分析化学
2022-05-09 11:10:54 0 举报AI智能生成
分析化学相关知识，包括仪器分析，化学分析等
作者其他创作
大纲/内容
光谱分析法
紫外分光光谱法
原理
电子跃迁
有关概念
吸收带
比尔定律
子主题
分光光度计
主要部件
类型
分析方法
定性
纯度
定量
荧光光谱法
原理
分子荧光
关系
影响
定量分析
光强与浓度的关系
方法
分光光度计，技术
质谱法
基本原理
主要例子及裂解类型
有机化合物的质谱分析
有机化合物综合分析
色谱分析法
平面色谱法
概述
平面色谱法：平面上进行分离的一种色谱方法，主要包括，薄层色谱法，纸色谱法
优点：方便快捷，成本低，易于推广
样品预处理简单
展开剂选择范围广
应用范围广
样品预处理简单
展开剂选择范围广
应用范围广
缺点：重现性差，适合定性，定量较难操作
分类
薄层色谱法
平板（玻璃板）等，固定相形成薄层，在薄层上进行分离
纸色谱法
纸为载体，固定相一般为水，流动相为有机溶剂
薄层电泳法
带电荷，惰性支持介质，不同速度，相反电极。
参数
定性参数
比移值Rf：溶质移动距离/流动相移动距离
Rf=L/Lo（0~1）
Rf=L/Lo（0~1）
相对比移值Rr：被测组分的比移值/参考物质比移值
Rr=Rf1/Rf2 （∞）
能在一定程度上消除系统误差，Rr值的重现性和可比性都比Rr好
Rr=Rf1/Rf2 （∞）
能在一定程度上消除系统误差，Rr值的重现性和可比性都比Rr好
相平衡参数
Rf与K（分配系数）k（容量因子）
Rf=1/（1+KVs/Vm）
保留比：R‘ 组分的迁移速度/流动相速度之比
柱色谱R’=1/（1+k）
平面色谱R‘=Rf=1/（1+k）
组分不同，K，Rf不同，平面色谱可以将不同组分分离，得到不同的斑点。
一般要求：0.01＜K＜100
可以计算体系的K
一般要求：0.01＜K＜100
可以计算体系的K
分离参数
分离度
分离度R：表示相邻斑点中心距离与两斑点平均宽度的比值
R=2d/W1+W2
R＞1较适宜
薄层色谱法
将细粉状的吸附剂或载体涂布到玻璃板，塑料板或铝箔上，进行活化，经过点样，展开与显色后与适宜的对照物质在同一薄层板上所得的色谱斑点作比较，用于定性鉴别或含量测定。
铺好固定相层的薄板称为薄板，薄层板。
铺好固定相层的薄板称为薄板，薄层板。
类型原理
吸附薄层色谱法
固定相为吸附剂，原理：吸附→解吸→再吸附→再解吸→分离
A和B分离，差速迁移，KA≠KB，吸附能力，溶解能力。
K大的组分，Rf小，迁移速度慢。极性大的组分Rf小
A和B分离，差速迁移，KA≠KB，吸附能力，溶解能力。
K大的组分，Rf小，迁移速度慢。极性大的组分Rf小
分配薄层色谱法
以液体为吸附剂的薄层色谱法，原理：K不同
正相薄层色谱法：固定相极性＞流动相；组分极性大，K大，Rf小，速度慢
固定相：含水硅胶，流动相：极性较弱的有机溶剂
反相薄层色谱法：固定相极性＜流动相；组分极性小，K大，Rf小，速度慢
固定相：烷基化学键合相，流动相：水或水和有机溶剂的混合溶剂
离子交换，分子排阻，胶束薄层色谱法
经典薄层色谱法—高效薄层色谱法
HPTLC特点：分离效率高，分析速度快，检测灵敏度高。与经典法比较：固定相粒径小，分布窄，点样量小
吸附剂和展开剂
吸附剂（固定相）
硅胶
最常见，SiO2·xH2O，是具有硅氧交联结构、表面有许多硅醇基的多孔性微粒。硅醇基是硅胶具有吸附力的活性基团（游离硅羟基，氢基化硅羟基，硅氧桥）
吸附机制：硅醇基与极性基团形成氢键，表现其吸附性能，由于各组分极性基团与硅醇基形成的氢键能力不同而被分离
活化：水与硅胶表面硅醇基结合形成水和硅醇基失去吸附活性。加热105·110℃，水被除去，提高活度，增加吸附能力，称为活化
含水量越多，活性级数越高，吸附能力越弱，Rf越大
常用三种
硅胶H
不含粘合剂
硅胶G
硅胶与煅石膏混合而成
硅胶GF254
除含有煅石膏，还含有无机荧光剂，在254nm紫外光下呈现强烈的黄绿色荧光背景，用于自身不发光且不易显色物质测定
表面具有微酸性
pH=5,适合分离酸性和中性物质，有机酸，酚类，醛类。碱性物质与硅胶反应，展开时严重被被吸附，斑点拖尾，Rf=0
分离性能
比表面积大，相互作用强，吸附力大，保留大
氧化铝
由氢氧化铝在400~500℃灼烧而成
碱性氧化铝
pH9·10碱性中性物质：生物碱，脂溶性纤维素
中性氧化铝
pH7.5酸性对碱不稳定的化合物的分离，广泛使用。
酸性氧化铝
pH4·5酸性物质：氨基酸
吸附机制
氧化铝表面存在铝羟基Al-OH，由于羟基的氢键作用而能吸附其他物质。不同物质的吸附能力不同而得到分离
活性与含水量相关。含水量越高，吸附能力越小。适当温度加热活化
活性与含水量相关。含水量越高，吸附能力越小。适当温度加热活化
聚酰胺
酰胺聚合而成的高分子物质，常用聚己内酰胺，白色多孔非晶型粉末。不溶于水和易班有机溶剂，易溶于浓矿酸酚甲酸。
吸附机制
酰胺基，酚，硝基化合物，醌类形成氢键。形成氢键能力不同，吸附能力不同，分离。
展开剂 流动相
选择一般规则：吸附剂，分离物质，展开剂（书309图）
组分极性强：活性小的吸附剂，极性的展开剂
组分极性弱：活性高的吸附剂，极性弱的展开剂
组分中等：采用中间条件进行分离
单一展开剂，多元展开剂
单一展开剂
溶剂组分简单，分离重现性好
多元展开剂
占比例大的溶剂起溶解样品和基本分离作用，占比例较小的溶剂起调整Rf值，改善分离度和对某些组分的选择性作用
操作方法
薄层板制备
分离成功与否的关键，直接影响分离结果和Rf重现性
玻璃板，光滑，平整，干净
铺制
软板
硬板
定性分离
倾注法
平铺法
定量分离
机械涂铺
活化
先晾干，再加热活化，冷却至室温，保存在干燥器中
点样
样品溶液的制备：甲醇，乙醇，丙酮等挥发性有机溶剂。试样浓度0.01%~0.1%
点样量：几微升。点样量过大，展开斑点过大或拖尾。制备薄层可增至几百微升
点样方法：定性分离：采用内径0.5mm点样毛细管，微量注射器。原点直径2~4mm，分量多次点样。
展开
在一个具有一定空间和形状密闭容器中，借助毛细管作用，流动相沿固定相运动
展开剂蒸气饱和度影响色谱行为，展开剂预饱和可以消除边缘效应。（边缘展开剂蒸发速度快，展开剂上升快，溶质迁移快）
消除边缘效应：展开之前，薄层板置于盛有展开剂的色谱缸里内饱和，薄层板不与展开剂直接接触
斑点定位
日光下
画出有色物质斑点
紫外灯
荧光物质或少数有紫外吸收的物质
荧光薄层板检测
子主题
显色剂显色
子主题
定性定量分析
定性分析
依据
一定色谱方法下，相同物质Rf值相同
方法
Rf定性
试样与标准物质
Rr定性
参考文献，更好一点，消除系统误差
杂质检查
子主题
杂质对照品比较法
一定浓度的试样溶液与限定浓度的杂质对照品溶液，比较斑点颜色，不得比杂质对照品斑点颜色深
主成分自身对照法
配制一定浓度的供试品溶液，稀释，作为对照溶液。将对照溶液和样品溶液在同一薄层板上展开，样品溶液中杂质斑点颜色不得比对照溶液主斑点颜色深
定量分析
洗脱测定法
样品经薄层色谱分离后，用溶剂将斑点中组分洗脱下来，再用适当方法进行定量测定
直接定量法
目视法
直接比较样品斑点与对照品（系列浓度梯度）斑点的颜色或面积大小，求出近似含量，为半定量方法，精度不高（±10%）
薄层扫描法
薄层色谱仪对斑点进行扫面，通过斑点对光吸收强弱进行定量，精密度高,±5%
纸色谱法
气相色谱法
分类和一般流程
分类和特点
气-液色谱，气-固色谱
吸附色谱，分配色谱
毛细管柱气相色谱（开管型，填充型），填充柱气相色谱
吸附色谱，分配色谱
毛细管柱气相色谱（开管型，填充型），填充柱气相色谱
优点：分离效能高
分析快速，简单
样品用量少，高灵敏度
高选择性
应用范围广
缺点：只适用于热稳定性好，易气化的物质分析；分析非挥发性物质时需要衍生化
分析快速，简单
样品用量少，高灵敏度
高选择性
应用范围广
缺点：只适用于热稳定性好，易气化的物质分析；分析非挥发性物质时需要衍生化
一般流程
气路系统
载气系统——提供清洁，流量恒定的载气
进样系统
将试样引入系统并蒸发成气体
分离系统
色谱柱系统——色谱柱，柱温箱，柱温可按程序改变
温控系统
检测系统
数据获取和处理
控制系统
温度，载气流量，信号控制
固定相和流动相
气-液色谱固定相
分配色谱
固定相：固定液(高沸点物质)+载体（惰性固体微粒，作支持物）
要求：在操作温度下蒸汽压要低，最高使用温度以下20℃为宜。
热稳定性好，在高柱温下不分解，不与试样组分发生反应
对被分离组分的选择性要高，即分配系数有较大差别
各组分必须在固定液中有一定的溶解度
对载体具有良好的浸润性
热稳定性好，在高柱温下不分解，不与试样组分发生反应
对被分离组分的选择性要高，即分配系数有较大差别
各组分必须在固定液中有一定的溶解度
对载体具有良好的浸润性
分类
按化学结构分类
组分与固定液结构相似原则选择固定液：烃类，聚硅氧烷类，
按相对极性分类
含有不同基团的固定液与组分基团相互作用力的大小
相对极性：p罗氏常数。分为五个等级，0~100之间五个等级：01非极性，23中等极性，45极性
相对极性：p罗氏常数。分为五个等级，0~100之间五个等级：01非极性，23中等极性，45极性
选择
固定液的极性是选择固定液的重要依据。按照相似性原则选择
非极性组分：非极性固定液：色散力，按沸点由低到高出峰
极性组分：极性固定液（偶极作用为主，按照极性小大出峰）
极性与非极性混合组分：极性固定液：非极性组分先出峰，极性组分按照极性顺序出峰
氢键型组分：氢键型固定液：按氢键能力大小顺序出峰
复杂组分混合物：混合固定液，混涂，混装，串联
载体
化学惰性的多孔微粒
要求：比表面积大，粒度和孔径分布均匀，对固定液浸润性好
表面呈化学惰性（与组分和固定液不发生化学反应），没有吸附性或吸附性弱
热稳定性以及化学稳定性好
粒度均匀，具有一定机械强度
表面呈化学惰性（与组分和固定液不发生化学反应），没有吸附性或吸附性弱
热稳定性以及化学稳定性好
粒度均匀，具有一定机械强度
类型
硅藻土载体：二氧化硅和少量无机盐，红色载体（氧化铁），白色载体（极性固定液）
非硅藻土载体，有机玻璃微球载体，聚四氟乙烯载体：常用于强腐蚀性物质，但由于表面非浸润性，其柱效低
钝化：消除或减弱载体表面的吸附活性
硅藻土表面不完全惰性，具有活性中心硅醇基和少量金属氧化物，使色谱峰产生拖尾，要除去活性中心
酸洗，碱洗和硅烷化
气-固体、色谱固定相
吸附剂：硅胶，氧化铝，石漠化炭黑以及分子筛（人工合成额硅酸铝的钠盐或钙盐）
高分子多孔微球：分极性和非极性两种
由苯乙烯或乙基乙烯苯和二乙烯苯共聚而成（非极性
聚合时引入极性基团，极性高聚物
聚合时引入极性基团，极性高聚物
特点：
耐高温，峰形好，不拖尾，无柱流失，柱子寿命长；针对非极性微球，具有疏水性，按极性顺序分离化合物，极性大先出峰；针对极性微球，反之。
流动相
载气
氮气：最常用，安全，廉价，热导率低
氢气：热导系数大，粘度小，易燃注意
氦气：相对分子质量小，热导系数大，粘度小，安全，GC-MS
选择：选择载气和纯化主要取决于检测器，色谱柱和分析要求。不同检测器，色谱柱和试样对载气和辅助气体的纯度要求不同，净化要求不同。
检测器
将各组分的浓度或质量变化转变成相应的电信号的装置
通用型，选择型
浓度型
与质量无关，响应值与浓度呈正比
质量型
响应值与单位时间内进入检测器某组分质量成正比，氢离子火焰检测器
性能指标：灵敏度高，检出限低
死体积小，响应迅速
线性范围宽
稳定性好，噪音低
通用性检测器要求适用范围广，选择性检测器要求选择性好
死体积小，响应迅速
线性范围宽
稳定性好，噪音低
通用性检测器要求适用范围广，选择性检测器要求选择性好
灵敏度
响应值或应答值S
浓度型检测器Sc
质量型检测器Sm
噪声和漂移
噪声：无样品通过检测器时i，由仪器本身和工作条件等偶然因素引起的基线起伏称为噪音
用基线波动的最大宽度来衡量mV,A
漂移：基线在单位时间内单方向缓慢变化的幅值
检测限
某组分的峰高恰为噪音峰高的3倍时，单位时间内载气引入检测器中该组分的质量或者单位体积载气中所含该组分的量D=3NIS
在评价检测器时，不能只看灵敏度，还要考虑噪音的大小，检测限只能从两方面说明检测器的性能
线性范围：是指响应信号与被测组分浓度的关系呈现线性的范围
通常以线性范围内被测物最大浓度和最小浓度的比值来表示
对于同一个检测器，不同组分有不同线性范围
不同检测器线性范围越宽越好
通常以线性范围内被测物最大浓度和最小浓度的比值来表示
对于同一个检测器，不同组分有不同线性范围
不同检测器线性范围越宽越好
热导检测器
TCD：利用被测组分与载气的热导率的差别来检测组分的浓度变化
特点：结构简单，性能稳定，样品不会被破坏，测定范围广，通用型检测器
灵敏度低，噪音大
注意事项：载气与试样热导率差别越大，灵敏度越高。
不通载气不能加桥电流，否则热敏元件会损坏
灵敏度够用的情况下，采取低桥流
热导检测器为浓度型检测器，进样量一定时，峰面积与载气流速呈现反比
降低检测室温度可增加导热，提高灵敏度。检测器柱温不低于柱温，高于柱温20~59℃为宜
不通载气不能加桥电流，否则热敏元件会损坏
灵敏度够用的情况下，采取低桥流
热导检测器为浓度型检测器，进样量一定时，峰面积与载气流速呈现反比
降低检测室温度可增加导热，提高灵敏度。检测器柱温不低于柱温，高于柱温20~59℃为宜
氢离子火焰检测器（氢焰离子化检测器）
FID：利用有机物在氢火焰的作用下，化学电离产生离子，在外加电场作用下，使得离子形成离子流，根据离子流产生电信号强度，检测组分
特点：灵敏度高，噪声小，检测限低，死体积小，线性范围宽，响应速度快，操作简单，最常用
缺点：样品被破坏，只能测定含碳化合物，不能检测CO2，H2O,NH3等不能电离的物质
离子化室，收集级，发射极，火焰喷嘴，
注意事项：载气：氮气；燃气：氢气；助燃气：空气（1：1）or（1：1.5）；（1：5 or 1：10）
质量型检测器，在进样量一定时，峰高和载气流速呈现正比，用峰高定量时，保持载气流速恒定
质量型检测器，在进样量一定时，峰高和载气流速呈现正比，用峰高定量时，保持载气流速恒定
电子捕获检测器
ECD:电子俘获检测器;选择性很强。对于具有电负性物质（卤素，羰基，氰基，硝基等物质）
农药残留，大气污染，生物化学
农药残留，大气污染，生物化学
线性范围窄，且响应易受到操作的影响，重现性差。
两个电极，和筒状β放射源，基流，浓度型检测器
条件选择
氮气，纯度＞99.999%作为载气
少量氧气和水对检测器的基流和响应值有很大影响，需要脱氧管等净化装置
载气流速对基流和响应信号也有影响，注意安全
分离条件的选择
GC速率理论
范式方程：H=A+B/u+Cu
A涡流扩散项：填充不规则因子，填充物平均直径；空心毛细管柱：A=0
GC：填充柱较长，不适宜用粒径太小的填料，粒径太小，不宜填充，柱阻大，柱压降也大。多采用60~80/80~100目
分子扩散项：B： 扩散阻碍因子，组分在载气中的扩散系数，（与组分性质，载气种类，T和柱压等因素有关，与载气相对分子质量的平方根成反比）
载气分子量大，B小；
系数随柱温升高而增加，
随柱压增大而减小
u增加，纵向扩散小，B/u小
系数随柱温升高而增加，
随柱压增大而减小
u增加，纵向扩散小，B/u小
传质阻抗项Cu：=（Cg+Cl）u Cg：试样组分在气相和气液界面之间进行质量交换时气相传质阻抗系数
Cl 试样组分在气液界面和液相之间进行质量交换时的液相传质阻抗系数
Cl 试样组分在气液界面和液相之间进行质量交换时的液相传质阻抗系数
GC中，Cg很小，可以忽略，：液膜厚度，组分在液相中的扩散系数，保留因子
减小液膜厚度，C下降
增加柱温，增加D，k减小，为保持合适C值，控制柱温
载气流速对传质阻抗影响很大，当流速增大时，传质阻抗增大，柱效下降
增加柱温，增加D，k减小，为保持合适C值，控制柱温
载气流速对传质阻抗影响很大，当流速增大时，传质阻抗增大，柱效下降
具体公式见书
实验条件的选择
提高分离度，考虑固定液，柱温，载气
分离方程：R=a+b+c
要想获得满意的分离度，提高knα
增加k：分离度明显增加，但是峰变宽
n：增加，峰变窄，分离度改善
α增加：增加分离选择型，R增加
固定相：提高α和k：考虑组分的性质，固定液和载气
载气流速和种类：提高n
低流速
高流速
柱温选择
按试样不同沸点选择
柱长的选择：n
其他条件的选择
子主题
子主题
样品的预处理
毛细管气相色谱法
定性与定量分析
高效液相色谱法
主要分类
分离机制
分配色谱
吸附色谱
离子色谱
分子排阻色谱
正相色谱，反相色谱
化学键合相色谱
正相化学键合相色谱
固定相：极性键合相为固定相，硅胶表面是极性有机基团，最常用的有氨基，
流动相：比键合相极性小的非极性或弱极性有机溶剂（烷烃类），其中加入一定量的极性溶剂（氯仿，乙腈）
适用范围：分离溶于有机溶剂的极性和中等极性的分子型化合物
子主题
子主题
反相化学键合相色谱
固定相：非极性键合相为固定相，碳十八，碳八
流动相：水为基础溶剂，加入一定量的与水混溶的极性调整剂，常用甲醇-水，乙腈-水等
适用范围：最广泛的色谱法，适合分离非极性至中等极性的组分。
子主题
以化学键合相为固定相的色谱法。
化学键合相：采用化学反应的方法将官能团键合在载体表面所形成的固定相
化学键合相：采用化学反应的方法将官能团键合在载体表面所形成的固定相
离子抑制色谱法
分离机制
用少量弱酸，弱碱或者缓冲溶液，调节流动相的pH,抑制有机弱酸弱碱的解离，增加疏水缔合作用，使得容量因子变大
子主题
子主题
反相离子对色谱法
离子对色谱法
把离子对试剂加入到含水流动相中，组分离子在流动相中与离子对试剂的反离子生成中性离子对，增加溶质与非极性固定相的作用，使得容量因子增加，改善分离效果。
适用范围：有机酸，碱，盐，离子型和非离子型化合物的混合物
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