《无机与分析化学基础》第十六章：仪器分析法概论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十六章 仪器分析法概论,学习目标,:,1,了解色谱分析法的分类、基本概念、色谱分析的基本原理。,2,理解气相色谱法、薄层色谱法和高效液相色谱法及其应用。,3,掌握紫外及可见分光光度法的原理，朗伯,-,比尔定律。,4,掌握常用分析仪器的基本操作。,第一节 仪器分析法概述一、仪器分析的定义和任务,定义：,仪器分析法是通过测定物质的光、电、热、磁等物理化学性质来确定其化学组成、含量和化学结构的分析方法，需要采用比较复杂或特殊的仪器设备。,一、仪器分析的定义和任务,分类：,按,分析任务,可分为 分离分析、成分分析、结构分析和表面分析。,按分析原理,可分为电化学分析法、光学分析法、色谱分析法、和其它分析法。,仪器分析,电化学分析法,光分析法,色谱分析法,热分析法,分析仪器联用技术,质谱分析法,电化学分析方法的分类,电化学分析法,电位分析法,电解分析法,伏安分析法,库仑分析法,极谱分析法,电导分析法,色谱分析方法的分类,色谱分析法,气相色谱法,薄层色谱法,液相色谱法,离子色谱法,电色谱法,排阻色谱法,光分析方法的分类,光分析法,原子吸收法,红外光谱法,原子发射法,核磁共振法,荧光光谱法,紫外可见法,其他分析方法的分类,其他分析法,质谱分析法,联用技术,热分析法,特点：,1,灵敏度高，大多数仪器分析法适用于微量、痕量分析。,2,取样量少，仪器分析试样常在,10,-2,g10,-8,g,。,3,在低浓度下的分析准确度较高。,4,快速，某些仪器进行的项目检验在,1,分钟内可出结果。,5,可进行无损分析，有时可在不破坏试样的情况下进行测定。,6,能进行多信息或特殊功能的分析。,7,专一性强。,8,便于遥测，可作即时、在线分析控制生产过程、环境自动监测与控制。,9,操作较简便,。,10,仪器设备较复杂，价格较昂贵。,分析化学的三个发展阶段，三次变革。,阶段一：,二十世纪初，由于物理化学的发展，为分析技术提供了理论基础，建立了溶液四大平衡理论，,阶段二：,第二次世界大战前后直到,60,年代物理学、电子学、半导体及原子能工业的发展导致了仪器方法的大发展。,阶段三：,从,70,年代末到现在，以计算机应用为主要标志的信息时代的来临。,二、仪器分析的产生和发展,第二节 分光光度法一、基本原理,（一）光的本质,光是一种电磁波（电磁辐射），具有波粒二象性即波动性和粒子性。,可见光波长范围在,400 nm 760nm,光的,颜色,波长范围,（,nm,）,光的颜色,波长范围,（,nm,）,红色,610760,青色,480500,橙色,595610,蓝色,435480,黄色,560595,紫色,400435,绿色,500560,可见光区各种色光的波长范围,（二）吸收光谱,1,物质对光的选择性吸收 将两种适当颜色的单色光按一定强度比例混合则成为白光。这两种单色光称为互补色光。,白光,青蓝,青,绿,黄,橙,红,紫,蓝,将不同波长,(,),的光依次透过某浓度一定的溶液，测量不同波长下溶液对光的吸收程度,(,吸光度,A,),，以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标，即用,A,作图所得为一吸收光谱曲线,。,2,吸收光谱曲线,KMnO,4,溶液的吸收曲线,不同浓度的同一物质，吸收曲线的形状相似，,max,相同但吸光度,A,不同。在分光光度法中，一般以灵敏度大的,max,作为测定波长。,一束平行单色光照射溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。,I,0,I,t,I,r,I,a,透光度,T,=,I,t,/,I,0,吸光度,A,=-,lg,T,3,光的吸收定律,朗伯,比尔（,Lambert-Beer,）定律：,即当一束平行单色光通过溶液时，溶液的吸光度,A,与溶液的浓度,c,和液层厚度,L,成正比。,A=,K L,c,K,为吸光常数，表示物质对光的吸收能力，常用摩尔吸光系数,单位为：,L,/(,molcm,),和比吸光系数 单位为：,ml/(,gcm,),表示。,和 两者之间的关系是：,=,例,16.1,已知某化合物的相对分子质量为,251,，将此化合物用乙醇作溶剂配成浓度为,0.150mmolL-1,的溶液，在,480nm,波长处用,2.00cm,吸收池测得透光率为,39.8%,，求该化合物在上述条件下的摩尔吸光系数,及质量吸光系,。,解：已知,c,=0.15010,-3,molL-1,，,L,=2.00cm,，,T,=0.398,由朗伯,比尔定律可得：,A=-,lg,T,=-lg0.398=0.400=,L,c,=,2.000.15010,-3,，,=1.3310,-3,L/(molcm),=,=,1.3310,-3,=5.3010,-5,ml/(,gcm,),二、可见分光光度法（一）分光光度计构造,1,光源,可见分光光度法是以钨灯作光源。钨灯可发出,320nm,3200nm,的连续光谱，最适宜的波长范围为,360 nm,1000nm,。,光源,单色器,吸收池,检测器,信号处理及显示器,2.单色器,将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。,入射狭缝：,光源的光由此进入单色器；,准光装置：,透镜或返射镜使入射光成为平行光束；,色散元件：,将复合光分解成单色光；,棱镜或光栅；,聚焦装置：,透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；,出射狭缝,。,3,.,吸收池,分光光度计中用来盛放溶液的容器称为吸收池。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在,紫外区须采用,石英池,，,可见区一般用,玻璃池,。,4.检测器,利用光电效应将透过吸收池的,光信号变成可测的电信号，常用,的有光电池、光电管或光电倍增管,。,5,信号处理及显示器,它的作用是放大信号并以适当的方式指示或记录。,有直流检流计、电位调零装置、数字显示及自动记录装置等,（二）,721,型分光光度计,1.,构造,2,使用方法,（,1,）首先接通电源，打开电源开关,6,，打开比色皿暗箱盖,7,，预热,20,分钟。,（,2,）波长选择旋钮,2,，选择所需的单色光波长，用灵敏度旋钮,1,选择所需的灵敏档，用调“,0”,电位器,3,调整电表为,T,=0,。,（,3,）放入比色皿（溶液装入,4,5,高度，置第一格）置于光路上，将比色皿暗箱盖合上，推进比色皿拉杆,5,，使参比比色皿处于空白校正位置，使光电管见光，旋转透光率调节旋钮,4,，使微安表,8,指针准确处于,100%,。,（,4,）盖上样品室盖，推动试样架拉手，使样品溶液池置于光路上，读出吸光度值。读数后应立即打开样品室盖。,（,5,）测量完毕，取出比色皿，洗净后倒置于滤纸上晾干。各旋钮置于原来位置，电源开关置于“关”，拔下电源插头。,721,型分光光度计的外形,1,显色反应的条件,（,1,）选择性要好。,（,2,）灵敏度要高。,（,3,）有色化合物的组成要恒定，化学性质 稳定。,（,4,）显色剂的颜色与有色化合物的颜色差别要大。,（,5,）显色剂在测定波长处无明显吸收。,（,6,）反应的条件要易于控制。,（三）显色反应的条件及影响因素,2,影响显色反应的主要因素,（,1,）显色剂用量。,（,2,）反应液的酸碱度,(pH),。,（,3,）反应温度 一般显色反应可在室温下完成。,（,4,）显色反应时间。,（,5,）干扰离子的影响。,三、紫外,-,可见分光光度法,（一）特点：,1,应用广泛,2,灵敏度高,3,准确度高,4,应用范围广,5,操作简便、快速,（二）组成,紫外,-,可见分光光度计由,5,个部件组成。,1,辐射源,可见光区（,460 nm,760nm,）使用钨灯；紫外光区（,200 nm,400nm,）则使用氘灯。,2,单色器,有棱镜和光栅两种，大多采用光栅作为色散元件。,3,吸收池,又叫比色皿。,4,检测器,常用的有光电管或光电倍增管，近年来还使用光导摄像管或光电二极管矩阵作检测器,5,显示装置,（三）紫外,-,可见分光光度计的类型,1.,单光束分光光度计 经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样品溶液，以进行吸光度的测定。这种简易型分光光度计结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。国产,721,型、,722,型、,751,型、等均属于此类光度计。,2双光束,分光光度计 自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂,，,价格较高。,三、紫外,-,可见分光光度法,3.,双波长分光光度计,将不同波长的两束单色光(,1,、,2,),快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。,四、定量的方法,（一）标准曲线法,取标准品配成一系列已知浓度的标准溶液，在选定波长处,(,通常为,max,),，用同样厚度的吸收池分别测定其吸光度，以吸光度为纵坐标，标准溶液浓度为横坐标作图，得一通过坐标原点的直线即标准曲线。然后将被测溶液置于吸收池中，在相同条件下，测量其吸光度，根据吸光度即可在标准曲线上查得其对应的含量。,（二）标准对照法,先配制一个与被测溶液浓度相近的标准溶液,(,其浓度用,c,s,表示,),，在,max,处测出吸光度,A,s,，在相同条件下测出试样溶液的吸光度,A,x,，则,试样溶液浓度,当测定不纯样品中某组分的含量时，常采用配制相同浓度的样品溶液与标准品溶液，即，在,max,处分别测出吸光度,A,，便可求出样品中某组分的含量。,被测组分,%=,(,三,),比吸光系数法,比吸光系数是物质的特性常数，可根据测得的吸光度,A,求出样品的浓度或含量。,被测组分,%=,第三节 色谱法一、色谱法的原理和分类,（一）色谱法的分离原理,利用待分离的各种物质在两相中的分配,系数、吸附能力等亲和能力的不同来进,行分离的。,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。,（二）色谱法的分类,1,按两相所处的状态分类,分为气相色谱法（,GC,）和液相色谱法（,LC,）。固定相既可以是固体，也可以是涂在固体上的液体，因此将气相色谱法分为气,-,液色谱和气,-,固色谱，液相色谱法分为液,-,固色谱和液,-,液色谱。,2,按固定相的几何形式分类,柱色谱法、纸色谱法和薄层色谱法。,3,按分离原理分类,（,1,）吸附色谱法：利用吸附剂表面对不同组分物理吸附性能的差别而使之分离的色谱法。,（,2,）分配色谱法：利用固定液对不同组分分配性能的差别而使之分离的色谱法。,（,3,）离子交换色谱法：利用溶液中不同离子与离子交换剂间的交换能力的不同而进行分离的方法。,（,4,）尺寸排阻色谱法（凝胶色谱法）：利用多孔性物质对不同大小的分子的排阻作用进行分离的方法。,（,5,）亲和色谱法：利用不同组分与固定相（固定化分子）的高专属性亲和力进行分离的技术,（三）色谱法的特点,1,高选择性,2,高效能,3,高灵敏度 指色谱法可以检测出,10,-11,g,10,-12,g,的物质。,4,分析速度快 一般样品几分种到几十分种完成分析，有的甚至于不到一分种。,5,应用范围广,GC,法可用于分析气体、可挥发液体；而,LC,法可用于分析高沸点、不易挥发、热稳定性差、分子量大的液体。,二、柱色谱法,是将固定相注入下端塞有棉花或滤纸的玻璃管中，将被样品饱和的固定相粉末摊铺在玻璃管顶端，以流动相洗脱。,（一）液,-,固吸附柱色谱法,1,原理 液,-,固吸附柱色谱法是以固体吸附剂为固定相，以液体为流动相，利用吸附剂对不同组分的吸附能力的差异而实行分离。,2,柱色谱分离条件,（,1,）固定相（吸附剂）选择常用吸附剂有氧化铝、硅胶、活性炭等。,吸附剂的活性与其含水量有关。,硅胶和氧化铝的活性分为五级（,）。含水量越低，活性越高，活性级别越小，吸附性越强。,在分离极性较强的化合物时，一般选用活性较小的吸附剂。而分离极性较弱的化合物时，就选用活性较大的吸附剂,附剂活性级别与含水量的关系,活性级别 氧化铝含水量 硅胶含水量,0 0,3 5,6 15,10 25,15 38,（,2,）流动相选择,色谱分离使用的流动相又称展开剂，常用有机溶剂。应根据试样的性质，吸附剂的活性，选择适当极性的洗脱剂。,化合物极性与其结构有关。,各种有机物的极性大小顺序为：,烷烃,烯烃,醚类,硝基化合物,酯类,酮类,醛类,胺类,醇类,酚类,酸类,常用溶剂的极性大小顺序为：,石油醚,环己烷,四氯化碳,苯,乙醚,乙酸乙酯,丙酮,乙醇,水,吸附柱色谱分离选择规律是：,样品极性较大，在极性吸附剂柱上进行分离，则应选用吸附性较弱（即活性较低）的吸附剂，用极性较大的溶剂进行洗脱；组分的极性较弱，就应选用吸附性较强（即活性较高）的吸附剂，用极性较小的溶剂进行洗脱。,当一种溶剂不能实现很好的分离时，选择使用不同极性的溶剂分级洗脱。,3,柱色谱分离操作（,1,）柱色谱装置,柱色谱装置包括色谱柱、滴液漏斗、接受瓶。,（,2,）分离操作,包括装柱、洗柱、装样和洗脱,（二）分配柱色谱,1,分离原理,分配色谱是利用各组分在两种互不混溶溶剂间的溶解度差异来达到分离的。在分配柱色谱分离时，这两种互不混溶的溶剂之一是流动相；另一种是吸收在载体或担体中的溶剂。,2,载体、固定相,常用的载体有硅藻土型、硅胶型、纤维素和高分子聚合物型等；使用的固定相多是一些极性较强的溶剂，如水及各种水溶液，甲醇、甲酰胺等。,3,流动相溶剂有,石油醚、醇类、酮类、酯类、卤代烷烃和苯等以及它们的混合物。,4,操作方法,（,1,）装柱,（,2,）加样,（,3,）洗脱：,在洗脱时要控制流速,三、纸色谱法,（一）纸色谱原理,样品溶液点在滤纸上，由于滤纸纤,维素的毛细管现象，作为展开剂的有,机溶剂自下而上移动，样品各组分在,水,-,有机溶剂两相发生溶解分配，并随,有机溶剂的移动而展开，达到分离的,目的。,（二）比移值和相对比移值,样品组分在滤纸上的位置，可用比,移值,R,f,表示：,意义,在确定的色谱条件下，,R,f,值应为一常数，其值在,01,之间。若,R,f,=0,，表示组分没有随展开剂展开，仍停留在原点上。,利用,R,f,值的特征性可对各组分进行定性鉴定。实际分离中，各种物质的,R,f,值应控制在,0.2 0.8,之间，两物质的,R,f,值差值应大于,0.05,才能分离。,为了消除系统误差，人们往往采用相对比移值,R,st,进行定性：,（三）纸色谱的操作方法,1,色谱滤纸的选择,“均匀、紧密、纯净、一定机械强度”。,2,点样,液体样品可直接点样。固体可溶解在适当的溶剂中。点距滤纸一端约,2cm4cm,处用铅笔轻划一直线，可采用玻璃毛细管或微量注射器进行点样，两点之间的距离约,1cm2cm,。点样时斑点一般不应大于,3mm,。对于稀溶液，可以在溶剂挥发后再次点样。,3,展开,应根据分离对象、溶剂的性质选择展开剂。,4,展开方式,纸色谱法展开必须在一密闭容器中进行。展开前，应先将溶剂置于容器内，使其为溶剂蒸气充分饱和。其展开方式有上行法、下行法、辐射法和双向展开法。,5,定性定量分析,定性分析时，一般采用标准物质同时展开，对照比移值，在实际工作中可采用相对比移值（,R,st,）定性。,定量分析：纸色谱法一般只能达到半定量分析。可采用斑点目视法（比较样品斑点和参考物斑点的面积大小和颜色深浅，估计其含量大小）或斑点洗脱测量法。,四、薄层色谱法,（一）薄层色谱原理,薄层色谱法除了固定相的形状和展开剂的移动方向不同以外，薄层色谱和柱色谱在分离原理上基本相同。它是把吸附剂,(,如氧化铝、硅胶,),和粘合剂,(,如煅石膏,CaSO,4,H,2,O,、羧甲基纤维素钠等,),均匀地涂布于玻璃板或塑料板上使之形成薄层（固定相），试液滴于薄层板的起始线上，待溶剂挥发后，放入盛有一定展开剂的展开室。由于薄层的毛细管作用，展开剂沿着薄层板不断展开，样品中的各个组分就沿着薄层在固定相和流动相之间不断地发生溶解、吸附、再溶解、再吸附的色谱分配过程。,（二）固定相,薄层色谱固定相是通过加入一定量的粘合剂或烧结方式使吸附剂牢固地吸在薄层板上而不脱落。常用硅胶、氧化铝、硅藻土、纤维素和聚酰胺等吸附剂等作为固定相。,1,硅胶,一种微酸性物质，适合于酸性和中性物质的分离。常见的薄层硅胶商品有：,硅胶,G,：加有黏合剂石膏的硅胶；,硅胶,H,：不含粘合剂石膏的硅胶,硅胶,HF-254,：不含粘合剂而加荧光指示剂的硅胶，可在波长,254nm,紫外光下观察荧光；,硅胶,GF-254,：加有黏合剂石膏和荧光指示剂的硅胶；,硅胶,CMC,：加有黏合剂羰甲基纤维素的硅胶。,2,氧化铝,一种吸附能力强的吸附剂，也分为氧化铝,G,、氧化铝,GF254,及氧化铝,HF254,。适合于分离碱性、中性和极性弱的物质。,（三）展开剂,采用吸附色谱，对极性较大的化合物进行分离应选用极性较大的展开剂，极性较小的化合物应选用极性较小的展开剂。当单一溶剂作展开剂不能很好分离时，可考虑改变展开剂的极性或选用混合溶剂展开。,（四）操作方法,1,薄层板实验室制备,（,1,）分类,（,2,）普通薄层板的实验室制备,薄层载板一般为,18cm6cm,、,20cm20cm,，常用湿法涂布，有平铺法和倾斜法两种。：,2,点样,要求配制样品的溶剂高度挥发性和尽可能非极性，否则易使斑点扩展。,采用多次点加法，第二次点加时应待前一次点加的溶剂挥发后再进行，样点直径一般以,2mm3mm,为宜。,点样量应适中，过量会引起斑点拖尾。,点样要轻，不可刺破薄层。,手工点样工具：定容玻璃毛细管（,1ul 5ul,），微量注射器。,3,展开方式,多数采用直线形上行展开，薄层板水平角度以,75,为最佳。展开距离一般为,10cm 15cm,。,多次展开,一次展开未达,满意分离时，可将薄层板干,燥后再次用同一种溶剂展开，,可重复多次，直到混合物分,离为止。,分步展开,混合物性质差别,;,较大时，一种流动相不能有效分离时，可采用不同溶剂依次展开不同距离。,（,1,）紫外光照射：把展开后的薄层板放在紫外灯下（常用,254nm,或,365 nm,光线）观察样品斑点。荧光物质吸收紫外光呈现荧光斑点。,（,2,）碘蒸气熏色：多数有机化合物遇碘蒸气会显出黄到黄棕色斑点。可将薄层板置于放有固体碘的容器内显色。但有机物 和碘反应的斑点是可逆的，取出薄层板后，应立即作好,（,3,）喷射显色剂：如同纸色谱。,（,4,）浓硫酸显色：有机物炭化呈现黑色斑点。,（,5,）高温炭化显色,。,4,检出,1,定性方法,与纸色谱法一样，采用,R,f,值进行定性分析。实际工作中通常采用参考物质对照定性，或将斑点洗脱后用其它方法定性。,2,定量方法,（,1,）直接法：在相同的实验条件下，或在同一块板上，测量斑点面积的大小或颜色深浅进行定量。它又分为目视比较法、斑点面积测量法（点击）和薄层色谱扫描法。,（,2,）间接法：是将斑点从硅胶上洗脱下来，再用其它方法定量。,（五）定性和定量分析,第四节 红外吸收外光谱法一、概述,红外光谱法又称“红外分光光度分析法”。简称,“,IR”,分子,吸收光谱的一种。利用物质对红外光区的电磁辐射的选,择性吸收来进行结构分析及对各种吸收红外光的化合物,的定性和定量分析的方法。,（一）红外光谱区划分,通常把波长大于,0.76,m,，小于,1000,m,的电磁波称为红外,线。按波长不同分为三个区。即近红外区、和 远红外区。,常用中红外区，波长,2.5,m,25,m,。,红外光谱区分类,区域 波长,（,m,）波数,（,cm,-1,),能级跃迁类型,近红外区,0.76,2.5 13158,4000,OH,、,CH,、,NH,键的倍频吸收区,中红外区,2.5,50 4000,200,分子中基团振动伴随着转动,远红外区,50,1000 200,10,分子转动,（二）红外光谱的表示方法,红外吸收光谱一般用,T,曲线或,T,曲线表示。,所有的标准红外线光谱图中都标有波数和波长两种刻度。,甲苯的红外吸收光谱,（三）红外吸收光谱与紫外吸收光谱的区别,1,产生原因不同,紫外吸收光谱与红外吸收光谱同属分子吸收光谱，但紫外光谱波长短、能量高，可引起分子外层价电子的能级跃迁（伴随振动及转动能级的跃迁），属于电子光谱。而红外光谱的中红外线光子能量小，只能引起分子的振动及转动能级的跃迁，因此红外光谱为分子振动,-,转动光谱。,2,特征性不同,红外光谱具有鲜明的特征性，其谱带的数目、位置、形状和强度都随化合物不同而各不相同。而紫外光谱吸收峰较少且简单，仅反映少数官能团的特性。,3,应用范围不同,紫外吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物,二、基本原理,（一）红外吸收光谱产生的条件,（,1,）分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化。即只有使分子偶极矩发生变化的振动方式，才会吸收特定频率的红外辐射。,发生偶极矩变化的振动称之为红外活性振动；反之则为红外非活性振动。,（,2,）红外光的能量应恰好能满足振动能级跃迁所需要的能量，即只有当红外光的频率与分子某种振动方式的频率相同时，红外光的能量才能被吸收。,（二）分子振动形式,1,伸缩振动 用,表示，指原子沿键轴方向伸缩，使键长发生周期性变化的振动，一般出现在高波数区。,2,弯曲振动 用,表示，弯曲振动又叫变形或变角振动。一般是指基团键角发生周期性的变化的振动或分子中原子团对其余部分作相对运动。同一基团的弯曲振动常出现在低频区。,（三）吸收峰的的类型,1,基频峰与泛频峰 当分子吸收一定频率的红外线后，振动能级从基态（,V,0,）跃迁到第一激发态（,V,1,）时所产生的吸收峰，称为,基频峰,。如果振动能级从基态（,V,0,）跃迁到第二激发态（,V,2,）、第三激发态（,V,3,）,所产生的吸收峰称为,倍频峰,。基频峰强度比倍频峰强，还有合频峰及差频峰，它们的强度更弱，倍频峰、差频峰及合频峰总称为泛频峰。,2,特征峰与相关峰,组成分子的各个基团均有其特定的红外吸收区域。凡是能用于鉴定原子团存在的并有较高强度的吸收峰，称为,特征峰,，对应的频率称为特征频率，一个基团除有特征峰外，还有很多其它振动形式的吸收峰，习惯上称为,相关峰,。,三、红外吸收光谱的实验技术,（一）仪器的基本结构,1,光源 要求能发射高强度连续红外辐射，常用的有能斯特灯和硅碳棒。,2,吸收池 由于中红外光不能透过玻璃和石英，因此红外吸收池是一些无机盐晶体材料，常用,KBr,晶体。,3,单色器 以光栅作为分光元件。,4,检测器 有热检测器（最常见为真空热电偶）、热电检测器和光电导检测器三种。前两种用于色散型仪器中，后两种在傅立叶变换红外光谱仪中多见。,（二）仪器的常见类型,1,色散型红外光谱仪,为双光束仪器。从光源发出的红外辐射分成两束：一束通过试样地作测量光束，另一束再过比池，经扇面切光器将测量光束和参比光束交替地投射到色散元件上。,2,傅里叶变换红外光谱仪,是,70,年代出现的新一代红外光谱仪，它根据光的相干性原理设计，没有色散元件。主要由光源、干涉仪、样品池、检测器、计算机和记录系统组成。,（三）样品制备,1,气体样品,气体样品是在气体池中进行测定的，先把气体池中的空气抽掉，然后注入被测气体进行测谱。,2,液体样品,测定液体样品时，使用液体池，常用的为可拆卸池，即将样品直接滴于两块盐片之间，形成液体毛细薄膜（液膜法）进行测定。,3,固体样品,（,1,）压片法：,把,1mg2mg,固体样品放在玛瑙研体中研细，加入,100mg200mg,磨细干燥的碱金属卤化物（多用,KBr,）粉末，混合均匀后，加入压模内，在压片机上边抽真空边加压，制成厚约,1mm,，直径约为,10mm,左右的透明片子，然后进行测定。,（,2,）糊状法：将固体样品研成细末，与糊剂（液体石蜡油）混合成糊状，然后夹在两窗片之间进行测定。,（,3,）薄膜法：把固体样品制成薄膜来测定，薄膜的制备有两种：一种是直接将样品放在盐窗上加热，熔融样品涂成薄膜，另一种是先把样品溶于挥发性溶剂中制成溶液，然后滴在盐片上，待溶剂挥发后，样品遗留在盐片上而形成薄膜。,（,4,）对样品的要求,1,）试样纯度应大于,98,2,）试样不应含水（结晶水或游离水所用试样应当经过干燥处理。,3,）试样浓度和厚度要适当：使最强吸收透光度在,5%,20%,之间。,第五节 气相色谱法一、概述,气相色谱法是以气体为流动相的柱色谱法，它能同时对各组分进行定性定量的一种分离分析方法，具有高效、取样量小、灵敏度高、分析时间短的特点。,气相色谱法对气体试样和受热易挥发的有机物可直接分析，不适用于难挥发和热稳定性差的物质。另外，它也不能用来直接分析未知物，必须用已知纯物质的色谱图和它对照。,气相色谱法分为气固色谱（,GSC,）和气液色谱（,GLC,）：前者是用多孔性固体为固定相，分离的对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物；而后者的固定相是用高沸点的有机物涂渍在惰性载体上,二、气相色谱仪,（一）气相色谱仪基本组成,1,气路系统,整个气路系统要求载气纯净、密闭性好、流速稳定及流速测量准确。,2,进样系统,进样就是把气体或液体样品快速而定量地加到色谱柱上端。进样系统包括进样器和气化室两部分。,3,分离系统,分离系统的核心是色谱柱，它的作用是将多组分样品分离为单个组分。色谱柱分为填充柱和毛细管柱两类。,4,检测系统,检测器的作用是把被测色谱柱分离的样品组分根据其特性和含量转换成电信号，经放大后，有记录仪记录成色谱图。,5,信号记录或微机数据处理系统,色谱数据处理机可打印记录色谱图，并能在同一张记录纸上打印出处理后的结果。,6,温度控制系统,用于控制和测量色谱柱、检测器、气化室温度，是气相色谱仪的重要组成部分。,（二）气相色谱仪主要部件,1,气路系统,包括气源、净化干燥管和载气流速控制。,（,1,）载气：,气相色谱的载气是载送样品进行分离的惰性气体，是气相色谱的流动相。常用的载气为氮气、氢气、氦气、氩气。,（,2,）净化干燥管：,气体钢瓶供给的气体经减压阀后，必须经净化管净化处理，以除去载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）。净化管通常为内径,50mm,，长,200mm,250mm,的金属管,（,3,）载气流速控制：,包括压力表、流量计、针形稳压阀，用以控制载气流速恒定。,2,进样系统,气体进样器为,六通阀,，有平面六通阀（又称旋转六通阀）和拉杆六通阀两种,液体样品可以采用微量注射器直接进样,进样注意点：,（,1,）用注射器取样时，应先用丙酮或乙醚抽洗,56,次后，再用被测试液抽洗,56,次，然后缓缓抽取一定量试液,(,稍多于需要量,),，先排除气泡后，再排去过量的试液，并用滤纸或擦镜纸吸去针杆处所沾的试液,(,千万勿吸去针头内的试液,),。,样品 排空,样品 排空,（,2,）取样后就立即进样，进样时要求做到“垂直、迅速、平稳、敏捷”（针头尖尽可能刺深一些，且深度一定，针头不能碰着气化室内壁。,（,3,）进样时要求操作稳当、连贯、迅速。进针位置及速度、针尖停留和拔出速度都会影响进样的重现性。一般进样相对误差为,2%,5%,。,（,4,）微量注射器使用后立即清洗处理（一般常用下述溶液依次清洗：,5%NaOH,水溶液、蒸馏水、丙酮、氯仿，最后用真空泵抽干），以免芯子被样品中高沸点物质玷污而阻塞；,3,分离系统,气相色谱仪的分离系统是由柱箱和色谱柱组成。色谱柱是分离系统的核心。有两种：,（,1,）填充柱,填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相，一般内径为,2 mm,4 mm,，长,1m,3m,。填充柱的形状有,U,型和螺旋型二种。,（,2,）毛细管柱,又叫空心柱，分为涂壁、多孔层和涂载体空心柱。与填充柱相比，其分离效率高、分析速度块、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。,4,检测器,色谱仪的眼睛，通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；常用的检测器是：热导检测器、氢焰检测器和电子捕获检测器。,三、气相色谱仪基本原理,（一）气相色谱法的分离原理,1,气,-,固色谱分离原理,气,-,固色谱的固定相是固体吸附剂，试样气体由载气携带进入色谱柱，与吸附剂接触时，很快被吸附剂吸附。随着载气的不断通入，被吸附的组分又从固定相中洗脱下来（这种现象称为脱附），脱附下来的组分随着载气向前移动时又再次被固定相吸附。这样，随着载气的流动，组分在固定相上吸附,-,脱附的过程反复进行。,2,气,-,液色谱分离原理：,气,-,液色谱的固定相是涂在载体表面的固定液，试样气体由载气携带进入色谱柱，与固定液接触时，气相中各组分就溶解到固定液中。随着载气的不断通入，被溶解的组分又从固定液中挥发出来，挥发出的组分随着载气向前移动时又再次被固定液溶解。随着载气的流动，溶解,-,挥发的过程反复进行。,（二）气相色谱术语,1,色谱图 色谱图是指色谱柱流出物通过检测器系统时所产生的响应信号对时间或流动相流出体积的曲线图。,2,色谱流出曲线 色谱流出曲线是指色谱图中随时间或载气流出体积变化的响应信号曲线，,mV,V,（,t,）,作图所得。,3,保留值 保留值是用来描述各组分色谱峰在色谱图中的位置，,（,1,）死时间（,t,M,）：指从进样开始到惰性组分（指不被固定相吸附或溶解的空气或甲烷）从柱中流出，呈现浓度极大值时所需要的时间。,（,2,）保留时间（,t,R,）：,从进样到色谱柱后出现待测组分信号极大值所需要的时间，以,t,R,表示。可作为色谱峰位置的标志。,（,3,）调整保留时间（）：,扣除死时间后的保留时间，以 表示：,=,t,R,-t,M,（,4,）死体 （,V,M,）、保留体积（,V,R,）和调整保留体积（）：,V,M,=,t,M,F,0,V,R,=,t,R,F,0,=,V,R,-,V,M,（,5,）相对保留值：一定的实验条件下组分,2,与另一组分,1,的调整保留时间之比：,（,6,）选择性因子：指相邻两组分调整保留值之比，以,表示：,4,峰高和峰面积,峰高（,h,）是指峰顶到基线的距离，以,h,表示。峰面积（,A,）是指每个组分的流出曲线与基线间所包围的面积。是气相色谱进行定量分析的主要依据。,5,峰宽与半峰宽,色谱峰两侧拐点（即组分流出曲线上二阶导数等于零的点）处所作的切线与峰底相交两点之间的距离，称为峰宽，常用符号,W,表示。在峰高为,h/2,处的峰宽，称为半峰宽，常用符号,W,1/2,表示。,6,分配系数（,K,）,平衡状态时，组分在固定相与流动相中的浓度比。,四、气相色谱固定相及其选择,（一）气,-,固色谱固定相,气,-,固色谱固定相一般采用固体吸附剂，主要有强极性硅胶、中等极性氧化铝、非极性活性碳、特殊作用的分子筛及高分子多孔微球（,GDX,系列）。,（二）气,-,液色谱固定相,液体固定相是由惰性的固体支持物（载体）和其表面上涂渍的高沸点有机物液膜所构成的。,1,载体,(,担体,),它是一种化学惰性、多孔性的固体微粒。其作用是提供一个大的惰性表面，用以承担固定液，使固定液一薄膜状态分布在其表面上。,（,l,）对载体的要求：,具有足够大的表面积和良好的孔穴结构。,（,2,）载体类型：,大致可分为硅藻土和非硅藻土两类。,根据制造方法不同，又分为：红色载体和白色载体。,2,固定液,（,1,）对固定液要求,固定液应是一种高沸点有机化合物，其蒸气压要低，挥发性要小，以免在操作柱温下发生流失而影响柱寿命；,稳定性好，在操作柱温下不分解，并呈液态；,溶解度大并且具有良好的选择性，这样才能根据各组分溶解度的差异，达到相互分离；,化学稳定性好，在操作柱温下，不与载体以及待测组分发生不可逆的化学反应。,（,2,）固定液种类：,一般按固定液的“极性”大小进行分类。固定液极性是表示含有不同官能团的固定液，与分析组分中官能团及亚甲基间相互作用的能力。,（,3,）固定液的选择和涂泽：,一般按照“相似相溶”原理进行选择，规律如下：,分离非极性物质，,一般选用非极性固定液。试样中各组分按沸点从低到高的顺序流出色谱柱。,分离极性物质，,一般按极性强弱来选择相应极性的固定液。试样中各组分一般按极性从小到大的顺序流出色谱柱。,分离非极性和极性混合物时，,一般选用极性固定液。这时非极性组分先出峰，极性组分后出峰。,能形成氢键的试样，,如醇、酚、胺和水的分离，一般选用氢键型固定液。,对于复杂组分，,一般可选用两种或两种以上的固定液配合使用，以增加分离效果。,对于含有异构体的试样,（主要是含有芳香型异构部分），一般应选用特殊保留作用的有机皂土或液晶做固定液。,第六节 高效液相色谱法一、概述,高效液相色谱法有如下特点：,1,高压 液相色谱法以液体为流动相（称为载液），液体流经色谱柱，受到阻力较大，为了迅速地通过色谱柱，必须对载液施加高压。一般可达,150,万,KPa,3.5,万,KPa,。,2,高速 流动相在柱内的流速较经典色谱快得多，一般可达,1ml/min,10ml/min,。,3,高效 近来研究出许多新型固定相，使分离效率大大提高。,4,高灵敏度 高效液相色谱已广泛采用高灵敏度的检测器，进一步提高了分析的灵敏度。如荧光检测器灵敏度可达,10,-11,g,。另外，用样量小，一般进样量在,ul,数量级。,5,适应范围宽对于高沸点、热稳定性差、相对分子量大（大于,400,以上）、强极性的有机物（这些物质几乎占有机物总数的,75%,80%,）原则上都可应用高效液相色谱法来进行分离、分析。,优点：,色谱柱可反复使用、样品不被破坏、易回收等。,缺点：,有“柱外效应”，检测器的灵敏度不及气相色谱。,二、高效液相色谱法的主要类型及其分离原理,主要类型：,（一）液,-,液分配色谱法及化学键合相色谱,流动相和固定相都是液体。流动相与固定相之间应互不相溶（极性不同，避免固定液流失），有一个明显的分界面。当试样进入色谱柱，溶质在两相间进行分配达到平衡。,1,正相液,-,液分配色谱法 流动相的极性小于固定液的极性。,2,反相液,-,液分配色谱法 流动相的极性大于固定液的极性。,（二）液,-,固色谱法,流动相为液体，固定相为吸附剂（如硅胶、氧化铝等）。,（三）离子交换色谱法,(IEC),IEC,是以离子交换剂作为固定相。,IEC,是基于离子交换树脂上可电离的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换，依据这些离子以交换剂具有不同的亲和力而将它们分离。,（四）离子对色谱法,离子对色谱法是将一种,(,或多种,),与溶质分子电荷相反的离子,(,称为对离子或反离子,),加到流动相或固定相中，使其与溶质离子结合形成疏水型离子对化合物，从而控制溶质离子的保留行为。,（五）离子色谱法,用离子交换树脂为固定相，电解质溶液为流动相。以电导检测器为通用检测器，反应原理与离子交换色谱法相同。,（六）空间排阻色谱法,空间排阻色谱法以凝胶 为固定相。它类似于分子筛的作用，但凝胶的孔径比分子筛要大得多，一般为数纳米到数百纳米。溶质在两相之间按分子大小进行分离。试样进入色谱柱后，随流动相在凝胶外部间隙以及孔穴旁流过。在试样中一些太大的分子不能进入胶孔而受到排阻，因此就直接通过柱子，首先在色谱图上出现，一些很小的分子可以进入所有胶孔并渗透到颗粒中，这些组分在柱上的保留值最大，在色谱图上最后出现。,三、高效液相色谱仪,（一）组成,高效液相色谱仪由高压输液系统、进样系统、分离系统、检测系统、记录系统等五大部分组成,1,高压输液系统,高压输液系统由溶剂贮存器、高压泵、梯度洗脱装置和压力表等组成。,（,1,）溶剂贮存器：,溶剂贮存器一般由玻璃、不锈钢或氟塑料制成，容量为,1L,到,2 L,。,（,2,）高压输液泵：,高压输液泵是高效液相色谱仪中关键部件之一，其功能是将溶剂贮存器中的流动相以高压形式连续不断地送入液路系统，使样品在色谱柱中完成分离过程。,（,3,）梯度洗脱装置：,梯度洗脱就是在分离过程中使两种或两种以上不同极性的溶剂按一定程序连续改变它们之间的比例，从而使流动相的强度、极性、,pH,或离子强度相应地变化，达到提高分离效果，缩短分析时间的目的。,2,进样系统,进样系统包括进样口、注射器和进样阀等，它的作