氣液色譜分析

1、氣液色譜分析一、色譜分類方法及分離方法的選擇1.色譜分類方法1. 按固定相外形： 柱色譜（填充柱、空心柱毛細(xì)管柱色譜）、平板色譜（薄層色譜和紙色譜）。2. 按組分在固定相上的分離機(jī)理： 吸附色譜：不同組分在固定相的吸附作用不同； 分配色譜：不同組分在固定相上的溶解能力不同； 離子交換色譜：不同組分在固定相（離子交換劑） 上的親和力不同；凝膠色譜（尺寸排阻色譜）不同尺寸分子在固定相上的滲透作用.3. 按兩相狀態(tài)分類方法固定相平衡類型適用氣相色譜氣液色譜固定液吸附于惰性載體（擔(dān)體）氣液間分配小分子量氣體及烴類，如大氣成分分析氣體試樣或能被氣化的固體和液體試樣氣固色譜固體吸附劑吸附、解吸氣相鍵合色譜

2、有機(jī)組分鍵合于固體表面氣體和鍵合體表面間的分配液相色譜液液色譜固定液吸附于惰性載體不相溶液體間的分配高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差、相對(duì)分子質(zhì)量大得有機(jī)物液固（吸附）色譜固體吸附劑吸附、解吸液相鍵合色譜有機(jī)組分鍵合于固體表面液體和鍵合體表面間的分配離子交換色譜離子交換樹(shù)脂離子交換離子對(duì)色譜法空間排阻色譜法/凝膠滲透色譜法液體附于多孔聚合物分配/篩析（多孔性物質(zhì)對(duì)不同大小分子的排阻作用不同）超臨界色譜有機(jī)組分鍵合于固體表面超臨界流體和鍵合相間分配4.HPLC液相色譜中按固定相和流動(dòng)相極性大小分為：正相色譜（固定相極性大于流動(dòng)相，極性小的先流出，適于極性組分分離）、反相色譜（固定相極性小于流動(dòng)相，極性大的先流

3、出，適于非極性組分分離）5.GC毛細(xì)管柱氣相色譜的特點(diǎn)：滲透性好可使用較長(zhǎng)的色譜柱相比率大有利于提高柱效；加上保留因子k小，滲透性好，可使用很高的載氣流速，因而分析速度快柱容量小因而進(jìn)樣量小。需采用分流技術(shù)并使用更高靈敏度的檢測(cè)器總柱效高盡管毛細(xì)管柱效比填充柱大，但仍處于同一數(shù)量級(jí)。但毛細(xì)管柱長(zhǎng)很大，因而總柱效高，分離復(fù)雜混合物能力強(qiáng)2.色譜分離方法的選擇試樣分子量水溶性、離解性方法流動(dòng)性物質(zhì)種類2000溶于水排阻色譜水不溶于水排阻色譜非水2000不溶于水正/反相色譜同系物吸附色譜異構(gòu)體多功能團(tuán)排阻色譜分子大小差異溶于水，不解離反相色譜排阻色譜（小孔）水溶于水，可解離陽(yáng)離子交換色譜堿陰離子交換

4、色譜酸溶于水，離子與非離子反相離子對(duì)色譜二、固定相固體吸附劑、固定液+載體1.固定液1.1要求：a) 熱穩(wěn)定性好、蒸汽壓低流失少；b) 化學(xué)穩(wěn)定性好不與其它物質(zhì)反應(yīng)； c) 對(duì)試樣各組分有合適的溶解能力（分配系數(shù)K適當(dāng)）；d) 對(duì)各組分具有良好的選擇性 1.2.固定液與組分的作用力：a) 色散力非極性分子之間b) 誘導(dǎo)力極性與非極性分子之間c) 取向力極性與極性分子之間d) 氫鍵力靜電吸引，亦屬取向力。1.3.固定液的選擇：固定液的特性參數(shù)：相對(duì)極性0<P<100； 固定液特性常數(shù)DI：羅氏常數(shù)、麥?zhǔn)铣?shù)1.4固定液選擇：按“相似相溶”原理選擇固定液。 非極性組分非極性固定液沸點(diǎn)低

5、（小分子物質(zhì)）的物質(zhì)先流出； 極性物質(zhì)極性固定液極性小的物質(zhì)先流出； 各類極性混合物極性固定液極性小的物質(zhì)先流出； 氫鍵型物質(zhì)氫鍵型固定液不易形成氫鍵的物質(zhì)先流出； 復(fù)雜混合物兩種或以上混合固定液 極性：正己烷環(huán)己烷苯甲苯按化學(xué)基團(tuán)相似原則選擇；按組分主要性質(zhì)差別選擇2.HPLC的流動(dòng)相HPLC流動(dòng)相為溶劑（其極性、粘度、PH值、濃度等均可改變，可調(diào)節(jié)樣品在兩相間分配的差異），它既有運(yùn)載作用，又和固定相一樣，參與對(duì)組分的競(jìng)爭(zhēng)，因此溶劑的選擇對(duì)分離十分重要。理想的溶劑應(yīng)有下列特性：對(duì)待測(cè)物具一定極性和選擇性；使用UV檢測(cè)器時(shí)，溶劑要匹配 ；使用折光率檢測(cè)器，溶劑的折光率要與待測(cè)物的折光率有較大差

6、別；高純度。否則基線不穩(wěn)或產(chǎn)生雜峰；化學(xué)穩(wěn)定性好；適宜的粘度。粘度過(guò)高，柱壓增加；過(guò)低，易產(chǎn)生氣泡；為防止固定相的流失，流動(dòng)相與固定液應(yīng)盡量不互溶，或者說(shuō)二者的極性相差越大越好。3.固定相（P77,70色譜法）HPLC通常按固定相的不同分為多種類型各種色譜方法如液液色譜法、液固色譜法、離子交換色譜法、離子對(duì)色譜法等1、液液分配色譜根據(jù)各待測(cè)物在互不相溶的兩溶液中的溶解度不同，因而具不同的分配系數(shù)。在色譜柱中，隨著流動(dòng)相的移動(dòng)，這種分配平衡需進(jìn)行多次，造成各待測(cè)物的遷移速率不同，從而實(shí)現(xiàn)分離的過(guò)程。2、離子交換色譜原理：利用不同待測(cè)離子對(duì)固定相的親和能力（或離子交換能力）的差別來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的。3、

7、離子對(duì)色譜法（IPC）將與待測(cè)物離子A電荷相反的離子B（稱為對(duì)離子或反離子）加入到流動(dòng)相中，使待測(cè)離子與對(duì)離子形成離子對(duì)AB，該AB離子對(duì)的性質(zhì)與A離子或B離子的性質(zhì)不同，即間接改變了待測(cè)離子的保留特性。4、尺寸排阻色譜法固定相為化學(xué)惰性的多孔凝膠，它類似于分子篩，但孔徑更大。凝膠內(nèi)有一定大小的空穴，分子體積大的待測(cè)物不能滲入孔穴中而被排阻，較早地被淋洗出來(lái)，中等的部分滲透，小分子則完全滲透，最后流出色譜柱。即待測(cè)物分子按分子大小(分子量大小)先后從柱中流出。三、色譜分析1.基本原理色譜分析的基本原理：借在兩相間分配原理而使混合物中各組分分離。根據(jù)組分與固定相與流動(dòng)相的作用力不同，當(dāng)兩相做相對(duì)

8、移動(dòng)時(shí)，各組分在兩相中反復(fù)多次分配（/吸附解吸）而相互分離，依次流出色譜柱，進(jìn)入檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)2.氣相色譜的理論基礎(chǔ)氣相色譜的理論基礎(chǔ)：色譜的分離行為應(yīng)從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面進(jìn)行研究、解釋。 試樣中各組分在兩相間的分配情況，由組分在兩相間的分配由分配系數(shù)（熱力學(xué)性質(zhì)）、各物質(zhì)（試樣中的組分、固定相、流動(dòng)相）的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)決定，它使得各組分在不同時(shí)間流出峰間距，由各個(gè)色譜峰在柱后出現(xiàn)的時(shí)間（保留值）反映； 各組分在色譜柱中的運(yùn)動(dòng)（分散）情況，由傳質(zhì)和擴(kuò)散（動(dòng)力學(xué)性質(zhì)）決定，它使得各組分峰有一定的寬度峰寬，由峰寬反映。2.1熱力學(xué)性質(zhì)描述分配過(guò)程的參數(shù)分配系數(shù)K與組分和兩相的性質(zhì)、柱溫、柱壓有關(guān)

9、，與兩相體積、柱管特性和所用儀器無(wú)關(guān)分配比 反映了組分在柱中的遷移速率，是衡量色譜柱對(duì)組分保留能力的重要參數(shù)。與組分和兩相的性質(zhì)、柱溫、柱壓和相比有關(guān)（b 稱為相比率，是反映色譜柱柱型及其結(jié)構(gòu)的參數(shù)）選擇因子(相對(duì)保留值r21) a 色譜柱對(duì)A、B兩組分的選擇因子a 為A為先流出的組分，B為后流出的組分K 或 k 反映的是某一組分在兩相間的分配；而 a 是反映兩組分間的分離情況！兩組分在兩相間的分配系數(shù)不同，是色譜分離的先決條件。2.2動(dòng)力學(xué)性質(zhì)色譜分離的基本理論：（GC）塔板理論將色譜柱當(dāng)作精餾塔，用塔板概念來(lái)描述組分在柱中的分配行為理論塔板數(shù)：有效塔板數(shù)有效塔板高度 （普通柱的為0.1cm

10、）塔板理論描述了組分在柱內(nèi)的分配平衡和分離過(guò)程、導(dǎo)出流出曲線的數(shù)學(xué)模型、解釋了流出曲線形狀（呈正態(tài)分布）和位置、提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)（說(shuō)明柱效柱分離能力的發(fā)揮程度時(shí)，必須注明該柱效是針對(duì)何種物質(zhì)、固定液種類及其含量、流動(dòng)相種類及流速、操作條件等），但該理論是在理想情況下導(dǎo)出的，未考慮分子（縱向）擴(kuò)散因素、其它動(dòng)力學(xué)因素對(duì)柱內(nèi)傳質(zhì)的影響。它不能解釋：峰形為什么會(huì)擴(kuò)張等動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，也不能預(yù)言分離的可能（由K和柱效決定），不能解釋同一色譜柱在不同載氣流速下柱效不同的原因。速率理論（GC、HPLC）van Deemter方程： 曲線的最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)最佳線速 下的最小板高；u 為流動(dòng)相線速度； A，B

11、，C為常數(shù)，其中A分別表示渦流擴(kuò)散系數(shù)；B分子擴(kuò)散系數(shù)； C傳質(zhì)阻力系數(shù)（包括液相和固相傳質(zhì)阻力系數(shù)）速率理論從動(dòng)力學(xué)角度很好地解釋了影響板高（柱效）和峰擴(kuò)張的各種因素GC、HPLC定義減小措置說(shuō)明各因素相互制約渦流擴(kuò)散項(xiàng)A受到固定相顆粒的阻礙，組分在遷移過(guò)程中隨流動(dòng)相不斷改變方向，形成紊亂的“渦流”，導(dǎo)致同一組分運(yùn)行路線長(zhǎng)短不同流出時(shí)間不同峰形展寬。細(xì)粒的固定相并填充均勻。對(duì)于空心毛細(xì)管柱，無(wú)渦流擴(kuò)散，即A=0。分子（縱向）擴(kuò)散項(xiàng)B/u由于濃度梯度引起的。當(dāng)樣品被注入色譜柱時(shí)，它呈“塞子”狀分布。隨著流動(dòng)相的推進(jìn)， “塞子”因濃度梯度而向前后自發(fā)地?cái)U(kuò)散，使譜峰展寬。球狀顆粒；大分子量流動(dòng)相；

12、適當(dāng)增加流速；短柱；低溫。流速低時(shí)主導(dǎo)（GC）HPLC可忽略傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cu因傳質(zhì)阻力的存在，使分配不能“瞬間”達(dá)至平衡，因此產(chǎn)生峰形展寬。包括氣相傳質(zhì)阻力（試樣組分從氣相移動(dòng)到固定相表面）和液相傳質(zhì)阻力（試樣組分從固定相的氣液界面移動(dòng)到液相內(nèi)部）減小填充顆粒直徑；采用分子量小的流動(dòng)相；減小液膜厚度，但此時(shí)k減小（增加擔(dān)體表面積，固定液越多；但比表面積過(guò)大會(huì)因吸附過(guò)強(qiáng)而使峰型拖尾）增加柱溫（但k值也減?。〨C流速高時(shí)、HPLC主導(dǎo)（流速不宜快）四、分離度及色譜分離方程（GC）及分離度（同時(shí)反映色譜柱效能和選擇性的綜合指標(biāo)），定義為：R 越大，相鄰組分分離越好。當(dāng)R=1.5時(shí)，分離程度可達(dá)99.7

13、%，通常用作是否分開(kāi)的判據(jù)色譜分離方程：、將 R 與影響其大小的因素：柱效n（由知增加柱長(zhǎng)可提高R，但使分析時(shí)間）、選擇因子a（a柱的選擇性R；降低柱溫、改變固定相和流動(dòng)相的性質(zhì)和組成） 和保留因子 k （kR，但需在一定范圍；增加柱溫、固定相和流動(dòng)相性質(zhì)和組成、固定相的量）聯(lián)系起來(lái)五、氣相色譜分離分析條件4.1氣相色譜分離分析條件固定相的選擇相似原理柱長(zhǎng)L載氣及流速u(mài).柱溫在固定液最高使用溫度和最低使用溫度（固定液的凝固點(diǎn)點(diǎn)）之間在使最難分離的組分盡可能好的分離的前提下，采取較低的溫度。對(duì)于沸點(diǎn)范圍較寬的試樣，宜采用程序升溫，使低沸點(diǎn)及高沸點(diǎn)組分都能在各自適宜的溫度下得到良好的分離。載體粒度

14、及篩分范圍載體粒度越小，柱效越高。但粒度過(guò)小，則阻力及柱壓增加進(jìn)樣方式及進(jìn)樣量要以“塞子”的方式進(jìn)樣，以防峰形擴(kuò)張；進(jìn)樣量，也要以峰形不拖尾為宜4.2改善分離效果方法：程序升溫使柱溫按預(yù)定的加熱速率，隨時(shí)間做線性或非線性的增加，使低沸點(diǎn)及高沸點(diǎn)組分都能在各自適宜的溫度下得到良好的分離，以保持較好峰型（寬沸點(diǎn)試樣梯度洗提/梯度洗脫流動(dòng)相中含有兩種（或更多）不同極性的溶劑，在分離過(guò)程中按一定的程序連續(xù)改變流動(dòng)相中溶劑的配比和極性，通過(guò)流動(dòng)相中極性的變化來(lái)改變被分離組分的容量因子和選擇性因子，以提高分離效果化學(xué)鍵合固定相用化學(xué)反應(yīng)的方法通過(guò)化學(xué)鍵把固定液有機(jī)分子結(jié)合到擔(dān)體表面所形成的固定相。以化學(xué)鍵

15、合相為固定相的色譜法為化學(xué)鍵合色譜法其他程序改變流速；組合柱等方法6、 色譜系統(tǒng)6.1色譜系統(tǒng)GC載氣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)柱分離系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)（+記錄系統(tǒng)）獲得純凈、連續(xù)、流速穩(wěn)定的載氣將試樣在進(jìn)入色譜柱前瞬間氣化，后快速定量轉(zhuǎn)入色譜柱中TCD、FID、FPD、ECD把混合物中被分離的各組分的濃度或質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置溫控系統(tǒng)：主要指對(duì)色譜柱室、氣化室、檢測(cè)器的溫度控制：HPLC高壓輸液裝置進(jìn)樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)（+記錄系統(tǒng)）增加高壓泵以提高流動(dòng)相的流動(dòng)速度，克服阻力紫外檢測(cè)器、熒光檢測(cè)器及電化學(xué)檢測(cè)器等各組分的分離可與MS等聯(lián)用；結(jié)果為色譜流出曲線6.2進(jìn)樣器：注射器（進(jìn)樣優(yōu)點(diǎn):死體積小結(jié)果精確度

16、高；缺點(diǎn)：定量不準(zhǔn)確重復(fù)性差）、六通閥/多通進(jìn)樣閥（與注射器相反）6.3GC檢測(cè)器 ：理想條件（1）適合的靈敏度S（單位樣品量/質(zhì)量的改變引起的信號(hào)改變）（2）穩(wěn)定、重現(xiàn)性好；（3）線性范圍（最大進(jìn)樣量與最小檢出限的比值）寬，可達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)；（4）響應(yīng)時(shí)間短，且不受流速影響；（5）選擇性好；（6）不破壞樣品。（7）檢出限D(zhuǎn)（D=3N/S，N為檢測(cè)器的噪聲）種類：1. 熱導(dǎo)檢測(cè)器TCD; 2. 氫火焰離子化檢測(cè)器FID; 3. 電子捕獲檢測(cè)器ECD;4. 火焰光度檢測(cè)器FPD;熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD) 濃度型檢測(cè)器適用于各類氣相物質(zhì)原理：由于不同物質(zhì)所具有的熱傳導(dǎo)系數(shù)不同，當(dāng)它們到達(dá)處于恒溫下的熱敏

17、元件（如Pt, Au, W, 半導(dǎo)體）時(shí)，其電阻將發(fā)生變化，將引起電阻變化通過(guò)某種方式轉(zhuǎn)化為可以記錄的電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)其檢測(cè)功能。影響因素：較大的橋電流、較低的池體溫度、低分子量的載氣以及具有大的電阻溫度系數(shù)的熱敏元件可獲得較高的靈敏度。氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）質(zhì)量型檢測(cè)器應(yīng)用：含碳有機(jī)物如烴類，不用于不電離無(wú)機(jī)化合物，如水、永久性氣體等含碳有機(jī)物在氫焰中燃燒時(shí)，發(fā)生化學(xué)電離反應(yīng)產(chǎn)生的正負(fù)離子，在電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)形成微電流，經(jīng)過(guò)高電阻產(chǎn)生電壓，放大后被檢測(cè)器檢測(cè)。影響因素：載氣和氫氣流速：通常以N2為載氣，其流速主要考慮其柱效能。但也要考慮其流速與H2流速相匹配。）空氣流速：一定范圍內(nèi)

18、，空氣流速越大，靈敏度越大；操作溫度電子捕獲檢測(cè)器(ECD)主要對(duì)含有較大電負(fù)性原子的化合物響應(yīng)。特別適合于環(huán)境樣品中鹵代農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯等微量污染物的分析火焰光度檢測(cè)器（FPD）主要用于含硫和含磷的有機(jī)物七、色譜流出曲線一、色譜流出曲線（色譜圖）1.相關(guān)術(shù)語(yǔ)：基線、保留值表示試樣中各組分在色譜柱中的滯留時(shí)間。包括死時(shí)間tM、保留時(shí)間tR、調(diào)整保留時(shí)間、死體積VM、保留體積VR、調(diào)整保留體積VR、相對(duì)保留值（r2,1只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，而與柱內(nèi)徑、柱長(zhǎng)L、填充情況及流動(dòng)相流速無(wú)關(guān) ）區(qū)域?qū)挾龋喊?biāo)準(zhǔn)偏差、半峰寬度、峰底寬度 峰高、峰面積2.色譜流出曲線的意義：色譜峰數(shù)=樣品中單組分的最少個(gè)數(shù)； 色譜保留值定性依據(jù)；色譜峰高或面積定量依據(jù)； 色譜保留值和區(qū)域?qū)挾壬V柱分離效能評(píng)價(jià)指標(biāo)（分離好壞）； 色譜峰間距固定相或流動(dòng)相選擇是否合適的