食品仪器分析教学知识点

色谱分析法导论1）色谱法分类1、气相色谱(流动相为气体，称为载气)。

2、液相色谱(液体，淋洗液)。

3、其他色谱：薄层色谱和纸色谱、凝胶色谱、超临界色谱、高效毛细管电泳。

2）色谱法特点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，气相：沸点低于400℃、结构稳定的有机或无机试样；液相：高沸点、热不稳定、生物试样。

3）术语：1、组分分离：当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。

2、色谱流出曲线：由检测器输出的信号强度对时间作图，所得曲线称为色谱流出曲线。

3、色谱峰：色谱流出曲线上突起部分就是色谱峰。

4、基线：在实验操作条件下，色谱柱后没有样品组分流出时的流出曲线称为基线，稳定的基线应该是一条水平直线。

5、峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以（h）表示。

6、死时间tM：不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间称为死时间，它正比于色谱柱的空隙体积。

7、保留时间tR：试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，称为保留时间。

8、调整保留时间tR´：某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保留时间。

4）定性的方法1、利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中的位置。

不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。

2、利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。

5）定量分析方法1、外标法(标准曲线法)：将欲测组分的纯物质配制成不同浓度的标准溶液进行色谱分析，以峰面积对浓度作图。

测得样品的信号后从标准曲线上查出对应浓度。

2、内标法：准确称取样品（m），加入一定量（m s）某种纯物质作为内标物，进行色谱分析，根据被测物与内标物的相应峰面积（或峰高）和相对校正因子，求出被测组分的含量。

内标物要满足以下要求：试样中不含有该物质；与被测组分性质比较接近；不与试样发生化学反应；出峰位置应位于被测组分附近。

3、归一化法：将试样中所有组分的含量之和按100%计算，以它们相应的色谱峰面积或峰高为定量参数，通过计算各组分峰面积占总面积比例即为其在总质量中所占比例，由此算出各组分的含量。

6）分离度分离度是描述难分离物质对的实际分离程度。

即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。

分离度受两因素影响：1、保留值之差──色谱过程的热力学因素，即两物质峰顶点间距离，同时也反应了两物质在固定相与流动相间的分配系数的差别；2、区域宽度──色谱过程的动力学因素，即峰的宽度，与色谱柱的柱效有关，即根据塔板理论，柱效越高，单位长度的塔板数越多，出峰越窄尖。

7）塔板理论将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复。

塔板理论的假设：(1) 在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅速达到；(2) 将载气看作成脉动（间歇）过程；(3) 试样沿色谱柱方向的扩散可忽略；(4) 每次分配的分配系数相同。

引进了塔板数n的概念，即n=L/H，L为柱长，H为板高。

单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。

8）速率理论公式：H = A + B/u + C·u H：理论塔板高度，u：载气的线速度(cm/s)1、A─涡流扩散项，A = 2λdp，固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓，H↓，柱效n↑。

2、B/u—分子扩散项。

由于浓度差的存在，所以产生扩散，扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差，分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑。

3、C ·u —传质阻力项。

减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。

气相色谱分析法1）气相色谱仪主要组成部分1、载气系统：载气要求：纯净：通过活性炭或分子筛净化器，除去载气中的水分、氧等有害杂质。

稳定：采用稳压阀或双气路的方式。

2、进样系统：进样装置和汽化室。

进样通常用微量注射器和进样阀将样品引入。

液体样品引入后需要瞬间汽化。

汽化在汽化室进行。

对汽化室的要求是：1、体积小；2、热容量大；3、对样品无催化作用。

3、分离系统：色谱柱是色谱仪的核心部件,其作用是分离样品。

主要有两类：填充柱和毛细管柱。

4、温控系统：温度控制方式有恒温和程序升温二种。

气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度：A、气化室：保证液体试样瞬间气化。

B、分离室：准确控制分离需要的温度。

当试样复杂时，分离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。

C、检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝。

5检测系统：是指样品经色谱柱分离后，各成分按保留时间不同，顺序地随载气进入检测器，检测器把进入的组分按时间及其浓度或质量的变化，转化成易于测量的电信号，经过必要的放大传递给记录仪或计算机，最后得到该混合样品的色谱流出曲线及定性和定量信息。

2）程序升温对于沸点范围很宽的混合物，往往采用程序升温法进行分析。

程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。

3）热导检测器1、原理：使仪器中的参考臂与测量臂上的钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂的电阻值相等。

由于钨丝的电阻率高、电阻温度系数大，且不同气体有不同的热导系数，进样后，载气携带试样组分流过测量臂，而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，这时电桥失去平衡，，存在着电位差，有电压信号输出。

2、影响热导检测器灵敏度的因素：①桥路电流I：I↑，钨丝的温度↑，钨丝与池体之间的温差↑，有利于热传导，检测器灵敏度提高。

但I不能过高。

②池体温度：池体温度与钨丝温度相差越大，越有利于热传导，检测器的灵敏度也就越高，但池体温度不得低于分离柱温。

③载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。

4）氢火焰离子化检测器1、原理：氢火焰离子化检测器是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。

特点:1、能检测大多数含碳有机化合物；2、灵敏度很高，比热导检测器的灵敏度高约103倍；检出限低，可达10-12g·S-1；3、死体积小，响应速度快；4、线性范围也宽，可达106以上；5、结构不复杂，操作简单，是目前应用最广泛的色谱检测器之一。

缺点：不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。

5）电子捕获检测器1、特点:电子捕获检测器是一种选择性很强的检测器, 目前分析痕量电负性有机物最有效的检测器，对具有电负性物质（如含卤素、硫、磷、氰等的物质）的检测有很高灵敏度（检出限约1O-14g/ml）。

2、缺点: 线性范围窄，只有103左右，且响应易受操作条件的影响，重现性较差。

3、应用:电子捕获检测器已广泛应用于农药残留量、大气及水质污染分析，以及生物化学、医学、药物学和环境监测等领域中。

6）灵敏度SS 表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号的大小。

S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越高。

7）检测限（D）：恰能产生相当于3倍噪音（3RN）的信号时，单位时间内进入检测器的量。

检出限与灵敏度成反比，与噪音成正比。

检出限不仅决定于灵敏度，而且受限于噪声，所以它是衡量检测器性能好坏的综合指标。

固定相：分为固体(固体吸附剂：活性炭、硅胶、AlO3、分子筛;用于H2、O2、N2、CO、CO2、C1-C4的分离)、液体固定相(载体+固定液)载体：是固定液的支持骨架，使固定液能在其表面形成一层薄而均匀的液膜。

载体特点：1）具有多孔性，即比表面积大；2）化学惰性，不与试样组分发生化学反应；3）热稳定性好；4）有一定机械强度。

固定液：主要是一些高沸点的有机化合物1热稳定性好；2化学稳定性好；3粘度和凝固点低；4各检测组分必须在固定液中有一定的溶解度。

固定液的选择：一般按相似相溶的规则来选择，1非极性试样选非极性固定液，按沸点顺序，靠色散力作用；2中等极性的试样选中等极性固定液，按沸点顺序，靠诱导力和色散力；3强极性试样选强极性固定液，按极性顺序，靠静电力分离；4复杂组分的分离，可选用2种或多种的混合固定液配合使用液相色谱分析法1）工作流程高压输液泵将一种或几种溶剂按一定的比例输送到混合室，并与注进的样品进行混合，混合然后进入色谱柱进行分离，分离后的组分按照流出顺序进入检测器进行检测，检测器响应后转换成的电信号进入电脑进行处理，电脑根据电信号的强弱，顺序，时间等因素绘制出图谱。

2）梯度洗脱在同一个分析周期中，按一定程度不断改变流动相的浓度配比，从而可以使一个复杂样品中的性质差异较大的组分能按各自适宜的容量因子k达到良好的分离目的。

3）紫外检测器应用最广，对大部分有机化合物有响应。

从左到右由：低压汞灯，透镜，遮光板，测量池跟参比池，遮光板，紫外滤光片，双紫外光敏电阻。

4）光电二极管阵列检测器紫外光进入流动池，从流动池出来的光再经分光系统、狭缝照射到一组(1024个）光电二极管上，数据收集系统实时记录下组分的光谱吸收，得到三维的立体谱图。

(1)可得任意波长的色谱图，极为方便;(2)可得任意时间的光谱图，相当于与紫外联用。

5）液-液分配色谱中的正相柱与反相柱1、正相柱：流动相的极性小于固定液的极性2、反相柱：流动相的极性大于固定液的极性6）液相色谱流动相的选择在选择溶剂时，溶剂的极性是选择的重要依据。

采用正相液-液分配分离时：首先选择中等极性溶剂，若组分的保留时间太短，降低溶剂极性，反之增加。

也可在低极性溶剂中，逐渐增加其中的极性溶剂，使保留时间缩短。

应注意问题a）尽量使用高纯度试剂作流动相，防止微量杂质长期累积损坏色谱柱和使检测器噪声增加。

b）避免流动相与固定相发生作用而使柱效下降或损坏柱子。

（如使固定液溶解流失；酸性溶剂破坏氧化铝固定相等。

）c）试样在流动相中应有适宜的溶解度，防止产生沉淀并在柱中沉积。

d）流动相还应满足检测器的要求。

当使用紫外检测器时，流动相不应有紫外吸收。

7）主要分离类型与基本原理1、液-固吸附色谱。

基本原理：组分在固定相上的吸附与解吸；2、液-液分配色谱；基本原理：组分在固定相和流动相上的分配；3、离子交换色谱；基本原理：组分在固定相上发生反复离子交换反应；组分与离子交换剂之间亲和力的大小与离子半径、电荷、存在形式等有关。