第三章_仪器分析法导论剖析.

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1、第三章农药残留检测技术-仪器分析方法,学习指南,观察思考,课外阅读,复习自测,退出本章,演示文稿,本章目录,色谱法是一种分离技术； 装CaCO3的玻璃柱叫色谱柱； 其中的一相固定不动，称为固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为流动相。 试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱柱中的两相间不断进行着的分配过程。,色谱法的实质是分离，它是根据混合物各组分在互不相溶的两相固定相与流动相中吸附能力、分配系数或其它亲和作用性能的差异作为分离依据的。当混合物各组分随流动相通过固定相时，在流动相与固定相之间进行反复多次分配，使吸附性能或分配系数有微小差别的物质，在移动速度

2、上产生较大差别，从而得到分离。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。,2. 按固定相的固定方式分类,固定相装于柱内的色谱法,柱色谱,平板色谱,固定相呈平板状的色谱法,纸色谱,薄层色谱,3. 按分离过程的机制分类,吸附色谱：利用吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能差异,分配色谱：利用不同组分在两相分配系数不同,离子交换色谱：利用离子交换原理,排阻色谱：利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用,3.色谱法的特点,（1）分离效率高 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。 （2） 灵敏度高 可以检测出g.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-12)级的物质量 （3） 分析速

3、度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析 （4） 样品用量少 (5)可用于定性和定量,蛋白质中含有碳、氢、氧、氮、硫等元素。其中，氮元素极为特别：氮在绝大多数蛋白质中含量相当接近，一般为1517，平均值为16左右。因此，丹麦化学家约翰凯达尔很巧妙地想到，既然氮元素含量稳定，只要准确测量出氮的含量，便能推算出其蛋白质含量。发表于1883年的此方法，无疑为蛋白质的检测做出了巨大贡献。而凯氏定氮法亦有不足之处。最大的问题在于这种方法只能检测氮含量，并不能鉴定蛋白质真伪。不难想象，只要加入含氮量高的物质，就可以骗过凯氏定氮法，轻松获得“高蛋白含量”的称号。,以三聚氰胺为例，其分子式由3个碳

4、原子、6个氢原子和6个氮原子组成，氮含量高达66.7。而牛乳蛋白氮含量只有15.7，大豆蛋白氮含量也仅有16。毋庸置疑，在氮含量比较上，三聚氰胺胜出。难怪，有人把三聚氰胺称做“蛋白精”。,三聚氰胺具有轻微的生物学毒性。早在1945年，美国纽约里德勒实验室两位毒理学专家便发表论文指出，长期给大鼠、兔和狗喂食大剂量三聚氰胺后，会造成其生殖、泌尿系统的损害，以及膀胱、肾部结石，并可以进一步诱发膀胱癌。,国家标准规定了高效液相色谱法、气相色谱-质谱联用法、液相色谱-质谱/质谱法三种方法为三聚氰胺的检测方法，检测定量限分别为2毫克/千克、0.05毫克/千克和0.01毫克/千克。标准适用于原料乳、乳制品以

5、及含乳制品中三聚氰胺的定量测定。,用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法： （1）峰底宽(Wb)：色谱峰两边转折点所画切线与基线相交截距；拐点位于0.607h处。 （2）半峰宽(W1/2)：色谱峰高一半处的宽度 ； （3）标准偏差()：拐点间距离的一半，即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。,3. 区域宽度,Wb=4 ，W1/2 =2.354 ,4. 峰面积 A,峰与基线延长线所包面积，A=1.065hW1/2,14-2-3 保留值,1. 用时间表示的保留值,（2）保留时间（tR）,从进样开始到色谱峰出现极大值时所需的时间；组分的保留时间就是它通过色谱柱所需的时间，也就是组分在柱内运行的时间

6、。,（1）死时间（tM）,不被固定相保留的组分，从进样到出现峰极大值所需要的时间。实际是流动相流经色谱柱所需时间，或组分在流动相中消耗的时间。,对气相色谱，tM指从进样到空气峰（对热导检测器）或甲烷峰（对氢火焰检测器）最高点所经过的时间。,习惯上，tR2 tR1，故 1，标志两峰在色谱图中的相对位置。相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。,3. 相对保留值（选择性因子，ri,s 或）,组分2与组分1调整保留值之比：,1. 基准组分，可以是被测物中某一指定组分，也可人为配制； 2. 组分,色谱分离是基于试样中各组分在两相间平衡分配的差异。

7、平衡分配可用分配系数和容量因子表征。,14-2-4 分配系数和容量因子,组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。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：,K除了与温度、压力有关外，还和组分的性质、固定相和流动相的性质有关。分配系数是色谱分离的依据。不同组分的分配系数的差异，是实现色谱分离的先决条件，分配系数相差越大，越容易实现分离。,1. 分配系数（partion factor） K,例：组分A、B在某气液色谱柱上K分别为495，467，哪个先出峰？,2.容量因子(capacity factor) k,

8、在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：,1. 分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。 2.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，数值越大，该组分的保留时间越长。 3. 分配比可以由实验测得。,容量因子也称： 容量比（capacity factor）、分配比 （partion radio）,从色谱流出曲线上，得到信息是：,（l）根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组份的最少个数 （2）根据色谱峰的保留值(或位置），可以进行定性分析 （3）根据色谱峰下的面积或

9、峰高，可以进行定量分析 （4）色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱柱分离效能的依据 （5）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相(和流动相)选择是否合适的依据,减小A、B、C三项可提高柱效； 存在着最佳流速； A、B、C三项各与哪些因素有关？,14-3-2 速率理论（rate theory）- 影响柱效的因素,A：涡流扩散项； B：分子扩散系数； C：传质阻力项系数； ：流动相平均线速度（cms-1）,1956年，荷兰学者Van Deemter等在研究气液色谱时，提出了色谱过程的动力学理论-速率理论。,1. 涡流扩散项A,A = 2dp dp：载体颗粒的平均直径 ：填充不均匀因子（与载体颗粒大小、

10、分布、填充均匀性等有关）,(1) 存在着浓度差，产生纵向扩散; (2) 扩散导致色谱峰变宽，H(n)，分离变差; (3) 分子扩散项与流速有关，流速，滞留时间，扩散; (4) 扩散系数：Dg (M载气)-1/2 ； M载气，B值。,2. 分子扩散项 B / （纵向扩散项）, ：弯曲因子，反映固定相颗粒的几何形状对分子扩散的阻碍情况，1。 Dm：组分分子在气相中的扩散系数（cm2s-1）,B = 2Dm,3. 传质阻力项 Cu,组分在固相和液相两相间进行反复分配时，遇到阻力。 传质阻力包括固相传质阻力Cg和液相传质阻力CL ，液相传质阻力大于固相传质阻力。 即： C =（Cg + CL）,范第姆

11、特方程，也叫速率方程，对色谱分离条件的选则具有指导意义。它可说明，填充均匀程度、填充物粒度、流动相种类及流速、固定液膜厚度对柱效的影响。,14-5 色谱法重要关系式小结,14-6 色谱定性和定量分析,13-7-1 定性分析,1.利用纯物质定性的方法 通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中的位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。,2.利用相对保留值定性,指组分与基准物的tR的比值，它仅与柱温和固定液性质有关，与其他操作条件无关。因此比保留值定性更方便、可靠。基准物：选取易得到纯品的，而且与被分析组分保留值相近的物质，如：正丁烷、正戊烷、环己烷

12、、苯、对二甲苯、环己醇、环己酮等。 在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。,若未知样品较复杂，可将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。 注意：当进样量很低时，若峰不重合，峰中出现转折，或半峰宽变宽，则一般可肯定试样中不含有与所加已知纯物质相同的化合物。,3.加入已知物增加峰高法,5.用经验规律和文献值定性,当没有待测组分纯标准样品时，可用文献值定 性，或 用气相色谱中的经验规律定性。,6.双柱、多柱定性,对复杂样品，组分较多，在一根柱上可能出现两组分有相同的保留值，若使用双柱或多柱，则原来在一根柱上出现相同保留值的组分，在另一柱上就可能出现不同的

13、保留值，从而实现定性。,7.与其他方法结合,小型化的台式色质谱联用仪（GC-MS；LC-MS） 色谱-红外光谱仪联用仪； 组分的结构鉴定,13-7-2 定量分析,定量分析依据：操作条件一定时，被测组分的质量（或浓度）与检测器给出的响应信号成正比，即,定量分析要解决三个问题： 准确测量检测器的响应信号 峰面积或峰高； 准确求得比例常数 校正因子； 正确选择合适的定量计算方法，将测得的峰面积或峰高换算为 组分的百分含量。,（2）外标法,外标法也称为标准曲线法。,外标法不使用校正因子，准确性较高； 操作条件变化对结果准确性影响较大； 对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的快速分析。,特点及

14、要求：,（3）内标法,内标法是将一定量的纯物质作为内标物加入到准确称量的试样中，根据试样和内标物的质量以及被测组分和内标物的峰面积求出被测组分的含量。,内标物要满足以下要求： 试样中不含有该物质，与被测组分性质比较接近，不与试样发生化学反应； 出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响； 质量与被测物质接近，以保持色谱峰大小差不多。,内标法特点,准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大； ms/m比值恒定，进样量不必准确； 适宜于低含量组分的分析，且不受归一法使用上的局限。 缺点：每次分析要准确称量内标物和试样的质量，对分离度的要求增高。,（1）归一化法,特点及要求： 归一化

15、法简便、准确； 进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大； 仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。,3. 常用的几种定量方法,试样中所有组分的含量之和按100%计算，以它们相应的色谱峰面积或峰高为定量参数。,色谱法导论小结 一.掌握 1.色谱过程、色谱图。 2.有关术语：基线、色谱峰、峰高、峰底宽度、半峰宽、 峰面积。 3.保留值和选择性、柱效率和峰扩展、分离度及分离度公式。 4.色谱定性和定量分析方法。 二.理解 1.塔板理论和塔板、板高和塔板数。 2.速率理论和涡流扩散、分子扩散、传质阻力。 3.范第姆特方程（速率方程）。 三.了解 1.色谱分类法、色谱法的发展。 2.色谱法分析的特

16、点。,1.载气系统 :,形成干净、有恒定压力和流速的载气流，包括气源、气体净化、气体流速控制和测 量,2.进样系统:,进样器和汽化室，汽化室可控制温度为20400,3.色谱柱:,完成样品的分离，包括柱箱、恒温控制装置,4.检测器:,将浓度或质量信号 电信号，包括检测器，控温装置,5.记录系统:,将电信号放大,记录出色谱图,经数据处理 得出结果，现用色谱工作站,3、气相色谱法,气路,色谱柱,进样,检测器,数据记录与处理,二. 分离原理,3、气相色谱法,气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。,1. 分离原理,三. 气相色谱固定相及其选择,有活性的多孔固体,支持物(担体)+固定液,1. 气-固色谱活性多孔固体,固体吸附剂 硅胶、氧化铝、碳质、分子筛等,高分子聚合物 以二乙烯基苯为单体交联聚合 而成的小球,3、气相色谱法,2. 气-液色谱担体+固定液,提供一个大的惰性表面，承载固定液。,3）热稳定性好，有一