第七章氣相色譜法

第七章氣相色譜法（GasChromatography，GC）§7-1氣相色譜法概述§7-2氣相色譜法理論基礎(chǔ)§7-3氣相色譜條件的選擇§7-4氣相色譜檢測(cè)器§7-5氣相色譜定性定量方法§7-6毛細(xì)管柱氣相色譜簡(jiǎn)介§7-1氣相色譜法概述

一、色譜法的由來(lái)

1906年由俄國(guó)植物學(xué)家Tswett創(chuàng)立，用來(lái)分離植物色素，見(jiàn)圖示。

現(xiàn)在：一種重要的分離、分析技術(shù)，分離混合物各組分并加以分析。固定相——CaCO3粉末流動(dòng)相——石油醚

色帶二、何謂色譜法？目的？色譜法是一種分離技術(shù)試樣中各組分在稱之為色譜分離柱中的兩相間不斷進(jìn)行分配，從而實(shí)現(xiàn)混合物分離、分析的一種方法。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。目的：定性分析、定量分析1．按兩相狀態(tài)分：流動(dòng)相固定相類型液體固體液-固色譜液體液體液-液色譜氣體固體氣-固色譜氣體液體氣-液色譜液相色譜氣相色譜三、分類近年來(lái)：超臨界流體色譜（SFC）

超臨界流體的性質(zhì)介于氣體和液體之間，是采用臨界溫度及臨界壓力以上高度壓縮的氣體作流動(dòng)相，擴(kuò)散系數(shù)和粘度接近于氣相色譜，因此溶質(zhì)的傳質(zhì)阻力小，可以獲得快速高效分離。另一方面，其密度與液相色譜類似，這樣就便于在較低溫度下分離和分析熱不穩(wěn)定性、相對(duì)分子質(zhì)量大的物質(zhì)。3．按分離機(jī)制分：

分配色譜：利用分配系數(shù)的不同吸附色譜：利用物理吸附性能的差異離子交換色譜：利用離子交換原理空間排阻色譜：利用排阻作用力的不同2．按固定相的固定方式分：

填充柱色譜

毛細(xì)管柱色譜

紙色譜

薄層色譜柱色譜平面色譜四、色譜法的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：“三高”、“一快”、“一廣”

高選擇性——可將性質(zhì)相似的組分分開(kāi)，如異構(gòu)體高效能——對(duì)復(fù)雜混合物能產(chǎn)生很好分離效果高靈敏度——10-11~10-13g，適于痕量分析分析速度快——幾~幾十分鐘，一次可以測(cè)多種組分應(yīng)用范圍廣——?dú)?、液、固體物質(zhì)；衍生，裂解技術(shù)可制備高純物質(zhì)等

缺點(diǎn)：定性專屬性差；儀器較復(fù)雜五、氣相色譜儀簡(jiǎn)介

1.儀器圖片國(guó)產(chǎn)氣相色譜儀美國(guó)氣相色譜儀2.氣相色譜儀器構(gòu)成流程圖1-載氣鋼瓶；2-減壓閥；3-凈化干燥管；4-針形閥；5-流量計(jì);6-壓力表；7-進(jìn)樣器；8-色譜柱；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)記錄系統(tǒng)溫控系統(tǒng)3.氣相色譜儀器主要部件（1）載氣系統(tǒng)包括氣源、凈化干燥管、載氣流速控制和測(cè)量。載氣：不與試樣和固定相作用，專用來(lái)載送試樣的惰性氣體。常用的載氣：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）；載氣流速控制及測(cè)量：減壓閥、針形穩(wěn)壓閥、流量計(jì)，壓力表，控制載氣流速恒定。（2）進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣裝置：進(jìn)樣器+氣化室氣體進(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。液體進(jìn)樣器：不同規(guī)格的專用注射器，填充柱色譜常用10μL；毛細(xì)管色譜常用1μL；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:將液體試樣瞬間氣化的裝置。無(wú)催化作用。（3）色譜柱（分離柱）色譜柱：色譜儀的核心部件。

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：粒度為60-80或80-100目的色譜固定相。

氣-固色譜：固體吸附劑氣-液色譜：擔(dān)體+固定液

有關(guān)固定相性質(zhì)及其選擇見(jiàn)第三節(jié)。（4）檢測(cè)及記錄系統(tǒng)通常由檢測(cè)元件、放大器、顯示記錄三部分組成。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。有關(guān)檢測(cè)器原理、結(jié)構(gòu)見(jiàn)第四節(jié)。（5）溫度控制系統(tǒng)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六、色譜流出曲線與術(shù)語(yǔ)（重點(diǎn)）色譜流出曲線：檢測(cè)器輸出的電訊號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間作圖所得的曲線。它反映組分及其流出濃度隨時(shí)間變化情況。正常情況：高斯正態(tài)分布

不正常的色譜峰有：

(a)拖尾峰(b)前伸峰

（c）平頭峰1.基線、噪音和漂移基線：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。實(shí)驗(yàn)條件穩(wěn)定時(shí)，是一條水平直線。噪音：由各種因素所引起的基線起伏（儀器越好，噪音越?。┢疲夯€隨時(shí)間定向的緩慢變化（上斜或下斜，儀器未穩(wěn)定造成）2.保留值（色譜定性參數(shù)）（1）用時(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。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＇=tR－tM

（2）用體積表示的保留值保留體積（VR）：從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后被測(cè)組分出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所通過(guò)的載氣體積。VR=tR×F0

F0為柱出口處的載氣流量（mL/min）

死體積（VM）：

VM=tM×F0調(diào)整保留體積(VR＇)：

VR＇=VR－VM

3.相對(duì)保留值γ21（選擇性系數(shù)α）

相對(duì)保留值只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，與其他色譜操作條件無(wú)關(guān)（柱徑、柱長(zhǎng)、填充情況及流動(dòng)相流速等），它表示了固定相對(duì)這兩種組分的選擇性，是較理想的色譜定性指標(biāo)。4．色譜峰的區(qū)域?qū)挾龋ㄉV柱效參數(shù)）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()：正態(tài)分布色譜曲線兩拐點(diǎn)距離的一半，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(Y)：正態(tài)分布色譜曲線兩拐點(diǎn)切線與基線相交的截距

Y=4注意：半峰寬不等于峰底寬的一半

從色譜流出曲線中，可得許多重要信息：①峰的數(shù)量——提供混合物中最低組分?jǐn)?shù)；②峰的位置（保留值）——定性分析；③峰面積或峰高——定量分析；④峰的位置及其寬度——評(píng)價(jià)柱分離效能；⑤兩峰間的距離——評(píng)價(jià)兩相選擇是否合適?！?-2氣相色譜法理論基礎(chǔ)

一、色譜分離過(guò)程

當(dāng)試樣由載氣攜帶進(jìn)入色譜柱與固定相接觸時(shí)，被固定相溶解或吸附。隨著載氣的不斷通入，被溶解或吸附的組分又從固定相中揮發(fā)或脫附，揮發(fā)或脫附下的組分隨著載氣向前移動(dòng)時(shí)又再次被固定相溶解或吸附。隨著載氣的流動(dòng)，溶解、揮發(fā)，或吸附、脫附的過(guò)程反復(fù)地進(jìn)行。氣固色譜：基于吸附能力的不同而分離。氣液色譜：基于溶解能力的不同而分離。易吸附（溶解）的組分，后出峰試樣一定，K主要取決于固定相性質(zhì)；某組分的K=0時(shí)，即不被固定相保留，最先流出，組分的K越大，出峰越慢；試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎(chǔ)；K相同，不能分離，K相差越大，分離可能性越大；選擇適宜的固定相可改善分離效果。在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度比，稱為分配系數(shù)，用K表示，即：二、分配系數(shù)與容量因子

1.分配系數(shù)式中β為相比。填充柱相比：6～35；毛細(xì)管柱的相比：50～1500容量因子越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)，兩者有以下關(guān)系：分配系數(shù)K：平衡時(shí)，組分在兩相間的濃度比容量因子k'：平衡時(shí)，組分在兩相中的質(zhì)量比

k'

=MS/MmMS、Mm分別為組分在固定相、流動(dòng)相中的質(zhì)量。容量因子k'與分配系數(shù)K的關(guān)系為：2.容量因子（分配比）三、色譜分離的基本理論——塔板理論1.塔板理論的假設(shè)將色譜分離過(guò)程比擬作蒸餾過(guò)程，將連續(xù)的色譜分離過(guò)程分割成多次的平衡過(guò)程的重復(fù)，類似于蒸餾塔塔板上的平衡過(guò)程。塔板理論的假設(shè)：①在柱內(nèi)一小段高度內(nèi)組分分配瞬間達(dá)平衡（H→理論塔板高度）②載氣非連續(xù)而是間歇式（脈動(dòng)式）進(jìn)入色譜柱，每次進(jìn)氣一個(gè)塔板體積③樣品和載氣開(kāi)始均加在第0號(hào)塔板上，且忽略樣品沿柱方向的縱向擴(kuò)散④分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)2.色譜峰的正態(tài)分布

在氣相色譜中，塔板數(shù)n是很大的，此時(shí)流出曲線可趨近于正態(tài)分布曲線，這樣流出曲線C與時(shí)間t的關(guān)系可由下式表示：t=tR時(shí)，C=Cmax解釋了色譜流出曲線的形狀和濃度極大值對(duì)應(yīng)的t3.理論塔板數(shù)和理論塔板高度的計(jì)算色譜柱長(zhǎng)：L理論塔板高度：H——為使組分在柱內(nèi)兩相間達(dá)到一次分配平衡所需要的柱長(zhǎng)理論塔板數(shù)：n——組分流過(guò)色譜柱時(shí)，在兩相間進(jìn)行平衡分配的總次數(shù)，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：柱長(zhǎng)一定，H↘，n↗，分配次數(shù)↗，表明柱效越高。用不同物質(zhì)計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)。計(jì)算時(shí)要用同一單位4.有效塔板數(shù)和有效塔板高度保留時(shí)間包含死時(shí)間，在死時(shí)間內(nèi)不參與分配，即：組分在tM時(shí)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：n有效與H有效扣除了死時(shí)間，更能真實(shí)地反應(yīng)柱效。5.塔板理論的特點(diǎn)當(dāng)柱長(zhǎng)度一定時(shí)，n

越大(H

越小)，被測(cè)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。不同物質(zhì)在同一柱上的K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(shí)，應(yīng)指明測(cè)定物質(zhì)。柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組分的K

相同時(shí)，無(wú)論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無(wú)法分離。塔板理論無(wú)法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無(wú)法指出影響柱效（板高）的因素及提高柱效的途徑。成功之處：解釋了色譜流出曲線的形狀和峰高與進(jìn)樣量的關(guān)系等；評(píng)價(jià)柱效（n）四、速率理論——影響柱效的因素1.速率方程（也稱范?弟姆特VanDeemter方程式）1956年荷蘭學(xué)者范?弟姆特等人從傳質(zhì)過(guò)程考慮，提出了VanDeemter方程式，概括聯(lián)系了影響塔板高度的動(dòng)力學(xué)因素：

H：理論塔板高度，u：流動(dòng)相流速（cm/s）減小A、B、C三項(xiàng)可提高柱效

A、B、C三項(xiàng)各與哪些因素有關(guān)？

H=A+B/u+C·uA─渦流擴(kuò)散項(xiàng)

A=2λdp

dp：固定相的平均顆粒直徑λ：固定相的填充不均勻因子固定相顆粒越?。╠p↓)，或者填充的越均勻（λ↓）A↓，H↓，柱效n↑。表現(xiàn)在渦流擴(kuò)散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄。對(duì)空心毛細(xì)管柱，A=0渦流擴(kuò)散引起峰變寬B/u—分子擴(kuò)散項(xiàng)B=2νDg

ν：彎曲因子，由于固定相顆粒的存在，使分子不能自由擴(kuò)散，導(dǎo)致擴(kuò)散程度降低。填充柱ν<1，空心柱ν=1Dg：試樣組分分子在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2·s-1）

(1)存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴(kuò)散。(2)擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，分離變差。(3)分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速↓，滯留時(shí)間↑，擴(kuò)散↑。(4)擴(kuò)散系數(shù)：Dg

∝（M載氣）-1/2；M載氣↑，B值↓。擴(kuò)散系數(shù)還與柱溫、柱壓及組分的性質(zhì)有關(guān)。(5)彎曲因子：與填充物有關(guān)。C·u—傳質(zhì)阻力項(xiàng)

包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻力ClC=（Cg+Cl）氣相傳質(zhì)過(guò)程是指試樣組分從氣相移動(dòng)到固定相表面的過(guò)程。這一過(guò)程中試樣組分將在兩相間進(jìn)行質(zhì)量交換，即進(jìn)行濃度分配。有的分子還來(lái)不及進(jìn)入兩相界面，就被氣相帶走；有的則進(jìn)入兩相界面又來(lái)不及返回氣相。這樣，使得試樣在兩相界面上不能瞬間達(dá)到分配平衡，引起滯后現(xiàn)象，從而使色譜峰變寬。對(duì)于填充柱，氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg為采用粒度小的填充物和相對(duì)分子質(zhì)量小的氣體（如氫氣）做載氣，可使Cg減小，提高柱效。液相傳質(zhì)阻力是指組分從固定相的氣液界面擴(kuò)散到液相內(nèi)部進(jìn)行質(zhì)量交換達(dá)到平衡后，又返回到氣液界面時(shí)所受到的阻力。固定相液膜厚度組分在液相中的擴(kuò)散系數(shù)對(duì)一般氣相色譜（載氣流速不是很大）Cg很小可忽略，主要是Cl。由于液相傳質(zhì)阻力的存在，增加了組分在液相中的停留，推遲了返回氣相中去的時(shí)間，使色譜峰變寬。2.速率理論的要點(diǎn)(1)被分離組分分子在色譜柱內(nèi)運(yùn)行的多路徑、濃度梯度所造成的分子擴(kuò)散及傳質(zhì)阻力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(kuò)展、柱效下降的主要原因。(2)通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。(3)速率理論為色譜分離操作條件的選擇提供了理論指導(dǎo)。(4)各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴(kuò)散項(xiàng)的影響減小，使柱效提高，但同時(shí)傳質(zhì)阻力項(xiàng)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(kuò)散的影響，要綜合考慮，選擇最佳條件，才能使柱效達(dá)到最高。3.載氣流速與柱效——最佳流速H=A+B/u+C·u以板高H對(duì)載氣流速u作圖，曲線最低點(diǎn)的流速即最佳流速。載氣流速高時(shí)：傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素，流速↑，柱效↓載氣流速低時(shí)：分子擴(kuò)散項(xiàng)為影響柱效的主要因素，流速↑，柱效↑最佳流速與最小板高：五、組分總分離效能指標(biāo)1.色譜分離中的四種典型情況①分離效果差，柱效低，選擇性(

)低②完全分離，峰窄，柱效高，選擇性（

）低③兩組分雖能分離，選擇性（

）高，但柱效低，峰寬④完全分離，柱效高，選擇性（）好兩個(gè)組分怎樣才算達(dá)到完全分離？首先，兩組分的峰間距必須足夠大；其次，峰必須窄。2.分離度及影響因素分離度：相鄰兩色譜峰保留時(shí)間之差與兩峰峰底寬度平均值之比。（衡量色譜分離的好壞程度）R≥1.5作為相鄰兩峰完全分離的標(biāo)志反映了熱力學(xué)因素（選擇性）反映了動(dòng)力學(xué)因素（柱效能）R把分離程度定量化了，故可作柱總分離效能指標(biāo)。令Y2=Y1（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），且假設(shè)相鄰兩組分的n一致（n有效(1)=n有效(2)），則可導(dǎo)出下式：色譜分離基本方程式色譜分離基本方程式柱效項(xiàng)柱選擇性項(xiàng)柱容量項(xiàng)k'

影響峰位n影響峰寬窄α影響峰間距k'容量因子（k‘

）、柱效（n）及選擇因子（α）對(duì)分離度的影響

討論：增加柱效n（增加柱長(zhǎng)；降低板高）可提高R。α＝1，沒(méi)有戲！R≥1.5,全分離。柱選擇性取決于固定相性質(zhì)和柱溫。改變柱溫和改變相比可使k'值改變。[例]

已知物質(zhì)A和B在一個(gè)1m柱上的保留時(shí)間分別為5.80和6.60min，峰底寬分別為0.78和0.82min。不被保留組分通過(guò)該柱的時(shí)間為1.10min。計(jì)算:（1）載氣的平均線速度；（2）組分B的分配比；（3）分離度;（4）柱的平均有效塔板數(shù)及有效塔板高度;（5）達(dá)到完全分離時(shí)所需的柱長(zhǎng)？

解:

（1）u=L/tM=100/1.10=90.9cm/min（2）k'B=（6.60-1.10）/1.10=5.00（3）R=2（6.60-5.80）/（0.82+0.78）=1.00（4）n有效A=16[（5.80-1.10）/0.78]2=581n有效B=16[（6.60-1.10）/0.82]2=720

n平均=（581+720）/2=650H有效=100/650=0.154cm（5）因?yàn)長(zhǎng)2/L1=（R2/R1）2L2=1.00（1.5/1.00）2=2.25m§7-3氣相色譜條件的選擇色譜條件包括分離條件（柱的選擇）和操作條件一、固定相及其選擇1、氣固色譜固定相用表面具有一定活性的吸附劑，它們對(duì)各種氣體的吸附能力不同，可以根據(jù)試樣選擇合適的吸附劑。種類：活性炭（非極性）、Al2O3（極性）、硅膠（氫鍵型）、分子篩、高分子多孔微球等。特點(diǎn)：性能與制備和活化條件有很大關(guān)系，色譜數(shù)據(jù)重現(xiàn)性差；易形成拖尾峰，保留值高；種類有限，能分離的對(duì)象不多；使用方便，常用于分離常溫下的氣體及氣態(tài)烴類等。2、氣液色譜固定相多孔性的固體顆粒（擔(dān)體）表面涂漬上一薄層固定液。作為擔(dān)體使用的物質(zhì)應(yīng)滿足的條件：化學(xué)惰性，表面無(wú)吸附性或吸附性很弱，與被分離組份不起反應(yīng)；比表面積大，孔徑分布均勻；具有較高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，不易破碎；顆粒大小均勻、適度。硅藻土型（常用）：紅色擔(dān)體、白色擔(dān)體擔(dān)體非硅藻土型：氟擔(dān)體、玻璃擔(dān)體紅色擔(dān)體：

孔徑較小，表孔密集，比表面積較大，機(jī)械強(qiáng)度好。缺點(diǎn)是表面有活性吸附中心點(diǎn)。適宜分離非極性或弱極性組分的試樣。白色擔(dān)體：

煅燒前原料中加入了少量助溶劑（碳酸鈉）。顆粒疏松，孔徑較大，比表面積較小，機(jī)械強(qiáng)度較差，但吸附性小。適宜分離極性組分的試樣。固定液：高沸點(diǎn)難揮發(fā)的有機(jī)化合物，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)，在色譜分析過(guò)程中是不動(dòng)的。種類繁多。A.對(duì)固定液的要求揮發(fā)性小；良好的熱穩(wěn)定性；對(duì)試樣中各組分有不同的溶解能力；不與被分離組分發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)。B.固定液分類方法化學(xué)分類：脂肪烴、芳烴、醇、酯、硅氧烷類等。極性分類：按相對(duì)極性的大小分為非極性、中等極性、強(qiáng)極性和氫鍵型等。

固定液極性表示固定液分子與被分析物質(zhì)分子間相互作用力的大小，極性越大，作用力越大，組分在固定液中的保留時(shí)間越長(zhǎng)。固定液和組分分子之間的作用力是一種較弱的吸引力，它包括靜電力、色散力、誘導(dǎo)力和氫鍵力等四種作用的結(jié)果，在氣液色譜中表現(xiàn)為溶解。規(guī)定：角鯊?fù)椋ó惾椋┑南鄬?duì)極性為零，

β，β'—氧二丙腈的相對(duì)極性為100。用麥?zhǔn)铣?shù)來(lái)表示（Mcreynolds）用5種不同性質(zhì)的化合物（苯、丁醇、戊酮-2、硝基丙烷、吡啶）作為評(píng)價(jià)固定液極性的標(biāo)準(zhǔn)物。每種固定液的麥?zhǔn)铣?shù)有5個(gè)，x'、y'、z'、u'、s'分別代表上五種標(biāo)準(zhǔn)物在該固定液上的保留指數(shù)值與在角鯊?fù)楣潭ㄒ荷媳Ａ糁笖?shù)之差，這五個(gè)常數(shù)代表各種作用力（有誘導(dǎo)力、氫鍵力、靜電力等）。用五個(gè)數(shù)值的總和來(lái)衡量一種固定液的極性，麥?zhǔn)铣?shù)愈大，分子間作用力越大，固定液極性愈強(qiáng)。如β、β’—氧二丙腈為4427—強(qiáng)極性，鄰苯二甲酸二壬酯為801—弱極性。C.固定液的最高、最低使用溫度

高于最高使用溫度易分解，低于最低使用溫度呈固體。D.固定液選擇的基本原則（重點(diǎn)）

按“相似相溶”原則選擇固定液a．按極性相似原則選擇①分離非極性組分，用非極性固定液（色散力）。

按沸點(diǎn)順序出柱，低沸點(diǎn)的先出柱甲烷（沸點(diǎn)-161.5℃）先如：用角鯊?fù)榉蛛x乙烷（沸點(diǎn)-88.6℃）→中丙烷（沸點(diǎn)-47℃）后②分離極性組分，選用極性固定液（靜電力）

流出順序：極性小→大

③分離中等極性組分，用中等極性固定液

基本按沸點(diǎn)順序出柱，若沸點(diǎn)相同，則非極性組分先出峰。④分離非極性和極性組分混合物，用極性固定液

非極性組分先出峰

⑤對(duì)能形成氫鍵的組分（如醇、胺、水等），用極性的或氫鍵型的固定液（如聚乙二醇、三乙醇胺，含F(xiàn)、N、O）。

易與固定液形成氫鍵的組分后出峰⑥對(duì)于復(fù)雜的難分離的樣品（如異構(gòu)體），用特殊固定液或混合固定液

對(duì)于樣品極性情況未知的，一般用幾種極性不同固定液做試驗(yàn)。b．按化學(xué)官能團(tuán)相似選擇固定液與被測(cè)組分官能團(tuán)相似，作用力強(qiáng)，選擇性高。酯類——選酯或聚酯固定液醇類——選醇類或聚乙二醇固定液按組分性質(zhì)的主要差別選擇固定液組分的沸點(diǎn)差別為主——選非極性固定液

按沸點(diǎn)順序出柱，沸點(diǎn)低的先出柱組分的極性差別為主——選極性固定液按極性強(qiáng)弱出柱，極性弱的先出柱例：苯（80.1℃），環(huán)己烷（80.7℃）選非極性柱——分不開(kāi)；選中強(qiáng)極性柱——較好分離，環(huán)己烷先出柱色譜柱的制備

包括固定液的涂漬，裝柱及柱老化。涂漬：使固定液均勻覆蓋擔(dān)體表面形成薄的液膜。按適當(dāng)?shù)闹亓堪俜直龋ü潭ㄒ?擔(dān)體）稱好擔(dān)體和固定液，將固定液溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，倒入?dān)體，攪拌均勻后在紅外燈下烘去溶劑，即可裝柱。裝柱：常用減壓裝柱，先將柱管一端用玻璃棉塞好，接在真空泵上，另一端接一玻璃漏斗，在減壓下以漏斗裝入固定相，同時(shí)輕輕敲擊柱管，裝滿后用玻璃棉塞好，以防（注意進(jìn)出方向）固定相被載氣吹出。老化：裝好的柱子不能馬上使用，需要進(jìn)行老化處理。目的是徹底除去固定相中的溶劑及某些揮發(fā)性雜質(zhì)，并且促使固定液均勻牢固的分布在擔(dān)體表面。老化的方法是將裝好固定相的色譜柱安裝在色譜儀上（先不要接到檢測(cè)器），通入載氣，在操作溫度下用較低流速的載氣沖走殘余的溶劑和揮發(fā)物，直到記錄器上的基線平直為止，約需2-24小時(shí)。二、氣相色譜操作條件的選擇在固定相選好后，以速率理論為指導(dǎo)進(jìn)行選擇。1、載氣及其流速的選擇

為縮短分析時(shí)間，實(shí)際流速常稍大于最佳流速。流速較低時(shí)，分子擴(kuò)散項(xiàng)影響大，選分子量大的氣體（N2）作載氣；流速較大時(shí)，傳質(zhì)對(duì)柱效影響大，選分子量小的氣體（H2）作載氣。此外還應(yīng)考慮檢測(cè)器對(duì)載氣的要求。2、柱長(zhǎng)及柱內(nèi)徑的選擇增加柱長(zhǎng)，有利于組分的分離，但會(huì)延長(zhǎng)分析時(shí)間，柱阻力增加，操作不便。在達(dá)到一定分離度的前提下，盡量選擇較短的色譜柱，填充柱常用1-3m。選擇柱長(zhǎng)簡(jiǎn)便的方法是，先選一根極性適宜，任意長(zhǎng)度的柱測(cè)定分離度，而后確定適宜的柱長(zhǎng)。柱內(nèi)徑大，可允許增大進(jìn)樣量，但顯著降低柱的分離效能（分子擴(kuò)散路徑增加）；柱徑小，有利于提高柱效，但柱的阻力大，影響分析速度。一般柱內(nèi)徑為3-4mm。3、擔(dān)體粒度及填充程度是影響渦流擴(kuò)散項(xiàng)的主要因素；擔(dān)體粒度要求小而均勻，這樣可提高柱效，但粒度過(guò)細(xì)阻力大，對(duì)操作不利，一般60-80目，同時(shí)裝填要均勻。4、固定液配比的選擇

是指固定液重量與擔(dān)體重量之比，它是影響傳質(zhì)阻力項(xiàng)的主要因素。要求固定液能均勻覆蓋擔(dān)體表面。一般選擇5%-25%。低配比，液膜薄，傳質(zhì)快，柱效高，分析速度快，但允許的進(jìn)樣量少。5、進(jìn)樣時(shí)間和進(jìn)樣量的選擇進(jìn)樣要快，一般用注射器或氣體進(jìn)樣閥進(jìn)樣，一秒鐘內(nèi)可完成。如進(jìn)樣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成樣品原始寬度變大，峰形變寬甚至變形。進(jìn)樣量應(yīng)控制在使峰面積或峰高與進(jìn)樣量成正比的范圍內(nèi)。一般液體試樣0.1-5.0μL，氣體試樣0.1-10mL。少，檢測(cè)不出來(lái)，多，峰重疊。6、氣化溫度的選擇以試樣能迅速氣化而不分解為準(zhǔn)，適當(dāng)提高氣化溫度對(duì)分離及定量有利，一般較柱溫高（30-70℃），與試樣的平均沸點(diǎn)相近。7、柱溫的選擇原則：

①低于固定液的最高使用溫度。否則，柱壽命縮短，污染檢測(cè)器，重現(xiàn)性差。

②在能保證R的前提下，盡量使用低柱溫，但以保留時(shí)間適宜，峰形不拖尾為度。通常柱溫應(yīng)比試樣中各組分的平均沸點(diǎn)低20-30℃。具體通過(guò)實(shí)踐選擇。對(duì)于氣體、氣態(tài)烴等低沸點(diǎn)混合物，柱溫往往選在其沸點(diǎn)以上，以便于室溫或50℃以下分析。③寬沸程樣品應(yīng)采用程序升溫。

程序升溫好處：

改善分離效果縮短分析周期改善峰形便于檢測(cè)§7-4氣相色譜檢測(cè)器一、檢測(cè)器類型濃度型檢測(cè)器：

測(cè)量的是載氣中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：

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：

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：

對(duì)特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng)。電子俘獲檢測(cè)器二、熱導(dǎo)檢測(cè)器（thermalconductivitydetector,TCD）1.熱導(dǎo)檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)池體:

一般用不銹鋼制成熱敏元件:

電阻率高、電阻溫度系數(shù)大、且價(jià)廉易加工的鎢絲制成。惠斯頓電橋測(cè)量臂——接在色譜柱后，通樣品氣體+載氣，電阻為R1參比臂——接在色譜柱前只通載氣，電阻R2兩個(gè)等阻值電阻R3=R42.檢測(cè)原理依據(jù)組分與載氣的熱導(dǎo)系數(shù)的差別進(jìn)行檢測(cè)1）進(jìn)樣前：兩臂均通載氣時(shí)2）進(jìn)樣后：測(cè)量臂通樣品氣體+載氣參比臂通載氣時(shí)（1）橋路工作電流↑，靈敏度↑

但電流太大會(huì)造成基線不穩(wěn)，靈敏度足夠時(shí)，橋流應(yīng)盡可能小。（2）池體溫度↓，池體與熱絲溫差↑，靈敏度↑

但溫度太低易造成被測(cè)組分冷凝。保證T檢>T柱，以免造成檢測(cè)器污染。（3）⊿λ↑，靈敏度↑

一般物質(zhì)的熱導(dǎo)系數(shù)都比較小，選λ大的作載氣。λH2>λHe>λN2——選氫氣作載氣。如用λ小的載氣→倒峰（4）熱敏元件阻值↑，靈敏度↑3.影響因素及注意事項(xiàng)4.特點(diǎn)濃度型檢測(cè)器優(yōu)點(diǎn)：

通用型，應(yīng)用廣泛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定性好線性范圍寬不破壞組分，可重新收集制備缺點(diǎn)：與其他檢測(cè)器比，靈敏度低（因大多數(shù)組分與載氣熱導(dǎo)率差別不大）。(1)典型的質(zhì)量型檢測(cè)器;(2)對(duì)碳?xì)溆袡C(jī)化合物具有很高的靈敏度;(3)對(duì)無(wú)機(jī)氣體、水不響應(yīng);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);比熱導(dǎo)檢測(cè)器的靈敏度高出近3個(gè)數(shù)量級(jí)。缺點(diǎn)：燃燒會(huì)破壞樣品，無(wú)法回收。三、氫火焰離子化檢測(cè)器（flameionizationdetector,FID）1．特點(diǎn)：2.檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)：在發(fā)射極和收集極之間加有一定的直流電壓（100—300V）構(gòu)成一個(gè)外加電場(chǎng)。需要用到三種氣體：

N2：載氣攜帶試樣組分；

H2

：為燃?xì)?；空氣：助燃?xì)狻Ｊ褂脮r(shí)需要調(diào)整三者的比例關(guān)系，檢測(cè)器靈敏度達(dá)到最佳。3.檢測(cè)器的原理(1)當(dāng)含有機(jī)物CnHm的載氣由噴嘴噴出進(jìn)入火焰時(shí)，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(kuò)散進(jìn)來(lái)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++COA區(qū)：預(yù)熱區(qū)B層：點(diǎn)燃火焰C層：熱裂解區(qū)：溫度最高D層：反應(yīng)區(qū)(6)組分在氫焰中的電離效率很低，大約五十萬(wàn)分之一的碳原子被電離。(7)離子電流信號(hào)輸出到記錄儀，得到峰面積與組分質(zhì)量成正比的色譜流出曲線。(4)化學(xué)電離產(chǎn)生的正離子和電子在外加恒定直流電場(chǎng)的作用下分別向兩極定向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生微電流（約10-6～10-14A）；(5)在一定范圍內(nèi)，微電流的大小與單位時(shí)間進(jìn)入離子室的被測(cè)組分質(zhì)量成正比，所以氫焰檢測(cè)器是質(zhì)量型檢測(cè)器。4.影響氫焰檢測(cè)器靈敏度的因素①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，

N2

H2=11～11.5，氫氣空氣=110。②極化電壓：正常極化電壓選擇在100～300V范圍內(nèi)。其它檢測(cè)器1.電子捕獲檢測(cè)器：electroncapturedetector,ECD選擇性檢測(cè)器，僅對(duì)含有鹵素、磷、硫、氧等電負(fù)性元素的化合物有很高的靈敏度，對(duì)大多數(shù)烴類沒(méi)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(cè)定。缺點(diǎn)是線性范圍窄，只有103左右，且響應(yīng)易受操作條件的影響，重現(xiàn)性較差。檢測(cè)器內(nèi)腔有兩個(gè)電極和筒狀的β放射源。β放射源貼在陰極壁上，以不銹鋼棒作正極，在兩極施加直流或脈沖電壓。放射源的β射線將載氣（N2或Ar）電離，產(chǎn)生電子和正離子，在電場(chǎng)作用下，向極性相反的電極運(yùn)動(dòng)，形成電流--基流。當(dāng)載氣帶有電負(fù)性物質(zhì)進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，電負(fù)性物質(zhì)就能捕獲這些低能量的電子，形成穩(wěn)定的負(fù)離子，負(fù)離子再與載氣正離子復(fù)合成中性化合物，使基流降低而產(chǎn)生負(fù)信號(hào)——倒峰。濃度型2.火焰光度檢測(cè)器(flamephotometricdetector，F(xiàn)PD)化合物中硫、磷在富氫火焰中燃燒，輻射出394、526nm的特征光譜，可被檢測(cè)。質(zhì)量型該檢測(cè)器是對(duì)含硫、磷化合物的高選擇性檢測(cè)器?！?-5氣相色譜定性定量方法一、色譜定性鑒定方法1.利用保留值定性

1）用純物質(zhì)對(duì)照定性：通過(guò)對(duì)比試樣中具有與純物質(zhì)相同保留值（用相對(duì)保留值更可靠）的色譜峰，來(lái)確定試樣中是否含有該物質(zhì)；或?qū)⒓兾镔|(zhì)加入到試樣中，觀察各組分色譜峰的相對(duì)變化。不適用于不同儀器上獲得的數(shù)據(jù)之間的對(duì)比。定性專屬性差注：不同組分在某一色譜條件下保留值可能相同，用雙柱法定性。

2）利用文獻(xiàn)相對(duì)保留值定性相對(duì)保留值γ21僅與柱溫和固定液性質(zhì)有關(guān)。在色譜手冊(cè)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(lái)進(jìn)行定性鑒定。3）利用文獻(xiàn)保留指數(shù)（

Kovats指數(shù)）定性

可靠、準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好。測(cè)定方法：

將正構(gòu)烷烴作為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定其保留指數(shù)為分子中碳原子個(gè)數(shù)乘以100（如正己烷的保留指數(shù)為600）。通過(guò)選定兩個(gè)相鄰的正構(gòu)烷烴，其分別具有Z和Z＋1個(gè)碳原子。被測(cè)物質(zhì)X的調(diào)整保留時(shí)間應(yīng)在相鄰兩個(gè)正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留值之間，如圖所示，則：2.利用化學(xué)反應(yīng)定性：收集柱后組分，官能團(tuán)反應(yīng)定性鑒別（非在線）3.利用檢測(cè)器的選擇性進(jìn)行定性4.利用兩譜聯(lián)用定性：GC-MS，GC-FTIR得到IX后，查文獻(xiàn)確定在該條件下是什么物質(zhì)二、色譜定量測(cè)定方法基于被測(cè)物質(zhì)的量與其峰面積成正比關(guān)系1.峰面積的測(cè)量

（1）峰高乘半峰寬法（峰形對(duì)稱時(shí)）

A

=1.065h·Y1/2

（2）峰高乘平均峰寬法（峰形不對(duì)稱時(shí)）

A=h·（Y0.15+Y0.85）/2

（3）峰高乘保留時(shí)間法（同系物

）

A=h·b·tR

（同系物的半峰寬與保留時(shí)間成正比）

（4）自動(dòng)積分和微機(jī)處理法利用“色譜工作站”的微型計(jì)算機(jī)