儀器教案第七章色譜法

第二章氣相色譜分析第一節(jié)色譜分析法概述第二節(jié)氣相色譜分析理論基礎(chǔ)第三節(jié)氣相色譜分離操作條件的選擇第四節(jié)氣相色譜檢測(cè)器第五節(jié)氣相色譜定性、定量分析第六節(jié)色譜——質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)簡(jiǎn)介2/5/2023第二章

氣相色譜分析法一、色譜法的歷史二、色譜法定義三、色譜法的分類(lèi)四、色譜法的特點(diǎn)五、色譜法的應(yīng)用第一節(jié)

色譜分析法概述introductionThesummarizationofchromatography2/5/2023俄國(guó)植物學(xué)家Tswett于1901年發(fā)現(xiàn)：利用吸附原理分離植物色素一、色譜分析法的歷史2/5/2023圖示固定相——CaCO3顆粒流動(dòng)相——石油醚

色帶2/5/20231903年發(fā)表文章：Onanewcategoryofadsorptionphenomenaandtheirapplicationtobiochemicalanalysis1906年Tswett

創(chuàng)立“chromatography”—“色譜法”新名詞1907年在德國(guó)生物會(huì)議上第一次向世界公開(kāi)展示顯現(xiàn)彩色環(huán)帶的柱管1935年AdamsandHolmes發(fā)明了苯酚-甲醛型離子交換樹(shù)脂，進(jìn)一步發(fā)明了離子色譜1938年Izmailov

發(fā)明薄層色譜1941年Martin&Synge發(fā)明了液-液分配色譜2/5/20231944年Consden,Gordon&Martin發(fā)明紙色譜1952年Martin&Synge發(fā)明氣-液色譜1953年Janak發(fā)明氣-固色譜1954年Ray發(fā)明熱導(dǎo)檢測(cè)器1954年我國(guó)研究成功第一臺(tái)色譜儀1957年Martin&Golay

發(fā)明毛細(xì)管色譜1959年P(guān)orath&Flodin

發(fā)明凝膠色譜1960年液相色譜技術(shù)完善2/5/2023二、色譜法的定義色譜法：以試樣組分在固定相和流動(dòng)相間的溶解、吸附、分配、離子交換或其他親和作用的差異為依據(jù)而建立起來(lái)的各種分離分析方法稱色譜法。是借助色譜分離原理而使混合物中各組分分離的技術(shù)；將色譜分離技術(shù)應(yīng)用于分析化學(xué)，稱為色譜分析。2/5/2023色譜法實(shí)質(zhì)上是一種物理化學(xué)分離分析方法。它是利用不同物質(zhì)在兩相（固定相和流動(dòng)相）中具有不同的分配系數(shù)或吸附能力及其它親和作用性能的差異為分離依據(jù)。當(dāng)混合物中各組分隨流動(dòng)相移動(dòng)時(shí)，在兩相中反復(fù)進(jìn)行多次分配，從而使各組分得到分離。實(shí)質(zhì)：分離目的：定性分析或定量分析2/5/2023以吸附色譜為例說(shuō)明色譜過(guò)程見(jiàn)圖示

吸附→解吸→再吸附→再解吸→反復(fù)多次洗脫→差速遷移→分離吸附能力的微小差異微小差異積累→較大差異→吸附能力弱的組分先流出；吸附能力強(qiáng)的組分后流出2/5/2023三、色譜方法的分類(lèi)1.定義色譜柱：進(jìn)行色譜分離用的細(xì)長(zhǎng)管。固定相：管內(nèi)保持固定、起分離作用的填充物。流動(dòng)相：流經(jīng)固定相的空隙或表面的沖洗劑。2/5/20232.色譜法的分類(lèi)(三種)（1）按兩相分子的聚集狀態(tài)分：流動(dòng)相固定相類(lèi)型液相色譜液體固體液-固色譜液體液體液-液色譜氣體固體氣-固色譜氣體液體氣-液色譜氣相色譜2/5/2023（2）按固定相使用的形式分類(lèi)

①柱色譜、②紙色譜、③薄層色譜（3）按分離機(jī)理分類(lèi)

①吸附色譜、②分配色譜、③離子交換色譜、

④凝膠色譜2/5/2023四、色譜法的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：“三高”、“一快”、“一廣”缺點(diǎn)：高效能——反復(fù)多次利用組分性質(zhì)的差異產(chǎn)生很好分離效果高選擇性——可將性質(zhì)相似的組分分開(kāi)高靈敏度——10-11~10-14g，適于痕量分析分析速度快——幾~幾十分鐘完成分離一次可以測(cè)多種樣品應(yīng)用范圍廣——?dú)怏w，液體、固體物質(zhì)對(duì)未知物分析的定性專屬性差需要與其他分析方法聯(lián)用(GC-MS,LC-MS)2/5/2023五、色譜法的應(yīng)用(1)色譜分析廣泛應(yīng)用于極為復(fù)雜的混合物成分分析；(2)在糖類(lèi)、氨基酸、農(nóng)藥、染料、貴金屬、有機(jī)金屬化合物等方面得到了廣泛的應(yīng)用。(3)色譜分離是一種非常有效的提純物質(zhì)的技術(shù)，常用于制備分離，得到高純樣品。(4)色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀已成為研究分子結(jié)構(gòu)的重要手段。2/5/2023一、氣相色譜法的基本概念二、色譜分離的基本理論第二節(jié)氣相色譜分析理論基礎(chǔ)2/5/2023一、氣相色譜法的基本概念1．色譜常用術(shù)語(yǔ)（P6）①色譜圖試樣中各組分經(jīng)色譜柱分離后，按先后次序經(jīng)過(guò)檢測(cè)器時(shí)，檢測(cè)器就將流動(dòng)相中各組分濃度變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，由記錄儀所記錄下的信號(hào)——時(shí)間的變化曲線，稱為色譜流出曲線。2/5/20232/5/20232/5/2023②基線在操作條件下，沒(méi)有試樣進(jìn)入檢測(cè)器，只有純流動(dòng)相進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)的流出曲線，記錄儀記錄的是一條直線，這條直線稱為基線。噪音：使基線發(fā)生細(xì)小的波動(dòng)的現(xiàn)象基線是在實(shí)驗(yàn)操作條件下，反映檢測(cè)器系統(tǒng)噪聲隨時(shí)間變化的曲線。2/5/2023③色譜峰高和峰面積峰高(h)：峰高h(yuǎn)指色譜峰最高點(diǎn)到基線的距離，一般用cm為單位。峰面積(A)：峰高與峰底寬之間的乘積稱為峰面積(peakarea)，用A表示。2/5/2023④峰的區(qū)域?qū)挾龋悍鍖?Y)與半峰寬[Y1/2)從色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(拐點(diǎn))作切線，在基線上的截距叫峰底寬(Y)；簡(jiǎn)稱峰寬；峰高一半處色譜峰的寬度叫半峰寬(Y1/2)。由于色譜峰頂呈圓孤形，色譜峰的半峰寬并不等于峰底寬的一半。

a、峰底寬Y=4σ=1.70Y1/2b、半高峰寬Y1/2=2.355σc、標(biāo)準(zhǔn)偏差峰寬Y0.607h=2σ

2/5/2023⑤保留值表示被測(cè)組分從進(jìn)樣到色譜柱后出現(xiàn)濃度最大值所需要的時(shí)間(或所需載氣的體積)，叫做保留值。★★保留時(shí)間(tR):是指被測(cè)組分從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所需的時(shí)間。組分在流動(dòng)相中停留的時(shí)間+在固定相中所停留的時(shí)間2/5/2023★★調(diào)整保留時(shí)間(tR′)：組分的保留時(shí)間與死時(shí)間的差值：tR′=tR-tM它表示與固定相發(fā)生作用的組分比載氣在色譜柱中多滯留的時(shí)間，實(shí)際上是組分在固定相中所滯留的時(shí)間。★★死時(shí)間（tM）：不與固定相作用的組分（空氣）從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃度最大值所需要的的時(shí)間。2/5/2023★★保留體積（VR）：從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)濃度最大值所需要的載氣體積

VR=qv,0

·tR★★調(diào)整保留體積（VR′）：指扣除死體積后的保留體積VR′=tR′·qv,0★★死體積（VM）：不與固定相作用的組分從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃度最大值所需要的載氣體積。若載氣的體積流量為qv,0，則死體積為VM=qv,0

·tM2/5/2023⑥相對(duì)保留值()表示組分的調(diào)整保留值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的調(diào)整保留值之比：值越大，兩組分的色譜峰相距越遠(yuǎn)，分離得越好2/5/2023⑦選擇因子()表示組分2的調(diào)整保留值與組分1的調(diào)整保留值之比：值越大，兩組分的色譜峰相距越遠(yuǎn)，分離得越好2/5/20232.分配系數(shù)與分配比定義：組分在固定相和流動(dòng)相之間發(fā)生的吸附與解（脫）附或者溶解與揮發(fā)的過(guò)程叫分配過(guò)程。（1）分配系數(shù)(K):在一定溫度、壓力下，當(dāng)組分在流動(dòng)相和固定相兩相中達(dá)到分配平衡時(shí)，組分在兩相中的濃度之比，稱為分配系數(shù)(K)。2/5/2023K↑溶解度或吸附能力↑，組分在固定相中的量↑，在氣相中的量↓。K↑進(jìn)入固定相的組分↑，組分在固定相中滯留的時(shí)間越長(zhǎng)，流出色譜柱所需的時(shí)間也就越長(zhǎng)。組分在固定相中的質(zhì)量濃度(g·mL-1)組分在流動(dòng)相中的質(zhì)量濃度(g·mL-1)2/5/2023（2）分配比(k)定義：分配比是在一定溫度、壓力下，組分在兩相間達(dá)到分配平衡時(shí)，兩相間組分的質(zhì)量比：k=ms/mm分配比又稱為容量因子或容量比分配比k的大小由下式計(jì)算：k=tR`/tM通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定分配比k的數(shù)值k值越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)。k=0的組分，其保留時(shí)間即為死時(shí)間。2/5/2023（3）分配系數(shù)與分配比的關(guān)系相比：表示流動(dòng)相體積與固定相體積之比2/5/2023根據(jù)上式，k值可以很方便地從色譜圖求得，所以容量因子k是一個(gè)重要的色譜參數(shù)上式改寫(xiě)VR＝VM（1＋k）

tR＝tM（1＋k）

說(shuō)明k值越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)。tM＝L/u可見(jiàn)，保留值與柱長(zhǎng)L成正比，與流動(dòng)相平均線速度u成反比。2/5/2023討論：色譜條件一定時(shí)，tR主要取決k或K的大小

k或K↑，tR↑，組分后出柱

k或K=0，組分不保留k或K→∞，組分完全保留tR＝tM（1＋k）2/5/20233.色譜分析的實(shí)驗(yàn)依據(jù)

色譜峰數(shù)=樣品中的組份數(shù)；

色譜保留值——定性依據(jù)；

色譜峰高或面積——定量依據(jù)；

色譜保留值或區(qū)域?qū)挾取V柱分離效能評(píng)價(jià)指標(biāo)；色譜峰間距——固定相或流動(dòng)相選擇是否合適的依據(jù)。相對(duì)保留值或選擇因子——與柱長(zhǎng)、柱徑、填充情況、流動(dòng)相流速等條件無(wú)關(guān)，而僅與溫度、固定相種類(lèi)有關(guān)。當(dāng)α=1時(shí)兩個(gè)組分不能分離。2/5/2023二、色譜分離的基本理論1.塔板理論（MartinandSynge1941）七點(diǎn)假設(shè)：將一根色譜柱視為一個(gè)精餾塔色譜柱是由一系列連續(xù)的、水平的塔板構(gòu)成每一塊塔板的高度為H組分氣體以脈沖的方式進(jìn)入塔板組分在每一塊塔板上迅速達(dá)到分配平衡分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)氣體的縱向擴(kuò)散可以忽略不計(jì)2/5/2023塔板理論認(rèn)為，一根柱子可以分為n段，在每段內(nèi)組分在兩相間很快達(dá)到一次平衡，把每一段稱為一塊理論塔板。設(shè)柱長(zhǎng)為L(zhǎng)，理論塔板高度為H，則

H=L/n式中n為理論塔板數(shù)。同長(zhǎng)度的色譜柱塔板數(shù)越多，塔板高度H越小，分離效果越好。2/5/2023理論塔板數(shù)按下式推算：或保留時(shí)間越長(zhǎng)，Y或Y1/2越小，色譜峰越窄，理論塔板數(shù)越多，組分在兩相間達(dá)到分配平衡的次數(shù)也越多，分離能力越強(qiáng)，柱效也就越高。2/5/2023例2.2某色譜柱長(zhǎng)2.1m，測(cè)得某組分的保留時(shí)間為5min42s，在色譜紙上量得色譜峰的寬度為1.2cm，已知紙速為2cm·min-1，求塔板高度。解：將色譜峰的寬度換算成時(shí)間：2/5/2023答：塔板高度為1.45mm。2/5/2023有效塔板數(shù)（neff）的計(jì)算公式為；

Heff=L/neffn=1+kk2?neff有效塔板數(shù)扣除了死時(shí)間的影響，通常用（neff）來(lái)評(píng)價(jià)柱的效能,較為真實(shí)地反映了柱效能的好壞,比較符合實(shí)際。neff越大或Heff越小，則色譜柱的柱效越高。2/5/2023塔板理論的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：理論直觀，能解釋流出曲線的形狀和濃度極大點(diǎn)(色譜峰)的位置，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：理論建立在幾點(diǎn)假設(shè)之上，不能解釋塔板高度量受哪些因素的影響，也不能指出降低塔板高度的途徑。2/5/20232.速率理論（J.J.VanDeemter

1956）速率理論認(rèn)為，單個(gè)組分粒子在色譜柱內(nèi)固定相和流動(dòng)相間要發(fā)生千萬(wàn)次轉(zhuǎn)移，加上分子擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)途徑等因素，它在柱內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是高度不規(guī)則的，是隨機(jī)的。組分粒子之間在柱中隨流動(dòng)相前進(jìn)的速度是不均一的。2/5/2023范第姆特方程式：☆☆式中：U為流動(dòng)相平均線速度；

A為渦流擴(kuò)散項(xiàng)；B/U為分子擴(kuò)散項(xiàng)；CU為傳質(zhì)阻力項(xiàng)。H=A+B/U+CU減小A，B/U，CU三項(xiàng)的值，可以降低塔板高度量，減少色譜峰的擴(kuò)張，提高柱效。2/5/2023（1）渦流擴(kuò)散項(xiàng)(A)：A的大小，與填充物的平均顆粒直徑dp(單位為cm)有關(guān)，也與固定相填充不均勻因子有關(guān)：（動(dòng)畫(huà)）2/5/2023（2）分子擴(kuò)散項(xiàng)(B/U)試樣分子沿色譜柱縱的方向擴(kuò)散，系數(shù)B的大小與氣體路徑彎曲因子γ和組分在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)Dg(單位為cm2.s-1)有關(guān)：毛細(xì)管柱：γ=1填充柱：γ＜1(動(dòng)畫(huà)）2/5/2023（3）傳質(zhì)阻力項(xiàng)(CU)定義：被測(cè)組分由于濃度不均勻而發(fā)生物質(zhì)遷移過(guò)程，稱為傳質(zhì)過(guò)程。C稱為傳質(zhì)阻力系數(shù)。傳質(zhì)過(guò)程分為：氣相傳質(zhì)過(guò)程與液相傳質(zhì)過(guò)程傳質(zhì)阻力系數(shù)C等于氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cl之和：C=Cg+C12/5/2023液膜厚度組分在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)（動(dòng)畫(huà)）2/5/2023總結(jié)：范第姆特方程H=A+B/U+CUA，B/U，CU越小，色譜柱的塔板高度H越小，柱效率越高。改善柱效率的因素：★選擇顆粒較小的均勻填料★★選用較低的柱溫操作★★★降低擔(dān)體表面液層的厚度★★★★選用合適的載氣及載氣流速：流速較小時(shí)，分子擴(kuò)散項(xiàng)成為色譜峰擴(kuò)張的主要因素，宜用相對(duì)分子質(zhì)量較大的載氣；流速較大時(shí)，傳質(zhì)項(xiàng)為控制因素，宜用相對(duì)分子質(zhì)量較小的載氣。2/5/2023第三節(jié)色譜分離條件的選擇一、分離度和影響分離的因素二、分離條件的選擇三、固定相及其選擇2/5/2023一、分離度和影響分離的因素塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對(duì)的實(shí)際分離程度。即柱效為多大時(shí)，相鄰兩組份能夠被完全分離。

（1）分離度R及計(jì)算定義：相鄰兩色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬度平均值之比，用R表示。2/5/2023分離度可以用來(lái)作為衡量色譜峰分離效能的指標(biāo)。難分離物質(zhì)對(duì)的分離度大小受色譜過(guò)程中兩種因素的綜合影響：

保留值之差──色譜過(guò)程不同物質(zhì)間的影響因素；區(qū)域?qū)挾醛ぉどV過(guò)程的同種物質(zhì)的影響因素。色譜柱的選擇性越強(qiáng)，兩組分的色譜峰相距越遠(yuǎn)；柱效能越高，色譜峰越窄。2/5/2023討論：色譜分離中的四種情況的討論：①柱效較高，△K(分配系數(shù)之差)較大,完全分離；②△K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；③柱效較低，△K較大,但分離的不好；④△K小，柱效低，分離效果更差。R＝1時(shí)，分離程度為98.7%R＝1.5時(shí)，分離程度可達(dá)99.7%R＝1.5作為完全分開(kāi)的標(biāo)志2/5/2023（2）色譜分離基本方程式由上式可知：①增加塔板數(shù)可以提高分離度②k值的最佳范圍是：1＜k＜10③選擇因子增大，能顯著地提高分離度兩根同種色譜柱的相互關(guān)系式：2/5/2023柱選擇項(xiàng)柱容量項(xiàng)柱效項(xiàng)與柱選擇性的關(guān)系α越大，柱選擇性越好，分離效果越好。如果兩個(gè)相鄰峰的選擇因子足夠大，則即使色譜柱的理論塔板數(shù)較小，也可以實(shí)現(xiàn)分離。2/5/2023

與柱效的關(guān)系（柱效因子）與容量因子的關(guān)系

R∝n1/2增加柱長(zhǎng)減小塔板高度限制：L過(guò)長(zhǎng)，保留時(shí)間延長(zhǎng)，分析時(shí)間延長(zhǎng)，色譜峰擴(kuò)展。使用性能優(yōu)良的色譜柱，并選擇最佳分離條件k值增大，有利于分離，但k>10時(shí)，對(duì)R的增加不明顯，也會(huì)顯著增加分析時(shí)間k的最佳范圍：1~102/5/2023例4.2.3如果柱長(zhǎng)L2為1m時(shí)，分離度及為0.8，要實(shí)現(xiàn)完全分離(R＝1.5)，色譜柱Ll至少應(yīng)有多長(zhǎng)?解：答：色譜柱至少應(yīng)有3.52m長(zhǎng)。2/5/2023例4.2.4用3m長(zhǎng)的填充柱得到如圖4.2.6所示的色譜流出曲線，為了得到R＝1.5的分辨率，填充柱最短需要多少米?2/5/2023塔板高度為：代入公式，得：解：2/5/2023二、分離條件的選擇①載氣及其最佳流速的選擇★載氣的選擇

熱導(dǎo)池檢測(cè)器常用氫氣、氦氣作載氣氫火焰檢測(cè)器宜用氮?dú)庾鬏d2/5/2023★載氣流速的選擇范第姆特方程式H=A+B/U+CU中，A，B，C與載氣線速度無(wú)關(guān)。載氣的最佳流速：2/5/2023②柱溫的選擇柱溫改變時(shí)，柱效率、分離度R、選擇性及色譜柱的穩(wěn)定性都將產(chǎn)生相應(yīng)的改變。2/5/2023③汽化溫度的選擇比試樣組分中最高的沸點(diǎn)高30～50℃④進(jìn)樣時(shí)間和進(jìn)樣量

在0.1s內(nèi)把試樣進(jìn)完液體進(jìn)樣量為0.1μL～5μL氣體進(jìn)樣量為0.1mL～5mL2/5/2023三、固定相及其選擇1．氣—固色譜固定相吸附——物理化學(xué)過(guò)程吸附劑分類(lèi)：(1)非極性吸附劑：如活性炭，適用于低沸點(diǎn)的碳?xì)浠衔锏姆治觥?2)弱極性吸附劑：如氧化鋁吸附劑，適用于分析C1～C4烴類(lèi)及異構(gòu)體。2/5/2023(3)強(qiáng)極性吸附劑：如分子篩，適于分析N2，O2，CO，H2等氣體和正異構(gòu)烷烴。(4)氫鍵型吸附劑：如硅膠吸附劑，適用于分析有氫鍵或極性的化合物。2/5/20232.氣-液色譜固定相氣-液色譜的優(yōu)點(diǎn)：(1)固定液的品種繁多，可選擇范圍大；(2)固定液的用量可以任意變化；可以根據(jù)需要選用合適的固定液用量，以改善分離效果；(3)氣-液色譜在通常操作條件下有良好的對(duì)稱峰；⑷壽命長(zhǎng)。2/5/2023★固定液的分類(lèi)主要是按固定液的極性分級(jí)：“0”級(jí)——非極性固定液“+1”與“+2”級(jí)——弱極性固定液“+3”級(jí)——中等極性固定液“+4”與“+5”級(jí)——強(qiáng)極性固定液2/5/2023★固定液的選擇原則：(1)非極性試樣，用非極性固定液；(2)極性試樣，使用極性固定液；(3)極性與非極性的混合物，一般選用極性固定液；(4)能形成氫鍵的試樣，選用極性或形成氫鍵的固定液；(5)復(fù)雜的多組分混合試樣，常用兩種或兩種以上的混合固定液。2/5/2023第四節(jié)氣相色譜檢測(cè)器一、氣相色譜議的基本部件與作用2/5/2023①氣相色譜儀的工作過(guò)程氣相色譜儀分為五個(gè)主要組成部分：載氣系統(tǒng)：氣體流動(dòng)相的運(yùn)行系統(tǒng)；進(jìn)樣系統(tǒng)：樣品的導(dǎo)入系統(tǒng)；分離系統(tǒng)：混合樣品的分離；檢測(cè)系統(tǒng)：分離后物質(zhì)檢測(cè)信號(hào)的形成；記錄系統(tǒng)：檢測(cè)信號(hào)的記錄與運(yùn)算；2/5/20231-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)溫控系統(tǒng)氣相色譜工作分析過(guò)程：樣品制備進(jìn)樣組份分離樣品成份檢測(cè)定性和定量2/5/2023二、氣相色譜儀主要部件

1.載氣系統(tǒng)

包括氣源、凈化干燥管和載氣流速控制及測(cè)量；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）；載氣流速控制及測(cè)量：壓力表、流量計(jì)、針形穩(wěn)壓閥，控制載氣流速恒定。2/5/20232.進(jìn)樣裝置進(jìn)樣裝置：進(jìn)樣器+氣化室；

氣體進(jìn)樣器（六通閥）：2/5/2023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，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。2/5/20233.色譜柱（分離柱）色譜柱：色譜儀的核心部件。分為填充柱和毛細(xì)管柱兩種。填充柱材質(zhì)：不銹鋼管或玻璃管，內(nèi)徑2-6mm，長(zhǎng)度可根據(jù)需要確定，一般1-3m。毛細(xì)管柱材質(zhì)：一般石英玻璃柱，內(nèi)徑0.1-0.5mm，長(zhǎng)25-100m。2/5/20234.檢測(cè)系統(tǒng)

色譜儀的眼睛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；2/5/20235.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；2/5/2023結(jié)構(gòu)流程2/5/2023

三、氣相色譜檢測(cè)器（一）氣相色譜檢測(cè)器的類(lèi)型1.氣相色譜檢測(cè)器根據(jù)響應(yīng)原理的不同可分為濃度型檢測(cè)器和質(zhì)量型檢測(cè)器兩類(lèi)。（1）濃度型檢測(cè)器：測(cè)量的是載氣中某組分瞬間濃度的變化，即檢測(cè)器的響應(yīng)值和組分的瞬間濃度成正比。如熱導(dǎo)池檢測(cè)器（TCD）和電子捕獲檢測(cè)器（ECD）（2）質(zhì)量型檢測(cè)器：測(cè)量的是載氣中某組分質(zhì)量比率的變化，即檢測(cè)器的響應(yīng)值和單位時(shí)間進(jìn)入檢測(cè)器的組分質(zhì)量成正比。如氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）和火焰光度檢測(cè)器（FPD）

2/5/2023

2.按照應(yīng)用范圍分通用和專用檢測(cè)器

通用檢測(cè)器有：（1）熱導(dǎo)池檢測(cè)器，TCD(Thermalconductivitydetector) 測(cè)一般化合物和永久性氣體（2）氫火焰離子化檢測(cè)器,FID(Hydrogenflameionizationdetector)

測(cè)一般有機(jī)化合物專用檢測(cè)器有：（3）電子俘獲檢測(cè)器，ECD(Electroncapturedetector)

測(cè)帶強(qiáng)電負(fù)性原子的有機(jī)化合物（4）火焰光度檢測(cè)器，F(xiàn)PD(Flamephotometricdetector)

測(cè)含硫、含磷的有機(jī)化合物2/5/2023（二）幾種常用檢測(cè)器1.熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD)（1）熱導(dǎo)檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)（熱導(dǎo)池和電路連接組成）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、機(jī)械強(qiáng)度高、對(duì)各種成分都呈現(xiàn)惰性的金屬絲。（如：鎢絲）參比臂：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：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。2/5/20232/5/2023（2）檢測(cè)原理惠斯通平衡電橋，如圖。電阻絲通電，加熱與散熱達(dá)到平衡后，兩臂電阻值：R參=R測(cè);R1=R2

，則：R參/R測(cè)=R1/R2

無(wú)電壓信號(hào)輸出；記錄儀走直線（基線）。

進(jìn)樣后:R參≠R測(cè)

則：R參/R測(cè)≠R1/R22/5/20232.氫火焰檢測(cè)器（FID）是以氫氣和空氣燃燒的火焰作為能源，利用含碳有機(jī)化合物在氫火焰中燃燒時(shí)能產(chǎn)生帶電離子碎片，收集其荷電量進(jìn)行測(cè)定。氫火焰檢測(cè)器的離子化機(jī)理：有機(jī)物在氫火焰中發(fā)生化學(xué)電離火焰中的正離子以H3O+最多，約占90%；其他還有CHO+，CH3O+，C3H+等。對(duì)在氫火焰中不電離的無(wú)機(jī)化合物，例如CO，CO2，SO2，N2等，不能進(jìn)行檢測(cè)。2/5/2023特點(diǎn)：靈敏度比熱導(dǎo)池檢測(cè)器高出三個(gè)數(shù)量級(jí)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、應(yīng)用廣泛，適宜于痕量分析。2/5/2023高選擇性、高靈敏度的放射性檢測(cè)器（放射源63Ni或3H，產(chǎn)生β射線）3.電子捕獲檢測(cè)器（ECD)2/5/2023選擇性高，僅對(duì)含有鹵素、含氧基團(tuán)等的化合物有響應(yīng)；靈敏度高，檢測(cè)下限10-14g/mL；ECD是目前分析痕量電負(fù)性有機(jī)物最有效的檢測(cè)器；對(duì)大多數(shù)烴類(lèi)沒(méi)有響應(yīng)；主要缺點(diǎn)：線性范圍窄；應(yīng)用：近年來(lái)廣泛用于食品、農(nóng)副產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量的分析以及大氣、水中污染物的分析等。2/5/2023化合物中硫、磷在富氫火焰中燃燒，生成激發(fā)態(tài)分子碎片，當(dāng)回到基態(tài)時(shí)輻射出不同波長(zhǎng)的特征光譜，可被檢測(cè)。HPO碎片（480-600nm）、S2（350-430nm）；該檢測(cè)器是對(duì)含硫、磷化合物的高選擇性檢測(cè)器，又稱硫磷檢測(cè)器。（四）火焰光度檢測(cè)器（FPD)2/5/2023幾種檢測(cè)器的性能對(duì)比2/5/2023（三）檢測(cè)器的性能指標(biāo)（自學(xué)）氣相色譜分析對(duì)檢測(cè)器的要求：測(cè)量準(zhǔn)確，響應(yīng)快，穩(wěn)定性好，靈敏度高，適應(yīng)范圍廣。衡量檢測(cè)器性能的主要指標(biāo)：靈敏度、檢測(cè)限和檢測(cè)器的線性范圍。2/5/2023第五節(jié)氣相色譜定性、定量分析一、氣相相色譜的定性方法依據(jù)：利用色譜圖確定各色譜峰所代表的化合物。常用的方法：純物質(zhì)對(duì)照定性、利用保留值定性等。各種物質(zhì)在一定的條件下(固定相、操作條件)，均有確定不變的保留值利用已知的純物質(zhì)與未知試樣的色譜峰對(duì)照進(jìn)行定性分析2/5/2023（1）利用保留值定性當(dāng)已知某試樣推測(cè)為某化合物時(shí)，用相應(yīng)化合物的純物質(zhì)進(jìn)行比較，有相同的峰形和保留值的則為同一種化合物。特點(diǎn)：氣相色譜定性最可靠的方法★★★注意：如果保留時(shí)間相同，峰形不同，仍不能認(rèn)為是同一種物質(zhì)時(shí)，將試樣與純物質(zhì)混合后注入色譜柱，若色譜峰增高而半峰寬并不相應(yīng)增加，則兩者可能是同一種物質(zhì)。★★★缺點(diǎn)：重復(fù)性較差2/5/2023（2）利用相對(duì)保留值定性定義：相對(duì)保留值是組分i與基準(zhǔn)物S的調(diào)整保留值之比：

優(yōu)點(diǎn)：可以消除某些操作條件的影響，只要柱溫、固定相不變，即使柱徑、柱長(zhǎng)、填充情況及流動(dòng)相的流速有所變化，相對(duì)保留值γi,s仍然不變，它是色譜定性分析的重要參數(shù)。2/5/2023

（3）利用保留指數(shù)進(jìn)行進(jìn)行定性分析Xz+1，Xz分別代表含Z+1、Z個(gè)碳原子的正構(gòu)烷烴在測(cè)定柱上的調(diào)整保留參數(shù)，Xi代表待測(cè)物質(zhì)在測(cè)定柱上的調(diào)整保留參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：可以方便求出文獻(xiàn)測(cè)定條件下的I值而進(jìn)行定性分析，無(wú)須標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。2/5/2023二、氣相色譜定量方法依據(jù)：在一定的條件下，被測(cè)組分i的質(zhì)量mi或其在載氣中的濃度與檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào)（色譜上表現(xiàn)為峰面積Ai或峰高Hi）成正比：色譜定量公式：2/5/2023（一）色譜峰面積測(cè)量方法1.峰高乘半峰寬法2.峰高乘平均峰寬法在峰高0.15處與峰高0.85處測(cè)量峰的寬度，然后取平均值，乘以峰的高度：3.電子積分法

2/5/2023（二）定量校正因子原因：為了使檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào)能真實(shí)地反映物質(zhì)的含量，就要對(duì)色譜峰面積進(jìn)行校正，因此引入定量校正因子。1.絕對(duì)校正因子在一定的操作條件下，組分i的進(jìn)樣量m與峰的面積Ai成正比：絕對(duì)校正因子2/5/2023進(jìn)樣量：質(zhì)量m、摩爾n、體積V★★★物理意義是每單位峰面積所代表物質(zhì)的多少2/5/2023例4.2.7某試樣含有5μg乙醇，測(cè)得相應(yīng)的色譜峰面積為150mm2，求乙醇的fi。解：答：乙醇的絕對(duì)校正因子fm,i為3.3×10-2μg·mm-2。即每平方毫米色譜峰面積代表3.3×10-2μg乙醇。2/5/2023絕對(duì)校正因子fi的大小主要由操作條件和儀器的靈敏度所決定，既不容易準(zhǔn)確測(cè)量，也無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)操作條件波動(dòng)時(shí)，fi也發(fā)生變化。故fi無(wú)法直接應(yīng)用，定量分析時(shí)，一般采用相對(duì)校正因子。2.相對(duì)校正因子定義：規(guī)定某一個(gè)組分為標(biāo)準(zhǔn)物，計(jì)算其他組分的絕對(duì)校正因子與此標(biāo)準(zhǔn)物絕對(duì)校正因子的比值。2/5/2023

各物質(zhì)的量以摩爾數(shù)計(jì)，Mi,Ms分別表示被測(cè)物與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量（摩爾質(zhì)量）2/5/2023例4.2.8準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的色譜純對(duì)二甲苯、甲苯、苯及仲丁醇，混合后稀釋，采用氫焰檢測(cè)器，定量進(jìn)樣并測(cè)量各物質(zhì)所對(duì)應(yīng)的峰面積，數(shù)據(jù)如下：物質(zhì)苯仲丁醇甲苯對(duì)二甲苯m/μg0.47200.63250.81490.4547A/cm22.603.404.102.20以仲丁醇為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各物質(zhì)的相對(duì)質(zhì)量校正因子。2/5/2023法1：同理：2/5/2023（三）定量計(jì)算方法歸一化法、內(nèi)標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法、外標(biāo)法等1.歸一化法設(shè)有幾個(gè)組分，每個(gè)組分的質(zhì)量分別為m1,m2,m3…，測(cè)得色譜峰的面積分別為：A1，A2，A3，…。各組分的絕對(duì)校正因子為：2/5/2023設(shè)以S為標(biāo)準(zhǔn)物，則各組分的相對(duì)校正因子為：2/5/2023各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和等于1，即：2/5/2023優(yōu)點(diǎn)：歸一化法很直觀，容易接受，計(jì)算簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，當(dāng)操作條件如進(jìn)樣量、流速等發(fā)生變化時(shí)，對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響很小，是一種常用的計(jì)算方法。缺點(diǎn)：必需所有組分都出峰，所有的色譜峰面積都可測(cè)量。2/5/20232.內(nèi)標(biāo)法當(dāng)只需測(cè)定試樣中某幾個(gè)組分，或試樣中所有組分不可能全部出峰時(shí)，可采用內(nèi)標(biāo)法。內(nèi)標(biāo)法是將一定質(zhì)量的純物質(zhì)(非被測(cè)組分的純物質(zhì))作為內(nèi)標(biāo)物，加入到準(zhǔn)確稱取的試樣中，根據(jù)被測(cè)物質(zhì)和內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量及其在色譜圖上相應(yīng)峰面積之比，求出被測(cè)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。2/5/2023設(shè)樣品的質(zhì)量為m，則待測(cè)組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2/5/2023選擇內(nèi)標(biāo)物應(yīng)遵循的原則：試樣中不存在的純物質(zhì)，否則會(huì)使色譜峰重疊而無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定試樣的色譜峰面積；內(nèi)標(biāo)物的物理及物理化學(xué)性質(zhì)應(yīng)與被測(cè)物相近，當(dāng)操作條件發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)標(biāo)物與被測(cè)物均受到相應(yīng)的影響兩者相對(duì)校正因子基本不變；色譜峰位于被測(cè)物色譜峰的附近，且能與被測(cè)物色譜峰完全分離；內(nèi)標(biāo)物的濃度應(yīng)與被測(cè)物的濃度相近。2/5/2023例4.2.9取二甲苯生產(chǎn)母液1500mg，母液中合有乙苯、對(duì)二甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯及溶劑和少量苯甲酸，其中苯甲酸不能出峰。以150mg壬烷作內(nèi)標(biāo)物，測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)如下：物質(zhì)壬烷乙苯對(duì)二甲苯間二甲苯鄰二甲苯Ai/cm298709512080f`m1.020.971.000.960.98求各組分的含量。2/5/2023解：母液中苯甲酸不能出峰，所以只能用內(nèi)標(biāo)法計(jì)算。由各組分的絕對(duì)校正因子計(jì)算得壬烷、乙苯、對(duì)二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯的相對(duì)校正因子分別為1.00，0.95，0.98，0.94，0.96。根據(jù)內(nèi)標(biāo)法計(jì)算公式，對(duì)于乙苯有：同樣可以計(jì)算出對(duì)二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為9.5%，11.5%，7.84%。2/5/2023內(nèi)標(biāo)法的優(yōu)點(diǎn)：不要求各組分全部出峰，無(wú)歸一化法的限制，即只要被測(cè)組分能出峰，不和其他峰重疊，不管其他組分是否出峰或是否重疊，都可以用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量分析，而且定量準(zhǔn)確，受操作條件影響較小。缺點(diǎn)：選用合適的內(nèi)標(biāo)物較為困難，每次都要淮確稱量樣品和內(nèi)標(biāo)物的量，不宜作快速分析。2/5/20233.內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法從內(nèi)標(biāo)公式可知：如果每次稱取同樣量(m)的試樣，每次加入相等量(ms)的內(nèi)標(biāo)物，