2009年7月21日 星期二

有機化學的基礎84探測器Detectors


1.       要有效率地進行層析分離,那就必須知道什麼時候某一種化合物會從管柱中洗析出來。為了達到這個目的,一個管柱液體色層分析儀器,通常會再配備一個探測器;探測器,能精確地反應出,洗析溶劑加入一種化合物所產生物理變化。


2.       一種非常有用的層析探測器是,「折射率偵檢器refractive index detector」,它可以偵測幾乎所有化合物,所以又稱為通用偵測器 universal detector


3.       折射率偵檢器,操作的基本原理是,不同的物質有不同的折射率


4.       當一個光束從一種介質到另一種介質,光束偏折的程度,與這兩種介質各自不同的折射率有關。


5.       一個溶液(溶劑與溶質)的折射率與純粹溶劑的折射率不同,也因此從色層分析管柱流出來的洗析液(包括溶劑與溶解的物質),它的折射率會與原始的溶劑不同。


6.       在「折射率偵檢器refractive index detector」,光線通過一個被劃分成二個隔間的空間,這二個隔間,其中一個裝有溶劑與樣品(溶質)的液體,另一個只裝溶劑。光線通過這個隔間的時候,會根據這二種溶液的不同反射率而產生偏折。


7.       光線路徑的改變如何偵查?透過比較另一端接收光線的光電池板,所感應到的光線位置;透過這個方法,可以“看到”樣品合時出現。


8.       當二個隔間的溶液都一樣的時,光線落在光電池板的位置一樣,也就是光線不會偏折。如果有一個隔間出現不一樣的東西,光線偏折,落在光電池板的位置就會改變。


9.       液體,從管柱色層分析器,不斷流到折射率偵檢器,折射率偵檢器的光束也持續偵測液體的折射率,如果折射率突然改變,就代表液體出現新加入的化合物。


10.   折射率偵檢器所得到的資料,逐一繪圖紀錄、整合成一組數線,從數線可以看出,不同容量的洗析液流經管柱的變化,或不同洗析時間的變化。


11.   這些數線圖,稱為「層析圖chromatogram」,混合物的任何一種成分化合物,從管柱流入折射率偵檢器,就會產生一個波段高峰。


12.   大部分商業用的「高壓液體色層分析HPLCs」都有配備「折射率偵檢器」和自動紀錄裝置,可以追蹤層析分離出每種化合物的發生時間,劃出「層析圖chromatogram」。


13.   如果「折射率偵檢器」,對每種化合物紀錄的份量(面積),和每種化合物在洗析液的份量(質量、體積),比例一致,那麼原始混合物每種成分的比例,就可以從層析圖每段波鋒的面積判斷出來。


14.   舉例來說,一個「層析圖chromatogram」裡,三種化合物ABC所造成的三段波峰,面積比例大約是413。由於波鋒BC並不完全分開(),使得這BC二種化合物的比例,沒有辦法精確地判斷出來。


注:B化合物出現不久,隨即出現C化合物,中間沒有明顯的間隔。


15.   混合物的一種成分,完全與另一個成分分隔開來,稱為「基準線分離baseline separation」。


16.   我們也可使用其他物理性質的變化,來偵測是否有化合物出現在洗析液裡頭。商業上常用的色層檢偵器可分為好幾種,像是紫外線吸收ultraviolet absorption、發射螢光fluorescence、電化學傳輸electrochemical conduction,這些方式都能標示化合物何時出現。


17.   不管我們是用什麼樣的物理性質來測量,這些「折射率偵檢器」都是用來指出,洗析液的成分什麼時候開始改變。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry)


徐弘毅:


1.       檢查洗析溶液是不是出現新物質,採用的辦法1.比較的概念2.折射原理


2.       首先,把純粹的溶劑當作比較的標準;相比之下一模一樣的溶液,就是沒有參入任何雜質的溶劑,其中沒有任何化合物;相比之下感覺不一樣的溶液,就是有雜質加入溶劑裡面了,也就是有化合物在裡頭。


3.       有了比較的標準,還需要好的方法技術來執行,譬如,用目測的方法就很不準,測量溫度也沒用。到底什麼技術方法好呢?


4.       我們要比較的東西是分子,所以,要從分子的世界去想它的差異性。分子有很多性質,像是:質量、結構、體積、沸點、熔點,哪部分的差異比較有獨特性呢?


5.       就質量來說,不同類的分子,質量差不多的機會很大,所以質量不是好的衡量標準。就體積來說,同類的分子,有可能因為鍊狀、環狀結構不同,而體積差很多,這也不是好的衡量標準。


6.       沸點、熔點是蠻可以參考的標準,問題是執行太費事,難道要把每秒鐘收集的液體都拿來煮沸、冷凍結冰看看?不切實際。


7.       目前看起來,測量結構是比較容易的;要測量分子的結構,必須用比分子還要小的顆粒,像是光子、無線電波等等。


8.       因為我們不需要精準的分子結構圖,只要能夠分辨,跟溶劑分子不一樣的東西出現就可以了,所以,最經濟實惠的辦法是用光線,從「光線」撞到「溶劑分子」或「化合物分子」,而轉彎偏折的角度,判斷是不是有新東西出現。


9.       為什麼「層析圖」的波鋒面積,可以預測各種化合物在混合物中占的比例


10.   「層析圖」的波鋒紀錄的就是,管柱洗析出某種化合物的時間有多久,在管柱的溶劑固定、過濾用的黏土固定、壓力和地心引力都固定的情況下,影響洗析時間的因素只有化合物的份量而已。


11.   化合物份量愈多,洗析的時間愈長,這就好像沙漏的沙愈多,要漏光所需的時間愈長一樣。


12.   所以,如果「層析圖」的每個化合物的波鋒,都清楚完整,那麼,我們就可從波鋒面積,推測出每種成分化合物占混合物的比例是多少。

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