【分享】仪器分析总结
200~800nm内有选择性吸收
一、方法特点:
⑴选择性较好:①物质本身光谱不同,具选择性吸收;②化学反应使吸收改变。
⑵灵敏度:可测10-4~10-7g/ml。
⑶精密度:相对误差0.2~5%(直接uv0.2~1%;比色法2~5%)。
⑷仪器简单,操作简便。
⑸结合化学计量学方法测复杂样品(多组分)。
⑹测一些化学常数。
二、光谱表示方法和谱带的强弱分类
表示方法:
①吸收曲线表示:A-λ图谱、T-λ图谱、E% 1cm-λ图谱、ε-λ图谱、lgE% 1cm -λ图谱、lgε-λ;
②光谱数据法:λmax与溶剂有关,故常以溶剂的λmax表示,E% 1cm·λmax、λmin。
⑵谱带的分类:
ε:~10~100~1000~104~105-7~
弱 很弱 中强 强 很强
中强吸收以上——可定量分析
中强吸收一下——只可做定性分析
⑶分子的结构,电子跃迁类型和吸收带;
结构:①饱和烃类:σ~σ*→λmax<<200nm
②含饱和杂原子的饱和烃:n~σ*跃迁→200nm附近
-X、-OH、-SH、单个cl取代:λmax<200nm(末端吸收)
-cl3、-Br、-I、-NH2:λmax>200nm(原子数目越多,吸收波长越长)
③含孤立双键的分子:烃类λmax<200nm;
含不饱和杂原子=O,λmax>200nm,ε<100,R带,弱吸收:与烃类相连280~300nm;与-X相连200~240nm。
④共轭的π~π体系:λmax>215nm, ε≥104强吸收,K带
每增加一个共轭单位,λmax增加30nm左右,5个共轭单位,λmax>350nm
σ~π、p~π和π~π都可使λmax增大,而且与取代基的性质和位置有关。
苯取代: 振动精细结构:溶剂极性增加,精细结构下降;
取代基性质:极性基团取代,精细结构减弱或消失;
取代基数目:数目增加,精细结构较弱或消失;
不饱和基团取代:E1、E2、B、K带λmax增大;
饱和基团取代:E1、E2、B带λmax增大;
⑤立体异构,互变异构
⑥PH效应:酸碱基团的离解
⑦电荷转移跃迁:配合物显色(内氧化还原过程)。
三、紫外光谱的溶剂
主要考虑:⑴对溶质有适当的溶解度(结构、极性相似:相似相溶)
⑵溶剂吸收波长的极限(截止波长A=1)、纯度
⑶溶剂的极性和氢键效应:极性增大,K带长移
⑷溶剂的挥发性、可燃性、毒性、化学惰性
⑸对光的敏感性、放射性、稳定性。
四、影响吸收曲线的因素:
溶剂、酸碱性、波长、温度、溶解的热效应、干扰离子、离子强度、光照、氧化还原电位、助溶剂、水解、荧光效应、浑浊度、沉淀等。
五、常用空白溶液(参比溶液)的选择
样品溶液的组成: 被测组分:A=KC;
样品的共存物(基体)
溶剂:纯溶剂本身吸收;杂质吸收
试剂:显色剂、缓冲剂等
溶解性杂质:容器中吸收的杂质;空气中吸收的杂质
①溶剂空白;②试样空白(差示分光光度法——△A法);③试剂空白(测定波长处A<1);④平行操作空白;⑤空气空白。
六、物质的鉴别
核对光谱曲线; 一个或几个λmax ±1~5nm;
一个或几个λmax、λmin;
核对光谱数据: λmax、E% 1cm;
Amax1/ Amax2、Amax/Amin;
一定浓度下,Aλmax。
七、UV法的误差
来源:化学因素;光学因素;仪器测量误差;操作误差等。
(一)化学因素
化学条件的选择,通过作A与化学条件的图谱(A-PH、Cn、t、T、……),选择曲线平坦且宽敞处对应的条件。
(二)光学因素:单色光纯度;杂散光;偏光
1.单色光纯度不好导致吸收曲线变形,使A-C曲线弯曲;
单色光的谱带宽度(狭缝宽度,nm)、S或△λ;
△λ大,光越不纯,当△λ合适时,所测A是最大的;
影响△λ的因素:光的强度,光越强,其值越大;空白的吸收越强,△A越大。
2.杂散光:单色器通道以外还存在的光占总光的比例
一般杂散光T%≤1%,《中国药典》用1%的NaI测220nm的T%,要求≤0.8%;用1%的NaNO2测340nm的T%,要求≤0.8%;
杂散光的误差有多大:△A≤0.434ρ(10A-1)ρ为杂散光的强度
△A=A理论-A测
影响:杂散光使A-C曲线向下弯曲,在末端吸收处可能会出现假峰或无峰或峰小。
250nm以下的杂散光主要为可见光;220nm以下的杂散光很大,不宜用于定量分析。△λ越大,杂散光越强。
3.背景干扰:溶剂、试剂等背景;浊度背景;荧光
消除方法:选择合适的空白溶剂、参比液;浑浊会使A增大,产生正误差,且不易稳定,可采用离心或过滤方法防止吸附使A下降,若浊度稳定,用双波长或三波长,导数光谱法测定;荧光背景使A减少,I无穷大于C,而A=lgI/I0=KC,可采用池远离检测器、池后放荧光片、改变溶剂或者降低浓度、增加A-C曲线的点数等方法来消除。
(三)仪器的测量误差
①A=0.1~1.0(一般应用);A=0.2~0.7(对比法);A=0.434,误差最小,因此一般A选择在0.3~0.7之内,0.5时误差最大。
②使A处于合适范围的方法
ⅰ改变池的厚度(比色法中)
ⅱ改变浓度(uv)
ⅲ改变测定波长
③样品测定A值在A~C曲线线性范围内或尽量在直线中点附近;用对比法测定时应使A样尽量接近A标。
④回归直线方程的表示方式
n=5~7
A=KC+b (r≥0.99(比色法) K、b的有效数字位数分别为:b=×. ××× K=×××;r≥0.999(uv) K、b的有效数字位数分别为:b=×. ×××× K=××××)。
(四)操作误差
①吸收池配对——空白进行基线校正,有池校正与光强校正之分,校正后可放大看到噪声大小,从而判断b、K的取值。
②吸收池的位置和方向。
③池的污染:手的污染;洗得不干净;擦得不好。
④样品的温度应与实验室一致。
⑤池内有气泡。
⑥波长在紫外区,或用挥发性较强的有机溶剂,池应加盖:防止挥发,防灰尘。
⑦光敏样品:测定完立即离开光路。
⑧光电管疲劳:连续使用小于5小时。
⑨波长校正:找出最大吸收波长是否符合要求。
(五)为确保分光光度定量的可靠性,须注意:
△溶液浓度无称量、体积和温度误差;
△被测定物完全溶解,最好以超声溶解;
△如有必要,混浊应过滤或离心,且防止吸附损失;
△不要出现池壁吸收(配对性),做基线校正;
△池壁干净,池面方向与光方向一致,池内壁无气泡;
△若对吸光度的准确度要求高时,应考虑单色光纯度(对光谱带宽或狭缝宽度进行校正);
△参比液的操作过程应和样品液(对照液)完全相同;
△样品吸光度在合适范围内测量,优先考虑改变池厚度;
△在A大和波长小时,杂散光引起A减小,尤其空白吸收效明显时;
△对吸光度和波长的准确度经常检查,杂散光检查在规定范围内;
△应遵照厂家推荐的扫描参数和时间常数;
△仪器环境干净、干燥,无外界干扰(电子干扰、热变化及阳光等);
△回归直线方程的正确表达。
AAS
一、概述
1.原子吸收法:
化合物→(约3000℃高温)→气态原子(基态)→(hv)→吸收强度-λ图(原子吸收波谱)200~700nm
λ:定性的依据;吸收强度:定量的依据
2.AAS吸收光谱是锐线光谱(谱带宽度10-3nm),所以其选择性很高。
3.AAS与原子的性质有关:不同原子组成的分子有选择性;相同原子组成分子没有选择性。
结论:原子吸收法可以测定化合物中元素的组成和含量。
4.AAS法的特点
火焰法 石墨炉法
灵敏度高 测定波长 10-6~10-9g/ml 10-9~10-13g/ml
试样的用量 0.5~1ml 5~100uml(0.05mg~30ng固体)
准确度 相对误差 <1% 2%~5%
选择性 吸收线窄,谱带不重叠,谱线数不多,2~4条
应用情况 可直接测70多种元素,间接可测5~6种,还可以测某些有机物
5.AAS的缺点
标准曲线线性范围窄;光源的使用不方便;非金属的分析困难。
二、AAS的原理
原子的电子能级——光谱项
nM Lj n:电子层数,主电子数
M=2S+1 光谱的多层性,反应电子自旋引起的能级分裂
L:角动量子数,不同原子轨道不同
j:内量子数,原子轨道与电子自旋相互作用 j=L+S
例:Na 32 S1/2→(589.0nm)32 P3/2为2j+1的权重衡量。
基态↓589.6nm
32 P1/2(共振线,最强线)
三、原子吸收线变宽和吸光度的测定
1.AAS线的宽度——具有一定宽度的锐线,有3个参数:特征波长(频率)λ0、u0;半宽度;透光强度(吸光度)
2.谱线变宽是由外部因素引起的,具体如下:
(1)物理因素
a.多普列效应:与原子的无规则运动有关。
b.劳伦兹变宽:吸收原子与其它原子间的碰撞。
(2)变宽的结果
a.使测定的灵敏度下降
b.使A-C曲线向下弯曲
(3)使用空心阴极灯,进行测定——测峰值吸收,A=kC
四、AAS仪器类型
1.原子化器:火焰AAS计
火焰+石墨炉AAS计(可互换)
氢化原子化器:测As、Hg、**
冷原子化器:测Hg
2.光路和背景消除
单波长: 单光束型(不带或带D2灯背景扣除)校正A<1
双光束型(不带或带D2灯背景扣除)校正光的强度对波的影响。
双波长双光束型(不带D2灯)可作内标法消除化学干扰
五道医用型:同时可测Cu、Fe、Zn、Mg、Mn
拉曼效应型:扣除A<2的背景吸收。
3.火焰型AAS和石墨炉AAS的比较:
(1)火焰法:精密度高,(RSD<1%),价格低,操作简单,灵敏度高。
(2)石墨炉法:可测难溶的氧化物,不受样品形态的控制,前处理简单,灵敏度高,试样用量少,重复性差,(RSD<5%),价格消费高。
五、仪器的灵敏度和检测限
1.灵敏度:特征浓度:Sc,1%吸收,A=0.0043所需的浓度ug/ml/1%;
特征质量:Sm,ug/1%。
Sc用于火焰型,Sm用于石墨炉AAS计。
Mg:Sc为0.008ug/ml/1%;Sm:1×10-6ug/1%。
配吸光度约0.4的溶液,Sc=0.00434×C/A,Sm=0.0043×C×l/A
2.检测限 空白信号,求σ、3σ
相对检测限 Dc=3σ×C/A——火焰法
绝对检测限 Dm——石墨炉法
六、测定条件的选择
1.试样的处理:防污染
容器——聚四氟乙烯、聚乙烯、硬质玻璃
水——去离子水
溶剂:试剂-高纯度(GR、光谱纯)
大气:石墨炉AAS、空气洁净化
通过做空白试验来考察和校正。
2.样本溶液和对照液的基质组成尽量相同。
3.避免被测元素损失——挥发、溶解不完全、过滤吸附、器壁吸附
4.仪器工作条件(火焰型)
(1)燃气、助燃气的比例、溶剂、种类
(2)A-C曲线线性范围
(3)分析线波长:一般选等振线:灵敏、A-C曲线;
不用等振线:光谱干扰;测高浓度样品时
(4)狭缝宽度——最佳狭缝宽度,如果有光谱干扰,选△λ小的
(5)灯电流增大,灵敏度减小,但不能太高(灯坏,狭缝变大),有使用范围
(6)背景扣除
七、干扰及消除
四类干扰:电离干扰;物理干扰(背景干扰);光谱干扰;化学干扰。
消除方法:标准加入法。
八、定量分析
1.标准曲线:A=KC+b(r>0.995),5~7个点,样品A=0.2~0.7。
2.标准加入法:A=K(Cx+Cs)。
荧光分析法
一、概述
1.定义:
化学发光 原子荧光(x-荧光),测痕量元素
光致发光
分子荧光 测痕量化合物,在常温和低温下测定
2.特点
(1)灵敏度很高:一般10-9~10-12g/ml,诱导激光10-19g/ml。
(2)线性范围宽:3~5个数量级。
(3)选择性好(比紫外好)。
(4)信息量大:F—λex, F—λem, F—λex—λem, F—△λ(λex-λem)。
(5)仪器操作简单(类似紫外)。
3.应用情况
(1)有天然荧光物质,可用直接荧光法;
(2)无或弱荧光的物质可用衍生物荧光法;
(3)可使荧光熄灭的物质,可用荧光熄灭法;
(4)发光寿命不同的物质,可用时间分辨荧光法;
(5)荧光光谱严重重叠的物质,可用同步扫描荧光法;
(6)作为HPLC的常用检测器。
二、荧光的产生
λex -ν 第一激发单线态最低振动能级 F(λem)基态单线态多振动能级
(1)λem>λex;
(2) F—λex和F—λem区别:前者可有几个峰,后者只有一个峰;
(3)F—λex和A—λ曲线相似,λex可由A—λ曲线上找,用最强λmax作激发波长λex
(4)选λex(max)和λem(max)作为光谱条件 定性
定量 ——最灵敏的一组波长
(5)F—λem曲线的形状与λex无关,F与λex有关。
(6)物质发光的必备条件 吸收较强:UV-Vis光
荧光效率φf>0。
(7)引起荧光的分子结构因素:n—π共轭体系
刚性和平面性结构:取代基少
取代基性质 φf增大:杂原子饱和基团
φf减小:不饱和杂原子基团 :—CO—、—NO2、—COOH、重离子如—I、—Br
(8)荧光测试——提高灵敏度和选择性 测无机离子(配合物)
测有机离子
三、影响F的外因
1.温度:T增高,φf下降;
2.溶剂极性强,荧光效率φf增大,一般在水或醇中测定;
3.酸度:有机酸、碱的结构与PH有关;
4.荧光熄灭(Q)剂的影响:
(1)M*与Q碰撞失去振动能;
(2)M与Q形成配合物;
(3)M*与Q碰撞发生电荷转移,M*电荷转移,λmax改变;
(4)M*与Q碰撞发生电荷转移形成Q→Q*;
(5)重原子效应:M*(单线态)→M*(三线态);
(6)顺磁性物质:溶解O2;
(7)自熄灭现象(浓度比较高:1g/L);
(8)其它分子强烈吸收λex;
5.表面活性剂影响,形成胶束使M*固定,分散于其中。φf 增大→胶束荧光分析;
6.散射光: 瑞利光:λem=λex;
拉曼光:λem>λex,干扰荧光。
溶剂分子或荧光分子吸收了光子的部分能量(分子振动能),光子能量下降,λem↑
Eex-Eem=△E振动(与分子性质有关)
溶剂的拉曼光:1/λex-1/λem=10-7ū(cm-1) 1/λem=0.9975×(1/λex)-3.350×10-4,ū水=3350cm-1(r=0.9999992)。
消除拉曼光干扰的方法:
(1)选择合适的λex,使λRm和λem不重叠;
(2)从样品F值中减去空白的拉曼光(F0);
(3)改换溶剂。
四、F—C关系:
一定的λex和λem下,F=K‘×φf×(I0-I) K’为仪器参数;A<0.05时,F=2.303 K‘×φf×I0,测定相对误差6%。
F决定 内因:φf、E
外因:K‘、I0是荧光法比uv法更灵敏的原因
A=KC=-lg(I/I0)
五、定量分析方法:测荧光时使用一个池。F=KC: 作灵敏度校正
空白荧光
1.标准曲线法
(1)性质稳定的基准物 标准物 校正仪器灵敏度 100
被测物 50
(2)空白荧光的扣除: 将空白调到F0=0,再测样品F;
测空白的F0>0,再测样品F,F-F0=KC
对照品和样品的空白不同,同时测Fs0、Fx0作对比,Fx-Fx0=KCx Fs-Fs0=KCs。
(3)标准曲线:F-F0=KC(r>0.999)
2.比例法
一般公式:(Fx-F0)/(Fs-F0)=Cx/Cs
特殊情况: Fx/Fs=Cx/Cs
F0=∑Fx0 Fs0 (Fx-F0)/(Fs-F0)=Cx/Cs
六、仪器
1.类型:
(1)滤光片荧光计:作定量分析(F—F0)—C曲线
(2)滤光片光栅型荧光分光光度计 F—λem曲线定性
(F—F0)—C曲线定量
F—λem 定性
(3)双光栅型荧光分光光度计 F—λex
(F—F0)—C曲线定量
2.样品池:
(1)λex<360nm,石英池
(2)λex>360nm,玻璃池
3.仪器校正:灵敏度校正;波长校正;激发光谱和荧光光谱的校正
七、荧光新技术
1.激光荧光分析:I0大;2.时间分辨荧光法——免疫分析;3.同步扫描荧光法;4.胶束增敏荧光法。
色谱法
第一节 色谱参数(基本原理)
一、色谱图—色谱流出曲线—浓度-时间图
min
mv μv ** μ**
GC HPLC
色谱图=基线+色谱峰
正常基线:反应仪器及操作条件的稳定程度。
1.基线 噪声(音):偶然误差引起→放大峰—峰间距离
漂移:基线随时间方向产生的慢慢地变化mv/h
正常峰(对称峰):0.95~ 1.05
2.色谱峰 拖尾峰→GC多:<0.95
前延峰→HPLC多:>1.05
用对称因子、拖尾因子(fs)来衡量是哪种峰。
3.等温线:Cs—Cm图(Cs为固定相中浓度,Cm为流动相中浓度)
(1)线性等温线 tR=tm(1+KVs/Vm)
Cs
K= Cs/ Cm(常数) 对称峰
↓
平衡常数
Cm
(2)凸型等温线
Cs
K不为常数 拖尾峰(在固定相上不断吸附和分开活性中心)
Cm
(3)凹型等温线
Cs
K不为常数 前延峰(样品或者杂质吸附于柱上)
Cm
注:只要进样量少或者适量均可得到正常峰。
二、色谱参数
1.死时间(tm、t0);死体积(Vm、V0) 进样器
2.保留时间(tR);保留体积VR: tr=(L/μ)×(1+KVs/Vm)= tm(1+k)
VR= Vm+KVs VR与m相流动速度无关。
3.调整保留时间(tR′);调整保留体积(VR′)
tR′= tmk 色谱柱
VR′=k Vs 等距色谱 →tm
4.比移值(Rf) ↑
Rf= tm/ tR = VR/ Vm=SR/S吗=1/(1+1+KVs/Vm)=1/(1+R)(流动相中
时间与整个柱子中所花的时间之比) ↓ 检测器
等时色谱 →t0
5.相对保留值ri/s=t′Ri/t′Rs=Ki/Ks=ki/ks 指纹图谱中常用
TLC Rst=SRfi/SRds≠Ki/Ks
6.保留指数(I):GC中通用定性标准。
原理:利用正构烷烃lgtR′与碳原子数(z)成线性关系。
Ix=100[z+n×lgrR(x)/R(z)/lgrR(z+n)/R(z)] 当n=1时,误差最小。
I=A+B/(Tc+C)
三、柱效参数
1.σ(标准差)、W1/2(半峰宽)、W
2.n(理论塔板数)、H(峰高)
n =5.54(tR/ W1/2)2=16(tR/ W)2 n取决于S相性质、粒度分布、柱长(L),不同的组分在同一柱上有不同的理论塔板数。
n与柱长有关:n=L/H (L为柱长,H为板高且不变)=(tR/σ)2
GC 填充柱:n=103~104,L为1~5m。
毛细管柱:n=104~107,L为10~30m,常用30m。
HPLC:n=103~104,L为10~30cm。
有效理论塔板数neff=( tR′/σ)2
3.分离度(R)
(1)R=2(tR1- tR2)/(W1+W2)=====△tR/W(W1=W2)=1.5(6σ分离)99.7%以上分离完全,但对拖尾峰和前延峰时不一定,R>2,2.5.
(2)影响R的因素:
R=/4×(α-1)/α×k2/(1+k2) α(选择分配系数)=k2/k1=tR2′/tR1′
↓ ↓ ↓
A柱效相 B柱选择项 C容量因子项
K:四个影响因素:两相性质、柱温、组分
A项:柱的品质:装柱、密度、基本性质、m相流速
措施:增加柱长:n↑, tR↑, W↑,H(峰高)↓,灵敏度↓;减少塔板高度(H)。
B项:α=1组分难分离,α与两相性质与柱温有关:HPLC与GC各有不同的方式,HPLC的T不太变,GC的T变化。
C项:k2(容量因子) HPLC中流动相配比改变
GC中主要是柱温改变,改变固定相配比。
k2=1~10之间较好;当k2>20,对R几乎无贡献,最好在2~5之间。
R达到要求时,tR小,n大。
第二节 基本理论
一、塔板理论(相平衡或热力学理论)
计算流出曲线—色谱峰:C=C0/σ×exp[-(t-tR)2/σ2],当t=tR时,Cmax= C0/σ=h,A= Cmax×C0/σ= C0=1.065h W1/2.
峰面积与浓度成正比——定量依据
峰高与浓度成正比——定量依据(必须是对称峰)→即σ为常数。
二、速率理论—动力学理论—范式方程(GLC)—峰扩散问题—H—μ曲线
1.GLC:H=2λdp+2γDm/ μ+0.01k2/(1+k)2×dp2/Dm×μ+2k/3(1+k)2×df2/Ds×μ
↓ ↓ ↓ ↓
涡流扩散项 纵向扩散项 气相传质阻抗项 液相传质阻抗项
df:固定液膜厚度 λ:填充不规则因子 dp:填充粒度 k:容量因子 μ:流速
γ:与填充物有关的因子 Dm:组分在气相中的扩散系数 Ds:组分在液相中的扩散系数
2.H=A+B/μ+Cμ
(1)在一定色谱条件下,A、B、C为常数。
求A、B、C由三个μ下的H来求 μ=L/tm(L为柱长,tm为空气中死时间)
H=L/16×(W/ tR)2=L/5.54×(W1/2/ tR)2=L/n
(2)求导H′=-B/L2+C=0时,μ为最佳流速μopt=,实际分析时,通常在稍高于
μopt下工作(3~10倍) tR小,分析速度快:tR=L/μ×(1+k)
H变化小,柱效高。
3.说明
A项:2λdp——粒小,填充匀则柱效高
填充柱 50~100目,λ=3,HA=1.4mm
200~400目,λ=8,HA=0.9mm
开管柱(毛细管柱5,10μm):A=0
B项:2γDm
白色硅藻土:0.74
γ填料 红色硅藻土:0.46→多孔,表面积太大
玻璃球:0.6~0.7
开管柱:γ=1
Dm=1/ 用分子量大的载气可提高柱效→N2;用H2作载气可提高流速,但使tR降低。
Dm∝Tc→柱温低,柱效高(n大),固定液不流失。
K—K∝1/Tc→Tc小,k大,tR大,分析时间长,灵敏度下降。
C项:C=Cm+ Cs
气相中:Cm Dm大,0.01k2/(1+k)2小,使C→0,可忽略;
Cs=2k/(1+k)2×df2/Ds:Ds∝Tc,Tc增大,提高柱效
B项,提高柱温,降低柱效 有最佳柱温,程
K∝1/Tc,提高柱温,降低柱效 序升温GC
df:df小,柱效高,可能使R减小,k=KVs/Vm,柱效减低
分析高沸点样品,低固定相配比(1~10%),用白色硅藻土载体
分析低沸点样品,高固定相赔补(10~25%),用红色硅藻土载体。
4.色谱条件
填料种类、粒度和分布、填充均匀、载气种类、流速、固定液种类和配比高低(厚度)、柱温、(Ds、Dm、k)。
5.各种GC中的范氏方程:
(1)在一般的填充柱GC中:Cm→0;
(2)在快速的填充柱GC中:薄液膜(df小),高载气流速(H2);
(3)开口毛细管柱GC中:A=0,B=2 Dm(γ=1)
涂壁开管柱:df小(1μm以下),Cs→0
柱子 多孔层开管柱:df中等
载体涂开管柱:df稍大,Cs不能忽略
毛细管柱最大的问题是:k小,tR小分不开→增加柱长,提高柱效,增加tR
填充柱:1~5m,毛细管柱:10~300m。
开管柱的优点:柱效高,分析速度快
H=2Dm/μ+Cmμ μopt==4Dm/γ× k小,μopt大;γ小,μopt大。
Hmin=2=γ γ小,柱效高。
6.HPLC的范氏方程
H=A+B/μ+( Cm+ Cs+ Cms) μ
ODS:C18十八烷基硅烷键合相
B/μ B=2γDm,Dm在高压下很小,μ比较大,B→0,B/μ→0。
Cs→0(化学键合相,单分子层液膜,df很小)
H=A+(Cm+ Cms)μ=A+Cμ=2λdp+(Cm+ Cms)×dp2/Dm×μ
5~10μm,1~2μm(超高效HPLC)
7.HPLC色谱条件选择
(1)填料粒度小,分布均匀(商品柱),填充均匀,则柱效高→关键是填料粒度(dp)
牌号←C18硅胶柱(250mm×4.6mm,5μm)(长度,内径,液膜厚度)
提高柱温可提高柱效(Tc≤65℃)
Tc影响tR及其重复性,影响k、H和n。
大分子物质分离用较高Tc,对生物活性样品用低Tc;Tc太高,m相产生有机溶剂蒸汽,n下降。 乙腈:0.34mpa.s与水的混合溶剂都有最低粘度
降低流动相粘度,可提高柱效 甲醇:0.54mpa.s
乙醇:1.08mpa.s
用低流速的流动相可提高柱效:一般常用1ml/min,范围0.5~2ml/min
(2)柱外效应:柱外扩散
GC法
色谱柱
气—固色谱柱
S相 吸附剂(无机):活性炭(非)、硅胶、氧化铝、分子筛→分离异构体-中等极性以下
高分子多孔小球(有机)GDX
苯乙烯+二乙烯苯的聚合物→非极性S相-极性大地残留溶剂→分离速度快(tR小),峰形对称,分离组分数小,极性大者先出柱,分子量小者先出柱。
三氯乙烯+二乙烯苯的聚合物→弱-中等极性
吡咯烷酮+二乙烯苯的聚合物→中等极性
分离机理:分配、吸附作用、分子筛作用。
气—液色谱(GCL)柱→载体+固定液
固定液选择
(1)化学结构
烃类:角鲨烷→非极性;
聚硅氧烷:[ R1-Si-O ]n R,n大使用温度越高;
CH3 SE-30 极性大
改变R可改变极性 苯基 OV-17
—CF3 OV-210
—CN OV-225 极性小
醇类:聚乙二醇 PEG-600/20M(极性PEG-600> PEG-20M)
酯类:DNP、DEDS(极性很强)
2.固定液的极性参数 相对极性
罗氏常数
麦氏常数
3.已知样品的固定液选择
(1)“相似相溶”原则:相似 极性相似
官能团相似
结构相似
分子间作用力的总和
(2)两个差别 极性差别:选极性固定液
沸点差别:选非极性固定液
(3)混合固定液 固定液混涂
不同极性的填料混装
不同极性的柱串联
4.未知性质样品的固定液选择
(1)毛细管初分:角鲨烷、SE-30、PEG- 20M、OV-225
(2)填充柱(尝试法):SE-30、PEG- 20M、OV-17、OV-210、DEDS
5.载体选择
(1)硅藻土担体
硅藻土担体(60~80目、80~100目)
红色 白色
比表面 4m2/g 1 m2/g
配固定液极性 非极性 极性
固定液配比 10~25% 1~15%
样品 极性小,沸点低 极性大,沸点高
(2)玻璃微球:60~80目,比表面小,固定液配比小(<0.5%),在低温下分析高沸点样品,作快生日分析(R小,tR小),高灵敏检测器,适于分析热不稳定的样品。
(3)表面处理 酸洗担体:用于分析酸式酯类成分
碱洗担体:用于分析碱类成分
硅烷化担体:用于分析成氢键很强的样品
(三)检测器
1.分类与指标
(1)按选择性分类 通用型:TCD(热导检测器)
专属型:FID(氢火焰离子化检测器)测含C有机物
(2)按检测原理分类 浓度型:S(信号强度)∝C,n与载气流速无关,A∝1/F,F恒定用A定量
质量型:S∝dw/dt,n与F成正比,n∝F,A与F无关,最好用A定量
2.性能 噪音(声)N:越灵敏的仪器,N越大
检测限LOD:越灵敏的仪器,LOD越低 TCD:10-9g/ml;FID:10-12g/s;
ECD:10-14g/s
灵敏度
线性范围
二、实验条件选择
1.色谱柱选择 固定液选择,k大小适合 固定液极性 影响tR,n,上样量
固定液配比
柱长(0.5~5m)L: n↑,高效
tR↑,高速
R↑,高分离效能
2.柱温(Tc)选择
根据样品沸点选择柱温—恒温GC
样品b.p Tc 固定液配比 硅藻土担体
300~400 200~450 1~5% 白色
200~300 150~180 5~10% 白色
100~200 ~50 10~15% 红、白色
<100 或50 15~25% 红色
柱温应低于固定液最高使用温度;对宽沸程的样品用程序升温GC法。。
Tc是改善分离的重要参数,Tc与K、k、Dm、Ds有关。
K=Cs/ Cm=γm/γs×e(μmσ-μsσ)/RT lgk=a+b/ Tc lg tR′=lgtm×KVs/Vm=A+B/T
降低Tc的好点: 降低Dm,减少纵向扩散,n↑
增大K,增加S相得选择性
减少固定液流失 提高柱寿命
检测本底升高或者污染检测器
降低Tc的缺点: Ds减少,峰变宽,柱效低(高固定液配比时注意)
K大,R大→tR大
使难分离的组分对达到分离良好的要求下,尽量使用低柱温。
3.载气选择 载气种类 三方面 柱效 H∝种类,μ>μopt
载气流速:20~80ml/min 降低柱压(长柱,柱压高;短柱,柱压低)
检测灵敏度TCD H2 (很低浓度)
N2 (很高浓度)
4.进样量:柱越长(0.5~5m),越粗(1~6mm),进样量越大,越灵敏
进样量少,分离好,峰形对称,用高灵敏度检测器
进样气体:0.1~1ml,进样液体:0.1~1μl(<0.4μl)
5.气化室温度(Tg)Tg=Tc+(10~50℃)
Tg取决于样品的挥发性(b.p),一般Tg>b.p,n大
热稳定性较差的样品Tg< b.p-50℃(进样量要少)
6.检测器温度(TD):TD>或≈Tg;FID:TD>150℃
三、定量分析
1.相对重量 面积 校正因子fi 组分性质和检测器种类有关
峰高 与标准物选择有关
fi=(As/ms)/(Ai/mi) FDI:s是庚烷,TCD:s是苯
用h表示时,σ一定,对称峰,分离稍差也无关紧要。
2.测定方法 外标法:中药常用,西药少用(复杂的用)
内标法:中药少用,西药常用
归一化:都用得少
(1)外标一点法:b=0,b<KCmin,b/(KCmin+b)≤2% A=KC+b
外标两点法:b>>0
(2)内标法:p%=Wi/W×100%=fiAiWs/fsAsWi×100%
内标对比法:Ai/As=KCi+b→0(内标浓度一定) Ai/As=Ci/Cs
(Ai/As)x/(Ai/As)r=(C%)x/(C%)r
(3)归一化法:所有组分要出峰,而且峰面积差别不大,但做纯度检测例外。
(4)三者比较:外标法准确度不高,但操作简单;内标法对进样量、仪器要求高,且准确率高;归一化法对进样量、仪器要求高,但要求准确率在某些情况下会比较低。
四、HPLC的基本方法
1.方法学考察—效能指标的验证
(1)专属性(特效性、选择性)
HPLC专属性涉及 色谱柱的分离效能—三个图 对照品HPLC图
检测器的性质 空白样品(阴性样品)HPLC图
样品HPLC图
uv 可变波长→专属性
DAD
荧光λex/λem
电化学 ECD
MS检测器
(2)准确率:用回收率试验来验证
做法: 辅料+对照品(醇)
样品+对照品(加样回收)→(中药)95%~105%,RSD≤2%
西药:分高(120%)中(100%)低(80%)三个浓度,每种浓度做3份,共9份。
中药:一般同加入量做6份(5~6份)[样品0.5g,含A多少,在加相应重量的对照品A]
回收率%=(C-A)/B×100% (C为所测,A为样品,B为对照品)
(3)精密度
仪器的精密度试验:同一对照品(供试品)连续进样6次,求面积(峰高)的RSD。
方法的精密度试验: 重复性试验:同一样品取6份进行相同样品处理,然后进样测定
稳定性试验:同一样品测8、12、24、48(间隔相同),5~6个点,RSD≤2%
重现性试验
(4)线性和线性范围:Y=Kx+b(r≥0.9990);若RSD≥1%,则Y保留3为有效数字,K相同。y=648786x+15637→y=6.49×104+1.6×104
线性范围 m:范围在10倍以上
C
(5)定量限:N/S=10:1(信号/噪声),对准确率和精密度有要求。
检测限:N/S=2:1或3:1,对准确率和精密度无要求。
(6)耐用性
HPLC中考察因素:流动相组成、PH、柱子品牌、厂家、柱温、μ、检测波长。
2.色谱条件
柱子:品牌、填料种类、键合相、柱长、内径、粒度
YWG—C18H37:十八烷基硅烷化硅胶(250mm×4.6mm,10μm)Spherisorb:ODS RP-C18
流动相:乙腈—水(85:15)→0.1%H3PO4液(用三乙胺调PH5.2);甲醇—水
流速:1ml/min(ml·min-1);柱温:40℃
检测波长(或检测器种类):
进样量:?μl
3.系统适用性试验参数: tR
理论塔板数:n、R、fs拖尾因子、RSD 峰面积(峰高)
校正因子:外标法用对照品,内标法用对照法/内标
组分试验参数;内标试验参数
4.定性分析方法 色谱鉴别法——与对照品的tR
化学鉴别法
LC—MS LC—DAD
5.定量分析方法—类似GC
中药分析以外表法为主 A—C曲线
外表一点法
外表两点法
6.痕量分析:0.01%以下
(1)减少柱内稀释—用细径短柱 tR↓,W↓,L↓,k↓=0.5~1.5
稀释:内径小,稀释倍数小,4.6mm减少1mm少稀释20倍
(2)用细粒填料,提高柱效(n大),W↓
(3)用高灵敏度的检测器(荧光、MS)
(4)用峰高法定量
(5)必要时对样品进行富集、浓缩或衍生化
7.杂质限量测定:面积归一化法—对照品的纯度检查
8.制备HPLC
(1)分离条件的选择:使用分析相同的固定相,粒径20~40μm;最好用等强度固定洗脱:(流动相配比不变)溶剂的纯度高、挥发性;保持与分析柱相同的保留值tR,原理:流量比=柱内径比平方,即VR制备/VR分析=(d制备/d分析)2。
(2)上样量:一般在超载条件下工作,按两柱的容量比放大:CsVs+CmVm=容量;上样质量超载或浓度超载——出现拖尾峰;上样体积超载(浓度稀时)——对称的平头峰(≈W1/2);上样浓度和体积都超载;实际工作中超载的R=1比较适合;未分开的可循环上样,在3~4次。
五、化学键合相色谱(BPC)分离条件选择
1.化学键合相
(1)类型
CH3 CH3 —R(C1、**、C8、C18)
苯环
—Si—O—Si—C18H37 (OH2)3— (CH2—OH)2 正相
—NH2 反相
Si—OH —C≡N
(2)含碳量覆盖度→C% C18:5~40%,k大,柱长<25cm,r2.1=K2/K1。柱子必须买相同的柱子,以备检验用。 键合硅醇基数/总硅醇基数(25%~50%)
峰尾柱与峰端柱:硅醇基用四甲基硅烷封闭,不拖尾。
(3)特点:稳定性较好,可作梯度洗脱,柱效高,粒径细、选择性好、进样量较GC大,柱的使用寿命较长,灵敏度高。
2.流动相选择
(1)RP—HPLC:水(基础溶剂)+有机改进剂(乙腈、甲醇、乙醇、四氢呋喃)
流动相极性:甲醇(乙腈)比例增大,极性下降,tR下降。
水:P′=10.2,甲醇:P′=5.1,乙腈:P′=5.8
Pi′=φaPa′+φbPb′ φa+φb=1 lgk1/k2=1/2(P1′- P2′) k=tR′/tm
流动相中加0.1~1%的醋酸钠,磷酸二氢钠,减弱硅醇基对样品的媳妇,减少拖尾,改善分离。
(2)离子抑制RP—HPLC:水+有机改性剂+弱酸(弱碱)或PH缓冲液
抑制弱酸(碱)的电离,使极性减少,有利于进入固定相,也可防止拖尾
A.应用对象:分离3≤PKa≤7的弱酸,7≤PKa≤8的弱碱
B.硅胶化学键合相PH条件:PH2~8(常见),封尾PH1.5~11
流动相加弱酸(0.1%磷酸、1%醋酸、甲酸)或弱碱(氨水、三乙胺、H2PO4-— HPO42-)来抑制组分的电离,使tR↑,R↑,峰对称,变窄。
(3)离子对RP—HPLC
A.应用对象:易电离的有机酸碱
B.m相:水+有机调整剂(改善PH)+PH缓冲剂(弱酸或碱,使有机酸碱离解)+离子对试剂
C.离子对试剂 季铵盐或叔胺→分析 —COOH PKa<2
—SO3H
烷基磺酸盐→C5~C8:樟脑磺酸盐→分析有机碱
十二烷基硫酸钠
D.以(**H9)4N+OH为例
R
R
N+·-OOC—R 极性小的离子对,易进入固定相。
R
R
Am+Bm+ → (A-·B+)S KA/B(平衡常数)=[A-·B+]s/[A-]m·[B+]m=K(分配系数)/[B+]m
测杂质,使主成分极性下降后出峰,使用离子对HPLC使杂质先出峰。
E. tR的调整
[A-]m=δA-·Cm=Ka/(Ka+[H+])·Cm tR=L/μ[H·KA/B·[B+]m·Ka/(Ka+[H+])·Vs/Vm]
讨论:a.[B+]m↑, tR↑。[B+]m不可太高,~10mmol/L形成胶束;
b.离子对试剂的R基的C数↑,tR↑,改变KA/B;
c.PH↑ 分析酸,tR↑
分析碱,tR↓
d.有机调整剂比例↑,tR↓;
e.C↑H↓,tR↑;
f. Vs/Vm↑, tR↑。
3.洗脱技术
(1)分类
等(强)度(或固定)洗脱(A)
梯度洗脱(B):线性洗脱、阶梯形洗脱、凸形洗脱、凹形洗脱。
(2)定义
A:一个分析周期内流动相组成恒定——同一组分的K值不变,容量因子k=1~10。
B:一个分析周期内流动相按一定程距改变——同一组分的K值不断减小。
(3)应用对象
A:组分数目少,性质差别不大的试样,尤其是定量分析
B:组分数目多,性质差别大的复杂试样,如指纹图谱
(4)特点
A:常用,简便,重现性好,基线稳定,结果更可靠。
B:缩短分析时间,柱效高,灵敏度高,峰不易拖尾,峰形对称。
缺点:基线漂移,重现性较差,操作麻烦。
(5)四种梯度对tR的影响:
①极性梯度 正相LLC:m相的极性由小到大
反相LLC:m相得极性由大到小,有机相比例↑
②PH梯度 离子抑制 分析弱酸,PH↑,由小到大
分析弱碱,PH↑,由大到小
离子对反相 分析酸,PH由大到小
分析碱,PH由小到大
③离子对浓度梯度:离子对试剂浓度由大到小
④盐浓度梯度:离子交换色谱由小到大。
(6)注意点
①溶剂的互溶性
②溶剂的纯度高,UV下测苯等杂志
③柱用后要再生
4.溶样溶剂:
一般用与m相相同的溶剂;对于含电解质的m相,一般不用此m相溶解样品。
例:阿片中8种生物碱和罂粟酸的RP—HPLC分析
苯基键合相/A+B,作梯度洗脱
A液:H3PO3+三乙胺缓冲液+甲醇—水(5.95)PH3.20
扫尾剂;离子对试剂
B液:H3PO3+三乙胺缓冲液+甲醇—水(70~30)PH3.95
吗啡 罂粟碱 可待因 蒂巴因
tR 3.34 5.26 7.58 14.58
5.检测器
(1)可变波长的UV检测器
灵敏度受流速和Tc的影响较少,适于梯度洗脱
性能:光源、光电管都有可能老化,温度可影响m相的折射率(光损失)
吸光度:0.75%/2℃;流速改变,压力变化,折射率改变;A变化,η↑,压力↑;检测器内有气泡;260nm以下,O2可引起噪声;漂移:双柱和双光束,可消除。
(2)DAD(二极管阵列):作tR—A—λ三维图
①选各组分的λmax作测定波长:各组分测定,照顾各组分的灵敏度和含量
②作定性鉴别
药品质量控制中的现代分析方法与技术
现代色谱分析
一、毛细管气相色谱法:高分辨率,柱效高,开管型→挥发油
1.开管柱
(1)特点:固定液量很少
(2)类型:
①壁涂层开管柱→容量低,不适于痕量分析和室温下分析低分子量成分及永久气体。
②载体涂层开管柱(SCOT):应用广,可作痕量组分分析。
常用柱:交联弹性石英开管柱(3000多)
③大内径厚液膜开管柱:柱容量大,痕量和低分子分析
④微内径开管柱:高分离效能。
开管柱内径↓,μopt↑,更适用于快速分析。
(3)柱内径:柱内径要兼顾柱效,分析速度和柱容量,0.25~0.53mm。
(4)液膜厚度:df=0.1μm~5μm;df↑,柱容量↑。
(5)柱温:Tc↓,tR↑,毛细管柱常用于程序升温GC。
(6)进样量:n↓10%是最大允许进样量,与柱长、k正比,与n成反比
2.选择毛细管柱:
(1)填充柱不能达到分离度(α≥1.015),t长。
(2)b.p≥2℃,选非极性柱;b.p≤2℃,选极性较大柱。
(3)高沸点:选耐热、高温
(4)常用柱(OV—10、OV—210、PEG—20M)
3.进样方式
(1)直接进样:分流(30~50:1)和不分流进样(大内径厚液膜开管柱)
(2)顶空进样:在非气态和气态达到平衡后,→吸空气进样
N2吹尾:提高灵敏度;顶空GC:液上气相色谱法或顶空分析法;
优点:含量低;不能直接进样的;最低LOD减小。
基本原理:Ai=fi·pi=fi·γi·pi0·xi →组分
↓ 组分蒸汽压
γi=1时理想,但其不等于1
当T一定时,气液平衡,若Vs不变,则Cg=C0/(K+ρ)。其中Cg为气相中被测组分浓度,Cs为液相中被测组分浓度,C0为样品中被测组分原始浓度,K=Cs/Cg,为气—液相中被测组分平衡常数。
静态顶空GC装置:?
二、手性药物HPLC:纯度检查,分离
三点相互作用:对映体与CSP相互作用的部位,吸引,排斥等。
拆分:直接法(CMP法)和间接法(衍生试剂法)
(1)柱前手性衍生化法(GDR法):高光学温度,速率有时不同,非手性柱,提高检测灵敏度,生物样品分析。
(2)手性流动相拆分法(CMP法):
手性添加剂:①配基交换型手性添加剂(CLEC)
②CD环糊精:分子大小形成CD化合物
常用:β—CD、γ—CD或改性CD
③手性离子对络合剂(CIPC)。
(3)手性固定相拆分法(CSP):
蛋白质 π—碱型
三种常用 环糊精 → π—酸型 电荷转移型手性固定相
铜绿 氨基酸型
蛋白质:牛血清蛋白(BSA)
CD:疏水性,每个glu有5个手性碳
CDR法:条件简易,普通柱,预分离,光学纬度高。
CMP法:范围的有限,添加剂不稳定,干扰,条件简易,不必柱前衍生化。
CSP法:各类化合物,分析可靠,常规及生物样品,某些需柱前衍生化。
三、超高速(UPLC):速度、灵敏度及分离度为HPLC的9、3、和1.7倍;压力大(>140pa)。
1.dp↓,更宽优化线速度
2.dp↓,分离速度↑
条件:dp<2μm;超高压溶剂泵;泵片死体积小;快速自动进样;高速检测系统;更适合LC—MS。
四、超临界(SFC)色谱
SF为流动相,硅胶或化学键合相为“S”
对象:热敏性,低挥发性化合物,比GC广;
特点:比HPLC分离制备快,更易于MS、FT—IR和MNR连用。
五、高速逆流色谱(HSCCC)high-speed counter-current chronati
1.特点:
(1)固定相为液体;
(2)不出现,峰畸形,拖尾;
(3)回收率↑;
(4)制备量大,重现性好;
(5)体系更换,平衡方便快捷。
2.基本原理:离心力→混合 梯度洗脱
3.装置:进液部;分离部分;输出部分
六、CE法
1.特点:
(1)高效;(2)快速;(3)微量;(4)低消耗,无污染;(5)多模式,应用广;(6)水溶性成分下分析
胶束电动毛细管色谱(MECC或MEKC)
毛细管等电聚焦(CIEF):等电点差别对生物大分子进行分离的电泳技术。
非水毛细电泳(NACE):以有机溶剂为主,有其中溶解度。
毛细管点色谱(CEC)
七、色谱联用技术:提高分离与分辨能力
1.GC—GC:(多维),多以填充柱为预柱→毛细管柱→主柱,预柱→冷肼→主柱系统
2.HPLC—HPLC:关键技术是柱切换,利于提高分离效率,节约流动相,缩短时间
3.HPLC—CE:两种机理正交分离方法,大大提高提高峰容量,CE作二维;高频率切割一维流出物,快速分离;CE必有极快采样和分离速度。
4.GC—MS:分离、鉴定和定量一次完成;水型四级杆,离子肼→小分子泵元件:色谱单元;接口(直接、开口);质谱单位和数据处理。
(1)MS单元:电子轰击源(EI):分子离子与碎片;化学电离源(CI):分子离子峰→主体结构;其他离子源:场致(FI)
(2)分析器:四级杆质量分析器;三重四级质量分析器;离子肼质量分析器
(3)谱图:
①总离子色谱图:总离子强度—tR图
②质谱图:TLC图,可以得到任何一个组分MS图(化合物分析信息、定性)
③质量色谱图:提取离子色谱图
④选择离子监测(SIM)技术:提高灵敏度;可以消除其他组分的干扰
⑤谱库检索:匹配度大小顺序排列:误选;考虑本底影响,可能性大小,不作定性分析的唯一方法。
5.HPLC—MS
(1)离子化方法:电喷雾电离(ESI)→大小分子都适用;
酸碱离子用ESI(-)和ESI(+)检测
(2)APCE:单电荷离子,M<1000,准分子离子,很少有碎片→极性化合物
(3)四级杆、离子肼、飞行时间质谱(生物大分子)
6.CE—MS:生物大分子、蛋白质、生物碱
7.LC—NMR:解决多数有机物的化学结构问题
连续,停流,峰存操作模式→不中断HPLC,获全部良好成分分离。
色峰最高点到达NMR液膜中心位置
电感耦合等离子体MS(ICP—MS)样品用ICP离子化后,按离子的质荷比分离,LOD低,线性宽,谱线简便,干扰少,精密度高,分析速度快,多元素,较理想离子源。
填充柱的制备
一、要求:填料粒度分布均匀;固定液涂渍均匀;载体表面活性中心,全部覆盖;柱内填充均匀:柱内无死体积;载体填充中不破碎
二、固定液涂渍:选择合适的溶剂固定液—差GC手册;固定液配比定义—固定液填料总重%(1—25%);固定液与载体重量比(方便使用)。
固定液配比因素:样品沸点;载体比表面。
三、分析低沸点样品,用高固定液配比,红色载体(tR合适,df小,提高柱效)
分析高沸点样品,用低固定液配比,白色载体(tR合适,峰不拖尾)
四、涂渍方法
1.蒸发法:固定液用量小;柱效低些(涂不匀,载体碎)
2.过滤法:柱效高些;固定液用量多,不易控制配比
五、柱的填充:
1.柱清洗烘干:碱—水—(酸—水)—醇—醚;干;
细柱不用
2.测柱体积(载体体积):加水量体积;计算Tc(d)2L;
3.填充方法:
抽气法:一头塞入玻璃丝,一头塞入玻璃丝再加上钢丝后接检测器,填柱时接泵。
六、老化
1.静态老化:填料涂固定液后进行→温度比:最高使用温度DNP160℃,低30~50℃;时间:2~4小时;作用:去水、残留溶剂及杂质,固定液渗入孔内(均匀)
2.动态老化:装柱后于GC仪上进行。120℃开始,4小时内不损检测器,充载气,然后入检测器到基线稳定。
最后编辑于 2022-10-09 · 浏览 1.3 万