氣相色譜法的基本知識(shí)

1、氣相色譜法的基本知識(shí)氣相色譜法的基本知識(shí)一、 基本概念1、色譜法的定義及發(fā)展 色譜法是一種分離方法，它利用物質(zhì)在兩相中分配系數(shù)的微小差異進(jìn)行分離。 當(dāng)兩相做相對(duì)移動(dòng)時(shí)，使被測(cè)物質(zhì)在兩相之間進(jìn)行多次分配，這樣原來(lái)的微小差異產(chǎn)生了很大的效果，使各組分分離。 色譜法是混合物最有效的分離、分析方法。 俄國(guó)植物學(xué)家茨維特在1906年使用的裝置：色譜原型裝置，如圖。 試樣混合物的分離過(guò)程也就是試樣中各組分在稱之為色譜分離柱中的兩相間不斷進(jìn)行著的分配過(guò)程。 其中的一相固定不動(dòng)，稱為固定相； 另一相是攜帶試樣混合物流過(guò)此固定相的流體（氣體或液體），稱為流動(dòng)相。色譜法發(fā)展的歷史：1906年俄國(guó)植物學(xué)家Tswet

2、t命名自己發(fā)明的分離植物色素的新方法為色譜法。因?yàn)樗⒉皇且粋€(gè)著名的學(xué)者，因此他發(fā)表出來(lái)的文章并沒有得到重視。1931年，德國(guó)的Kuhn和Lederer重復(fù)了Tswett的實(shí)驗(yàn)，得到很好的結(jié)果，色譜法因此得到很大的推廣。1940年，Martin和Synge提出了液液分配色譜法，又把塔板的 概念引入色譜法中，初步建立了塔板理論。1941年，他們提出了用氣體代替流體做流動(dòng)相的可能性，在他們發(fā)展了完整的氣液色譜法之后，他們得了1952年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 (1)(1)氣相色譜氣相色譜：流動(dòng)相為氣體（稱為載氣）。流動(dòng)相為氣體（稱為載氣）。 按分離柱不同可分為：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜；按分離柱不同可分為

3、：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜； 按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜(2)(2)液相色譜液相色譜：流動(dòng)相為液體（也稱為淋洗液）。流動(dòng)相為液體（也稱為淋洗液）。 按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。 離子色譜離子色譜：液相色譜的一種，以特制的離子交換樹脂液相色譜的一種，以特制的離子交換樹脂為固定相，不同為固定相，不同pHpH值的水溶液為流動(dòng)相。值的水溶液為流動(dòng)相。1.基線 無(wú)試樣通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，檢測(cè)到的信號(hào)即為基線。2.保留值 （1）時(shí)間表示的保留值 保留時(shí)間（tR）：組分從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值時(shí)所需的時(shí)間；

4、 死時(shí)間（tM）：不與固定相作用的氣體（如空氣）的保留時(shí)間； 調(diào)整保留時(shí)間（tR ）：tR= tRtM 保留體積（保留體積（V VR R）：）：V VR R = = t tR RF F0 0F F0 0為柱出口處的載氣流量，為柱出口處的載氣流量，單位：?jiǎn)挝唬簃 L / minm L / min。 死體積（死體積（V VM M）：）： V VM M = = t tM M F F0 0 調(diào)整保留體積調(diào)整保留體積( (V VR R) )： V V R R = = V VR R V VM M 組分組分2 2與組分與組分1 1調(diào)整保留值之比：調(diào)整保留值之比： r r2121 = = t t R R2 2

5、 / / t t R R1 1= = V V R R2 2 / / V V R R1 1 相對(duì)保留值只與柱溫和相對(duì)保留值只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，與其他固定相性質(zhì)有關(guān)，與其他色譜操作條件無(wú)關(guān)，它表色譜操作條件無(wú)關(guān)，它表示了固定相對(duì)這兩種組分示了固定相對(duì)這兩種組分的選擇性。的選擇性。 用來(lái)衡量色譜峰寬度的參數(shù)，有三種表示方法：（1）標(biāo)準(zhǔn)偏差()：即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。（2）半峰寬(Y1/2)：色譜峰高一半處的寬度 Y1/2 =2.354 （3）峰底寬(Wb)：Wb=4 1. 1. 峰面積的測(cè)量峰面積的測(cè)量 （1 1）峰高）峰高（h）乘半峰寬乘半峰寬（Y 1/2）法：法：近似將色譜

6、峰當(dāng)作等腰三角形。此法算出的面積是實(shí)際峰面積的0.94倍： A A = 1.064 = 1.064 h hY Y1/21/2 （2 2）峰高乘平均峰寬法：）峰高乘平均峰寬法：當(dāng)峰形不對(duì)稱時(shí)，可在峰高0.15和0.85處分別測(cè)定峰寬，由下式計(jì)算峰面積： A A = = h h（Y Y 0.150.15 + + Y Y 0.850.85 ）/ 2 / 2 （3 3）峰高乘保留時(shí)間法：）峰高乘保留時(shí)間法：在一定操作條件下，同系物的半峰寬與保留時(shí)間成正比，對(duì)于難于測(cè)量半峰寬的窄峰、重疊峰（未完全重疊），可用此法測(cè)定峰面積： A A = = h hb bt tR R （4 4）自動(dòng)積分和微機(jī)處理法）自動(dòng)

7、積分和微機(jī)處理法 試樣中各組分質(zhì)量與其色譜峰面積成正比，即：試樣中各組分質(zhì)量與其色譜峰面積成正比，即： m m i i = = f fi i A Ai i 絕對(duì)校正因子絕對(duì)校正因子：比例系數(shù)f i ，單位面積對(duì)應(yīng)的物質(zhì)量： f f i i = =m m i i / / A Ai i 相對(duì)校正因子相對(duì)校正因子f f i i ：即組分的絕對(duì)校正因子與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的絕對(duì)校正因子之比。 當(dāng)mi、mS以摩爾為單位時(shí)，所得相對(duì)校正因子稱為相對(duì)摩爾校正因子（f f M M）,用表示；當(dāng)mi、mS用質(zhì)量單位時(shí), 以（f f W W）,表示。ississiisiiAAmmAmAmfff / 特點(diǎn)及要求：特點(diǎn)及要求：

8、 歸一化法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確；歸一化法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確；進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性和操作條件的變動(dòng)對(duì)測(cè)定結(jié)果影響不大；進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性和操作條件的變動(dòng)對(duì)測(cè)定結(jié)果影響不大；僅適用于試樣中所有組分全出峰的情況僅適用于試樣中所有組分全出峰的情況。100)(100%121 niiiiiniiAfAfmmmmc外標(biāo)法也稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線法。外標(biāo)法也稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線法。特點(diǎn)及要求：特點(diǎn)及要求： 外標(biāo)法不使用校正因子，準(zhǔn)外標(biāo)法不使用校正因子，準(zhǔn)確性較高，確性較高， 操作條件變化對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確性操作條件變化對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確性影響較大。影響較大。 對(duì)進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性控制要求對(duì)進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性控制要求較高，適用于大批量試樣的快較高，適用于大批量試樣的快速分析。速分

9、析。 內(nèi)標(biāo)物要滿足以下要求：內(nèi)標(biāo)物要滿足以下要求：（a a）試樣中不含有該物質(zhì)；）試樣中不含有該物質(zhì)；（b b）與被測(cè)組分性質(zhì)比較接近；）與被測(cè)組分性質(zhì)比較接近；（c c）不與試樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；）不與試樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（d d）出峰位置應(yīng)位于被測(cè)組分附近，且無(wú)組分峰影響。）出峰位置應(yīng)位于被測(cè)組分附近，且無(wú)組分峰影響。試樣配制：準(zhǔn)確稱取一定量的試樣試樣配制：準(zhǔn)確稱取一定量的試樣W W，加入一定量?jī)?nèi)標(biāo)物，加入一定量?jī)?nèi)標(biāo)物m mS S計(jì)算式：計(jì)算式：SsiisiSsiisiAfAfmmAfAfmm; 100100100%SsiisSsiisiiAfAfWmWAfAfmWmc氣相色譜儀器1-載氣鋼瓶；

10、2-減壓閥；3-凈化干燥管；4-針形閥；5-流量計(jì);6-壓力表；4-針形閥；5-流量計(jì);6-壓力表；9-熱導(dǎo)檢測(cè)器；10-放大器；11-溫度控制器；12-記錄儀；載氣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)色譜柱檢測(cè)系統(tǒng)溫控系統(tǒng)(1). (1). 載氣系統(tǒng)載氣系統(tǒng) 包括氣源、凈化干燥管和載氣流速控制；常用的載氣有：氫氣、氮?dú)?、氦氣；凈化干燥管：去除載氣中的水、有機(jī)物等雜質(zhì)（依次通過(guò)分子篩、活性炭等）；載氣流速控制：壓力表、流量計(jì)、針形穩(wěn)壓閥，控制載氣流速恒定。 氣體進(jìn)樣器（六通閥）：氣體進(jìn)樣器（六通閥）：推拉式和旋轉(zhuǎn)式兩種。 試樣首先充滿定量管，切入后，載氣攜帶定量管中的試樣氣體進(jìn)入分離柱； 不同規(guī)格的專用注射器，填充柱

11、色譜常用10L；毛細(xì)管色譜常用1L；新型儀器帶有全自動(dòng)液體進(jìn)樣器，清洗、潤(rùn)沖、取樣、進(jìn)樣、換樣等過(guò)程自動(dòng)完成，一次可放置數(shù)十個(gè)試樣。 氣化室：氣化室：將液體試樣瞬間氣化的裝置。無(wú)催化作用。 色譜柱：色譜柱：色譜儀的核心部件。 柱材質(zhì)：柱材質(zhì)：不銹鋼管或玻璃管，內(nèi)徑3-6毫米。長(zhǎng)度可根據(jù)需要確定。 柱填料：柱填料：粒度為60-80或80-100目的色譜固定相。 液液- -固色譜：固體吸附劑固色譜：固體吸附劑 液液- -液色譜：擔(dān)體液色譜：擔(dān)體+ +固定液固定液 柱制備對(duì)柱效有較大影響，填料裝填太緊，柱前壓力大，流速慢或?qū)?柱堵死，反之空隙體積大，柱效低。 色譜儀的眼睛，通常由檢測(cè)元件、放大器、顯

12、示記錄三部分組成； 被色譜柱分離后的組分依次進(jìn)入檢測(cè)器，按其濃度或質(zhì)量隨時(shí)間的變化，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)電信號(hào)，經(jīng)放大后記錄和顯示，給出色譜圖； 檢測(cè)器：廣普型檢測(cè)器：廣普型對(duì)所有物質(zhì)均有響應(yīng)；對(duì)所有物質(zhì)均有響應(yīng)； 專屬型專屬型對(duì)特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng)；對(duì)特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng)； 常用的檢測(cè)器：熱導(dǎo)檢測(cè)器、氫火焰離子化檢測(cè)器； 溫度是色譜分離條件的重要選擇參數(shù)； 氣化室、分離室、檢測(cè)器三部分在色譜儀操作時(shí)均需控制溫度； 氣化室：保證液體試樣瞬間氣化； 檢測(cè)器：保證被分離后的組分通過(guò)時(shí)不在此冷凝； 分離室：準(zhǔn)確控制分離需要的溫度。當(dāng)試樣復(fù)雜時(shí)，分離室溫度需要按一定程序控制溫度變化，各組分在最佳溫度下分離；1.

13、 1. 種類種類 (1)(1)活性炭活性炭 有較大的比表面積，吸附性較強(qiáng)。 (2)(2)活性氧化鋁活性氧化鋁 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(qiáng)烈吸附而不能用這種固定相進(jìn)行分析。 (3)(3)硅膠硅膠 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。 (4)(4)分子篩分子篩 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

14、離外，還能夠測(cè)定He、Ne、Ar、NO、N2O等。 (5)(5)高分子多孔微球（高分子多孔微球（GDXGDX系列）系列） 新型的有機(jī)合成固定相（苯乙烯與二乙烯苯共聚）。 型號(hào)：GDX-01、-02、-03等。適用于水、氣體及低級(jí)醇的分析。（1 1）性能與制備和活化條件有很大關(guān)系；）性能與制備和活化條件有很大關(guān)系；（2 2）同一種固定相，不同廠家或不同活化條件，分離效果）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；差異較大；（3 3）種類有限，能分離的對(duì)象不多；）種類有限，能分離的對(duì)象不多；（4 4）使用方便。）使用方便。1.1.檢測(cè)器類型檢測(cè)器類型濃度型檢測(cè)器：濃度型檢測(cè)器： 測(cè)量

15、的是載氣中通過(guò)檢測(cè)器組分濃度瞬間的變化，檢測(cè) 信號(hào)值與組分的濃度成正比。熱導(dǎo)檢測(cè)器；質(zhì)量型檢測(cè)器：質(zhì)量型檢測(cè)器： 測(cè)量的是載氣中某組分進(jìn)入檢測(cè)器的速度變化，即檢測(cè)信號(hào)值與單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器組分的質(zhì)量成正比。FID；廣普型檢測(cè)器：廣普型檢測(cè)器： 對(duì)所有物質(zhì)有響應(yīng)，熱導(dǎo)檢測(cè)器；專屬型檢測(cè)器：專屬型檢測(cè)器： 對(duì)特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng)，電子俘獲檢測(cè)器； 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(hào)E與進(jìn)入檢測(cè)器的物質(zhì)質(zhì)量m呈線性關(guān)系： E = S m E = S m S 表示單位質(zhì)量的物質(zhì)通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)的大小。S值越大，檢測(cè)器（也即色譜儀）的靈敏度也就越高。檢測(cè)信號(hào)

16、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 噪聲水平?jīng)Q定著能被檢測(cè)到的濃度（或質(zhì)量）。噪聲水平?jīng)Q定著能被檢測(cè)到的濃度（或質(zhì)量）。 從圖中可以看出：如果要把信號(hào)從本底噪聲中識(shí)別出來(lái)，則從圖中可以看出：如果要把信號(hào)從本底噪聲中識(shí)別出來(lái)，則組分的響應(yīng)值就一定要高于組分的響應(yīng)值就一定要高于N N。 檢測(cè)器響應(yīng)值為檢測(cè)器響應(yīng)值為2 2倍噪聲水平時(shí)載氣中的試樣濃度（或質(zhì)量倍噪聲水平時(shí)載氣中的試樣濃度（或質(zhì)量），被定義為檢測(cè)限（或檢測(cè)度、敏感度）。而對(duì)應(yīng)的進(jìn)樣量），被定義為檢測(cè)限（或檢測(cè)度、敏感度）。而對(duì)應(yīng)的進(jìn)樣量稱為該物質(zhì)的最小檢測(cè)量。稱為

17、該物質(zhì)的最小檢測(cè)量。 檢測(cè)器的線性度定義：檢測(cè)器的線性度定義：檢測(cè)器響應(yīng)值的對(duì)數(shù)值與試樣量對(duì)數(shù)值之間呈比例的狀況。 檢測(cè)器的線性范圍定義檢測(cè)器的線性范圍定義：檢測(cè)器在線性工作時(shí)，被測(cè)物質(zhì)的最大濃度（或質(zhì)量）與最低濃度（或質(zhì)量）之比。(1). (1). 熱導(dǎo)檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)檢測(cè)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(jià)廉易加工的鎢絲制成。參考臂：參考臂：僅允許純載氣通過(guò)，通常連接在進(jìn)樣裝置之前。 測(cè)量臂測(cè)量臂：需要攜帶被分離組分的載氣流過(guò)，則連接在緊靠近分離柱出口處。 平衡電橋，不同的氣體有不同的熱導(dǎo)系數(shù)。 橋路電流橋路電流I I ： I，鎢絲的溫度

18、 ，鎢絲與池體之間的溫差，有利于熱傳導(dǎo)，檢測(cè)器靈敏度提高。檢測(cè)器的響應(yīng)值S S I I3 3，但穩(wěn)定性下降，基線不穩(wěn)。橋路電流太高時(shí)，還可能造成鎢絲燒壞。 池體溫度池體溫度：池體溫度與鎢絲溫度相差越大，越有利于熱傳導(dǎo)，檢測(cè)器的靈敏度也就越高，但池體溫度不能低于分離柱溫度，以防止試樣組分在檢測(cè)器中冷凝。 載氣種類載氣種類：載氣與試樣的熱導(dǎo)系數(shù)相差越大，在檢測(cè)器兩臂中產(chǎn)生的溫差和電阻差也就越大，檢測(cè)靈敏度越高。載氣的熱導(dǎo)系數(shù)大，傳熱好，通過(guò)的橋路電流也可適當(dāng)加大，則檢測(cè)靈敏度進(jìn)一步提高。氦氣也具有較大的熱導(dǎo)系數(shù)，但價(jià)格較高。表表 某些氣體與蒸氣的熱導(dǎo)系數(shù)（某些氣體與蒸氣的熱導(dǎo)系數(shù)（），單位：），單位：J / cmJ / cms s(1). 特點(diǎn) (1) 典型的質(zhì)量型檢測(cè)器; (2) 對(duì)有機(jī)化合物具有很高的靈敏度; (3) 無(wú)機(jī)氣體、水、四氯化碳等含氫少或不含氫的物質(zhì)靈敏度低或不響應(yīng); (4) 氫焰檢測(cè)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)迅速等特點(diǎn); (5) 比熱導(dǎo)檢測(cè)器的靈敏度高出近3個(gè)數(shù)量級(jí)，檢測(cè)下限可達(dá)10-12gs-1。 在發(fā)射極和收集極之間在發(fā)射極和收集極之間加有一定的直流電壓（加有一定的直流電壓（100100300V300V）構(gòu)成一個(gè)外加電場(chǎng)。）構(gòu)成一個(gè)外加電場(chǎng)。 氫焰檢測(cè)器需要用到三氫焰檢測(cè)器需要用到三種氣體：種氣體： N2 ：載氣攜帶試樣組分； H2 ：為燃?xì)猓?