现代分离及分析方法在精细化学品中的应用

现代分离及分析方法在精细化学品中的应用一、前言随着科学技术的发展及人民生活水平的提高，要求化学工业不断提高产品质量及应用性能，增加规格品种，以适应各方面用户的不同要求。自70年代以来，为了摆脱石油危机的冲击，日本和原西德首先将化工发展重点转向产品具有特定功能的精细化工。随后美、英、法、前苏联等国也都因为精细化工的高效益而纷纷转向重视精细化工的发展。现在，一个国家的精细化率已经成为反映其综合技术水平和发展水平，以及化学工业集约化的标志。由于精细化工的发展关系到国民经济的发展，关系到国民经济水平的提高，关系到社会生产力的发展，精细化工已成为当今世界各国发展化学工业的战略重点，是衡量一个国家化学工业水平高低的重要依据。使得现代分离及分析方法在精细化学品中的应用也尤为突出。二、现代分离分析方法现代分离分析方法：薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法，紫外可见分光光度法、红外光谱法、核磁共振法、质谱法。目前，已成为精细化学品分离分析的重要手段。其中薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法属于色谱法。色谱过程的本质是待分离物质分子在固定相和流动相之间分配平衡的过程，不同的物质在两相之间的分配会不同，这使其随流动相运动速度各不相同，随着流动相的运动，混合物中的不同组分在固定相上相互分离。根据物质的分离机制，又可以分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶色谱、亲和色谱等类别。紫外可见分光光度法、红外光谱法、核磁共振法及质谱法属于光学分析方法。三、各种分离与分析方法的原理及应用1、色谱法色谱法原理薄层色谱：薄层色谱法是应用非常广泛的色谱方法，这种色谱方法将固定相图布在金属或玻璃薄板上形成薄层，用毛细管、钢笔或者其他工具将样品点染于薄板一端，之后将点样端浸入流动相中，依靠毛细作用令流动相溶剂沿薄板上行展开样品。薄层色谱法成本低廉操作简单，被用于对样品的粗测、对有机合成反应进程的检测等用途。气相色谱：气相色谱是机械化程度很高的色谱方法，气相色谱系统由气源、色谱柱和柱箱、检测器和记录器等部分组成。气源负责提供色谱分析所需要的载气，即流动相，载气需要经过纯化和恒压的处理。气相色谱的色谱柱一般直径很细长度很长，根据结构可以分为填充柱和毛细管柱两种，填充柱比较短粗，直径在5毫米左右，长度在2－4米之间，外壳材质一般为不锈钢，内部填充固定相填料；毛细管柱由玻璃或石英制成，内径不超过0.5毫米，长度在数十米到一百米之间，柱内或者填充填料或者图布液相的固定相。柱箱是保护色谱柱和控制柱温度的装置，在气相色谱中，柱温常常会对分离效果产生很大影响，程序性温度控制常常是达到分离效果所必须的，因此柱箱扮演了非常重要的角色。检测器是气相色谱带给色谱分析法的新装置，在经典的柱色谱和薄层色谱中，对样品的分离和检测是分别进行的，而气相色谱则实现了分离与检测的结合，随着技术的进步，气相色谱的检测器已经有超过30种不同的类型。记录器是记录色谱信号的装置，早期的气相色谱使用记录纸和记录器进行记录，现在记录工作都已经依靠计算机完成，并能对数据进行实时的化学计量学处理。气相色谱被广泛应用于小分子量复杂组分物质的定量分析。高效液相色谱：高效液相色谱（HPLC）是目前应用最多的色谱分析方法，高效液相色谱系统由流动相储液体瓶、输液泵、进样器、色谱柱、检测器和记录器组成，其整体组成类似于气相色谱，但是针对其流动相为液体的特点作出很多调整。HPLC的输液泵要求输液量恒定平稳；进样系统要求进样便利切换严密；由于液体流动相粘度远远高于气体，为了减低柱压高效液相色谱的色谱柱一般比较粗，长度也远小于气相色谱柱。HPLC应用非常广泛，几乎遍及定量定性分析的各个领域。色谱法应用薄层色谱：可应用于组成较为复杂的精细化学品混合物的分析，也可应用于中间体、表面活性剂、药物、染料等精细化学品的定性和半定量的分析中；在有机合成的终点控制中也多采用薄层色谱法。气相色谱：适用于分析具有可挥发性与热稳定性的精细化学品及中间体。由于可采用衍生化法，其应用范围在一定程度上可进一步扩大，分析许多不具挥发性的化合物，如表面活性剂与助剂。又由于气相色谱法的灵敏度较高，在精细化学品应用配方中和环境监测中可用于微量及痕量化合物的分析，比如环境中农药残留的分析等。高效液相色谱：应用：可较好的分析具有生物活性并且结构较为复杂的药物及生化物质，分析不具挥发性的染料、表面活性剂、有机酸、有机碱等有机化工原料及中间体。因操作条件温和、对复杂混合物的全部或大部分组分可出峰；可选择的液相种类多，所以能解决多种精细化学品的分析问题。其中离子交换色谱法和凝胶渗透色谱法都是高效液相色谱法中的一个分支。其中离子交换色谱法适用于离子型表面活性剂混合物、含离子型基团的中间体、药物及生化物质的分析；而凝胶渗透色谱适用分子体积大小存在差异的中间体、表面活性剂及助剂等精细化学品混合物的分析。具体分析：大部分的表面活性剂和一些助剂极性较强，不具挥发性，多采用薄层色谱及高效液相色谱法：薄层色谱法是分析单一离子类型表面活性剂及几类表面活性剂混合物样品以及多种助剂的有效手段，而用高效液相色谱法的分离效率更高，定量更准确，如表面活性剂疏水基和亲水基的分布。有些助剂有挥发性则可以气相色谱法。多数农药相对分子质量较小，具有较好的挥发性。可采用薄层，但手续较为复杂。多采用气相色谱，特别是具有一定挥发性与较好的热稳定性的农药，如一些分子小、极性不太大的有机氯、有机磷杀虫剂及苯氧基烷酸除草剂。对于相对挥发性稍差的三氮苯类、取代尿类除草剂，可采用高效液相色谱法。但总的来说多用气相色谱，且灵敏度要高于液相。各类药物分子一般较大，结构较为复杂主要采用高效液相色谱法。2、光学分析方法光学法的原理紫外--可见分光光度法：是利用一定频率的紫外可见光照射被分析的有机物质，引起分子中价电子的跃迁，它将有选择地被吸收。是根据物质分子对波长为200-760nm这一范围的电磁波的吸收特性所建立起来的一种定性、定量和结构分析方法。操作简单、准确度高、重现性好。波长长(频率小)的光线能量小，波长短(频率大)的光线能量大。100nm、200nm、400nm、800nm、400um、1m通指X-射线、紫外区、可见区、红外区、微波区、无线电波区红外光谱法：红外光谱法又称“红外分光光度分析法”。简称“IR”,分子吸收光谱的一种。利用物质对红外光区的电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及对各种吸收红外光的化合物的定性和定量分析的一法。被测物质的分子在红外线照射下，只吸收与其分子振动、转动频率相一致的红外光谱。对红外光谱进行剖析，可对物质进行定性分析。化合物分子中存在着许多原子团，各原子团被激发后，都会产生特征振动，其振动频率也必然反映在红外吸收光谱上。核磁共振法（NMR）：核磁共振波谱法是测量原子核对射频辐射（约4-600MHz）的吸收这种吸收只有在高磁场中才能产生。质谱法：质谱法是测定和解析物质的质量谱，用以分析研究同位素丰度、物质组分，包括化合物的碎裂过程、反应机构、电离电压、结合能、分子构造和热力学性质等的方法。使试样中各组分电离生成不同荷质比的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器，利用电场和磁场使发生相反的速度色散——离子束中速度较慢的离子通过电场后偏转大，速度快的偏转小；在磁场中离子发生角速度矢量相反的偏转，即速度慢的离子依然偏转大，速度快的偏转小；当两个场的偏转作用彼此补偿时，它们的轨道便相交于一点。与此同时，在磁场中还能发生质量的分离，这样就使具有同一质荷比而速度不同的离子聚焦在同一点上，不同质荷比的离子聚焦在不同的点上，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。光学法的应用对于四大光谱来说，紫外可见光谱法只能分析（定量）在紫外可见光区中有吸收的化合物，如有颜色的染料和一些芳香族化合物等；而红外吸收光谱几乎对所有的化合物都能给出谱图；核磁共振和质谱对几乎所有的化合物都能进行分析。具体分析：有机染料常常是分子结构比较复杂的有机芳香族化合物。染料的颜色决定于它对可见光的吸收情况。因而可见光谱常常用于染料的分析。只有少数分子结构简单的染料及中间体才在紫外光谱出现。这时可引入一些助色基团，使其吸收波长向长波或短波移动。综述现代分离分析方法在工业、农业、科技等行业都应用广泛，可以说与我们生活息息相关，很好的应用这些方法为社会服务是必要的。当然仅仅上述的方法还不够，还需有更好、更方便的方法应用于精细化学品中，为生活、为社会服务。