仪器分析考研辅导2012(8)

1 液体固定相 液体固定相是将固定液均匀涂渍在载体而成。 （1） 固定液

① 固定液和组分分子间的作用力－主要包括静电力、诱导力、色散力和氢键力等。 ② 固定液的选择

在选择固定液时，一般按“相似相溶”的规律选择，因为这时的分子间的作用力强，选择性高，分离效果好。 2．气固色谱固定相

用气相色谱分析永久性气体及气态烃时，常采用固体吸附剂作固定相。在固体吸附剂上，永久性气体及气态烃的吸附热差别较大，故可以得到满意的分离。 常用的固体吸附剂－主要有强极性的硅胶，弱极性的氧化铝，非极性的活性炭和特殊作用的

分子筛，高分子多孔微球等。

八、检测器

根据检测原理的差别，气相色谱检测器可分为浓度型和质量型两类。 浓度型检测器测量的是载气中组分浓度的瞬间变化，即检测器的响应值正比于组分的浓度。如热导检测器（TCD）、电子捕获检测器（ECD）。

质量型检测器测量的是载气中所携带的样品进入检测器的速度变化，即检测器的响应信号正比于单位时间内组分进入检测器的质量。如氢焰离子化检测器（FID）和火焰光度检测器（FPD）。

（1）检测器的性能指标

一个优良的检测器应具有以下几个性能指标：灵敏度高；检出限低；死体积小；响应迅速；线性范围宽和稳定性好。 (2)热导池检测器（TCD）

热导池检测器是一种结构简单，性能稳定，线性范围宽，对无机、有机物质都有响应，灵敏度适中的检测器。

热导池检测器是根据各种物质和载气的导热系数不同，采用热敏元件进行检测的。桥路电流、载气、热敏元件的电阻值、电阻温度系数、池体温度等因素影响热导池的灵敏度。

通常载气与样品的导热系数相差越大，灵敏度越高。由于被测组分的导热系数一般都比较小，故应选用导热系数高的载气。常用载气的导热系数大小顺序为H2 ? He ? N2。因此在使用热导池检测器时，为了提高灵敏度，一般选用H2为载气。 (3)氢火焰离子化检测器

氢火焰离子化检测器（FID）简称氢焰检测器。它具有结构简单，灵敏度高，死体积小，响应快，稳定性好的特点。但是，它仅对含碳有机化合物有响应，对某些物质，如永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等不产生信号或者信号很弱。 氢焰检测器是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳化合物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。

(4)电子捕获检测器

电子捕获检测器（ECD）只对具有电负性的物质，如含有卤素、硫、磷、氮的物质有响应，且电负性越强，检测器灵敏度越高。是具有高灵敏度和高选择性的检测器，常用来分析痕量具有电负性元素的组分，如食品、农副产品的农药残留量，大气、水中的痕量污染物等。 (5) 火焰光度检测器

火焰光度检测器（FPD）又叫硫磷检测器。它是一种对含硫、磷的有机化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。根据硫、磷化合物在富氢火焰中燃烧时，生成化学发光物质，并能发射出特征频率的光，记录这些特征光谱，即可检测硫、磷化合物。

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九、 色谱定性和定量分析

.1．色谱的定性分析

(1) 纯物质对照定性，(2相对保留值法ri,s

(3)加入已知物增加峰高法，(4)保留指数定性法

它是人为规定正构烷烃的保留指数为其碳数乘以100.被测物质的则可采用两个相邻正构烷烃的保留指数进行标定.保留指数仅与固定相的性质、柱温有关,与其它实验条件无关.其准确度和重现性都很好.只要柱温与固定相相同,就可与文献值进行对照,不必用纯物质相对照.

???x??lgtR??n??lgtR? Ix?100??n????n?1??lgtR??n??lgtR??2． 定量分析

色谱定量的依据是，当操作条件一致时，被测组分的质量（或浓度）与检测器给出的响应信号成正比。即：mi?fi?Ai

(1) 峰面积测量方法

对称形峰面积的测量—— 峰高乘以半峰宽法， A = 1.065 ? h ?Y1/2

峰面积的大小不易受操作条件如柱温、流动相的流速、进样速度等的影响，峰面积更适于作为定量分析的参数。 (2) 定量校正因子

色谱量分析的依据是被测组分的量与其峰面积成正比。但是峰面积的大小不仅取决于组分的质量，而且还与它的性质有关。即当两个质量相同的不同组分在相同条件下使用同一检测器进行测定时，所得的峰面积却不相同。因此，混合物中某一组分的百分含量并不等于该组分的峰面积在各组分峰面积总和中所占的百分率。这样，就不能直接利用峰面积计算物质的含量。为了使峰面积能真实反映出物质的质量，就要对峰面积进行校正，即在定量计算时引入校正因子。 校正因子fi?mif,相对校正因子 fi??i Aifs相对校正因子值只与被测物和标准物以及检测器的类型有关，而与操作条件无关。因此，

fi? 值可自文献中查出引用。若文献中查不到所需的fi? 值，也可以自己测定。常用的标准物质，对热导检测器（TCD）是苯，对氢焰检测器（FID）是正庚烷。 (3) 定量分析方法 ① 归一化法

把所有出峰组分的含量之和按100%计的定量方法称为归一化法。其计算公式如下：

?i?mif?A %?100%?ii?100m试样?fi?Ai 归一化法的优点是简单、准确，操作条件变化时对定量结果影响不大。但样品的所有组

分必须全部流出，且出峰。某些不需要定量的组分也必须测出其峰面积及f?i 值。此外，测量低含量尤其是微量杂质时，误差较大。 ②内标法

当样品各组分不能全部从色谱柱流出，或有些组分在检测器上无信号，或只需对样品中某几个出现色谱峰的组分进行定量时可采用内标法。

miAifi?mimsAif???i??100%??100%

msAsfs?m试样m试样Asfs?

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内标法的进样量不必准确；操作条件稍有变化对结果没有什么影响，因此定量结果比较准确。适宜于低含量组分的分析，且不受归一法使用上的局限。

③ 外标法 外标法实际上就是常用的标准曲线法。不需要对校正因子。

十、 高效液相色谱法

1．方法特点

高效液相色谱是在气相色谱和经典色谱的基础上发展起来的。经典的液相色谱法，流动相在常压下输送，所用的固定相柱效低，分析周期长。而现代液相色谱法引用了气相色谱的理论，流动相改为高压输送;色谱柱是以特殊的方法用小粒径的填料填充而成，从而使柱效大大高于经典液相色谱；同时柱后连有高灵敏度的检测器，可对流出物进行连续检测。因此，高效液相色谱具有分析速度快、分离效能高、自动化等特点。所以人们称它为高压、高速、高效或现代液相色谱法。

（1） 液相色谱分离原理及分类

和气相色谱一样，液相色谱分离系统也由两相－固定相和流动相组成。液相色谱的固定相可以是吸附剂、化学键合固定相（或在惰性载体表面涂上一层液膜）、离子交换树脂或多孔性凝胶；流动相是各种溶剂。被分离混合物由流动相液体推动进入色谱柱。根据各组分在固定相及流动相中的吸附能力、分配系数、离子交换作用或分子尺寸大小的差异进行分离。色谱分离的实质是样品分子（以下称溶质）与溶剂（即流动相或洗脱液）以及固定相分子间的作用，作用力的大小，决定色谱过程的保留行为。

根据分离机制不同，液相色谱可分为：液固吸附色谱、液液分配色谱、化合键合色谱、离子交换色谱以及分子排阻色谱等类型。 （2）液相色谱与气相色谱的比较

液相色谱所用基本概念：保留值、塔板数、塔板高度、分离度、选择性等与气相色谱一致。液相色谱所用基本理论：塔板理论与速率方程也与气相色谱基本一致。但由于在液相色谱中以液体代替气相色谱中的气体作为流动相，而液体和气体的性质不相同；此外，液相色谱主要适用于高沸点化合物、非挥发性物质、热不稳定化合物、离子型化合物及高聚物的分离、分析（大约占有机物的70 ~ 80%）。 2． 高效液相色谱仪

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）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值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。其作用类似于气相色谱中的程序升温。 （2） 分离系统

分离系统包括色谱柱、恒温器和连接管等部件。柱温一般为室温或接近室温。 （3） 检测器

在液相色谱中，有两种类型的检测器，一类是溶质性检测器，它仅对被分离组分的物理或物理化学特性有响应。属于此类检测器的有紫外、荧光、电化学检测器等；另一类是总体检测器，它对试样和洗脱液总的物理和化学性质响应。属于此类检测器有示差折光检测器等。 ①紫外光度检测器 － 紫外光度检测器(UV)的作用原理是依据被分析组分对特定紫外光的选择性吸收，组分浓度与吸光度的关系服从比尔定律。能作梯度洗脱。 ②示差折光检测器

示差折光检测器(RI)是依据不同性质的溶液对光具有不同的折射率，通过连续测量溶液折射率的变化，便可测知各组分的含量。示差折光检测器为通用型检测器，不能作梯度洗脱。

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③荧光检测器

根据某些物质受激后能产生一定强度荧光的性质，可制成灵敏度极高的荧光检测器。 ④电化学检测器

电化学检测器是一薄层电解池。具有电化学氧化还原性质的化合物流进检测器即发生电解，产生的电流经放大而被检测。 3． 高效液相色谱的类型

根据固定相和分离机理的不同，高效液相色谱可以分为如下几种类型。 （1）.液—固吸附色谱，（2） 液—液分配色谱，（3）化学键合相色谱，（4）离子交换色谱，（5）.离子色谱

这种方法中用离子交换树脂作为固定相，电解质溶液为流动相，用电导检测器检测。 （6）凝胶色谱 凝胶色谱是基于试样中各组分分子的大小和形状不同来实现分离。

例题解析: 1.选择

(1)下列参数中,会引起分配系数变化的是( )。

A. 柱长缩短 B. 固定相改变C. 流动相速度增加 D. 相比减小 (2) 同时包含色谱过程热力学和动力学两方面因素的是( )。 A. 保留值 B. 分离度C. 选择性 D. 理论塔板数 (3) 下列哪个因素会引起相对保留值增加( )。

A. 增加柱长 B. 降低柱温 C. 把N2换成H2 D. 降低流动相速度 (4)不能被氢火焰检测器检测的组分是( )。

A. 四氯化碳 B. 烯烃 C. 烷烃 D. 醇系物

2.填空

(1) 色谱法中,在其他色谱参数完全相同的条件下,若色谱柱理论塔板数增加一倍,两相邻组

分的分离度R增加了 倍。

（2）用气相色谱分析永久性气体时，一般采用作热导检测器为检测器，作为H2或He载气 （3）在液相色谱分析中,如果样品组分的分配比K值范围很宽，则采用 ，在气相色谱分析中,如果样品组分的沸点范围很宽，则采用 。

3.计算

(1) 已知物质A和B在一根30.00 cm长的柱上的保留时间分别为16.40 min和17.63 min。不被保留组分通过该柱的时间为1.30 min。峰底宽度分别为1.11 min和1.21 min，计算： （1）柱的分离度；（2）柱的平均塔板数；3）达到1.5分离度所需的柱长度。 解 ：（1）柱的分离度 R = 2（17.63 - 16.40）/（1.11 + 1.21）= 1.06

（2）柱的平均塔板数 n = 16 (16.40 /1.11)2 = 3493 n = 16 (17.63 /1.21)2 = 3397 n平均 = （3493 + 3397）/ 2 = 3445

（3）达到1.5分离度所需的柱长度 R1 / R2 = ( n1 / n2 )1/2 n2 = 3445 (1.5 / 1.06)2 = 6898 L = nH = 6898?(300 /3445) = 60 cm

4．问答：说明气相色谱分析的程序升温和液相色谱分析的梯度淋洗。(中山大学02年试题) 解答：在气相色谱分析中，若样品组分的沸点范围很宽，则采用程序升温，即按一定的程序连续改变色谱柱的温度，使低沸点和高沸点的组分都能在各自适宜的温度下得到良好的分离；在液相色谱分析中，若样品组分的分配比K值范围很宽，则采用梯度淋洗，即按一定的程序连续改变流动相的极性，使极性不同的组分能在各自合适极性的流动相中得到分离。

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第8章 红外吸收光谱法

知识要点：

分子吸收红外辐射后发生振动能级和转动能级的跃迁，因而红外光谱又称为分子振动—转动光谱。目前研究和应用最多的区域是2．5—25?m的中红外区。

波数与波长的关系为波数? (cm)= 1／?(cm)= 10／?(?m)，2.5～25?m波长

－1

4

范围对应于4000～400 cm。 一、红外吸收光谱的基本原理 1．.红外吸收光谱产生的条件

分子吸收红外辐射必须同时满足以下两个条件。

①辐射光子具有的能量与分子发生振动跃迁所需要的跃迁能量相等。 ②只有能使偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射。

这种振动称为红外活性的。是通过把辐射能传递给分子，引起分子振动偶极矩的变化。 例如CO2分子的对称伸缩振动，在振动中，偶极矩不变。因此不吸收红外辐射，是非红外活性的。而CO2的不对称伸缩振动则不然，虽然CO2的永久偶极矩为零，但在振动时产生瞬变偶极矩，因此它可以吸收红外辐射，是红外活性的。像O2、N2、C12等这样一些同核分子，由于正负电荷重心重叠，原子振动时没有偶极矩变化，因而它们都是非红外活性的。 2. 双原子分子的振动

根据虎克定律，分子简谐振动的频率计算公式为；

－1

?=12??1?? 或?=?1303?2?c??

式中： k为化学键的力常数，其定义为将两原子由平衡位置伸长单位长度时的恢复力，单

－1

位为N·cm；?为折合质量，?＝m1 m2 /( m1＋m2)，单位为g。

可以用于计算双原子分子振动的频率或波数，分子振动频率与化学键的力常数、原子质量有关系。由于各种化合物的结构不同，它们的原子质量、化学键的力常数各不相同，就会出现不同的吸收频率，各有其特征的红外吸收光谱。

例：计算HCI伸缩振动所产生的基率吸收峰的波长、波数和频率。知键力常数为

－1

5.1N·cm,则?=1×35.5/1＋35.5=0.97

?HCl?130345.1?2984cm?1,?HCl??c0.97?2984?3.0?1010?8.95?1013Hz?s?1

4??10??102984?3351?m 对于同类原子组成的化学键，折合原子质量相同，振动频率取决于键的强度。单键的力

－1－1－1

常数一般为4～6 N·cm双键为8～12 N·cm，三键为12～18N·cm。 对于具有相同化学健的基团来说，振动频率取决于原子质量，如C—H键 ?＝2920 cm－1，由于氢的原子质量小，C—H健振动频率比C—C健高。 3．振动的基本类型

分为伸缩振动和弯曲振动两大类。

（1）伸缩振动－是指键长发生变化，键角不变。它又分为对称伸缩振动和不对称伸缩振动。 （2）弯曲振动－又叫变形振动，是指键角发生变化而键长不变的振动。弯曲振动分为面内

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