第八章色谱法导论优秀PPT.ppt

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1、第八章色谱法导论第一页，本课件共有60页1、反、反-1,2-二氯乙烯二氯乙烯 2、顺、顺-1,2-二氯乙烯二氯乙烯 3、溴氯乙烷、溴氯乙烷 4、1,2-二氯乙烷二氯乙烷 5、1,4-二氟苯二氟苯 6、三氯乙烯、三氯乙烯 第二页，本课件共有60页一、色谱法概述一、色谱法概述n色谱法的发展色谱法的发展n色谱法的分类色谱法的分类n色谱法的特点色谱法的特点第三页，本课件共有60页色谱法的发展色谱法的发展1906年，俄植物学家年，俄植物学家M.Tswett分离植物色素分离植物色素物叶的色素植组成物叶的色素植组成叶绿素叶绿素a（蓝绿色）（蓝绿色）叶绿素叶绿素b（黄绿色）（黄绿色）胡萝卜素（橙色）胡萝卜素（

2、橙色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）第四页，本课件共有60页植物色素的分离植物色素的分离固定相固定相CaCO3颗粒颗粒流动相流动相石油醚石油醚 色带色带第五页，本课件共有60页植物色素的分离流动相有液流动相有液体也有气体体也有气体固定相有固固定相有固体也有液体体也有液体色谱带有有颜色的、紫色谱带有有颜色的、紫外色带、无色的外色带、无色的第六页，本课件共有60页色谱法分类色谱法分类n按流动相和固定相所处状态分按流动相和固定相所处状态分n按固定相的固定形式分按固定相的固定形式分n按分离过程机制分按分离过程机制分第七页，本课件共有60页按流动相和固定相所处状态分按流动相和固定相所处状态分n气相色谱（气

3、相色谱（GC）气液色谱气液色谱 气固色谱气固色谱n液相色谱（液相色谱（LC）液液色谱液液色谱 液固色谱液固色谱流动相气体液体方法气相色谱GC液相色谱LC固定相固体吸附剂液体固体吸附剂液体分离依据吸附分配吸附分配方法名称气固色谱气液（分配）色谱液固色谱液液色谱第八页，本课件共有60页按固定相的固定方式分按固定相的固定方式分n柱色谱柱色谱n纸色谱纸色谱n薄层色谱薄层色谱第九页，本课件共有60页按固定相按固定相的固定方式分的固定方式分n柱色谱柱色谱n纸色谱纸色谱n薄层色谱薄层色谱第十页，本课件共有60页按分离过程机制分按分离过程机制分n吸附色谱吸附色谱n分配色谱分配色谱n离子交换色谱离子交换色谱n排

4、阻色谱排阻色谱第十一页，本课件共有60页按分离过程机制分按分离过程机制分n吸附色谱吸附色谱利用吸附剂表面对不同组分吸附能力的利用吸附剂表面对不同组分吸附能力的 差异进行分离差异进行分离n分配色谱分配色谱利用不同组分在两相中分配系数差异进行分离利用不同组分在两相中分配系数差异进行分离n离子交换色谱离子交换色谱利用离子交换原理利用离子交换原理n排阻色谱排阻色谱利用多孔性物质对不同大小分子排阻的差异，进利用多孔性物质对不同大小分子排阻的差异，进行分离行分离第十二页，本课件共有60页色谱法的特点色谱法的特点n分离效能高分离效能高 可以分离可以分离100多个组分多个组分n灵敏度高灵敏度高 检测检测10-

5、1110-13g痕量痕量物质物质n分析速度快分析速度快 几分钟十几分钟一个几分钟十几分钟一个周期周期n应用范围广应用范围广 气、液、固体，几乎所有物气、液、固体，几乎所有物质质缺点：未知物的定性比较困难缺点：未知物的定性比较困难色谱法的实质是组分的分离。色谱法的实质是组分的分离。第十三页，本课件共有60页二、色谱法的分离原理二、色谱法的分离原理色谱分离过程示意图色谱分离过程示意图欲分离的欲分离的混合组分混合组分流动相第十四页，本课件共有60页n样品在固定相与流动相之间进行分配，很快达到分配平衡。样品在固定相与流动相之间进行分配，很快达到分配平衡。n当流动相流过时，样品将在流动相和当流动相流过时

6、，样品将在流动相和新新的固定相中又达到分的固定相中又达到分配平衡配平衡n同时原来同时原来仍在固定相中的样品仍在固定相中的样品与与新新的流动相之间也会形成新的分的流动相之间也会形成新的分配平衡。配平衡。n随着流动相的不断流过，它们携带分配平衡后的样品，沿着柱子随着流动相的不断流过，它们携带分配平衡后的样品，沿着柱子向前流动。向前流动。在流动相中分配多的在流动相中分配多的A组分在前，在固定相中分配多的组分在前，在固定相中分配多的B组分在后。组分在后。从而分离。从而分离。分离的组分在柱中是一个组分段，所以出一个峰。分离的组分在柱中是一个组分段，所以出一个峰。色谱分离原理：色谱分离原理：第十五页，本课

7、件共有60页分配系数：分配系数：分配比：分配比：（容量因子，容量比）（容量因子，容量比）cs：组分在固定相中的浓度，：组分在固定相中的浓度，cm：组分在流动相中的浓度：组分在流动相中的浓度p：组分在固定相中的质量，：组分在固定相中的质量，q：组分在流动相中的质量：组分在流动相中的质量Vm：色谱柱固定相体积，：色谱柱固定相体积，Vs：色谱柱流动相体积：色谱柱流动相体积第十六页，本课件共有60页三、色谱图及常用术语三、色谱图及常用术语 色谱图：色谱图：试样各组分经色谱分离后，从柱后流试样各组分经色谱分离后，从柱后流出进入检测器，检测器将各组分浓度（或质量）出进入检测器，检测器将各组分浓度（或质量）

8、的变化转换为电信号（电压或电流），再由记的变化转换为电信号（电压或电流），再由记录仪记录下来，所得的电信号强度随时间变化录仪记录下来，所得的电信号强度随时间变化的曲线，即为流出曲线，也称为色谱图，或者的曲线，即为流出曲线，也称为色谱图，或者叫作色谱峰。叫作色谱峰。第十七页，本课件共有60页色谱图色谱图基线基线第十八页，本课件共有60页常用术语常用术语n基线：基线：柱中只有流动相流过时，检测器的响应信柱中只有流动相流过时，检测器的响应信号记录值号记录值n峰高峰高h：色谱峰顶点与基线的垂直距离色谱峰顶点与基线的垂直距离n区域宽度区域宽度 峰底宽：峰底宽：Wb 半峰宽：半峰宽：1/2h处的峰宽，处的

9、峰宽，W1/2 标准偏差：标准偏差：0.607h处的峰宽为处的峰宽为2 峰面积：对称峰峰面积：对称峰 A=1.065hW1/2第十九页，本课件共有60页常用术语常用术语n保留值：保留值：表示试样中各组分在色谱柱内停留状表示试样中各组分在色谱柱内停留状况的一个指标，反映了组分分子与固定相分子况的一个指标，反映了组分分子与固定相分子间作用力的大小，通常用时间或载气体积来表间作用力的大小，通常用时间或载气体积来表示示 用时间表示的保留值用时间表示的保留值 用体积表示的保留值用体积表示的保留值第二十页，本课件共有60页用时间表示的保留值用时间表示的保留值(单位：单位：min，s等）等）n死时间（死时间

10、（tM）不被固定相保留的组分，从进样到出现最大峰所需的时间，不被固定相保留的组分，从进样到出现最大峰所需的时间，也即流动相流经色谱柱所需的时间也即流动相流经色谱柱所需的时间n保留时间（保留时间（tR）试样从进样到出现最大峰所需的时间试样从进样到出现最大峰所需的时间n调整保留时间（调整保留时间（tR）tR=tR-tM L-柱长度，柱长度，u流动线速度流动线速度第二十一页，本课件共有60页用体积表示的保留值用体积表示的保留值(单位：单位：mL）n死体积（死体积（vM）不被固定相保留的组分，通过色谱柱所消耗的流动相体积，不被固定相保留的组分，通过色谱柱所消耗的流动相体积，可由死时间确定可由死时间确定

11、n保留体积（保留体积（vR）试样从进样到出现最大峰所通过的流动相体积试样从进样到出现最大峰所通过的流动相体积n调整保留体积（调整保留体积（vR）vR=vR-vM第二十二页，本课件共有60页相对保留值（相对保留值（）也称为也称为选择性选择性因子，因子，为两组分的调整保留值之比为两组分的调整保留值之比 一般我们选择一般我们选择tR2大于大于tR1，所以，所以 值一般大于值一般大于1，越大，分离效果越好。越大，分离效果越好。与柱温、组分性质、固定相流动性性质有关，与柱长、柱径、填充、与柱温、组分性质、固定相流动性性质有关，与柱长、柱径、填充、流动相流速无关流动相流速无关第二十三页，本课件共有60页由

12、色谱图得出的结论由色谱图得出的结论n色谱峰的个数色谱峰的个数判断组分的个数判断组分的个数n色谱峰的保留值色谱峰的保留值定性分析定性分析n色谱峰的面积或峰高色谱峰的面积或峰高定量分析定量分析n相对保留值相对保留值 固定相与流动相的选择是否合适固定相与流动相的选择是否合适n保留值、区域宽度保留值、区域宽度评价色谱柱分离效能的评价色谱柱分离效能的好坏好坏第二十四页，本课件共有60页四、色谱法基本理论四、色谱法基本理论a、A,B组分未分离组分未分离b、A,B组分分离不完全组分分离不完全c、A,B组分分离完全组分分离完全第二十五页，本课件共有60页n两组分的分配系数有差异两组分的分配系数有差异n区域扩散

13、速率小于区域分离速率区域扩散速率小于区域分离速率受哪些因素影响？受哪些因素影响？塔板理论塔板理论速率理论速率理论第二十六页，本课件共有60页塔板理论塔板理论塔板理论的假设：塔板理论的假设：1 1、色谱由一系列连续的，相等的水平塔板组成，每一塔、色谱由一系列连续的，相等的水平塔板组成，每一塔板高度为板高度为H H，理论塔板数，理论塔板数n=L/H2 2、在柱内一小段、在柱内一小段H H内，组分可在两相间迅速达到平衡内，组分可在两相间迅速达到平衡3 3、流动相进入是间歇的，而非连续，每次进入为一个塔板、流动相进入是间歇的，而非连续，每次进入为一个塔板体积体积4 4、所有组分纵向扩散不计、所有组分纵

14、向扩散不计5 5、分配系数、分配系数K K恒定不变恒定不变第二十七页，本课件共有60页塔板理论的结论：塔板理论的结论：n理论塔板数理论塔板数n大于大于50，可得到峰形基本对称的曲线，可得到峰形基本对称的曲线n只要被分离组分分配系数只要被分离组分分配系数K有差异，只要有差异，只要n足够大，均可进行足够大，均可进行分离分离nn与半峰宽及峰底宽的关系与半峰宽及峰底宽的关系如果若如果若tR一定，那么一定，那么n越越大，大，H越小，则色谱峰越越小，则色谱峰越窄，柱效能越高。窄，柱效能越高。第二十八页，本课件共有60页塔板理论的优点及局限性：塔板理论的优点及局限性：n优点：优点：提出了计算和评价柱效能高低

15、的因素，而且很直提出了计算和评价柱效能高低的因素，而且很直观观n缺点：缺点：1、纵向扩散不能忽略纵向扩散不能忽略 2、分配系数与浓度无关只能在有限分配系数与浓度无关只能在有限 的浓度范围内成立的浓度范围内成立 3、色谱柱中没有真正的平衡体系色谱柱中没有真正的平衡体系第二十九页，本课件共有60页塔板理论解决的问题：塔板理论解决的问题：解释流出曲线的形状（正态分布）、浓度解释流出曲线的形状（正态分布）、浓度极大位置、评价柱效的公式极大位置、评价柱效的公式。不能解释：不能解释：影响塔板高度的因素、不同流速下塔板高影响塔板高度的因素、不同流速下塔板高度为何不同。度为何不同。影响柱效的本质问题影响柱效的

16、本质问题第三十页，本课件共有60页n n越大，越大，H越小，柱效越高。越小，柱效越高。n 但是但是n越大只是说明在色谱柱中组分分配次数更越大只是说明在色谱柱中组分分配次数更多，但是不能确定能否组分是否能分开。多，但是不能确定能否组分是否能分开。n 决定组分分开的因素是组分的分配系数差别。决定组分分开的因素是组分的分配系数差别。n 柱效只是说明柱分离效能发挥的程度。柱效只是说明柱分离效能发挥的程度。为了弥补以上理论不足，发展了速率理论。为了弥补以上理论不足，发展了速率理论。第三十一页，本课件共有60页速率理论速率理论n1956年年 荷兰荷兰 范弟姆特范弟姆特 速率理论速率理论A：涡流扩散项系数，

17、：涡流扩散项系数，B：分子扩散项系数，：分子扩散项系数，C：传质项系数，：传质项系数，：平均线速：平均线速A，B，C越小，越小，H越小，越小，n越大，柱效高越大，柱效高A，B，C越大，越大，H越大，越大，n越小，柱效低越小，柱效低第三十二页，本课件共有60页A-涡流扩散项涡流扩散项n起因起因 由于流动相流经填充物的不规则空隙时，其流动方向改变，由于流动相流经填充物的不规则空隙时，其流动方向改变，形成紊乱的类似形成紊乱的类似“涡流涡流”的流动而引起的流动而引起涡流扩散过程示意图涡流扩散过程示意图：填充不规则因子，：填充不规则因子，d dp p：填充物平均直径：填充物平均直径n结论结论 dp越小（

18、采用小颗粒填充物），越小（采用小颗粒填充物），越小（颗粒均匀），越小（颗粒均匀），A就越小就越小第三十三页，本课件共有60页B/-分子扩散项（纵向扩散项）分子扩散项（纵向扩散项）n起因：起因：样品在纵向上的浓度梯度而造成的扩散样品在纵向上的浓度梯度而造成的扩散：弯曲因子，与填充物有关，即由于填充物中固定相颗粒的存弯曲因子，与填充物有关，即由于填充物中固定相颗粒的存在，使分子自由扩散受到阻碍，扩散程度降低在，使分子自由扩散受到阻碍，扩散程度降低Dg：组分分子在其气相中的扩散系数，组分分子量大，组分分子在其气相中的扩散系数，组分分子量大，Dg小；柱小；柱温高温高，Dg大；柱压大，大；柱压大，Dg小

19、；载气分子量大，小；载气分子量大，Dg小小：流动相平均线速流动相平均线速n结论：结论：采用分子量较大的载气，较高的载气流速，控制较低的温度，采用分子量较大的载气，较高的载气流速，控制较低的温度，可使分子扩散项系数减小可使分子扩散项系数减小第三十四页，本课件共有60页C-传质阻力项传质阻力项n起因：起因：物质系统由于浓度不均匀而发生的物质迁移过程中存在物质系统由于浓度不均匀而发生的物质迁移过程中存在的阻力的阻力Cg：气相传质阻力项系数气相传质阻力项系数Cl：液相传质阻力项系数液相传质阻力项系数第三十五页，本课件共有60页Cg：气相传质阻力项系数，即为气相传质过程中，待测试样组气相传质阻力项系数，

20、即为气相传质过程中，待测试样组分从气相移动到固定相表面的过程中进行分配时，因分配缓慢分从气相移动到固定相表面的过程中进行分配时，因分配缓慢而引起色谱峰的扩张而引起色谱峰的扩张k：容量因子，：容量因子，dp：填充物平均直径，：填充物平均直径，Dg：组分在气相中的扩散系数：组分在气相中的扩散系数n结论：结论：采用颗粒小的填充物，及分子量小的载气采用颗粒小的填充物，及分子量小的载气第三十六页，本课件共有60页Cl：液相传质阻力项系数，由组分分子从气液界面扩散至液相传质阻力项系数，由组分分子从气液界面扩散至固定液内，达到平衡后再返回气液两相界面的传质过程中固定液内，达到平衡后再返回气液两相界面的传质过

21、程中存在的阻力存在的阻力k：容量因子，：容量因子，df：固定液液膜厚度，：固定液液膜厚度，Dl：组分在液相中的扩散系数：组分在液相中的扩散系数n结论：结论：降低液膜厚度降低液膜厚度第三十七页，本课件共有60页范氏方程范氏方程总的影响因素：总的影响因素：填充物的均匀程度，填充物粒度的大小，填充物的均匀程度，填充物粒度的大小，流动相的种类和线速，固定相的液膜厚度流动相的种类和线速，固定相的液膜厚度第三十八页，本课件共有60页n柱效：柱效：色谱分离的动力学因素，由理论塔板数来色谱分离的动力学因素，由理论塔板数来衡量。如果若衡量。如果若tR一定，那么一定，那么n越大，越大，H越小，则色谱越小，则色谱峰

22、越窄，柱效能越高。峰越窄，柱效能越高。n选择性：选择性：两峰间的距离衡量色谱的选择性，距离越两峰间的距离衡量色谱的选择性，距离越大选择性越好，一般以大选择性越好，一般以 表示表示五、分离度五、分离度第三十九页，本课件共有60页(a)、两组分没有完全分离、两组分没有完全分离(b)、两组分完全分离，但柱效不高、两组分完全分离，但柱效不高(c)、两组分分离不完全，但柱效较好、两组分分离不完全，但柱效较好(d)、两组分分离完全，且柱效很好、两组分分离完全，且柱效很好第四十页，本课件共有60页分离度（分辨率，分辨度）分离度（分辨率，分辨度）分离度：分离度：色谱峰中相邻两峰分离程度的量度，是相邻色谱峰中相

23、邻两峰分离程度的量度，是相邻两峰保留值之差与两峰峰底宽的平均值之比。两峰保留值之差与两峰峰底宽的平均值之比。若峰底宽难测量时，以半峰宽计，并认为半峰宽为峰若峰底宽难测量时，以半峰宽计，并认为半峰宽为峰底宽的一半，底宽的一半，Wb=W1/2第四十一页，本课件共有60页Rs1.5，两峰完全分离，两峰完全分离第四十二页，本课件共有60页分离度公式分离度公式1、n理论塔板数，理论塔板数，n越大，越大，Rs越大越大n=L/H，降低塔板高度，降低塔板高度H来增加塔板数来增加塔板数2、kB容量因子，容量因子，kB增大也可使增大也可使Rs增大增大3、相对保留值，相对保留值，1才可进行分离，才可进行分离，=1不

24、能分离不能分离第四十三页，本课件共有60页六、色谱的定性分析和定量分析六、色谱的定性分析和定量分析n定性分析定性分析n定量分析定量分析第四十四页，本课件共有60页定性分析定性分析n利用纯物质进行对照利用纯物质进行对照n相对保留值法相对保留值法n已知物的峰高加入法已知物的峰高加入法n保留指数定性法保留指数定性法 与其他方法结合与其他方法结合第四十五页，本课件共有60页利用纯物质进行对照利用纯物质进行对照第四十六页，本课件共有60页相对保留值法相对保留值法 分别测出待测组分物质分别测出待测组分物质i与基准物质与基准物质s 的调整的调整保留值，求出相对保留值保留值，求出相对保留值 is，由求出的，由

25、求出的 is与文与文献值比较后进行定性献值比较后进行定性第四十七页，本课件共有60页已知物的峰高加入法已知物的峰高加入法n首先作出未知物样品的首先作出未知物样品的色谱图色谱图n然后在未知物样品中加入某然后在未知物样品中加入某已知物已知物，又得，又得一一色谱图色谱图n峰高增加的组分峰高增加的组分即可能为这种组分。即可能为这种组分。第四十八页，本课件共有60页保留指数定性法（柯瓦指数保留指数定性法（柯瓦指数）1、规定正构烷烃的保留指数为其碳原子数乘以、规定正构烷烃的保留指数为其碳原子数乘以100，如正戊烷，正，如正戊烷，正己烷、正庚烷的保留值分别为己烷、正庚烷的保留值分别为500，600和和700

26、2、z，z+1为正构烷烃的碳数，测得碳数为为正构烷烃的碳数，测得碳数为z，z+1以及样品以及样品i的的调整保留时间分别为调整保留时间分别为tR(z)，tR(z+1)，tR(i)，且，且tR(z)tR(i)tR(z+1)，那么，那么Ix 为组分的柯瓦指数为组分的柯瓦指数3、由求出的、由求出的Ix 值查阅文献，推测未知物到底为何物值查阅文献，推测未知物到底为何物第四十九页，本课件共有60页 与其它方法结合进行定性与其它方法结合进行定性a、与质谱、红外、核磁的结合鉴别、与质谱、红外、核磁的结合鉴别b、与化学法结合，某些基团发生反应后，峰消失，、与化学法结合，某些基团发生反应后，峰消失，据此初步判定试

27、样含有那些基团。可用预装柱。据此初步判定试样含有那些基团。可用预装柱。c、用不同检测器大致鉴别：氢火焰检测器对有机物灵、用不同检测器大致鉴别：氢火焰检测器对有机物灵敏，电子捕获器对卤素、氧氮灵敏。根据信号的灵敏，电子捕获器对卤素、氧氮灵敏。根据信号的灵敏程度可以大致判断化合物类型。敏程度可以大致判断化合物类型。第五十页，本课件共有60页定量分析定量分析n定量分析基础：定量分析基础：待测组分的质量或浓度与色谱峰待测组分的质量或浓度与色谱峰的峰面积或峰高成正比的峰面积或峰高成正比第五十一页，本课件共有60页响应信号的测量响应信号的测量n峰面积峰面积 峰高乘以半峰宽法峰高乘以半峰宽法 （适于对称峰）

28、（适于对称峰）A=1.065hW1/2 峰高乘以平均峰宽法峰高乘以平均峰宽法（适于不对称峰）（适于不对称峰）A=1/2h(W0.15+W0.85)剪纸称重法剪纸称重法 自动积分仪法自动积分仪法n峰高测量法峰高测量法n峰高乘以峰底宽法峰高乘以峰底宽法 n A=hW(适于低而宽的峰适于低而宽的峰)第五十二页，本课件共有60页校正因子校正因子n绝对校正因子绝对校正因子n相对校正因子相对校正因子第五十三页，本课件共有60页n相对校正因子：相对校正因子：组分组分i与标准物质与标准物质 s的绝对校正因的绝对校正因子之比子之比面积校正因子面积校正因子峰高校正因子峰高校正因子第五十四页，本课件共有60页定量方

29、法定量方法n归一化法归一化法(适于适于全部组分出峰全部组分出峰）n内标法内标法(不要求全部组分出峰）不要求全部组分出峰）n内标标准法内标标准法（不要求校正因子）（不要求校正因子）n外标法（标准曲线法）外标法（标准曲线法）第五十五页，本课件共有60页归一化法归一化法优点：优点：简单、准确、受操作条件影响小简单、准确、受操作条件影响小缺点：缺点：样品中组分必须全部都有可测量的色谱峰；测样品中组分必须全部都有可测量的色谱峰；测量低含量或微量物质时误差较大量低含量或微量物质时误差较大m为待测物质质量，为待测物质质量，wi为组分为组分i在试样总量中所占的比例在试样总量中所占的比例第五十六页，本课件共有6

30、0页内标法内标法n将一定量的纯物质作为内标物加入到准确称量的试样将一定量的纯物质作为内标物加入到准确称量的试样中，根据试样和内标物的质量以及被测组分和内标物中，根据试样和内标物的质量以及被测组分和内标物的峰面积或峰高求出组分的含量的峰面积或峰高求出组分的含量m为待测物质质量，为待测物质质量，wi为组分为组分i在试样总量中所占的比例在试样总量中所占的比例第五十七页，本课件共有60页内标物要求：内标物要求：n试样中不存在试样中不存在n性质与被测物相近，能完全溶于样品中，但不性质与被测物相近，能完全溶于样品中，但不与样品反应与样品反应n内标物的峰与试样各组分的峰完全分开，内标物的峰与试样各组分的峰完

31、全分开，且尽可能与待测组分峰接近且尽可能与待测组分峰接近n内标物质量与被测物质量相近内标物质量与被测物质量相近第五十八页，本课件共有60页内标法优缺点：内标法优缺点：优点：优点：消除外界条件不一致所引起的误差，适合消除外界条件不一致所引起的误差，适合于低含量组分的测定于低含量组分的测定缺点：缺点：增加了内标物，对分离度的要求更高增加了内标物，对分离度的要求更高第五十九页，本课件共有60页外标法（标准曲线法）外标法（标准曲线法）优点：优点：操作简单，计算方便，不需校正因子，操作简单，计算方便，不需校正因子，适合于定量分析适合于定量分析缺点：缺点：对操作的一致性和进样的准确性要求很高对操作的一致性和进样的准确性要求很高第六十页，本课件共有60页