計(jì)量論壇

標(biāo)題: 儀器分析總結(jié)(考試) [打印本頁]

作者: ycjlzxj 時間: 2007-5-2 00:18
標(biāo)題: 儀器分析總結(jié)(考試)
什麼是儀器分析？

一般的說，儀器分析是指采用比較復(fù)雜或特殊的儀器設(shè)備，通過測量物質(zhì)的某些物理或物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)及其變化來獲取物質(zhì)的化學(xué)組成、成分含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息的一類方法。

這些方法一般都有獨(dú)立的方法原理及理論基礎(chǔ)。
儀器分析的分類

1.光分析法

光譜法和非光譜法

非光譜法是指那些不以光的波長為征的尋號，僅通過測量電磁幅射的某些基本性質(zhì)（反射，折射，干射，衍射，偏振等）。

光譜法則是以光的吸收，發(fā)射和拉曼散射等作用而建立的光譜方法。這類方法比較多，是主要的光分析方法。
2. 電分析化學(xué)方法

以電訊號作為計(jì)量關(guān)系的一類方法, 主要有五大類:

電導(dǎo)、電位、電解、庫侖及伏安。
3. 色譜法

是一類分離分析方法, 主要有氣相色譜和液相色譜。
4. 其它儀器分析方法

① 質(zhì)譜， ② 熱分析，③ 放射分析
一.原子光譜的產(chǎn)生

原子的核外電子一般處在基態(tài)運(yùn)動，當(dāng)獲取足夠的能量后，就會從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定（壽命小于10-8 s），迅速回到基態(tài)時，就要釋放出多余的能量，若此能量以光的形式出顯，既得到發(fā)射光譜。

激發(fā)電位:
從低能級到高能級需要的能量.
共振線:

具有最低激發(fā)電位的譜線.

原子線(Ⅰ)
離子線(Ⅱ,Ⅲ)
相似譜線

Ni = N0 gi/g0 e-Ei/kT
(2)
gi,g0 為激發(fā)態(tài)和基態(tài)的統(tǒng)計(jì)權(quán)，Ei為激發(fā)電位，K為Boltzmann常數(shù)，T為溫度。
2）代入（1）得：
Iij = gi/g0AijhυijN0e-Ei/kT

此式為譜線強(qiáng)度公式。
Iij 正比于基態(tài)原子N0 ，也就是說 Iij ∝C，這就是定量分析依據(jù)。影響Iij的因素很多，分別討論如下：

1．光譜項(xiàng)
原子光譜是由原子外層的價電子在兩能級間躍遷而產(chǎn)生的，原子的能級通常用光譜項(xiàng)符號來表示：

n2S+1LJ
or
n M LJ

n為主量子數(shù)；L為總量子數(shù)；S為總自旋量子數(shù)；J為內(nèi)量子數(shù)。M=2S+1,稱為譜線的多重性。J又稱光譜支項(xiàng)。

躍遷遵循選擇定則：
1．主量子數(shù)n變化，Δn為整數(shù)，包括0。
2．總角量子數(shù)L的變化，ΔL=±1。
3．內(nèi)量子數(shù)J變化，ΔJ=0，±1。但當(dāng)J=0時， ΔJ=0的躍遷是禁戒的。
4．總自旋量子數(shù)S的變化，ΔS=0，即單重項(xiàng)只躍遷到單重項(xiàng)，三重項(xiàng)只躍遷到三重項(xiàng)。

2.自蝕

在譜線上，常用r表示自吸，R表示自蝕。

在共振線上，自吸嚴(yán)重時譜線變寬，稱為共振變寬

擊穿電壓：使電極間擊穿而發(fā)生自持放電的最小電壓。

自持放電：電極間的氣體被擊穿后，即使沒有外界的電離作用，仍能繼續(xù)保持電離，使放電持續(xù)。

燃燒電壓：自持放電發(fā)生后，為了維持放電所必需的電壓。

由激發(fā)態(tài)直接躍遷至基態(tài)所輻射的譜線稱為共振線。由較低級的激發(fā)態(tài)（第一激發(fā)態(tài)）直接躍遷至基態(tài)的譜線稱為第一共振線，一般也是元素的最靈敏線。當(dāng)該元素在被測物質(zhì)里降低到一定含量時，出現(xiàn)的最后一條譜線，這是最后線，也是最靈敏線。用來測量該元素的譜線稱分析線。

⑵.分辯率

實(shí)際分辯率：指攝譜儀的每毫米感光板上所能分辯開的譜線的條數(shù)。或在感光板上恰能分辨出來的兩條譜線的距離。
理論分辯率

R=λ/Δλ
注：λ為兩譜線的平均值，Δλ為它們的差值。

b.平面光柵
Δ=d(sinφ+sinφ′)
當(dāng) Δ=±Kλ, 則
Kλ=d(sinφ+sinφ′)
-----為光柵公式.

例：對一塊寬度為50mm，刻線數(shù)為600條/mm的光柵，它的一級光柵的分辯能力為多少？
解：R=1×50×600=3×104

此時，在6000埃附近的兩條譜線的距離為多少？
解：Δλ=λ/R =6000/3000=0.2 埃

當(dāng)內(nèi)標(biāo)元素的含量一定時，C2為常數(shù)；又當(dāng)內(nèi)標(biāo)線無自吸時，b2=1
此時，
I2 = a2
分析線對的強(qiáng)度可表示為：

I1/I2 = a Cb
取對數(shù)后，得到 :

log R = log（I1/I2）

= b log C + log a
此為內(nèi)標(biāo)法定量分析的基本公式。

使用內(nèi)標(biāo)法必須具備下列條件：
1.分析線對應(yīng)具有相同或相近的激發(fā)電位和電離電位。
2.內(nèi)標(biāo)元素與分析元素應(yīng)具有相近的沸點(diǎn)，化學(xué)活性及相近的原子量。
3.內(nèi)標(biāo)元素的含量，應(yīng)不隨分析元素的含量變化而變化。
4．內(nèi)標(biāo)線及分析線自吸要小。
5．分析線和內(nèi)標(biāo)線附近的背景應(yīng)盡量小。
6．分析線對的波長，強(qiáng)度及寬度也盡量接近。

原子吸收光譜法(AAS)
一. 基本原理:它是基于物質(zhì)所產(chǎn)生的原子蒸氣對特定譜線的吸收作用來進(jìn)行定量分析的一種方法。
基態(tài)
第一激發(fā)態(tài)，又回到基態(tài)，發(fā)射出光譜線，稱共振發(fā)射線。
同樣從基態(tài)躍迂至第一激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的吸收譜線稱為共振吸收線（簡稱為共振線）。

銳線光源
空心陰極燈:即發(fā)射線半寬度遠(yuǎn)小于吸收線半寬度光源.
當(dāng)用線光源時, 可用K0 代替 Kν ,用吸光度表示: A=lgI0/I=lg[1/exp(-K01)]=0.43K01

A= k·N·1

銳線光產(chǎn)生原理:在高壓電場下, 陰極向正極高速飛濺放電, 與載氣原子碰撞, 使之電離放出二次電子, 而使場內(nèi)正離子和電子增加以維持電流。載氣離子在電場中大大加速, 獲得足夠的能量, 轟擊陰極表面時, 可將被測元素原子從晶格中轟擊出來, 即謂濺射, 濺射出的原子大量聚集在空心陰極內(nèi), 與其它粒子碰撞而被激發(fā), 發(fā)射出相應(yīng)元素的特征譜線-----共振譜線。
化學(xué)計(jì)量火焰
由于燃?xì)馀c助燃?xì)庵扰c化學(xué)計(jì)量反應(yīng)關(guān)系相近，又稱為中性火焰，這類火焰, 溫度高、穩(wěn)定、干擾小背景低，適合于許多元素的測定。
富燃火焰
指燃?xì)獯笥诨瘜W(xué)元素計(jì)量的火焰。其特點(diǎn)是燃燒不完全，溫度略低于化學(xué)火焰，具有還原性，適合于易形成難解離氧化物的元素測定；干擾較多，背景高。
貧燃火焰
指助燃?xì)獯笥诨瘜W(xué)計(jì)量的火焰，它的溫度較低，有較強(qiáng)的氧化性，有利于測定易解離，易電離元素,如堿金屬。
光譜通帶：
W = D·S

被測元素共振吸收線與干擾線近，選用W要小，干擾線較遠(yuǎn)，可用大的W，一般單色器色散率一定，僅調(diào)狹縫確定W。
物理干擾: 是指試液與標(biāo)準(zhǔn)溶液物理性質(zhì)有差別而產(chǎn)生的干擾。粘度、表面張力或溶液密度等變化，影響樣品霧化和氣溶膠到達(dá)火焰的傳遞等會引起的原子吸收強(qiáng)度的變化。非選擇性干擾。消除方法：配制被測試樣組成相近溶液，或用標(biāo)準(zhǔn)化加入法。濃度高可用稀釋法
化學(xué)干擾: 化學(xué)干擾是指被測元原子與共存組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物，影響被測元素原子化。
電離干擾:在高溫下原子會電離使基態(tài)原子數(shù)減少, 吸收下降, 稱電離干擾. 消除的方法是加入過量消電離劑, 所謂的消電離劑, 是電離電位較低的元素, 加入時, 產(chǎn)生大量電子, 抑制被測元素電離.
光譜干擾:吸收線重疊待測元素分析線與共存元素的吸收線重疊
背景干擾:背景干擾也是光譜干擾，主要指分子吸與光散射造成光譜背景。分子吸收是指在原子化過程中生成的分子對輻射吸收，分子吸收是帶光譜。光散射是指原子化過程中產(chǎn)生的微小的固體顆粒使光產(chǎn)生散射，造成透過光減小，吸收值增加。背景干擾，一般使吸收值增加。產(chǎn)生正誤差。
標(biāo)準(zhǔn)加入法:
Ax = k C
A0 = k（C0 + Cx）
Cx = AxC0/（A0-Ax）
標(biāo)準(zhǔn)加入法能消除基體干擾，不能消背景干擾。使用時，注意要扣除背景干擾。
習(xí)慣靈敏度
現(xiàn)定義：特征濃度，是指產(chǎn)生1%吸收時，水溶液中某元素的濃度。通常用mg/ml/1%表示
半反應(yīng)式的寫法及電極符號:
Ox +
ne- = Red

以還原形式表示，規(guī)定金屬電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成電池時，金屬帶靜電的符號為正電荷時，則其電極電位為正值，金屬帶負(fù)電荷時，則其電極電位為負(fù)值。推廣之，任何兩電極組成的電池，正者即為“正極”，負(fù)者即為“負(fù)極”。
化學(xué)電池是化學(xué)能與電能互相轉(zhuǎn)換的裝置．能自發(fā)地將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置稱為原電池；而需要從外部電源提供電能迫使電流通過，使電池內(nèi)部發(fā)生電極反應(yīng)的裝置稱為電解電池。當(dāng)電池工作時，電流必須在電池內(nèi)部和外部流通，構(gòu)成回路。電流是電荷的流動，外部電路是金屬導(dǎo)體，移動的是帶負(fù)電荷的電子。電池內(nèi)部是電解質(zhì)溶液，移動的是分別帶正、負(fù)電荷的離子。為使電流能在整個回路中通過，必須在兩個電極的金屬／溶液界面處發(fā)生有電子躍遷的電極反應(yīng)，即離子從電極上取得電子，或?qū)㈦娮咏唤o電極。通常將發(fā)生氧化反應(yīng)的電極（離子失去電子）稱為陽極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極（離子得到電子）稱為陰極。
寫電池式的規(guī)則：
（1）左邊電極進(jìn)行氧化反應(yīng)，右邊電極進(jìn)行還原反應(yīng)。
（2）電極的兩相界面和不相混的兩種溶液之間的界面、都用單豎線“︱”表示。當(dāng)兩種溶液通過鹽橋連接時，已消除液接電位時，則用雙豎線“‖”表示。
（3）電解質(zhì)位于兩電極之間。
（4）氣體或均相電極反應(yīng)，反應(yīng)本身不能直接作電極，要用惰性材料作電極，以傳導(dǎo)電流，在表示圖中要指出何種電極材料（如Pt, Au, c等）。
（5）電池中的溶液應(yīng)注明濃（活）度，如有氣體則應(yīng)注明壓力，溫度，若不注明系指攝氏25oC和1大氣壓。
發(fā)生氧化反應(yīng)的電極稱為陽極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為陰極。
而電極的正和負(fù)是由兩電極二者相比較，正者為正，負(fù)者為負(fù)。也就是說，陽極不一定是正極，負(fù)極也不一定是陰極。
膜電位: 膜電位是膜內(nèi)擴(kuò)散電位和膜與電解質(zhì)溶液形成的內(nèi)外界面的Dinann電位的代數(shù)和。
φM
=
φD外 +
φd
+
φD內(nèi)
選擇電極電位φISE:φISE=φ內(nèi)參+φM＝k* ±RT/FlnαI外
k*內(nèi)包括了φd，φ內(nèi)參，αⅡ，αI內(nèi)常數(shù)。
E電= φ SCE —φISE
對參比電極的要求要有“三性”（1）可逆性
有電流流過（μA）時，反轉(zhuǎn)變號時，電位基本上保持不變。（2）重現(xiàn)性
溶液的濃度和溫度改變時，按Nernst 響應(yīng)，無滯后現(xiàn)象。（3）穩(wěn)定性
測量中電位保持恒定、并具有長的使用壽命。
抗原是一種進(jìn)入機(jī)體后能刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)的物質(zhì)．它可能是生物體（如各種微生物），也可能是非生物體（如各種異類蛋白、多糖等）.
設(shè)在鉑電極上電解硫酸銅溶液（裝置見圖15k-l）。當(dāng)外加電壓較小時，不能引起電極反應(yīng)，幾乎沒有電流或只有很小電流通過電解池。如繼續(xù)增大外加電壓，電流略為增加，直到外加電壓增加至某一數(shù)值后，通過電解池的電流明顯變大。這時的電極位位稱析出電位(φ析),電池上的電壓稱分解電壓(E分).而發(fā)生的電解現(xiàn)象是,陰極上Cu2+離子比H+離子更易被還原
Faraday定律:電解過程中，在電極上析出的物質(zhì)的重量與通過電解池的電量之間的關(guān)系，遵守Faraday定律
電流效率ηe為:
ηe＝ie/（ie+is+iimp）×100％＝ie/ iT ×100％
由恒電流發(fā)生器產(chǎn)生的恒電流通過電解池，被測物質(zhì)直接在電極上反應(yīng)或在電極附近由于電極反應(yīng)產(chǎn)生一種能與被測物質(zhì)起作用的試劑,當(dāng)被測物質(zhì)作用完畢后，由指示終點(diǎn)的儀器發(fā)出信號，立即關(guān)掉計(jì)時器。由電解進(jìn)行的時間t（S）和電流強(qiáng)度（A），可求算出被測物質(zhì)的量W（g）。此法又稱為控制電流庫侖滴定法，簡稱為庫侖滴定法。
這種方法并不測量體積而測量電量。它與普通容量分析法突出的不同點(diǎn)在于，滴定劑不是由滴定管向被測溶液中滴加，而是通過恒電流電解在試液內(nèi)部產(chǎn)生，電生滴定劑的量又與電解所消耗的電量成正比。因此，可以說庫侖滴定是一種以電子作一滴定劑的容量分析。
在電解池中，上述三種傳質(zhì)過程總是同時發(fā)生的．然而，在一定條件下起主要作用的往往只有其中的一種或兩種．例如，即使不攪拌溶液，在離電極表面較遠(yuǎn)處液流速度的數(shù)值往往比電極附近的大幾個數(shù)量級，因而擴(kuò)散和電遷傳質(zhì)作用可以忽略不計(jì)．但是，在電極表面附近的薄層液體中，液流速度卻一般很小，因而起主要作用的是擴(kuò)散及電遷過程．如果溶液中除參加電極反應(yīng)的粒子外還存在大量不參加電極反應(yīng)的“惰性電解質(zhì)”，則粒子的電遷速度將大大減小．在這種情況下，可以認(rèn)為電極表面附近薄層液體中僅存在擴(kuò)散傳質(zhì)過程．這就是伏安和極譜需要的研究條件。
充電電流(ic)—電容電流—非Faraday電流
擴(kuò)散電流(i)—極限擴(kuò)散電流(id)

極限電流(iI)=id+ir
遷移電流(im)—電場引起
殘余電流(ir)→iF+ic
氧化電流(ia)—還原電流(ic)

擴(kuò)散→濃差極化→完全濃差極化
溶出安伏法包含電解富集和電解溶出兩個過程．首先是電解富集過程．它是將工作電極固定在產(chǎn)生極限電流電位（圖）進(jìn)行電解，使被測物質(zhì)富集在電極上．為了提高富集效果，可同時使電極旋轉(zhuǎn)或攪拌溶液，以加快被測物質(zhì)輸送到電極表面．富集物質(zhì)的量則與電極電位、電極面積、電解時間和攪拌速度等因素有關(guān)。
極譜催化波是一種動力波．動力波則是一類在電極反應(yīng)過程中同時還受某些化學(xué)反應(yīng)速度所控制的極譜電流．根據(jù)有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的情況，可以將其分為三種類型：先行反應(yīng)簡稱CE過程，平行反應(yīng)簡稱EC（R）過程，后行反應(yīng)簡稱EC過程．

質(zhì)譜法是通過將樣品轉(zhuǎn)化為運(yùn)動的氣態(tài)離子并按質(zhì)荷比(M／Z)大小進(jìn)行分離并記錄其信息的分析方法。所得結(jié)果以圖譜表達(dá)，即所謂的質(zhì)譜圖（亦稱質(zhì)譜，Mass Spectrum）。根據(jù)質(zhì)譜圖提供的信息可以進(jìn)行多種有機(jī)物及無機(jī)物的定性和定量分析、復(fù)雜化合物的結(jié)構(gòu)分析、樣品中各種同位素比的測定及固體表面的結(jié)構(gòu)和組成分析等。
而在實(shí)際工作中，有時很難找到相鄰的且峰高相等的兩個峰，同時峰谷又為峰高的10％。在這種情況下，可任選一單峰，測其峰高5％處的峰寬W0.05，即可當(dāng)作上式中的Δm，此時分辨率定義為
R = m/W0.05
質(zhì)譜儀的分辨本領(lǐng)由幾個因素決定：（i）離子通道的半徑；(ii）加速器與收集器狹縫寬度；（iii）離子源的性質(zhì)。
質(zhì)譜儀的靈敏度有絕對靈敏度、相對靈敏度和分析靈敏度等幾種表示方法。
絕對靈敏度是指儀器可以檢測到的最小樣品量；相對靈敏度是指儀器可以同時檢測的大組分與小組分含量之比；分析靈敏度則指輸入儀器的樣品量與儀器輸出的信號之比。

質(zhì)量分析器的主要類型有：磁分析器、飛行時間分析器、四極濾質(zhì)器、離子捕獲分析器和離子回旋共振分析器等。
分子離子峰:試樣分子在高能電子撞擊下產(chǎn)生正離子
分子離子的質(zhì)量對應(yīng)于中性分子的質(zhì)量，這對解釋本知質(zhì)譜十分重要。幾乎所有的有機(jī)分子都可以產(chǎn)生可以辨認(rèn)的分子離子峰，有些分子如芳香環(huán)分子可產(chǎn)生較大的分子離子峰，而高分子量的烴、脂肪醇、醚及胺等則產(chǎn)生較小的分子離子峰。若不考慮同位素的影響，分子離子應(yīng)該具有最高質(zhì)量。分子中若含有偶數(shù)個氮原子，則相對分子質(zhì)量將是偶數(shù)；反之，將是奇數(shù)。這就是所謂的“氮律”。

由于分子離子峰的相對強(qiáng)度直接與分子離子穩(wěn)定性有關(guān)，其大致順序是：
芳香環(huán)＞共軛烯＞烯＞脂環(huán)＞羰基化合物＞直鏈碳?xì)浠衔铮久眩局景罚舅幔敬迹局ф湡N

在同系物中，相對分子質(zhì)量越大則分子離子峰相對強(qiáng)度越小。
在低分辨的質(zhì)譜儀上，則可以通過同位素相對豐度法推導(dǎo)其化學(xué)式，同位素離子峰相對強(qiáng)度與其中各元素的天然豐度及存在個數(shù)成正比，對于一個CwHxNyOz的化合物，其同位素離子峰(M+l)+、(M＋2)+與分子離子峰M+的強(qiáng)度之比為
原子熒光光譜法是1964年以后發(fā)展起來的分析方法。原子熒光光譜法是以原子在輻射能激發(fā)下發(fā)射的熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的發(fā)射光譜分析法。但所用儀器與原子吸收光譜法相近。
原子熒光光譜的產(chǎn)生
氣態(tài)自由原子吸收特征輻射后躍迂到較高能級，然后又躍遷回到基態(tài)或較低能級。同時發(fā)射出與原激發(fā)輻射波長相同或不同的輻射即原子熒光。
原子熒光為光致發(fā)光，二次發(fā)光，激發(fā)光源停止時，再發(fā)射過程立即停止。
原子熒光的類型
原子熒光分為共振熒光，非共振熒光與敏化熒光等三種類型，如圖所示為熒光產(chǎn)生的過程（見圖）。
(1)共振熒光
發(fā)射與原吸收線波長相同的熒光為共振熒光。
(2)非共振熒光
熒光的波長與激發(fā)光不同時，稱非共振熒光。 ( i. 直躍線熒光，ii. 階躍線熒光，iii.
anti—stores熒光。i和ii均為Stores熒光。）
(3)敏化熒光
受激發(fā)的原子與另一種原子碰撞時，把激發(fā)能傳遞給另一個原子使其激發(fā)，后者再從輻射形式去激發(fā)而發(fā)射熒光即為敏化熒光。
熒光猝滅
受激原子和其他粒子碰撞，把一部分能量變成熱運(yùn)動與其他形式的能量，因而發(fā)生無輻射的去激發(fā)過程。

不動的一相，稱一為固定相；另一相是攜帶樣品流過固定相的流動體，稱為流動相。
不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)進(jìn)入色譜柱時，從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值所需的時間稱為死時間
試樣從進(jìn)樣開始到柱后出現(xiàn)峰極大點(diǎn)時所經(jīng)歷的時間，稱為保留時間
某組份的保留時間扣除死時間后稱為該組份的調(diào)整保留時間，即
tR′ = tR-tM
死體積可由死時間與流動相體積流速F0（L／min）計(jì)算：
VM = tM·F0

指從進(jìn)樣開始到被測組份在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時所通過的流動相體積。保留體積與保留時間t。的關(guān)系如下：
VR = tR·F0
某組份的保留體積扣除死體積后，稱該組份的調(diào)整保留體積，即
VR′ = VR- VM
某組份2的調(diào)整保留值與組份1的調(diào)整保留值之比，稱為相對保留值(必須注意，相對保留值絕對不是兩個組份保留時間或保留體積之比.)
α總是大于1的。
W1/2 = 2.354σ
W = 4σ
從色譜流出曲線上，可以得到許多重要信息：

（l）根據(jù)色譜峰的個數(shù)，可以判斷樣品中所合組份的最少個數(shù)．

（2）根據(jù)色譜峰的保留值(或位置），可以進(jìn)行定性分析．

(3) 根據(jù)色譜峰下的面積或峰高，可以進(jìn)行定量分析．

（4）色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾龋窃u價色譜柱分離效能的依據(jù)．

（5）色譜峰兩峰間的距離，是評價固定相(和流動相)選擇是否合適的依據(jù)．
色譜分析的目的是將樣品中各組分彼此分離，組分要達(dá)到完全分離，兩峰間的距離必須足夠遠(yuǎn)，兩峰間的距離是由組分在兩相間的分配系數(shù)決定的，即與色譜過程的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。但是兩峰間雖有一定距離，如果每個峰都很寬，以致彼此重疊，還是不能分開。這些峰的寬或窄是由組分在色譜柱中傳質(zhì)和擴(kuò)散行為決定的，即與色譜過程的動力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。因此，要從熱力學(xué)和動力學(xué)兩方面來研究色譜行為。

描述這種分配的參數(shù)稱為分配系數(shù)見它是指在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相之間分配達(dá)平衡時的濃度之比值(K)
分配比又稱容量因子，它是指在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配達(dá)平衡時，分配在固定相和流動相中的質(zhì)量比。(k)
k值越大，說明組分在固定相中的量越多，相當(dāng)于柱的容量大，因此又稱分配容量或容量因子。它是衡量色譜柱對被分離組分保留能力的重要參數(shù)。k值也決定于組分及固定相熱力學(xué)性質(zhì)。它不僅隨柱溫、柱壓變化而變化，而且還與流動相及固定相的體積有關(guān)。
分配比k值可直接從色譜圖測得。設(shè)流動相在柱內(nèi)的線速度為u，組分在柱內(nèi)線速度為us，由于固定相對組分有保留作用，所以us＜u．此兩速度之比稱為滯留因子Rs。
通過選擇因子α把實(shí)驗(yàn)測量值k與熱力學(xué)性質(zhì)的分配系數(shù)K直接聯(lián)系起來，α對固定相的選擇具有實(shí)際意義。如果兩組分的K或k值相等，則α=1，兩個組分的色譜峰必將重合，說明分不開。兩組分的K或k值相差越大，則分離得越好。因此兩組分具有不同的分配系數(shù)是色譜分離的先決條件。
R值越大，表明相鄰兩組分分離越好。一般說，當(dāng)R＜1時，兩峰有部分重疊；當(dāng)R＝1時，分離程度可達(dá)98％；當(dāng)R＝1．5時，分離程度可達(dá)99．7％。通常用R=1.5作為相鄰兩組分已完全分離的標(biāo)志。
［例18-1］有一根 lm長的柱子，分離組分1和2得到如圖18d5的色譜圖。圖中橫坐標(biāo)l為記錄筆走紙距離。若欲得到 R=1．2的分離度，有效塔板數(shù)應(yīng)為多少？色譜往要加到多長？
(tM=5min,tR1=45min,tR2=49min,w1=w2=5mm)
解：先求出組分2對組分1的相對
保留值r2，1（即α值）
[例18-2] 已知某色譜柱的理論塔板數(shù)為3600,組分A和B在該柱上的保留時間為27mm和30mm,求兩峰的峰半寬和分離度.
解:∵
w1/2=w/1.7
w1=27/(3600/16)1/2=1.8 mm

(w1)1/2＝1.8/1.7＝1.06 mm
w2=30/(3600/16)1/2=2.0 mm

(w2)1/2＝2.0/1.7＝1.18 mm
R＝2(30-27)/(1.8+2)＝6/3.8＝1.6
[例18-3] 已知一色譜柱在某溫度下的速率方程的A=0.08cm; B=0.65cm2/s; C=0.003s, 求最佳線速度u和最小塔板高H.

解: 欲求 u最佳和H最小,要對速率方程微分,即

dH/du＝d(A+B/u+Cu)/du

＝-B/u2+C＝0

而,最佳線速:
u最佳＝(B/C)1/2

最小板高:
H最小＝A+2(BC)1/2

可得
u最佳＝(0.65/0.003)1/2＝14.7cm/s

H最小＝0.08+2(0.65×0.003)1/2＝0.1683cm
[例18-4]
已知物質(zhì)A和B在一個30.0cm柱上的保留時間分別為16.40和17.63分鐘.不被保留組分通過該柱的時間為1.30分鐘.峰寬為1.11和1.21mm,計(jì)算: (1)
柱分辨本領(lǐng);(2)
柱的平均塔板數(shù)目;(3)
塔板高度;(4)
達(dá)到1.5分離度所需的柱長度;(5)
在較長柱上把物質(zhì)B洗脫所需要的時間.
解:
(1)
R=2(17.63-16.40)/(1.11+1.21)=1.06

(2)
nA=(16.40/1.11)2=3493

nB=16(17.63/1.21)2=3397

nav=(3493+3397)/2=3445=3.44×103

(3)
H=L/n=30.0/3445=8.708×10-3cm

=8.71×10-3cm

(4)
n2=3445×2.25/1.124=6.90×103

源于(n1/n2=R1/R2)2

L=nH=6.90×103×8.71×10-3=60.1cm

(5)
tr2=tr1(R2/R1)2=17.63×1.52/1.062

=35.3分鐘

紅載體和白色載體:紅色載體適宜于分析非極性或弱極性物質(zhì)。白色載體適宜于分析各種極性化合物。
人為規(guī)定正構(gòu)燒烴的保留指數(shù)為其碳數(shù)乘100,如正己烷和正辛烷的保留指數(shù)分別為600和80O。至于其他物質(zhì)的保留指數(shù)，則可采用兩個相鄰正構(gòu)烷烴保留指數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。測定時，將碳數(shù)為n和n+1的正構(gòu)烷烴加于樣品x中進(jìn)行分析，若測得它們的調(diào)整保留時間分別為tr′（Cn），tr′（Cn+1；）和tr′（x）且tr′（Cn）＜tr′（x）＜tr（Cn+1）時，則組分X的保留指數(shù)可按下式計(jì)算，即
氣相色譜檢測器是把載氣里被分離的各組分的濃度或質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。目前檢測器的種類多達(dá)數(shù)十種。根據(jù)檢測原理的不同，可將其分為濃度型檢測器和質(zhì)量型檢測器兩種：

熱導(dǎo)檢測器和電子捕獲檢測器(濃度型檢測器)火焰離子化檢測器和火焰光度檢測器(質(zhì)量型檢測器)
熱導(dǎo)檢測器:幾乎對所有物質(zhì)都有響應(yīng)，通用性好，而且線性范圍寬，價格便宜，因此是應(yīng)用最廣，最成熟的一種檢測器。
火焰離子化檢測器:比熱導(dǎo)檢測器的靈敏度高約103倍；檢出限低，可達(dá)10-12g·S-1
一個優(yōu)良的檢測器應(yīng)具以下幾個性能指標(biāo)：靈敏度高，撿出限低，死體積小，響應(yīng)迅速，線性范圍寬，穩(wěn)定性好。
濃度型檢測器靈敏度計(jì)算公式 :
質(zhì)量型檢測器靈敏度計(jì)算公式為：
［例 19．1］進(jìn)樣0.5μL純苯，得色譜峰高h(yuǎn)=6.25cm.半峰寬W1/2=0.25cm苯的密度為0.88g·cm-3，記錄紙走速C1=0.5cm·min-1，檢測器入口處載氣流速Fc′=30cm3.min-1,記錄儀滿量程為10mV，滿量程寬度25cm，求熱導(dǎo)檢測器的靈敏度。
解:
wi＝0.5×10-3cm3×0.88×103mg·cm-3=0.44mg

C2＝10mV/25cm=0.4mV·cm-1

Ai＝1.065h·W1/2＝1.065×6.25cm×0.25cm

＝1.065×6.25×0.25cm2
將以上各式代人（19-6）式，得

S＝1.065×6.25×0.25cm2×0.4mV·cm-
1×

30cm3·min-1/(0.44mg×0.5cm·min-1)

＝90．8mV·cm3·mg-l
檢出限定義為：檢測器恰能產(chǎn)生二倍于噪聲信號時的單位時間（單位：S）引入檢測器的樣品量（單位：g），或單位體積（單位：cm3）載氣中需含的樣品量。
具體方法是選擇一根極性適宜，任意長度的色譜柱，測定兩組分的分離度，然后根據(jù)基本色譜分離方程式，確定柱長是否適宜。

［例 19．3］在一根1m長的色譜柱上測得兩組分的分離度為0.68,要使它們完全分離以(R=1.5),則柱長應(yīng)為多少？
解根據(jù)式（18-43），有

即在其他操作條件不變的條件下，色譜柱長要選擇5m左右才能使分離度達(dá)R=1.5,組分達(dá)到完全分離。
柱長的選擇 具體方法是選擇一根極性適宜，任意長度的色譜柱，測定兩組分的分離度，然后根據(jù)基本色譜分離方程式，確定柱長是否適宜。

柱溫的選擇

在使最難分離的組分有盡可能好的分離前提下，采取適當(dāng)?shù)偷闹鶞兀员Ａ魰r間適宜，峰形不拖尾為度。
柱溫不能高于固定液的最高使用溫度
進(jìn)樣量的選擇

一般說來，色譜柱越粗、越長，固定液含量越高，容許進(jìn)樣量越大。
［例19-4］圖19-15為乙酸正丁酯在阿皮松L柱上的流出曲線（柱溫100℃）。由圖中測得調(diào)整保留距離為：乙酸正丁酯310．0mm，正慶烷174．Omm，正辛烷373．4mm，求乙酸正下酯的保留指數(shù)。

樣品中各組分的定量校正因子與標(biāo)準(zhǔn)物的定量校正因子之比。

準(zhǔn)確稱量被測組分和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，混合后，在實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)樣分析（注意進(jìn)樣量應(yīng)在線性范圍之內(nèi)），分別測量相應(yīng)的峰面積，然后通過公式計(jì)算校正因子，如果數(shù)次測量數(shù)值接近，可取其平均值。
對內(nèi)標(biāo)物的要求是：㈠樣品中不含有內(nèi)標(biāo)物質(zhì)；㈡峰的位置在各待測組分之間或與之相近；㈢穩(wěn)定、易得純品；㈣與樣品能互溶但無化學(xué)反應(yīng)；㈤內(nèi)標(biāo)物濃度恰當(dāng)，使其峰面積與待測組分相差不太大。
思考題

1. 氣相色譜的基本設(shè)備包括那幾部分,各有什么作用?

2．試以塔極高度H做指標(biāo)討論氣相色譜操作條件的選擇。

3. 試述速率方程式中A、B、C三項(xiàng)的物理意義。

4. 為什么可用分辨率R作為色譜柱的總分離效能指標(biāo)。

5. 能否根據(jù)理論塔板數(shù)來判斷分離的可能性？為什么？

6. 對載體和固定液的要求分別是什么?

7. 試比較紅色擔(dān)體和白色擔(dān)體的性能,它們各使用在哪些方面?

8. 固定液可分為哪幾類？為什么這樣劃分？如何選擇固定液。

9. 色譜定性的依據(jù)是什么，主要有哪些定性方法。

10．色譜定量分析中為什么要用校正因子？在什么情況下可以不用?
采用了高壓泵、高效固定相和高靈敏度檢測器，因而具備速度快、效率高、靈敏度高、操作自動化的特點(diǎn)。

（l）氣相色譜法分析對象只限于分析氣體和沸點(diǎn)較低的化合物，它們僅占有機(jī)物總數(shù)的20％。對于占有機(jī)物總數(shù)近80％的那些高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差、摩爾質(zhì)量大的物質(zhì)，目前主要采用高效液相色譜法進(jìn)行分離和分析。
(2)氣相色譜采用流動相是惰性氣體，它對組分沒有親和力，即不產(chǎn)生相互作用力，僅起運(yùn)載作用。而高效液相色譜法中流動相可選用不同極性的液體，選擇余地大，它對組分可產(chǎn)生一定親和力，并參與固定相對組分作用的劇烈競爭。因此，流動相對分離起很大作用，相當(dāng)于增加了一個控制和改進(jìn)分離條件的參數(shù)，這為選擇最佳分離條件提供了極大方便。
(3)氣相色譜一般都在較高溫度下進(jìn)行的，而高效液相色譜法則經(jīng)常可在室溫條件下工作。
總之，高效液相色譜法是吸取了氣相色譜與經(jīng)典液相色譜優(yōu)點(diǎn)，并用現(xiàn)代化手段加以改進(jìn)，因此得到迅猛的發(fā)展。目前高效液相色譜法已被廣泛應(yīng)用于分析對生物學(xué)和醫(yī)藥上有重大意義的大分子物質(zhì)，例如蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸、多糖類、植物色素、高聚物、染料及藥物等物質(zhì)的分離和分析。
一般可分為4個主要部分：高壓輸液系統(tǒng)，進(jìn)樣系統(tǒng)，分離系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。
液一液分配色譜法（LLPC）液液分配色譜的分離原理基本與液液萃取相同，都是根據(jù)物質(zhì)在兩種互不相溶的液體中溶解度的不同，具有不同的分配系數(shù)。

化學(xué)鍵合相色譜法（CBPC）采用化學(xué)鍵合相的液相色譜稱為化學(xué)鍵合相色譜法，簡稱鍵合相色譜。

液一固吸附色譜法(LSAC) 當(dāng)流動相通過固定相（吸附劑）時，吸附劑表面的活性中心就要吸附流動相分子。同時，當(dāng)試樣分子（X）被流動相帶入柱內(nèi)，只要它們在固定相有一定程度的保留就要取代數(shù)目相當(dāng)?shù)囊驯晃降牧鲃酉嗳軇┓钟茫┯谑牵诠潭ㄏ啾砻姘l(fā)生競爭吸附:
離子交換色譜法（IEC）
離子交換原理和液相色譜技術(shù)的結(jié)合來測定溶液中陽離子和陰離子的一種分離分析方法。
離子色譜法（IC）
離子色譜法是由離子交換色譜法派生出來的一種分離方法。通過分離柱后的樣品再經(jīng)過抑制柱，使具有高背景電導(dǎo)的流動相轉(zhuǎn)變成低背景電導(dǎo)的流動相，從而用電導(dǎo)檢測器可直接檢測各種離子的含量。
離子對色譜法（IPC）
離子對色譜法是將一種（或數(shù)種）與溶質(zhì)離子電荷相反的離子（稱對離子或反離子）加到流動相或固定相中，使其與溶質(zhì)離子結(jié)合形成離子對，從而控制溶質(zhì)離子保留行為的一種色譜法。
尺寸排阻色譜法（SEC）基于試樣分子的尺寸和形狀不同來實(shí)現(xiàn)分離的。體積大的分子不能滲透到孔穴中去而被排阻，較早地被淋洗出來；中等體積的分子部分滲透；小分子可完全滲透入內(nèi)，最后洗出色譜柱。

作者: zwham 時間: 2007-8-3 20:25
謝謝，計(jì)量培訓(xùn)正需要

歡迎光臨計(jì)量論壇 (http://www.bkd208.com/)