现代环境监测技术－第四章分析测试技术

null分析测试技术NK-TLLi分析测试技术现代监测分析仪器技术NK-TLLi现代监测分析仪器技术null色谱技术 光谱技术NK-TLLinullNK-TLLi气相色谱分析法 高效液相色谱分析法 离子色谱法 原子发射光谱法 原子吸收分光光度法 紫外可见分光光度法 红外吸收光谱分析法气相色谱分析法NK-TLLi气相色谱分析法第一节 色谱法概述NK-TLLi第一节 色谱法概述色谱起源NK-TLLi色谱起源色谱法的来由：色谱法是1906年俄国植物学家 Tsweet 创立的，又称色层法或层析法，是一种用以分离、分析多组分混合物质的极有效的物理及物理化学方法。nullNK-TLLi加入石油醚分层胡萝卜素 叶黄素 叶绿素A、B Chromatography 原理: 基于物质在不同相之间具有不同的分配系数引起的分离 nullNK-TLLi色谱原型装置，如图。 色谱法是一种分离技术， 试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为流动相。色谱法 NK-TLLi色谱法 当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础nullNK-TLLi例如，苯加氢生成环己烷的反应，由于苯和环己烷的沸点只相差0.6 oC，一般的蒸馏方法很难分离。而用填充柱气相色谱法，半米长的丁二酸乙二醇聚酯固定相填充柱上，二者可以实现很好的分离，因为他们在这种固定相上的分配系数差异较大，即使用其他的固定相，只要延长色谱柱的长度，也能够实现很好的分离。nullNK-TLLi如何理解色谱法(Gas Chromatography ) 主要有2点：一是要 有两相，二是要有差异。 两相：固定相和流动相 具体到气相色谱： 固定相就是色谱柱(column)，流动相就是气体或者称为载气(carrier gas )。 差异就是指分配系数的差异。nullNK-TLLiGas Chromatography 下面可以用一个比较粗糙的例子来帮助理解色谱法。nullNK-TLLinullNK-TLLinullNK-TLLiGas Chromatography： 海底的通道就如同色谱柱一样，只对兴趣的人有保留作用，这样达到选择性质保留溶质的效果，而保留差别的大小决定了分离的基础。 换作另外一个通道，比如是植物类的，例如花，那么又对另外一类人又吸引力，那么在海底通道上没有差别的人群也许在这个花的通道上能够看出差别，总之，只要他们之间有差别，总能够找到这个差别把他们区分开。2.色谱法分类 NK-TLLi2.色谱法分类 nullNK-TLLia、按两相物理状态分类 流动相为气体：固定相为固体Gas –solid Chromatography 固定相为液体Gas-liquid Chromatography 流动相为液体：固定相为固体Liquid-solid Chromatography 固定相为液体Liquid-liquid Chromatography 流动相为超临界流体：Supercritical Fluid ChromatographynullNK-TLLib、按分离原理分类 吸附色谱（adsorption chromatography) 分配色谱 (partition chromatography) 离子交换色谱(ion-exchange chromatography) 凝胶色谱(gel chromatography) 络合色谱(complexation chromatography) 亲和色谱(affinity chromatography)nullNK-TLLic、按色谱动力学过程分类 淋洗法(elution method) 流动相与固定相的结合比样品与固定相的结合弱 分为等度淋洗和梯度淋洗。是目前色谱方法总最普遍的方法。 置换法(displacement method) 流动相与固定相的结合比样品与固定相的结合强 前沿法(frontal method） 样品本身就是流动相，固定相上吸附或者溶解力最弱的最先流出，后面的就是混合物了。nullNK-TLLid、按固定相形式分类 平板色谱：薄层色谱，纸色谱 柱色谱：填充柱GC，高效液相色谱nullNK-TLLinullNK-TLLi液相色谱NK-TLLi液相色谱液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。 按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。 离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同pH值的水溶液为流动相。其他色谱方法NK-TLLi其他色谱方法薄层色谱和纸色谱： 比较简单的色谱方法凝胶色谱法: 超临界色谱: 高效毛细管电泳: 九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。3.气相色谱法的特点NK-TLLi3.气相色谱法的特点（1）分离效率高： 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。 （2） 灵敏度高： 可以检测出μg.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量. （3） 分析速度快： 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。 （4） 应用范围广： 适用于沸点低于400℃的各种有机或无机试样的分析。 不足之处： 不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。 被分离组分的定性较为困难。nullNK-TLLi谱图基本参数nullNK-TLLi色谱图：以组分的浓度变化（信号）为纵坐标，组分流出时间为横坐标，所得曲线为色谱流出曲线； 基线 没有进样，只有流动相通过检测器时所得到的响应讯号，稳定的基线应该是一条水平直线 峰高 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离 hnullNK-TLLi保留时间 retention time（tR）： 试样（某一组分）从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间为试样中某一组分的保留时间 保留体积retention volume（VR）：从注射样品到色谱峰值出现时，通过色谱系统的流动相的体积。一般可以用保留时间乘流动相线速度得到nullNK-TLLi死时间 dead time（tM）：不被固定相吸附或保留的样品，从进样到出峰所需的时间。 调整保留时间 adjusted retention time（tR’）：保留时间减去死时间等于调整保留时间。 nullNK-TLLi色谱峰底宽W ：由色谱峰的两边拐点做切线，与基线交点的距离。 半峰高宽度W ½ ：色谱峰高一半处的峰宽。也称为色谱峰半高宽度。nullNK-TLLi色谱峰所能提供的重要信息 What can one get from the chromatogram 1 样品中所含组分的最少个数 2 保留值---定性分析 3 色谱峰面积（或峰高）---定量分析 4 色谱峰的保留值和区域宽度---评价色谱柱的分离效能 5 根据相邻色谱峰之间的距离来选择合适的色谱分离条件二、气相色谱分离过程NK-TLLi二、气相色谱分离过程气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 填充柱色谱: 气固色谱和气液色谱，两者的分离机理不同。 气固色谱的固定相: 多孔性的固体吸附剂颗粒。 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。 气液色谱的固定相: 由 担体和固定液所组成。 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。 气固色谱的分离机理: 吸附与脱附的不断重复过程； 气液色谱的分离机理： 气液两相间的反复多次分配过程。气相色谱分离过程NK-TLLi气相色谱分离过程当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触时，被固定相溶解或吸附。 随着载气的不断通入，被溶解或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附， 挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又再次被固定相溶解或吸附。 随着载气的流动，溶解、挥发，或吸附、脱附的过程反复地进行。nullNK-TLLi分配系数 KNK-TLLi分配系数 K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数，用K 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示，即：分配系数 K的讨论NK-TLLi分配系数 K的讨论 一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢； 试样一定时，K主要取决于固定相性质； 每个组份在各种固定相上的分配系数K不同； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础； 某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。nullNK-TLLi气相色谱仪 NK-TLLi气相色谱仪 6890气相色谱仪内部结构NK-TLLi6890气相色谱仪内部结构仪器装置NK-TLLi仪器装置气相色谱 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 NK-TLLi气相色谱流程1-载气钢瓶；2-减压阀； 3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12- 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 仪；1. 载气系统：包括气源、净化干燥管和载气流速控制; 2. 进样系统：进样器及气化室； 3. 色谱柱：填充柱（填充固定相）或毛细管柱（内壁涂有固定液）； 4. 检测器：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； 5. 记录系统：放大器、记录仪或数据处理仪； 6. 温度控制系统：柱室、气化室的温度控制。nullNK-TLLi载气系统： 气源 高压钢瓶 气体发生器 净化干燥管 气路控制系统 控制阀 电子气路控制（即EFC或EPC）nullNK-TLLi常用的载气有：氢气、氮气、氦气；99.999% 净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；单个浓度不能超过1-2mg/L 载气流速控制：压力表(4MPa)、流量计(1-3mL/min)、针形稳压阀，控制载气流速恒定。nullNK-TLLi进样系统： 进样口（气化室） 手动进样 自动进样 液体进样器：NK-TLLi 液体进样器： 不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10μL；毛细管色谱常用1μL；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。 气化室：将液体试样瞬间气化的装置。进样口NK-TLLi进样口nullNK-TLLi色谱柱（分离柱）系统 色谱柱： 填充柱和毛细管柱 柱温箱 温度程序实现的基础色谱柱NK-TLLi色谱仪的核心部件。 柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。 填充柱柱填料：粒度为60-80或80-100目的色谱固定相。 气-固色谱：固体吸附剂 气-液色谱：担体+固定液 柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大，流速慢或将 柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。 色谱柱nullNK-TLLi毛细管柱填充柱填充柱与毛细管柱的比较NK-TLLi填充柱与毛细管柱的比较nullNK-TLLinullNK-TLLi毛细管柱的优点：毛细管内没有固体填料，气阻比填充柱小的多，可以采用较长的柱管和较小的内径，以及较高的载气流速，既没有涡流扩散，又减小了纵向扩散造成的谱带展宽。较薄的液膜又在一定程度上抵消了由于载气流速增大引起的传质阻力增大。nullNK-TLLi缺点：柱容量小，进样量小，对进样技术要求更高。 载气流速的控制要求更加精确。 对检测器的灵敏度要求更高。检测系统NK-TLLi检测系统色谱仪的眼睛，通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成； 被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图； 检测器：广普型——对所有物质均有响应； 专属型——对特定物质有高灵敏响应；nullNK-TLLi火焰离子化检测器FID：flame ionization detector 热导检测器TCD：thermal conductivity detector 电子俘获检测器ECD：electron capture detector 氮磷检测器NPD：nitrogen phosphor detector 火焰光度检测器FPD：flame photometric detector 质谱检测器MSD：mass spectrometry detectornullNK-TLLi温度控制系统NK-TLLi温度控制系统 温度是色谱分离条件的重要选择参数； 气化室、柱室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度； 气化室：保证液体试样瞬间气化； 检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝； 柱室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，柱室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；nullNK-TLLinullNK-TLLi高效液相色谱法 (High Performance Liquid Chromatography，HPLC) NK-TLLi高效液相色谱法 (High Performance Liquid Chromatography，HPLC) 高效液相色谱法 (High Performance Liquid Chromatography，HPLC) NK-TLLi高效液相色谱法 (High Performance Liquid Chromatography，HPLC) 高效液相色谱法是一种以液体为流动相的现代柱色谱分离分析方法。它是在经典液相色谱基础上，引入气相色谱理论和技术而发展起来的，因此气相色谱的许多理论与技术同样适用于高效液相色谱法。第一节 概述NK-TLLi第一节 概述 高效液相色谱法（HPLC）是20世纪60年代末70年代初发展起来的一种新型分离分析技术，随着不断改进与发展，目前已成为应用极为广泛的化学分离分析的重要手段。它是在经典液相色谱基础上，引入了气相色谱的理论，在技术上采用了高压泵、高效固定相和高灵敏度检测器，因而具备速度快、效率高、灵敏度高、操作自动化的特点。为了更好地了解高效液相色谱法优越性，现从两方面进行比较： 1.高效液相色谱法与经典液相色谱法 NK-TLLi 1.高效液相色谱法与经典液相色谱法 高效液相色谱法比起经典液相色谱法的最大优点在于高速、高效、高灵敏度、高自动化。高速是指在分析速度上比经典液相色谱法快数百倍。由于经典色谱是重力加料，流出速度极慢；而高效液相色谱配备了高压输液设备，流速最高可达 103cm·min-1.nullNK-TLLi颗粒极细（一般为10m以下）、规则均匀的固定相，(键合相)传质阻抗小，柱效高，分离效率高； 高压输液泵输送流动相，流速快，分析速度快； 高灵敏度检测器，灵敏度大大提高。紫外检测器最小检测限可达109g，而荧光检测器最小检测限可达1012g。 nullNK-TLLi 例如分离苯的羟基化合物，7个组分只需1min就可完成。对氨基酸分离，用经典色谱法，柱长约170cm，柱径0.9cm，流动相速度为30cm3·h-1，需用20多小时才能分离出20种氨基酸；而用高效液相色谱法，只需lh之内即可完成。又如用25cm×0.46cm的Lichrosorb－ODS(5μ)的柱，采用梯度洗脱，可在不到0.5h内分离出尿中104个组分。 2．高效液相色谱法与气相色谱法 NK-TLLi2．高效液相色谱法与气相色谱法 （l）气相色谱法分析对象只限于分析气体和沸点较低的,易挥发、且化学性质稳定的有机化合物，它们仅占有机物总数的20％。对于占有机物总数近80％的那些高沸点、热稳定性差、极性强、摩尔质量大的物质，目前主要采用高效液相色谱法进行分离和分析。 HPLC的应用范围已经远远超过气相色谱，位居色谱法之首。 应用范围广nullNK-TLLi (2)气相色谱采用流动相是惰性气体，它对组分没有亲和力，即不产生相互作用力，仅起运载作用。而高效液相色谱法中流动相可选用不同极性的液体，选择余地大，它对组分可产生一定亲和力，并参与固定相对组分作用的剧烈竞争。因此，流动相对分离起很大作用，相当于增加了一个控制和改进分离条件的参数，这为选择最佳分离条件提供了极大方便 对分离的选择性有很大作用，选择性高；nullNK-TLLi (3)气相色谱一般都在较高温度下进行的，而高效液相色谱法则经常可在室温条件下工作。 总之，高效液相色谱法是吸取了气相色谱与经典液相色谱优点，并用现代化手段加以改进，因此得到迅猛的发展。nullNK-TLLi 目前高效液相色谱法已被广泛应用于分析对生物学和医药上有重大意义的大分子物质，例如蛋白质、核酸、氨基酸、多糖类、植物色素、高聚物、染料及药物等物质的分离和分析。 高效液相色谱法的仪器设备费用昂贵，操作严格，这是它的主要缺点。 第二节 高效液相色谱仪NK-TLLi第二节 高效液相色谱仪 高效液相色谱仪的结构示意见下图，一般可分为4个主要部分：高压输液系统，进样系统，分离系统和检测系统。此外还配有辅助装置：如梯度洗脱，自动进样及数据处理等。其工作过程如下：首先高压泵将贮液器中流动相溶剂经过进样器送入色谱柱，然后从控制器的出口流出。当注入欲分离的样品时，流经进样器贮液器的流动相将样品同时带入色谱柱进行分离，然后依先后顺序进入检测器，记录仪将检测器送出的信号记录下来，由此得到液相色谱图。 nullNK-TLLinullNK-TLLinullNK-TLLinullNK-TLLi NK-TLLi 一、高压输液系统 由于高效液相色谱所用固定相颗粒极细，因此对流动相阻力很大，为使流动相较快流动，必须配备有高压输液系统。它是高效液相色谱仪最重要的部件，一般由储液罐、高压输液泵、过滤器、压力脉动阻力器等组成，其中高压输液泵是核心部件。对于一个好的高压输液泵应符合密封性好，输出流量恒定，压力平稳，可调范围宽，便于迅速更换溶剂及耐腐蚀等要求。高压输液泵 在线脱气装置nullNK-TLLi高压输液泵将流动相以稳定的流速或压力输送到色谱系统。 输液泵的稳定性直接关系到分析结果的重复性和准确性。nullNK-TLLi(2)在线脱气装置 作用：脱去流动相中的溶解气体。流动相先经过脱气 装置再输送到色谱柱。 在线脱气、超声脱气、真空脱气等脱气不好时有气泡，导致流动相流速不稳定，造成基线飘移，噪音增加。Pressure Dampers O2, N2, CO2…nullNK-TLLi（3）梯度洗脱装置Isocratic elution恒定组成的单一溶剂体系Gradient elution以一定速度改变多种溶剂的配比淋洗， 目的是分离多组容量因子相差较大的组分High-Pressure MixingnullNK-TLLi二、进样系统 NK-TLLi二、进样系统 高效液相色谱柱比气相色谱柱短得多（约5～30cm），所以柱外展宽（又称柱外效应）较突出。柱外展宽是指色谱柱外的因素所引起的峰展宽，主要包括进样系统、连接管道及检测器中存在死体积。柱外展宽可分柱前和柱后展宽。进样系统是引起往前展宽的主要因素，因此高效液相色谱法中对进样技术要求较严。 nullNK-TLLinullNK-TLLi六通阀nullNK-TLLi 通常采用六通伐进样：色谱柱色谱柱泵泵12进样三、分离系统——色谱柱 NK-TLLi三、分离系统——色谱柱 色谱柱是液相色谱的心脏部件，它包括柱管与固定相两部分。柱管 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 有玻璃、不锈钢、铝、铜及内衬光滑的聚合材料的其他金属。玻璃管耐压有限，故金属管用得较多。一般色谱柱长5～30cm，内径为4～5mm，凝胶色谱柱内径3～12mm，制备柱内径较大，可达25mm 以上。nullNK-TLLi 一般在分离前备有一个前置柱，前置柱内填充物和分离柱完全一样，这样可使淋洗溶剂由于经过前置柱为其中的固定相饱和，使它在流过分离柱时不再洗脱其中固定相，保证分离技术的性能不受影响。 柱子装填得好坏对柱效影响很大。对于细粒度的填料（＜20μm）一般采用匀浆填充法装柱，先将填料调成匀浆，然后在高压泵作用下，快速将其压入装有洗脱液的色谱柱内，经冲洗后，即可备用。nullNK-TLLi色谱柱Normal column 5-m、4.6- m Narrow bore column 1-3 m Micro column < 1 m 色谱柱是实现分离的核心部件。要求柱效高、柱容量大和性能稳定。柱性能与柱结构、填料特性、填充质量和使用条件有关。 nullNK-TLLi 色谱柱填料spherical and irregular silica particles Macroporous spherical silica particle. [K.K.Unger, Porous silica, Elsevier, 1979] 基质：载体或担体。数m~数十m，球形。 硅胶或有机高分子聚合物nullNK-TLLi色谱填料是由基质和功能层两部分构成。 　　基质： 又常称作载体或担体，通常制备成数微米至数十微米粒径的球形颗粒，它具有一定的刚性，能承受一定的压力，对分离不起明显的作用，只是作为功能基团的载体。常用来作基质的有硅胶和有机高分子聚合物微球。 　　功能层： 是通过化学或物理的方法固定在基质表面的、对样品分子的保留起实质作用的有机分子或功能团。如图8-10是硅胶基质的冠醚大分子固定相的结构示意图，功能层冠醚分子吸附或键合在硅胶基质的表面nullNK-TLLi 色谱柱填料功能层：物理吸附或化学键合nullNK-TLLi30-50m1-2m 填料的物理结构四、检测系统 NK-TLLi四、检测系统 在液相色谱中，有两种基本类型的检测器。一类是溶质性检测器，它仅对被分离组分的物理或化学特性有响应，属于这类检测器的有紫外、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或化学性质有响应，属于这类检测器的有示差折光，电导检测器等。现将常用的检测器介绍如下:HPLC中常见检测器的基本特性 NK-TLLiHPLC中常见检测器的基本特性 NK-TLLi (l) 紫外检测器 (2) 荧光检测器 (3) 示差折光率检测器 几乎所有物质都有各自不同的折射率，因此差示折光检测器是一种通用型检测器。灵敏度可达10-7g·cm-3。主要缺点是对温度变化敏感，并且不能用于梯度淋洗。 (4) 电导检测器 (5) 附属系统 它包括脱气、梯度淋洗、恒温、自动进样、馏分收集以及数据处理等装置。其中梯度淋洗装置是高压液相色谱仪中尤为重要的附属装置 . nullNK-TLLi（1）紫外-可见检测器光源检测室光栅二极管阵列检测器nullNK-TLLi 以光电二极管阵列（或CCD阵列，硅靶摄像管等）作为检测元件的UV-VIS检测器。它可构成多通道并行工作，同时检测由光栅分光，再入射到阵列式接受器上的全部波长的信号，然后，对二极管阵列快速扫描采集数据，得到的是时间、光强度和波长的三维谱图。与普通UV-VIS检测器不同的是，普通UV-VIS检测器是先用单色器分光，只让特定波长的光进入流动池。而二极管阵列UV-VIS检测器是先让所有波长的光都通过流动池，然后通过一系列分光技术，使所有波长的光在接受器上被检测。 nullNK-TLLi(2) 荧光检测器 许多有机化合物，特别是芳香族化合物、被一定强度和波长的紫外光照射后，发射出较激发光波长要长的荧光。但可以与发荧光物质反应衍生化后检测。   特点： 有非常高的灵敏度和良好的选择性，灵敏度要比紫外检测法高23个数量级，特别适合于药物和生物化学样品的分析。 nullNK-TLLi荧光检测器结构示意图光源检测器滤光片检测室nullNK-TLLi（3）蒸发光散射检测器 蒸发光散射检测器适合于无紫外吸收、无电活性和不发荧光的样品的检测。nullNK-TLLinullNK-TLLi（4）电化学检测器（以电导检测器为例）基于离子性物质的溶液具有导电性，其电导率与离子的性质和浓度相关。 电导检测器是离子色谱中必备的检测器示差折光率检测器NK-TLLi示差折光率检测器基于样品组分的折射率与流动相溶剂折射率有差异，当组分洗脱出来时，会引起流动相折射率的变化，这种变化与样品组分的浓度成正比 nullNK-TLLinullNK-TLLi高效液相色谱法的主要类型及选择NK-TLLi高效液相色谱法的主要类型及选择HPLC按分离机理的分类NK-TLLiHPLC按分离机理的分类HPLC在各领域的主要应用NK-TLLiHPLC在各领域的主要应用nullNK-TLLinullNK-TLLinullNK-TLLi 离子色谱法nullNK-TLLi一、离子色谱基本原理 离子色谱中发生的基本过程就是离子交换，因此，离子色谱本质上就是离子交换色谱。nullNK-TLLi阳离子交换：阴离子交换：离子交换树脂上可以离解的离子和流动相中具有相同电荷的的溶质离子之间进行的可逆交换，根据这些离子对交换剂有不同的亲和力而被分离。nullNK-TLLinullNK-TLLi在离子色谱的基本组成中，重要的和与其他高效液相色谱不同的就是抑制器和电导检测器。 离子交换色谱法（IEC） NK-TLLi 离子交换色谱法（IEC） 此法是利用离子交换原理和液相色谱技术的结合来测定溶液中阳离子和阴离子的一种分离分析方法。凡在溶液中能够电离的物质，通常都可用离子交换色谱法进行分离。它不仅适用无机离子混合物的分离，亦可用于有机物的分离，例如氨基酸、核酸、蛋白质等生物大分子。因此，应用范围较广。 nullNK-TLLi1．离子交换原理 离子交换色谱法是利用不同待测离子对固定相亲和力的差别来实现分离的。其固定相采用离子交换树脂，树脂上分布有固定的带电荷基团和可游离的平衡离子。当待分析物质电离后产生的离子可与树脂上可游离的平衡离子进行可逆交换，其交换反应通式如下： 阳离子交换： 阴离子交换： 一般形式： R一A＋B ＝ R－B＋A达平衡时，以浓度表示的平衡常数（离子交换反应的选择系数）： NK-TLLi达平衡时，以浓度表示的平衡常数（离子交换反应的选择系数）： 式中[A]r，[B]r 分别代表树脂相中洗脱剂离子（A）和试样离子（B）的浓度，[A]、[B]则代表它们在溶液中的浓度。离子交换反应的选择性系数见从表示试样离子B对于A型树脂亲和力的大小：KB/A越大，说明B离子交换能力越大，越易保留而难于洗脱。一般说来，B离子电荷越大，水合离子半径越小，KB/A值就越大。 NK-TLLi 对于典型的磺酸型阳离子交换树脂，一价离子的KB/A值按以下顺序： Cs+＞Rb+＞K+＞NH4+＞Na+＞H+＞Li+ 二价离子的顺序为： Ba2+＞Pb2+＞Sr2+＞Ca2+＞Cd2+＞Cu2+＞Zn2+＞Mg2+ 对于季铝型强碱阴离子交换树指，各阴离子的选择性顺序为： ClO4-＞I-＞HS04-＞SCN-＞NO2-＞Br-＞CN-＞Cl-＞BrO3-＞OH- ＞HCO3-＞H2P04-＞IO3-＞CH3COO－＞F－ 2．固定相 作为固定相的离子交换剂，其基质大致有三大类：合成树脂（聚苯乙烯）、纤维素和硅胶。而离子交换剂又有阳离子和阴离子之分。再根据官能基的离解度大小还有强弱之分（见表20-5）nullNK-TLLi3．流动相 NK-TLLi3．流动相 离子交换色谱法所用流动相大都是一定pH和盐浓度（或离子强度）的缓冲溶液。通过改变流动相中盐离子的种类、浓度和pH值可控制k值，改变选择性。如果增加盐离子的浓度，则可降低样品离子的竞争吸附能力，从而降低其在固定相上的保留值。 一般，对于阴离子交换树脂来说，各种阴离子的滞留次序为： 柠檬酸离子＞SO42－＞C2O42-＞I-＞NO3-＞CrO42-＞Br-＞SCN-＞ Cl-＞HCOO-＞CH3COO-＞OH-＞F-nullNK-TLLi所以用柠檬酸离子洗脱要比用氟离子快。阳离子的滞留次序大为： Ba2+＞Pb2+＞Ca2+＞Ni2+＞Cd2+＞Cu2+＞Co2+＞Zn2+＞Mg＞ Ag+＞Cs+＞Rb+＞K+＞NH4+＞Na+＞H+＞Li十 但差别不如阴离子明显。关于pH值的影响，要视不同情况而定。例如，分离有机酸和有机碱时，这些酸碱的离解程度可通过改变流动相的pH值来控制。增大pH值会使酸的电离度增加，使碱的电离度减少；降低pH值，其结果相反。但无论属于哪种情况，只要电离度增大，就会使样品的保留增大。 （五）离子色谱法（IC） NK-TLLi（五）离子色谱法（IC） 离子色谱法是由离子交换色谱法派生出来的一种分离方法。由于离子交换色谱法在无机离子的分析和应用受到限制。例如，对于那些不能采用紫外检测器的被测离子，如采用电导检测器，由于被测离子的电导信号被强电解质流动相的高背景电导信号掩没而无法检测。为了解决这一问题，1975年Small等人提出一种能同时测定多种无机和有机离子的新技术。他们在离子交换分离柱后加一根抑制柱，抑制柱中装填与分离柱电荷相反的离子交换树脂。通过分离柱后的样品再经过抑制柱，使具有高背景电导的流动相转变成低背景电导的流动相，从而用电导检测器可直接检测各种离子的含量。这种色谱技术称为离子色谱。若样品为阳离子，用无机酸作流动相，抑制柱为高容量的强碱性阴离子交换剂。当试样经阳离子交换剂的分离往后，随流动相进入抑制柱，在抑制柱中发生两个重要反应：nullNK-TLLiR+－OH＋H+Cl- -→R+－Cl十H2O R+一OH-＋M+Cl--→M+OH－＋R+－Cl- 由反应可见：经抑制柱后，一方面将大量酸转变为电导很小的水，消除了流动相本底电导的影响。同时，又将样品阳离子M+转变成相应的碱，由于OH-离子的淌度为Cl-离子的2．6倍，提高了所测阳离子电导的检测灵敏度。对于阴离子样品也有相似的作用机理。 在分离柱后加一个抑制柱的离子色谱亦称为抑制型离子色谱或称双柱离子色谱。由于抑制柱要定期再生，而且谱带在通过抑制柱后会加宽，降低了分离度。后来，Frits等人提出采用抑制柱的离子色谱体系，而采用了电导率极低的溶液，例如1×10-4～5×10-4mol·dm-3苯甲酸盐或邻苯二甲酸盐的稀溶液作流动相，称为非抑制型离子色谱或单柱离子色谱。nullNK-TLLi抑制器的作用废液nullNK-TLLi阴离子抑制器抑制器的作用淋洗液(Na2CO3)分析柱HF, HCI, H2SO4 in H2CO3NaF, NaCl, Na2SO4 in Na2CO3废液H2O不经过抑制对离子S时间S时间经过抑制废液H2OH+Na+12943样品 F , CI , SO42---FSO42CI---FSO42CI---负极正极OH-nullNK-TLLi自动连续再生阴离子抑制器中电化学反应和离子移动nullNK-TLLi抑制器 安装在电导池之前 提高待测离子的电导率： 提高灵敏度 Na+,　Cl-　　　　　　H+,　Cl- 降低背景电导 (淋洗液) : 减少噪音 Na+,　HCO3-　　　　　　H2CO3Na+,　OH-　　　　　H2OnullNK-TLLi极限摩尔电导值 Total conductivity ＝ （ ） ＋ （ ） （unit：μS/m equivalent）nullNK-TLLi二、离子色谱仪器淋洗液 泵色谱柱检测器 泵液分离 检测 记录进样阀抑制器检测池进样nullNK-TLLi不同的操作者都可得到好的样品分析重现性 经过稀释、过滤后可以测定多种样品　　　　　　　　　　　　　 　 多价态可氧化元素（NO2- & NO3-, SO32-&SO42- etc.）, 不同价态离子（Fe3+ & Fe2+,　Cr3+ & Cr6+ etc.） 可单独测定某种离子.（通常为同时测定)nullNK-TLLi与前面提到的高效液相色谱仪器不同的是： 离子色谱用的泵是匹克（PEEK）材料衬里的不锈钢泵。 离子色谱的流动相一般是缓冲溶液或者含有少量的有机试剂，一般称为淋洗液。 离子色谱有抑制器和电导检测器nullNK-TLLi样品处理过滤 样品中除去颗粒物 用0.45μm 或0.22μm 滤膜 用高纯水冲洗滤膜 ，以减少沾污 稀释 待测物浓度较高时，应预先稀释. 降低干扰物的浓度. 去除干扰物 预处理柱，超滤 固相萃取・液相萃取・离心・盐析 在线柱处理 nullNK-TLLi离子色谱使用的水与试剂纯度尽可能高高纯水 ：电阻率 ≧17MΩ、0.22μm 滤膜过滤 ：JIS K0557(Water used for industrial water and wastewater analysis) ：淋洗液脱气（真空和搅动）试剂 ：尽可能使用优级纯 ：配 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的试剂应预先干燥nullNK-TLLi淋洗液的配制与保存阴离子淋洗液的配制 碳酸盐 (AS4A, AS12A, AS14 等.） 配 100x 浓度的淋洗液作为储备液，使用时用高纯水稀释 氢氧化钠 (AS10, AS11，AS15，16 等.) 配制50%(w/w) NaOH 储备溶液.使用时用高纯水稀释 阳离子淋洗液的配制 甲烷磺酸(MSA) 取一定浓度的MSA配成储备液 ( 可以配制为1M的储备液) 保存 使用聚丙烯(PP)瓶，保存在暗处及 4 ℃左右. （ 通常可以保存6个月） 淋洗液要经常更换nullNK-TLLi 操作步骤 启动仪器与仪器的稳定 提供一定压力的氮气并检查压力是否合适 系统中有淋洗液流出，并进入了抑制器 淋洗泵中无气泡 确认系统中无液体/气体泄漏 确认系统有稳定的压力与背景电导 开始测定 用注射器注入标准或者样品nullNK-TLLi例行保养 (1)检查是否有气体泄漏 检查是否有液体泄漏 记录使用的色谱条件 日期, 操作者, 色谱柱类型, 流速 系统压力, 背景电导 理论塔板数,分离度 清洗色谱柱nullNK-TLLi例行保养 (2)Cleaning solutionPumpWaste色谱柱清洗 最好分别清洗保护柱与分离柱 如要同时清洗，应将分离柱置于保护柱之前 溶液流动方向 : 保持 → 方向nullNK-TLLi例行保养 (3)清洗抑制器 清洗 ELUENT 和 REGEN 两部分 清洗时应先关闭抑制器电源 清洗后要向抑制器内泵10分钟高纯水，以便于平衡系统Cleaning solutionPumpWasteREGEN OUTELUENT OUTREGEN INELUENT INnullNK-TLLi抑制器的使用 如果电源关闭不要连续向抑制器内泵淋洗液 停泵时抑制器的电源应关闭 测量结束关闭仪器前, 允许泵在关闭抑制器电源的情况下继续运行 30秒左右,确认再生液出口处没有气泡后再停泵 经常检查废液桶 确保气体不会存在桶内例行保养 (4)nullNK-TLLinullNK-TLLi原子发射光谱分析法NK-TLLi原子发射光谱分析法Atomic Emission Spectrometry,AES第一节 概述 GeneralizationNK-TLLi第一节 概述 Generalization一 原子发射光谱分析发展 Development of AESNK-TLLi一 原子发射光谱分析发展 Development of AESnullNK-TLLi 原子发射光谱法（Atomic Emission Spectroscopy ，AES）是一种无机成分分析方法，可对约70种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金属元素）进行分析。这种方法常用于定性、半定量和定量分析。nullNK-TLLi 在一般情况下，用于1%以下含量的组份测定，检出限可达ppm，精密度为±10%左右，线性范围约2个数量级。 nullNK-TLLi 但如采用电感耦合等离子体（ICP）作为光源，则可使某些元素的检出限降低至10-3 - 10-4ppm，精密度达到±1%以下，线性范围可延长至7个数量级。这种方法可有效地用于测量高、中、低含量的元素。 nullNK-TLLi 1859年，基尔霍夫(Kirchhoff G R)、本生(Bunsen R W)研制第一台用于光谱分析的分光镜，实现了光谱检验；他们利用分光镜研究盐和盐溶液在火焰中加热时所产生的特征光辐射，从而发现了Rb和Cs两元素nullNK-TLLi 原子发射光谱法在新元素发现方面作出很大贡献: Rb Cs Ga In Tl Pr Nd Sm Ho Tm Yb Lu He Ne Ar Kr Xe 1930年以后，建立了光谱定量分析方法； 原子光谱 ＜＞ 原子结构 ＜＞ 原子结构理论＜＞ 新元素二 原子发射光谱的产生 Formation of Atomic Emission SpectraNK-TLLi二 原子发射光谱的产生 Formation of Atomic Emission SpectranullNK-TLLi 一般情况下，原子处于基态，通过电致激发、热致激发或光致激发等激发光源作用下，原子获得能量，外层电子从基态跃迁到较高能态变为激发态 ，约经10-8 s，外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁，多余的能量的发射可得到一条光谱线。nullNK-TLLi特征辐射基态元素M激发态M*热能、电能EnullNK-TLLinullNK-TLLinullNK-TLLi 原子的外层电子由高能级向低能级跃迁，能量以电磁辐射的形式发射出去，这样就得到发射光谱。原子发射光谱是线状光谱。nullNK-TLLi 不同元素的原子因能级结构不同，因此跃迁所产生的谱线具有不同的波长特征。根据谱线特征可以进行发射光谱定性分析。 nullNK-TLLi不同元素的原子具有不同的能级构成，△E不一样，各种元素都有其特征的光谱线，从识别各元素的特征光谱线可以鉴定样品中元素的存在，这就是光谱定性分析；nullNK-TLLi元素特征谱线的强度与样品中该元素的含量有确定的关系，所以可通过测定谱线的强度确定元素在样品中的含量，这就是光谱定量分析 有关术语：NK-TLLi有关术语：nullNK-TLLi 共振线:   原子中外层电子从基态被激发到激发态后，由该激发态跃迁回基态所发射出来的辐射线，称为共振线。而由最低激发态（第一激发态）跃迁回基态所发射的辐射线，称为第一共振线，通常把第一共振线称为主共振线。nullNK-TLLi 主共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发，一般是该元素最强的谱线； 原子线: 由原子外层电子被激发到高能态后跃迁回基态或较低能态，所发射的谱线称为原子线，在谱线表图中用罗马字“Ⅰ”表示； nullNK-TLLi离子线: 原子在激发源中得到足够能量时，会发生电离。原子电离失去一个电子称为一次电离，一次电离的离子再失去一个电子称为二次电离，依此类推。离子也可能被激发，其外层电子跃迁也发射光谱，这种谱线称为离子线。nullNK-TLLi一次电离的离子发出的谱线，称为一级离子线，用罗马字“Ⅱ”表示。二次电离的离子发出的谱线，称为二级离子线，用罗马字“Ⅲ”表示。例如Mg Ⅰ285.21nm为原子线，MgⅡ280.27nm为一次电离离子线。三 谱线强度 Spectrum Line IntensityNK-TLLi三 谱线强度 Spectrum Line IntensitynullNK-TLLi 已经知道，在激发光源作用下，原子被激发，处于激发态的原子不稳定，10-8 s内又向低能级跃迁，并发射特征谱线 E =Eu - El = hul = h C/nullNK-TLLi原子由某一激发态 i 向低能级 j 跃迁，所发射的谱线强度与激发态原子数成正比。 在热力学平衡时，单位体积的基态原子数N0与激发态原子数Ni的之间的分布遵守玻耳兹曼分布定律；玻耳兹曼分布定律NK-TLLi玻耳兹曼分布定律gi 、g0为激发态与基态的统计权重； Ei ：为激发能；k为玻耳兹曼常数；T为激发温度； 发射谱线强度： Iij = Ni AijhVij h为Plank常数；Aij两个能级间的跃迁几率； Vij发射谱线的频率。将Ni代入上式得nullNK-TLLinullNK-TLLi浓度越大， 基态原子数N0也越大， 基态原子数N0大， 激发态原子数Ni也大 激发态原子数Ni大， 光强度I也大。原子发射光谱分析过程 Process of AESNK-TLLi原子发射光谱分析过程 Process of AES原子发射光谱分析的过程，一般有光谱的获得和光谱的分析两大过程。nullNK-TLLi具体可分为： 1. 试样的处理 要根据进样方式的不同进行处理：做成粉末或溶液等，有些时间还要进行必要的分离或富集； nullNK-TLLi2. 样品的激发 在激发源上进行，激发源把样品蒸发、分解原子化和激发； nullNK-TLLi 3. 光谱的获得和记录     从光谱仪中获得光谱并进行记录；nullNK-TLLi4. 光谱的检测     用检测仪器进行光谱的定性、半定量、定量分析 nullNK-TLLi原子发射光谱法的特点 Feature of AESNK-TLLi原子发射光谱法的特点 Feature of AESnullNK-TLLi 1.多元素同时检出能力 可同时检测一个样品中的多种元素。一个样品一经激发，样品中各元素都各自发射出其特征谱线，可以进行分别检测而同时测定多种元素。nullNK-TLLi2.分析速度快    试样多数不需经过化学处理就可分析，且固体、液体试样均可直接分析，同时还可多元素同时测定，若用光电直读光谱仪，则可在几分钟内同时作几十个元素的定量测定。nullNK-TLLi 3.选择性好 由于光谱的特征性强，所以对于一些化学性质极相似的元素的分析具有特别重要的意义。如铌和钽、铣和铪、十几种稀土元素的分析用其他方法都很困难，而对AES来说是毫无困难之举。nullNK-TLLi4.检出限低。      一般可达0.1～1ug·g-1，绝对值可达 10-8～10-9g。用电感耦合等离子体（ICP）新光源，检出限可低至ngg-1 nullNK-TLLi5. 用ICP光源时，准确度高，标准曲线的线性范围宽，可达4～6个数量级。可同时测定高、中、低含量的不同元素。因此ICP－AES已广泛应用于各个领域之中。 6. 样品消耗少；适于整批样品的多组分测定，尤其是定性分析更显示出独特的优势。缺点：NK-TLLi缺点：1.在经典分析中，影响谱线强度的因素较多，尤其是试样组分的影响较为显著，所以对标准参比的组分要求较高。 2.含量（浓度）较大时，准确度较差。 3.只能用于元素分析，不能进行结构、形态的测定。 4.大多数非金属元素难以得到灵敏的光谱线 nullNK-TLLi 目前原子发射光谱法广泛应用于冶金、地质、环境、临床等样品中痕量元素的分析 第二节 原子发射光谱分析装置与仪器 Device and Instrument of AESNK-TLLi第二节 原子发射光谱分析装置与仪器 Device and Instrument of AES一 仪器类型与流程 Types and Process of AES NK-TLLi一 仪器类型与流程 Types and Process of AES nullNK-TLLi 原子发射光谱分析仪器的类型有多种，如：火焰发射光谱、微波等离子体光谱仪、电感耦合等离子体光谱仪、光电光谱仪、摄谱仪等； nullNK-TLLi 原子发射光谱仪通常由三部分构成： 光源、分光仪、检测器；nullNK-TLLinullNK-TLLi一、光源 光源具有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。光源对光谱分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响。目前常用的光源有直流电弧、交流电弧、电火花及电感耦合高频等离子体（ICP）。二 火焰光度计 Flame SpectrometerNK-TLLi利用火焰作为激发光源，仪器装置简单，稳定性高。该仪器通常采用滤光片、光电池检测器等元件，价格低廉，又称火焰光度计。 二 火焰光度计 Flame SpectrometernullNK-TLLinullNK-TLLi 常用于碱金属、钙等谱线简单的几种元素的测定，在硅酸盐、血浆等样品的分析中应用较多。对钠、钾测定困难，仪器的选择性差。三 光谱仪(摄谱仪) SpectrophotometerNK-TLLi三 光谱仪(摄谱仪) Spectrophotometer 将原子发射出的辐射分光后观察其光谱的仪器。 按接受光谱方式分：看谱法、摄谱法、光电法； 按仪器分光系统分：棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪；摄谱仪的观察装置NK-TLLi摄谱仪的观察装置（1）光谱投影仪 （映谱仪），光谱定性分析时将光谱图放大，放大20倍。 （2）测微光度计 （黑度计）；定量分析时，测定接受到的光谱线强度；光线越强，感光板上谱线越黑。 S=lg(1/T)=lg(I0/I)四 电弧和电火花发射光谱仪 Arc and Electric Spark Emission SpectrometerNK-TLLi四 电弧和电火花发射光谱仪 Arc and Electric Spark Emission Spectrometer仪 器 —— 光源NK-TLLi仪 器 —— 光源 激 发 光 源 光源具有使试样蒸发、解离、原子化、激发、跃迁产生光辐射的作用。光源对光谱分析的检出限、精密度和准确度都有很大的影响;  功能：提供使试样中被测元素原子化和原子激发发光所需要的能量  要求：灵敏度高、稳定性好、结构简单、操作安全nullNK-TLLi 分 类  直流电弧  交流电弧  电火花 二 ICP-AES的结构流程 Structure of ICP-AES and ProcessNK-TLLi 二 ICP-AES的结构流程 Structure of ICP-AES and Process 采用ICP作为光源是ICP-AES与其他光谱仪的