化学化工分析方法选择

化学化工分析方法选择-研发分析方法开发初探作者:金属元素前言作为一名分析工作者来说,如何把工作做好有关气相色谱(GC)和高效液相色谱(HPLC)以及化学分析(CA)的资料,书籍有很多很多,有关于分析方法选择的知识也介绍了很多,其中很多内容虽然很详细,但我们在实践中有时总是力不从心,究其原因是对仪器分析,化学分析综合讲述的文章或资料较少,很多都靠经验去累积、去发现。虽说不同的物质有不同性质，不同分析方法，但其中总有很多规律可循。本文对此做了初步研究，提出一种思路,希望能带给很多人带来帮助,尤其是刚入门的分析人员。同时也希望有不同看法的朋友们、老师们多提宝贵意见。您可直接留言或发送看法至邮箱[e-mail]。同行交流可直接与我沟通qq:444548487。我希望交更多的好朋友.共同学习共同进步。第一章研发分析定义、特点、以及对分析人员要求。一般的,我把化学化工研发过程中用于原料、中控和产品的定性、定量检测或对于已成熟(指已有药典或国标规定的或已经过验证的)的分析方法由于没有所需仪器或试剂等原因而不得不再寻找新方法的过程称之为研发分析。研发分析特点：1、研发分析没有现成的分析方法，绝大部分靠分析人员自己摸索有时经过数月也未必找到满意的方法，难度大是其特点之一。2、在现在市场竞争如此激烈的今天工作速度与效率显的尤为重要，工艺研发已将产品作出，而分析方法尚未找好而影响了进度，不合理的分析方法甚至影响准确度使工艺研发陷入误区导致发货延期、退货等进而影响企业竞争力。可见压力大是研发分析另一特点。.3、研发产品及工艺变换频繁,要求分析方法不断变换以适应新工艺新产品要求不断优化与改变。4、研发分析更注重产品的纯度对工艺的影响。对研发分析人员要求：准、快、省、简便、安全。即分析数据要可靠,有一定的指导性；分析速度一定要快；从开发方法到分析出结果要有一定的效率；并节约成本安、简单。这几点就要求分析人员具备非常扎实的基本功,与较为丰富的分析基础知识和实践操作技能。第二章研发分析方法开发的一般思路1,常规分析中我们接触最频繁应最为广泛的即气相色谱(GC)和高效液相色谱(HPLC)以及化学分析(CA)同时很多方法也非常成熟为大家所认可很多成为药典或国标中的方法,并且很多分析室都具备常规化学分析所用试剂,器皿以及气相色谱仪、液相色谱仪等。1但是针对于价格较为昂贵的仪器以及其分析室配备就为许多小型或投入较少的分析室所望而却步了，比如说原子吸收、核磁共振、红外光谱仪、气（液）质联用等，莫说如此就光气相色谱及液相色谱的各种检测器，其昂贵的价格就令我们只得甘心仅拥有最常用的FID(GC用)、UV(HPLC用)。其实这并不要紧硬件不足，我们完全可以依靠我们的经验及技术尽力弥补。下面详细说一下分析方法的开发思路。21、综合分析物质的物料物性。分析一化学物质纯度，就必须借助文献、化工词典等尽可能多的掌握其物料物性，其中可能存在的有机物或无机物甚至其一般的化学合成工艺以及化工用途，这些都会对你的分析用很多帮助。试想一下我们连其基本资料都没搞清楚还说分析数据可靠，那真是不可思议了。2、然后根据以上资料综合考虑是采用气相色谱(GC)还是高效液相色谱(HPLC)亦或化学分析(CA)，就选择哪种分析方式上要考虑是否适合同时兼顾准确度，速度，成本，安全，简便等因素。当然有些物质三种方法都可分析那就必须考虑采用那种方法更合适。3、方法的验证。下面举例说明开发方法思路，由于一些研发工艺的保密性我们只举例些常用的化工原料来说明：如特戊酸含量的分析：一、查明物料物性。中文名称:三甲基乙酸别名：三甲基醋酸，新戊酸，2.2-二甲基丙酸英文名：Pivalicacid;Trimethylaceticacid;2,2-Dimethylpropanoicacid;Neopentanoicacid分子式:C5H10O2分子量:102.13CAS编号：75-98-9分子结构：外观(纯品)：无色、无味液体（或无色结晶）沸点(常压下):163-164℃熔点:33-35℃相对密度：（20/4℃）0.905折射率：1.393性质描述:特戊酸有一定的腐蚀性，微溶水，易溶于醚、醇。易溶于乙醇、乙醚，溶于水。生产方法:1.异丁醇和甲酸在浓硫酸作用下反应得叔戊酸。2.将硫酸加入高压釜，用一氧化碳置换釜中空气，然后充入一氧化碳使压力达5MPa左右。用计量泵加入异丁烯与三氯甲烷的混合液。在5MPa左右，室温下搅拌半小时，泄压后将物料倾出至冰水中，在5-15℃搅拌15min。分取三氯甲烷层，用无水硫酸钠干燥、蒸馏，收集65-70℃（2.67kPa）馏分，得纯度为97%的三甲基乙酸。收率74%。3.叔丁醇与甲酸（98%）在浓硫酸存在下反应制得。用途:用于生产烯烃聚合引发剂TBPP的原料，也用于生产聚氯乙烯的稳定剂和香料的原料等。戊酸为农药、医药、染料中间体，用于高档涂料聚合引发剂、感光材料、香料、润滑油等。二、分步分析方法选择与比较。在此我们首先了解气相色谱(GC)与高效液相色谱(HPLC)的区别与联系。相同点：二者都针对有机分析，互为补充，相得益彰并且基本概念及理论基础（如保留值、塔板理论、速率理论、容量因子、分离度等）是一致的。不同点：1、适用物质不尽相同。气相色谱适用于小分子、易气化（沸点低）、热稳定性好的有机物而高效液相色谱适用分子量较大、难气化、不易挥发或对热敏感的物质、离子型化合物及高聚物。2、流动相的不同。气相色谱以气体为流动相（如N2、H2、He等）而高效液相色谱以液体为流动相（正相以正己烷、四氢呋喃、氯仿等反相以水、乙腈、甲醇等）。3、流动相传输动力不同。气相色谱以高压钢瓶盛装以高压直接推动气体流动而高效液相色谱以高压泵推动液体流动。4、色谱柱不同。气相色谱柱无论是填充柱还是毛细管柱常用的一般至少长15m，而高效液相色谱柱常用的一般最长不超30cm。但高效液相色谱柱柱效确远高于气相色谱柱。气相色谱柱无路是极性还是非极性的一般耐高温（极性柱可耐高温达250-280℃而非极性柱更是耐高温达300-320℃）而高效液相色谱柱一般只能在50℃以下使用。5、分离原理不同。气相色谱主要依靠物质沸点不同进行分离，只有两种物质沸点较为接近时，才通过改变色谱柱极性来达到分离目的即物质的极性不同是气相色谱得以分离的次要原因。而高效液相色谱只依靠物质的极性不同来实现分离目的的。6、检测器不同。气相色谱根据检测原理的不同，检测器可分为浓度型检测器（concentrationsensitivedetector）和质量型检测器（massflowratesensitivedetector）。浓度型检测器的电信号大小与组分的浓度成正比，如热导池检测器和电子捕获检测器等。质量型检测器的电信号大小与单位时间内进入检测器的某组分的质量成正比，如氢火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。1）按原理可分为光学检测器（如紫外、荧光、示差折光、蒸发光散射）、热学检测器（如吸附热）、电化学检测器（如极谱、库仑、安培）、电学检测器（电导、介电常数、压电石英频率）、放射性检测器（闪烁计数、电子捕获、氦离子化）以及氢火焰离子化检测器。我们再来了解一下仪器分析(主要指气相色谱和高效液相色谱)与化学分析的区别与联系。很多仪器分析要借助化学分析的一些处理手段来处理样品，而化学分析很多操作有被仪器分析所取代。分析化学是研究物质的组成、状态和结构的科学，它包括化学分析和仪器分析两大部分。二者的区别主要有：一、分析的方法不同：化学分析是指利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一类分析方法。测定时需使用化学试剂、天平和一些玻璃器皿。而仪器分析（近代分析法或物理分析法）：是基于与物质的物理或物理化学性质而建立起来的分析方法。这类方法通常是测量光、电、磁、声、热等物理量而得到分析结果，而测量这些物理量，一般要使用比较复杂或特殊的仪器设备，故称为“仪器分析”。仪器分析除了可用于定性和定量分析外，还可用于结构、价态、状态分析，微区和薄层分析，微量及超痕量分析等，是分析化学发展的方向。二、仪器分析与化学分析的特点不同：1.仪器分析适合于微量、痕量和超痕量成分的测定。g、灵敏度高，检出限量可降低。如样品用量由化学分析的mL、mg级降低到仪器分析的L级，甚至更低。而化学分析适合常量分析。2.仪器分析选择性好。很多的仪器分析方法可以通过选择或调整测定的条件，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。化学分析干扰较大，一般通过掩蔽等方法加以消除。3.仪器分析操作简便，分析速度快，容易实现自动化。而化学分析多为手工操作相对麻烦。4.仪器分析相对误差较大。化学分析一般可用于常量和高含量成分分析，准确度较高，误差小于千分之几。多数仪器分析相对误差较大，一般为5%，不适用于常量和高含量成分分析。5.仪器分析仪器分析需要价格比较昂贵的专用仪器。而化学分析成本较低一般小型分析室都能开展。三、仪器分析与分析化学的关系：二者之间并不是孤立的，区别也不是绝对的严格的。a.仪器分析方法是在化学分析的基础上发展起来的。许多仪器分析方法中的式样处理涉及到化学分析方法（试样的处理、分离及干扰的掩蔽等）；同时仪器分析方法大多都是相对的分析方法，要用标准溶液来校对，而标准溶液大多需要用化学分析方法来标定等。b.随着科学技术的发展，化学分析方法也逐步实现仪器化和自动化以及使用复杂的仪器设备。化学方法和仪器方法是相辅相成的。在使用时应根据具体情况，取长补短，互相配合。四、学习掌握的目标不同：化学分析主要的内容为：数据处理与误差分析、四大滴定分析法、重量分析法。学习化学分析要求掌握其基本的原理和测定方法，建立起严格的“量”的概念。能够运用化学平衡的理论和知识，处理和解决各种滴定分析法的基本问题，包括滴定曲线、滴定误差、滴定突跃和滴定终点的判断，掌握重量分析法分析化学中的数据处理与误差处理。正确掌握有关的科学实验技能，具备必要的分析问题和解决问题的能力。仪器分析涉及的分析方法是根据物质的光、电、声、磁、热等物理和化学特性对物质的组成、结构、信息进行表征和测量，学习仪器分析要求掌握的现代分析技术，牢固掌握各类仪器分析方法的基本原理以及仪器的各重要组成部分，对各仪器分析方法的应用对象及分析过程要有基本的了解。可以根据样品性质、分析对象选择最为合适的分析仪器及分析方法。仪器分析法是以物质的物理性质或化学性质为基础的分析方法。因为这类分析方法需要专用的仪器，故称为仪器分析法。最重要的一类是利用物质的光学性质进行测定的，称为光学分析法。另一类是利用溶液的电化学性质的分析方法如电重量分析法、电滴定分析法等。仪器分析法的优点是快速、灵敏度高，操作比较简单，但一般不适用于常量组分的测定。化学分析法是以物质的化学反应为基础的分析方法，主要有重量分析法和滴定分析法等。现在我们知道了气相色谱、高效液相色谱和化学分析的区别与联系后就可以进行方法的选择与开发了。鉴于我们考虑兼顾准确度，速度，成本，安全，简便等因素我们选择方法的思路是能进行气相色谱分析的不进行高效液相色谱分析能进行仪器分析的不进行化学分析。所以特戊酸分析首先考虑气相色谱分析。从特戊酸先前所查的资料和气相色谱分析要求可知进行气相色谱分析是完全可能的。第二章气相色谱分析方法选择下面就气相色谱分析条件的选择作一介绍。载气的选择：要了解各种载气性质以及与检测器的匹配情况。在热导池体温度与载气流速等实验条件恒定时，检测器的灵敏度决定于载气与组分热导率之差，两者相差越大，电阻R改变越大，检测器越灵敏。若λ＝λ，则不产生信号。现将几种物质的热导率列上表7-2。由表可看出，若用氮气为载气，样品为空气。因为λ＝λ，则样品不出峰。氮气的热导率比较小，与多数有机物的热导率[一般小于3×10W／(m·K)]相差较小，因此用氮气为载气时，灵敏度低，且有时出倒峰。若选用氢气为载气，可获得较高的检测灵敏度，而且不出倒峰，但不安全，并且有一定的还原性做有些物质时要特别的注意。氦气惰性较好各方面比较都很理想，但价格较贵现国内很难买到。综合来说在小型实验室来说氮气为载气还是不