现代仪器分析第二章 色谱分析法4Word下载.docx
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然后进入D层反应层,与外面扩散进来的激发态原子或分子氧发生反应,生成CHO+及e-:
·
CH+O*2CHO++e-
形成的CHO+与火焰中大量水蒸气碰撞发生分子—离子反应,产生H3O+离子:
CHO++H2OH3O++CO
化学电离产生的正离子(CHO+,H30+)和电子(e-)在外加150—300V直流电场作用下向两极移动而产生微电流。
经放大后,记录下色谱峰。
图2—16火焰各层图
图2—17氢焰离子室与放大器连接示意图
离子室与放大器联结的线路如图2—17所示。
此处高电阻的作用,是使产生的微电流通过高电阻,在高电阻两端产生电压降,作为放大器的输入信号。
在电流大小一定时,高电阻的数值越大,在高电阻两端产生的电压降就越大,灵敏度也就越高。
氢火焰电离检测器对大多数的有机化合物有很高的灵敏度,故对痕量有机物的分析很适宜。
但对在氢火焰中不电离的无机化合物,例如永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等就不能检测。
③、操作条件的选择
a、气体流量
载气流量:
一般用N2作载气,载气流量的选择主要考虑分离效能。
对一定的色谱柱和试样,要找到一个最佳的载气流速,使柱的分离效果最好。
氢气流量:
氢气流量与载气流量之比影响氢火焰的温度及火焰中的电离过程。
氢焰温度太低,组分分子电离数目少,产生电流信号就小,灵敏度就低。
氢气流量低,不但灵敏度低而且易熄火。
氢气流量太高,热噪音就大。
故对氢气必须维持足够流量。
当氮气作载气时,一般氮气与氢气流量之比是1:
1—1:
1.5。
在最佳氮氢比时,不但灵敏度高,而且稳定性好。
空气流量:
空气是助燃气,并为生成CHO+提供02。
空气流量在一定范围内对响应值有影响。
当空气流量较小时,对响应值影响较大,流量很小时,灵敏度较低。
空气流量高于某一数值(例如400mL·
min-1),此时对响应值几乎没有影响。
一般氢气与空气流量之比为1:
10。
气体中的机械杂质或载气中含有微量有机杂质时,对基线的稳定性影响很大,因此要保证管路的干净。
b、极化电压
氢火焰中生成的离子只有在电场作用下向两极定向移动,才能产生电流。
因此极化电压的大小直接影响响应值。
实践证明,在极化电压较低时,响应值随极化电压的增加成正比增加,然后趋于一个饱和值,极化电压高于饱和值时与检测器的响应值几乎无关。
一般选±
100V到±
300V之间。
响应值随极化电压变化如图2—18所示。
图2—18极化电压与响应值的关系曲线
c、使用温度:
与热导池检测器不同,氢焰检测器的温度不是主要影响因素,从80~200℃,灵敏度几乎相同。
80℃以下,灵敏度显著下降,这是由于水蒸气冷凝造成的影响。
⑶、电子捕获检测器(ECD)
电子捕获检测器(简称ECD)是应用广泛的一种具有选择性、高灵敏度的浓度型检测器。
它的选择性是指它只对具有电负性的物质(如含有卤素、硫、磷、氮、氧的物质)有响应,电负性愈强,灵敏度愈高。
高灵敏度表现在能测出10-14g/mL的电负性物质。
电子捕获检测器的构造如图2—19所示。
图2—19电子捕获检测器的构造示意图
在检测器池体内有一圆筒状β放射源(
或
H)作为负极,一个不锈钢棒作为正极。
在此两极间施加一直流或脉冲电压。
当载气(一般采用高纯氮)进入检测器时,在放射源发射的β射线作用下发生电离:
N2N
+e
生成的正离子和慢速低能量的电子,在恒定电场作用下向极性相反的电极运动,形成恒定的电流即基流。
当具有电负性的组分进入检测器时,它捕获了检测器中的电子而产生带负电荷的分子离子并放出能量:
AB+e—AB—+E
带负电荷的分子离子和载气电离产生的正离子复合成中性化合物,被载气携出检测器外:
AB—+N
N2+AB
由于被测组分捕获电子,其结果使基流降低,产生负信号而形成倒峰。
组分浓度愈高,倒峰愈大。
由于电子捕获检测器具有高灵敏度、高选择性,其应用范围日益扩大。
它经常用于痕量的具有特殊官能团的组分的分析,如食品、农副产品中农药残留量的分析,大气、水中痕量污染物的分析等。
操作时应注意载气的纯度(99.999%)和流速对信号值和稳定性有很大的影响。
检测器的温度对响应值也有较大的影响。
由于线性范围较狭,只有103左右,进样量要注意不可超载。
(4)、火焰光度检测器(FPD)
火焰光度检测器(简称FPD)是对含磷、含硫的化合物有高选择性和高灵敏度的一种色谱检测器。
这种检测器主要由火焰喷嘴、滤光片、光电倍增管三部分组成,见图2—20。
当含有硫(或磷)的试样进入氢焰离子室,在富氢—空气焰中燃烧时,有下述反应:
RS+空气+O2一SO2+CO2
2SO2+8H一2S十4H20
亦即有机硫化物首先被氧化成SO2,然后被氢还原成S原子,S原子在适当温度下生成激发态的S分子,当其跃迁回基态时,发射出350~430nm的特征分子光谱。
S+S—S
S
一S2+
含磷试样主要以HPO碎片的形式发射出526nm波长的特征光。
这些发射光通过滤光片而照射到光电倍增管上,将光转变为光电流,经放大后在记录器上记录下硫或磷化合物的色谱图。
至于含碳有机物,在氢焰高温下进行电离而产生微电流,经收集极收集,放大后可同时记录下来。
因此火焰光度检测器可以同时测定硫、磷和含碳有机物,即火焰光度检测器、氢焰检测器联用。
图2—20火焰光度检测器
§
2—7—2液相色谱检测器
1、紫外检测器:
紫外光度检测器是液相色谱法广泛使用的检测器,它的作用原理是基于被分析试样组分对特定波长紫外光的选择性吸收,组分浓度与吸光度的关系遵守比尔定律。
紫外光度检测器有固定波长(单波长和多波长)和可变波长(紫外分光和紫外可见分光)两类。
一般常采用氘灯作光源,通过一组透镜将光源射来的光束变成平行光,再经过遮光板变成一对细小的平行光束,分别通过测量池与参比池,然后用紫外滤片滤掉非单色光,用两个紫外光敏电阻接成惠斯顿电桥,根据输出信号差(即代表被测试样的浓度)进行检测。
为适应高效液相色谱分析的要求,测量池体积都很小,在5~10μL之间,光路长5~10mm,接收元件采用光电管、光电倍增管或光敏电阻。
检测波长一般固定在254nm和280nm。
为了适应分析工作的要求,还可将光源范围扩大,用氘灯作为紫外光源(190~380nm)而用钨丝灯作为可见光光源(380—780nm)制成可变波长的紫外可见分光检测器。
紫外光度检测器具有很高的灵敏度,最小检测浓度可达10—9g·
mL—1,因而即使是那些对紫外光吸收较弱的物质,也可用这种检测器进行检测。
此外,这种检测器对温度和流速不敏感,可用于梯度淋洗,其结构较简单,缺点是不适用于对紫外光完全不吸收的试样,溶剂的选用受限制(紫外光不透过的溶剂如苯等不能用,参阅第十五章)。
为了扩大应用范围和提高选择性,可应用可变波长检测器。
这实际上就是装有流通池的紫外分光光度计或紫外可见分光光度计。
应用此检测器,还能获得分离组分的紫外吸收光谱。
即当试样组分通过流通池时,短时间中断液流进行快速扫描(停流扫描),以得到紫外吸收光谱,为定性分析提供信息,或据此选择最佳检测波长。
光电二极管阵列检测器是紫外可见光度检测器的一个重要进展。
在这类检测器中采用光电二极管阵列作检测元件,阵列由211个光电二极管组成,每一个二极管宽50m,各自测量一窄段的光谱。
在此检测器中先使光源发出的紫外或可见光通过液相色谱流通池,在此被流动相中的组分进行特征吸收,然后通过入射狭缝进行分光,使所得含有吸收信息的全部波长,聚焦在阵列上同时被检测,并用电子学方法及计算机技术对二极管阵列快速扫描采集数据。
由于扫描速度非常快,每帧图像仅需10—2s,远远超过色谱流出峰的速度,因此可无需停流扫描而观察色谱柱流出物的各个瞬间的动态光谱吸收图。
经计算机处理后可得到三维色谱—光谱图。
因此,可利用色谱保留值规律及光谱特征吸收曲线综合进行定性分析。
此外,可在色谱分离时,对每个色谱峰的指定位置(峰前沿、峰顶点、峰后沿)实时记录吸收光谱图并进行比较,可判别色谱峰的纯度及分离状况。
2、差示折光检测器
差示折光检测器是借连续测定流通池中溶液折射率的方法来测定试样浓度的检测器。
溶液的折射率是纯溶剂(流动相)和纯溶质(试样)的折射率乘以各物质的浓度之和。
因此溶有试样的流动相和纯流动相之间折射率之差,表示试样在流动相中的浓度。
差示折光检测器其工作原理是当介质中的成分发生变化时,其折射随之发生变化,如入射角不变(一般选45o),则光束的偏转角是介质(例如流动相)中成分变化(例如有试样流出)的函数。
因此,利用测量折射角偏转值的大小,便可以测定试样的浓度。
几乎每种物质都有各自不同的折射率,因此都可用差示折光检测器来检测,如同气相色谱仪的热导池一样,它是一种通用型的浓度检测器。
灵敏度可达到10—7g·
mL—1。
主要缺点在于它对温度变化很敏感,折射率的温度系数为10—4RIU·
℃—1,因此检测器的温度控制精度应为±
10—3。
此检测器不能用于梯度淋洗。
3、荧光检测器
荧光检测器是一种很灵敏和选择性好的检测器。
许多物质,特别是具有对称共轭结构的有机芳环分子受紫外光激发后,能辐射出比紫外光波长较长的荧光,例如多环芳烃、维生素B、黄曲霉素、卟啉类化合物等,许多生化物质包括某些代谢产物、药物、氨基酸、胺类、甾族化合物都可用荧光检测器检测,其中某些不发射荧光的物质亦可通过化学衍生转变成能发出荧光的物质而得到检测。
由卤化钨灯产生280nm以上的连续波长的强激发光,经透镜和激发滤光片将光源发出的光聚焦,将其分为所要求的谱带宽度并聚焦在流通池上,另一个透镜将从流通池中欲测组分发射出来的与激发光呈90o的荧光聚焦,透过发射滤光片照射到光电倍增管上进行检测。
一般情况下,荧光检测器比紫外光度检测器的灵敏度要高2个数量级,但其线性范围仅约为103。
利用可调谐的激光作光源(激光荧光光谱),可使检测灵敏度和准确度都得到提高。
4、电导检测器
电导检测器属电化学检测器,是离子色谱法中使用最广泛的检测器。
其作用原理是根据物质在某些介质中电离后所产生电导变化来测定电离物质含量的。
离子色谱法是20世纪70年代中期发展起来的一项新的液相色谱法,很快便发展成为水溶液中阴离子分析的最佳方法。
在这种方法中用离子交换树脂为固定相,电解质溶液为流动相。
通常以电导检测器为通用检测器,为消除流动相中强电解质背景离子对电导检测器的干扰,设置了抑制柱。
如下图为典型的双柱型离子色谱仪的流程示意图。
试样组分在分离柱和抑制柱上的反应原理与离子交换色谱法相同。
例如在阴离子分析中,试样通过阴离子交换树脂时,流动相中待测阴离子(以Br—为例)与树脂上的OH—离子交换。
洗脱反应则为交换反应的逆过程:
式
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