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色谱法来检测食品
发布时间:2021-02-28   点击次数:248次

色谱法来检测食品

色谱法是一种重要的分离分析方法,它是利用不同物质在两相中具有不同的分配系数(或吸附系数、渗透性),当两相作相对运动时,这些物质在两相中进行多次反复分配而实现分离。在色谱技术中,流动相为气体的叫气相色谱,流动相为液体的叫液相色谱。固定相可以装在柱内,也可以做成薄层。前者叫柱色谱,后者叫薄层色谱。根据色谱法原理制成的仪器叫色谱仪,目前,主要有气相色谱仪和液相色谱仪。


在这里主要介绍气相色谱分析法。同时也适当介绍液相色谱法。气相色谱法的基本理论和定性定量方法也适用于液相色谱法。其不同之处在液相色谱法中介绍。典型的气相色谱仪具有稳定流量的载气,将汽化的样品由汽化室带入色谱柱,在色谱柱中不同组分得到分离,并先后从色谱柱中流出,经过检测器和记录器,这些被分开的组分成为一个一个的色谱峰。色谱仪通常由下列五个部分组成:

载气系统(包括气源和流量的调节与测量元件等)

进样系统(包括进样装置和汽化室两部分)

分离系统(主要是色谱柱)

检测、记录系统(包括检测器和记录器)

辅助系统(包括温控系统、数据处理系统等)

载气通常为氮、氢和氢气,由高压气瓶供给。由高压气瓶出来的载气需经过装有活性炭或分子筛的净化器,以除去载气中的水、氧等有害杂质。由于载气流速的变化会引起保留值和检测灵敏度的变化,因此,一般采用稳压阀、稳流阀或自动流量控制装置,以确保流量恒定。载气气路有单柱单气路和双柱双气路两种。前者比较简单,后者可以补偿因固定液流失、温度被动所造成的影响,因而基线比较稳定。

进样系统包括进样装置和汽化室。气体样品可以用注射进样,也可以用定量阀进样。液体样品用微量注射器进样。 固体样品则要溶解后用微量注射器进样。样品进入汽化室后在一瞬间就被汽化,然后随载气进入色谱柱。根据分析样品的不同,汽化室温度可以在50—400℃范围内任意设定。 通常,汽化室的温度要比使用的zui高柱温高10—50℃以保证样品全部汽化。进洋量和进样速度会影响色谱柱效率。进样量过大造成色谱柱超负荷,进样速度慢会使色谱峰加宽,影响分离效果。

试样中各组分的分离在色谱柱中进行,因此,色谱柱是色谱仪的核心部分。色谱往主要有两类:填充柱和毛细管柱,现分别叙述如下:

1、填充柱 :填充柱由柱管和固定相组成,柱管材料为不锈钢或玻璃,内径为2—4毫米,长为1—3米。往内装有固定相,固定相又包括固体固定相和液体固定相两种。

2、毛细管往 :毛细管柱又叫空心柱,空心柱分涂壁空心柱,多孔层空心柱和涂载体空心柱。涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0.1—0.5毫米的毛钢管内壁而成。毛细管的材料可以是不锈钢、玻璃或石英。这种色谱柱具有渗透性好、传质阻力小等特点,因此柱子可以做得很长(一般几十米,zui长可到三百米)。和填充柱相比,其分离效率高,分析速度快,样品用量小。其缺点是样品负荷量小,因此经常需要采用分流技术。柱的制备方法也比较复杂;多孔层空心柱是在毛细管内壁适当沉积上一层多孔性物质,然后涂上固定液。这种柱容量比较大,渗透性好,故有稳定、高效、决速等优点。

1、氢火焰离子化检测器:氢火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector,FID)简称氢焰检测器。它的主要部件是一个用不锈钢制成的离子室。离子室由收集极、极化极(发射极)、气体入口及火焰喷嘴组成。在离子室下部,氢气与载气混合后通过喷嘴,再与空气混合点火燃烧,形成氢火焰。无样品时两极间离子很少,当有机物进入火焰时,发生离子化反应,生成许多离子。在火焰上方收集极和极化极所形成的静电场作用下,离子流向收集极形成离子流。离子流经放大、记录即得色谱峰。

有机物在氢火焰中离子化反应的过程如下:当氢和空气燃烧时,进入火焰的有机物发生高温裂解和氧化反应生成自由基,自由基又与氧作用产生离子。在外加电压作用下,这些离子形成离子流,经放大后被记录下来。所产生的离子数与单位时间内进入火焰的碳原子质量有关,因此,氢焰检测器是一种质量型检测器。这种检测器对绝大多数有机物都有响应,其灵敏度比热导检测器要高几个数量级,易进行痕量有机物分析。其缺点是不能检测惰性气体、空气、水、C0,CO2,NO、S02等。

2、热导检测器热导检测器(Thermal coductivity detector,简称TCD ):是应用比较多的检测器,不论对有机物还是无机气体都有响应。热导检测器由热导池池体和热敏元件组成。热敏元件是两根电阻值完全相同的金属丝(钨丝或白金丝),作为两个臂接入惠斯顿电桥中,由恒定的电流加热。如果热导池只有载气通过,载气从两个热敏元件带走的热量相同,两个热敏元件的温度变化是相同的,其电阻值变化也相同,电桥处于平衡状态。如果样品混在载气中通过测量池,由于样号气和载气协热导系数不同,两边带走的热量不相等,热敏元件的温度和阻值也就不同,从而使得电桥失去平衡,记录器上就有信号产生。这种检测器是一种通用型检测器。被测物质与载气的热导系数相差愈大,灵敏度也就愈高。此外,载气流量和热丝温度对灵敏度也有较大的影响。热丝工作电流增加—倍可使灵敏度提高3—7倍,但是热丝电流过高会造成基线不稳和缩短热丝的寿命。热导检测器结构简单、稳定性好,对有机物和无机气体都能进行分析,其缺点是灵敏度低。

3、电子捕获检测器:电子捕获检测器是一种选择性很强的检测器,它只对合有电负性元素的组分产生响应,因此,这种检测器适于分析合有卤素、硫、磷、氮、氧等元素的物质。在电子捕获检测器内一端有一个多放射源作为负极,另一端有一正极。两极间加适当电压。当载气(N2)进入检测器时,受多射线的辐照发生电离,生成的正离子和电子分别向负极和正极移动,形成恒定的基流。合有电负性元素的样品AB进入检测器后,就会捕获电子而生成稳定的负离子,生成的负离子又与载气正离子复合。结果导致基流下降。因此,样品经过检测器,会产生一系列的倒峰。电子捕获检测器是常用的检测器之一,其灵敏度高,选择性好。主要缺点是线性范围较窄。

气相色谱法是一种很好的分离、分析方法,它具有分析速度快、分离效能好和灵敏度高等优点。但是气相色谱仅能分析在操作温度下能汽化而不分解的物质。据估计,在已知化合物中能直接进行气相色谱分析的化合物约占15%,加上制成衍生物的化合物,也不过20%左右。对于高沸点化合物;难挥发及热不稳定的化合物、离子型化合物及高聚物等,很难用气相色谱法分析。为解决这个问题,70年代初发展了高效液相色谱。高效液相色谱的原理与经典液相色谱相同,但是它采用了高效色谱拄、高压泵和高灵敏度检测器。因此,高效液相色谱的分离效率、分析速度和灵敏度大大提高。就其分离机理的不同,高效液相色谱可以分为液—固吸附色谱、液—液分配色谱、离子交换色谱和凝胶渗透色谱四类。

高效液相色谱的检测器很多,zui常用的有紫外检测器、示差折光检测器和荧光检测器等。

(1)、示差折光检测器:示差折光检测器是根据不同物质具有不同折射率来进行组分检测的。凡是具有与流动 相折射率不同的组分,均可以使用这种 检测器。如果流动相选择适当,可以检测所有的样品组分。示差折光检测器分为反射式和沂射式两种。反射式示差折光检测器是根据下述原理制成的:光在两种不同物质界面的反射百分率与入射角和两种物质的折射率成正比。如果入射角固定,光线反射百分率仅与这两种物质的沂射率成正比。光通过仅有流动相的参比池时,由于流动相组成不变,故其折射率是固定的;光通过工作池时,由于存在待测组分而使折射串改变,从而引起光强度的变化,测量光强度的变化,即可测出该组分浓度的变化。偏转式示差折光检测器是根据下述原理:当一束光透过折射率不同的两种物质时,此光束会发生一定程度的偏转,其偏转程度正比于两物质折射率之差。示差折光检测器的优点是通用性强,操作简便;缺点是灵敏度低,不能做痕量分析。此外,由于洗脱液组成的变化会使折射率变化很大,因此,这种检测器也不适用于梯度洗脱。

(2)、紫外检测器:紫外检测器是液相色谱中应用zui广泛的检测器,适用有紫外吸收物质的检测。在进行高效液相色谱分析的样品中,约有80%的样品可以使用这种检测器。紫外检测器的工作原理如下:由光源产生波长连续可调的紫外光或可见光, 经过透镜和遮光板变成两束平行光,无样品通过时,参比池和样品池通过的光强度相等,光电管输出相同,无信号产生;有样品通过时,由于样品对光的吸收,参比池和样品池通过的光强度不相等,有信号产生。根据朗伯—比尔定律,样品浓度越大,产生的信号越大,这种检测器灵敏度高,检测下限约为10-10g/ml,而且线性范围广,对温度和流速不敏感,适于进行梯度洗脱。

(3)、荧光检测器:物质的分子或原子经光照射后,有些电子被激发至较高的能级,这些电子从高能级 跃至低能级时,物质会发出比入射光波长较 长的光,这种光称为荧光。在其他条件一定的情况下,荧光强度与物质的浓度成正比。许多有机化合物具有天然荧光活性,另外,有些化合物可以利用柱后反应法或柱前反应法加入荧光化试剂,使其转化为具有荧光活性的衍生物。在紫外光激发下,荧光活性物质产生荧光,由光电倍增管转变为电信号。荧光检测器是一种选择性检测器,它适合于稠环芳烃、氨基酸、胺类、维生素、蛋白质等荧光物质的测定。这种检测器灵敏度非常高,比紫外检测器高2—3个数量级,适合于痕量分析。而且可以用于梯度洗脱。其缺点是适用范围有一定的局限性。

液—固色谱的色谱柱内填充固体吸附剂,由于不同组分具有不同的吸附能力,因此,流动相带着被测组分经过色谱柱时,各组分被分开。液—液色谱的流动相和固定相都是液体。作为固定相的液体涂在惰性担体上,流动 相与固定液不互溶。当带有被测组分的流动相进入色谱柱时,组分在两相间很快达分配平衡,由于各组分在两相间分配系数不同而彼此分离。以非极性溶液作流动相,极性物质作固定相的液—液色谱叫正相色谱;极性溶液作流动相,非极性物质作固定相的液—液色谱叫反相色谱。离子交换色谱的色谱柱内填充离子交换树脂,依靠样品离子交换能力的差别实现分离。而凝胶色谱是按试样中分子大小的不同来进行分离的。在上述四类色谱中,应用zui广泛的是液—液色谱,因此,在本节的讨论中以液—液色谱为主。高效液相色谱的基本理论和定性定量分析方法与气相色谱基本相同。高效液相色谱仪由输液系统、进样系统、分离系统、检测系统和数据处理系统组成。

高效液相色谱的输液系统包括流动相贮存器、高压泵和梯度淋洗装置。流动相贮存器为不锈钢或玻璃制成的容器,可以贮存不同的流动相。高压泵是高效液相色谱仪zui重要的部件之一。由于高效液相色谱仪所用色谱柱直径细,固定相粒度小,流动相阻力大,因此,必须借助于高压泵使流动相以较快的速度流过色谱这。高压泵需要满足以下条件:能提供150—450kg/cm2的压强;流速稳定,流量可以调节;耐腐蚀。目前所用的高压泵有机械泵和气动放大泵两种。梯度淋洗装置可以将两种或两种以上的不同极性溶剂,按一定程序连续改变组成,以达到提高分离效果,缩短分离时间的目的。它的作用与气相色谱中的程序升温装置类似。

梯度淋洗装置分为两类:一类叫外梯度装置;一类内梯度装置。外梯度装置是流动相在常压下混合,靠一台高压泵压至色谱柱;内梯度装置是先将溶剂分别增压后,再由泵按程序压入混合室,再注入色谱柱。一般高效液相色谱多采用六通阀进样。先由注射器将样品常压下注入样品环。然后切换阀门到进样位置,由高压泵输送的流动相将样品送人色谱柱。样品环的容积是固定的,因此进样重复性好。

分离系统包括色谱柱、连接管、恒温器等。色谱柱是高效液相色谱仪的心脏。它是由内部抛光的不锈钢管制成,一般长10—50cm,内径2—5mm,柱内装有固定相。液相色谱的固定相是将固定该涂在担体上而成。担体有两类:一类是表面多孔型担体;另一类是全多孔型担体。

近年来又出现了全多孔型微粒担体。这种担体检度为5—10um,是由nm级的硅胶微粒堆积而成,又叫堆积硅珠。由于颗粒小,所以柱效高,是目前zui广泛使用的一种担体。在高效液相色谱分析中,适当提高柱温可改善传质,提高桂效,缩短分析时间。因此,在分析时可以采用带有恒温加热系统的金属夹套来保持色谱拄的温度。温度可以在室温到60℃间调节。

质-质联用质谱—质谱联用 80年代初,在传统的质谱仪基础上,发展了质谱—质语(MS—MS)联用技术。它和GC—MS不同,GC—MS是依靠GC将混合物分离,然后由MS定性。而MS—MS则是依靠第-一级MS分离出特定的离子,经过碰撞活化后,再依靠第二级MS进行定性分析。质谱—质谱联用方式很多,既有磁式质谱—质谱联用,如BEB型、EBE型、BEBE型(B:磁分析器,E:静电分析器),又有四极质谱—质谱联用。无论哪种类型的联用,都采用了碰撞诱导分解(CID)技术。 质谱—质谱联用技术对于有机物结构研究是非常有用的。利用它可以进行于离子扫描、母离子扫描以及中性丢失扫描。子离子扫描可以用来研究某个 化合物的结构;母离子扫描则用以研究一组相关的化合物;而中性丢失扫描。可以在复杂的混合物中,寻找现有相同官能团的系列化合物。同时,采用MS—MS技术还可以直接进行混合有机物的分析。由第-一级MS选择复杂 混合物中的特定离子,碰撞活化后由第二级MS定性测定。另外,对于分子量大的热不稳定的化合物,可以利用场解吸—质谱—质谱(FD—MS—MS)或快原于轰击—质谱—质谱(FAB—MS—MS)联用方法,充分发挥MS—MS联用的优势

          离子色谱法是利用离子交换原理和液相色谱技术测定溶液中阴离子和阳离子的一种分析方法。离子色谱是液相色谱的一种。离子色谱是利用不同离子对固定相亲合力的差别来实现分离的。离子色谱的固定相是离子交换树脂,离子交换树脂是苯乙烯—二乙烯基苯的共聚物。树脂核外是一层可离解的无机基团,由于可离解基团的不同,离子交换树脂又分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。当流动相将样品带到分离柱时,由于样品离子对离子交换树脂的相对亲合能力不同而得到分离,由分离柱流出的各种不同离子,经检测器检测,即可得到一个个色谱峰。然后用通常的色谱定性定量方法进行定性定量分析.

离子色谱法是进行离子测定的快速、灵敏、选择性好的方法,它可以同时检测多种离子,特别是对阴离子的测定更是其他方法所不能相比的。如果说高频感应等离子光谱是同时测定多种元素的快速、准确的分析方法,那么,同时测定多种阴离子的快速、灵敏的方法便是离子色谱法了。

离子色谱自1975年问世以来,已经得到了飞快的发展,并且引起了分析工作者的广泛注意。目前,离子色谱法已经在能源、环境、冶金、电镀、半导体、水文地质等方面广泛应用,并且开始进入了与生命科学有关的分析领域。我国从80年代初期引进离子色谱仪,开始了离子色谱的应用研究工作,同时也开始了仪器的研制,目前已能生产离子色谱仪。随着离子色谱技术的发展,离于色谱仪在我国的应用将日益普及。

(1)、化学抑制型离子色谱工作原理 待测样品由流动相带入分离柱,由分离柱将不同离子分开,由检测器得色谱峰。但是,用于离子色谱的洗脱液,一般都是强电解质溶液,其电导值一般较待测离子高2—3个数量级,如果用电导检测器检测待测离子,待测离子信号将完全被洗脱液所淹没。为了解决这一问题,采取色谱法是有机物的有效分离分析方法,特别适用于进行有机物的定量分析,但定性分析比 较困难。质谱法擅长定性分析,但对复杂的有机混合物分析则无能为力。如果把二者结合起来,则能发挥两种仪器各自的优点。因此,目前所有的质谱仪都与气相色谱相连。组成气相色谱—质谱联用(GC—MS)系统。

(2)、离子交换平衡 离子色谱中使用的固定相是离子交换树脂。离子交换树脂上分布有固定的带电荷的基团和能游动的配位离子。当样品加入离子交换色谱往后,如果用适当的溶液洗脱,样品离子即与树脂上能游动的离子进行交换,并且连续进行可逆交换吸附和解吸,zui后达到吸附平衡。

 

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