发光 检测器 色谱分析无论是研究药

2、物的化学组成和测定药物组分的含量，还是监督控制食品污染保证食品质量，色谱法是必不可少的有效手段。色谱法作为最主要的分析方法，最初仅仅是一种分离手段，是根据混合物中不同组分在流动相和固定相间具有不同的分配系数，当两相做相对运动时，这些组分在两相间进行反复多次的分配，从而得到分离。直到五十年代，人们才开始把这种分离手段与检测系统连接起来，成为独特的分析方法，是近些年来分析化学中最富有活力的领域之一。作为色谱分析法的一个分支，高效液相色谱法是在本世纪年代末期，在经典液相色谱和气相色谱法的基础上，发展起来的新型技术。液相色谱包括传统的柱色谱、薄层色谱和纸色谱。50年代后气相色谱法在色谱理论分析研究和实

3、验技术上迅速崛起，而液相色谱技术仍停留在经典操作方式，其操作繁琐，分析时间冗长，因而未收到重视。60年代以后，随气相色谱法对高沸点有机物分析局限性的逐渐显现，人们又重新认识到液相色谱法可弥补气相色谱法的不足之处。60年代末随色谱理论的发展，色谱工作者己认识到采用微粒固定相是提高柱效的重要途径，随着微粒固定相的研制成功，液相色谱仪制造商在借鉴了气相色谱仪研制经验的基础上，成功制造了高压输液泵和高灵敏度检测器，从而使液相色谱重获新生。以液体为流动相的色谱法称为液相色谱法。用常压输送液体流动相的方法为经典液相色谱法，这种色谱法的柱效能低、分离周期长。高效液相色谱法是在经典液相色谱的基础上发展起来的一

4、种色谱方法，是现代分离测定的重要手段。与经典的液相色谱法相比，高效液相色谱法具有下列主要优点：应用了颗粒极细（一般为10以下、）规则均匀的固定相，传质阻抗小，柱效高，分离效率高；采用高压输液泵输送流动相，流速快，一般试样的分析需数分钟，复杂试样分析在数十分钟内即可完成；广泛使用了高灵敏检测器，大大提高了灵敏度。目前，己经发展了多种不同的固定相，有多种不同的分离模式，使高效液相色谱法的应用范围不断扩大。鉴于其简便快速、灵敏准确，目前在医药卫生、食品、环保等各个领域已得到了广泛的应用。随着色谱技术的发展，结合计算机各种软件的开发，使与各种检测仪器联用，更加拓宽了的应用范围。高效液相色谱仪主要由输液

5、泵、色谱柱、检测器、记录器等组成。它将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等作为流动相，用输液泵将流动相压入装有填充剂的色谱柱，注入样品溶液，经流动相带入柱内，在填充剂上分离后，各成分先后进入检测器，记录色谱图，进行定性定量分析。近年来，高效液相色谱仪的各个组成部件都有新的发展，使分析更加灵敏准确、简便快速。特别是联用技术的发展，使之在药物分析、环境监测及生命科学等领域的应用更具重要意义。从上个世纪70年代以来，人们经过努力已研究和开发了多种检测器，如紫外可见光检测器(UV-VIS)、光电二极管阵列检测器(PDA)、荧光检测器(FLD)、示差折光检测器(RID)、电化学检测器(E

6、CD)、蒸发激光散射检测器(ELSD)、光电导检测器(PCD)、磁旋光检测器(MDR)、放射性检测器(RD)、热离子化检测器(TID)、化学发光检测器(CLD)和质谱(MS)检测器等等。目前应用最为广泛的紫外检测器一般只能检出在仪器特定波长下有光吸收的化合物，近年来发展的光电二极管阵列检测器虽然能对柱后流出物进行不停留的瞬间波长快速扫描，获得光吸收，波长和时间的三维色谱一光谱图，可以获得更多的定性和色谱峰纯度鉴定信息，但由于其光程太短(小于100)，定量分析时灵敏度不高；示差折光检测器虽然也较为通用，可是检测灵敏度低，根本满足不了微量物质检测的需要荧光检测器或激光诱导荧光检测器具有高的灵敏度，

7、主要缺点是仅适用于天然荧光或易于用荧光试剂标记或染色物质的检测电化学检测器灵敏度虽然不依赖于进样体积，避免了光检测器遇到光程短的问题，但需要有效地消除分离电压的影响及电极表面的污染问题且检测物质必须具有良好的电化学活性质谱对于HPLC倒是一种灵敏和通用的检测器，但由于价格昂贵或接口技术问题迄今还未能普及。自从1974年Hartkop首次报道了液相化学发光检测法，30多年来，这种检测技术得到了飞速的发展，已广泛地应用于冶金、化工、环保、生物、医学、药学和临床等组分复杂、含量低的样品分析。与其他检测方法相比，CL检测是建立在氧化还原反应所引起的能量转移原理基础上，一般情况下需要两种或者两种以上物质

8、混合反应，才可能产生发光现象。所以，HPLC检测装置往往包括输液泵、色谱柱、混合器和CL检测器，其中CL检测器由发光流通池和光电转换装置组成。化学发光(chemiluminescence，CL)检测的最大特点是设备简单、可塑性强、分析范围广、分析速度快及灵敏度高，是一种有效的微量和痕量分析手段，已在环境科学、临床检验、药学、工业分析等领域得到广泛的应用。但是，化学发光检测也存在着选择性差的问题，从而限制了这一方法的应用范围。将高灵敏度的CL检测手段与高分辨的高效液相色谱、毛细管电泳和微流控芯片等分离技术相结合，成为一种理想的分离分析方法，得到人们的广泛重视。20世纪80年代的毛细管电泳和90年

9、代初微流控芯片的出现、分析仪器的微型化和进样量少的要求向科研人员提出了要解抉高灵敏度检测的问题，而CL不需要外加光源和灵敏度高的两大特点成为微量检侧法研究的热点，美国分析化学杂志每年都发表多篇与CL有关的论文。由于仪器简单，可研究的内容丰富，我国的CL研究也相当活跃，但是在CL联用技术方面的研究还相对比较少。化学发光是指在没有任何光、电、热的作用下，只是由于反应体系中某种物质(反应物、产物、中间体或荧光物质)的分子吸收了反应所释放的能量而由基态跃迁至激发态，然后再从激发态返回基态，同时将能量以光辐射的形式释放出来，产生化学发光的现象。在固相、液相、气相反应中均能观察到化学发光。常用的化学发光反

10、应可归纳成两类，第一种类型，反应物A和B反应生成激发态的C，激发态的C回到基态时产生光辐射。第二种类型，反应物A和B反应生成激发态的C，激发态的C把能量转移光物质F，激发态的F回到基态产生光辐射。可见任何一个化学发光反应都包括两个关键步骤：激发和发射。因此，能产生化学发光的反应必须满足以下几个条件：第一是反应必须能够提供足够的激发能。通常只有那些反应速度相当快的放能反应，其焙变介于170-300之间，才能在可见光范围内观察到化学发光现象。第二是化学反应的能量至少能被一种物质所接受并产生激发态。最后，处于激发态的分子或原子能够释放出光子或者将其能量转移给另一个分子，使此分子激发，然后以辐射光子的

11、形式回至基态。化学发光强度（）取决于反应的速度（）和化学发光量子效率（）。 式中可表示为：，其中为化学发光的反应效率；为基态分子的激发效率；是处于激发态的分子的发光效率。对于一定的化学发光反应，为一定值，其反应速度可按质量作用定律表示出与反应体系中物质浓度的关系。因此，通过测定化学发光强度就可以测定反应体系中某种物质的浓度。原则上讲，对任何化学发光反应，只要反应是一级或假一级反应，都可以通过公式(1-1)进行化学发光定量分析。例如，在上述化学发光反应中，如果B保持恒定，而物质A的浓度变化可视为一级或假一级反应，则即化学发光强度与A的浓度成正比。一个化学反应要产生化学发光必须满足以下条件：第一是

12、该反应必须能够第章综述提供足够的能量且可以被某种反应产物或是中间体吸收，使之处于激发态，在许多氧化还原反应中所提供的能量都能满足此条件，因此大多数氧化还原反应都是化学发光反应；第二，是化学反应的能量至少能被一种物质所接受并使之生成激发态。对于有机分子的液相化学发光而言，从能量上看，容易生成激发态产物的往往是一些芳香族化合物和拨基化合物；第三，处于激发态的分子或原子必须具有一定的化学发光量子效率使其能释放出光子，或者能够转移它的能量给另一个分子使之进入激发态并释放出光子。由此可见，能够用于HPLC柱后检测的化学发光是由一些高能量、不放热、不做电功或其它功的化学反应所释放的能量，去激发体系中某些化

13、学物质分子而产生的次级光发射，利用产生的化学发光来对经色谱分离的被分析化合物进行测定。而有相关文献已经应用化学发光检测，例如：高效液相色谱一化学发光测定食品中的香兰素，香兰素是一种食品添加剂，广泛存在糖果，食品，烟草，饮料中，目前，国内外对香兰素的分析方法研究已有所报道，有安培电流法，紫外吸收光度法，液相色谱法，气相色谱法，化学发光，液相色谱一质谱法，气相色谱一质谱法，毛细管电泳法，微分脉冲溶出伏安法。尽管这些方法有其优点，但是还存在如灵敏度不高、仪器成本大和操作相对复杂等缺点。作者采用化学发光分析法测定香兰素取得了良好的效果。液相色谱化学发光检测是将化学发光的高灵敏度、设备简单、线性范围宽等

14、优点和液相色谱的高分离效率相结合，同时提高了化学发光检测的选择性。化学发光检测法是灵敏的检测方法之一，比普通荧光检测器一般高出两个数量级，但某些CL反应体系与色谱体系相祸合的条件需要进一步研究和优化。为了拓宽分析物的范围，与红外、质谱、NMR的联用及其衍生化技术的深入研究仍是十分重要的。如何对实际样品提供出可靠定量数据，并且研制出自动化程度高，灵敏度更好的化学发光检测器并使所研制的检测器商品化，也是今后的目标之一。此外，HPLC-CL检测技术在我国目前主要以获得新原理、新技术、新方法为主要目的的研究居多，大都还只限于实验室研究水平，尚未把该技术完全投入到实际应用中。一旦所建立的分析方法在选择性、灵敏度及操作方便方面达到实际应用水平，仅仅在污染物检测的环保领域所产生的社会效益和经济效益将是非常巨大的，不仅如此还可以应用到生化、医药、工业、农业、商检、法检等诸多领域中复杂、低含量组分的检测与研究中。这一检测技术在痕量及超痕量分析研究和应用中会显