现代化学与生物学分析理论与技术04有机分析色谱2010

二、有机分析(色谱)2.1色谱分析与气相色谱回顾2.2液相色谱分析原理与应用2.3有机质谱的图谱解析2.4色谱-质谱联用技术1.气相色谱分析进展色谱分析：利用混合物中不同组分在两相间的分配系数的差别，在两相做相对运动时，各物质在两相间进行多次分配，从而使各组分得到分离。Martin用热力学的观点描述了组分在色谱柱内的分配平衡和分离过程。1.1色谱分析基础0.5/0.50.25/0.25,0.25/0.250.125/0.125,(0.125+0.125)/(0.125+0.125),0.125/0.125mm/ms1.气相色谱分析进展色谱分析：实际上是一种结合特定检测器的物理分离方法。气相色谱：固定相为固体或液体，气体为流动相；液相色谱：固定相为固体或液体，液体为流动相；离子色谱：以离子交换树脂作固定相；凝胶色谱：以一定尺寸的多孔固体作固定相；薄层色谱：涂在平面玻璃板上的硅胶为固定相；超临界流体色谱：固定相为固体或液体，超临界流体作流动相；依据电泳原理所开发的毛细管电泳分析也是一种分离分析手段。从分离机理角度，可以分为吸附色谱法、分配色谱法、离子交换色谱法、凝胶色谱法等。1.1色谱分析基础填充柱在运行中存在严重的涡流扩散，影响柱效的提高。Golay发明的空心毛细管色谱柱解决了这一问题。毛细管柱的理论塔板数每米约2000~5000，总柱效最高可达106。还具有柱容量小、出峰快等特点。毛细管气相色谱仪在柱前有一个分流/不分流进样器，柱后加一个尾吹气路。大口径毛细管（0.53mm）柱的使用，使得毛细管柱的直接进样系统得到发展。毛细管柱长度可达10~100m，内径在0.1~0.8mm。以涂壁开管柱和键合型开管柱（交联型开管柱）发展最为迅速。1.气相色谱分析进展1.2毛细管气相色谱毛细管色谱柱：色谱柱固定液的极性对其性能影响较大，与毛细管柱的对应关系如下：0非极性1000弱极性2000极性3000强极性4000强极性角鲨烷SE-30OV-1DC-200OV-101SP2100阿皮松SE-52SE-54Dexsil380OV-17HP-1Ultra1HP-101HP-5Ultra2HP-1301HP-1701HP-17HP-50+OV-25聚苯醚OF-1OV-210XE-60OV-225HP-FFAPHP-INNOWaxHP-20MPEG-20M聚乙二醇20MTPASilarSCPFFAP聚乙二醇1500DEGSSilar10CEGSTCEPMcReynolds固定液特征常数1.气相色谱分析进展1.2毛细管气相色谱毛细管色谱柱色谱柱固定液的选择一般以“相似相溶”为原则；分离非极性物质：选用非极性固定液，按组分的沸点由低到高流出；分离极性物质：选用极性固定液，按组分的极性由小到大流出；分离非极性和极性混合物：一般选用极性固定液，非极性组分先流出，按组分的极性由小到大流出；复杂的难分离物质：有些可以使用专用色谱柱，或者通过实验选择。1.气相色谱分析进展1.2毛细管气相色谱气相色谱的检测器检测器类型火焰离子化检测器（FID）质量型准通用型热导检测器（TCD）浓度型通用型电子捕获检测器（ECD）浓度型选择型热离子检测器（TID/NPD）质量型选择型火焰光度检测器（FPD）浓度型选择型主要用途检出限线性范围对碳氢化合物的灵敏度高，适用于各种含碳有机化合物的分析丙烷5pg/s107(10%)适用于无机气体和有机物分析，多用于永久气体的分析丙烷400pg/ml105(5%)适用于含电负性基团的有机物，多用于分析含卤素化合物六氯苯0.04pg/s104适合于含氮和含磷化合物的分析0.4pg/s氮0.2pg/s磷105适合于含硫、含磷和含氯化合物的分析20pg/s硫0.9pg/s磷1051.气相色谱分析进展1.2毛细管气相色谱氢火焰离子化检测器（FID）：利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加电场作用下形成离子流。应用最为广泛；对含碳有机物有很高的灵敏度不能检测永久性气体。车间环境分析：1.2.3气相色谱检测器与应用1.2毛细管气相色谱热导检测器（TCD）：依据物质的导热系数的不同，测量温度的变化。通用性好，灵敏度不高；常用于检测永久性气体。水性涂料分析：1.2.3气相色谱检测器与应用1.2毛细管气相色谱电子捕获检测器（ECD）：放射性离子化检测器。选择性好，适合电负性物质；灵敏度非常高；常用于检测含卤素化合物。1.2.3气相色谱检测器与应用1.2毛细管气相色谱电子捕获检测器（ECD）水中卤代烃分析实例：2.2.3气相色谱检测器与应用1.2毛细管气相色谱电子捕获检测器（ECD）农药分析实例：1.2.3气相色谱检测器与应用1.2毛细管气相色谱火焰光度检测器（FPD）：相当于把FID和光度计结合在一起。火焰中S2*、HPO*等发射光谱；选择性检测器，灵敏度高；用于检测含硫、磷化合物；1.2.3气相色谱检测器与应用1.2毛细管气相色谱火焰光度检测器（FPD）磷化物分析实例（FPD-P方式）；1.2.3气相色谱检测器与应用1.2毛细管气相色谱火焰光度检测器（FPD）空气中恶臭成分分析实例（FPD-S方式）：1.2.3气相色谱检测器与应用1.2毛细管气相色谱火焰热离子检测器（TID）：与FID结构相似，不同之处是喷嘴上方有一个碱金属盐的陶瓷珠。亦称氮磷检测器；选择性检测器；用于检测含氮、磷的化合物；1.2.3气相色谱检测器与应用1.2毛细管气相色谱火焰热离子检测器（TID）农药分析实例：1.2.3气相色谱检测器与应用1.2毛细管气相色谱二、有机分析2.1色谱分析与气相色谱回顾2.2液相色谱分析原理与应用2.3有机质谱的图谱解析2.4色谱-质谱联用技术高效液相色谱是在经典液相色谱和气相色谱的基础上，在70年代初迅速发展起来的一种新型分离手段。高效液相色谱具有高速、高效、高压和高灵敏度等特点。高速：与经典色谱比较。分析时间一般小于60分钟。高效：柱效可达30000塔板/米以上。高压：因色谱柱阻力较大，需要150105~350105Pa。高灵敏度：紫外检测器10-9g，荧光检测器可达10-11g。2.液相色谱原理与应用与气相色谱比较，有如下区别：可应用于高沸点、热稳定性差、相对分子量大的有机物（占有机物总数的75%~80%），而气相色谱只适用于挥发性物质；流动相对分离起很大作用，改变流动相的组成可以有效控制k值，相当于增加了一个控制分离条件的参数；色谱柱不能太长，不能象毛细管柱那样可以得到很高的柱效；没有高灵敏的通用检测器（如ECD、FID等），但有特殊检测器（电化学检测器、示差折光检测器等）；仪器设备造价较高，操作要求较严格；2.液相色谱原理与应用高效液相色谱仪一般由四个部分组成：高压输液系统、进样系统、分离系统和检测系统。进样器输液泵色谱柱检测器数据处理系统梯度淋洗装置馏分收集装置2.1高效液相色谱仪的组成2.液相色谱原理与应用(1)高压输液系统：核心部分是输液泵，目前普遍使用的是往复泵。另外包括储液罐、过滤器、压力脉动阻力器等。通常要求输出流量恒定，波动小于0.5%；有足够的输出压力，达到40~60Mpa；分析性仪器流量一般在3ml/min以内，制备型的约10~20ml/min。2.3.1高效液相色谱仪的组成2.3高效液相色谱(2)进样系统：常见有直接注射进样和六通阀进样两种。直接进样操作简便，并可获得较高的柱效，但不能承受高压；六通阀进样的可变范围大，进样准确，耐高压，易于自动化，缺点是容易造成色谱峰柱前展宽；2.3.1高效液相色谱仪的组成2.3高效液相色谱(3)分离系统：色谱柱是分离系统的核心，长度在5~30cm左右，内径约4~5cm。高效填料为5~10m的球型颗粒，；有足够的输出压力，达到40~60Mpa；保护柱0.5过滤片2.3.1高效液相色谱仪的组成2.3高效液相色谱(4)检测系统：液相色谱的检测器可以分为溶质型检测器和总体型检测器两种，包括紫外、荧光、电化学检测器以及示差折光、介电常数检测器等。(5)附属系统：包括脱气、梯度淋洗、再循环、恒温、自动进样、馏分收集和数据处理系统等。2.3.1高效液相色谱仪的组成2.3高效液相色谱依据流动相和固定相的状态或作用机制不同，高效液相色谱可以分为如下几种模式。(1)液-液分配色谱法：流动相和固定向都是液体，两相互不相溶。与气相色谱一样，分配系数的大小决定分离的顺序。但液相色谱的流动相对分配系数有较大影响，改变流动相的组成，可以有效地控制k值；2.3.2高效液相色谱的主要类型2.3高效液相色谱smmsVVkCCK(1)液-液分配色谱法：流动相和固定向都是液体，两相互不相溶。当时用亲水性固定液时，则通常使用疏水性流动相，称正相分配色谱。使用疏水性固定液和亲水性流动相，则称反相分配色谱。其出峰顺序正好与正相色谱相反；当通过化学反应将固定相键合在担体上时，便形成了化学键合色谱。化学键合固定相可以有效地解决固定液流失问题，是目前最广泛应用的色谱方法。化学键合固定相的分离原理为吸附过程与液-液分配双重机制兼有。2.3.2高效液相色谱的主要类型2.3高效液相色谱当通过化学反应将固定相键合在担体上时，便形成了化学键合色谱。化学键合固定相可以有效地解决固定液流失问题，是目前最广泛应用的色谱方法。(1)液-液分配色谱：当通过化学反应将固定相键合在担体上时，便形成了化学键合色谱。2.3.2高效液相色谱的主要类型2.3高效液相色谱样品种类键合基团流动相色谱类型实例低极性，溶解于烃类C18甲醇-水、乙腈-水、乙腈-四氢呋喃反相多环芳烃；甘油三酯；类脂；脂溶性维生素；中等极性，可溶于醇CNNH3乙腈、正己烷、氯仿正己烷、异丙醇正相脂溶性维生素；芳香醇；胺；芳香胺；脂；氯化农药C18C8CN甲醇、水、乙腈反相溶于醇的天然产物；维生素；芳香酸；黄嘌呤(1)液-液分配色谱：当通过化学反应将固定相键合在担体上时，便形成了化学键合色谱。2.3.2高效液相色谱的主要类型2.3高效液相色谱样品种类键合基团流动相色谱类型实例高极性，可溶于水C8CN甲醇、乙腈水、缓冲溶液反相溶性维生素；胺；芳醇；抗菌素C18甲醇、水、乙腈反相离子对酸；磺酸类染料；儿茶酚胺SO3水、缓冲溶液阳离子交换无机阳离子；氨基酸NR+3磷酸缓冲溶液阴离子交换核苷酸；糖；无机银离子；有机酸(1)液-液分配色谱：当通过化学反应将固定相键合在担体上时，便形成了化学键合色谱。荧光检测器、反相色谱法测定多环芳烃；紫外检测器、C18柱反相色谱法测定水中酚类（含氯酚）物质；2.3.2高效液相色谱的主要类型2.3高效液相色谱(2)液-固吸附色谱法：流动相为液体，固定相为吸附剂，依靠物质的竞争吸附过程将其分离。试样分子进入分离柱后，在吸附剂表面与流动相分子发生竞争吸附：Xm+nSaXa+nSm达到平衡时K称为吸附平衡系数，亦即分配系数。namnma]][S[X]][S[XK2.3.2高效液相色谱的主要类型2.3高效液相色谱(2)液-固吸附色谱法：流动相为液体，固定相为吸附剂，依靠物质的竞争吸附过程将其分离。液-固色谱对具有不同官能团的化合物和异构体有较高的选择性；由于非线性等温吸附，液-固色谱容易产生拖尾现象。2.3.2高效液相色谱的主要类型2.3高效液相色谱(3)离子交换色谱法：采用离子交换树脂作为固定相，依据不同离子有不同亲和力而将其分离。试样离子进入分离柱后，与树脂上可电离离子进行可逆交换：B+R-AA+R-B达到平衡时r代表树脂相，A为洗脱剂，B为试样rr[B][A][A][B]K2.3.2高效液相色谱的主要类型2.3高效液相色谱(3)离子交换色谱法：采用离子交换树脂作为固定相，依据不同离子有不同亲和力而将其分离。流动相大多为一定pH值和离子强度的缓冲溶液；固定相有多孔型离子交换树脂、薄膜型离子交换树脂、表面多孔型离子交换树脂和离子交