仪器分析复习资料
各仪器分析方法的仪器组成、原理、定量分析方法、应用。
第一章 引言
一、仪器分析和化学分析 ⒈化学分析定义 ⒉仪器分析定义 ⒊两者的区别在于： ①检测能力（灵敏度） ②样品的需求量 ③分析效率（速度）
④使用的广泛性（代价、分析种类）
⑤精确度（误差） 二、仪器分析方法的分类
根据测量原理和信号特点，仪器分析方法大致分为四大类 ⒈光学分析法
以电磁辐射为测量信号的分析方法，包括光谱法和非光谱法 ⒉电化学分析法
依据物质在溶液中的电化学性质而建立的分析方法 ⒊色谱法
以物质在两相间（流动相和固定相）中分配比的差异而进行分离和分析。 ⒋其它仪器分析方法
包括质谱法、热分析法、放射分析等 。 三、仪器分析的发展概述
⒈计算机技术在仪器分析中的广泛应用，实现了仪器操作和数据处理自动化。 ⒉不同方法联用提高仪器分析的功能。 ⒊各学科的互相渗透
第二章 气相色谱分析
§2-1 气相色谱法概述 1、色谱法的产生和发展 2、色谱法的优点和缺点 （1） 色谱法的优点 分离效率高。
分析速度快。 检测灵敏度高。 样品用量少。 选择性好。 多组分同时分析。易于自动化。
（2） 色谱法的缺点
定性能力较差。 3、色谱法的定义与分类 4、气相色谱仪器
气相色谱仪流程图：钢瓶、减压阀、稳压阀、（稳流阀）、进样器、色谱柱、检测器、记录仪。 5、基本参数 基线： 保留值：
（1） 死时间 tM （2） 保留时间 tR
1
（3） 调整保留时间 t‘R= tR- tM （4） 死体积 VM=tMF0 （5） 保留体积 VR=tRF0
（6） 调整保留体积 VR‘=tR’F0 = VR - VM （7） 相对保留值 r21= t‘R（2）/ t‘R（1）（也可用α表示） 区域宽度：
（1） 标准偏差（σ） 0.607h，1/2W （2） 半峰宽度（Y1/2）=2.35σ （3） 峰底宽度（Y） =4σ §2-2 气相色谱分析理论基础
气-固色谱分析和气-液色谱分析的基本原理
固定相：涂渍在惰性多孔固体基质（载体或担体）上的液体物质，常称固定液。 流动相：载气。
分配系数：K=CS/CM （两相浓度比） ，同一物质如果色谱条件一定，则可视为常数，不同物质则不同。
‘
分配比（容量因子）：k=mS/mM （两相质量比）= tR/ tM 色谱分离的基本理论 1、塔板理论
塔板理论把气液色谱柱当作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念描述溶质在两相间的分配行为，并引入理论塔板数N和理论塔板高度H作为衡量柱效的指标。
假定：
（1） 理论塔板高度H （2） 载气为非连续进入 （3） 试样加入0号塔板上 （4） K在各塔板上为常数
根据塔板理论，溶质进入柱入口后，即在两相间进行分配。对于正常的色谱柱，溶质在两相间达到分配平衡的次数在数千次以上，最后，\挥发度\最大（保留最弱）的溶质最先从\塔顶\（色谱柱出口）逸出（流出），从而使不同\挥发度\（保留值）的溶质实现相互分离。
理论塔板数N可以从色谱图中溶质色谱峰的有关参数计算，常用的计算公式有以下两式： n=5.54(tR/Y1/2)2=16(tR/Y)2 H=L/n
Neff=5.54(t‘R/Y1/2)2=16(t‘R/Y)2 Heff=L/neff 2、速率理论
这是荷兰学者范第姆特于1956年提出的色谱过程动力学理论。 H = A + B/u + C u
A、B、C为常数，分别代表涡流扩散项、分子扩散项和传质阻力项系数
⒈涡流扩散项A ： 组分在气相中形成紊乱的类似“涡流”的流动而引起色谱峰变宽 A＝2λdρ （填充的不均匀度、填充物平均直径） ⒉分子扩散项B/u ： 组分在色谱柱内运动，存在浓度梯度，引起色谱峰变宽 B＝2γDg （弯曲因子、扩散系数）
⒊传质阻力项Cμ： 包括气相传质和液相传质 （液膜厚度、液相扩散系数） ⒋载气流速u对H影响 §2-3 色谱分离条件的选择 分离度R：
相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度平均值之比 R=2（tR（2）- tR（1））/（Y1+Y2） （应用于能否完全分离R≥1.5） 色谱基本分离方程式：
设相邻两色谱峰峰底宽度相等 即Y1= Y2 = Y，k1= k2= k neff=16R2{α/（α-1）}2 （用于计算柱长） L=neffHeff （Heff一般为0.1cm或计算值） 分离操作条件的选择 1、 载气及其流速的选择
2
2、 柱温的选择：程序升温 3、 固定液的性质和用量 4、 担体的性质和粒度 5、 进样时间和进样量 6、气化温度 §2-4 固定相及其选择 担体 固定液
A. 对固定液的要求
B. 固定液的分离特征（静电力，诱导力，色散力，氢键力） C. 固定液的选择
（1）非极性物质--非极性固定液—沸点低的先出峰 （2）极性物质--极性固定液--极性小的先出峰
（3）非极性和极性物质--极性固定液--极性小的先出峰
（4）能形成氢键的试样--极性或氢键型固定液--极性小的或不易形成氢键的先出峰 §2-5 气相色谱检测器
1、 热导池检测器（TCD）—通用型
2、氢火焰离子化检测器（FID—非通用型（选择性）--无机物之外的有机物
3、电子俘获检测器（ECD）—非通用型（选择性）--含N、P、O、S、卤素的物质（电负性） 4、火焰光度检测器（FPD）—非通用型（选择性）--含P、S的化合物
5、脉冲火焰光度检测器（PFPD—非通用型（选择性）--含P、S、N及25种其它元素的化合物 6、氮磷检测器（TSD）—非通用型（选择性）--含N、P的化合物 §2-6 气相色谱定性方法 （一）利用保留值定性 1. 已知物对照法
利用纯物质对照定性，预先准备用于对照的已知纯物质（标准对照品）。该方法简便，是气相色谱定性中最常用的定性方法。 2. 相对保留值法
对于一些组成比较简单的已知范围的混合物或无已知物时，可选定一基准物按文献报道的色谱条件进行实验，计算两组分的相对保留值， 并与文献值比较，若二者相同，则可认为是同一物质。（ris仅随固定液及柱温变化而变化。）
可选用易于得到的纯品，而且与被分析组分的保留值相近的物质作基准物。 （二） 保留指数法
在有关文献给定的操作条件下，将选定的标准和待测组分混合后进行色谱实验（要求被测组分的保留值在两个相邻的正构烷烃的保留值之间）。由上式计算则待测组分X的保留指数IX，再与文献值对照，即可定性。
（三）联用技术
将气相色谱与质谱、红外光谱、核磁共振谱联用，复杂的混合物先经气相色谱分离成单一组分后，再利用质谱仪、红外光谱仪或核磁共振谱仪进行定性。 §2-7 气相色谱定量方法
mi = fiAi 或 mi= fi hi 此两式是色谱定量分析的理论依据。 1．峰面积的测量
(1)A?1.065?h?Wh/2
3
（2）A?h?1?(W0.15?W0.85) 2（3）自动积分法 2. 定量校正因子
fi'?'mi AifmAfi?i'?i?s
fsmsAi4. 定量方法
（1）归一化法：如果试样中所有组分均能流出色谱柱，并在检测器上都有响应信号，都能出现色谱峰，可用此法计算各待测组分的含量。其计算公式如下：
?i?miAifi?100%??100%
m1?m2?????mnA1f1?A2f2?????Anfn 归一化法简便，准确，进样量多少不影响定量的准确性，操作条件的变动对结果的影响也较小，尤其
适用多组分的同时测定。但若试样中有的组分不能出峰，则不能采用此法。 （2）内标法：
内标法是在试样中加入一定量的纯物质作为内标物来测定组分的含量。内标物应选用试样中不存在的纯物质，其色谱峰应位于待测组分色谱峰附近或几个待测组分色谱峰的中间，并与待测组分完全分离，内标物的加入量也应接近试样中待测组分的含量。具体作法是准确称取m（g）试样，加入ms（g）内标物，根据试样和内标物的质量比及相应的峰面积之比，由下式计算待测组分的含量：
mifA?iimsfsAs
?i?mifAmfAm?ii?s?ii?smfsAsmAsm
由于内标法中以内标物为基准，则 fs=1。
内标法的优点是定量准确。因为该法是用待测组分和内标物的峰面积的相对值进行计算，所以不要求严格控制进样量和操作条件，试样中含有不出峰的组分时也能使用，但每次分析都要准确称取或量取试样和内标物的量，比较费时。 §2-9 气相色谱分析的特点及其应用范围
只要在气相色谱仪允许的条件下可以气化而不分解的物质，都可以用气相色谱法测定。对部分热不稳定物质，或难以气化的物质，通过化学衍生化的方法，仍可用气相色谱法分析。
第三章 高效液相色谱分析
3-1高效液相色谱法的特点
高效液相色谱法与经典液相色谱法比较，具有下列主要特点：
1．高效2．高速3．高灵敏度4．高度自动化5．应用范围广（与气相色谱法相比）6．流动相可选择范围广 它可用多种溶剂作流动相，通过改变流动相组成来改善分离效果，因此对于性质和结构类似的物质分
4
离的可能性比气相色谱法更大。 7．馏分容易收集 更有利于制备。 3-2影响色谱峰扩展及色谱分离的因素 一. 减小柱内展宽，提高柱效
l. 固定相：①粒度小，均匀，以减小涡流扩散和流动相传质阻力；②改进结构，尽可能采用大孔径和浅孔道的表面多孔型载体或全多孔微粒型载体，减少滞留流动相传质阻力。
2. 流动相：选用低粘度的流动相，有利于增大组分在溶剂中的扩散系数Dm，减少传质阻力。
3. 流速：从H-U曲线可知，HPLC的最佳流速在流速很小处，减少流速有利于提高柱效，但在实践中为加快分析速度，常采用比最佳流速高数倍的流速。
4. 柱温：适当提高柱温，可降低流动相粘度，减少传质阻力，但柱温升高将使分辨率降低，柱寿命短，易产生气泡，一般在室温下进行。 二. 柱外展宽
柱外谱带展宽又称“柱外效应”，系指从进样点到检测池之间除柱子本身以外的所有死体积所引起的色谱峰展宽，柱效下降。可分为：
1．柱前展宽 主要由进样引起，减小进样器的死体积，用阀门进样可减少柱前谱带展宽，提高柱效。 2．柱后展宽 主要由接管、检测器流通池体积及检测器响应时间等因素所引起。因此，尽可能用短而内径细的接管，减少流通池体积，改进检测器和记录系统的响应速度等都是克服柱后展宽的途径。 3-3高效液相色谱法的主要类型及其分离原理 1、液-液分配色谱法及化学键合相色谱法 根据流动相和固定相的相对极性不同分为：
正相键合相色谱法：流动相极性小于固定相极性。极性小的组分先流出，极性大的组分后流出。 反相键合相色谱法：流动相极性大于固定相极性。极性大的组分先流出，极性小的组分后流出。 2、液-固（吸附）色谱法 3、离子交换色谱法 4、离子对色谱法 5、离子色谱法
6、空间（尺寸）排阻色谱法 3-5液相色谱法流动相
吸附色谱流动相的选择原则是极性大的试样需用极性强的洗脱剂，极性弱的试样宜用极性较弱的洗脱剂。实际工作中常用两种或两种以上溶剂按不同比例混合作洗脱剂，以提供合适的溶剂强度和 k 值，提高分离的选择性。在分离复杂试样时，可进行梯度洗脱，能提高分离效率，改善峰形，加快分析速度。
离子交换色谱流动相：通常是盐类的缓冲溶液。通过改变流动相的 pH、缓冲剂（平衡离子）的类型、离子强度以及加入有机溶剂、配位剂等都会改变交换剂的选择性，影响样品的分离效果。
常用的缓冲剂有：磷酸盐、乙酸盐、柠檬酸盐、甲酸盐、氨水等。 3-6高效液相色谱仪
一般由五个部分组成：
高压输液系统 —进样系统 —分离系统— 检测系统 — 数据处理系统 一. 高压输液系统
贮液装置、高压输液泵、过滤器、脱气装置等 二． 梯度洗脱装置
梯度洗脱是利用两种或两种以上的溶剂，按照一定时间程序连续或阶段地改变配比浓度，以达到改变流动相极性、离子强度或pH值，从而提高洗脱能力，改善分离的一种有效方法。 三. 进样器
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仪器分析复习及自测分析
