《色譜法分析法 》PPT課件.pptVIP

第十二章 色譜法分析法,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 氣相色譜理論基礎(chǔ) 第三節(jié) 氣相色譜法 第四節(jié) 高效液相色譜法 第五節(jié) 色譜分離方式的選擇,第一節(jié) 概 述,色譜法（Chromatography）是一種分離分析方法，是目前科研和生產(chǎn)分析中廣泛采用的一種重要工具。一句話，色譜法非常有用，必須掌握。 一、色譜法簡介 色譜法是1901年由俄國植物學(xué)家茨維特（Tswett)）提出，最初的認識是在于它的分離價值，用于分離植物中的色素等有色物質(zhì)?，F(xiàn)代的色譜方法，不再局限于有色物質(zhì)，也大量用于分離無色物質(zhì)。,俄國植物學(xué)家茨維特使用的裝置：色譜原型裝置如圖，用來分離植物葉片中的色素。 管子中的填充物，固定不動，稱為固定相（碳酸鈣）； 將色素提取物置于管子上端，靠重力往下流，同時用石油醚淋洗；石油醚稱為流動相（攜帶試樣混合物流過固定相）。 管子及填充物可以稱為色譜柱。 色譜三元素！,葉綠素A,葉黃素,胡蘿卜素,色譜分離原理： 當(dāng)流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時，混合物中與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強弱不同，隨著流動相的移動，混合物在兩相間經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡，使得各組分在固定相中停留的時間不同，從而按一定次序由固定相中流出。與適當(dāng)?shù)闹髾z測方法結(jié)合，實現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測。 兩相及兩相的相對運動構(gòu)成了色譜法的基礎(chǔ)。,這種借在兩相間分配原理而使混合物中各組分分離的技術(shù)，稱為色譜分離技術(shù)或色譜法。 二、色譜法分類 1、按兩相物理狀態(tài)分類 氣相色譜（氣體作流動相），氣固色譜、氣液色譜 液相色譜（液體作流動相），液固色譜、液液色譜,流動相狀態(tài),固定相狀態(tài),2、按固定相的形式分類 柱色譜：固定相裝在色譜柱中，分：填充柱色譜和毛細管色譜。 紙色譜：以多孔濾紙為載體，以吸附在濾紙上的水為固定相 薄層色譜：以涂漬在玻璃板或塑料板上的吸附劑粉末制成薄層作固定相,3、按分離過程中物理化學(xué)原理分類 吸附色譜：吸附劑表面對不同組分的物理吸附性能差異 分配色譜：不同 組分在兩相中有不同的分配系數(shù) 離子交換色譜：利用離子交換原理 排阻色譜：利用多孔性物質(zhì)對 不同大小分子的排阻作用 按其它原理：凝膠色譜 超臨界流體色譜 高效毛細管電泳,三、色譜法的特點 （1）分離效率高 復(fù)雜混合物，有機同系物、異構(gòu)體。手性異構(gòu)體。 （2） 靈敏度高 可以檢測出10-610-9g的物質(zhì)。 （3） 分析速度快 一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個試樣的分析。 （4） 應(yīng)用范圍廣 幾乎所有的化學(xué)物質(zhì)。 不足之處： 被分離組分（未知物）的定性較為困難。,三、氣相色譜分離過程及有關(guān)術(shù)語 1、氣相色譜分離過程,2、氣相色譜常用術(shù)語,色譜圖（色譜流出曲線） 試樣中的各組分經(jīng)色譜柱分離后，隨載氣依次進入檢測器，檢測器將各組分濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號，在記錄儀上記錄為檢測器響應(yīng)隨時間的變化的微分曲線，稱為色譜流出曲線。,（1）色譜峰 組分從色譜柱流出，檢測器對該組分的響應(yīng)信號隨時間變化所形成的峰形曲線。,特點：當(dāng)進樣少，組分濃度低時，呈高斯分布,（2）基線 在正常操作條件下，僅用載氣通過色譜柱時，檢測器響應(yīng)信號隨時間變化的曲線稱為基線。,特點：穩(wěn)定的基線應(yīng)為平行于橫軸的直線。,Base line,（3）色譜峰高 色譜峰頂點到基線的垂直距離（高度）稱為色譜峰高。,（4）色譜峰的區(qū)域?qū)挾?色譜峰的區(qū)域?qū)挾仁墙M分在色譜柱中譜帶擴張的函數(shù)，可以反映色譜柱的分離效能。在能夠?qū)⒔M分分開的情況小，峰的區(qū)域?qū)挾仍秸胶谩?度量色譜峰的區(qū)域?qū)挾韧ǔＳ腥N方法： （i）標(biāo)準偏差：它是0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半(EF/2),E,F,（ii）半高峰寬W1/2：峰高一半處對應(yīng)的色譜峰寬(GH) W1/22.354,（iii）色譜峰底寬Wb：色譜峰兩側(cè)拐點作切線與基線交點間的距離(IJ)。 Wb4,（5）保留值 試樣各組分在色譜柱中保留行為的量度。 它反映了組分與固定相之間相互作用的大小,（i）保留時間tR：試樣從進樣開始到柱后出現(xiàn)峰極大值所需的時間。相應(yīng)于試樣到達柱末端的檢測器所需的時間。,（ii）死時間t0：不被固定相保留（吸附或溶解）的氣體的組分（如空氣和甲烷）從進樣到色譜圖上出現(xiàn)峰最大值所需的時間。,t0,（iii）調(diào)整保留時間tR： 扣除死時間后的保留時間 tRtRt0 (iv)保留體積 VR：指從進樣到出現(xiàn)某組分的色譜峰最大值時所通過載氣的體積。 若色譜柱出口處載氣的流量為F0（ml/min），則 VRtRF0 （v）死體積V0：死時間內(nèi)通過色譜柱載氣的體積 V0tMF0 V0：實際上是色譜柱內(nèi)載氣所占的體積。,（vi）調(diào)整保留體積VR： VRVRV0 （vii）相對保留值2.1：在相同操作條件下，兩組分的調(diào)整保留值之比。,討論： 2.1只與柱溫及固定相的性質(zhì)有關(guān)，而與柱徑、柱長、填充情況及流動相流速無關(guān)。色譜法中，特別是氣相色譜法中，廣泛使用的定性數(shù)據(jù)； 2.1是調(diào)整保留值之比，而不是保留值之比； 可表示色譜柱的選擇性， 2.1越大，兩組分的tR值相差越大，越易分離；當(dāng)2.11時，重疊。 保留值又是色譜分離過程熱力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)；,從色譜流出曲線，可以得到許多重要信息（P211） （1）色譜峰數(shù)目可以判斷試樣中所含組分的最少個數(shù)。 （2）色譜峰保留值（或位置）可以進行定性分析。 （3）色譜峰下的面積或峰高可以進行定量分析。 （4）色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾仁窃u價色譜柱 分離效能的依據(jù)。 （5）色譜峰兩峰間的距離是評價固定相和流動相 選擇是否合適的依據(jù)。,第二節(jié) 氣相色譜理論基礎(chǔ),色譜分離原理 色譜法實質(zhì)是一種物理化學(xué)的分離方法。它是根據(jù)混合物各組分在互不相溶的兩相固定相和流動相中具有不同的吸附能力、分配系數(shù)或其它親和作用的性質(zhì)作為分離依據(jù)，當(dāng)兩相作相對運動時，組分在兩相中反復(fù)多次分配，這樣就使得那些吸附能力或分配系數(shù)只有微小差別的物質(zhì)，在移動速度上產(chǎn)生了較大差別，從而達到完全分離。,色譜是一種分離技術(shù)，要把復(fù)雜的試樣中各個組分分開為目的！,如某A、B兩個組分的試樣,要使兩組分完全分開，必須滿足 （1）相鄰兩個組分分開的距離要明顯，也就是說兩個組分的保留值要有明顯的區(qū)別。 （2）色譜峰的區(qū)域?qū)挾龋阂?。區(qū)域擴寬的速率應(yīng)小于區(qū)域分離的速率，,作為一個色譜理論，應(yīng)研究這兩個方面： （1）組分在柱中移動的速率； （2）組分在移動過程中區(qū)域變寬的程度及其影響因素。,一、塔板理論（plate theory) （以氣液色譜為例） 1。分配平衡：塔板理論又稱平衡理論，也就是說色譜過程可以看成是組分在流動相和固定相之間的分配平衡過程。 Amobile Astationary （1）分配系數(shù)K：在一定溫度、壓力下，組分在兩相間分配達到平衡時的濃度比，稱為分配系數(shù)，用K表示，即：,分配系數(shù) 一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，即在液相中的濃度大（在液相中停留的時間長），出峰越慢； 試樣一定時，K主要取決于固定相性質(zhì)，選擇適宜的固定相可改善分離效果； 每個組份在各種固定相上的分配系數(shù)K不同，試樣中的各組分具有不同的K值是色譜分離的基礎(chǔ)； 某組分的K = 0時，即不被固定相保留，最先流出。,（2）分配比k：在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相中的質(zhì)量之比，稱為分配比，用k表示，即：,分配比k和分配系數(shù)K之間的關(guān)系：,其中：l：液相；g：氣相；m：質(zhì)量；C：濃度；V：體積,討論： 影響因素：柱溫、柱壓； K與V無關(guān)，而k與固定液的體積又關(guān)（Vl) ； 分配比k越大，組分在固定液中的量越多，相當(dāng)于柱的容量越大，故k又稱容量因子； 與保留值的關(guān)系; 當(dāng)某一組分的色譜峰最高點出現(xiàn)時，說明該組分恰好有一半的量洗脫在的流動相中剛好流出柱子（體積VR），其余一半則留在柱內(nèi)，即留在柱內(nèi)的流動相（體積為Vg）和固定相（體積為Vl）中，根據(jù)物料等衡原理：,調(diào)整保留體積VR與分配系數(shù)成正比。是色譜過程的基本方程，將反映色譜行為的保留值（VR、V0、VR）與反映物質(zhì)性質(zhì)的熱力學(xué)常數(shù)K聯(lián)系起來。,容量因子k是調(diào)整保留時間和死時間之比，即表示溶質(zhì)分子花費在固定相中的時間比在流動相中長多少倍。 某組分的k越大，保留時間越長，反之亦然。,（3）色譜基本保留方程（氣液色譜）：,色譜柱確定后，Vg和Vl即為定值，分配系數(shù)K不同的組分保留值不同，因而在色譜圖上有不同位置的色譜峰。,2。塔板理論（plate theory) ： （1）塔板模型：將色譜柱假想為一個精餾塔，色譜柱中的固定相形象化為一系列連續(xù)的、相等體積的塔板。每一塊塔板的高度稱理論塔板高度H（板高）。,精餾塔模型,將色譜分離過程比作蒸餾過程，直接引用處理蒸餾過程的概念、理論和方法來處理色譜過程，即將連續(xù)的色譜過程看作是許多小段平衡過程的重復(fù)。,（2）塔板理論的假設(shè)： （i）在每一塊塔板上被分離組分在兩相（氣液）間很快達到平衡，然后隨載氣一個塔板一個塔板的方式向前移動。 對于一根柱長為L的色譜柱，則組分在柱中達到平衡的次數(shù)n為： n=L/H n稱為理論塔板數(shù)，H為每一塊塔板的高度。與精餾塔一樣，色譜柱的柱效隨理論塔板數(shù)n的增加而增加，隨板高H的增大而減小;,（ii）載氣（流動相）進入色譜柱，不是連續(xù)的而是脈動式的，每次進氣為一個塔板體積； （iii）試樣開始時都加在第0號塔板上，且試樣沿色譜柱方向的擴散（縱向擴散）可忽略不計； （iv）分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。,（3）塔板理論的內(nèi)容： （i） 當(dāng)組分在柱中的平衡次數(shù)，即理論塔板數(shù)n50時，可得到基本對稱的峰形曲線。對于氣相色譜，n約為103106，流出曲線趨近正態(tài)分布曲線。 （ii）試樣進入色譜柱后，只要各組分在兩相間的分配系數(shù)有微小差異，經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡后，可獲得良好的分離。 （iii）由塔板理論可導(dǎo)出n與半峰寬度或峰底寬度的關(guān)系：,討論： （i） tR一定時，峰寬越小，說明n越大（H越?。?，色譜柱的效能越高（柱效）。 （ii）同一色譜柱，采用不同物質(zhì)計算可得到不同的理論塔板數(shù)。 （iii）在實際工作中，從上述兩式計算出的n和H并不能充分反映柱效，因為采用tR，沒有扣除死時間，因為組分在t0時間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。有時候n盡管很大，但色譜柱的分離效果并不好，需引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：,注意： 由于同一根色譜柱對不同組分的neff不一樣，在評價色譜柱柱效時，要注明是什么物質(zhì)，也要注明柱溫、柱壓。 例1：已知某組分峰Wb40s，tR=400s。計算理論塔板數(shù)n. 例2：已知一根1米長的色譜柱，neff1600塊，組份A在柱上的調(diào)整保留時間為100s，試求A峰的半峰寬和Heff。,（4）塔板理論的成功與局限： 成功：（i）定量地說明了組分在色譜柱中的移動速率； （ii）解釋了流出曲線的形狀； （iii）提出了計算和評價柱效能高低的常數(shù)。 局限：（i）只能定性地給出H的概念，不能解釋H受哪些因素的影響;（ii）排除了一個重要參數(shù)流動相的速度u，因而無法解釋柱效與流速關(guān)系，更無法提出降低板高的途徑（不能說明在不同流速下，可以測得不同的理論塔板數(shù)）。（iii）做出了四個與實際不相符的假設(shè)，沒有考慮組分在柱中受到的動力學(xué)因素的影響：如擴散，傳質(zhì)阻力等，不能解釋色譜峰變寬的原因。,二、速率理論（ rate theory) ： 為了解決塔板理論所不能解決的問題，1956年荷蘭學(xué)者范第姆特（ Van Deemter）提出了速率理論。（氣液色譜為例）。 內(nèi)容要點：吸收了塔板理論的概念，并把影響塔板高度的動力學(xué)因素結(jié)合進去，定量地解釋了影響塔板高度的各種因素，導(dǎo)出了塔板高度H與載氣線速度u的關(guān)系(uL/t0)：,其中：A、B、C為常數(shù)，分別代表渦流擴散項、分子擴散系數(shù)和傳質(zhì)阻力系數(shù) 。上式即為范第姆特方程式的簡化式。由此式可見影響H的三項因素：渦流擴散項、分子擴散項和傳質(zhì)阻力項。在u一定時，只有A,B,C較小時，H才能較小，柱效才能較高，反之則柱效較低，色譜峰將擴張。,1、渦流擴散項A 什么叫渦流？,在填充柱中，當(dāng)組分隨流動相（載氣）通過填充物向柱出口處遷移時，碰到填充物顆粒的阻礙，其流動方向不斷地改變，形成類似“渦流”的流動。由于填充物的大小、形狀不同及填充的不均勻性，使組分各分子在色譜柱中經(jīng)過的通道直徑和長度不等，造成它們在柱中的停留時間不同，使色譜峰變寬。,結(jié)果：峰變寬。 影響因素：（1）填充物的大小、形狀 （2）填充的均勻程度，空隙的規(guī)則,dp：固定相的平均顆粒直徑； ：固定相的填充不均勻因子。 固定相顆粒越小dp，填充的越均勻，A，H，柱效n。表現(xiàn)在渦流擴散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄。,2、分子擴散項B/u：B為分子擴散項系數(shù),樣品被載氣帶入色譜柱后，是以“塞子”的形式存在于色譜柱內(nèi)很小的一段空間。組分在軸向上（縱向）存在濃度梯度，導(dǎo)致組分分子產(chǎn)生濃差擴散，導(dǎo)致峰變寬。 方向：沿色譜柱的軸向（縱向） B的影響因素：（1）柱內(nèi)填充物 （2）組分在氣相中的擴散系數(shù),B = 2Dg ：彎曲因子，反映柱填充物對分子擴散的阻礙程度，一般1。 Dg：試樣組分分子在氣相中的擴散系數(shù)（cm2s-1） 關(guān)于Dg： （1）不同組分的Dg不同 （2）柱溫和柱壓變化會導(dǎo)致同一組分的Dg變化 （3）與載氣的相對分子質(zhì)量有關(guān)：Dg （M載氣）-1/2,U：載氣的線流速，即uL/t0 U越小，組分在氣相中停留的時間越長，B/u越大。 解決： （1）采用相對分子質(zhì)量較大的氣體作流動相，如N2、Ar等 （2）控制較低的柱溫,3、傳質(zhì)阻力項Cu 什么叫傳質(zhì)？ 物質(zhì)系統(tǒng)由于濃度不均勻而發(fā)生物質(zhì)遷移過程稱為傳質(zhì)。 傳質(zhì)阻力：影響此過程進行速度的阻力稱為傳質(zhì)阻力。,氣相傳質(zhì)阻力,液相傳質(zhì)阻力,傳質(zhì)阻力,對于氣相傳質(zhì)：,試樣組分從氣相移動到液相表面的過程，在這一過程中試樣組分在兩相間進行質(zhì)量交換，即進行濃度分配。此過程由于傳質(zhì)阻力的存在，使得試樣在兩相界面上不能瞬間達到分配平衡。未進入液相的組分分子隨載氣流出，超前于進入液相的分子，引起色譜峰擴張。對于填充柱，氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg為,氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg為：,K為容量因子（分配比） 采取措施： （1）減小固定相顆粒度 （2）由于Dg （M載氣）-1/2 ，也就是Cg （M載氣）1/2，采用 小分子量氣體作流動相（H2、He）,對于液相傳質(zhì)：,組分從氣液界面擴散到液相內(nèi)部發(fā)生質(zhì)量交換，達到分配平衡后，然后又返回氣液界面的傳質(zhì)過程。在此過程中由于收到液相傳質(zhì)阻力，液相中的組分分子不能快速地到達氣相，而氣相中組分的其它分子仍隨載氣不斷地向柱出口運動，導(dǎo)致組分分子在液相滯留，造成峰形擴張。液相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cl為： ：,其中：df為固定液膜的厚度 Dl為組分在液相中的擴散系數(shù) 解決方法： （1）減小液膜厚度 （2）增大組分在液相中的擴散系數(shù) 總的傳質(zhì)阻力相系數(shù)CClCg,4、載氣流速u對H的影響,載氣流速的選擇 作圖求出最佳流速。以不同流速下的H對u作圖，可得H-u關(guān)系曲線，圖中的最低點，塔板高度最?。℉min），柱效最高，該點所對應(yīng)的流速即為最佳流速uopt。,數(shù)學(xué)處理,載氣選擇 （1）當(dāng)流速較小時，B/u項是主要影響因素，應(yīng)選擇M大的氣體如N2、Ar等。 （2）流速較大時，Cu項是主要影響因素，應(yīng)選擇M小的氣體如H2、He等，可減小傳質(zhì)阻力，提高柱效 。,綜合以上，氣液色譜速率方程（Van Deemter方程）,范第姆特方程式對于分離條件的選擇具有指導(dǎo)意義。它可以說明，填充均勻程度、擔(dān)體粒度、載氣種類、載氣流速、柱溫、固定相液膜厚度等對柱效、峰擴張的影響。,速率理論的要點： 1. 被分離組分分子在色譜柱內(nèi)運行的多路徑、濃度梯度所造成的分子擴散及傳質(zhì)阻力使氣液兩相間的分配平衡不能瞬間達到等因素是造成色譜峰擴展柱效下降的主要原因。 2. 通過選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６取⑤d氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。,3. 速率理論為色譜分離和操作條件的選擇提供了理論指導(dǎo)。闡明了流速和柱溫對柱效及分離的影響。 4. 各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴散項的影響減小，使柱效提高，但同時傳質(zhì)阻力項的影響增大，又使柱效下降；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴散的影響，選擇最佳條件，才能使柱效達到最高。,三、色譜基本分離方程 1。柱效和選擇性 柱效指的是色譜柱的分離效能，用n或neff作為衡量指標(biāo)。 選擇性指的是兩組分能被色譜柱分開的程度。峰峰之間的距離越大，說明選擇性越好。用保留值作為評價指標(biāo)。 塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對的實際分離程度。即柱效為多大時，相鄰兩組份能夠被完全分離。,色譜分離中的四種情況如圖所示：, 柱效較高，K(分配系數(shù))較大,完全分離； K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上分離； 柱效較低，K較大,但分離的不好； K小，柱效低，分離效果更差。,從以上看出，單獨使用n和tR都不能說明問題，為了判斷相鄰兩組分在色譜柱中的分離情況，在色譜分析中，引入分離度（R）這一概念。,2。分離度 分離度（R）：相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬度平均值之比。,難分離物質(zhì)對的分離度大小受色譜過程中兩種因素的綜合影響： 保留值之差色譜過程的熱力學(xué)因素； 區(qū)域?qū)挾?色譜過程的動力學(xué)因素。 R=0.8：兩峰的分離程度可達89%； R=1：分離程度98%，兩峰能明顯分離； R=1.5：達99.7%，兩峰已完全分離，相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準。,3。色譜分離基本方程式 通過上式可從色譜圖計算R，當(dāng)沒有體現(xiàn)處2，1與及neff的關(guān)系 。令Wb(1)=Wb(2)=Y（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），引入相對保留值和塔板數(shù)，可導(dǎo)出下式：,將R與柱效能參數(shù)neff，選擇性參數(shù)2，1聯(lián)系起來，這就是色譜分離方程式。,可以繼續(xù)推導(dǎo)：,表明R隨體系的熱力學(xué)性質(zhì)（2，1和k）的改變而變化，也與色譜柱條件（n）有關(guān)。,例1：在一定條件下，兩個組分的調(diào)整保留時間分別為85秒和100秒，要達到完全分離，即R=1.5 。計算需要多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為0.1 cm，柱長是多少？ 解： 2，1 = 100 / 85 = 1.18 n有效 = 16R2 2，1 / (2，1 1) 2 = 161.52 (1.18 / 0.18 ) 2 = 1547（塊） L有效 = n有效H有效 = 15470.1 = 155 cm 即柱長為1.55米時，兩組分可以得到完全分離。,例2：在根長為1米的填充柱上，空氣的保留時間為5s，苯和環(huán)己烷的保留時間分別為45s和49s，環(huán)己烷色譜峰峰底寬為5s。欲得到R1.2的分離度，有效理論塔板數(shù)應(yīng)為多少？需要的柱長應(yīng)為多少？ 解：,根據(jù)公式,可求neff=16R22，1/(2，1 1)2 =161.22(1.1/0.1)2=2788 塊,柱長L=neffHeff，要求柱長，必須知道該柱的理論塔板高度Heff。該值應(yīng)該與1m柱的理論塔板高度相等！ 因此，只要將1m柱的理論塔板高度求出即可。要求1m柱的塔板高度，要先求出1m柱的理論塔板數(shù)。,根據(jù),可求1米色譜柱的neff16(49-5)/52=1239 故所需柱長L為：L2788/12391m2.25m,第三節(jié) 氣相色譜法,以氣體作流動相，分氣液和氣固色譜兩類,一、氣相色譜儀器,流程圖,1-載氣鋼瓶； 2-減壓閥； 3-凈化干燥管； 4-針形閥； 5-流量計； 6-壓力表； 7-進樣器； 8-色譜柱； 9-檢測器； 10-放大器； 11-溫度控制器； 12-記錄儀,氣路系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測和記錄系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)。,1、氣路系統(tǒng) 包括氣源、凈化干燥管和載氣流速控制。,要求： （1）密封性要好； （2）流速溫度； （3）流量測量準確 A、載氣：常用的載氣有：氫氣、氮氣、氦氣、氬氣。一般用高壓瓶貯裝，選用何種載氣，主要取決于選用的 檢測器和其他一些具體因素。,B、氣路結(jié)構(gòu)：,C、凈化器：除去載氣中的水分、雜質(zhì),D、穩(wěn)壓恒流裝置：穩(wěn)壓閥,2、進樣系統(tǒng) 包括進樣器及氣化室。其作用是將液體或固體試樣，在進入色譜柱前瞬間氣化，快速定量地轉(zhuǎn)入到色譜柱中。,進樣器,氣化室 為了讓試樣在氣化室中瞬間氣化而不被分解，要求氣化室熱容量大，無催化效應(yīng)。為了減小柱前色譜峰變寬，氣化室的死體積應(yīng)盡可能小。,3、分離系統(tǒng)：色譜柱，色譜儀器的核心部件 填充柱：固定相充滿整個柱子，U型或盤管型 毛細管柱：固定相涂在毛細管內(nèi)壁上（中空）,4、溫控系統(tǒng)：柱室、氣化室的溫度控制 試樣必須以氣體形式隨載氣進入色譜柱，而且在色譜柱中始終保持氣體狀態(tài)。 溫度對分配系數(shù)、組分的擴散系數(shù)等都有一定的影響 方式：恒溫法：空氣恒溫 程序升溫法：在一個分析周期內(nèi)使柱溫按預(yù)定的程 序由低到高逐漸變化。適應(yīng)于各組分沸點范圍較寬的試樣。,5、檢測與記錄系統(tǒng)：指示并測量載氣中各組分及其濃度變化的裝置。 氣相色譜檢測器：色譜儀的關(guān)鍵部件之一，種類較多，原理和結(jié)構(gòu)各異。有的具有廣譜性，如熱導(dǎo)檢測器；有的具有高選擇性，僅對某類物質(zhì)有高響應(yīng)。 （1）熱導(dǎo)檢測器（Thermal Conductive Detector） 原理：根據(jù)載氣和組分的導(dǎo)熱系數(shù)差異進行檢測 適應(yīng)范圍：通用型/普適型檢測器 特點：可測所有物質(zhì)，但靈敏度較差 載氣：H2、He導(dǎo)熱系數(shù)比氣體物質(zhì)高，故選之,（2）氫火焰離子化檢測器（Hydrogen Flame Ionization Detector） 原理： 有機物在氫火焰中發(fā)生電離產(chǎn)生正負離子，在電場中分別向兩極定向移動，形成離子流（微電流） 適應(yīng)范圍：含C有機物 特點：結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，靈敏度高，比熱導(dǎo)高100-10000倍，檢測下限達10-12 gg-1。,氫焰檢測器的原理： （1）當(dāng)含有機物 CnHm的載氣由噴嘴噴出進入火焰時，在C層發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)生自由基 CnHm CH （2）產(chǎn)生的自由基在D層火焰中與外面擴散進來的激發(fā)態(tài)原子氧或分子氧發(fā)生如下反應(yīng) CH + O CHO+ + e （3）生成的正離子CHO+ 與火焰中大量水分子碰撞而發(fā)生分子離子反應(yīng)： CHO+ + H2O H3O+ + CO,（3）電子捕獲檢測器（Electron Capture Detector） 原理： 電負性強的元素對電子捕獲能力的強弱,高選擇性檢測器. 僅對含有鹵素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的靈敏度，檢測下限10-14 g /mL. 對大多數(shù)烴類沒有響應(yīng)。 較多應(yīng)用于農(nóng)副產(chǎn)品、食品及環(huán)境中農(nóng)藥殘留量的測定。 但選擇性差，線性范圍窄，重現(xiàn)性差,（4）火焰光度檢測器（硫磷檢測器） 原理： 硫磷在富氫火焰中燃燒時，發(fā)射出特征波長的光。,二、流動相和固定相 1、流動相：載氣（H2、He、Ar、N2） 惰性，與組分無相互作用,2、固定相：氣固、氣液色譜 （1）固體固定相：一般為表面有活性的固體吸附劑，組分在固體吸附劑上的吸附系數(shù)差別較大 常用： （i）活性炭：有較大的比表面積，吸附性較強。 （ii）活性氧化鋁：有較大的極性。適用于常溫下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等氣體的相互分離。CO2能被活性氧化鋁強烈吸附而不能用這種固定相進行分析。 （iii）硅膠：與活性氧化鋁大致相同的分離性能，除能分析上述物質(zhì)外，還能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能夠分離臭氧。,（iv）分子篩： 堿及堿土金屬的硅鋁酸鹽（沸石），多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子篩等（孔徑：埃）。常用5A和13X（常溫下分離O2與N2）。除了廣泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分離外，還能夠測定He、Ne、Ar、NO、N2O等。 （v）高分子多孔微球（GDX系列）： 新型的有機合成固定相（苯乙烯與二乙烯苯共聚）。 型號：GDX-01、-02、-03等。適用于水、氣體及低級醇的分析。,特點： （i）性能與制備和活化條件有很大關(guān)系； （ii）同一種固定相，不同廠家或不同活化條件， 分離效果差異較大； （iii）種類有限，能分離的對象不多； （iv）使用方便。,（2）液態(tài)固定相 氣液色譜固定相 固定液+擔(dān)體（載體） ： 固定液在常溫下不一定為液體，但在使用溫度下一定呈液體狀態(tài) 固定液的種類繁多，選擇余地大，應(yīng)用范圍不斷擴大。 1、 載體 化學(xué)惰性的多孔性固體顆粒，具有較大的比表面積。 可以作為載體使用的物質(zhì)應(yīng)滿足以下條件：,比表面積大，孔徑分布均勻； 化學(xué)惰性，表面無吸附性或吸附性很弱，與被分離組份不起反應(yīng) 具有較高的熱穩(wěn)定性和機械強度，不易破碎； 顆粒大小均勻、適度。一般常用6080目、80100目。,表 填充柱氣液色譜擔(dān)體一覽表,2、固定液 固定液：高沸點難揮發(fā)的有機化合物，種類繁多。 對固定液的要求： （i)有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰Γ簩σ讚]發(fā)組分有足夠的溶解能力； （ii）選擇性好：對各組分分離能力強，即K/k差別大； （iii）揮發(fā)性小，避免流失 （iv）熱穩(wěn)定性好，不分解 （v）化學(xué)穩(wěn)定性好，不與被分離組分發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)。,固定液分類方法 如按化學(xué)結(jié)構(gòu)、極性、應(yīng)用等的分類方法。在各種色譜手冊中，一般將固定液按有機化合物的分類方法分為：脂肪烴、芳烴、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等。 介紹一下按相對極性分類 首先規(guī)定：非極性物質(zhì)角鯊?fù)椋ó惾椋┑南鄬O性為零， 強極性物質(zhì)，氧二丙睛的相對極性為100。其它固定液的極性可用下列方法計算。,選擇一對物質(zhì)作為分離組分：如丁二烯和正丁烷 （1）分別在氧二丙睛和角鯊?fù)橹蠝y定相應(yīng)的相對保留值，并取其對數(shù) （2）然后在待測定極性的固定液柱上測定相應(yīng)的保留值，并取其對數(shù) （3）根據(jù)以下方法計算待測固定液的相對極性,q1=lg(tR(丁二烯)/tR(正丁烷),q2=lg(tR(丁二烯)/tR(正丁烷),qx=lg(tR(丁二烯)/tR(正丁烷),待測柱的相對極性Px,Px100100(q1qx)/(q1q2),Px0100,固定液的選擇基本原則 “相似相溶”，選擇與試樣性質(zhì)相近的固定相,非,中,弱,強,具體考慮如下： （1）對非極性組分：一般選擇非極性固定液，出峰順序：按沸點由低到高 （2）中等極性組分：選中等極性固定液，出峰順序：沸點差別大，按沸點出峰；沸點差別小，按極性大小出峰 （3）強極性：選擇強極性固定液，出峰順序按極性大小出峰 （4）混合物：極性，出峰順序：先非后極,如：苯和環(huán)己烷，沸點相近，但苯含派鍵，易與極性組分作用，故選擇極性固定液分離效果好,三、定性定量方法 1、定性分析保留值 色譜定性分析就是確定試樣中的各組分 （1）用已知物對照進行定性 （i）單柱比較法,待定性物質(zhì),（ii）雙柱比較法：兩支極性完全不同的柱子,（iii）峰高增量法：,（2）用經(jīng)驗規(guī)律定性：沒有純物質(zhì)的情況下 （i）碳數(shù)規(guī)律：大量實驗證明，在一定溫度下，同系物保留值的對數(shù)值與其分子中的碳原子數(shù)成線性 lgtRA1nC1 A1、C1為常數(shù)，n為碳數(shù)（n=3） 根據(jù)同系物中已知幾個組分的保留值可推出同系物中其它組分的保留值。,（ii）沸點規(guī)律：在一定色譜條件下，同族具有相同C數(shù)的異構(gòu)體，其保留值的對數(shù)值與其沸點成線性。 lgtRA2TbC2 A2、C2為常數(shù)，Tb為組分的沸點（K）,（3）根據(jù)文獻保留值定性：沒有純物質(zhì)的情況下 （i）相對保留值定性法：用組分i與基準物質(zhì)S的相對保留值i.s作為定性指標(biāo)對未知組分i進行定性的方法。 i.s只與兩組分的分配系數(shù)有關(guān)，固定相性質(zhì)和柱溫確定， i.s 為定值。 在色譜手冊中都列有各種物質(zhì)在不同固定液上的保留數(shù)據(jù)，可以用來進行定性鑒定。,（ii）保留指數(shù)法：又稱Kovats指數(shù) 規(guī)定：正構(gòu)烷烴的保留值指數(shù)為其C數(shù)乘以100。 如