氣相色譜與凝膠色譜

氣相色譜與凝膠色譜第一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)色譜法的基本原理色譜法是一種重要的分離分析方法，它是根據(jù)組分在兩相中作用能力不同而達(dá)到分離目的。一、色譜法的產(chǎn)生與發(fā)展

1906年Tswett研究植物色素分離，提出色譜法概念；2第二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日st3第三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日Martin和Synge提出液-液色譜理論；James和Martin發(fā)展了氣相色譜；VanDeemter提出速率理論；Kirkland等研制高效液相色譜法；80年代以后 出現(xiàn)毛細(xì)管電泳和毛細(xì)管電動(dòng)色譜等一系列新的色譜分析方法。4第四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日二、色譜法的基本原理

樣品隨流動(dòng)相進(jìn)入固定相，由于樣品中的各組分的物理化學(xué)特性不同，其與固定相之間的相互作用力也不相同，從而導(dǎo)致了在兩相中的不同分配。

在一定的溫度下，組分在兩相之間達(dá)到平衡時(shí)的濃度比稱為分配系數(shù)，即

樣品中的不同組分之間只要分配系數(shù)K有微小的差別，就可以在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次的分配，最終得到分離。

5第五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日?qǐng)D6—1A、B兩組分混合物在色譜柱分離示意圖

6第六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日色譜法的共同點(diǎn)為：

1．任何色譜法都存在有兩個(gè)相，即流動(dòng)相和固定相。流動(dòng)相可以是氣體和液體，固定相可以為固體或涂漬在固體表面上的高沸點(diǎn)液體。

2．流動(dòng)相對(duì)固定相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它攜帶樣品通過固定相。

3.被分離樣品中的各組分與色譜兩相間具有不同的作用力，這種作用力一般表現(xiàn)為吸附力和溶解能力。正是這種作用力的差異導(dǎo)致各組分通過固定相時(shí)達(dá)到彼此分離。

7第七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日11.按固定相和流動(dòng)相的物理狀態(tài)分類色譜法共有兩相即固定相和流動(dòng)相。

流動(dòng)相是氣體的色譜法就是氣相色譜法，流動(dòng)相是液體的色譜法就是液相色譜法。

固定相也可能有兩種狀態(tài)，即液體（載體上涂漬固定液）和固體。

色譜法可以分為氣—固、氣—液、液—固和液—液四種色譜法。

8第八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日2.按固定相的形式和性質(zhì)分類（1）柱色譜固定相填充于玻璃管或金屬管內(nèi)，這種填充后的管子稱為色譜柱。

（2）紙色譜用濾紙作為固定相，樣品滴在濾紙上，然后用溶劑展開。（3）薄層色譜將固定相吸附劑均勻涂在玻璃板上或直接壓制成薄板狀。操作方法與紙色譜相同。

9第九頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日3．按色譜的分離、分析原理分類（1）吸附色譜；（2）分配色譜；（3）離子交換色譜；（4）空間排斥色譜（凝膠色譜）；（5）電色譜（區(qū)帶電泳）。

10第十頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日4．按洗脫方式分類（1）洗脫色譜（區(qū)帶色譜）。是將試樣加于柱上端，再用洗脫液使試樣組分在柱上展開并分別洗脫分離。（2）迎頭色譜（前沿色譜）。試樣混合物連續(xù)地通過柱子，弱保留的組分首先以純的狀態(tài)流出柱子，然后保留較強(qiáng)的第二組分和第一組分的混合物一起流出柱子，其余類推。（3）置換色譜（排帶色譜）。用頂替劑（保留比各試樣組分均強(qiáng)）將各組分依次頂替出柱子，弱保留組分先被頂替出來。

11第十一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日12第十二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)氣相色譜及其在高分子中的應(yīng)用一、氣相色譜法的特點(diǎn)氣相色譜法通過先分離后檢測，對(duì)多組分混合物（如同系物、異構(gòu)體等）均可同時(shí)得到每一組分的定性定量結(jié)果。組分在氣相中的傳質(zhì)速度快，與固定相相互作用的次數(shù)多，加之可供選擇的固定相種類多，可供使用的檢測器靈敏度高、選擇性好。

13第十三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

（一）高效能高效能是指色譜柱有較高的理論板數(shù)，填充柱有幾千塊理論板，毛細(xì)管柱可達(dá)105～106塊理論板。因此，可以分析沸點(diǎn)十分相近的組分和極為復(fù)雜的多組分混合物。

（二）高選擇性高選擇性是指固定相對(duì)性質(zhì)極為相似的組分，如恒沸混合物、同位素、同分異構(gòu)體、旋光異構(gòu)體等，有較強(qiáng)的分離能力。通過選擇高選擇性的固定相，在適當(dāng)?shù)牟僮鳒囟认拢垢鹘M分間的分配系數(shù)有較大的差別而實(shí)現(xiàn)分離。

（三）高靈敏度目前使用的高靈敏度檢測器可以檢測出10-11～10-13g的物質(zhì)。因此，在痕量分析中，可以測出超純氣體、高純?cè)噭?、高分子單體中1～0.1ppm的雜質(zhì)。

14第十四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

（四）分析速度快一般分析一次的時(shí)間在幾分鐘到幾十分鐘。電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，已使色譜分析操作及數(shù)據(jù)處理完全自動(dòng)化，大大提高了色譜分析的速度。

（五）應(yīng)用范圍廣氣相色譜法可以分析氣體和易揮發(fā)或可轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)的液體和固體。不僅可以分析有機(jī)物，也可分析部分無機(jī)物、合成高分子及生物大分子。氣相色譜法已在石油化工、環(huán)境保護(hù)、食品、藥物和農(nóng)藥等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，已成為重要的現(xiàn)代儀器分析方法之一。

15第十五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日二、

氣相色譜儀

（一）氣相色譜儀的組成載氣凈化器流量計(jì)色譜柱柱箱汽化室檢測器記錄器進(jìn)樣放空氣相色譜儀流程圖16第十六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日氣相色譜儀主要有以下五個(gè)部分組成：

1、氣路系統(tǒng)在氣相色譜分析中，要依靠載氣把樣品推進(jìn)到色譜柱和檢測器中。氣路是載氣連續(xù)運(yùn)行的密閉管路系統(tǒng)。載氣從氣源出來后，順次通過減壓閥、壓力表、凈化器、氣流調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、汽化室、色譜柱、檢測器，然后放空。

2、

進(jìn)樣系統(tǒng)包括進(jìn)樣器和汽化室。

3、柱系統(tǒng)

包括色譜柱和色譜爐。色譜柱是色譜儀的心臟，一般由玻璃管或不銹鋼管制成，根據(jù)不同用途可分為填充柱、制備用柱和毛細(xì)管柱三種。

17第十七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

4、溫控系統(tǒng)汽化室、色譜柱和檢測器等都要求在適當(dāng)?shù)臏囟认鹿ぷ?，故都配有精密溫控裝置，以便設(shè)定、控制、監(jiān)測各處的溫度。

5、檢測系統(tǒng)用于測定柱后流出組分的濃度（或質(zhì)量）隨時(shí)間的變化。除上述五個(gè)主要組成部分外，還有數(shù)據(jù)記錄與處理系統(tǒng)及樣品收集器等。

18第十八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（二）氣相色譜固定相

1、吸附劑

具有吸附活性的物質(zhì)，一般用于分析氣體和一些低沸點(diǎn)液體物質(zhì)。常用的吸附劑有硅膠、氧化鋁、活性炭和分子篩等。

2、固定液

指涂漬在多孔的惰性載體表面上起分離作用的物質(zhì)、在操作溫度下不易揮發(fā)的液體?？蛇x擇的固定液很多，有200余種，適用范圍廣，是氣相色譜中使用最多的固定相。所用惰性載體多為硅藻土類，也有玻璃微球和氟聚合物等載體。

19第十九頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

3、化學(xué)鍵合固定相

這類固定相是由一些化學(xué)試劑與硅膠表面的硅醇基經(jīng)化學(xué)鍵合而成。其特點(diǎn)是比涂漬型固定相的使用溫度范圍寬而且高，不會(huì)被溶劑抽提掉，液相傳質(zhì)阻力小，在很高的載氣線速度下使用時(shí)柱效下降很小。但是，這類固定相的合成比較困難。

4、高分子多孔小球

是苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物或其它共聚物的多孔小球，可單獨(dú)或涂漬固定液后作為固定相。

其特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高，不易碾碎；用不同的單體及共聚條件，可以制成結(jié)構(gòu)與性能（如比表面積、孔徑分布和極性等）均不相同的小球，從而具有不同的分離效能。有的高分子多孔小球具有耐腐蝕性，可用于分析氨氣、氯氣和氯化氫等。20第二十頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（三）氣相色譜檢測器氣相色譜檢測器是把自色譜柱中分離出的各組分濃度（或質(zhì)量）變化轉(zhuǎn)換成易于測量的電訊號(hào)的裝置。根據(jù)檢測原理的不同，有濃度型和質(zhì)量型兩類檢測器。濃度型檢測器的響應(yīng)值與組分的濃度成正比；質(zhì)量型檢測器的響應(yīng)值與單位時(shí)間進(jìn)入檢測器的某組分的量成正比。

21第二十一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

1、

熱導(dǎo)池檢測器熱導(dǎo)池檢測器屬于濃度型檢測器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、線性范圍廣、不破壞樣品等特點(diǎn)，并且對(duì)無機(jī)、有機(jī)氣體都能響應(yīng)。其缺點(diǎn)是靈敏度較低，適用于常量分析以及含量在幾十個(gè)ppm以上的組分分析。

圖6—3熱導(dǎo)池檢測器及其電橋線路

22第二十二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

2、氫火焰離子化檢測器氫火焰離子化檢測器屬于質(zhì)量型檢測器，它以氫氣在空氣中燃燒所生成的熱量為能源，有機(jī)物組分在燃燒時(shí)生成離子，同時(shí)在電場的作用下形成離子流。測量離子流的強(qiáng)度可以對(duì)該組分進(jìn)行檢測。這種檢測器具有靈敏度高、響應(yīng)快、線性范圍寬、死體積小等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的檢測器之一。

圖6—4氫火焰離子化檢測器的結(jié)構(gòu)

23第二十三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

三、氣相色譜譜圖解析（一）色譜圖的表示方法譜圖的橫坐標(biāo)可以用分析時(shí)間或流動(dòng)相流出的體積來表示?？v坐標(biāo)是檢測器響應(yīng)信號(hào)的大小，可用來表征柱后樣品流出的濃度（質(zhì)量）。圖中流出組分通過檢測器系統(tǒng)所產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)的微分曲線稱為色譜峰。

圖6—5色譜流出曲線圖

24第二十四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

色譜圖中的基本術(shù)語：

1、基線

在實(shí)驗(yàn)操作條件下，純載氣通過檢測器時(shí)所記錄下來的一條線稱為基線。它反映了檢測器噪聲的大小。穩(wěn)定的基線是一條直線。

2、死時(shí)間tR0

從進(jìn)樣到出現(xiàn)空氣峰濃度極大值時(shí)所需要的時(shí)間。它表示不被固定相吸附或溶解的氣體進(jìn)入色譜柱，在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)的時(shí)間。

25第二十五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

3、死體積VR0

從進(jìn)樣到出現(xiàn)空氣峰濃度極大值時(shí)載氣流過的體積。即（6-2）

式中，為校正到柱溫、柱壓下的柱內(nèi)平均載氣體積流速（ml/min）。

死體積中包括色譜柱的空隙體積以及進(jìn)樣系統(tǒng)和檢測器系統(tǒng)的死體積，當(dāng)后兩者很小可以忽略不計(jì)時(shí)，死體積就等于色譜柱的空隙體積。

26第二十六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

4、保留時(shí)間tR

指被分析樣品從進(jìn)樣開始到出現(xiàn)組分峰濃度極大值時(shí)所需的時(shí)間，也即該組分的出峰時(shí)間。在操作條件嚴(yán)格保持不變時(shí)，某特定組分的保留時(shí)間是一定值，故可用其來定性。單位一般以min來表示。

5、保留體積VR

指被分析樣品從進(jìn)樣開始到出現(xiàn)組分峰濃度極大值時(shí)所通過的載氣體積，即

(6-3)

27第二十七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

6、校正（或調(diào)整）保留時(shí)間tR′

指扣除死體積后的保留時(shí)間，如圖6-5中A—B。即(6-4)

7、校正（或調(diào)整）保留體積VR′

指扣除死體積后的保留體積。即(6-5)或(6-6)

28第二十八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

8、比保留體積Vg

指0℃時(shí)每克固定液的校正保留體積。即

(6-7)式中：Tc為色譜柱的絕對(duì)溫度（K）；WL為固定液的重量，單位為ml/g。

9、相對(duì)保留值r12

表示某組分的校正保留值與另一基準(zhǔn)物校正保留值的比值。即

(6-8)

只要固定液的種類和柱溫保持不變，即使柱徑、柱長、填充情況及流動(dòng)相流速有所變化，相對(duì)保留值亦保持不變。

29第二十九頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日10、峰高h(yuǎn)

從基線到色譜峰頂?shù)母叨龋?-5圖中AB。11、區(qū)域?qū)挾?/p>

色譜峰的區(qū)域?qū)挾扔腥N表示方法：①標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。指0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半，如6-5圖中EF的一半。②半峰寬。指峰高一半處色譜峰的寬度，如圖6-5中GH。③峰底寬度。指自色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)所做切線與基線交點(diǎn)間的距離，如6-5圖中的IJ。

30第三十頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

（二）色譜分離條件的選擇

1、評(píng)價(jià)分離效果的指標(biāo)

①柱效能

柱效能通常用塔板數(shù)來表示。塔板高度間隔稱為理論塔板高度，以H表示。設(shè)色譜柱的長度為L，則一根色譜柱的理論塔板數(shù)為：

(6-9)實(shí)踐證明，理論塔板數(shù)n與色譜峰的峰寬之間有如下的關(guān)系:

(6-10)

色譜峰越窄（W1/2越?。?，塔板數(shù)n就越多。塔板高度H就越小，則柱效能就越高。

31第三十一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

n與H的理論值并不能反映色譜柱分離效能的好壞，需要用有效塔板數(shù)n有效和有效塔板高度H有效作為色譜柱的操作效能指標(biāo)。其計(jì)算辦法如下：

(6-11)

(6-12)

32第三十二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

②選擇性。樣品中各組分的色譜峰是否能夠完全分離，取決于色譜峰的寬度和兩色譜峰之間的距離。如圖6—6所示。

圖6—6色譜峰的幾種分離情況

33第三十三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

分辨率以R表示，定義為

(6-13)

由于基線寬度的測量比較困難，特別是當(dāng)峰形不對(duì)稱或部分重疊時(shí)更難測準(zhǔn)，故通常用半峰寬來代替，則有

(6-14)

對(duì)于兩個(gè)相同的對(duì)稱峰，當(dāng)R=1.0時(shí)，分離度可達(dá)98%；當(dāng)R=1.5時(shí)，分離度可達(dá)99.7%。而當(dāng)R＜1時(shí)，兩峰則有明顯的重疊。

R值越大，兩峰分離得越完全。一般用R=1.5來作為相鄰兩峰完全分離的標(biāo)志。

34第三十四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

2、分離條件的選擇根據(jù)上述評(píng)價(jià)分離效能的指標(biāo)，可以選擇合適的實(shí)驗(yàn)操作條件。

①

載氣及其流速的選擇在一定的溫度下，塔板高度是載氣流速的函數(shù)。對(duì)于一定的色譜柱和試樣，有一個(gè)最佳的載氣流速值，此時(shí)的塔板高度最小，柱效最高。當(dāng)所需的載氣流速較小時(shí)，宜采用分子量較大而又有較小擴(kuò)散系數(shù)的氣體（如N2，Ar等）做載氣；而當(dāng)載氣流速較大時(shí)，則宜采用低分子量的氣體（如H2，He等）做載氣，此時(shí)組分在載氣中有較大的擴(kuò)散系數(shù)，可減小氣相傳質(zhì)阻力，提高柱效。

35第三十五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

②柱溫的選擇柱溫不能高于固定液的最高使用溫度，否則固定液會(huì)揮發(fā)流失或分解。柱溫的選擇原則是：在使最難分離的組分有盡可能好的分離的前提下，采用盡可能低的柱溫。

③固定液的性質(zhì)和用量固定液的選擇一般根據(jù)“相似相溶”的原則，即固定液和被測組分的性質(zhì)有某些相容性時(shí)，其溶解度才大，樣品組分在固定液里有一定的溶解度才能達(dá)到分離的目的。對(duì)于固定液的用量而言，目前較盛行低固定液含量的填充色譜柱，固定液的液膜薄、柱效高、分析時(shí)間短；但與此同時(shí)所允許的進(jìn)樣量就少。不同的載體，為要達(dá)到較高的柱效，其固定液的用量也往往是不同的。

36第三十六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

④載體的性質(zhì)和粒度載體的比表面積大、孔徑分布均勻，則固定液涂在載體表面上可成為均勻的薄膜，柱效提高。因此，要求載體有細(xì)小且均勻的粒度。但是粒度過細(xì)，又不利于操作。

⑤進(jìn)樣速度和進(jìn)樣量進(jìn)樣速度必須很快，否則試樣峰寬加大，甚至使峰變形。進(jìn)樣量一般較少，液體試樣一般為0.1～5l；氣體試樣一般為0.1～10ml。最大的進(jìn)樣量應(yīng)控制在峰面積或峰高與進(jìn)樣量呈線性關(guān)系的范圍內(nèi)。

⑥汽化溫度進(jìn)樣后要有足夠的汽化溫度，使液體試樣迅速汽化后被載氣帶入色譜柱中。在保證試樣不分解的前提下，適當(dāng)提高汽化溫度，對(duì)分離及定量檢測均有利。一般選擇汽化溫度比柱溫高30℃～70℃為宜。

37第三十七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（三）氣相色譜定性分析氣相色譜的定性分析，就是要確定各色譜峰代表什么組分，但不能直接從色譜峰得出定性的結(jié)論，這是色譜分析的缺點(diǎn)。用已知純物質(zhì)對(duì)未知樣品進(jìn)行對(duì)照的方法是氣相色譜中最可靠的定性方法。只有找不到純物質(zhì)時(shí)才用其它方法。

38第三十八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

1、利用純物質(zhì)進(jìn)行對(duì)照的定性分析法

①利用保留值定性。在固定相和操作條件均不變的情況下，每種物質(zhì)都有一定的保留值（如tR、tR＇、VR、VR＇）。所以，在一定的條件下測定各色譜峰的保留值，與純物質(zhì)的保留值進(jìn)行比較，就可以確定樣品中存在的組分。

39第三十九頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日②利用相對(duì)保留值定性。保留值受柱溫、柱長和固定液含量等因素的影響而發(fā)生變化，在使用上存在極大的不便。更為可靠的定性指標(biāo)是相對(duì)保留值。將未知物與已知純物質(zhì)的相對(duì)保留值進(jìn)行比較，即可達(dá)到定性的目的。

③加入已知物增加峰高法。當(dāng)未知樣品組分較多，所得色譜峰過密，用上述方法不易辨認(rèn)時(shí)，可以使用這種方法。首先，作出未知樣品的色譜圖。然后，在未知樣品中加入某種已知物質(zhì)后又得到一色譜圖，峰高增加的組分即可能為這種已知物。40第四十頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

2、利用文獻(xiàn)保留數(shù)據(jù)的定性分析法

①相對(duì)保留值法。

從文獻(xiàn)上查得有關(guān)物質(zhì)的相對(duì)保留值數(shù)據(jù)，注意這些數(shù)據(jù)是用什么固定液和在什么柱溫下測定的，然后選擇相同的固定液和柱溫測出被測組分的相對(duì)保留值，將二者進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)相同者即可能為同一物質(zhì)。

41第四十一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日②利用文獻(xiàn)保留指數(shù)定性。

保留指數(shù)，又稱Kovats指數(shù)，是用兩個(gè)緊靠它的標(biāo)準(zhǔn)物（一般是兩個(gè)正構(gòu)烷烴）標(biāo)定后的組分的保留行為，計(jì)算方法如下

(6-15)式中I為被測物質(zhì)的保留指數(shù)；XNi為被測物質(zhì)的校正保留值（

t`R、v`R

)；XNZ為具有Z個(gè)碳原子的正構(gòu)烷烴的校正保留值；XN(Z+1)為具有Z+1個(gè)碳原子的正構(gòu)烷烴的校正保留值。

42第四十二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

3、與其它方法結(jié)合的定性法①利用氣相色譜法和化學(xué)反應(yīng)結(jié)合起來定性，主要是比較化學(xué)反應(yīng)前后，樣品的色譜峰提前、移后或消失的情況，以判斷有哪些官能團(tuán)存在的可能。

②與紅外光譜、質(zhì)譜、核磁共振等儀器分析方法結(jié)合起來進(jìn)行定性。

43第四十三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（四）氣相色譜定量分析氣相色譜定量分析的依據(jù)是當(dāng)操作條件一定時(shí)，被測組分的進(jìn)樣量與它的響應(yīng)訊號(hào)（峰面積或峰寬）成正比,如下

(6-16)式中Wi為被測組分i的重量；fi及Ai分別為該組分的校正因子和峰面積。校正因子fi和峰面積Ai的測量方法以及各組分在樣品中含量的計(jì)算辦法分別討論如下。

44第四十四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

1、峰面積的測量①

峰高乘半峰寬法當(dāng)色譜峰形對(duì)稱時(shí)，其峰面積近似于峰高h(yuǎn)與半峰寬度Y1/2的乘積，理論上已證明峰面積A為

(6-17)

②

峰高乘平均峰寬法

(6-18)Y0.15以及Y0.85分別為峰高0.15及0.85處的峰寬。這種方法對(duì)處理不對(duì)稱峰可得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。

45第四十五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

③峰高乘保留值法在一定的操作條件下，同系物的半峰寬與保留時(shí)間成正比，即

(6-19)

(6-20)

在進(jìn)行相對(duì)計(jì)算時(shí)，系數(shù)b可約去，故有(6-21)

此法適用于較狹窄的峰，是一種簡便快速的測量方法，常用于工廠的控制分析。

④自動(dòng)積分儀法自動(dòng)積分儀法是測定色譜峰的全部面積，故對(duì)前伸峰及拖尾峰也能得出準(zhǔn)確結(jié)果，且自動(dòng)化程度較高。

46第四十六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

2、校正因子

絕對(duì)質(zhì)量校正因子

(6-22)

在實(shí)際應(yīng)用中都采用相對(duì)校正因子。即

(6-23)

式中，為被測組分的相對(duì)校正因子，為其絕對(duì)校正因子，而則為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的絕對(duì)校正因子。

相對(duì)質(zhì)量校正因子是被測組分與標(biāo)準(zhǔn)物的單位峰面積所代表物質(zhì)的質(zhì)量之比，即

(6-24)式中，Wi，Ws

分別為被測組分與標(biāo)準(zhǔn)物的質(zhì)量；Ai，As則分別為它們的峰面積。

47第四十七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

3、幾種定量分析方法①

歸一化法當(dāng)樣品中各組分均能餾出色譜柱，而且在色譜圖上顯示色譜峰時(shí)，可以使用歸一化法來進(jìn)行定量分析

(6-25)

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、準(zhǔn)確，當(dāng)操作條件變化時(shí)，對(duì)結(jié)果的影響較小，特別適用于多組分樣品中各組分含量的定量分析。

48第四十八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

②

內(nèi)標(biāo)法當(dāng)混合物樣品中所有的組分不能全部出峰，而又希望測定其中能出峰的幾個(gè)組分時(shí)，可采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量分析。把準(zhǔn)確稱量的內(nèi)標(biāo)物加到準(zhǔn)確稱量的被測樣品中，然后根據(jù)它們的峰面積及相應(yīng)的校正因子來計(jì)算被測物中各組分的含量。

(6-26)式中，Wi

及Ws

分別為第i

組分和內(nèi)標(biāo)物的重量；Ai

及As

分別為它們的峰面積；fi

及fs分別為它們的絕對(duì)重量校正因子；fi＇及fs＇則分別為它們的相對(duì)校正因子；W為被測試樣的總重量。49第四十九頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

③

外標(biāo)法取純物質(zhì)配成一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，取相同體積進(jìn)行色譜分析，然后以峰面積（或峰高）為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的濃度為橫坐標(biāo)，作出標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖6—7。將待測樣品的峰面積（或峰高）與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照，即可得出各組分的含量。此法是工廠質(zhì)量控制分析中常用的一種簡便、快速的定量分析方法，不必加入內(nèi)標(biāo)物，也不需求校正因子，但分析結(jié)果的準(zhǔn)確程度取決于進(jìn)樣的準(zhǔn)確程度及操作條件的穩(wěn)定性。

ρiA圖6—7氣相色譜標(biāo)準(zhǔn)曲線50第五十頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日四、氣相色譜在聚合物中的應(yīng)用

氣相色譜法只能用于分析氣體和在一定溫度下能汽化的蒸汽樣品。在聚合物領(lǐng)域中的應(yīng)用可分為兩類：其一是樣品可直接進(jìn)行氣相色譜分析的，如單體、溶劑和各種添加劑純度的測定以及通過測定反應(yīng)過程中單體組成變化來研究某些聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程；其二就是樣品不能直接進(jìn)行氣相色譜分析而需要與其它技術(shù)相結(jié)合，例如裂解氣相色譜分析技術(shù)等。

51第五十一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（一）高聚物單體和溶劑的純度分析

幾乎所有的高聚物單體和溶劑純度的分析都可以用氣相色譜方法來進(jìn)行，它對(duì)雜質(zhì)的檢測可以精確到ppm和ppb級(jí)。以苯乙烯單體中雜質(zhì)的分析為例，美國實(shí)驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)（ASTM）有專門用于分析苯乙烯中雜質(zhì)的方法（D5135法）。圖6-8是按ASTMD5135法對(duì)某苯乙烯單體中雜質(zhì)的分析結(jié)果，色譜峰鑒定結(jié)果如表6-4所示。

52第五十二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日53第五十三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（二）測定聚合反應(yīng)速率等動(dòng)力學(xué)參數(shù)監(jiān)控聚合反應(yīng)過程利用氣相色譜法可以測定在聚合反應(yīng)體系中單體濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律，了解聚合反應(yīng)的過程，測定聚合反應(yīng)體系中的聚合反應(yīng)速率等動(dòng)力學(xué)參數(shù)。當(dāng)單體在低濃度（稀溶液）的條件下，采用氣相色譜法進(jìn)行測定和計(jì)算則更為有效。利用氣相色譜法可以測定在聚合反應(yīng)體系中單體或其它易揮發(fā)性小分子濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律，通過單體濃度的變化，可以對(duì)反應(yīng)過程進(jìn)行研究和控制。

54第五十四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（三）測定高聚物中的添加劑與雜質(zhì)的含量

高聚物材料中含有的有機(jī)添加劑（如增塑劑、抗氧化劑等）及聚合過程中殘留的單體、溶劑、低聚物等揮發(fā)性物質(zhì)，當(dāng)受熱或長時(shí)間放置后會(huì)釋放出來，影響高聚物的質(zhì)量和造成污染（特別是用這些高聚物作包裝食物和藥物的材料時(shí)）。因此，對(duì)這類化合物的測定也相當(dāng)重要，采用氣相色譜法可以對(duì)它們進(jìn)行快速分析。

以聚合物中單體殘留量的測定為例。聚合物中的殘留單體往往影響材料的理化性能和機(jī)械性能，故有關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都嚴(yán)格限制單體的殘留量。下面以聚苯乙烯(PS)中單體苯乙烯的測定為例說明此類應(yīng)用。PS為粒料，經(jīng)液氮冷凍粉碎，用所得粉末進(jìn)行分析。就定量方法而言，文獻(xiàn)報(bào)道過幾種不同的方法，下面用多次頂空萃取-內(nèi)標(biāo)法加以分析。

55第五十五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日五、氣相色譜的聯(lián)用技術(shù)（一）非聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用在食品分析方面，如直接測定飲料級(jí)二氧化碳中的苯、甲苯、乙基苯、二甲苯以及其它雜質(zhì)；用程序控制溫度的快速方法分析食物中的香料；用于分析植物油粗制品中游離脂肪酸的含量等。

在化工產(chǎn)品方面，如用自動(dòng)化色譜系統(tǒng)測定石油組分及其基本參數(shù)；用毛細(xì)管色譜法測定1，3-丁二烯的純度；快速分析特種氣體等。

56第五十六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日在藥物、臨床和生物分析方面，用頂空技術(shù)、電子捕獲檢測法分離、濃集和測定尿中非代謝性的含氯溶劑，測定藥物和化妝品中維生素的E含量等。

在環(huán)境分析方面，如自動(dòng)測定水中總石油烴的新方法，用冷色譜柱直接全自動(dòng)分析水中苯、甲苯、乙基苯和二甲苯的含量等。57第五十七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（二）聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用可以與質(zhì)譜聯(lián)用的分析技術(shù)應(yīng)用最廣，因而進(jìn)展也最多。聯(lián)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展的標(biāo)志是：涌現(xiàn)出超聲波氣相色譜-質(zhì)譜分析、氣相色譜-等離子體質(zhì)譜分析等新技術(shù)，其中以氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜分析最為重要。以氣相色譜-氣相色譜聯(lián)用技術(shù)用于雜質(zhì)分析為例。氣相色譜-氣相色譜聯(lián)用技術(shù)可以用于高純物質(zhì)主峰前后難分離的痕量雜質(zhì)的檢出和定量分析。當(dāng)痕量雜質(zhì)峰緊靠主峰的前后流出時(shí)，由于和主峰分離不完全，即使檢測器的靈敏度很高，也無法進(jìn)行定量測定，特別是在主峰尾部流出的雜質(zhì)峰的定量測定更為困難。

58第五十八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日59第五十九頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日六、氣相色譜技術(shù)的新進(jìn)展2002年，美國《分析化學(xué)》雜志在兩年一度的氣相色譜綜述里，認(rèn)為近年氣相色譜的熱點(diǎn)有以下一些領(lǐng)域：（1）全二維氣相色譜；（2）快速氣相色譜，微型氣相色譜儀；（3）新型氣相色譜固定相；（4）色譜柱的溶膠凝膠涂漬技術(shù)；（5）GC在各領(lǐng)域中的應(yīng)用。

60第六十頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（一）氣相色譜柱多層毛細(xì)管柱具有極性超過OV-275、≤350℃穩(wěn)定的性能，有其特殊的應(yīng)用領(lǐng)域。用溶膠-凝膠工藝可制成聚乙二醇毛細(xì)管柱。用雙毛細(xì)管柱系統(tǒng)分析揮發(fā)性有機(jī)化合物的條件取得了最優(yōu)化的結(jié)果。毛細(xì)管柱的新穎設(shè)計(jì)可供分析半揮發(fā)性化合物使用。鍵合相色譜柱的精加工也取得了長足的進(jìn)展。新的聚合物鍵合多孔性層式開管柱的極性獲得顯著提高。毛細(xì)管柱的逆向沖洗技術(shù)的應(yīng)用能縮短分析時(shí)間達(dá)80%，已應(yīng)用于有機(jī)溶劑中水含量的快速測定。特殊用途的色譜柱也有了蓬勃的發(fā)展，分析血中醇含量的專用柱即其一例。61第六十一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（二）頂空技術(shù)

靜態(tài)頂空分析的操作已可作最優(yōu)化處理，如大容量化，可在強(qiáng)酸性介質(zhì)的工作液中分析有機(jī)污染物，也可由實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人承擔(dān)此項(xiàng)任務(wù)。動(dòng)態(tài)頂空技術(shù)的系統(tǒng)的開發(fā)更加大了力度，配備有自動(dòng)加入氣相內(nèi)表的吹掃、搜集系統(tǒng)已研制成功。頂空固相萃取技術(shù)日益引起人們的重視，在這方面靜態(tài)頂空與動(dòng)態(tài)頂空的應(yīng)用已進(jìn)行了比較性研究。固相微萃取技術(shù)既保留了固相萃取技術(shù)的特點(diǎn)（簡單、成本低、易自動(dòng)化、可就原位取樣等），同時(shí)又克服了它的缺點(diǎn)（缺乏富集作用而不夠靈敏、萃取不徹底），因而具有強(qiáng)大的生命力。62第六十二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（三）固相微萃取及其進(jìn)樣技術(shù)固相微萃取技術(shù)(Solid-PhaseMicro-Extraction,SPME)多與頂空技術(shù)結(jié)合，稱作頂空固相微萃取方法。主要是從試樣基體中萃取出揮發(fā)性和半揮發(fā)性組分的一種分離手段。這種方法由于不使用有機(jī)溶劑，符合環(huán)境保護(hù)的要求，作為綠色技術(shù)而深受廣大分析工作者的青睞。SPME-GC聯(lián)用技術(shù)非常適合于生物檢測，該技術(shù)具有操作簡單快速，樣品用量少,方法選擇性、重現(xiàn)性好，適合現(xiàn)場分析等許多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不使用有機(jī)溶劑也避免了對(duì)分析儀器的污染。SPME-GC聯(lián)用技術(shù)對(duì)氣相色譜儀無特殊要求，但對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的控制要求很嚴(yán)格。

63第六十三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（四）熱解吸與相關(guān)技術(shù)

所謂“熱解吸”可以是對(duì)涂層棒上被吸著的分析物進(jìn)行解吸、送往色譜柱，因此是固相微萃取的后續(xù)步驟；但也可以對(duì)試樣直接進(jìn)行解吸，因而又是獨(dú)立的環(huán)節(jié)，分析固態(tài)試樣中的揮發(fā)物可采用靜態(tài)頂空、固相微萃取和直接熱解吸技術(shù)。熱解吸空氣和高濕度的試樣宜備有自動(dòng)保護(hù)試樣和控制水分的系統(tǒng)。64第六十四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（五）近年研究的熱點(diǎn)1.全二維氣相色譜全二維氣相色譜（ComprehensiveTwoDimensionalGasChromatography，GC×GC）是把分離機(jī)理不同而又互相獨(dú)立的兩支色譜柱以串聯(lián)方式結(jié)合成二維氣相色譜。以柱1保留時(shí)間為第一橫坐標(biāo)，柱2保留時(shí)間為第二橫坐標(biāo)，信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)的三維色譜圖或二維輪廓圖。

圖6-25全二維氣相色譜柱的連接65第六十五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

2.快速氣相色譜與微型氣相色譜微型便攜式氣相色譜儀多年來就為國內(nèi)學(xué)者和用戶重視，儀器的微型化更成為近年的熱點(diǎn)課題。與常規(guī)色譜儀相比在體積、重量和功耗上均減少1個(gè)數(shù)量級(jí)，且分析靈敏度更高、分析速度更快、適用溫度范圍更寬（40℃－180℃）,該儀器使用氫氣或氦氣作為氣源，整機(jī)的適用電源范圍寬，適合連續(xù)工作，操作簡單，可解決常規(guī)氣相色譜儀不易完成的檢測任務(wù)，適用于永久氣體、低碳烴、天然氣、煉廠氣和污染源含苯及硫、鹵代烴等有害氣體的現(xiàn)場檢測。66第六十六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

3.固定相的研究和新型固定相的開發(fā)色譜專家系統(tǒng)的建立和雙柱以及多柱聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展，為復(fù)雜樣品的分離提供了新的途徑。要解決高沸點(diǎn)的復(fù)雜混合物、各種沸點(diǎn)相近的異構(gòu)體以及性質(zhì)極為相似的光學(xué)異構(gòu)體的分離，必須要有新的熱穩(wěn)定性好、選擇性高的固定相。因此，合成和研究各種性能優(yōu)良（即耐溫性好、極性強(qiáng)、選擇性高、易在毛細(xì)管柱內(nèi)涂漬、柱效高、便于交聯(lián)等）的色譜固定相乃是色譜工作者的重要任務(wù)之一。近年來，主要研究的氣相色譜柱固定相有：1）聚硅氧烷固定相；2）液晶固定相；3）環(huán)糊精固定相；4）冠醚固定相等。67第六十七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

4.溶膠-凝膠涂漬技術(shù)制備色譜柱用溶膠-凝膠（Sol-Gel）涂漬技術(shù)把傳統(tǒng)的制柱工藝中的3個(gè)步驟（脫活、涂漬、固定相鍵合交聯(lián)）合為一步。把端羥基聚二甲基硅氧烷與含硅油、甲基三甲氧基硅烷、含水5％的氟乙酸及溶劑二氯甲烷組成的溶液涂漬在石英毛細(xì)管色譜柱的內(nèi)表面，使涂漬過程一步完成，制柱工藝大為簡化。68第六十八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)反氣相色譜及其在高分子中的應(yīng)用一、反氣相色譜的原理

色譜的保留值反映了被分析的揮發(fā)性組分與色譜柱中固定相（固定液或吸附劑）間相互作用的關(guān)系，它與兩者的結(jié)構(gòu)有關(guān)。利用色譜保留值不僅可以對(duì)揮發(fā)性組分進(jìn)行定性，還可以用來了解色譜柱中固定相的某些物理化學(xué)性質(zhì)。

69第六十九頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日若以高聚物為固定相，惰性氣體為流動(dòng)相，把某些已知結(jié)構(gòu)的揮發(fā)性低分子化合物（又稱探針分子）注入汽化室后，用載氣帶入色譜柱中，這些物質(zhì)在氣相—聚合物相兩相中分配，通過測定它們的分配情況，如保留時(shí)間，則可以直接得到高聚物方面的許多信息。由于聚合物的組成和結(jié)構(gòu)是不相同的，它們與探針分子的相互作用也就不同，由此就可以研究聚合物的各種性質(zhì)、聚合物與探針分子的相互作用以及聚合物與聚合物之間的相互作用。由于這種方法分析的對(duì)象是色譜柱中的固定相（高聚物）而不是流經(jīng)固定相的揮發(fā)性組分（探針分子），此情形剛好與一般的氣相色譜分析相反，故稱為反氣相色譜法（InverseGasChromatography,IGC）。

70第七十頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

反氣相色譜法是于1966年由Davis首先提出的。

反氣相色譜法可以在普通的氣相色譜儀中進(jìn)行，它的操作方法比較簡便。氣相色譜的原理和計(jì)算公式也同樣適用于反氣相色譜。載氣穩(wěn)定流過，探針分子（多為一些正構(gòu)烷烴）由汽化室注入，選擇適當(dāng)?shù)臋z測器，由檢測器（多為熱導(dǎo)檢測器）測定探針分子在色譜柱的保留時(shí)間tr，死時(shí)間tr0

。通過這些基本數(shù)據(jù)，就可以按照氣相色譜法中的公式計(jì)算出在此色譜條件下的比保留體積Vg。依照Vg值可以推算出聚合物與探針分子以及聚合物與聚合物之間的相互作用參數(shù)等。根據(jù)Vg隨溫度或載氣流速的變化就可以研究聚合物的若干物理化學(xué)性質(zhì)，特別是有關(guān)熱力學(xué)方面的性質(zhì)。

71第七十一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日二、聚合物樣品的制備一般將需分析的高聚物用溶劑溶解后均勻地涂漬在色譜載體的表面，然后再填充到色譜柱內(nèi)；也可以直接以薄膜、纖維或微粒的形式裝填入柱；對(duì)于不溶的樣品，則可直接以薄膜、纖維或微粒的形式裝填入柱。

應(yīng)該注意的是，高聚物的厚度要小于200m，以保證色譜過程的平衡。微粒（粉末）也可分散在載體表面，以避免柱壓過高。在用涂漬法制備填充柱時(shí)，要注意選擇合適的載體。要求載體表面呈惰性，且無吸附作用。

72第七十二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日三、反氣相色譜法在高分子方面的應(yīng)用反氣相色譜法可直接用于研究高聚物。測定某些低聚物的分子量；研究聚合物的熱轉(zhuǎn)變溫度與分子量的關(guān)系；測量聚合物與聚合物之間、聚合物與溶劑之間的相互作用參數(shù)；測定結(jié)晶聚合物的結(jié)晶度和結(jié)晶動(dòng)力學(xué)曲線等方面；測定低分子溶劑在聚合物中的擴(kuò)散系數(shù)、擴(kuò)散活化能。73第七十三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（一）高聚物的色譜保留圖在反氣相色譜的情況下，高聚物系色譜柱中的固定相，探針分子流經(jīng)其中，所得的lgVg-1/T圖（常稱為高聚物的色譜保留圖）呈“Z”形，如圖6-11所示

圖6-11結(jié)晶性高聚物的色譜保留圖

74第七十四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（二）聚合物的熱轉(zhuǎn)變溫度

圖6-12幾種探針分子對(duì)聚（N-異丙基丙烯酰胺）的色譜保留圖1-正十六烷2-α-氯代萘3-萘4-丁醇5-乙酸75第七十五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日反氣相色譜法對(duì)聚酯的分析發(fā)現(xiàn)，用甲醇所得的色譜保留圖在聚酯熔點(diǎn)以下有三個(gè)轉(zhuǎn)變溫度：T1、T2、T3（圖6-13）。其中T1是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，T2是部分結(jié)晶的結(jié)晶溫度，T3被認(rèn)為是亞穩(wěn)定晶區(qū)（液晶）的熔化。圖6-13幾種探針分子對(duì)聚酯的色譜保留圖1-甲醇2-辛醇3-正十四烷4-正十六烷

76第七十六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（三）聚合物的結(jié)晶度與結(jié)晶動(dòng)力學(xué)聚合物的結(jié)晶度的測定是基于探針分子對(duì)聚合物中晶區(qū)與非晶區(qū)（無定形區(qū)）兩部分的不同溶解性。

77第七十七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

反氣相色譜法也可以用于聚合物結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方面的研究。

首先，使柱溫升至聚合物的Tm

以上使聚合物熔化，再將柱溫降至略低于Tm

的某一溫度下，測定Vg

隨時(shí)間t的增加而下降的數(shù)值，Vg

下降的速度就是結(jié)晶生長的速度。由聚合物熔融時(shí)外推得到的某一溫度下的Vg′值是不隨時(shí)間t的增加而發(fā)生改變的，只有Vg值隨時(shí)間t

而變。由此，可得到不同時(shí)間的結(jié)晶度XC

值，XC

對(duì)t作圖，可得到聚合物的等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)曲線。78第七十八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（四）低分子化合物在聚合物中的擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散活化能研究低分子化合物在聚合物中的擴(kuò)散作用可以得到低分子物質(zhì)對(duì)聚合物膜的滲透能力或聚合物中添加的低分子組分的揮發(fā)性。

79第七十九頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（五）齊聚物分子量的測定Martire指出，對(duì)于結(jié)構(gòu)相同而分子量分別為Mx和My的兩種齊聚物，若利用同一探針分子分別測得它們的比保留體積Vgx和Vgy，則它們之間存在以下的關(guān)系(6-40)

式中，ρx和ρy分別為兩齊聚物的密度，V1系探針分子在常溫常壓下的摩爾體積。當(dāng)兩齊聚物的密度已知時(shí)，只要知道其中一齊聚物的分子量My，就可以根據(jù)測得的Vgx和Vgy計(jì)算出另一齊聚物的分子量Mx。

80第八十頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日(六)探針分子與聚合物、聚合物與聚合物之間的相互作用參數(shù)

探針分子（用數(shù)字1表示）與某聚合物（用i表示）之間的相互作用參數(shù)x1i

為

(6-44)式中，vp為聚合物的比體積（密度的倒數(shù)），Mp為聚合物的平均分子量，V1為探針分子的體積，P10為探針分子的飽和蒸汽壓，B11為探針分子的第二維利系數(shù)。兩種聚合物2和3之間的相互作用參數(shù)x23可由探針分子1分別與聚合物2、3及2和3的混合物的相互作用參數(shù)x12、x13和x1(23)求得

(6-45)式中，V2為聚合物2的鏈節(jié)的體積，2和3分別為共混物中聚合物2和聚合物3的體積分?jǐn)?shù)（據(jù)不同的質(zhì)量配比計(jì)算而得）。

81第八十一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日反氣相色譜法還可以測定聚合物的其它許多物理化學(xué)數(shù)據(jù)，例如比表面、探針分子在聚合物中的擴(kuò)散系數(shù)、活度系數(shù)、分配系數(shù)和熱焓、熵等。粘合劑的固化過程也可以用反氣相色譜法進(jìn)行測定。

反氣相色譜法設(shè)備簡單，操作方便。但由于影響因素較多，數(shù)據(jù)處理比較麻煩，在對(duì)聚合物物化性質(zhì)的表征上也有它的局限性。

82第八十二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)凝膠色譜及其數(shù)據(jù)處理

一、凝膠色譜法的基本原理

（一）液相色譜概述

液相色譜是一類分離與分析技術(shù)，其特點(diǎn)是以液體作為流動(dòng)相。

與氣相色譜不同，液體作為流動(dòng)相時(shí)，固定相可以有多種形式，如紙、薄板和填充床等。

在色譜技術(shù)發(fā)展的過程中，為了區(qū)分各種方法，根據(jù)固定相的形式產(chǎn)生了各自的命名，如紙色譜（PaperChromatography）、薄層色譜（Thin-layerChromatography）和柱液相色譜（ColumnLiquidChromatography）。

83第八十三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

經(jīng)典液相色譜的流動(dòng)相是依靠重力緩慢地流過色譜柱的，因此固定相的粒度不可能太?。ㄔ?00～150μm左右）。分離后的樣品是被分級(jí)收集后再進(jìn)行分析的，使得經(jīng)典液相色譜不僅分離效率低、分析速度慢，而且操作也比較復(fù)雜。

20世紀(jì)60年代，發(fā)展了粒度小于10μm的高效固定相，并使用了高壓輸液泵和自動(dòng)記錄的檢測器，克服了經(jīng)典液相色譜的缺點(diǎn)，發(fā)展成高效液相色譜（HighPerformanceLiquidChromatography），也稱高壓液相色譜（HighPressureLiquidChromatography），簡稱HPLC。

84第八十四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

1.

吸附色譜法

吸附色譜法的固定相為吸附劑，色譜的分離過程是在吸附劑表面進(jìn)行的，不進(jìn)入固定相的內(nèi)部。與氣相色譜不同，流動(dòng)相（即溶劑）分子也與吸附劑表面發(fā)生吸附作用。在吸附劑的表面，樣品分子與流動(dòng)相分子進(jìn)行吸附競爭，因此流動(dòng)相的選擇對(duì)分離效果有很大的影響，一般可采用梯度淋洗法來提高色譜分離效率。

在聚合物的分析中，吸附色譜法一般用來分離添加劑，如偶氮染料、抗氧化劑、表面活性劑等，也可用于石油烴類的組成分析。

85第八十五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

2.

分配色譜法這種色譜的流動(dòng)相和固定相都是液體，樣品分子在兩個(gè)液相之間很快達(dá)到平衡分配，利用各組分在兩相中分配系數(shù)的差異進(jìn)行分離，有些類似于萃取過程。

一般常用的固定液有β,β′—氧二丙腈（ODPN）、聚乙二醇（PEG400—4000）、三甲撐乙二醇（TMG）和角鯊?fù)椋⊿Q）。采用與氣相色譜（GC）同樣的方法，將固定液涂漬在多孔的載體表面，但在使用中固定液易流失。目前應(yīng)用越來越廣的是鍵合固定相。

86第八十六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

鍵合固定相中，固定液不是涂在載體表面，而是通過化學(xué)反應(yīng)在純硅膠顆粒表面鍵合上某種有機(jī)基團(tuán)。例如，利用氯代十八烷基硅烷與硅膠表面的羥基（—OH）之間的反應(yīng)就可以形成一烷基化表面。硅膠表面的羥基（—OH）用SiOH表示，反應(yīng)如下：

其中R代表十八烷基。也可以用脂肪胺、醚、硝酸酯和芳香烷烴等鍵合到硅膠表面。這種固定液的優(yōu)點(diǎn)是不易被流動(dòng)相剝蝕。在分配色譜法中，流動(dòng)相可為純?nèi)軇?，也可以采用混合溶劑進(jìn)行梯度淋洗，其極性應(yīng)與固定液差別大一些，以避免兩者之間相溶。通?？煞譃檎喾峙浜头聪喾峙洌绫?—8所示。

87第八十七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

3.

離子交換色譜離子交換色譜法（IonExchangeChromatography,IEC）通常用離子交換樹脂作為固定相。一般是樣品離子與固定相離子進(jìn)行可逆交換。由于各組分離子的交換能力不同，從而達(dá)到色譜的分離。

離子交換色譜法是新發(fā)展起來一項(xiàng)現(xiàn)代分析技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于氨基酸、蛋白質(zhì)的分析，也適合于某些無機(jī)離子（等無機(jī)陰離子和等無機(jī)陽離子）的分離和分析，在分析化學(xué)中有十分重要的作用。

88第八十八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

4.

凝膠色譜法凝膠色譜法（GelChromatograph），又稱為排除色譜法（ExclusionChromatography），是基于分子尺寸的差別而使被測物分離的一類液相色譜法。

與液—液，液—固和離子交換色譜法相比，它出現(xiàn)得較晚，操作技術(shù)及分離機(jī)理也最簡單，但已成為十分重要的色譜分離方法，在生物化學(xué)和高分子化學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。

89第八十九頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

（二）凝膠色譜的基本原理

1.

凝膠色譜的分離機(jī)理

凝膠色譜是液相色譜的一個(gè)較新的分支，其分離過程是基于分子篩效應(yīng)而進(jìn)行的。

尺寸小的分子能夠在凝膠顆粒內(nèi)的網(wǎng)眼中自由地?cái)U(kuò)散，但是，隨著被測分子尺寸增大到與網(wǎng)眼的大小相當(dāng)時(shí)，便不能順利進(jìn)入到凝膠的內(nèi)部，直至完全不能擴(kuò)散到凝膠顆粒的內(nèi)部。根據(jù)這一分子篩效應(yīng)，可以按照分子尺寸的大小的差別來進(jìn)行分離。凝膠色譜法是根據(jù)分子流體力學(xué)體積的大小，按從大到小的順序進(jìn)行分離的。

90第九十頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

凝膠色譜的分離完全是嚴(yán)格地建立在分子尺寸大小的基礎(chǔ)上的，通常不應(yīng)該在固定相上發(fā)生對(duì)試樣的吸著和吸附，同時(shí)，也不應(yīng)該在固定相和試樣之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

凝膠色譜法的特點(diǎn)是樣品的保留體積不會(huì)超過色譜柱中溶劑的總量，因而保留值的范圍是可以推測的，這樣可以每隔一定時(shí)間連續(xù)進(jìn)樣而不會(huì)造成色譜峰的重疊，提高了儀器的使用率。其缺點(diǎn)則是柱容量較小。

通常洗脫劑分子是非常小的，它們的譜峰一般是在色譜圖中最后出現(xiàn)（此時(shí)為t0）。顯然，各被測物質(zhì)均在t0之前被洗脫，即它們的tR均小于t0，這與液—液，液—固和離子交換色譜的情況正好相反。

91第九十一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

2.

柱參數(shù)及其測定方法（1）柱參數(shù)。將凝膠色譜柱填充劑的凝膠顆粒用洗脫劑溶脹，然后與洗脫劑一起填入柱中，此時(shí)，凝膠床層的總體積為Vt

（6-46）

式中，V0——柱中凝膠顆粒外部的溶劑的體積；

Vi——柱中凝膠顆粒內(nèi)部吸入的溶劑的體積；Vg——凝膠顆粒骨架的體積。Vt、V0、Vi

和Vg

均稱為柱參數(shù)。在實(shí)際工作中，可以通過測定而得知它們的數(shù)值。

92第九十二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日被測物質(zhì)的洗脫體積

（6-47）K為固定相和流動(dòng)相之間的被測溶質(zhì)的分配系數(shù)

（6-48）式中，VP為凝膠顆粒內(nèi)部溶質(zhì)能進(jìn)入部分的體積。

凝膠色譜是分配色譜的一種特殊形式。當(dāng)被測溶質(zhì)分子的尺寸越大，分配系數(shù)越小時(shí)，洗脫將越容易進(jìn)行。分離的過程是在完全基于分子篩效應(yīng)（沒有任何其它吸附現(xiàn)象或化學(xué)反應(yīng)的影響）的情況下進(jìn)行的。

93第九十三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

①

當(dāng)K=0時(shí)，被測分子完全不能進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部；

②

當(dāng)0<K<1時(shí)，被測分子能夠部分地進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部；

③

當(dāng)K=1時(shí)，被測分子完全浸透進(jìn)入凝膠顆粒的內(nèi)部；

④當(dāng)K>1時(shí)，表明有吸附等其它影響存在。

94第九十四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（2）柱參數(shù)的測定方法。Vt即色譜柱的內(nèi)體積，是很容易計(jì)算出的。Va則等于完全不能浸入凝膠顆粒內(nèi)部的溶質(zhì)分子的洗脫體積。往往采用分子量為200萬左右的著色葡聚糖和血紅蛋白（GFC場合）或聚苯乙烯等高分子化合物（GPC場合）來測定V0

。通過測定能全部浸滲進(jìn)入凝膠內(nèi)部的小溶質(zhì)分子的洗脫體積Ve，例如測定用氘標(biāo)記水分子和葡萄糖（GFC）或丙酮和己烷（GPC）的Ve，再由公式

（6-53）此時(shí)，K=1，所以

（6-54）即可求得Vi

95第九十五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日二、凝膠色譜法的固定相及其選擇（一）凝膠色譜法的凝膠種類

1．疏水性凝膠主要用于GPC分析。其中用的最多的為苯乙烯—二乙烯（基）苯的共聚珠體。常用的洗脫劑為四氫呋喃，其次為苯，很少用乙醇和丙酮作為洗脫劑。

人們也常用醋酸乙烯與1,4—雙（乙烯氧基）丁烷合成的共聚醋酸乙烯凝膠、聚甲基丙烯酸甲酯、化學(xué)改性交聯(lián)葡聚糖等作為GPC的柱填料。

96第九十六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

2．親水性凝膠主要用于GFC體系。其中使用最廣泛的是將葡聚糖用氯甲代氧丙烷交聯(lián)而制成的交聯(lián)葡聚糖凝膠，它們的商品牌號(hào)為Sephadex。

97第九十七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日將丙烯酰胺用次甲基二丙烯酰胺交聯(lián)，可制得聚丙烯酰胺凝膠，也常用于作為GFC的固定相。

有時(shí)也采用瓊脂，中性瓊脂糖以及表面磺化或表面氯甲基化的聚苯乙烯——二乙烯（基）苯共聚珠體作為柱填料。

98第九十八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

3．無機(jī)凝膠

主要為多孔性玻璃、多孔性硅質(zhì)材料和改性硅膠等。因?yàn)樗鼈冊(cè)谒芤汉陀袡C(jī)溶劑中均不會(huì)溶脹而產(chǎn)生體積的變化，所以既可用于GFC，又能用于GPC，不過它們有吸附性，當(dāng)分離極性大的物質(zhì)時(shí)，應(yīng)特別注意。

99第九十九頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日表6—10常用的商品凝膠色譜柱填料

100第一百頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

（二）凝膠色譜法中凝膠的選擇

比表面積、孔徑分布和孔容等參數(shù)，能夠反映出凝膠填料的特性，可以作為選擇凝膠時(shí)的參考。另外，也可以根據(jù)凝膠的滲透范圍（也就是校正曲線上排除極限與全部滲透極限之間的整個(gè)范圍）來選擇柱填料。

101第一百零一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日三、凝膠色譜法所用溶劑的選擇在凝膠滲透色譜（GPC）中，為獲得良好的分離效果，應(yīng)對(duì)所用的有機(jī)溶劑進(jìn)行選擇，選擇時(shí)應(yīng)考慮如下因素：

（1）所用的有機(jī)溶劑必須很好地溶解試樣。（2）所用的有機(jī)溶劑能夠很好地將凝膠溶脹（這里指的是軟性或半剛性凝膠），特別是軟性凝膠，其孔徑大小與所用的溶劑的吸留量呈一定函數(shù)關(guān)系，故更應(yīng)注意。（3）溶劑必須與凝膠的性質(zhì)類似，從而方能使凝膠能夠被該溶劑很好地潤濕并防止試樣在柱上吸附。

102第一百零二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

（4）應(yīng)考慮溶劑與所用的檢測器是否匹配。在凝膠色譜中，示差折光檢測器應(yīng)用最為廣泛。因而，三氯苯、甲苯和間苯酚等溶劑也獲得了廣泛的應(yīng)用，因?yàn)槭褂盟鼈優(yōu)槿軇r(shí)，示差折光檢測器能夠很好地工作，且它們也能很好地溶解許多高分子聚合物。不過，若采用紫外檢測器時(shí)，這些溶劑卻難以適用，因?yàn)樗鼈冊(cè)谧贤鈪^(qū)常有強(qiáng)的吸收。

（5）希望所用溶劑的粘度較小，否則會(huì)使分離速度太慢，并使分離效果變差。

103第一百零三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

在凝膠過濾色譜（GFC）中，均采用水為溶劑來配制洗脫劑或直接用去離子水作為洗脫劑。

若采用的是軟性凝膠（例如交聯(lián)葡聚糖Sephadex），則應(yīng)考慮所用電解質(zhì)的種類及濃度對(duì)凝膠的影響，因?yàn)楫?dāng)洗脫劑中電解質(zhì)的強(qiáng)度或濃度發(fā)生變化時(shí)，常有可能會(huì)使軟性凝膠的孔徑發(fā)生變化。

104第一百零四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日表6-11凝膠色譜法常用溶劑

105第一百零五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日四、凝膠色譜法的儀器設(shè)備凝膠色譜法所用的儀器設(shè)備與其它HPLC的儀器設(shè)備非常相似，常規(guī)的HPLC儀器也可以應(yīng)用于凝膠色譜的研究。

凝膠色譜主要由四部分所組成，即流動(dòng)相系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)。

106第一百零六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

1.

色譜柱的尺寸一般情況下，凝膠色譜法中采用的色譜柱的內(nèi)徑均比其它幾種色譜法用的柱的內(nèi)徑更大。最常用的凝膠色譜柱的內(nèi)徑在10mm左右，柱長為800～2000mm，根據(jù)需要可由幾根柱串聯(lián)起來使用。在高效凝膠色譜法中，所用的柱子的內(nèi)徑則常要細(xì)一些，而在循環(huán)色譜法中，則要采用更長一些的柱子。

2．進(jìn)樣裝置一般的凝膠色譜儀都配備有一個(gè)閥環(huán)和一個(gè)隔膜進(jìn)樣器，對(duì)于粘度較大的試樣，?？赏ㄟ^閥環(huán)來進(jìn)樣。

107第一百零七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

3.檢測器（1）濃度檢測器。濃度檢測器是連續(xù)地檢測色譜柱淋出各級(jí)分的含量。它的種類很多，主要有示差折光檢測器（RI）、紫外吸收檢測器（UV）、紅外吸收檢測器（IR）和稱重法等。

示差折光檢測器（RI）。通過連續(xù)地測定淋出液的折光指數(shù)的變化來測定樣品的濃度，只要被測樣品與淋洗劑折光指數(shù)不同均能檢測。它是一種通用型的，也是凝膠色譜中必備的一種檢測器。

108第一百零八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

紫外吸收檢測器（UV）。常用于檢測共聚物組分及分子量分布，它是非通用型檢測器，僅能用于檢測具有紫外吸收的樣品。

紅外吸收檢測器（IR）。示差折光檢測器雖然是通用型檢測器，但受環(huán)境因素的影響較大，尤其是高溫體系要求控制的精度較高，紫外吸收檢測器雖然對(duì)芳香烴和羰基吸收譜帶具有高的靈敏度，而且受環(huán)境因素影響也小，但卻不適用于聚烯烴的檢測。紅外吸收檢測器可以彌補(bǔ)以上兩種檢測器的不足之處。

109第一百零九頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

（2）分子量檢測器：分子量檢測方法有兩種：間接法和直接法。①

間接法即體積指示法。由于凝膠色譜法是按分子尺寸大小來分離的，對(duì)給定的色譜柱而言，一定大小的分子必然在一定體積時(shí)淋出，如果用已知分子量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定好色譜柱，得到一系列的分子量與淋洗體積的關(guān)系，對(duì)未知樣品只要測得淋洗體積，用上述的分子量與淋洗體積的關(guān)系，即可求出該試樣的分子量。但是，用淋洗體積表示分子量的凝膠色譜法是一種相對(duì)的方法，即需用標(biāo)準(zhǔn)樣品制作標(biāo)準(zhǔn)曲線才能測定未知樣品的分子量分布。

110第一百一十頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

②

直接檢測分子量的方法：目前已得到應(yīng)用的有，自動(dòng)粘度檢測器測定法和小角激光散射光度計(jì)（LowAngelLaserLightScattering,LALLS）檢測法。

自動(dòng)粘度檢測器測定法。自動(dòng)粘度檢測器有兩種型式：一種是間隙式，測定一定體積的淋出液（即GPC中的每一級(jí)分）流經(jīng)毛細(xì)管粘度計(jì)的流出時(shí)間；另一種是連續(xù)式，測定柱后淋出液流經(jīng)毛細(xì)管粘度計(jì)時(shí)在毛細(xì)管兩端所產(chǎn)生的壓力差。這種檢測器在使用時(shí)要求流速穩(wěn)定和粘度計(jì)溫度恒定。111第一百一十一頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

小角激光散射光度計(jì)（LALLS）檢測法。作為凝膠色譜的分子量檢測器，能夠直接測定出流出物中組分的分子量，而不需要求助于校正曲線，是測定分子量的真正的絕對(duì)測定法。

其工作原理為：當(dāng)光通過高分子溶液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瑞利散射，散射光強(qiáng)度及其對(duì)散射角θ（即入射光與散射光測量方向的夾角）和溶液濃度C的依賴性與聚合物的分子量、分子尺寸、分子形態(tài)有關(guān)。因此，可用光散射的方法研究高分子溶液的分子量等參數(shù)。

112第一百一十二頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日

新型的小角激光散射/GPC聯(lián)用儀，是以激光為光源，測定散射光，從而求得分子量。測定時(shí)，先定出維利系數(shù)，然后求出分子量。采用小角激光散射檢測器，有如下優(yōu)點(diǎn)：a.

不需要校正柱；b.

可測定微量高分子化合物；c.

可進(jìn)行歧化研究。113第一百一十三頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日例如：在一般情況下，凝膠色譜測定分子量時(shí)，需要用聚苯乙烯等標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測出校正曲線（圖6—21）。圖中對(duì)數(shù)分子量=a+bVr-cVr2+Vr3。采用小角激光檢測器后，便可直接求得分子量而不必采用校正曲線。

圖6—22配備示差折光檢測器和小角激光檢測器的GPC儀上獲得的譜圖

圖6—21聚苯乙烯校正曲線

114第一百一十四頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日五、高效凝膠色譜法采用10～20ｍ的微粒凝膠，填充的內(nèi)徑為4.0～8.0mm的高效凝膠色譜柱（柱長300～1000mm），往往僅需要5～30分鐘，便可完成一次試樣的分離。

與一般常規(guī)凝膠色譜法相比，高效凝膠色譜法具有以下的特點(diǎn)：

（1）柱填料粒度更小。目前最常用的為10或20ｍ粒徑的球形凝膠，顯然，此時(shí)所要求的工作壓力要高一些，也希望填料的耐壓性能要好一些，以防在工作中填料受到壓力變形而使柱被堵塞。

115第一百一十五頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日（2）所用的柱內(nèi)徑較細(xì)，柱長也較短，因而柱容量也較小，進(jìn)樣量也相應(yīng)減小，從而對(duì)儀器檢測器的靈敏度要求較高。（3）更細(xì)填料和更細(xì)更短的柱的采用及高靈敏度檢測器的引入，使高效凝膠色譜法具有分離速度快，測定精度高和需要試樣少的特點(diǎn)，因而在實(shí)際工作中的實(shí)用性更大。

116第一百一十六頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日表6-12μstyragel和μBondagelE的規(guī)格指標(biāo)

117第一百一十七頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日?qǐng)D6—23100

?

μstyragel填充的GPC柱對(duì)某些烴類的分離

118第一百一十八頁，共一百五十三頁，編輯于2023年，星期日六、凝膠色譜法的數(shù)據(jù)處理（一）凝膠色譜譜圖凝膠色譜的譜圖的橫坐標(biāo)代表色譜的保留值，縱坐標(biāo)為流出液的濃度。所以，橫坐標(biāo)的值表示了樣品的淋洗體積或級(jí)分，這個(gè)值是與分子量的對(duì)數(shù)值成正比的，可以表征樣品的分子量；縱坐標(biāo)的值與該級(jí)分的樣品量有關(guān)，表征了樣品在某一