第1章 色譜分析法和氣相色譜法

色譜分析法色譜法導論氣相色譜法本章重點：

1.理解色譜分離的基本原理；

2.掌握色譜法的基本概念和術語；

3.掌握色譜法的定性和定量方法;4.了解氣相\液相色譜的分析原理、儀器結構

和在食品分析中的應用.描述:色譜法是一種分離技術.混合物最有效的分離、分析方法.色譜法分離發(fā)生在色譜柱上.

可用于檢測大多數有機物質.§1.色譜法導論1906年,俄國植物學家茨維特對植物葉的色素成分進行研究時,使用右圖裝置:將植物葉子的萃取物倒入填有碳酸鈣的直立玻璃管內,然后加入石油醚使其自由流下,結果色素中各組分互相分離形成各種顏色的譜帶.這種分離物質的方法因此得名為色譜法.1.1概述1.2色譜法分類

(1)氣相色譜：流動相為氣體（稱為載氣）。按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜按色譜柱可分為：填充柱色譜和毛細管柱色譜；(2)液相色譜：流動相為液體（稱為淋洗液）。

按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。

1.3色譜法的特點（1）分離效率高

復雜混合物，有機同系物、異構體、手性異構體。高效液相色譜分離復雜單糖（2）靈敏度高

可以檢測出μg.g-1(10-6)級甚至ng.g-1(10-9)級的物質量。（3）分析速度快

一般在幾分鐘或幾十分鐘內可以完成一個試樣的分析。（4）應用范圍廣

氣相色譜：沸點低于400℃、結構穩(wěn)定的各種有機或無機試樣的分析。液相色譜：高沸點、熱不穩(wěn)定、生物試樣的分離分析。

（一）組分分離當流動相中樣品混合物經過固定相時，就會與固定相發(fā)生作用，由于各組分在性質和結構上的差異，與固定相相互作用的類型、強弱也有差異，因此在同一推動力的作用下，不同組分在固定相滯留時間長短不同，從而按先后不同的次序從固定相中流出。1.4色譜曲線圖及有關術語（二）色譜峰由檢測器輸出的信號強度對時間作圖，所得曲線稱為色譜流出曲線。曲線上突起部分就是色譜峰。

基線：在實驗操作條件下，色譜柱后沒有樣品組分流出時的流出曲線稱為基線，穩(wěn)定的基線應該是一條水平直線。峰高：色譜峰頂點與基線之間的垂直距離，以（h）表示。（三）保留時間tR試樣從進樣到柱后出現峰極大點時所經過的時間，稱為保留時間，如下圖。組分在色譜柱中的保留時間tR包含組分通過柱子的時間和組分在固定相中滯留的時間，所以tR實際上是組分在固定相中保留的總時間。進樣tR（四）分離度

分離度是描述難分離物質對的實際分離程度。①柱效較高，△K(分配系數)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。1.5定性和定量分析1定性分析在色譜條件一定時，任何一種物質都有確定的保留時 間。通過比較已知物和未知物的保留參數或在固定相上的位置，即可確定未知物是何種物質。未知樣品圖已知標樣圖利用純物質定性的方法

利用保留值定性：通過對比試樣中具有與純物質相同保留值的色譜峰，來確定試樣中是否含有該物質及在色譜圖中的位置。不適用于不同儀器上獲得的數據之間的對比。利用加入法定性：將純物質加入到試樣中，觀察各組分色譜峰的相對變化。2定量分析在一定色譜條件下，組分i的質量（mi）與檢測器響應訊號（峰面積Ai）成正比。色譜定量分析的依據iAiiAfm=3定量分析方法(1)外標法(標準曲線法)：將欲測組分的純物質配制成不同濃度的標準溶液進行色譜分析，以峰面積對濃度作圖。測得樣品的信號后從標準曲線上查出對應濃度。123456SampleAmmiAi（2）歸一化法

將試樣中所有組分的含量之和按100%計算，以它們相應的色譜峰面積或峰高為定量參數，通過下式計算各組分的含量：%100%1

=

=niAisiAisiifAfAm[前提：樣品中所有組分都有響應（出峰）]1mg樣品溶解后，經過高效液相色譜分析后得到4個峰，經驗證樣品中只有4種物質，那么每種物質所占比例與對應峰面積所占比例一致。即

M1=1mg×[A1/(A1+A2+A3+A4)]驗證方法：薄層色譜法最常用。二極管陣列檢測器3124練習題：1.色譜分離主要發(fā)生在（）上。

1.按照固定相的物態(tài)不同，可將液相色譜法分為（）和（），前者的固定相為固體，后者的固定相為液體。3.

是色譜分析中用于描述難分離物質對的實際分離程度。4.色譜分析法的定量方法有

、和

，其中

需要所有物質都出峰。5.色譜分析法的定性依據和定量依據分別是什么？液固色譜液液色譜分離度標準曲線法歸一化法歸一化法色譜柱保留時間（或出峰時間）；峰面積?！?氣相色譜法

氣相色譜儀氣相色譜儀主要包括五部分：

1、載氣系統(tǒng)

2、進樣系統(tǒng)

3、分離系統(tǒng)

4、溫控系統(tǒng)

5、檢測系統(tǒng)2.1氣相色譜儀的組成壓縮氣體鋼瓶減壓閥、穩(wěn)壓閥凈化器檢測器色譜柱汽化室尾氣1、載氣系統(tǒng)氣相色譜對載氣的基本要求：（1）純凈 通過活性炭或分子篩凈化器，除去載氣中的水分、氧等有害雜質。（2）穩(wěn)定 采用穩(wěn)壓閥或雙氣路方式：載氣（3）常用的載氣： 氮氣 氫氣 氦氣氬氣2、進樣系統(tǒng)進樣裝置和汽化室進樣通常用微量注射器和進樣閥將樣品引入。液體樣品引入后需要瞬間汽化。汽化在汽化室進行。進樣量不能太?。ù笥跈z測限），也不能太大（會使峰型拖尾）。進樣速度要快。

液體進樣裝置和汽化室

液體進樣器：注射器載氣入口加熱塊接色譜柱汽化室：使樣品瞬間汽化而又不分解。接色譜柱對汽化室的要求：（1）體積小；（2）熱容量大；（3）對樣品無催化作用3.分離系統(tǒng)色譜柱:色譜儀的核心部件,其作用是分離樣品。主要有兩類：填充柱和毛細管柱。1）填充柱填充柱由不銹鋼制成，內裝固定相，一般內徑為2～4mm，長1～3m。填充柱的形狀有U型和螺旋型二種.2）毛細管柱

毛細管柱又叫空心柱，分為涂壁，多孔層和涂載體空心柱。涂壁空心柱是將固定液均勻地涂在內徑0.l～0.5mm的毛細管內壁而成，毛細管材料可以是不銹鋼，玻璃或石英。與填充往相比，其分離效率高、分析速度塊、樣品用量小，但柱容量低、要求檢測器的靈敏度高，并且制備較難。當流動相中攜帶的混合物流經固定相時，其與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中各組分在性質和結構上的差異，與固定相之間產生的作用力的大小、強弱不同，隨著流動相的移動，混合物在兩相間經過反復多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時間不同，從而按一定次序由固定相中流出。4.溫控系統(tǒng)

溫度是色譜分離條件的重要選擇參數；

氣化室、分離室、檢測器三部分在色譜儀操作時均需控制溫度.

氣化室：保證液體試樣瞬間氣化，一般比分離室溫度高50-100度；

分離室：準確控制分離需要的溫度。當試樣復雜時，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；

檢測器：保證被分離后的組分通過時不在此冷凝；色譜柱的溫度控制方式有恒溫和程序升溫二種。

對于沸點范圍很寬的混合物，往往采用程序升溫法進行分析。程序升溫指在一個分析周期內柱溫隨時間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達到用最短時間獲得最佳分離的目的。程序升溫:恒溫和程序升溫分析烴類化合物5.檢測和數據處理系統(tǒng)

這個系統(tǒng)是指樣品經色譜柱分離后，各成分按保留時間不同，順序地隨載氣進入檢測器，檢測器把進入的組分按時間及其濃度或質量的變化，轉化成易于測量的電信號，經過必要的放大傳遞給記錄儀或計算機，最后得到該混合樣品的色譜流出曲線及定性和定量信息。1熱導檢測器（TCD）

(1)熱導檢測器的結構池體:一般用不銹鋼制成.熱敏元件：電阻率高、電阻溫度系數大、且價廉易加工的鎢絲制成。參考臂：僅允許純載氣通過，通常連接在進樣裝置之前。測量臂：需要攜帶被分離組分的載氣流過，則連接在緊靠近分離柱出口處。2.2常用檢測器(2)檢測原理平衡電橋鎢絲通電，加熱與散熱達到平衡后，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，產生電阻差，R參≠R測

則：R參·R2≠R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。記錄儀記錄下組分濃度隨時間變化的峰狀圖形。不同氣體有不同的熱導系數某些氣體與蒸氣的熱導系數（λ），單位：J/cm·℃·s

2.氫火焰離子化檢測器（FID）

氫火焰離子化檢測器是以氫氣和空氣燃燒的火焰作為能源，利用含碳有機物在火焰中燃燒產生離子，在外加的電場作用下，使離子形成離子流，根據離子流產生的電信號強度，檢測被色譜柱分離出的組分。特點:

1,能檢測大多數含碳有機化合物；2,靈敏度很高，比熱導檢測器的靈敏度高約103倍；檢出限低，可達10-12g·S-1；3,是目前應用最廣泛的色譜檢測器之一。缺點：

不能檢測永久性氣體、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氫等物質。3.電子捕獲檢測器(ECD)

特點:電子捕獲檢測器是一種選擇性很強的檢測器,目前分析痕量電負性有機物最有效的檢測器，對具有電負性物質（如含鹵素、硫、磷、氰等的物質）的檢測有很高靈敏度（檢出限約1O-14g/ml）。缺點:線性范圍窄，只有103左右，且響應易受操作條件的影響，重現性較差。應用:電子捕獲檢測器已廣泛應用于農藥殘留量、大氣及水質污染分析，以及生物化學、醫(yī)學、藥物學和環(huán)境監(jiān)測等領域中。4.火焰光度檢測器(FPD)

火焰光度檢測器，又稱硫、磷檢測器，它是一種對含磷、硫有機化合物具有高選擇性和高靈敏度的質量型檢測器，檢出限可達10-12g·S-1（對P）或10-11g·S-1（對S）。這種檢測器可用于大氣中痕量硫化物以及農副產品，水中的毫微克級有機磷和有機硫農藥殘留量的測定。2.3檢測器性能評價指標靈敏度（S）：S表示單位質量的物質通過檢測器時，產生的響應信號的大小。S值越大，檢測器（也即色譜儀）的靈敏度也就越高。檢測信號通常顯示為色譜峰，則響應值也可以由色譜峰面積（A）除以試樣質量求得：

S=A/m