《化工仪器分析》复习内容

第一章 紫外可见分光光度法

紫外可见分光光度(UV-Vis)是基于物质分子对200-780nm区域内光辐射的吸收而建立起来的分析方法。 一、紫外-可见分光光度法分类

1、目视比色法（由于欠准确，已不广泛使用） (2)测定方法

测定方法有标准色阶法、比色滴定法。

a、标准色阶法 b、比色滴定法 1、分光光度法

应用分光光度计，根据物质对不同波长的单色光的吸收程度不同而对物质进行定性和定量分析的方法。

（1）可见分光光度法（400—780nm） （2）紫外分光光度法（200—400nm） (3)红外分光光度法(3?103～3?104nm)

紫外、可见分光光度法的特点： 1、灵敏度高 2、准确度较高

3、操作简便、分析速度快 4、应用广泛 二、基本原理

（一）物质的颜色与光有密切关系。 1、光的基本特性 A、电池波谱

光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。 B、 单色光和互补色

具有一种波长的光称为单色光，含有多种波长的光称为复合光。

凡是能被肉眼感觉到的光称为可见光(visible light)。其波长范围：400-780nm。在可见光区内，不同波长的光刺激眼睛后会产生不同颜色的感觉，即具有不同的颜色，

如果把适当颜色的两种光按一定强度比例混合，也可以得到白光，这两种颜

色的光称为互补色光。

学习并掌握：光色互补示意图。 （二）物质对光的选择性吸收 1、物质颜色的产生

当一束白光照通过某透明溶液时，若某溶液选择性地吸收了可见光区某波长的光，则该溶液呈现出被吸收光的互补色光的颜色。 例如：KMnO4（呈紫红色？），K2CrO4(呈黄色？) 2、物质的吸收光谱曲线

以波长（λ）为横坐标，以吸光度为纵坐标做图，可得一曲线，这曲线称吸收光谱曲线。（它描述物质对光的吸收程度） 3、吸收光谱曲线产生机理

在实际定量分析中，待分析物一般都是混合物，其中以溶液为主。因此，溶剂效应对物质吸收带影响是个很重要的问题，特别是紫外区的吸光谱。溶液中的吸收光谱和物质气态光谱是不同的，在非极性溶剂中所得的光谱接近于气态光谱。而极性溶剂对溶质吸收光谱的影响极大。下图可以明显显示出溶剂效应，庚烷极性小，其吸收光谱改变少，而乙醇极性大，吸收光谱产生了重要改变。这点对临床检验工作有重要影响。例如：NADH是检验工作中常用的底物，要计算K值时要用水溶液的吸光系数，而不要用其他体系的吸光系数。 三、朗伯-比尔定律

当一束平行的单色光通过均匀而透明的溶液时，一部分光被溶液所吸收，因此透过溶液的光通量就要减少。设入射光通量为Φ0，通过溶液后透射光通量为Φtr，则比值Φtr/Φ0表示溶液对光的透射程度称为透射比，符号为T(或τ)，其值可以用小数或百分数表示：

T(或τ)=Φtr/Φ0

透射比倒数的对数表示溶液对光的吸收程度，称为吸光度，用A表示。

A=lgΦ0/Φtr =-lg?

当入射光全部透过溶液时Φtr＝Φ0。τ=1（或100%），即A=0；当入射光全部被溶液吸收时，Φtr=0，?=0，即A→∞。

1、朗伯（Lambert）定律

推导得出：

Ａ＝Ｋ1b

上式为朗伯定律的表达式。

2、比尔（Ｂeer）定律 推导得出：

Ａ＝Ｋ2C

上式为比尔定律的表达式。

比尔定律只适宜于一定的浓度范围。

3、朗伯-比尔定律

物质对光的选择性吸收遵守光的吸收基本定律――朗伯－比尔定律。 理论推导和实践都证明：当一束平行单色光垂直入射通过均匀、透明的吸光物质的稀溶液时，溶液对光的吸收程度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。

即：

A?Kbc（??10?kbc ）

式中 b－吸收池内溶液的光路长度，cm； c－溶液中吸光物质的浓度， K－吸光系数。 4、摩尔吸光系数（ε）

当溶液的浓度以物质的量浓度（mol.L-1）表示，光程长度以厘米（cm）表示时，相应的吸光系数称为摩尔吸光系数，以ε表示，其单位为L.mol-1.cm-1。 此时，朗伯-比尔定律改写成： A??bc 四、紫外-可见分光光度计的主要部件

紫外-可见分光光度计的主要部件包括光源、单色器、吸收池、检测器及测量显示系统。

1、光源（1）可见光光源

钨灯

（2）紫外光光源（多为气体放电源）

氢灯、氘灯(重氢灯)或氙灯 2、单色器

单色器是将光源发出的连续光谱按照波长的长短顺序分散为单色光，并能准确方便地“取出”所需的某一波长的光的装置。

获得单色光的元件有滤光片、棱镜和光栅, 紫外可见分光光度计的色散元件,目前主要采用棱镜和光栅。

（1） 棱镜 （2）光栅

2、吸收池（又叫比色皿，用于盛装试液和参比溶液）

比色皿一般为长方形。有各种规格， 比色皿使用注意事项 3、检测器

对透过吸收池的光做出响应，并把它转变成电信号输出，其输出信号大小与透过光的强度成正比。

分光光度计中的光电转换元件有硒光电池、光电管、光电倍增管。 5、信号显示器（检流计标尺）

测量的实验数据如透光度T、吸光度A(或浓度c),其数值大多由数码管显示（数字显示和自动记录）,也有用指针式指示,其表头刻有吸光度A和透光度T两种刻度。

五、紫外-可见分光光度计的类型及特点 1、单光束分光光度计 2、双光束分光光度计 3、双波长分光光度计

六、常用紫外-可见分光光度计的使用 1、可见分光光度计（721型分光光度计）

分光光度计的基本部件:光源 → 单色器 → 吸收池 → 检测系统

如721型分光光度计是目前国内应用较多的一种简易型分光光度计，它属于单波长单光束类型，结构简单、价格便宜、操作方便，工作波长范围是360-800nm。 2 、紫外分光光度计（75系列分光光度计）

紫外分光光度计一般有氘灯和钨灯,波长范围200~800nm (或更宽)。故准确的名称应是紫外可见分光光度计。

75系列分光光度计

七、分光光度计的检验与维护保养 1、分光光度计的检验： （1）、仪器波长的校正 a、仪器自动校正波长 b、镨钕玻璃校正波长

许多分光光度计附带有镨钕玻璃,此玻璃在529nm有一吸收峰,将此玻璃插人吸收池架上,用无色玻璃或空气作参比,将功能选择放在T档(或A档),逐点测定其透光度T(或A)。

c、用已知最大吸收波长的溶液校正 （2）透射比正确度的检验 （3）吸收池配套性检验

2、分光光度计的维护和保养（p82） 八、紫外吸收光谱的定性分析

紫外吸收光谱可用于有机化合物的分析和检定；同分异构体的鉴别；物质结构的测定等等 1、定性分析

定性分析：吸收光谱的特征（形状和 ?max ） 2、有机化合物分子结构的推断 常见有机化合物紫外吸收光谱 （1）饱和有机化合物

饱和碳氢化合物只含有σ键, σ电子结合得很牢固,只有吸收很大能量才能产生σ→σ*跃迁,由于在远紫外区(10～200nm)才有吸收,在200～1000nm范围内不产生吸收峰。故这类化合物在紫外吸收光谱分析中常用作溶剂。但是当饱和碳氢化合物中氢原子被取代后,吸收峰产生红移。 （2）烯烃

烯类化合物含有双键,能产生?→?*跃迁。具有孤立双键的烯烃,其吸收带在220nm以下,例如乙烯的?max=165nm。 （3）炔烃

简单的三吸收带?max为173nm,属?→?*跃迁。在共轭体系中有两个烃基时,一个显著的特点是230nm左右产生一系列中等强度的吸收带; 当这个体系增至3个以上三键时,在近紫外区产生两个吸收带,220～280 nm有强吸收. （4）芳香化合物

苯的紫外吸收光谱是由?→?*跃迁组成的三个吸收带，即E1、E2和具有精细结构的B吸收带。当苯环上引入取代基时，E2和B吸收带一般产生红移且强度加强。 3、纯度检查

气相色谱仪六大系统：

（一）载气系统(carrier gas supply) 气路系统：获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气体净化装置。 (气相色谱最常用的气体是氢气、氮气和空气，另一些是二氧化碳、氦气、氩气等)

H2优点：易于纯化，分析速度快，导热系数很大，以热导池作检测器时，色谱流出曲线在同一方向绘出缺点：易于渗漏，要求仪器得闭封性能好，操作时要注意安全，H2可能会与组分或固定相发生化学反应

N2优点：价廉、较易纯化，化学性质不活泼。缺点：用热导池检测器时，由于N2的导热西属于许多物质接近，检测这些物质时，灵敏度远不 如H2，色谱流出曲线会出现正风与反峰。

柱温＞150oC时，应设法出去N2中的O2(N2由空气分离得到)

气相色谱用的气体纯度要求在99.99%以上，根据检测器或色谱柱的要求，气相色谱用气体的纯化程度有很大的差别。

气体中应除去的杂质是水蒸气（变色硅胶或分子筛）、碳氢化合物（活性炭）、氧（脱氧剂）等。

载气：要求化学惰性，不与有关物质反应。载气的选择除了要求考虑对柱效的影

响外，还要与分析对象和所用的检测器相配。

净化器：多为分子筛和活性碳管的串联，可除去水、氧气以及其它杂质。 压力表：多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力(总是高于常压。对填充柱：10-50 psi；对开口毛细柱：1-25 psi)；第二级，柱头压力指示；

流量计：在柱头前使用转子流量计(Rotometer)，但不太准确。通常在柱后，以

皂膜流量计(Soap-bubble meter)测流速。许多现代仪器装置有电子流量计，并以计算机控制其流速保持不变

（二）进样系统(sample injection system)(1)进样器常以微量注射器(穿过隔膜垫)或六通阀将液体样品注入气化室(汽化室温度比样品中最易蒸的物质的沸点高约50oC)，通常六通阀进样的重现性好于注射器。

进样要求：进样量或体积适宜；“塞子”式进样。一般柱分离进样体积在十分之几至20?L，对毛细管柱分离，体积约为~10-3?L，此时应采用分流进样装置来实现。体积过大或进样过慢，将导致分离变差(拖尾)。(2)气化室 （三）分离系统

色谱柱(capillary column)

柱分离系统是色谱分析的心脏部分。分离柱包括填充柱和开管柱(或称毛细

管柱)。柱材料包括金属（铜柱、铝柱、不锈钢柱）、玻璃（硬质玻璃）、融熔石英、塑料管（聚四氟乙烯）填充柱：多为U形或螺旋形（U形较螺旋形柱效高，螺旋旋圈径比柱内径大15倍，才能获得较好的柱消），内径2～4 mm，长1～3m，内填固定相；

开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。内径0.1~0.5mm，长达几十至100m。

通常弯成直径10~30cm的螺旋状。开管柱因渗透性好、传质快，因而分离效率高(n可达106)、分析速度快、样品用量小。过去是填充柱占主要，但现在，这种情况正在迅速发生变化，除了一些特定的分析之外，填充柱将会被更高效、更快速的开管柱所取代！

柱温：是影响分离的最重要的因素。其变化应小±0.xoC。选择柱温主要是考虑

样品待测物沸点和对分离的要求。柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点(分析时间20-30min)；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法。填充色谱柱

（2）毛细管色谱柱(毛细管柱的发明使得气相色谱分析发生了革命性的变化) （四）检测系统 (detector)

检测器的作用是将经色谱柱分离后，从柱末端流出的各组分的量转化为易于测量的电信号的装置。

气相色谱检测器种类繁多，本节将介绍最为常用的两种检测器： 1. 热导检测器(Thermal conductivity detector, TCD); 2. 氢火焰离子化检测器(Flame ionized detector, FID); 3. 电子捕获检测器(Electron capture detector, ECD); 4. 火焰光度检测器(Flame photometric detector, FPD);

5. 氮磷检测器（NPD）也称热离子检测器(Thermionic detector, TID); 6. 原子发射检测器(Atomic emission Detector, AED)

7. 硫荧光检测器（Sulfur chemiluminescence Detector, SCD）]根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型和质量型检测器。

浓度型：检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与浓度成正比。 质量型：检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响应值与单位时间进入检测器的量成正比。 浓度型检测器：

测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测 信号值与组分的浓度成正比。如热导池检测器(ECD)和电子捕获检测器等。 质量型检测器：

测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。如氢火焰离子化检测器(FID)和火焰光度检测器等。

可连接各种检测器，以热导检测器或氢火焰检测器最为常见。 （五）温控系统

控温系统包括对三个部分的控温，即，气化室、柱箱和检测器。 气化室温度＞样品的沸点，但不得过高，否则样品会分解。 控温方式：恒温和程序升温。

（六）记录或微机处理数据系统 （1）满标量程 （2）满标时间（笔速）

第二节 气相色谱的固定相

在介绍色谱仪器时，我们提到色谱分离系统是色谱仪器中最为灵魂的部分，而其中分离柱中固定相组成与性质更是直接与分离效能有关。 气相色谱柱可分为两类：

1）用于气固色谱的固定相：固体吸附剂； 2）用于气液色谱的固定相：固定液+载体。 介绍如下：

一、气固色谱固定相——固体吸附剂

该类型色谱柱是利用其中固体吸附剂对不同物质的吸附能力差别进行分离。主要用于分离小分子量的永久气体及烃类。 1. 常用固体吸附剂

硅胶(强极性)、氧化铝(弱极性)、活性炭(非极性)、分子筛(极性，筛孔大小)

2. 人工合成固体吸附剂

高分子多孔微球(GDX)：人工合成的多孔聚合物，其孔径大小可以人为控制。可在活化后直接用于分离。 高分子多孔微球可分为两类：

非极性：苯乙烯+二乙烯苯共聚：GDX-1和2型（国产）；Chromosorb系列（国外）；

极性：苯乙烯+二乙烯苯共聚物中引入极性基团：GDX-3和4型（国产）； Porapak N等（国外）。

活性炭：木材火果壳烧制而成。分子筛：使用时勿使分子筛吸水，否则失效，但可活化再生。

氧化铝：活化2h，降温后贮存于干燥器中备用（活性与水分含量有关。 石墨碳黑：碳黑置于惰性气体的保护下，在2500～3000oC下，煅烧而成吸附剂，分析酸性物质用磷酸处理，分析碱性物质用碳酸钠处理。 （1）固体吸附剂的优点：大多数具有能在高温下使用的优点。 （2）固体吸附剂的特性：

①吸附性能受预处理条件影响较大，使用时操作条件和环境也常改变其吸附性能；

②其吸附等温线一般是非线性的，故要求进样两很少； ③在高温下有催化作用。 高分子多孔微球具有以下特性：

（1）用不同的单质及共聚条件，所得GDX的极性、结构、分离效能不同； （2）机械强度好，不易破碎；

（3）具有疏水性能，对水的保留能力比绝大多数有机化合物小，适于快速测定样品中微量水；

（1） 有的具有耐腐蚀性能。

化学键合固定相：有一些化学试剂与硅胶表面的硅醇基经化学键合而成。 特点：比用这些化学试剂涂渍所成的固定相使用温度范围宽和高；

不会被溶剂抽提掉；

传质速度快，在很高的载气线速下使用时，柱效下降效。 二、气液色谱固定相——载体+固定液

气液色谱固定相由载体(Solid support material)和固定液(Liquid stationary phase) 构成：载体为固定液提供大的惰性表面，以承担固定液，使其形成薄而匀的液膜。 1、 载体(也称担体) （1）对载体的要求

对载体的要求：粒度均匀、强度高的球形小颗粒；至少1m2/g的比表面(过大可造成峰形拖尾)；高温下呈惰性(不与待测物反应)并可被固定液完全浸润。

(2) 载体的类型

载体类型：分为硅藻土型和非硅藻土型，前者又分为白色和红色担体。

特点及应用 孔穴密集、孔径小、比表面大。对强极性 红色担体：硅藻土+粘合化合物吸附和催化性较强，可使它们因吸单细胞海藻骨剂900oC煅烧 硅藻土 附而拖尾。只适于非极性或弱极性物质。 (SiO2+小量盐) 白色担体：硅藻土与红色担体性质和特点不同。白色担体适+20%Na2CO3煅烧 于极性物质。 人工合成：有机玻璃球,由于表面难以浸润，只用于一些特定组分非硅藻土 有机聚合物 氟,GDX载体 分析。 类型 组成 制备 （3）载体的表面预处理

载体的表面处理：硅藻土含有硅醇基(—SiOH)、Al2O3、Fe等，也就是说，它具有活性而不完全化学惰性，需进行化学处理。 2、固定液

在气-液色谱（有时在液-液色谱）中，以薄膜涂渍在载体表面作固定相，起分离作用的那层液体。固定液主要是由高沸点有机物组成。 （1）对固定液的要求：

a) 热稳定性好（指在高温下不发生分解或聚合反应，可保持固定相原有的特性）、蒸汽压低——流失少（柱效能不会改变，也不妨碍使用高灵敏度的检测器，蒸汽压大于1.3?102Pa的固定液不宜使用）；

b) 化学稳定性好——不与其它物质反应(固定液不与组分、载气、载体发生不可逆的化学反应)；

c) 对试样各组分有合适的溶解能力（分配系数K 适当）； d) 对各组分具有良好的选择性。 （2）固定液的分类及选择：

固定液的特性是指其极性和选择性。 （1）按极性分

①固定液极性：表征各种溶质与固定液之间作用力的参数，可用溶质的保留性能来描述。

选一组沸点相近、极性不同的典型化合物，测出在某种固定液及标准非极性固定液上保留植树的差值（?I），以此差值作为该固定液极性量度。通常以罗什那德和麦克雷诺常数来表征，常数值越大，极性越强，常数值越小，极性越弱。例异三十烷的麦克雷诺常数为0，它可作为标准非极性固定液。

②固定液的相对极性

相对极性P：固定液的极性是相对于极性的β, β‘-氧二丙腈和非极性的角鲨烷而言。具体规定方法是：规定非极性固定液角鲨烷的极性为0，强极性固定液β, β‘-氧二丙腈的极性为100，然后选正丁烷-丁二烯（或环已烷-苯）作为标准物质在上述极性柱、非极性柱及被测固定液柱上分别测其相对保留值对数，再用下式计算被测固定液的相对极性：

q?：为丁二烯和正丁烷在β, β‘-氧二丙腈柱上的相对保留值的对数。 'tR(丁二烯）丙腈q??lg'

tR(正丁烷）丙腈q角：为丁二烯和正丁烷在角鲨烷柱上的相对保留值的对数。

'tR(丁二烯）角鲨q角?lg'

tR(正丁烷）角鲨qx：为丁二烯和正丁烷在被测固定液柱上的相对保留值的对数。

'tR(丁二烯）x qx?lg'tR(正丁烷）x从下列公式求得待测固定液的相对极性Px：

100(q??qx) Px?100?q??q角Px在0～100之间，每20单位为一级，即将极性分为5级：0, +1(非极性)；+1, +2(弱极性)；+3(中等极性；+4, +5(强极性)(2)按使用温度分：按固定液容许使用的最高温度来分： ＜100OC—低温固定液

100OC～250 OC—中等温度固定液

（3）按化学结构分类：GB2991-82分类

（具有相同官能团的固定液归在一起，便于了解固定液的分离特性） （4）固定液选择：（8种常用分类方法） 按（极性）“相似相溶”原理选择固定液。

非极性组分——非极性固定液——沸点低的物质先流出；（色散力起主导作用）

极性物质——极性固定液——极性小的物质先流出； 各类极性混合物——极性固定液——极性小的物质先流出； 氢键型物质——氢键型固定液——不易形成氢键的物质先流出；

复杂混合物——两种或以上混合固定液。

第三节 气相色谱的检测器

一、检测器的性能要求

气相色谱检测器是检测色谱柱流出组分及其含量变化的器件。优良的检测器应尽

量满足的要求（7个）： 1. 通用性强;

2. 既可作常量分析用,也能作微量分析用; 3. 稳定性好;

4. 仪器死体积小，响应时间快;

5. 响应信号与组分浓度的线性关系范围大，便于定量; 6. 组分通过检测器时，最好不被损坏; 7. 操作简便，易于维修，价廉耐用。 二、检测器的分类 1、按流出曲线类型分

进样后样品中各组分通过色谱柱进入检测器，此时检测器给出不同流出时间内组分浓度的信号，即色谱流出曲线，不同类型的检测器给出不同类型的色谱流出曲线。 （1）积分式检测器

a. 信号：组分随时间的积累量。 b. 流出曲线如图：

c. 特点：每一台阶的高度正比于某组分的含量。于是可直接得出组分的含量。这对定量分析很方便。但对定性分析有些不便。 d. 实例：此类检测器有体积检测器、滴定检测器。 （2）微分型检测器

a. 信号：组分随时间的瞬时量的变化。 b. 流出曲线如图：

c. 特点：整个峰面积代表某组分的含量。对定量分析有些不便，但对用峰顶进行组分定性很方便。

d. 实例:热导池检测器、氢火焰检测器、电子俘获检测器、火焰光度检测器。现在气相色谱主要用这类检测器。 2. 按检测特性分类

（1）浓度型检测器; （2）质量型检测器. 3. 按组分在检测时是否被破坏

（1）破坏性检测器; （2）非破坏性检测器. 4. 按检测器的功能

（1）通用性检测器; （2）专用型检测器. 三、检测器的性能指标 1. 灵敏度

（1）浓度型检测器灵敏度Sg

定义为1mL载气中携带1mg某组分通过检测器时所产生的信号（mV）值。 （2）质量型检测器灵敏度St

定义为每秒钟1g某组分进入检测器时所产生的信号（mV）值。 2. 敏感度（又称检测极限） 3. 检测器线性范围

检测器线性范围是指其响应信号与被测组分浓度成线性关系的范围。 4.选择性 四、各类检测器 1. 热导检测器(TCD) TCD是一种应用较早的通用型检测器，又称导热析气计(Katharometer)。现仍在广泛应用。

（1）原理：由于不同气态物质所具有的热传导系数不同，当它们到达处于恒温下的热敏元件（如Pt, Au, W, 半导体）时，其电阻将发生变化，将引起电阻变化通过某种方式转化为可以记录的电压信号，从而实现其检测功能。

构成：由池体和热敏元件构成。通常将参比臂和样品臂组成Wheatstone 电桥。

如图。

（2）工作过程（四臂）：

①在只有载气通过时，四个臂的温度都保持不变，电阻值也不变。此时，调节电路电阻使电桥平衡，即R1*R4=R2*R3，AB两端无电压信号输出；

②当有样品随载气进入两个样品臂时，此时热导系数发生变化，或者说，测量臂的温度发生变化，其电阻亦发生变化，电桥失去平衡，AB两端有电压信号输出。当载气和样品的混合气体与纯载气的热导系数相差越大，则输出信号越强。 （3）特点：

对任何气体均可产生响应，因而通用性好，而且线性范围宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏度较低。 影响TCD灵敏度的因素：

1）桥电流 i：i 增加——热敏元件温度增加——元件与池体间温差增加——气体热传导增加——灵敏度增加。但 i 过大，热敏元件寿命下降。电流通常选择在100~200 mA之间(N2作载气，100~150 mA；H2作载气，150~200 mA)。 2）池体温度：池体温度低，与热敏元件间温差大，灵敏度提高。但温度过低，可使试样凝结于检测器中。通常池体温度应高于柱温。 3）载气种类： 4）热敏元件阻值

综述：较大的桥电流、较低的池体温度、低分子量的载气以及具有大的电阻温度系数的热敏元件可获得较高的灵敏度。 2. 火焰离子化检测器（FID） 又称氢焰离子化检测器。主要用于可在H2-Air火焰中燃烧的有机化合物(如烃类物质)的检测。

原理：含碳有机物在H2-Air火焰中燃烧产生碎片离子，在电场作用下形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的组分。 火焰离子化机理：

有关机理并不十分清楚，但通常认为是化学电离过程：有机物燃烧产生自由基，自由基与O2作用产生正离子，再与水作用生成H3O+。 影响FID灵敏度的因素：

1）载气和氢气流速：通常以N2为载气，其流速主要考虑其柱效能。但也要考虑其流速与H2流速相匹配。一般N2:H2 = 1:1~1:1.5；当以He为载气时，则氢气

流速= 1/3H2+10mL。

2）空气流速：流速越大。灵敏度越大，到一定值时，空气流速对灵敏度影响不大。一般地，H2:Air = 1:10。

3）极化电压：在50V以下时，电压越高，灵敏度越高。但在50V以上，则灵敏度增加不明显。通常选择±100~ ± 300V的极化电压。

4）操作温度：比柱的最高允许使用温度低约 50oC(防止固定液流失及基线漂移)

FID特点：

1）灵敏度高(~10-13g/s)； 2）线性范围宽(~107数量级)； 3）噪声低；

4）耐用且易于使用；

5）为质量型检测器，色谱峰高取决于单位时间内引入检测器中组分的质量。 6）对无机物、永久性气体和水基本无响应，因此FID特别适于水 7）对含羰基、羟基、卤代基和胺基的有机物灵敏度很低或根本无响应。 8）样品受到破坏。 3. 电子捕获检测器(ECD) 4. 火焰光度检测器（FPD）

第四节 分离操作条件的选择

一、 色谱柱及使用条件的选择 1. 固定相的选择

气－液色谱，应根据“相似相溶”的原则

①分离非极性组分时，通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺序出峰，低沸点组分先出峰。

② 分离极性组分时，一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。

③分离非极性和极性的（或易被极化的）混合物，一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极化的）组分后出峰。

④ 醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物的分离，通常选择极性或氢键性的固定液。

⑤ 组成复杂、较难分离的试样，通常使用特殊固定液，或混合固定相。 2. 固定液配比（涂渍量）的选择

3. 流动相的要求：能溶解样品且与凝胶相似(润湿凝胶)、粘度小(增加扩散速度)。

排阻色谱法也称空间排阻色谱或凝胶渗透色谱法，是一种根据试样分子的尺寸进行分离的色谱技术。

排阻色谱的色谱柱的填料是凝胶，它是一种表面惰性，含有许多不同尺寸的孔穴或立体网状物质。凝胶的孔穴仅允许直径小于孔开度的组分分子进入，这些孔对于流动相分子来说是相当大的，以致流动相分子可以自由地扩散出入。对不同大小的组分分子，可分别渗入到凝胶孔内的不同深度，大个的组分分子可以渗入到凝胶的大孔内，但进不了小孔甚至于完全被排斥。小个的组分分子，大孔小孔都可以渗入，甚至进入很深，一时不易洗脱出来。因此，大的组分分子在色谱柱中停留时间较短，很快被洗脱出来，它的洗脱体积很小，小的组分分子在色谱柱中停留时间较长，洗脱体积较大，直到所有孔内的最小分子到达柱出口，完成按分子大小而分离的洗脱过程。

尺寸排阻色谱被广泛应用于大分子的分级，即用来分析大分子物质相对分子质量的分布。

排阻色谱的固定相一般可分为 软性、半刚性和刚性凝胶 三类。 所谓凝胶，指含有大量液体（一般是水）的柔软而富有弹性的物质，它是一种经过交联而具有立体网状结构的多聚体。

（1）软性凝胶 如葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶都具有较小的交联结构，其微孔能

吸入大量的溶剂，并能溶涨到它干体的许多倍。它们适用于水溶性作流动相，一般用于小分子质量物质的分析，不适宜在高效液相色谱中。 （2）半刚性凝胶 如高交联度的聚苯乙烯。常以有机溶剂作流动相。 （3）刚性凝胶 如多孔硅胶、多孔玻璃等，它们既可用水溶性溶剂，又可用有机溶剂作流动相，可在较高压强和较高流速下操作。

6-3高效液相色谱仪（含检测器）

HPLC仪器包括：1. 高压输液装置;2. 进样系统;3. 分离系统;4. 检测系统; 此外还配有梯度淋洗、自动进样和数据处理装置。 其工作过程如下图所示：一、 高压输液系统

（1）贮液器：1-2L的玻璃瓶，配有溶剂过滤器(Ni合金)，其孔很约2 mm，可防止颗粒物进入泵内。

（2）脱气：超声波脱气或真空加热脱气。溶剂通过脱气器中的脱气膜，相对分

子量小的气体透过膜从溶剂中除去（气泡会影响检测）。 （3）高压泵：

对输液泵的要求：密封性好、输液流量稳定无脉动、可调范围宽、耐腐蚀。

输液泵种类：恒压型和恒流型。

恒压泵(类似于风箱)可迅速获得高压，适于柱的匀浆填充。但因泵腔体积大，在往复推动时，会引起脉动，且输出流量随色谱系统阻力（主要是柱填充物）变化而变化，现已较少使用。

恒流型溶剂流量恒定，与柱填充情况无关，使用较多。有机械注射式和机械往复式两种。应用最多的是机械往复式恒流泵(见下图。每分钟往复25~100次，因此脉动小。对流量变化敏感的检测器也会有噪声干扰，此时可连接一脉动阻尼器)。

4）梯度淋洗装置：在分离过程中逐渐改变流动相组成的装置。如果只有一个泵，可采用低压混合设计（将两种或以上的溶剂按一定比例混合，再由高压泵输出）；如果有两个或以上泵，调节各自的流量，在高压下混合。 二、进样系统

与GC相比，HPLC柱要短得多，因此由于柱本身所产生的峰形展宽相对要小些。即，HPLC的展宽多因一些柱外因素引起。这些因素包括：进样系统、连接管道及检测器的死体积。进样装置包括两种。

（1）隔膜注射进样：使用微量注射器进样。装置简单、死体积小。但进样量小且重现性差。

（2）高压进样阀：目前最常用的为六通阀。由于进样量可由样品管控制，因此进样准确，重复性好。 三、色谱柱

1）对色谱柱的要求：内壁光滑的优质不锈钢柱，柱接头的死体积尽可能小。柱长多为10~30cm，内径为4~5mm(尺寸排阻色谱柱常大于5mm，制备色谱柱内径更大)；

2）柱的填充：主要采用匀浆法。根据使用匀浆试剂的性质不同可分为： 平衡密度法：

使溶剂密度和填充颗粒密度相近，此时颗粒沉降速度趋于0。常用的匀浆试剂有四氯乙烯、四溴乙烷和二碘甲烷等； 非平衡密度法：

采用粘度较大的试剂，如CCl4，CH3OH, 丙酮，二氧杂环已烷、THF等。 填充方法：

填充时，按上述方法制作匀浆液，用流动相充满色谱柱及其延长管中，然后将匀浆液倒入匀浆填充器，在较高压力下迅速将其注入色谱柱内。要求填充速度快(防凝聚、沉降或结块)、且无空气进入(影响填充均匀性)。 四、检测器

液相色谱检测器包括紫外吸收、荧光发射、示差折光和安培检测器等。 1、紫外检测器

其检测原理和UV-Vis方法一样。只是此时所采用的吸收池为微量吸收池，通常其光程为2-10mm, 体积约为1~10 mL。

HPLC分析中，约有80%的物质可以在254 nm或280nm处产生紫外吸收。因此该类检测器应用很广。

在选择测量波长时注意：溶剂必须能让所选择的光透过，即所选波长不能小于溶剂的最低使用波长。 2、荧光检测器

许多有机物具荧光活性，尤其是芳香族化合物具有很强的活性。荧光检测器是一种选择性很强的检测器，其灵敏度比UV检测器高2~3个数量级。 3、示差折光检测器

原理：利用两束相同角度的光照射溶剂相和样品+溶剂相，利用二者对光的折射率不同，其中一束（通常是通过样品+溶剂相）光因为发生偏转造成两束光的强度差发生变化，将此差示信号放大并记录，该信号代表样品的浓度。

为通用型检测器，灵敏度为10-7g/mL。但对温度变化敏感，且不适于梯度淋洗。

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