第一部分 色谱
1、色谱的分类
⑴按分离过程的物理化学原理:吸附色谱,分配色谱,其他色谱法。如离子交换色谱法、反应色谱法。
⑵按两相状态分类
①气相色谱:气固色谱,气液色谱
②液相色谱:液固色谱,液液色谱
③高效液相色谱
④超临界流体色谱
⑶按固定相性质分类:柱色谱,纸色谱,薄层色谱,棒色谱。
2、分离原理
当流动相携带样品通过色谱的固定相时,样品分子与固定相分子之间发生相互作用,使样品分子在流动相之间进行分配。与固定相分子作用力越大的组分向前移动速度越慢,与固定相分子作用力越小的组分向前移动速度越快,经过一定的距离后,由于反复多次的分配,使原本性质差异很小的组分之间也可得到很好的分离。
⑴术语
①分配系数K:在一定的温度和压力下,当分配体系达到平衡时,组分在两相中的浓度之比为一常数,这个常数称为分配系数,即
②分配比k:是指在一定温度和压力下,组分在两相间达到分配平衡时分配在固定相和流动相中的总量之比,即
③死时间tM:惰性物质(与固定相无相互作用的物质)从进样开始到出现峰极大值时所需的时间。
④保留时间tR:试样组分从进样开始到出现最高峰时所需的时间。
⑤调整保留时间t’R:扣除了死时间的保留时间,即 t’R=tR-tM
⑥相对保留值r12:色谱中采用一种物质为标准,其他物质的调整保留值对此标准物质的调整保留值的比值,即
⑦保留指数I:
⑧死体积VM:色谱柱中未被固定相占据的空隙体积(包括进样器和检测器的空间体积及从进样器到柱和从柱到检测器的连接管路的体积)即
⑨保留体积VR:从进样开始到试样色谱峰出现最高点时所留过的 流动相的体积。即
⑩调整保留体积:扣除了死体积后剩下的保留体积,即
⑵色谱的应用
①分离度R:色谱柱总分离效率的指标。是相邻两色谱保留值之差与两峰底宽度总和的一半的比值,即
它表明了两种难分离的组分通过色谱柱后能否被分离,两组分形成的峰距离的远近以及色谱柱的柱效率等。R值越大,表明相邻两组分分离得越好。
②色谱的定量分析
依据:在一定的操作条件下,被测组分的质量或在载气中的浓度与它在检测器上产生的响应信号(峰面积或峰高)成正比,即
方法:归一化法、内标法、外标法。
③色谱的定性分析
分类:一类是将未知组分保留值作为定性的标准来鉴别;
一类是将色谱数据与从其他仪器方法或化学方法获得数据加以比较鉴别。
3、气相色谱仪(GC)
⑴组成:气路系统、进样系统、分离系统、温控系统、检测和记录系统。
⑵特点:高效能、高选择性、高灵敏度、速度快,应用广。
⑶固定相的分类:气相色谱的固定相主要分为固体固定相和液体固定相。
⑷分离条件:载气及其流速的选择,柱温的选择,固定液配比的选择,担体力度的选择,柱长和柱内径的选择,进样条件的选择等。
⑸色谱仪的检测器按其响应特征可分为浓度型和质量型。
4、液相色谱(HPLC)
⑴何谓高效液相色谱(特点),高压、高速、高柱效、高灵敏度。
⑵高效液相色谱与气相色谱法的比较。
①气相色谱法要求样品能瞬间气化,不分解,适于低中沸点、相对分子量小于400而又稳定的有机化合物的分析。
液相色谱一般在室温下进行,要求样品能配成溶液。适于高沸点、热稳定性差、相对分子量大于400的有机物的分离分析。
②在气相色谱中只有一种可供选择的色谱相,即固定相。难以通过改变载气种类来改
变组分的分离度。
而在高效液相色谱中有两种可供选择的色谱相,即固定相和流动相。固定相可有多种吸附剂,高效固定相、固定液、化学键合相供选择。流动相有单溶剂、双溶剂、多元溶剂,并可任意调配比例,达到改变载液的浓度和极性,实现分离度的改善。
③气相色谱中要想回收被分离组分比较困难。
液相色谱可用于分离制备纯物质。
⑶梯度洗脱
是在一个色谱分析周期内,将两种或两种以上的不同极性的流动相(溶剂),随着时间按一定程序不断地改变浓度,即按照一定的比例配比进行混合,以达到连续改变流动相的极性的目的,使一个复杂组成的混合物样品中的性质相差比较多的组分得到彼此分离。
⑷各类液相色谱的工作原理
①液-固吸附色谱:液-固吸附色谱法是基于吸附剂(固定相)表面对样品中不同分子具有不同的吸附能力,而使混合物得到分离。
②液-液分配色谱:液-液分配色谱法是在担体的表面上均匀地涂敷一层固定液作固定相,流动相是一种与固定相不发生反应的溶剂。样品中各组分依靠两相间分配系数的差异来实现分离。
③离子交换色谱:离子交换色谱法是以离子交换树脂为固定相,用水作流动相的一种
高效液相色谱法。在离子交换树脂的网状结构的骨架上,有许多可以与溶液中离子起交换作用的活性基团,被分析物质首先在载液中电离成离子,然后与树脂上带有相同电荷的离子进行交换,根据样品中各种离子对树脂亲和力的不同而将他们分离。
④凝胶-渗透色谱:凝胶-渗透色谱法的分离机理不是根据试样组分与固定相之间的相互作用,而是依据试样分子尺寸的大小进行分离的。
5、薄层色谱(TLC)
⑴特点:方法简便易行,价格低廉;分析快速;不会丢失组分;可使用多种显色剂;能同时处理许多种样品(最大优点);所需样品量很少;灵敏度较高。
⑵基本原理:实质上是吸附,解析,再吸附,再解析的连续过程。通过不断地反复放大微小差别,从而达到分离的目的。
⑶分离效率的影响因素:混合物组分的性质,吸附剂(固定相),展开剂。
⑷比移值Rf:Rf是溶质的运动速度与展开剂的运动速度之比,也是移动速度的比值即
。通常也用相对比移值Rm表示,即
第二部分 波谱(光谱)
1、紫外吸收光谱 ——UV
⑴产生原因:分子内电子跃迁所需能量最大,约在1~20eV之间。吸收辐射能量大,
波长就短,位于可见与紫外光区。这种光谱称为电子光谱或可见与紫外吸收光谱。电子光谱同时伴随有分子的转动和原子的振动。
⑵电子跃迁的类型:、、、
⑶紫外光谱图:x—吸收光的波长,单位nm;y—吸收光的吸光强度,可用A(吸光度)或是T(透过率)
⑷朗伯比尔定律:当入射光波长一定时,待测溶液的吸光度A与其浓度和液层厚度成正比,即 其中,是摩尔吸光系数,是溶液浓度,是液层厚度。
⑸术语
①生色团:也成为发光团。产生紫外或可见吸收的不饱和基团。
②助色团:本身在紫外和可见光区不产生吸收,但是与生色团相连时会使生色团的吸收峰红移,强度增强。
③红移:由于共轭作用,引入助色团或改变溶剂等原因,使吸收峰波长翔长波方向移动的现象。
④蓝移:由于取代基作用或溶剂效应,导致生色团的吸收峰翔短波移动的现象。
⑤增色效应:摩尔吸光系数ε增大的现象。
⑥减色效应:摩尔吸光系数ε减小的现象。
2、红外光谱——IR
⑴产生原因:将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上,某些特定波长的红外射线被吸收,形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱,据此可以对分子进行结构分析和鉴定。
⑵产生的必要条件:
①红外辐射光的频率与分子振动的频率相当,才能满足分子振动能级跃迁所需的能量,而产生吸收光谱;
②必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱。
⑶谱图:x—波数或波长,y—透光度
⑷分子振动形式:伸缩振动(两原子沿键轴方向距离发生的变化),
弯曲振动(两原子沿键角方向的变化)。
重点:CO2分子的基本振动形式及其红外光谱:CO2分子应有四种基本振动形式,但实际上只在667cm-1和2349cm-1处出现两个基频吸收峰。原因在于对称伸缩振动不引起偶极矩发生变化,所以无吸收峰,而面内弯曲振动667cm-1又因频率完全相同,峰带完全重叠。
⑸决定峰强度的因素:原子的电负性,化学键的振动形式。
⑹影响基团频率(峰位)的因素:电子效应(包括诱导效应和共轭效应)、空间效应、偶合效应、氢键效应(原理是使伸缩振动降低,谱带变宽)。
⑺重要官能团的波数。烷烃 2960—2850 cm-1,烯烃 >3000 cm-1,炔烃 >3000 cm-1。
⑻固体样品的制备方法一般有压片法,薄膜法,糊状法。
3、核磁共振谱——NMR
⑴产生原因:
⑵化学位移
①定义:不同化学环境中的质子由于受到不同的屏蔽作用而在NMR谱图上出现的位置改变。
②影响因素:诱导效应、共轭效应和各向异性效应。
⑶标准物:Si(CH3)4,四甲基硅烷,TMS
⑷相邻的磁性原子核对被测核吸收峰的改变现象或自旋核与自旋核之间的作用称为自旋偶合。 由于自旋偶合使得共振谱线增多的现象称作自旋裂分。
裂分峰的个数一般为n+1个,称为n+1规则。
⑸术语
①化学等价核:分子中有一组氢核,他们的化学环境完全相等,化学位移也严格相等,则这组核成为化学等价的核。
②磁等价核:那些与分子中其他任何原子核发生同等程度偶合的化学等价原子核为磁等价原子核。
⑹判断自旋
原子的质量数与原子序数都为偶数时,无自旋;
原子数为奇数,无论原子序数奇偶,存在自旋且自旋量子数都是半整数;
原子数为偶数,原子序数为奇数,存在自旋且自旋量子数是整数。
4、质谱——MS
⑴产生原因:是使试样中各组分在离子源中发生电离,生成不同荷质比的带正电荷的离子,经加速电场的作用,形成离子束,进入质量分析器。在质量分析器中,再利用电场和磁场使发生相反的速度色散,将它们分别聚焦而得到质谱图,从而确定其质量。
⑵质谱图:x—离子质荷比的数值;y—各峰的相对强度;棒线—质荷比的离子
⑶质荷比:指带电粒子的质量与所带电荷之比值,以m/e表示。
⑷质谱中的离子类型:分子离子、碎片离子(分子离子在电离室中进一步发生键断裂分生成的离子)、亚稳离子、同位素离子、多电荷离子。
第三部分 精细化学品的剖析
一般原则(剖析顺序):
1、对样品进行了解和调查
2、对样品进行初步检查,包括状态、颜色、气味、测物性、溶解性、灼烧、红外测试
3、对混合物样品各组分作分离和纯化
4、对各个组分作定性分析
5、对各个组分作定量分析
6、依据剖析结果制备样品并进行应用实验
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