氣相色譜分析

1、氣相色譜分析氣相色譜分析Gas Chromatography (GC) 王魯梅王魯梅2015年年4月月13日日何為色譜法？何為色譜法？ 20世紀(jì)初，俄國植物學(xué)家茨維特（世紀(jì)初，俄國植物學(xué)家茨維特（Tsweet）將將碳酸鈣碳酸鈣放在豎立的放在豎立的玻璃試管玻璃試管中，從頂端倒入中，從頂端倒入植物色素植物色素的石油醚萃取液，并用的石油醚萃取液，并用石油醚石油醚沖洗，沖洗，在管的不同部位形成了色帶，每個色帶代表不在管的不同部位形成了色帶，每個色帶代表不同的色素物質(zhì)。這類方法被稱為同的色素物質(zhì)。這類方法被稱為色譜法色譜法。隨著。隨著色譜法的發(fā)展，不僅用于有顏色的物質(zhì)分離，色譜法的發(fā)展，不僅用于有顏色的

2、物質(zhì)分離，而且大量用于無色物質(zhì)的分離。雖然而且大量用于無色物質(zhì)的分離。雖然“色色”已已失去了意義，但色譜法名稱一直沿用至今。失去了意義，但色譜法名稱一直沿用至今。一、基本概念一、基本概念 固定相固定相CaCO3顆粒顆粒 流動相流動相石油醚石油醚 30、40年代相繼出現(xiàn)了年代相繼出現(xiàn)了紙色譜紙色譜和和薄層色譜薄層色譜。 50年代年代氣相色譜法氣相色譜法興起，把色譜法提高到興起，把色譜法提高到“分離分離”與與“在線分析在線分析”的新水平，奠定了色譜分析的理論基礎(chǔ)。的新水平，奠定了色譜分析的理論基礎(chǔ)。 1957年誕生了毛細(xì)管色譜分析法。年誕生了毛細(xì)管色譜分析法。 60年代推出了年代推出了氣相色譜氣相

3、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC/MS），有有效的彌補了色譜定性能力差的弱點。效的彌補了色譜定性能力差的弱點。 70年代年代高效液相色譜法高效液相色譜法崛起，為崛起，為難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定和高難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定和高分子樣品分子樣品的分析提供了有效手段。的分析提供了有效手段。 80年代初出現(xiàn)了年代初出現(xiàn)了超臨界流體色譜法（超臨界流體色譜法（SFC），兼有兼有GC和和HPLC的特點。的特點。 80年代末，飛速發(fā)展起來的高效毛細(xì)管電泳色譜年代末，飛速發(fā)展起來的高效毛細(xì)管電泳色譜（HPCE），其柱效更高，對生物大分子的分離具有獨），其柱效更高，對生物大分子的分離具有獨特優(yōu)勢。特優(yōu)勢。色譜法發(fā)展進(jìn)程色譜

4、法發(fā)展進(jìn)程 按兩相所處的狀態(tài)分類：按兩相所處的狀態(tài)分類：流動相使用氣體（如氮氣、氫氣或氦氣等）的色流動相使用氣體（如氮氣、氫氣或氦氣等）的色譜法稱之為氣相色譜法（譜法稱之為氣相色譜法（GC），流動相使用液體（如），流動相使用液體（如甲醇、乙腈等）的色譜法為液相色譜法（甲醇、乙腈等）的色譜法為液相色譜法（LC）。）。 流動相流動相氣體氣體流動相流動相液體液體固定相固定相固體固體液體液體固定相固定相 固體固體液體液體名稱名稱氣固色譜氣固色譜氣液色譜氣液色譜名稱名稱液固色譜液固色譜液液色譜液液色譜總稱總稱氣相色譜氣相色譜總稱總稱液相色譜液相色譜色譜法的分類色譜法的分類 按固定相形狀分類：按固定相形狀

5、分類： 柱色譜柱色譜 固定相裝在柱管內(nèi)，又固定相裝在柱管內(nèi)，又分為填充柱或毛細(xì)柱；分為填充柱或毛細(xì)柱； 紙色譜紙色譜 利用濾紙作為固定相，利用濾紙作為固定相，樣品溶液在紙上展開進(jìn)行分離；樣品溶液在紙上展開進(jìn)行分離； 薄層色譜薄層色譜 將固定相研成粉末，將固定相研成粉末，再壓成薄膜。再壓成薄膜。 按分離過程的機制分類：按分離過程的機制分類： 吸附色譜吸附色譜利用吸附劑表面對不同組利用吸附劑表面對不同組分物理吸附性質(zhì)的差別進(jìn)行分離；分物理吸附性質(zhì)的差別進(jìn)行分離； 分配色譜分配色譜利用不同組分在兩相中分利用不同組分在兩相中分配系數(shù)不同進(jìn)行分離；配系數(shù)不同進(jìn)行分離； 離子交換色譜離子交換色譜利用組分的

6、離子交換利用組分的離子交換能力不同來進(jìn)行分離；能力不同來進(jìn)行分離； 空間排斥色譜空間排斥色譜利用分子尺寸不同進(jìn)利用分子尺寸不同進(jìn)行分離（凝膠色譜）行分離（凝膠色譜） 。 依據(jù)分子大小、形狀而分離的依據(jù)分子大小、形狀而分離的液相色譜法液相色譜法。用化學(xué)惰性的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔性物質(zhì)作固定用化學(xué)惰性的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔性物質(zhì)作固定相，試樣組分按分子大小構(gòu)型進(jìn)行分離，其作用相，試樣組分按分子大小構(gòu)型進(jìn)行分離，其作用近似于分子篩效應(yīng)近似于分子篩效應(yīng)：試樣進(jìn)入色譜柱后，隨流動試樣進(jìn)入色譜柱后，隨流動相在凝膠外部間隙及凝膠孔穴旁流過，體積大的相在凝膠外部間隙及凝膠孔穴旁流過，體積大的分子不能滲透到凝膠縫隙

7、里去，而較早地被淋洗分子不能滲透到凝膠縫隙里去，而較早地被淋洗出來；中等體積分子產(chǎn)生部分滲透作用；小分子出來；中等體積分子產(chǎn)生部分滲透作用；小分子可以滲透到孔穴里去，因此較晚被沖洗出來，從可以滲透到孔穴里去，因此較晚被沖洗出來，從而達(dá)到分離的目的。而達(dá)到分離的目的。水或水溶液水或水溶液作流動相的凝膠作流動相的凝膠色譜稱為色譜稱為凝膠過濾色譜凝膠過濾色譜；有機溶劑有機溶劑作流動相的凝作流動相的凝膠色譜稱為膠色譜稱為凝膠滲透色譜凝膠滲透色譜。色譜理論色譜理論 色譜理論需要解決的問題：色譜分離過程的色譜理論需要解決的問題：色譜分離過程的熱熱力學(xué)和動力學(xué)力學(xué)和動力學(xué)問題。影響分離及柱效的因素與提高問題

8、。影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑，柱效與分離度的評價指標(biāo)及其關(guān)系。柱效的途徑，柱效與分離度的評價指標(biāo)及其關(guān)系。組分保留時間為何不同？色譜峰為何變寬？組分保留時間為何不同？色譜峰為何變寬？組分保留時間組分保留時間：色譜過程的熱力學(xué)因素控制；：色譜過程的熱力學(xué)因素控制； （組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）（組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）色譜峰變寬色譜峰變寬：色譜過程的動力學(xué)因素控制；：色譜過程的動力學(xué)因素控制； （兩相中的運動阻力，擴散）（兩相中的運動阻力，擴散）兩種色譜理論兩種色譜理論：塔板理論和速率理論塔板理論和速率理論示意圖中有示意圖中有A、B兩種組分，固定相對兩種組分，固定相對A組分的組分的吸

9、附（或溶解）能力小于吸附（或溶解）能力小于B組分組分，A組分則從色譜組分則從色譜柱中率先流出。柱中率先流出。塔板理論的假設(shè)：塔板理論的假設(shè)： (1) 在每一個平衡過程間隔內(nèi)，平衡可以迅在每一個平衡過程間隔內(nèi)，平衡可以迅速達(dá)到；速達(dá)到；(2) 將載氣看作成脈動（間歇）過程；將載氣看作成脈動（間歇）過程；(3) 試樣沿色譜柱方向的擴散可忽略；試樣沿色譜柱方向的擴散可忽略；(4) 每次分配的每次分配的分配系數(shù)分配系數(shù)相同。相同。一、塔板理論一、塔板理論柱分離效能指標(biāo)柱分離效能指標(biāo)1.塔板理論（塔板理論（plate theory）半經(jīng)驗理論；將色譜分離過程比擬作蒸半經(jīng)驗理論；將色譜分離過程比擬作蒸餾過

10、程，將連續(xù)的色譜分離過程分割成餾過程，將連續(xù)的色譜分離過程分割成多次的平衡過程的重復(fù)（類似于蒸餾塔多次的平衡過程的重復(fù)（類似于蒸餾塔塔板上的平衡過程）。塔板上的平衡過程）。 色譜柱長：色譜柱長：L，虛擬的塔板間距離：虛擬的塔板間距離：H，色譜柱的理論塔板數(shù)：色譜柱的理論塔板數(shù)：n，則三者的關(guān)系為：則三者的關(guān)系為： n = L / H理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：222116545)()(./bRRWtYtn用來衡量色譜峰寬度的參數(shù)有三種表示方法：用來衡量色譜峰寬度的參數(shù)有三種表示方法：標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差：即即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半倍峰高處色譜峰寬

11、度的一半半峰寬半峰寬Y1/2：色譜峰高一半處的寬度色譜峰高一半處的寬度2.354峰底寬峰底寬Y（Wb）：）：4 2. 有效塔板數(shù)和有效塔板高度有效塔板數(shù)和有效塔板高度單位柱長的塔板數(shù)越多，表明柱效越高。單位柱長的塔板數(shù)越多，表明柱效越高。用不同物質(zhì)計算可得到不同的理論塔板數(shù)。用不同物質(zhì)計算可得到不同的理論塔板數(shù)。組分在組分在tM時間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。需引入有效塔時間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。需引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：板數(shù)和有效塔板高度：222/1)(16)(54. 5bRRWtYtn 理理有效有效有效有效有效有效nLHWtYtnbRR 222/1)(16)(54. 53.塔板理論的特點和不足塔板

12、理論的特點和不足(1)當(dāng)色譜柱長度一定時，塔板數(shù)當(dāng)色譜柱長度一定時，塔板數(shù) n 越大越大(塔板高度塔板高度 H 越小越小)，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。則越高，所得色譜峰越窄。(2)不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效指標(biāo)時，應(yīng)指效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效指標(biāo)時，應(yīng)指明測定物質(zhì)。明測定物質(zhì)。(3)柱效不能表示被分離組分的實際分離效果，當(dāng)兩柱效不能表示被分離組分的實際分離效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)組分的分配系數(shù)K相同時，無論該色譜柱的塔

13、板數(shù)多相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。大，都無法分離。(4)塔板理論無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速塔板理論無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實驗結(jié)果，也無法指出影響柱效的因下柱效不同的實驗結(jié)果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。素及提高柱效的途徑。二、速率理論二、速率理論-影響柱效的因素影響柱效的因素1. 1. 速率方程（也稱范速率方程（也稱范. .弟姆特方程式）弟姆特方程式） H = A + B/u + Cu H：理論塔板高度，：理論塔板高度， u：載氣的線速度：載氣的線速度(cm/s) 減小減小A、B、C三項可提高柱效；三項可提高柱效； 存在著最佳流速

14、；存在著最佳流速； A、B、C三項各與哪些因素有關(guān)？三項各與哪些因素有關(guān)？A渦流擴散項渦流擴散項 A = 2dp dp：固定相的平均顆粒直徑：固定相的平均顆粒直徑：固定相的填充不均勻因子：固定相的填充不均勻因子 固定相顆粒越小固定相顆粒越小dp，填充的越均勻，填充的越均勻，A，H，柱效，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。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。峰較窄。B/u 分子擴散項分子擴散項 B = 2 Dg ：彎曲因子，填充柱色譜，彎曲因子，填充柱色譜，11。 D Dg g：試樣組分分子在流動相中的擴散系數(shù)（：試樣組分分子在流動相中的擴散系數(shù)（cm2s

15、-1） (1) 存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴散存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴散; (2) 擴散導(dǎo)致色譜峰變寬，擴散導(dǎo)致色譜峰變寬，H(n)，分離變差分離變差; (3) 分子擴散項與流速有關(guān)，流速分子擴散項與流速有關(guān)，流速，滯留時間，滯留時間，擴散，擴散; (4) 擴散系數(shù)：擴散系數(shù)：Dg (M載氣載氣)-1/2 ； M載氣載氣，B值值。k為容量因子；為容量因子； Dg 、DL為擴散系數(shù)。為擴散系數(shù)。 減小擔(dān)體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，可降低傳質(zhì)減小擔(dān)體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，可降低傳質(zhì)阻力。阻力。C u 傳質(zhì)阻力項傳質(zhì)阻力項 傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻

16、力和液相傳質(zhì)阻力CL，即：，即： C = Cg + CLgfgDdkkC22)1 (01. 0LfLDdkkC22)1 (32 df：固定液的液膜厚度、固定相膜的厚度。：固定液的液膜厚度、固定相膜的厚度。2.2.載氣流速與柱效載氣流速與柱效最佳流速最佳流速載氣流速高時：載氣流速高時： 傳質(zhì)阻力項是影響柱效的傳質(zhì)阻力項是影響柱效的主要因素，流速主要因素，流速 ，柱效，柱效 。載氣流速低時：載氣流速低時： 分子擴散項成為影響柱效分子擴散項成為影響柱效的主要因素，流速的主要因素，流速 , ,柱效柱效 。H - u曲線與最佳流速：曲線與最佳流速： 由于流速對這兩項完全相反的作用，流速對柱效的總影由于流

17、速對這兩項完全相反的作用，流速對柱效的總影響便存在著一個最佳流速值，即速率方程式中塔板高度對流響便存在著一個最佳流速值，即速率方程式中塔板高度對流速的一階導(dǎo)數(shù)有一極小值。速的一階導(dǎo)數(shù)有一極小值。 以塔板高度以塔板高度H對應(yīng)載氣流速對應(yīng)載氣流速u作圖，曲線最低點的流速即作圖，曲線最低點的流速即為最佳流速。為最佳流速。3. 3. 速率理論的要點速率理論的要點(1)(1)組分分子在柱內(nèi)運行的組分分子在柱內(nèi)運行的多路徑與渦流擴散多路徑與渦流擴散、濃度梯度所造、濃度梯度所造成的成的分子擴散分子擴散及及傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力使氣液兩相間的分配平衡不能瞬間使氣液兩相間的分配平衡不能瞬間達(dá)到等因素是造成色譜峰擴展、

18、柱效下降的主要原因。達(dá)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?、載氣種類、液膜厚度及載氣通過選擇適當(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。流速可提高柱效。(3)(3)速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導(dǎo)。闡速率理論為色譜分離和操作條件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。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

19、下降；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴散的影效下降；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(dá)到最高。響，選擇最佳條件，才能使柱效達(dá)到最高。討論討論： 色譜分離中的四種情況的討論：色譜分離中的四種情況的討論： 柱效較高，柱效較高，K（分配系數(shù)）較大，完全分離；（分配系數(shù)）較大，完全分離； K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；柱效較低，柱效較低，K較大，但分離的不好；較大，但分離的不好； K小，小，柱效低，分離效果更差。柱效低，分離效果更差。分離度的表達(dá)式分離度的表達(dá)式：R=0.8：兩峰的分離程度可達(dá)：兩

20、峰的分離程度可達(dá)89%；R=1：分離程度：分離程度98%；R=1.5：達(dá)：達(dá)99.7%（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。)(.)()()(/)(/)()()()()()(121221121212699122YYttWWttRRRbbRR氣相色譜法針對性及特點氣相色譜法針對性及特點 氣相色譜（氣相色譜（GCGC）主要用于低分子量（）主要用于低分子量（FM1000FM1000）、易）、易揮發(fā)、熱穩(wěn)定的有機化合物的分析。該方法具有：揮發(fā)、熱穩(wěn)定的有機化合物的分析。該方法具有：選擇性高選擇性高 對性質(zhì)極為相似的同分異構(gòu)體等有很強 的分離能力；分離效率高分離效率高 可以分離沸點十分

21、接近、且組成復(fù)雜 的混合物；靈敏度高靈敏度高 高靈敏度的檢測器可檢測出1011 1014g的痕量物質(zhì)；分析速度快分析速度快 通常完成一個分析僅需幾分鐘或幾十 分鐘，且樣品用量少，液體樣品僅需幾微升。 氣相色譜儀構(gòu)成（五部分）氣相色譜儀構(gòu)成（五部分） 氣源和流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)氣源和流量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和流量測量； 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng) 包括進(jìn)樣器、氣化室； 分離系統(tǒng)分離系統(tǒng) 包括色譜柱和柱箱溫度控制裝置； 檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng) 包括檢測器、信號放大器裝置等； 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 包括記錄儀或數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理軟硬件。自動進(jìn)樣自動進(jìn)樣系統(tǒng)系統(tǒng)分離系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處

22、理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Ne安捷倫安捷倫aligent 7890氣相色譜儀的基本流程NeH2N2氣源和流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)氣源和流量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 氣相色譜法常用氣相色譜法常用H2、N2、He和和Ar作為載氣，以作為載氣，以He最為理想，但其成本昂貴。國內(nèi)多用最為理想，但其成本昂貴。國內(nèi)多用N2，國外則常用國外則常用H2。 根據(jù)檢測器的種類選用載氣，如選根據(jù)檢測器的種類選用載氣，如選FID檢測器，則檢測器，則載氣可選用載氣可選用He、H2或或N2；TCD檢測器，則可選用檢測器，則可選用He或或H2。進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng) 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng) 包括進(jìn)樣裝置和氣化室包括進(jìn)樣裝置和氣化室 手動進(jìn)樣器手動進(jìn)樣器 微量精密注射針微

23、量精密注射針 氣密式注射器氣密式注射器 針頭可換式注射器針頭可換式注射器 自動進(jìn)樣裝置自動進(jìn)樣裝置 分流裝置分流裝置 保證進(jìn)樣準(zhǔn)確。保證進(jìn)樣準(zhǔn)確。樣品與載氣混合樣品與載氣混合襯襯管過載管過載分離系統(tǒng)分離系統(tǒng) 色譜分離系統(tǒng)包括色譜分離系統(tǒng)包括色譜柱色譜柱和和柱溫箱溫度控柱溫箱溫度控制制兩大部分。兩大部分。 分離系統(tǒng)分離系統(tǒng) 色譜分離系統(tǒng)包括色譜柱和柱溫箱溫度控色譜分離系統(tǒng)包括色譜柱和柱溫箱溫度控制兩大部分。制兩大部分。1 1、色譜柱、色譜柱 在氣相色譜中，流動相的選擇性比較小，欲得到在氣相色譜中，流動相的選擇性比較小，欲得到滿意的分離效果，關(guān)鍵是選用合適的色譜柱。色譜柱滿意的分離效果，關(guān)鍵是選用

24、合適的色譜柱。色譜柱分為填充柱和毛細(xì)柱兩大類。分為填充柱和毛細(xì)柱兩大類。 填充柱：填充柱：不銹鋼或玻璃管材，根據(jù)組分有無特殊腐不銹鋼或玻璃管材，根據(jù)組分有無特殊腐蝕性選用。蝕性選用。 柱長度：柱長度：110m 柱內(nèi)徑：柱內(nèi)徑： 26mm 進(jìn)樣量：進(jìn)樣量：0.110 l色譜填充柱類型色譜填充柱類型不銹鋼和玻璃填充柱不銹鋼和玻璃填充柱色譜擔(dān)體色譜擔(dān)體 毛細(xì)柱毛細(xì)柱 石英玻璃管材，也有使用石英玻璃管材，也有使用不銹鋼管材的報道，但非常不銹鋼管材的報道，但非常罕見。罕見。 柱長度：柱長度：2060m 柱內(nèi)徑：柱內(nèi)徑： 0.0.20.53mmmm 進(jìn)樣量：進(jìn)樣量：0.010.2 l 目前，填充柱因進(jìn)樣體

25、積大多用于氣體樣品的目前，填充柱因進(jìn)樣體積大多用于氣體樣品的分析，如分析，如CHCH4 4、COCO2 2、SOSO2 2等；毛細(xì)柱則因柱長、固定等；毛細(xì)柱則因柱長、固定相類型等選擇范圍大而得到廣泛應(yīng)用。相類型等選擇范圍大而得到廣泛應(yīng)用。填充柱與毛細(xì)柱分離效果比較填充柱與毛細(xì)柱分離效果比較2 2、固定相及其選擇、固定相及其選擇 固定相是表面具有許多吸附中心的吸附劑，常用吸固定相是表面具有許多吸附中心的吸附劑，常用吸附劑硅膠表面的硅醇基為吸附中心。經(jīng)典液相柱色譜和附劑硅膠表面的硅醇基為吸附中心。經(jīng)典液相柱色譜和薄層色譜使用一般硅膠，高效液相色譜常用球型或無定薄層色譜使用一般硅膠，高效液相色譜常用

26、球型或無定型全多孔硅膠和堆積硅珠。型全多孔硅膠和堆積硅珠。（1 1）對吸附劑的要求）對吸附劑的要求 有大的表面積和足夠的吸附能力；有大的表面積和足夠的吸附能力； 對不同的化學(xué)成分有不同的吸附力，能較好地把混對不同的化學(xué)成分有不同的吸附力，能較好地把混合物分開；合物分開； 與流動相、溶劑及樣品中各成分不起化學(xué)反應(yīng)；與流動相、溶劑及樣品中各成分不起化學(xué)反應(yīng)； 在所用的溶劑及流動相中不溶解；在所用的溶劑及流動相中不溶解； 顆粒均勻，操作過程中不會碎裂。顆粒均勻，操作過程中不會碎裂。色譜柱選擇原則色譜柱選擇原則 色譜柱的選擇主要是選擇固定液或固定相，遵循色譜柱的選擇主要是選擇固定液或固定相，遵循“相似

27、相溶相似相溶”原理?；诖嗽淼纳V流出規(guī)律如下：原理?；诖嗽淼纳V流出規(guī)律如下： 分離非極性物質(zhì)：分離非極性物質(zhì)：一般選用非極性固定液，這時樣品一般選用非極性固定液，這時樣品中的各組分按沸點次序先后流出色譜柱，沸點低的先中的各組分按沸點次序先后流出色譜柱，沸點低的先流出，沸點高的后流出；流出，沸點高的后流出； 分離極性物質(zhì)：分離極性物質(zhì)：選用極性固定液，這時樣品中的各組選用極性固定液，這時樣品中的各組分主要按極性順序分離，極性小的先流出色譜柱，極分主要按極性順序分離，極性小的先流出色譜柱，極性大的后流出色譜柱；性大的后流出色譜柱； 分離非極性和極性混合物：分離非極性和極性混合物：一般選用

28、極性固定液，這一般選用極性固定液，這時非極性組分先出峰，極性組分（或易被極化的組分）時非極性組分先出峰，極性組分（或易被極化的組分）后出峰；后出峰； 對于易形成氫鍵的樣品：對于易形成氫鍵的樣品：如醇、酚、胺和水如醇、酚、胺和水等的分離，一般選擇極性或氫鍵性的固定液，等的分離，一般選擇極性或氫鍵性的固定液，這時樣品中各組分按固定液分子間形成氫鍵的這時樣品中各組分按固定液分子間形成氫鍵的能力大小先后流出，不易形成的先流出，最易能力大小先后流出，不易形成的先流出，最易形成氫鍵的最后流出。形成氫鍵的最后流出。通常認(rèn)為，大部分分析任務(wù)可由通常認(rèn)為，大部分分析任務(wù)可由三根毛細(xì)柱三根毛細(xì)柱實現(xiàn)：實現(xiàn)： 甲基

29、硅橡膠柱：甲基硅橡膠柱：非極性（非極性（I=217I=217） 三氟丙基甲基聚硅氧烷柱：三氟丙基甲基聚硅氧烷柱：中極性（中極性（I=1500I=1500） 聚乙二醇聚乙二醇-20M-20M柱：柱：中強極性柱（中強極性柱（I=2308I=2308） 這里，這里， I I為以標(biāo)準(zhǔn)非極性固定液角鯊?fù)闉榛鶞?zhǔn)時待測為以標(biāo)準(zhǔn)非極性固定液角鯊?fù)闉榛鶞?zhǔn)時待測固定液的相對極性固定液的相對極性 麥?zhǔn)铣?shù)麥?zhǔn)铣?shù)。 而而I I則為相對五種則為相對五種不同類型化合物的麥?zhǔn)铣?shù)之和，即總極性常數(shù)。不同類型化合物的麥?zhǔn)铣?shù)之和，即總極性常數(shù)。 氣相色譜分離過程氣相色譜分離過程 樣品中的各組分經(jīng)色譜柱分離后，隨載氣依次流出

30、色譜柱，經(jīng)檢測器轉(zhuǎn)化為電訊號，然后由記錄儀將組分的濃度變化記錄下來，經(jīng)數(shù)據(jù)處理即得到如下色譜圖：色譜響應(yīng)值1 1、色譜柱溫度：、色譜柱溫度：提高柱溫可減小氣相、液相傳提高柱溫可減小氣相、液相傳質(zhì)阻力，改善色譜柱分離效果；但又可使分子質(zhì)阻力，改善色譜柱分離效果；但又可使分子擴散加劇，影響柱效；并且溫度較低，則會使擴散加劇，影響柱效；并且溫度較低，則會使分析時間延長。分析時間延長。 混合物沸點與柱溫選擇的經(jīng)驗混合物沸點與柱溫選擇的經(jīng)驗 混合物沸點（混合物沸點（ C C）參考柱溫（參考柱溫（ C C）氣體樣品室溫10020070120200300150180300400200300溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)柱

31、溫類型：柱溫類型：恒定柱溫和程序升溫兩種類型，即恒定柱溫和程序升溫兩種類型，即柱溫選擇依據(jù)：柱溫選擇依據(jù)： 單一物質(zhì)或簡單混合物樣品，可優(yōu)先選用恒定柱溫，即恒溫在各組分的平均沸點附近。 對于寬沸程的混合樣品，可選用程序升溫，使低、高沸點的組分都能達(dá)到很好的分離。柱溫對分離效果的影響柱溫對分離效果的影響柱柱溫溫對對分分離離效效果果的的影影響響2 2、檢測器溫度控制、檢測器溫度控制 應(yīng)選擇高于色譜柱溫，可避免組分在檢測器端冷凝或產(chǎn)生其他問題。3 3、色譜柱維護(hù)、色譜柱維護(hù) 色譜柱使用一段時間后，應(yīng)進(jìn)行老化，老化溫度一般應(yīng)高于最高柱溫 510C，但低于色譜柱最高使用溫度10C；載氣流速控制在510m

32、l/min，維持410小時，以便把殘存溶劑、難揮發(fā)物質(zhì)等去除，并使固定液在載體表面有一個在分布過程，達(dá)到凈化色譜柱的目的。 進(jìn)樣隔墊使用前應(yīng)老化，并經(jīng)常更換。檢測器及其特性檢測器及其特性濃度型檢測器：濃度型檢測器： 測量的是載氣中通過檢測器組分濃度瞬間的變化，檢測信號值與組分的濃度成正比。如熱導(dǎo)檢測器TCD；質(zhì)量型檢測器：質(zhì)量型檢測器： 測量的是載氣中某組分進(jìn)入檢測器的速度變化，即檢測信號值與單位時間內(nèi)進(jìn)入檢測器組分的質(zhì)量成正比。如FID；通用通用性性檢測器檢測器： 對所有物質(zhì)有響應(yīng)，熱導(dǎo)檢測器TCD；選擇選擇性性檢測器檢測器： 對特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng)，如電子俘獲檢測器ECD熱導(dǎo)檢測器熱導(dǎo)檢測

33、器 TCD-thermal conductivity detector 通用型檢測器基本原理：熱導(dǎo)系數(shù)基本原理：熱導(dǎo)系數(shù) 當(dāng)被測組分與載氣混合后，混合物的熱導(dǎo)系數(shù)與純載氣的熱導(dǎo)系數(shù)大不相同，當(dāng)通過熱導(dǎo)池池體的氣體組成及濃度發(fā)生變化時，會引起池體上熱敏元件的溫度變化，用惠斯頓電橋測量，就可由所得信號的大小求出該組分的含量。特別適于厭氧產(chǎn)氣中CO、CO2、CH4和H2S等的分析。 熱導(dǎo)檢測器的結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)檢測器的結(jié)構(gòu) 池體池體（一般用不銹鋼制成） 熱敏元件熱敏元件：電阻率高、電阻溫度系數(shù)大、且價廉易加 工的鎢絲制成。參考臂：參考臂：僅允許純載氣通過，通常連接在進(jìn)樣裝置之前。測量臂測量臂：需要攜帶被分離

34、組分的載氣（H2）流過，則連接在緊靠近分離柱出口處。氫火焰離子化檢測器氫火焰離子化檢測器 FID - flame ionization detector特點特點 (1) (1) 典型的質(zhì)量型檢測器典型的質(zhì)量型檢測器; ; (2) (2) 對有機化合物具有很高的靈敏度對有機化合物具有很高的靈敏度; ; (3) (3) 適用于含碳?xì)滏I的有機物分析。適用于含碳?xì)滏I的有機物分析。 (4) (4) 氫焰檢測器具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、靈敏度氫焰檢測器具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)迅速等特點高、響應(yīng)迅速等特點; ; (5) (5) 比熱導(dǎo)檢測器的靈敏度高出近比熱導(dǎo)檢測器的靈敏度高出近3 3個數(shù)量級，

35、檢測個數(shù)量級，檢測下限可達(dá)下限可達(dá)1010-12-12g gg g-1-1。 氫火焰離子化檢測器（氫火焰離子化檢測器（FIDFID） 氫火焰離子化檢測器是應(yīng)用最廣泛的一種檢測器。它對大多數(shù)有機物有很高的靈敏度，較TCD的靈敏度高102104倍，能檢測低至109g級的痕量有機物。響應(yīng)速度快，線性范圍寬，對載氣流及溫度波動不敏感。但對CO、CO2、H2S和NH3等氣體無響應(yīng)。 基本原理：化學(xué)電離或熱電離基本原理：化學(xué)電離或熱電離 在外加電場作用下，氫氣在空氣中燃燒，形成微弱的離子流。當(dāng)載氣帶著有機物樣品進(jìn)入氫火焰時，有機物與O2進(jìn)行化學(xué)電離化學(xué)電離反應(yīng)，所產(chǎn)生的正離子被外加電場的負(fù)極收集，電子被正

36、極捕獲，形成微弱的電流信號，經(jīng)放大器放大，由記錄儀繪出色譜峰。電子捕獲檢測器電子捕獲檢測器ECD ECD Electron Capture Detector, Electron Capture Detector, 高選擇性檢測器，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，檢測下限敏度，檢測下限1010-14 -14 g /mLg /mL， 對大多數(shù)烴類沒有響應(yīng)。對大多數(shù)烴類沒有響應(yīng)。 較多應(yīng)用于農(nóng)副較多應(yīng)用于農(nóng)副產(chǎn)品、食品及環(huán)境中產(chǎn)品、食品及環(huán)境中農(nóng)藥殘留量的測定。農(nóng)藥殘留量的測定。Ni63 電子捕獲檢測器（電子捕獲

37、檢測器（ECDECD） 電子捕獲檢測器是一種選擇性檢測器，它僅對有電負(fù)性的物質(zhì)響應(yīng)信號。靈敏度很高，特別適用于分析痕量鹵代烴、硫化物、金屬離子的有機螯合物、農(nóng)藥等。 基本原理基本原理：載氣在射線的照射下，電離出電子，其中一部分被樣品中的電負(fù)性組分所捕獲，使得由于載氣電離而形成的基態(tài)電流減少。各組分的電負(fù)性及濃度不同，所捕獲的電子量也有所差異。所以，可以根據(jù)各組分所引起的電流減少量，獲得相應(yīng)的檢測信號。 ECD ECD 檢測器結(jié)構(gòu)示意檢測器結(jié)構(gòu)示意 火焰光度檢測器（火焰光度檢測器（FPDFPD） 火焰光度檢測器是一種高靈敏度，僅對含硫、磷的有機物產(chǎn)生響應(yīng)的高選擇性檢測器，適用于分析含硫、磷的農(nóng)藥

38、及環(huán)境樣品中含硫、磷的有機污染物。 檢測原理：檢測原理：在富氫火焰富氫火焰（H2/O2=3/1）中，含硫、磷有機物燃燒后分別發(fā)出特征的藍(lán)紫色光和綠色光，經(jīng)濾光分光系統(tǒng)，再由光電倍增管測量特征光的強度變化，在394 nm或384nm可檢測硫的含量，在526nm可檢測磷的含量。 火焰光度檢測器火焰光度檢測器FPD-Flame Photometric Detector 其他檢測器其他檢測器熱離子檢測器熱離子檢測器( (thermionic detector, TIDthermionic detector, TID) ) 氮、磷檢測器；對氮、磷有高靈敏度； 在FID檢測器的噴嘴與收集極之間加一個含硅酸

39、銣的玻璃球，含氮、磷化合物在受熱分解時，受硅酸銣作用產(chǎn)生大量電子，信號強；定性檢測器定性檢測器( (聯(lián)用儀器聯(lián)用儀器) ) 將兩種儀器結(jié)合,如色-質(zhì)聯(lián)用儀 (通過分子分離器連接)檢測器性能評價指標(biāo)檢測器性能評價指標(biāo) 響應(yīng)值（或靈敏度）響應(yīng)值（或靈敏度）S S ： 在一定范圍內(nèi)，信號E與進(jìn)入檢測器的物質(zhì)質(zhì)量m呈線性關(guān)系： E = S m E = S m S = E / m S = E / m 單位： mV/（mg / cm3） ；（濃度型檢測器） mV /（mg / s） ；（質(zhì)量型檢測器） S 表示單位質(zhì)量的物質(zhì)通過檢測器時，產(chǎn)生的響應(yīng)信號的大小。S 值越大，檢測器（也即色譜儀）的靈敏度也就越

40、高。檢測信號通常顯示為色譜峰，則響應(yīng)值也可以由色譜峰面積（A）除以試樣質(zhì)量求得： S S = = A A / / m m最低檢測限（最小檢測量）最低檢測限（最小檢測量） 噪聲水平?jīng)Q定著能被檢測到的濃度（或質(zhì)量）。噪聲水平?jīng)Q定著能被檢測到的濃度（或質(zhì)量）。 如果要把信號從本底噪聲中識別出來，則組分的響應(yīng)值如果要把信號從本底噪聲中識別出來，則組分的響應(yīng)值就一定要高于就一定要高于N N。 檢測器響應(yīng)值為檢測器響應(yīng)值為2 2（1010）倍）倍噪聲水平時的試樣濃度（或噪聲水平時的試樣濃度（或質(zhì)量），被定義為最低檢測限（或該物質(zhì)的最小檢測量）。質(zhì)量），被定義為最低檢測限（或該物質(zhì)的最小檢測量）。最低檢出限最低檢出限= = 2 2（S S/N/N）？）？線性度與線性范圍線性度與線性范圍 檢測器的線性度定義：