氣相色譜法-2015

1、色譜法的分離原理色譜法的分離原理一般分類一般分類分離方法分離方法固定相固定相所用平衡所用平衡液相色譜液相色譜LC L-L分離分離 吸附在固定相表面的液體吸附在固定相表面的液體 不同溶液之間分不同溶液之間分配平衡配平衡液相液相-固定相固定相 固定相表面鍵合的有機相固定相表面鍵合的有機相 在液體與固定相在液體與固定相表面的分布表面的分布液固或吸附液固或吸附固體固體吸附吸附離子交換離子交換離子交換樹脂離子交換樹脂離子交換離子交換尺寸排阻尺寸排阻聚合物中間隙聚合物中間隙分布分布/篩分篩分氣 相 色 譜氣 相 色 譜G C（流動相為氣（流動相為氣體）體） 氣、液氣、液吸附在固定相表面的液體吸附在固定相表

2、面的液體氣配氣配/氣氣-液液氣氣-鍵相鍵相固體表面鍵合的有機物固體表面鍵合的有機物氣配氣配/氣氣-液液氣氣-固定體固定體固體固體吸附吸附超臨界流體色超臨界流體色譜譜SFC（流動（流動相超臨界流體）相超臨界流體） 固體表面鍵合的有機物固體表面鍵合的有機物 超臨界流體與鍵超臨界流體與鍵合表面的分配合表面的分配 1- 1-載氣鋼瓶；載氣鋼瓶；2-2-減壓閥；減壓閥；3-3-凈化干燥管；凈化干燥管；4-4-針形閥；針形閥；5-5-流量計流量計;6-;6-壓力表；壓力表；7-7-進(jìn)樣器；進(jìn)樣器；8-8-色譜柱色譜柱; 9-; 9-熱導(dǎo)檢測器；熱導(dǎo)檢測器；10-10-放大器；放大器；11-11-溫度控制器

3、；溫度控制器；12-12-記錄儀；記錄儀；電信號強度隨時間變化曲線流出曲線上突起部分ABAAWfhs2)(205. 0fs在0.951.05之間fs小于0.95fs大于1.05 當(dāng)沒有待測組分進(jìn)入檢測器 時，反映檢測器噪音隨時間 變化的曲線（穩(wěn)定平直直線）儀器本身所固有的，以噪音 帶表示（儀器越好，噪音越?。┗€向某個方向穩(wěn)定移動 （儀器未穩(wěn)定造成）mRRttt0tttRR或cRRFtVCRcRFtFV1無關(guān)；為定值，與注：321VVVVmCmmFtVCmcmFtFV1無關(guān)；為定值，與注：差，峰形，色譜峰擴展mVCRmRRFtVVVcRcRFtFV1無關(guān)；與注：12121212kkVVttrR

4、RRR，分配系數(shù)分配系數(shù)一定溫度下，組分在固定相和流動相之間分配達(dá)一定溫度下，組分在固定相和流動相之間分配達(dá)平衡時的濃度比平衡時的濃度比 組分在流動相中的濃度組分在固定相中的濃度K K K只與固定相和被分離物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)只與固定相和被分離物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)K K值的差別是分離的先決條件，值的差別是分離的先決條件，差別越大，分離的可能性越大差別越大，分離的可能性越大K K值大的組分后出峰值大的組分后出峰355. 221W4W21699. 1WW 色譜曲線所提供的信息色譜曲線所提供的信息色譜峰的個數(shù)色譜峰的個數(shù) - 樣品中所含組分的最小個數(shù)樣品中所含組分的最小個數(shù)保留值保留值 - 定性定性面積（峰高）

5、面積（峰高）- 定量定量峰間距峰間距 - 評價固定相（流動相）選擇是否合適評價固定相（流動相）選擇是否合適msmmssmsVVKVCVCWWkmSCCK 假想：理理HLn理理或nLH/222/1)(16)(54. 5bRRWtWtn，但柱壓和分析時間一定，；，分離能力，柱效一定，討論：理理理理理理理nLHnHLHnLn1不同；組分不同則與所用組分有關(guān)，選用注：計算理理nn一致無量綱，上下單位必須理n2212)(54. 5)(16WtWtnRReffeffeffnLH/理，實的反映柱效扣除了死時間，更能真和討論：nnkHneffeffeff小結(jié)小結(jié)塔板數(shù)塔板數(shù) n n是色譜柱的特征參數(shù)。當(dāng)色譜柱

6、長度一定時，是色譜柱的特征參數(shù)。當(dāng)色譜柱長度一定時，塔板數(shù)塔板數(shù) n n 越大越大( (塔板高度塔板高度 H H 越小越小) )，柱效能則越高，所，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。得色譜峰越窄。不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔不同物質(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能的指標(biāo)時，應(yīng)指板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)時，應(yīng)指明測定物質(zhì)。明測定物質(zhì)。柱效不能表示被分離組分的實際分離效果，當(dāng)兩組分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)的分配系數(shù)K K相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。

7、無法分離。 uCuBAH/ dpA2填充不規(guī)則因子填充顆粒直徑dpdpA 柱效，nHAdp柱效，nHAdp注：注：顆粒太小，柱壓過高且不易填充均勻 填充柱60100目 空心毛細(xì)管柱（0.10.5mm），A=0，n理較高 next渦流擴散系數(shù)gDB2）彎曲因子（111空心毛細(xì)管柱填充柱數(shù)（常數(shù)）組分在載氣中的擴散系gDgRDBtuB， gRDMTtu）（或柱效，nHuB/縱向擴散系數(shù)MTDTDgg或傳質(zhì)阻抗系數(shù)lllgDdfkkCCCC22)1 (32固定液液膜厚度df系數(shù)組分在固定液中的擴散lDllDdfC2TDllDTdf柱效，nHuCCl分離度分離度 塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)

8、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。 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)挾壬V過程的動力學(xué)因素。 色譜分離中的四種情況如圖所示：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，基本上完全分離；柱效較低，K較大,但分離的不好； K小，柱效低，分離效果更差。相臨兩組分間峰頂間距離是峰底寬平均值的幾倍相臨兩組分間峰頂間距離是峰底寬平均值的幾倍 （衡量色譜分離條件優(yōu)劣的參數(shù)）（衡量色譜分離條件優(yōu)劣的參數(shù)）22112WWttRRR峰寬和之半）保留值之差（峰頂間距)

9、2(21)1 (21122112)(177. 1)(2WWttWWttRRRRR完全未分開完全分離基本分離0 . 165 . 140 . 1RtRtRRR令令WWb(2)b(2)=WWb(1)b(1)=WWb b（相鄰兩峰的峰底寬近似相等（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），），引入相引入相對保留值和塔板數(shù)，可導(dǎo)出下式：對保留值和塔板數(shù)，可導(dǎo)出下式：161112212121121221211212有效nrrWtttrWtttWttWWttRbbbbbRRRRRRRRRR)()()()()()()()()()()()()()()()(有效有效HrrRLrrRn221212221212116116)()(

10、 種類 擔(dān)體名稱 特點及用途 生產(chǎn)廠家 紅色 硅藻土 擔(dān)體 201 紅色擔(dān)體 301 釉化紅色擔(dān)體 6201 紅色擔(dān)體 適用于涂漬非極性固定液分析非極性物質(zhì) 由 201 釉化而成，性能介于紅色與白色硅藻土擔(dān)體之間，適用于分析中等極性物質(zhì) 上海試劑廠 大連催化劑廠 硅藻土類 白色 硅藻土 擔(dān)體 101 白色擔(dān)體 101 酸洗 101 硅烷化白色擔(dān)體 102 白色擔(dān)體 適用于涂漬極性固定液分析極性物質(zhì) 催化吸附性小，減小色譜峰拖尾 上海試劑廠 非硅藻土類 高分子微球 玻璃微球 氟擔(dān)體 由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成 經(jīng)酸堿處理， 比表面積 0.02 m2 / g ,可在較高溫度下使用，適宜分析高沸點物

11、質(zhì)。 由四氟乙烯聚合而成，比表面積 10.5 m2 / g 適宜分析強極性物質(zhì)和腐蝕性物質(zhì) 上海試劑廠 規(guī)定：角鯊?fù)椋ó惾椋┑南鄬O性為零，規(guī)定：角鯊?fù)椋ó惾椋┑南鄬O性為零， ，氧二丙睛的相對極性為氧二丙睛的相對極性為100， 固定液 名 稱 商品牌號 使用溫度 （最高） 溶劑 相對 極性 麥?zhǔn)?常數(shù) 總和 分析對象 （參考） 1、 角鯊?fù)?（異三十烷） SQ 150 乙醚 0 0 烴類及非極性化合物 2、阿皮松 L APL 300 苯 143 非極性和弱極性各類高沸點有機化合物 3、硅油 OV-101 350 丙酮 +1 229 各類高沸點弱極性有機化合物，如芳烴 4、 苯基 10

12、% 甲基聚硅氧烷 OV-3 350 甲苯 +1 423 5、 苯基（20%） 甲基聚硅氧烷 OV-7 350 甲苯 +2 592 6、 苯基（50%） 甲基 聚硅氧烷 OV-17 300 甲苯 +2 827 7、苯基（60%）甲基聚硅氧烷 OV-22 350 甲苯 +2 1075 8、鄰苯二甲酸 二壬酯 DNP 130 乙醚 +2 9、三氟丙基甲基 聚硅氧烷 OV-210 250 氯仿 +2 1500 10、 氰丙基（25%） 苯基（25%） 甲基聚硅氧烷 OV-225 250 +3 1813 11、聚乙二醇 PEG20M 250 乙醇 氫鍵 2308 醇、醛酮、脂肪酸、酯等極性化合物 12、

13、 丁二酸二乙 二醇聚酯 DEGS 225 氯仿 氫鍵 3430 醇、胺、水等強極性和能形成氫鍵化合物的分離： 通常選擇極性或氫鍵性的固定液。組成復(fù)雜、較難分離的試樣： 通常使用特殊固定液，或混合固定相。 活性炭：活性炭：有較大的比表面積，吸附性較強。 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能被活性氧化鋁強烈吸附而不能用這種固定相進(jìn)行分析。 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。 分子篩分子篩： 堿及堿土金屬的硅鋁酸鹽（沸石），多孔性。如3

14、A、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。 高分子多孔微球（高分子多孔微球（GDX系列）：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。氣固色譜固定相的特點氣固色譜固定相的特點（1）性能與制備和活化條件有很大關(guān)系；（2）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；（3）種類有限，能分離的對象不多；（4）使用方便。 配比配比：固定液在擔(dān)體上的涂漬量，一般指的

15、是固定液與擔(dān)體的百分比，配比通常在5%25%之間。 配比越低，擔(dān)體上形成的液膜越薄，傳質(zhì)阻力越小，柱效越高，分析速度也越快；配比較低時，固定相的負(fù)載量低，允許的進(jìn)樣量較小。 分析工作中通常傾向于使用較低的配比。 ，柱壓，峰寬，RnL 柱溫控制在固定液的最高使用溫度（超過該溫度固定液易流柱溫控制在固定液的最高使用溫度（超過該溫度固定液易流失）和最低使用溫度（低于此溫度固定液以固體形式存在）失）和最低使用溫度（低于此溫度固定液以固體形式存在）范圍之內(nèi)范圍之內(nèi)。 柱溫一般選擇在接近或略低于組分平均沸點時的溫度，寬柱溫一般選擇在接近或略低于組分平均沸點時的溫度，寬沸程樣品應(yīng)采用程序升溫。沸程樣品應(yīng)采用

16、程序升溫。續(xù)前改善分離效果 縮短分析周期 改善峰形 提高檢測靈敏度1. 載氣種類的選擇載氣種類的選擇 載氣種類的選擇應(yīng)考慮三個方面：載氣對柱效的影響、檢測器要求及載氣性質(zhì)。 載氣摩爾質(zhì)量大，可抑制試樣的縱向擴散，提高柱效。載氣流速較大時，傳質(zhì)阻力項起主要作用，采用較小摩爾質(zhì)量的載氣（如H2，He），可減小傳質(zhì)阻力，提高柱效。 熱導(dǎo)檢測器需要使用熱導(dǎo)系數(shù)較大的氫氣有利于提高檢測靈敏度。在氫焰檢測器中，氮氣仍是首選目標(biāo)。 在載氣選擇時，還應(yīng)綜合考慮載氣的安全性、經(jīng)濟(jì)性及來源是否廣泛等因素。2. 載氣流速的選擇載氣流速的選擇 作圖求出最佳流速。實際流速通常稍大于最佳流速，以縮短分析時間。進(jìn)樣方式和進(jìn)

17、樣量的選擇進(jìn)樣方式和進(jìn)樣量的選擇 液體試樣采用色譜微量進(jìn)樣器進(jìn)樣，規(guī)格有1L，5L，10L等。進(jìn)樣要求動作快、時間短。氣體試樣應(yīng)采氣體進(jìn)樣閥進(jìn)樣。氣化溫度的選擇氣化溫度的選擇 色譜儀進(jìn)樣口下端有一氣化器，液體試樣進(jìn)樣后，在此瞬間氣化;氣化溫度一般較柱溫高3070防止氣化溫度太高造成試樣分解。CR dtdwR 檢測原理：檢測原理：鎢絲通電，加熱與散熱達(dá)到平衡后，兩臂電阻值： R參=R測 ; R1=R2則： R參R2=R測R1 無電壓信號輸出；記錄儀走直線（基線）。進(jìn)樣后，載氣攜帶試樣組分流過測量臂, 而這時參考臂流過的仍是純載氣，使測量臂的溫度改變，引起電阻的變化，測量臂和參考臂的電阻值不等，產(chǎn)

18、生電阻差，R參R測則： R參R2R測R1這時電橋失去平衡，a、b兩端存在著電位差，有電壓信號輸出。信號與組分濃度相關(guān)。記錄儀記錄下組分濃度隨時間變化的峰狀圖形。影響影響熱導(dǎo)檢測器靈敏度的因素?zé)釋?dǎo)檢測器靈敏度的因素橋路電流橋路電流I ： I，鎢絲的溫度 ，鎢絲與池體之間的溫差，有利于熱傳導(dǎo)，檢測器靈敏度提高，但穩(wěn)定性下降，基線不穩(wěn)。橋路電流太高時，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，在檢測器兩臂中產(chǎn)生的溫差和電阻差也就越

19、大，檢測靈敏度越高。載氣的熱導(dǎo)系數(shù)大，傳熱好，通過的橋路電流也可適當(dāng)加大，則檢測靈敏度進(jìn)一步提高。氫焰檢測器的結(jié)構(gòu)：氫焰檢測器的結(jié)構(gòu)： (1) 在發(fā)射極和收集極之間加在發(fā)射極和收集極之間加有一定的直流電壓（有一定的直流電壓（100300V）構(gòu)成一個外加電場。構(gòu)成一個外加電場。 (2)(2) 氫焰檢測器需要用到三種氫焰檢測器需要用到三種氣體：氣體： N2 ：載氣攜帶試樣組分；：載氣攜帶試樣組分； H2 ：為燃?xì)?；：為燃?xì)猓?空氣：助燃?xì)狻？諝猓褐細(xì)狻?使用時需要調(diào)整三者的比例關(guān)使用時需要調(diào)整三者的比例關(guān)系，檢測器靈敏度達(dá)到最佳。系，檢測器靈敏度達(dá)到最佳。氫焰檢測器的原理氫焰檢測器的原理 1.當(dāng)

20、含有機物當(dāng)含有機物 CnHm的載氣由噴嘴噴出進(jìn)入的載氣由噴嘴噴出進(jìn)入火焰時，在火焰時，在C層發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)生自由基層發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)生自由基 ： CnHm CH2.產(chǎn)生的自由基在產(chǎn)生的自由基在D層火焰中與外面擴散進(jìn)來層火焰中與外面擴散進(jìn)來的激發(fā)態(tài)原子氧或分子氧發(fā)生如下反應(yīng)：的激發(fā)態(tài)原子氧或分子氧發(fā)生如下反應(yīng)： CH + O CHO+ + e3.生成的正離子生成的正離子CHO+ 與火焰中大量水分子碰與火焰中大量水分子碰撞而發(fā)生分子離子反應(yīng)：撞而發(fā)生分子離子反應(yīng)： CHO+ + H2O H3O+ + COA A區(qū)：預(yù)熱區(qū)區(qū)：預(yù)熱區(qū)B B層：點燃火焰層：點燃火焰C C層：熱裂解區(qū)：層：熱裂解區(qū)：溫度最

21、高溫度最高D D層：反應(yīng)區(qū)層：反應(yīng)區(qū)影響氫焰檢測器靈敏度的因素影響氫焰檢測器靈敏度的因素 各種氣體流速和配比的選擇：各種氣體流速和配比的選擇： N2流速的選擇主要考慮分離效能，流速的選擇主要考慮分離效能， N2 H2 = 1 = 1 1 11 1 1.5 1.5 氫氣氫氣 空氣空氣=1 =1 10 10。極化電壓：極化電壓： 正常極化電壓選擇在正常極化電壓選擇在100100300V300V范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。（三）電子捕獲檢測器（三）電子捕獲檢測器 (ECD)(ECD)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敏僅對含有鹵素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的靈敏度

22、，檢測下限度，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)副產(chǎn)品、食品及環(huán)境中農(nóng)藥殘留量的測定。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。（四）具有定性功能的檢測器（聯(lián)用技術(shù)）（四）具有定性功能的檢測器（聯(lián)用技術(shù)） 質(zhì)譜作為色譜的檢測器使用需要解決四個問題：質(zhì)譜作為色譜的檢測器使用需要解決四個問題：（1 1）色譜柱出口壓力與質(zhì)譜儀高真空之間的匹配；）色譜柱出口壓力與質(zhì)譜儀高真空之間的匹配；（2 2）試樣組分與載氣的分離；）試樣組分與載氣的分離；（3 3）質(zhì)譜對色譜流出峰的快速測定（電子計算機解決）；）質(zhì)譜對色譜流出峰的快

23、速測定（電子計算機解決）；（4 4）質(zhì)譜儀的小型化（小型化的質(zhì)量分析器）。）質(zhì)譜儀的小型化（小型化的質(zhì)量分析器）。第一和第二個問題的解決：第一和第二個問題的解決： 采用分子分離器；采用分子分離器；分子分離器類型：分子分離器類型： 微孔玻璃式、半透膜式和微孔玻璃式、半透膜式和噴射式三種。噴射式三種。噴射式分子分離器：噴射式分子分離器： 由一對同軸收縮型噴嘴構(gòu)由一對同軸收縮型噴嘴構(gòu)成，噴嘴被封在一真空室中成，噴嘴被封在一真空室中，如圖所示?？勺龀啥嗉墶?，如圖所示?？勺龀啥嗉墶?噪聲：無樣品通過時，由儀器本身和工作條件等噪聲：無樣品通過時，由儀器本身和工作條件等 偶然因素引起基線的起伏稱為偶然因素引起基線的起伏稱為2漂移：基線隨時間向一個方向的緩慢變化稱為漂移：基線隨時間向一個方向的緩慢變化稱為 （以一小時內(nèi)的基線水平變化來表示）（以一小時內(nèi)的基線水平變化來表示）wCCCASC321/mgmLmV 的電信號樣品進(jìn)入檢測器所產(chǎn)生載氣攜帶指mgmLSC11)(2cmA峰面積）記錄器靈敏度（cmmVC/1）記錄紙紙速倒數(shù)（cmCmin/2）柱出口載氣流速（min/3mLC）進(jìn)樣量（mgwwCCASm6021/gsmV 的信號強度樣品進(jìn)入檢測器所產(chǎn)生秒鐘攜帶指gSm11)(2cmA峰面積）記錄