液相色谱中的安培检测.pdf

知识介绍液相色谱中的安培检测屈?锋?牟世芬?刘克纳?中国科学院生态环境研究中心?北京?摘要?介绍了液相色谱中直流安培?脉冲安培和积分安培检测的基本原理及使用条件和范围关键词?液相色谱?离子色谱?安培检测中图分类号?文献标识码?文章编号?前言高效液相色谱?技术的广泛使用?使其成为分析方法中不可缺少的手段其常用的检测手段为光学检测?如紫外?可见分光光度检测和荧光检测离子色谱?的问世使液相色谱的电化学检测得以发展?其广泛使用的电导检测使液相色谱的应用范围扩大到无机阴?阳离子和小分子有机离子等大量的离子色谱研究是采用电导检测?本文不再赘述?在此仅就液相色谱和离子色谱中使用相对较少的电化学安培检测法的基本原理和使用条件进行较详细的介绍?检测原理安培检测器由恒电位器和三电极?工作电极?参比电极和对电极?电化学池组成在工作电极与参比电极之间施加的是发生氧化还原反应所需的电位?称为施加电位或工作电位在工作电极上施加恒定电位的称为直流安培法?施加阶跃电位的称为脉冲安培法?直流安培法在工作电极上施加恒定的电位?当反应物氧化时?电子从反应物转移至电极?在此过程中电极本身为惰性?不参与氧化反应?或者?电极可以与待测物形成沉淀或络合物?参与氧化反应直流安培法所用最佳电位就是待测物可以产生极限扩散电流的最小电位?脉冲安培法?脉冲安培检测器出现在?年代初?是美国戴安公司为满足糖的测定而研制?并投入市场与离子色谱仪配套使用的检测器脉冲安培检测在实验中需使用三阶电位?和?每个电位需要特定的阶跃时间?和?因此必须设定各脉冲的幅度和间隔时间?图?是工作电位?在该电位下测量待测物的氧化电流?为比?高的氧化清洗电位?用于完全氧化电极表面?使吸附的反应产物脱离电极?再将电位降至比?负得多的电位?使贵金属电极表面还原为金属本身?再回到电位?如此自动循环工作电位?下的时间?由延迟时间?和积分时间?两部分组成由电位?到?的脉冲过程中?会引起电极?溶液界面的充电电流?因此施加脉冲电位产生的电流是由电极表面的充电电流和分析物的氧化电流两部分组成?而前者是必须扣除的在检测时?延迟一定时间?检测?此时?充电电流迅速衰减为零?所测电流仅为分析物氧化电流延迟时间一般为?足以使充电电流衰减为零最佳三阶电位?和?的确定比直流安培检测困难一种比较实用的选择脉冲安培检测操作参数的方法是?对于氧化反应?先将?设定为一个小的正电位值?设定为在所用淋洗液介质中工作电极的正电位极限值左右?靠近负的极限电位?然后改变?值直至获得最佳检测信号对于还原反应?其选择方法相反?为负电位?靠近负的极限电位?靠近正的极限电位对于脉冲安培 检 测的 电 位和 时 间参 数 的 设 定?和第?卷第?期色?谱?年?月?收稿日期?修回日期?通讯联系人?牟世芬图?脉冲安培检测的三电位图?做了大量的研究?给出了一般的和优化的脉冲安培检测参数?给出常用的电化学检测?程序?积分安培法?积分安培法是脉冲安培法的变体脉冲安培法是对每次脉冲前的单电位下产生的电流积分?积分安培法是对每次脉冲前循环三角波或方波电位下产生的电流积分?即是对电极被氧化形成氧化物和氧化物还原为其初始状态的一个循环电位扫描过程中产生的电流积分在没有待测物?可氧化物?存在时?静电荷为零积分安培法的优点在于通过施加循环三角波或方波电位消除了氧化物形成和还原过程产生的电流正?反脉冲方向的积分有效地扣除了电极氧化产生的背景效应?使得那些可受金属氧化物催化氧化的分子产生较强的检测信号和获得稳定的检测基线成为现实积分安培检测在实验中需使用四阶电位?图?电催化检测过程中各组分的安培响应主要由施加电位下电极的表面催化状态决定?而不取决于反应物自身的氧化还原电位?因此?在电化学分析中?很难用伏安法来分析的同系列复杂混合物?可通过?的分离作用?用电催化检测进行分析图?积分安培检测的四电位图?和?将前述的脉冲电化学检测分为两种检测模式?反应物在无氧化物表面的电极上直接检测?即脉冲安培检测?电位波形见图?伴随表面氧化物形成的含胺?硫官能团反应物的氧化检测?即积分安培检测?电位波形见图?应用范围可用于安培检测的物质需具有电化学活性?并较易发生电化学氧化还原反应电化学检测灵敏度高?具有很好的选择性特别是对于那些不具有紫外?可见或荧光生色团的物质的检测?如脂肪类化合物?电化学安培检测是一个很好的补充手段芳香化合物?生物胺及相关化合物?如儿茶酚胺及酚类?很容易在碳电极上氧化一些无机离子?及?等的直流安培检测则采用?电极?该电极在上述可与其络合或形成沉淀的阴离子存在时?易被氧化这类阴离子存在时?电极本身直接参与反应?但其消耗极其缓慢?并无电极降解现象发生例如?可在?离子存在时氧化为?其氧化电位比在?电极上?氧化为氰酸盐?时低得多?在这种较低的工作电位下?许多非检测物质不能被氧化?这样可增加待测物的选择性?并降低溶液中污染物氧化所引起的干扰和基线噪音脉冲安培检测可用于氨基醇?糖醇?单糖?寡糖和多糖等的测定通过高的正?负电位的交替使用?可使沉积物清除?使金属电极表面保持稳定和活化状态积分安培法可用于脂肪胺和含硫类分子的测定由于积分安培检测过程涉及被分析物在贵金属表面的吸附?反应基团的?原子和?原子必须至少有一对非键电子?使其可以在未氧化的电极表面吸附因此?呈完全氧化态的无机硫酸盐?有机磺酸盐和含硫化合物砜等不能被检测?可检测的有脂肪胺?氨基酸?肽和很多含硫化合物?实验条件?分析过程中?在考虑分离机理?选择合适的流动体系的同时?还需选择与电化学检测相匹配的实验条件对所有电化学检测体系?均需考虑电极的电位窗口?电极特性及电解液的性质?第?期?屈?锋等?液相色谱中的安培检测?工作电极和电位窗口工作电极在安培检测中起着重要的作用商用仪器配备的电化学检测器中?通常有?种材料的电极可供使用?即金属电极?和玻璃碳电极在电化学检测中选择电极材料主要考虑的是其保持活性表面的能力电极在正的工作电位时会形成表面氧化物?阻止了待测物的进一步氧化?使测定信号随着时间的增加而减弱电极的活性表面可通过物理方法进行抛光处理来保持碳电极与金属电极相比不易形成氧化物?不需要经常抛光?所以常用于直流安培检测脉冲安培和积分安培检测是通过施加脉冲电位解决金属电极表面的更新问题同时?电极材料自身的性质对电化学检测也有重要的影响如前所述?电极适合于可与之反应的?及?等无机阴离子的检测?生物胺和酚类适合用玻璃碳电极?而大量极性脂肪化合物就不适于在碳电极上用脉冲安培检测?原因是碳电极表面缺少催化性质?而这种性质是脂肪化合物反应的重要前提?测多元醇和糖时?在?或?电极上的检测灵敏度随?值的增加而增加?这是因为反应过程中有?参与?生成了?碱性溶液中和了反应控制步骤中生成的?提高了反应速度然而?在?电极上?糖和醇的反应速度随溶液酸度增加而减慢?检测时通常要求?而同样的化合物在?电极上?当浓酸介质?时仍可以测得氧化电流这是由于两种金属的原子构型不同?原子外层为?电子构型?金属表面对自由基有很强的亲和力?甚至可导致脂肪化合物脱氢产生被吸附的自由基而?原子外层为?电子构型?自由基氧化产物仅仅是弱吸附在电极表面?因此?碱性介质下才可促使反应速度加快电极的选择还应考虑其极限电位的限制?即电位窗口负的极限电位是溶液或支持电解质能被还原时的施加电位?正的极限电位是支持电解质或电极本身被氧化的电位由于这些背景电化学反应产生的电流远远超过分析物的氧化还原电流?因此所用的施加电位是在正?负极限电位之间离子色谱中?流动相多为无机酸?碱?盐溶液?在这种以水作溶剂的电化学反应体系中?经常发生?或?的氧化及?或?还原的背景电化学反应?因此电化学测定的电位区域由水的稳定区域即不产生氧气和氢气的电位范围决定水的稳定区域还因材料而异?并受溶液?值的影响?给出了?和玻璃碳电极等?种电极在酸碱溶液中的电位极限值对于不同的实验?因背景噪音水平不同?需要通过实验来确定极限电位对一定的电极材料?影响电位极限最重要的因素是溶液的?值正?负电位极限在碱性溶液中更负?在酸性溶液中更正?亦即可选用的电位窗口在碱性溶液中负移?在酸性溶液中正移?用?及?旋转圆盘电极在?溶液中作循环伏安扫描?对电极上的氧化还原过程进行说明?电极上?溶解氧的还原波与金属氧化物的形成波和溶解波可完全分离?互不干扰?电极上溶解氧的还原波与金属氧化物的形成波和溶解波完全重叠这种现象使得在应用?方式检测时?使用?电极优于?电极?总结了有关文献报道的?及?检测的应用范围?所用电极和溶液条件?流动相的选择用液相色谱?安培检测方式分析待测物时?对流动相的选择应考虑到使用该检测方式检测的可能性电化学检测的电解液实为色谱中的流动相?它在保证对待测物有良好的分离度时?还需起到支持电解质的作用色谱分离机理的不同必然导致所选流动相的不同离子色谱常用的流动相为酸?碱和盐?用电化学检测时?直接选用强酸碱作为流动相?既可提供淋洗离子?又可保证电化学检测所需的酸碱度和离子强度通常?溶液的?值对电化学反应的影响很大?如果反应过程中有?或?参与?其氧化还原电位和检测灵敏度将随?值的不同而变化当流动相的酸碱度不能达到检测所需的最佳?值时?可在分离柱和检测器之间通过柱后加入适当的溶液进行调节?以保证检测的灵敏度需要使用梯度淋洗分离的待测物?其溶液浓度和?梯度对检测基线的影响也可通过柱后加入法消除离子色谱流动相中的有机改进剂在电极表面的吸附作用会阻碍反应物靠近电极表面?不利于待测物的检测但是一些在电极表面具有强烈吸附能力的分析物?如含?原子和?原子的化合物?则可通过与有机改进剂竞争电极表面的位点?在电极表面氧化对于这类物质的分析?不仅可用离子交换?还可以扩展到反相液相色谱此外?对电极有影响的物质?如含卤素的溶液?对电极有污染作用?不适合作淋洗液如使用?和?电极时不能使用卤素盐作流动相?但可选用醋酸盐?高氯酸盐?硝酸盐?磷酸盐和硫酸盐作流动相?色?谱第?卷对于在色谱分离过程中普遍使用的梯度淋洗?用电化学检测器常有明显的基线漂移当样品浓度大且所用电位较低时?低于?可忽略基线的变化当低浓度的样品需在?电位下检测时?梯度淋洗过程中的基线漂移非常明显?影响检测梯度淋洗中影响背景电流的因素主要有?值?溶液粘度?试剂纯度?电池设计?离子强度?工作电位?电极预处理和有机溶剂种类等?使用多种混合的流动相可有效地消除背景电流变化所导致的基线漂移?结束语电化学检测可与离子交换?离子对?离子排斥和反相色谱等分离方式结合?可灵敏的检测大量的脂肪类?芳香类和杂环类化合物液相色谱?电化学检测技术不能取代常规的紫外?可见检测?但却是一个重要的补充手段?特别是那些不具有生色基团?不能用紫外?可见吸收有效检测的物质尤为需要电化学检测的进一步发展可从以下方面进行?优化流动相体系和安培检测的电位选择?提高信噪比?获得更稳定的检测信号和基线?脉冲安培可用来测定在电极表面强吸附的非电活性化合物柱前或柱后加入在电极表面弱吸附的电活性试剂?其背景信号被强吸附的待测物抑制?出现负峰?从而可进行间接测定?通过柱前和柱后衍生反应?使非电化学活性的分子转变为等量的可检测的电活性分子?或通过测量柱后反应减少的电活性试剂或生成的电活性副产物间接测定总之?在现有的仪器设备条件下?通过对电化学检测器的灵活应用?扩大应用范围另外?发展新型的?高灵敏度的电化学检测器则更多地依赖电化学工作者?多电极检测?同时用两个或多个工作电极?每个电极设置不同的工作电位?可提高选择性和检测灵敏度?设计可进行电位扫描的薄层电池?以及在微电极上进行电位扫描?修饰电极?化学修饰电极可改变电极表面状态?影响反应物在电极界面的速率过程修饰电极在色谱中的应用不多?但随着电化学研究的进行?它在色谱检测方面具有很大的潜力参考文献?第?期?屈?锋等?液相色谱中的安培检测?