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1、中检集团理化检测有限公司 CCIC PHYSICAL&CHEMICAL,色谱组基础知识培训,目 录,索式提取(Soxhlet Extraction，SE) 前处理 超声提取(Ultrasonic Extraction，USE) 微波提取(Microwave Extraction，ME) 气相色谱仪(GC) 仪器分析 气质联用仪(GC-MS) 液相色谱仪,离子色谱仪(IC),高效液相色谱仪(HPLC),前处理-索式提取Soxhlet Extraction,利用溶剂回流和虹吸原理，使固体物质每一次都能为纯的溶剂所萃取。萃取前应先将固体物质研磨细，以增加液体浸溶的面积。然后将固体物质放在滤纸套内，放
2、置于提取管中。当溶剂加热沸腾后，蒸汽通过导气管上升，被冷凝为液体滴入提取器中。当液面超过虹吸管最高处时，即发生虹吸现象，溶液回流入烧瓶，因此可萃取出溶于溶剂的部分物质。就这样利用溶剂回流和虹吸作用，使固体中的可溶物富集到烧瓶内。,优点：提取效率高 缺点：提取的时间较长 消耗溶剂较多 操作略微繁琐,前处理-超声提取Ultrasonic Extraction,利用超声波具有的机械效应，空化效应和热效应，通过增大介质分子的运动速度、增大介质的穿透力，使固体样品不断与溶剂充分接触，从而使固体样品在溶剂中容易分散、乳化，加速了样品在溶剂中的溶解速度。,优点：提取效率高 提取时间短 提取温度低 适用性广
3、设备简单 缺点：超声波能量分布不均匀 随时间变化超声波能量要衰减,前处理-微波提取Microwave Extraction,利用微波能强化溶剂萃取效率，即在密闭容器中用微波加热样品及有机溶剂，将待测有机物组分从样品基体中提取出来的一种方法。,优点：加热均匀，且热效率较高 试剂用量少，节能，污染小 萃取效率高，省时 选择性较好 缺点：设备较为昂贵,前处理-其他,顶空法(Head Space，HS) 吹扫捕集法(Purge and Trap，PT),热脱附法(Thermal Desorption，TD) 固相微萃取(Solid Phase Extraction，SPE),仪器分析-色谱分析理论基础
4、,1、色谱的起源：俄国植物学家茨维特于1906年首先提出。将植物叶的石油醚浸出液倒入填充满碳酸钙的玻璃管，并使用纯的石油醚淋洗，植物叶中的不同色素在玻璃管内得到分离，形成不同颜色的谱带。,随着色谱技术的发展，色谱对象已不再限于有色物质，但“色谱”一词却沿用下来。起分离作用的柱体称“色谱柱”，固定在柱内的填充物称“固定相”，柱内流动的流体称“流动相”,2、色谱分离基本原理： 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。色谱法是利用不同物质在流动相和固定相两相间的分配系数不同，当两相做相对运动时，试验中各组分就在两相中经过反复多次的分配，从而使原来分配系数仅有微小差异的各组分
5、能够彼此分离。,3、色谱流出曲线及有关术语 （1）基线：只有流动相通过检测器时响应信号的记录即为基线。 （2）保留值：试样中各组分在色谱柱内滞留的程度，通常用时间或者相应的载气体积来表示。 （3）区域宽度：即色谱峰宽度。,仪器分析-色谱分析理论基础,4、色谱柱效能 色谱柱的分离效能常根据一对难分离组分的分离情况来判断。如下图所示，左边的图两个峰严重重叠，分离不完全；右边的图两个峰间有一定距离，分离完全。可见要使两组分分离，两组分的保留值要有足够的差别，而且要求峰形较窄。 组分保留值的大小由组分在两相中的分配系数决定，受色谱过程的热力学因素控制，而色谱峰的宽窄则由色谱过程的动力学因素控制。,仪器
6、分析-色谱分析理论基础,仪器分析-色谱分析理论基础,5、色谱定性方法 色谱的定性能力相对较弱，目前主要是和质谱、红外光谱、核磁共振等技术进行联用，将色谱的强分离能力和光谱分析的强鉴定能力相结合。 （1）利用保留值定性：根据不同物质在一定的色谱条件下的保留值来进行定性。该方法局限性较大，结果受色谱条件影响较大。 （2）与其它方法联用定性：质谱、红外光谱、核磁共振等仪器的鉴定能力很强，但不适合复杂混合物的定性鉴定，但如果经过色谱仪的分离后再进行鉴定，则能够得到很好的效果。其中，气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）是目前解决复杂未知物定性问题的有效工具之一，已建成大量化合物的标准谱库，可用于数据的快速
7、处理和检索，给出未知试样各色谱峰的分子结构信息。后面将专门介绍安捷伦科技的GC-MS联用仪。,仪器分析-色谱分析理论基础,6、色谱定量方法 色谱常见的定量方法主要有归一化法、内标法和外标法三种。在这三种方法中都涉及到一个概念：定量校正因子（也叫响应因子，RF）,质量： 100 100 200 面积： 3000 2500 4000,= 含量 面积,引入RF的原因：校正检测器的响应。相同质量的不同物质通过检测器时峰面积不等。,RF是由物质本身性质所决定的常量。,（1）归一化法 当试样中所有组分都能够流出色谱柱，且在色谱图上都显示色谱峰时，可用此法计算其组分含量。,含量 = 面积() 面积() 10
8、0%,假定,所有组分都流出；所有组分都被检测到,优点,简单、快速的定量过程；进样量不要求严格,缺点,所有组分峰都要流出；需测量所有的组分；必须校正所有的峰,仪器分析-色谱分析理论基础,（2）外标法 外标法是以待测成分的对照品作为对照物质，相对比较以求得供试品含量。外标法在操作上可分为校正曲线法和校正因子求算法。,校正曲线法 取纯物质配成不同浓度的标准溶液，利用色谱仪作出峰面积和浓度的关系标准曲线。通过标准曲线直接查出待测组分浓度。,校正因子求算法 根据校正因子利用以下公式直接计算出待测物含量： 含量=面积 pk RF（pk）,优点,缺点,操作和计算简便，无需所有峰都能被检测到,进样量必须准确，
9、仪器要求具有良好的稳定性,仪器分析-色谱分析理论基础,（3）内标法 当试样中所有的组分不能全部出峰，或者试样中各组分含量差异很大，或仅需测定其中某个或某几个组分时，可用此法。,含量= () (内) 面积（） 面积（内） M（内）,注：内标法中常以内标物为基准，即RF（内）=1.0,优点,缺点,进样量和操作条件不严格要求；只对欲分析的组分峰做校正,必须加一个组分进到样品，易增加面积测量误差。,仪器分析-色谱分析理论基础,仪器分析-气相色谱仪(GC),1、气相色谱法的特点和应用 气相色谱法是以气体为流动相的色谱分析法，它具有高效、快速、灵敏。应用范围广等特点。气相色谱法适合分离、分析的试样应该是可
10、挥发、热稳定的，沸点一般不超过500。在目前已知的化合物中，15%20%可用气相色谱直接分析，该方法不适合分析难挥发物质和热不稳定物质。,2、气相色谱分析流程 一般的气相色谱仪由五个部分组成：载气系统、进样系统、色谱柱、检测器、数据系统。,载气,进样口,色谱柱,检测器,数据系统,仪器分析-气相色谱仪(GC),3、色谱柱简介 气相色谱分离是在色谱柱中完成的，因此色谱柱是色谱仪的核心部件。色谱柱主要分为填充柱和毛细管柱两大类，目前气相色谱主要使用的是毛细管柱。气相色谱柱中固定相是影响组分分配系数的主要因素，固定相可以是固体（即气固色谱）或者液体（即气液色谱）。,仪器分析-气相色谱仪(GC),4、气
11、相色谱检测器简介 检测器的作用是将经色谱柱分离后的各组分按其特性及含量转换为相应的电信号，在一定的范围内，信号的大小与进入检测器的物质的质量（或浓度）成正比。,检测器种类虽然多，但常用的仅四五种，其中尤以热导检测器（TCD）和氢火焰离子化检测器（FID）应用最多。,热导检测器,氢火焰检测器,常用检测器,5、气相色谱操作条件的选择 （1）载气的选择：一般为惰性、干燥、纯净的气体，并考虑检测器的种类，TCD常用He（或H2），FID常用N2，GC常用N2，GC-MS联用时常用He。 （2）柱温的选择：柱温的选择应使难分离的两组分达到预期的分离效果，一般柱温应比试样中各组分的平均沸点低2030；对于
12、沸点范围较宽的试样，宜采用程序升温。 （3）进样量和进样时间：进样量太少会导致无法检出、太多会导致色谱峰重叠，液体进样约在0.1L5L，气体进样约在0.1ml10ml。为防止影响分离效果，进样速度必须快，一般在1秒内完成。 （4）气化温度的选择：气化温度一般较柱温高3070，与试样的平均沸点相近，但气化温度也不宜过高，以防试样分解。,仪器分析-气相色谱仪(GC),仪器分析-气质联用仪(GC-MS),一、质谱法基本原理,以某种方式使有机分子电离、碎裂，然后按质荷比大小把各种离子分离，检测它们的强度，并排列成谱，称为质谱法。质谱法是分离和记录离子化的原子或分子的方法。它能够提供有机物的相对分子质量
13、、分子式、所含结构单元及连接次序等信息，是有机物结构分析的重要工具之一。,上图为苯酚的电子轰击质谱图，谱图的纵坐标为离子相对强度（丰度），横坐标是离子的质荷比。有机分子经电子轰击后，将产生多种离子，其中最重要的是分子离子、同位素离子和碎片离子，它们的质荷比及相对强度可提供有机物丰富的结构信息。,二、质谱分析简介,仪器分析-气质联用仪(GC-MS),1、分子离子 分子失去一个价电子后生成的正离子成为分子离子。分子离子是质谱图中最重要的离子，因为：（1）它的质荷比就等于化合物的相对分子质量；（2）它的相对强度表明分子的稳定程度，由此可推测化合物的类型；（3）谱图中所有碎片离子都是由分子离子直接或间
14、接碎裂产生的。 2、同位素离子 组成有机化合物的常见元素中，除了个别元素外，基本都有一个以上的稳定的同位素，它们的相对丰度是恒定的。根据分子离子和它的同位素离子质量和相对强度可以推测有机物中含有元素的种类和原子个数。 3、碎片离子 有机分子被高能电子轰击碎裂后产生的带正电的碎片叫碎片离子。每一个有机分子都有独特的、可以重复的碎裂方式，不同的分子得到不同的质荷比和相对强度的碎片离子，所以可以把它们区别开。,仪器分析-气质联用仪(GC-MS),仪器分析-气质联用仪(GC-MS),三、安捷伦GCMS系统,仪器分析-气质联用仪(GC-MS),安捷伦MS系统简介,1、高效液相色谱法的特点和应用 高效液相
15、色谱法是以液体为流动相的色谱分析法，它在经典色谱理论的基础上，采用了高压泵、化学键合固定相高效分离柱、高灵敏专用检测器等实验技术建立的一种液相色谱分析法。适用于溶解后能制成溶液的样品(包括有机介质溶液)，不受样品挥发性和热稳定性的限制，对分子量大、难气化、热稳定性差的样品及高分子和离子型样品均可检测，用途广泛，可分析80%的有机化合物。,2、高效液相色谱分析流程 一般的高效液相色谱仪由五个部分组成：高压输液系统、进样系统、色谱分离系统、检测系统、数据处理系统。,仪器分析-高效液相色谱仪(HPLC),仪器分析-高效液相色谱仪(HPLC),3、高效液相色谱法的分类 根据使用的固定相和流动相极性的不
16、同，分为正相液相色谱和反相液相色谱： 正相键合相色谱法(Normal phase chromatography)：固定相的极性大于流动相的极性，适用于分离油溶性或水溶性的极性或强极性化合物 反相键合相色谱法(Reversed phase chromatography)：固定相的极性大于流动相的极性，适于分离非极性、极性和离子性化合物。应用最广泛,4、固定相 用来制备键合固定相的载体，几乎都是用硅胶。利用硅胶表面的硅醇基(Si-0H)与有机官能团可成键，即可得到各种性能的固定相。 疏水基团 如不同链长的烷烃（C8和C18）和苯基等 极性基团 如氨丙基，氰乙基、醚和醇等,仪器分析-高效液相色谱仪(HPLC),仪器分析-高效液相色谱仪(HPLC),仪器分析-高效液相色谱仪(HPLC),5、流动相 - 溶剂具有稳定的化学性质 - 溶剂的选择与使用的检测器要有相容性 - 溶剂的粘度要小 - 溶剂的沸点不能太低 - 溶剂的纯度要高且价格便宜 正相：正己烷、正庚烷、乙醚、二氯甲烷、氯仿等，己烷为主体，加入质子接受体乙醚或甲基叔丁基醚，质子给予体氯仿，偶极溶剂二氯甲烷 反相：水、甲醇、乙腈、四氢呋喃、乙醇及其混合物等，以水为主体，加入质子接受体甲醇，质子给予体乙腈，偶极溶剂四氢呋喃。,
