15氣相色譜法(全)

分析化學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)教研室王蕾蕾氣相色譜法基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本

氣相色譜法(gaschromatography，GC)

以氣體為流動(dòng)相的色譜法。

氣相色譜法概述點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本氣相色譜法的分類(lèi)

1.按固定相的狀態(tài)不同，分為氣-固色譜法和氣-液色譜法。

2.按分離機(jī)制不同，分為吸附色譜法和分配色譜法。

3.按色譜柱的粗細(xì)不同，分為填充柱色譜法和毛細(xì)管柱色譜法。

氣相色譜法的分類(lèi)點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本

優(yōu)點(diǎn)

“三高一快一廣”選擇性高分離效能高靈敏度高，試樣用量少分析速度快應(yīng)用范圍廣缺點(diǎn)

不適用于高沸點(diǎn)、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定物質(zhì)的分析。GC-2014C

氣相色譜儀氣相色譜法的特點(diǎn)點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本適用范圍：熱穩(wěn)定性好，沸點(diǎn)較低的有機(jī)及無(wú)機(jī)化合物分離。

應(yīng)用石油化工分析環(huán)境分析食品分析生物、藥物、臨床分析氣相色譜法的應(yīng)用氣相色譜儀的組成儀器構(gòu)造載氣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)氣相色譜儀的組成氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖1-載氣鋼瓶；2-減壓閥；3-凈化器；4-針形閥；5-壓力表;6-流量計(jì)；7-進(jìn)樣器；8-色譜柱;9-檢測(cè)器；10-放大器；11-尾氣出口氣相色譜儀的工作流程謝謝！基礎(chǔ)知識(shí)分析化學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)教研室王蕾蕾氣相色譜法的基本概念氣相色譜法的基本概念（一）色譜流出曲線經(jīng)色譜柱分離后的樣品組分通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，產(chǎn)生的電信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間作圖，所描繪的曲線稱(chēng)為色譜流出曲線或流出曲線。氣相色譜法的基本概念1．基線

色譜柱后沒(méi)有組分流出，僅有流動(dòng)相進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)的流出曲線稱(chēng)為基線。2．色譜峰

當(dāng)樣品中的組分隨流動(dòng)相進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào)大小隨時(shí)間變化所形成的峰形曲線稱(chēng)為色譜峰。3．峰面積和峰高

（1）峰面積：是指峰與峰底之間的面積，用A表示。（2）峰高：是指色譜峰最高點(diǎn)到峰底的垂直距離，用h表示。氣相色譜法的基本概念4．區(qū)域?qū)挾?/p>

用于衡量色譜柱效能，包括峰寬、半峰寬和標(biāo)準(zhǔn)偏差。（1）峰寬是色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)處的切線在基線上截取的距離，用W表示。（2）半峰寬是色譜峰高一半處的峰寬用W1/2表示。（3）標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.607倍峰高處峰寬的一半，用σ表示。氣相色譜法的基本概念（二）保留值1．死時(shí)間（to）不被固定相吸附或溶解的氣體（如空氣、甲烷）,從進(jìn)樣開(kāi)始至柱后出現(xiàn)濃度最大值所需的時(shí)間稱(chēng)為死時(shí)間。信號(hào)進(jìn)樣tM空氣峰氣相色譜法的基本概念2．保留時(shí)間（tR）

被測(cè)組分從進(jìn)樣開(kāi)始到某個(gè)組分的色譜峰頂點(diǎn)的時(shí)間間隔稱(chēng)為該組分的保留時(shí)間。3．調(diào)整保留時(shí)間（tR′

）組分的保留時(shí)間與死時(shí)間之差稱(chēng)為調(diào)整保留時(shí)間。信號(hào)進(jìn)樣tR氣相色譜法的基本概念4．死體積由進(jìn)樣器至檢測(cè)器的流路中，它是進(jìn)樣器至色譜柱間導(dǎo)管的容積、色譜柱中固定相顆粒間間隙、柱出口導(dǎo)管及檢測(cè)器內(nèi)腔容積的總和?？梢岳斫鉃椋涸谒罆r(shí)間內(nèi)流過(guò)的載氣的體積。5．保留體積

某組分從進(jìn)樣開(kāi)始到該組分色譜峰峰頂?shù)谋Ａ魰r(shí)間內(nèi)所通過(guò)色譜柱的載氣體積。載氣的流速越大，保留時(shí)間越小，兩者之積仍為常數(shù)。6．調(diào)整保留體積組分的保留體積與死體積之差稱(chēng)為調(diào)整保留體積。氣相色譜法的基本概念（三）相平衡參數(shù)1.分配系數(shù)K指在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動(dòng)相之間分配達(dá)平衡時(shí)的濃度之比值。=cs/cm2.容量因子（分配比）k指在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配達(dá)平衡時(shí)，分配在固定相和流動(dòng)相中的質(zhì)量比。

k=組分在固定相中的質(zhì)量/組分在流動(dòng)相中的質(zhì)量=Ws/Wm氣相色譜法的基本概念3．分配系數(shù)比

是指混合組分中相鄰兩組分的分配系數(shù)或容量因子或調(diào)整保留值之比兩組分的K或k值相差越大，則分離得越好。兩組分具有不同的分配系數(shù)是色譜分離的先決條件（α>1）。謝謝！氣相色譜法的基本概念分析化學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)教研室王蕾蕾氣相色譜法的基本理論點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本氣相色譜法的基本理論一、塔板理論熱力學(xué)理論，使用相平衡觀點(diǎn)來(lái)研究色譜分離過(guò)程。二、速率理論動(dòng)力學(xué)理論使用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)研究動(dòng)力學(xué)因素對(duì)色譜分離過(guò)程和柱效的影響。點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本塔板理論馬丁和辛格于1941年提出了塔板理論。把色譜柱比作一個(gè)精餾塔，沿用精餾塔中塔板的概念來(lái)描述組分在兩相間的分配行為，同時(shí)引入理論塔板數(shù)作為衡量柱效率的指標(biāo)，即色譜柱是由一系列連續(xù)的、相等的水平塔板組成。每一塊塔板的高度用H表示，稱(chēng)為塔板高度，簡(jiǎn)稱(chēng)塔高或板高。塔板理論在每一塊塔板上，溶質(zhì)在兩相間很快達(dá)到分配平衡，然后隨著流動(dòng)相按一個(gè)一個(gè)塔板的方式向前移動(dòng)。對(duì)于一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的色譜柱，溶質(zhì)在兩相平衡的次數(shù)應(yīng)為：

n=L/H

n稱(chēng)為理論塔板數(shù)。

柱效隨理論塔板數(shù)n的增加而增加，隨板高H的增大而減小。塔板理論由塔板理論可導(dǎo)出塔板數(shù)和峰寬的關(guān)系：從公式可以看出，在tR

一定時(shí)，如果色譜峰很窄，則說(shuō)明n越大，H越小，柱效能越高。塔板理論優(yōu)點(diǎn)：塔板理論能夠成功地解釋色譜流出曲線的形狀、濃度極大點(diǎn)的位置以及對(duì)柱效的評(píng)價(jià)問(wèn)題。不足：只能定性地給出塔板數(shù)和塔板高度的概念，不能解釋柱效與載氣流速的關(guān)系，更不能說(shuō)明影響柱效的因素。點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本速率理論（二）速率理論1956年荷蘭范第姆特等在研究氣液色譜時(shí)，提出了速率理論。他們吸收了塔板理論中塔高的概念，并充分考慮了組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過(guò)程，從而在動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上較好地解釋了影響塔高的各種因素。提出了范第姆特方程：式中A、B、C為常數(shù)，它們分別為渦流擴(kuò)散項(xiàng)、縱向擴(kuò)散系數(shù)和傳質(zhì)阻力系數(shù)，u為載氣線速度，單位為cm/s。

點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本1．渦流擴(kuò)散項(xiàng)A

氣體移動(dòng)中遇到填充物顆粒時(shí)，不斷改變流動(dòng)方向，而造成同組分的分子經(jīng)過(guò)不同路徑，而引起色譜峰的擴(kuò)張，如下圖所示。1.組分移動(dòng)慢2.組分移動(dòng)較快3.組分移動(dòng)快速率理論點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本1．渦流擴(kuò)散項(xiàng)A

渦流擴(kuò)散項(xiàng)A可表示為：式中為填充不規(guī)則因子，dP為固定相顆粒的平均直徑。

速率理論點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本2．縱向擴(kuò)散項(xiàng)（分子擴(kuò)散）B

樣品組分被載氣帶入色譜柱后，是以“塞子”的形式存在于柱的很小一段空間中，在“塞子”的前后(縱向)存在著濃度差，而形成濃度梯度，因此勢(shì)必使運(yùn)動(dòng)著的分子產(chǎn)生縱向擴(kuò)散，使峰變寬。

式中，r表示擴(kuò)散阻礙因子，填充柱＜1，毛細(xì)管柱因無(wú)擴(kuò)散障礙r＝1。Dg為組分在載氣中的擴(kuò)散系數(shù)。

速率理論點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本為降低縱向擴(kuò)散，宜選用分子量較大的載氣、控制較高流速和較低的柱溫

速率理論3．傳質(zhì)阻力項(xiàng)試樣被載氣帶入色譜柱后，試樣組分在兩相間溶解、擴(kuò)散、平衡的過(guò)程稱(chēng)為傳質(zhì)過(guò)程，影響這個(gè)過(guò)程進(jìn)行速度的阻力，稱(chēng)為傳質(zhì)阻力。傳質(zhì)阻力的大小用傳質(zhì)系數(shù)來(lái)表示，它包括氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)，因前者較小，所以。式中，df為固定液液膜厚度，k為容量因子，Dl為組分在固定液中的擴(kuò)散系數(shù)。

速率理論流動(dòng)相固液界面固定液組分分子ClCg點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本采用小顆粒固定相，以H2或He作載氣，可以減少氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)采用較薄的固定液，組分在液相中擴(kuò)散系數(shù)較大，可以減小液相傳質(zhì)阻力系數(shù)

傳質(zhì)阻力項(xiàng)示意圖

速率理論基本理論分析化學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)教研室王蕾蕾固定相和流動(dòng)相點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本點(diǎn)擊添加文本色譜柱GC的核心部件

色譜柱內(nèi)由固定相填充，根據(jù)固定相的不同可分為氣-液色譜填充柱和氣-固色譜填充柱。填充柱毛細(xì)管柱固定相固定相（一）氣液色譜固定液+擔(dān)體（載體）固定液種類(lèi)繁多，選擇余地大，應(yīng)用范圍廣。載體：化學(xué)惰性的多孔性固體顆粒。作為載體應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：

比表面積大，孔徑分布均勻；化學(xué)惰性；具有較高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；顆粒大小均勻、適度。一般常用60~80目、80~100目。固定相固定液：高沸點(diǎn)難揮發(fā)有機(jī)化合物。對(duì)固定液的要求應(yīng)對(duì)組分具有不同溶解能力，較好熱穩(wěn)定性，不與被分離組分發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)。在各種色譜手冊(cè)中，一般將固定液按有機(jī)化合物的分類(lèi)方法分為：脂肪烴、芳烴、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等。固定相

（2）固定液的選擇原則“相似相溶”，選擇與試樣性質(zhì)相近的固定液。

①分離非極性組分時(shí)，通常選用非極性固定相。②分離極性組分時(shí)，一般選用極性固定液。③分離非極性和極性的（或易被極化的）混合物，一般選用極性固定液。④醇、胺、水等強(qiáng)極性和能形成氫鍵的化合物的分離，通常選擇極性或氫鍵性的固定液。⑤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。固定相（二）氣固色譜氣-固色譜填充柱的固定相有硅膠、氧化鋁、石墨化碳黑、分子篩、高分子多孔微球及化學(xué)鍵合相等。在藥物分析中應(yīng)用較多的為高分子多孔微球（GDX）。氣-固色譜填充柱的分離機(jī)理是吸附色譜法。流動(dòng)相流動(dòng)相稱(chēng)為載氣常用N2、H2、He、Ar等氣體。載氣的選擇和純化主要取決于使用何種檢測(cè)器。使用熱導(dǎo)檢測(cè)器，選用H2、He做載氣，提高靈敏度；使用氫焰離子化檢測(cè)器則選用N2做載氣。所選載氣要利于提高柱效能和分析速度。謝謝！固定相和流動(dòng)相分析化學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)教研室王蕾蕾檢測(cè)器和分離條件檢測(cè)器檢測(cè)器是將色譜柱分離后的各組分的濃度（或質(zhì)量）的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流）的裝置。一、檢測(cè)器的性能要求靈敏度高、穩(wěn)定性好、噪音低、線性范圍寬、死體積小等。檢測(cè)器（一）熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）熱導(dǎo)檢測(cè)器是利用被檢組分與載氣的熱導(dǎo)率不同來(lái)檢測(cè)組分的濃度變化。它屬于濃度型檢測(cè)器。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)定范圍廣、線性范圍寬、試樣不被破壞。缺點(diǎn)：靈敏度低、噪音較大。（二）氫焰離子化檢測(cè)器（FID）簡(jiǎn)稱(chēng)氫焰檢測(cè)器，是利用在氫焰的作用下，有機(jī)化合物燃燒而發(fā)生化學(xué)電離形成離子流，通過(guò)測(cè)定離子流強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，噪音小，響應(yīng)快，線性范圍寬，穩(wěn)定性好等。缺點(diǎn)：一般只能測(cè)定含碳有機(jī)物，而且檢測(cè)時(shí)試樣被破壞。分離條件的選擇分離度又稱(chēng)分辨率，定義為相鄰兩組分色譜峰的保留時(shí)間之差與兩組分色譜峰基線寬度總和之半的比值，計(jì)算公式為：

在進(jìn)行定量分析時(shí)，為了能獲得較好的精密度和準(zhǔn)確度，應(yīng)使R≥1.5。

一、分離度分離條件的選擇 二、操作條件的選擇

色譜柱的選擇主要是固定相、柱長(zhǎng)和柱徑的選擇。

選擇固定液一般是利用“相似相溶”原則，即按被分離組分的極性或官能團(tuán)與固定液相似的原則來(lái)選擇。分析高沸點(diǎn)化合物，可選擇高溫固定相。在達(dá)到一定分離度的條件下應(yīng)盡可能使用短柱，一般填充柱柱長(zhǎng)為1m～5m。色譜柱的內(nèi)徑增加會(huì)使柱效下降，一般柱內(nèi)徑常用2mm～4mm。分離條件的選擇2．柱溫的選擇柱溫的選擇原則是：在使最難分離的組分有較好分離度的前提下，盡量采取較低的柱溫，但應(yīng)以保留時(shí)間適宜，色譜峰不拖尾為度。分離條件的選擇3.載氣及流速的選擇根據(jù)范第姆特方程,作H-u曲線，如圖。在曲線的最低點(diǎn)，塔板高度（H）最小，柱效最高，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流速為最佳載氣流速。在實(shí)際工作中，常選擇載氣流速稍高于最佳流速。分離條件的選擇三、色譜系統(tǒng)適用性試驗(yàn)1．理論塔板數(shù)在選定的條件下，按照藥典規(guī)定，應(yīng)使理論板數(shù)達(dá)到要求。2．分離度定量分析時(shí)，R應(yīng)大于1.5。3．重復(fù)性取各品種項(xiàng)下的對(duì)照溶液，連續(xù)進(jìn)樣5次，其峰面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)不大于2.0％。4．拖尾因子為保證測(cè)量精度，在采用峰高法測(cè)量時(shí)，除另有規(guī)定外，拖尾因子應(yīng)在0.95～1.05之間。謝謝！分離條件的選擇分析化學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)教研室王蕾蕾定性定量分析定性分析（一）定性依據(jù)：tR、

VR（二）定性方法1．已知物對(duì)照法