色譜儀在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

武開業(yè) 張小娟

【摘 要】色譜是一種分離技術(shù)，20世紀(jì)初，俄國化學(xué)家茨維特公開發(fā)表色譜學(xué)說，這是現(xiàn)代色譜這一分離技術(shù)的來源，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，色譜技術(shù)也迅速發(fā)展，形成了許多分支，常見的有氣相色譜、液相色譜，發(fā)展比較前沿的有毛細(xì)管電泳技術(shù)，體現(xiàn)了多種分離技術(shù)的結(jié)合，色譜儀作為色譜技術(shù)的直觀呈現(xiàn)，集中了化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)及軟件工程等多學(xué)科精華，代表了現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的一個(gè)方向，目前市場(chǎng)上各個(gè)品牌的各種型號(hào)色譜儀琳瑯滿目，被廣泛地應(yīng)用于化工、環(huán)保、醫(yī)藥、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、教學(xué)等領(lǐng)域。

結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，本文對(duì)色譜儀的原理及應(yīng)用進(jìn)行了分析，主要分析了氣相色譜儀及氣質(zhì)聯(lián)用儀、液相色譜儀、離子色譜儀。

【關(guān)鍵詞】色譜儀;教學(xué)應(yīng)用

中圖分類號(hào)： TE863.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）23-0140-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.065

1 氣相色譜儀及氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的原理及應(yīng)用

氣相色譜分離的實(shí)質(zhì)是以氣體為流動(dòng)相，當(dāng)被分析的多組份混合樣品被注入進(jìn)樣器且瞬間汽化后，樣品由載氣攜帶經(jīng)過裝有固定相的色譜柱，各組份分子與色譜柱內(nèi)部固定相分子間發(fā)生吸附、脫附溶解等過程，因?yàn)槊糠N樣品組份分子吸附、脫附的作用力不同，所反應(yīng)的時(shí)間也不同，最終結(jié)果使混合樣品中的組份得到完全分離，各組份按照分離順序進(jìn)入檢測(cè)器，由檢測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送至記錄儀或積分儀繪出色譜圖，我們根據(jù)保留時(shí)間進(jìn)行定性測(cè)定，根據(jù)峰面積或者峰高進(jìn)行定量測(cè)定。氣相色譜法具有選擇性高、分離效率高、分析速度快的特點(diǎn)，但它僅適用于分析蒸氣壓低、沸點(diǎn)低的樣品，而不適用于分析高沸點(diǎn)有機(jī)物，高分子和熱穩(wěn)定性差的化合物以及生物活性物質(zhì)，因此其使用受到限制，氣相色譜儀檢測(cè)器種類豐富，分類及用途如表1所示。

由表1可見，檢測(cè)器是質(zhì)譜的氣相色譜儀我們稱之為氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，質(zhì)譜檢測(cè)的原理就是利用有機(jī)分子所產(chǎn)生的碎片離子進(jìn)行分析，常見的有全掃描分析和選擇離子掃描分析，可以對(duì)空氣、水、土壤中70余種有機(jī)化合物進(jìn)行準(zhǔn)確的定性和定量測(cè)定，準(zhǔn)確度高，靈敏度比其他類型檢測(cè)器高。因?yàn)橘|(zhì)譜的這些特點(diǎn)，便攜式氣質(zhì)聯(lián)用儀也被研制出來，可以更方便的被帶到突發(fā)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有毒氣體監(jiān)測(cè)或者水流污染監(jiān)測(cè)。

我們利用氣相色譜儀，組織學(xué)生對(duì)汽車空氣中的有機(jī)物進(jìn)行了檢測(cè)，經(jīng)過檢測(cè)，汽車空氣中主要含有苯類化合物、醛酮類化合物、以及一些半揮發(fā)性有機(jī)物，通過測(cè)定，學(xué)生們熟悉了采氣袋的使用，氣相色譜儀的開機(jī)順序以及開關(guān)機(jī)注意事項(xiàng)，以及色譜工作站軟件的操作使用。

六六六、DDT等有機(jī)氯農(nóng)藥因?yàn)槎拘愿?，在自然環(huán)境中不容易降解，所以國家早就禁止使用，我們利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，對(duì)土壤中殘留的有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行了測(cè)定，通過測(cè)定，學(xué)生們熟悉了氣相色譜儀質(zhì)譜儀的開機(jī)順序以及開關(guān)機(jī)注意事項(xiàng)，初步熟悉了質(zhì)譜正常工作條件的判斷，質(zhì)譜儀的調(diào)諧操作，測(cè)定方法的參數(shù)設(shè)置以及色譜工作站軟件的操作使用，初步完成了對(duì)于氣質(zhì)聯(lián)用儀的教學(xué)設(shè)計(jì)。

2 高效液相色譜儀原理及應(yīng)用

高效液相色譜分離的實(shí)質(zhì)與經(jīng)典液相色譜法相同，都是樣品分子（溶質(zhì)）與溶劑（即流動(dòng)相或洗脫液）以及固定相分子間的作用力的大小不同，從而決定色譜過程的保留行為不同，區(qū)別之處在于高效液相色譜采用了高壓輸液泵、高靈敏度檢測(cè)器和高效微粒固定相，從而提高了分離效率，改善了測(cè)定的準(zhǔn)確度和靈敏度。

與氣相色譜相比，高效液相色譜的優(yōu)勢(shì)在于：對(duì)于高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差、相對(duì)分子量大于400以上的有機(jī)物（這些物質(zhì)幾乎占有機(jī)物總數(shù)的75%～80%），原則上都可應(yīng)用高效液相色譜法來進(jìn)行分離、分析，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在已知化合物中，能用氣相色譜分析的約占20%，而能用液相色譜分析的約占70～80%，從而彌補(bǔ)了氣相色譜的不足。

高效液相色譜儀的核心部分是它的分離系統(tǒng)，由固定相和流動(dòng)相組成，液相色譜的固定相可以是吸附劑、化學(xué)鍵合固定相（或在惰性載體表面涂上一層液膜）、離子交換樹脂或多孔性凝膠，流動(dòng)相是各種溶劑。被分離混合物被流動(dòng)相液體推動(dòng)進(jìn)入色譜柱，根據(jù)各組分在固定相及流動(dòng)相中的吸附能力、分配系數(shù)、離子交換作用或分子尺寸大小的差異進(jìn)行分離。

我們利用高效液相色譜對(duì)廢水中的硝基苯進(jìn)行了測(cè)定，首先，我們組織學(xué)生進(jìn)行色譜測(cè)定前的準(zhǔn)備工作，熟悉開機(jī)順序，配置標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，對(duì)混合流動(dòng)相有機(jī)溶液和水溶液進(jìn)行過濾和脫氣泡操作，沖刷整個(gè)流路系統(tǒng)，待基線穩(wěn)定后開始測(cè)定，在測(cè)定過程中根據(jù)出峰效果進(jìn)行測(cè)定波長和流速的選取，最后利用色譜工作站對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，通過實(shí)驗(yàn)初步熟悉了高效液相色譜儀器操作，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰统醪降目蒲心芰Α?/p>

3 離子色譜儀原理及應(yīng)用

離子色譜其實(shí)也是液相色譜的一種，由于它的結(jié)構(gòu)和分析對(duì)象與一般液相色譜有一些差異，一般作為一個(gè)獨(dú)立的色譜大類，主要用于陰陽離子的測(cè)定，該儀器應(yīng)用離子交換的原理，采用低交換容量的離子交換樹脂來分離離子，其主要填料為有機(jī)離子交換樹脂，以苯乙烯/二乙烯基苯共聚體為骨架，在苯環(huán)上引入磺酸基形成強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂，引入叔胺基形成季胺型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，此交換樹脂具有大孔或薄殼型或多孔表面層型的物理結(jié)構(gòu)，便于快速達(dá)到交換平衡，離子交換樹脂耐酸堿，可在任何pH范圍內(nèi)使用，易再生處理，使用壽命長，缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度差，易溶脹，易受有機(jī)物污染。

在我們使用離子色譜儀的開始階段，碰到了一些問題，例如基線不穩(wěn)定，抑制器漏液，柱壓不穩(wěn)定等，我們對(duì)照著廠家提供的說明書以及儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)行逐一排查，這個(gè)過程雖然耽誤了一些時(shí)間，但是通過排查，學(xué)生們進(jìn)一步熟悉了儀器的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使有利于熟練操作儀器。

酸雨對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，對(duì)酸雨中的成分進(jìn)行有效的測(cè)定是十分必要的，我們利用離子色譜儀對(duì)酸雨中的硝酸根離子和硫酸根離子進(jìn)行測(cè)定，經(jīng)過檢測(cè)，本區(qū)域內(nèi)降水酸堿度適中。

許多農(nóng)村地區(qū)的飲用水是地下水，其中一部分地區(qū)含有的氟離子超標(biāo)，長期飲用氟離子超標(biāo)的水可以導(dǎo)致氟斑牙，嚴(yán)重的可以導(dǎo)致氟骨癥，所以我們用離子色譜儀對(duì)水中含有的氟離子進(jìn)行了比較測(cè)定，測(cè)定水樣隨機(jī)采取，有自來水、井水、市售礦泉水等，經(jīng)檢測(cè)自來水和市售礦泉水不含氟離子，有些地區(qū)井水中含有少量的氟離子。

我們還應(yīng)用離子色譜對(duì)水的硬度進(jìn)行了測(cè)定，水的硬度主要是由水中所含有的鈣離子和鎂離子的濃度所決定的，以前用傳統(tǒng)的絡(luò)合滴定法分析測(cè)定這些離子，程序繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而利用離子色譜可以在半小時(shí)內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)定這些離子的含量，大大節(jié)省了人力物力。

4 小結(jié)

色譜儀作為一種高科技分析儀器，是多學(xué)科有機(jī)結(jié)合的體現(xiàn)，通過色譜儀在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用，加深了學(xué)生對(duì)于色譜基本理論知識(shí)的理解，開闊了視野，鍛煉了動(dòng)手能力，初步掌握了色譜儀的使用，激發(fā)了對(duì)于化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，而且化工專業(yè)的學(xué)生主要就業(yè)方向是化工企業(yè)，以后在生產(chǎn)過程中，色譜儀是一種常見的儀器，學(xué)生們因?yàn)橛性趯W(xué)校操作色譜儀的基礎(chǔ)，所以可以很快掌握色譜儀的生產(chǎn)應(yīng)用，從而樹立工作自信心，為以后的職業(yè)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

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