第19氣相色譜法

第十九章氣相色譜法

gaschromatography，GC第一節(jié)概述氣相色譜法：以氣體為流動(dòng)相的柱色譜分離技術(shù)發(fā)展：英國(guó)Martin等人于1941年首次提出了用氣體作流動(dòng)相1952年Martin等人第一次用GC分離測(cè)定復(fù)雜混合物1954年熱導(dǎo)檢測(cè)器用于GC1955年第一臺(tái)商品氣相色譜儀出現(xiàn)

1956年“速率理論”的提出 近年電子計(jì)算機(jī)技術(shù)。一、GC分類

1.按固定相分

2.按柱子粗細(xì)分

載氣系統(tǒng)（carriergassystem）進(jìn)樣系統(tǒng)（sampleinjectionsystem）分離系統(tǒng)（columnsystem）檢測(cè)系統(tǒng)（detectionsystem）記錄系統(tǒng)（datasystem）二、GC儀器的組成氣-固色譜（吸附色譜）氣-液色譜（分配色譜）填充柱色譜（φ=2~4mm）毛細(xì)管柱色譜（φ=0.1~0.53mm，開口)載氣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)記錄系統(tǒng)續(xù)前三、氣相色譜法的特點(diǎn)和應(yīng)用

“三高”“一快”“一廣”

高效能：neff可達(dá)103—106

高選擇性：特別復(fù)雜試樣高靈敏度：可以檢測(cè)10

11~10

13g物質(zhì)分析速度快：操作簡(jiǎn)單：數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化

應(yīng)用廣泛：弱點(diǎn)：不適合分析不易氣化、不穩(wěn)定性或極性物質(zhì)

占有機(jī)物20%

適于分析氣體、易揮發(fā)的液體及固體樣品的衍生化使應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大第二節(jié)氣相色譜柱色譜柱組成一、氣-液分配色譜柱二、氣-固吸附色譜柱柱管填充劑填充柱：2~4米柱長(zhǎng)，2~6mm內(nèi)徑毛細(xì)管柱：幾十米~幾百米柱長(zhǎng)（開口）0.1~0.5mm內(nèi)徑固體吸附劑——?dú)?固吸附色譜柱載體+固定液——?dú)?液分配色譜柱一、氣-液分配色譜柱固定相：載體+固定液（一）固定液高沸點(diǎn)難揮發(fā)的有機(jī)化合物，種類繁多（二）載體（一）固定液1．要求：（1）操作柱溫下呈液態(tài)（易于形成均勻液膜）（2）操作條件下固定液熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好（3）固定液的蒸氣壓要低（柱壽命長(zhǎng)，檢測(cè)本底低）（4）固定液對(duì)樣品應(yīng)有較好的溶解度及選擇性2．分類：化學(xué)分類法極性分類法續(xù)前化學(xué)分類法A．烴類：烷烴，芳烴例

角鯊?fù)椤獦?biāo)準(zhǔn)的非極性固定液B．硅氧烷類：包括從弱極性→極性☆☆（a）甲基硅氧烷：弱極性甲基硅油甲基硅油Ⅰ

甲基硅橡膠SE30

，OV1

（b）苯基硅氧烷：極性稍強(qiáng)（隨苯基↑，極性↑）甲基苯基硅油甲基苯基硅橡膠：按苯基含量不同分低苯基硅橡膠SE52——含苯基5%，中苯基硅橡膠

OV17

——含苯基50%

高苯基硅橡膠OV25——含苯基75%

（c）氟烷基硅氧烷：中等極性（d）氰基硅氧烷：強(qiáng)極性續(xù)前C．醇類（氫鍵形固定液）非聚合醇聚合醇聚乙二醇（PEG-20M）D．酯類：中強(qiáng)極性固定液非聚酯類聚酯類丁二酸二乙二醇聚酯（PDEGS或DEGS）圖示SE-30PEGOV-17

極性分類法：a．相對(duì)極性法b．固定液常數(shù)法（羅氏特征常數(shù)法和麥?zhǔn)铣?shù)法）續(xù)前3．固定液的選擇：（1）按相似相溶原則選擇（2）按組分性質(zhì)的主要差別選擇（1）按相似性原則選擇

——固定液和組分極性或官能團(tuán)相似a．按極性相似原則選擇：分離對(duì)象固定液組分流出順序例如非極性物質(zhì) 非極性固定液

沸點(diǎn)低的組分先流出色譜柱

沸點(diǎn)相同，極性大的組分先流出柱SE-30沙魚烷中等極性物質(zhì)

中等極性固定液

沸點(diǎn)低的組分組分先流出色譜柱

沸點(diǎn)相同，極性小的組分先流出柱OV-17極性物質(zhì) 極性固定液極性小的組分先流出柱β-β′氧二丙腈能形成氫鍵的物質(zhì)氫鍵型固定液難形成氫鍵的組分先流出柱PEG-20M續(xù)前b．按化學(xué)官能團(tuán)相似選擇：

固定液與被測(cè)組分化學(xué)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（2）按組分性質(zhì)的主要差別選擇

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（80.10C），環(huán)己烷（80.70C），選擇何種固定液分離？選非極性柱——分不開；選中強(qiáng)極性柱——較好分離，環(huán)己烷先出柱（二）載體1．作用：承載固定液的作用2．要求：

比表面積大（多涂漬固定液）無吸附性（不吸附被測(cè)組分）化學(xué)惰性（不與固定液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)）熱穩(wěn)定性好一定的機(jī)械強(qiáng)度續(xù)前3．分類：（1）硅藻土類：硅藻土煅燒而成紅色（Fe2O3)：吸附力強(qiáng)，表面積大，與非極性物質(zhì)配伍白色（Fe2O3+Na2CO3)：吸附力弱，表面積小，與極性物質(zhì)配伍（2）非硅藻土類：玻璃微球，石英微球等4．載體的處理方法——鈍化，減弱吸附性酸洗：用于分析酸類和酯類堿洗：用于分析胺類等堿性化合物硅烷化：用于具有形成氫鍵能力的較強(qiáng)的化合物表面釉化氣相色譜柱填充：固定液的涂漬—固定相的老化—裝柱—老化至基線平直二、氣-固吸附色譜柱固定相：高分子多孔微球（GDX）

結(jié)構(gòu)：有機(jī)合成高分子聚合物機(jī)理：吸附+分配機(jī)制優(yōu)點(diǎn)：1.具有吸附、分配、分子篩三種作用

2.一般按分子量順序分離、M小先流出

3.耐高溫200-300℃4.一般不拖尾用途：酊劑中含醇量測(cè)定無水乙醇中微量水測(cè)定第三節(jié)儀器原理種類：氦氣、氫氣和氮?dú)獾?，主要為氫氣和氮?dú)膺x擇：取決于檢測(cè)器、色譜柱和分析要求。氦氣：優(yōu)點(diǎn)——粘度大，柱效高（B?。踩?；缺點(diǎn)——昂貴，較少用氫氣：純度要求>99.99%優(yōu)點(diǎn)——相對(duì)分子質(zhì)量小，熱導(dǎo)系數(shù)大，粘度小缺點(diǎn)——易燃易爆用途——熱導(dǎo)檢測(cè)器載氣，氫焰離子化檢測(cè)器的燃?xì)獾獨(dú)猓杭兌纫?gt;99.99%

優(yōu)點(diǎn)——相對(duì)分子質(zhì)量大，擴(kuò)散系數(shù)小，柱效比較高缺點(diǎn)——熱導(dǎo)系數(shù)小，靈敏度低用途——?dú)溲骐x子化檢測(cè)器的載氣一、載氣二、進(jìn)樣器氣化室微量注射器樣品瞬時(shí)氣化溶劑、濃度、體積、進(jìn)樣速度、溫度等

三、柱溫箱GC操作的重要參數(shù)之一，與柱效和分離度都有直接關(guān)系組成要求：對(duì)色譜峰的影響因素：B的影響因素：

C的影響因素：固定液最高使用溫度：低20~50℃四、檢測(cè)器檢測(cè)器：是將流出色譜柱的被測(cè)組分的濃度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置（一）氣相色譜檢測(cè)器分類（二）常用檢測(cè)器的特點(diǎn)和檢測(cè)原理（三）檢測(cè)器的性能指標(biāo)（一）氣相色譜檢測(cè)器分類濃度型檢測(cè)器：測(cè)量組分濃度的變化響應(yīng)值R與組分的濃度C成正比。如熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）

質(zhì)量型檢測(cè)器：測(cè)量組分質(zhì)量流速的變化響應(yīng)值R與單位時(shí)間進(jìn)入檢測(cè)器的組分質(zhì)量成正比。如氫火焰檢測(cè)器（FID）NO.1熱導(dǎo)檢測(cè)器thermalconductivitydetector，TCD1．結(jié)構(gòu)——惠斯通電橋測(cè)量臂——接在色譜柱后通樣品氣體+載氣參比臂——接在色譜柱前只通載氣兩個(gè)等阻值電阻R3=R4原理：根據(jù)組分與載氣的熱導(dǎo)率不同來檢測(cè)組分濃度變化的分類：濃度型優(yōu)點(diǎn)：通用型，應(yīng)用范圍廣，不破壞樣品缺點(diǎn)：靈敏度低噪音大2．檢測(cè)原理——依據(jù)組分與載氣的熱導(dǎo)率差別進(jìn)行檢測(cè)

1）進(jìn)樣前：兩臂均通載氣，加熱與散熱達(dá)平衡時(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)前提：載氣和樣品的熱導(dǎo)系數(shù)不等，相差越大，靈敏度越高（1）載氣的選擇：熱導(dǎo)率——λH2>λHe

>λN2>λ組分氮?dú)猓簾釋?dǎo)率低（32），價(jià)廉，安全；但靈敏度低氦氣：熱導(dǎo)率大（176），靈敏度高；但昂貴氫氣：熱導(dǎo)率最大（224），靈敏度最高，價(jià)廉；但易燃易爆；最常用（2）不通載氣，不加橋流。開機(jī)順序：先開載氣，后開電源，加熱。關(guān)機(jī)時(shí)，最后關(guān)載氣（3）橋流↑，靈敏度↑。靈敏度足夠時(shí)，橋流應(yīng)盡可能?。?）定量：用峰面積A定量時(shí)，保持流速F恒定。A與F成反比；用峰高h(yuǎn)定量時(shí)，與流速F無關(guān)，h與F無關(guān)。（5）檢測(cè)池溫≧柱溫，以免造成檢測(cè)器污染3．影響因素及注意事項(xiàng)表19-2幾種氣體與蒸氣的熱導(dǎo)系數(shù)（λ）單位：J/cm·℃·s4．特點(diǎn)：濃度型檢測(cè)器

優(yōu)點(diǎn)：

1）通用型，應(yīng)用廣泛

2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

3）穩(wěn)定性好

4）線性范圍寬

5）不破壞組分，可重新收集制備

缺點(diǎn)：與其他檢測(cè)器比靈敏度稍低（因大多數(shù)組分與載氣熱導(dǎo)率差別不大）NO.2氫火焰離子化檢測(cè)器

flameionizationdetector,FID

1、結(jié)構(gòu)(1)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)。(2)氫焰檢測(cè)器需要用到3種氣體：

N2：載氣，攜帶試樣組分；

H2

：燃?xì)?；空氣：助燃?xì)?。原理：有機(jī)物離子流測(cè)定強(qiáng)度分類：質(zhì)量型優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高（高1~2個(gè)數(shù)量級(jí)），噪音小，死體積小缺點(diǎn)：破壞樣品，專屬型檢測(cè)器（只能測(cè)含C有機(jī)物）2．檢測(cè)原理檢測(cè)原理：利用碳?xì)浠衔镌跉溲嬷挟a(chǎn)生離子流進(jìn)行檢測(cè)

微電流的大小與進(jìn)入離子室的被測(cè)組分質(zhì)量成正比峰面積與組分質(zhì)量成正比(質(zhì)量型檢測(cè)器)H2O、NH3、CO2、SO2等不能檢測(cè)3．操作條件選擇和注意事項(xiàng)1）氣體和流量：載氣——N2氣；燃?xì)狻狧2氣；助燃?xì)狻諝庖话闾畛渲鶜怏w流速：氮?dú)?5mL/min；氫氣30mL/min；空氣300mL/min具體的比例和流量需要實(shí)驗(yàn)優(yōu)化2）使用溫度：高于柱溫50~1000C，防止流出物冷凝和污染（開關(guān)機(jī)順序）N2:H2=1:1～1:1.5

氫氣:空氣=1:103)

定量：用峰面積A定量時(shí)，與流速F無關(guān)，A與F無關(guān)；用峰高h(yuǎn)定量時(shí)，保持流速F恒定。h與F成正比；4．特點(diǎn)：質(zhì)量型檢測(cè)器優(yōu)點(diǎn)：專屬型檢測(cè)器（只能測(cè)含C有機(jī)物）靈敏度高（>TCD，1~2個(gè)數(shù)量級(jí)）響應(yīng)快線性范圍寬缺點(diǎn)：燃燒會(huì)破壞離子原形，無法回收（制備純物質(zhì)，不采用）噪聲與漂移1．噪聲：無樣品通過時(shí)，由儀器本身和工作條件等偶然因素引起基線的起伏稱為~（以噪聲帶衡量）2．漂移：基線隨時(shí)間向一個(gè)方向的緩慢變化稱為~

（以一小時(shí)內(nèi)的基線水平變化來表示）（三）檢測(cè)器的性能指標(biāo)（了解）靈敏度（響應(yīng)值，應(yīng)答值）

1．濃度型檢測(cè)器的靈敏度（Sc）靈敏度越高，噪音越大續(xù)前2．質(zhì)量型檢測(cè)器的靈敏度（Sm）檢測(cè)限（敏感度）：

組分峰高為噪音二倍時(shí)的靈敏度

檢測(cè)限↓小，儀器性能↑好

back質(zhì)量型檢測(cè)器濃度型檢測(cè)器比較靈敏度與敏感度優(yōu)劣：靈敏度——未考慮噪音因素，衡量檢測(cè)器好壞不全面敏感度——考慮了噪音影響小結(jié)：掌握固定液分類，固定液選擇（相似相溶，主要矛盾）掌握兩種類型檢測(cè)器（FID和TCD)特點(diǎn)，檢測(cè)原理，使用注意了解檢測(cè)器的主要性能指標(biāo)（噪音、漂移、靈敏度及檢測(cè)線等）第五節(jié)分離條件的選擇一、GC速率理論——范氏方程（復(fù)習(xí)）二、分離度的影響因素（復(fù)習(xí)）三、實(shí)驗(yàn)條件的選擇

（色譜柱，固定相，載氣，柱溫等）（色譜柱，固定相，載氣，柱溫等）一、GC速率理論——范氏方程

填充柱：H=A+B/u+Cu空心毛細(xì)管柱：H=B/u+CuA:渦流擴(kuò)散項(xiàng)；B：縱向擴(kuò)散系數(shù)；C：傳質(zhì)阻抗u：載氣線速度氣相色譜中影響柱效的因素：柱填充的均勻程度和粒度（A項(xiàng)）載氣的種類（B項(xiàng)）固定液的液膜厚度（C項(xiàng)）載氣的流速（縱向快速項(xiàng)和傳質(zhì)阻抗項(xiàng)）柱溫（B項(xiàng)和C相）二、分離度的影響因素分離度定義式：分離度計(jì)算式：柱選擇項(xiàng)柱容量項(xiàng)柱效項(xiàng)柱效項(xiàng)：柱性能柱選擇性項(xiàng)：固定液、柱溫柱容量項(xiàng)：柱溫、固定液量、K三、實(shí)驗(yàn)條件的選擇：色譜條件包括分離條件和操作條件分離條件是指色譜柱操作條件是指載氣流速、進(jìn)樣條件及檢測(cè)器1．色譜柱的選擇

包括固定液和柱長(zhǎng)2．柱溫的選擇3．載氣與流速的選擇4．進(jìn)樣條件的選擇1．色譜柱的選擇（1）固定相的選擇（2）柱長(zhǎng)的選擇1、色譜柱選擇——固定相固定液的選擇：

1）按“相似相溶”原則：極性相似或官能團(tuán)相似

2）按組分性質(zhì)主要差別：沸點(diǎn)相差大的選非極性固定液沸點(diǎn)相差小的選極性固定液

固定液配比的選擇：高沸點(diǎn)組分→比表面積小的載體低固定液配比（1%~3%）低沸點(diǎn)組分→高固定液配比（5%~25%）大k值，達(dá)到良好分離難分離組分→毛細(xì)管柱（2）柱長(zhǎng)的選擇注：根據(jù)R>1.5選擇L，一般較短(0.6~6m)

不可以無限延長(zhǎng)柱子練習(xí)例：兩組分在1m長(zhǎng)柱子上的分離度為0.75，問使用多長(zhǎng)柱子可以使它們完全分離？解：2．柱溫的選擇原則：

1）在能保證R的前提下，盡量使用低柱溫，但應(yīng)保證適宜的tR及峰不拖尾，減小檢測(cè)本底柱溫<固定液最高使用溫度——防止固定液流失

2）根據(jù)樣品沸點(diǎn)情況選擇合適柱溫柱溫應(yīng)低于組分沸點(diǎn)50~1000C

寬沸程樣品應(yīng)采用程序升溫（定義見P491）不利有利續(xù)前程序升溫好處：改善分離效果縮短分析周期改善峰形提高檢測(cè)靈敏度特點(diǎn)：峰寬近似相等3．載氣與流速的選擇選擇載氣應(yīng)與檢測(cè)器匹配

TCD→選H2，HeFID→選N2載氣流速和種類應(yīng)同時(shí)考慮柱效、分析時(shí)間和檢測(cè)器

0~u最佳：選用分子量較大的載氣，如N2、Ar

u>u最佳：選用分子量較小的氣體，如H2、He線速度：為了縮短分析時(shí)間，一般u>u最佳

4．進(jìn)樣條件的選擇氣化室溫度——一般稍高于樣品沸點(diǎn)（約500C）檢測(cè)室溫度——應(yīng)高于柱溫30~500C進(jìn)樣量和速度——進(jìn)樣量不可過大，否則造成拖尾峰進(jìn)樣速度要快注：檢測(cè)器靈敏度足夠→進(jìn)樣量盡量小例：已知物質(zhì)A和B在一根30cm長(zhǎng)柱上的保留時(shí)間分別為16.40和

17.63min，不被保留組分通過該柱的時(shí)間為1.30min，峰底寬為1.11和1.21min，試計(jì)算（1）柱的分離度（2）柱的平均塔板數(shù)（3）平均塔板高度（4）達(dá)1.5分離所需柱長(zhǎng)解：續(xù)前第六節(jié)定性定量分析一、定性分析二、定量分析一、定性分析1．利用保留值定性

1）已知對(duì)照物定性：定性專屬性差注：不同組分如在某一色譜條件下保留值相同，應(yīng)更改色譜柱再檢測(cè)，粗步推算是否為一個(gè)純物質(zhì)峰

2）相對(duì)保留值定性（了解）

3）利用保留指數(shù)定性：準(zhǔn)確、重復(fù)性好（了解）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．利用兩譜聯(lián)用定性：GC-MS，GC-FTIR儀器聯(lián)用的定性方法小型化的臺(tái)式色質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS；LC-MS）色譜-紅外光譜儀聯(lián)用儀；組分的結(jié)構(gòu)鑒定SampleSample

58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBA

ABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometer(MS)SeparationIdentificationBACD二、定量分析：以峰高或峰面積定量（一）峰面積的測(cè)量（工作站給出）（二）定量校正因子（三）定量方法（二）定量校正因子

1．兩種表示方法原因：相同量的同種物質(zhì)對(duì)于不同檢測(cè)器響應(yīng)不同相同量的不同種物質(zhì)對(duì)于同一檢測(cè)器響應(yīng)不同結(jié)果：不可以直接用面積A定量，需要引入校正因子f2．相對(duì)校正因子的測(cè)定（了解）3．注意事項(xiàng)：相對(duì)校正因子與待測(cè)物、基準(zhǔn)物和檢測(cè)器類型有關(guān)，與操作條件（進(jìn)樣量）無關(guān)（見書P622）基準(zhǔn)物：TCD→苯；FID→