氣相色譜分析法

關(guān)于氣相色譜分析法2024/4/162§6-1

概述

一、色譜法簡(jiǎn)介(chromatography)色譜法又名色層法、層析法，是一種用以分離、分析多組分混合物質(zhì)的極有效的物理及物理化學(xué)分析方法。原理：利用混合物中各組分在兩相中具有不同的分配系數(shù)(或吸附系數(shù)，滲透性等)，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各組分在兩相中進(jìn)行多次反復(fù)地分配，以達(dá)到分離的目的。色譜分析法：色譜法應(yīng)用于分析化學(xué)中，并與適當(dāng)?shù)臋z測(cè)手段相結(jié)合時(shí)，就構(gòu)成了色譜分析法。通常所說(shuō)的色譜法即指色譜分析法。第2頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/163

二、色譜法的發(fā)展史

色譜法這種分離技術(shù)的應(yīng)用已有一百多年的歷史了。意識(shí)到它對(duì)分離、分析的作用和意義的第一人是俄國(guó)植物學(xué)家茨維特(Tswett)。1901年，茨維特認(rèn)識(shí)到色譜法對(duì)分離分析具有重大價(jià)值。1903年，在華沙自然科學(xué)學(xué)會(huì)生物學(xué)分會(huì)會(huì)議上，茨維特在其發(fā)表的文章（OnanewcategoryofadsorptionphenomenaandtheirapplicationonBiochemicalanalysis）中提出應(yīng)用吸附原理分離植物色素的新方法。第3頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1641906年，Tswett發(fā)表了他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他為了分離植物色素，將植物綠葉的石油醚提取液倒入裝有碳酸鈣顆粒的玻璃管中，并用石油醚自上而下淋洗，由于不同的色素在碳酸鈣顆粒表面的吸附力不同，隨著淋洗的進(jìn)行，不同色素向下移動(dòng)的速度不同，形成一層層不同顏色的色帶，使各色素成分得到了分離。他將這種分離方法命名為色譜法（chromatography）。

1907年，茨維特在德國(guó)生物會(huì)議上第一次向人們公開(kāi)展示了采用色譜法提純的植物色素溶解液及其色譜圖——顯示著彩色環(huán)帶的柱管。第4頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/165在此后的20多年里，幾乎無(wú)人問(wèn)津這一技術(shù)。1931年，Kuhn(庫(kù)恩)等用同樣的方法成功地分離了胡蘿卜素和葉黃素，從此，色譜法開(kāi)始為人們所重視，此后，相繼出現(xiàn)了各種色譜方法。1955年，出現(xiàn)了第一臺(tái)商業(yè)化的氣相色譜儀。在我國(guó)，氣相色譜法起步于1954年；1960年研制并生產(chǎn)了最早的成型儀器；1980年大規(guī)模生產(chǎn)。第5頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/166在分析化學(xué)領(lǐng)域，色譜法是一個(gè)相對(duì)年輕的分支學(xué)科。早期的色譜技術(shù)只是一種分離技術(shù)而已，與萃取、蒸餾等分離技術(shù)不同的是其分離效率高得多。當(dāng)這種高效的分離技術(shù)與各種靈敏的檢測(cè)技術(shù)結(jié)合在一起后，才使得色譜技術(shù)成為最重要的一種分析方法，幾乎可以分析所有已知物質(zhì)，在所有學(xué)科領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。從1937年—1972年，色譜法先后在12次諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的研究工作中起過(guò)關(guān)鍵的作用。(化學(xué)-9；生理學(xué)和醫(yī)學(xué)-3)。第6頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/167

三、色譜分析法的分類

一些定義：分離柱：色譜法中起分離作用的柱。固定相(stationaryphase)

：固定在柱內(nèi)的填充物。在色譜分離中固定不動(dòng)、對(duì)樣品產(chǎn)生保留的一相。流動(dòng)相(mobilephase)：沿著柱流動(dòng)的流體。與固定相處于平衡狀態(tài)、帶動(dòng)樣品向前移動(dòng)的另一相。液相色譜法：以液體作為流動(dòng)相的色譜法。氣相色譜法：以氣體作為流動(dòng)相的色譜法。第7頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/168

氣相色譜氣液色譜：流動(dòng)相為氣體，固定相為液體(涂在擔(dān)體上或毛細(xì)管壁上)。

氣固色譜：流動(dòng)相為氣體，固定相為固體吸附劑。

液相色譜液液色譜：流動(dòng)相為液體，固定相為液體(涂在擔(dān)體上或毛細(xì)管壁上)。

液固色譜：流動(dòng)相為液體，固定相為固體吸附劑。按使用的固定相和流動(dòng)相的不同分類：第8頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/169按分離的原理分類：吸附色譜法：利用吸附劑表面對(duì)不同組分的物理吸附性能的差異進(jìn)行分離；固定相為固體吸附劑。分配色譜法：利用不同組分在兩相中有不同的分配系數(shù)進(jìn)行分離；固定相為液體液膜。離子交換色譜法：利用離子交換原理；固定相為離子交換劑。凝膠滲透色譜法：利用多孔性物質(zhì)對(duì)不同大小分子的排阻作用；固定相為凝膠(又稱排阻色譜，尺寸排阻色譜法)化學(xué)鍵合色譜法：通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將有機(jī)分子鍵合在載體表面形成的柱填充劑。離子色譜法：由離子交換色譜法中產(chǎn)生出來(lái)的一種新型的離子多柱色譜技術(shù)(分離柱后增加一個(gè)抑制柱)。第9頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1610按固定相使用的方式分類：柱色譜法：固定相裝在色譜柱內(nèi)。紙色譜法：濾紙為固定相。薄層色譜法：將吸附劑粉末制成薄層作為固定相。按色譜動(dòng)力學(xué)過(guò)程分類：沖洗色譜法、頂替色譜法和迎頭色譜法按色譜技術(shù)分類：程序升溫色譜法、反應(yīng)色譜法、裂解色譜法、毛細(xì)管色譜法、多維色譜法、制備色譜法等第10頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1611

四、色譜分析法的特點(diǎn)

高效，靈敏，快速和應(yīng)用廣泛分離效率高：幾十種甚至上百種性質(zhì)類似的化合物可在同一根色譜柱上得到分離，能解決許多其他分析方法無(wú)能為力的復(fù)雜樣品分析。

分析速度快：一般而言，色譜法可在幾分鐘至幾十分鐘的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)復(fù)雜樣品的分析。檢測(cè)靈敏度高：隨著信號(hào)處理和檢測(cè)器制作技術(shù)的進(jìn)步，不經(jīng)過(guò)預(yù)濃縮可以直接檢測(cè)10-9g級(jí)的微量物質(zhì)。如采用預(yù)濃縮技術(shù)，檢測(cè)下限可以達(dá)到10-12g數(shù)量級(jí)。

第11頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1612樣品用量少：一次分析通常只需數(shù)納升至數(shù)微升的溶液樣品。選擇性好：通過(guò)選擇合適的分離模式和檢測(cè)方法，可以只分離或檢測(cè)感興趣的部分物質(zhì)。多組分同時(shí)分析：在很短的時(shí)間內(nèi)（20min左右），可以實(shí)現(xiàn)幾十種成分的同時(shí)分離與定量。易于自動(dòng)化：現(xiàn)在的色譜儀器已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)從進(jìn)樣到數(shù)據(jù)處理的全自動(dòng)化操作。

第12頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1613不足之處：定性能力較差：沒(méi)有待測(cè)物的純品或相應(yīng)的色譜定性數(shù)據(jù)作對(duì)照時(shí)，不能從色譜峰給出定性結(jié)果。為克服這一缺點(diǎn)，已經(jīng)發(fā)展起來(lái)了色譜法與其他多種具有定性能力的分析技術(shù)的聯(lián)用。不適用于沸點(diǎn)高于450℃的難揮發(fā)物質(zhì)和熱不穩(wěn)定物質(zhì)的分析?，F(xiàn)在：

近年來(lái)，氣相色譜—質(zhì)譜、氣相色譜—紅外光譜的聯(lián)用使氣相色譜的強(qiáng)分離能力和質(zhì)譜、紅外光譜的強(qiáng)定性能力得到完美的結(jié)合，為氣相色譜分析開(kāi)辟了新的途徑。第13頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1614

五、氣相色譜分析流程氣相色譜儀

圖6-1雙氣路氣相色譜儀流程圖第14頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1615一般的氣相色譜儀由五部分組成

載氣系統(tǒng)：氣源、氣體凈化、氣體流速的控制和測(cè)量進(jìn)樣系統(tǒng)：進(jìn)樣器、汽化室分離系統(tǒng)：色譜柱、柱箱、溫度控制裝置檢測(cè)系統(tǒng)：檢測(cè)器、溫度控制裝置記錄系統(tǒng)：放大器、記錄儀（有的還帶有數(shù)據(jù)處理裝置）氣相色譜方法氣固色譜氣液色譜第15頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1616§6-2

氣相色譜分析理論基礎(chǔ)

在整個(gè)色譜分離過(guò)程中，流動(dòng)相始終是以一定的流速（或壓力）在固定相間流動(dòng)的，并將溶質(zhì)帶入色譜柱。溶質(zhì)因分配、吸附等相互作用，進(jìn)入固定相后，從而在固定相中保留。同時(shí)，溶質(zhì)又被流動(dòng)相洗脫下來(lái)，進(jìn)入流動(dòng)相。與固定相作用越強(qiáng)的溶質(zhì)在固定相中的保留時(shí)間就越長(zhǎng)。第16頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1617一、氣相色譜常用術(shù)語(yǔ)氣相色譜流出曲線

試樣中各組分經(jīng)色譜柱分離，隨載氣先后流出色譜柱，經(jīng)檢測(cè)器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)的大小隨時(shí)間變化。以組分的濃度變化為縱坐標(biāo)，流出時(shí)間為橫坐標(biāo)所得的曲線為色譜流出曲線，一般為高斯分布曲線。相應(yīng)的譜圖稱為色譜圖。圖6-2色譜流出曲線圖色譜峰第17頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1618常用術(shù)語(yǔ)基線：只有載氣通過(guò)時(shí)的信號(hào)記錄，直線。基線漂移：基線隨時(shí)間定向的緩慢變化。基線噪聲：有各種因素引起的基線起伏。峰高h(yuǎn)：色譜峰最高點(diǎn)與基線間距離。峰面積A：（定量中介紹）h第18頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1619區(qū)域?qū)挾龋荷V峰寬標(biāo)準(zhǔn)偏差σ：0.607h處色譜峰寬的一半。半峰寬

：峰高一半處色譜峰的寬度。峰基寬度：通過(guò)曲線上的拐點(diǎn)所作的切線在基線上的截距。★圖6-3高斯曲線EGFHIJ第19頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1620保留值：試樣中各組分在色譜柱內(nèi)停留時(shí)間的數(shù)值。用時(shí)間表示：保留時(shí)間

：待測(cè)組分從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃度最大值

時(shí)所需的時(shí)間。死時(shí)間

：不與固定相作用的氣體（如空氣、甲烷）

的保留時(shí)間。調(diào)整保留時(shí)間：扣除死時(shí)間的保留時(shí)間。tMtR’tR第20頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1621

用載氣體積表示：保留體積

：從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)待測(cè)組分濃度最大值

時(shí)所通過(guò)的載氣體積。死體積

：色譜柱內(nèi)除了填充物固定相以外的空隙體積、色譜儀中管路和連接頭間的空間、進(jìn)樣系統(tǒng)及檢測(cè)器的空間總合。調(diào)整保留時(shí)間：扣除死體積的保留體積。色譜柱出口處載氣流速，ml·min-1或第21頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1622

用相對(duì)保留值表示：

相對(duì)保留值

：組分2與另一組分1

調(diào)整保留值

之比，是一個(gè)量綱為1的量。只與柱溫及固定相性質(zhì)有關(guān)。不隨柱徑、柱長(zhǎng)、填充情況及FO變化。表示柱色譜的選擇性。色譜定性的主要參數(shù)。第22頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1623氣相色譜流出曲線應(yīng)用依據(jù)色譜峰的位置（保留值）可以進(jìn)行定性測(cè)定。依據(jù)色譜峰的面積或峰高可以進(jìn)行定量測(cè)定。依據(jù)色譜峰的位置（保留值）及其寬度，可以對(duì)色譜柱分離情況（分離效能）進(jìn)行評(píng)價(jià)。第23頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1624

二、氣相色譜分析理論基礎(chǔ)基本原理色譜分離是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，它是色譜體系熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過(guò)程的綜合表現(xiàn)。熱力學(xué)過(guò)程是指與組分在體系中分配系數(shù)相關(guān)的過(guò)程。動(dòng)力學(xué)過(guò)程是指組分在該體系兩相間擴(kuò)散和傳質(zhì)的過(guò)程。

第24頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1625氣-固色譜分析中的固定相是一種具有多孔性及大表面積的吸附劑顆粒。在載氣的推動(dòng)下，被測(cè)組分在吸附劑表面進(jìn)行反復(fù)的物理吸附、脫附過(guò)程。由于各組分的性質(zhì)不同，吸附力的差別，使各組分在柱中滯留時(shí)間不同，從而實(shí)現(xiàn)分離。

氣-液色譜分析中的固定相是在化學(xué)惰性的固體顆粒表面涂上一層高沸點(diǎn)有機(jī)化合物的液膜。組分在流動(dòng)相的帶動(dòng)下，在液膜上進(jìn)行反復(fù)多次的溶解、揮發(fā)過(guò)程。由于各組分的性質(zhì)不同，溶解性的差異，使各組分在柱中滯留時(shí)間不同，從而實(shí)現(xiàn)分離。第25頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1626分配過(guò)程：物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相（氣相）之間發(fā)生的吸附、脫附和溶解、揮發(fā)的過(guò)程。分配系數(shù)K：一定溫度下，組分在兩相之間分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度比。第26頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1627色譜分離的依據(jù)氣相色譜分析的分離原理：不同物質(zhì)在兩相間具有不同的分配系數(shù)。分配比k：容量因子、容量比在一定的溫度、壓力下，組分在兩相之間分配達(dá)到平衡時(shí)，它在兩相間的質(zhì)量比。

相比第27頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1628討論：K，k均與組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，受T、P影響。K與、無(wú)關(guān)，而k與、有關(guān)。組分的分離，對(duì)給定的色譜體系，最終決定于組分在兩相中的相對(duì)量，而非相對(duì)濃度。因此k是衡量色譜柱對(duì)組分保留能力的重要參數(shù)。

k值大，則保留時(shí)間長(zhǎng)；k=0，t=tM滯留因子：流動(dòng)相在柱內(nèi)的線速度，cm·s-1組分在柱內(nèi)的線速度，cm·s-1可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得第28頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1629基本理論試樣在色譜柱中分離過(guò)程的基本理論包括兩方面：試樣中各組分在兩相間的分配情況。這與K及組分、固定相、流動(dòng)相的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)，各色譜峰在柱后出現(xiàn)的時(shí)間（保留值）反映試樣中各組分在兩相間的分配情況，由色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素控制。各組分在色譜柱中的運(yùn)動(dòng)情況。這與各組分在固定相和流動(dòng)相之間的傳質(zhì)阻力有關(guān)，各色譜峰的半峰寬度反映了各組分在色譜柱中的運(yùn)動(dòng)情況，由色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素控制。第29頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1630塔板理論（platetheory）：

1952年由馬丁(Martin)提出。將色譜柱比作一個(gè)精餾塔，用塔板概念來(lái)描述組分在柱內(nèi)的分配行為，是一種半經(jīng)驗(yàn)理論。塔板理論假設(shè)：平衡無(wú)分子擴(kuò)散K相同脈沖進(jìn)氣第30頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1631結(jié)論：色譜柱理論塔板數(shù)n:n越大，色譜峰→對(duì)稱→正態(tài)分布曲線色譜峰越窄。n，H：可作為柱效能指標(biāo)。第31頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1632注意：同一色譜柱，不同物質(zhì)n，H不同。分離與否決定于K的差別。不足：不能解釋塔板高度受哪些因素影響。不能解釋，F(xiàn)不同，n或H不同。原因：某些基本假設(shè)不當(dāng)。沒(méi)有真正的平衡狀態(tài)；縱向擴(kuò)散不能忽略；K與濃度無(wú)關(guān)只在有限濃度范圍內(nèi)成立。優(yōu)點(diǎn)：直觀，便于理解分離過(guò)程。第32頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1633速率理論（ratetheory）：

1956年由荷蘭學(xué)者范·

弟姆特(VanDeemter)提出。色譜柱過(guò)程的動(dòng)力學(xué)理論。范·

弟姆特方程式。是常數(shù)。越小越好。把塔板理論中的塔板高度概念與組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)聯(lián)系起來(lái)，采用隨機(jī)模式描述組分在柱內(nèi)的分離過(guò)程。(11-16)載氣的線速度，m·s-1第33頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1634渦流擴(kuò)散項(xiàng)A：組分分子隨載氣進(jìn)入色譜柱，碰到填充物顆粒時(shí)不得不改變方向，形成紊亂的、類似渦流的流動(dòng)。組分分子所經(jīng)過(guò)的路徑長(zhǎng)短各異，從而引起峰形的擴(kuò)展。

不均勻因子；平均粒徑。與填充狀況有關(guān)，而與載氣的性質(zhì)、線速度、組分無(wú)關(guān)。小顆粒，顆粒均勻，填充均勻，短柱有利于減小。第34頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1635渦流擴(kuò)散(不同路徑的影響).取決于色譜柱大小、形狀和填充的好壞。毛細(xì)管柱可忽略該項(xiàng)。第35頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1636分子擴(kuò)散項(xiàng)（縱向擴(kuò)散項(xiàng)）

：“塞子”形的樣品，存在沿柱軸方向（縱向）的濃度梯度，各組分分子產(chǎn)生縱向分子擴(kuò)散，使色譜峰擴(kuò)展。

彎曲因子，填充柱。（毛細(xì)管柱）組分在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)，單位：cm2·s-1采用摩爾質(zhì)量大的載氣，可以使B值減小。第36頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1637

隨著樣品帶在固定相中的移動(dòng)，因縱向擴(kuò)散使樣品帶寬逐漸增加，相應(yīng)地，得到的色譜峰就越來(lái)越寬而矮。圖6-4縱向擴(kuò)散引起峰展寬的示意圖第37頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1638縱向擴(kuò)散

氣相中分子的擴(kuò)散

主要決定于氣體流速第38頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1639傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cμ

：

試樣組分從氣相移動(dòng)到固定相表面進(jìn)行濃度分配時(shí)所受到的阻力。組分從固定相的氣液界面移動(dòng)到液相內(nèi)部進(jìn)行質(zhì)量交換到達(dá)分配平衡，又返回氣液界面的過(guò)程中所受的阻力。幾乎與所有的因素有關(guān)。氣相傳質(zhì)阻力液相傳質(zhì)阻力第39頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1640綜上：

公式說(shuō)明了填充的均勻程度、擔(dān)體顆粒、載氣種類、載氣流速、柱溫、柱壓、固定相液膜厚度等對(duì)H的影響。對(duì)色譜分離條件的選控具有指導(dǎo)意義。第40頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1641§6-3固定相氣-固色譜固定相

吸附劑：種類：常用：非極性的活性炭、弱極性的氧化鋁、強(qiáng)極性的硅膠等。高分子多孔微球（國(guó)產(chǎn)品牌號(hào)GDX）。

固定相的選擇對(duì)色譜分離及分離條件的選擇至關(guān)重要。第41頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1642氣-液色譜固定相

擔(dān)體：化學(xué)惰性、多孔性的固體顆粒。種類：硅藻土型：紅色擔(dān)體，白色擔(dān)體。非硅藻土型：氟擔(dān)體，玻璃微球擔(dān)體，高分子多孔微球等。作用：提供一個(gè)大的惰性表面，用來(lái)承擔(dān)固定液，使固定液以薄膜狀態(tài)分布在其表面。要求：表面化學(xué)惰性。多孔性。熱穩(wěn)定性好，有一定的機(jī)械強(qiáng)度。顆粒均勻，大小適度：一般選40-60目，60-80目，80-100目。第42頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1643

固定液：對(duì)固定液的要求：揮發(fā)性小。熱穩(wěn)定性好。對(duì)試樣各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰?。具有高選擇性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好。高沸點(diǎn)有機(jī)化合物據(jù)被測(cè)物選擇第43頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1644

固定液的分離特征：選擇固定液的基礎(chǔ)一般原則：“相似相溶”。固定液極性表示：相對(duì)極性P。麥?zhǔn)铣?shù)：x’、y’、z’、u’、s’。固定液的選擇：分離非極性物質(zhì)，一般選非極性固定液。分離極性物質(zhì)，一般選極性固定液。分離非極性和極性混合物，一般選極性固定液。分離能形成氫鍵的試樣，一般選極性或氫鍵型固定液。分離復(fù)雜試樣，常采用特殊固定液或混合固定液。第44頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1645

固定液的用量能均勻覆蓋擔(dān)體表面形成薄的液膜為宜。固定液的配比：即，固定液與擔(dān)體的質(zhì)量比。一般在15%-25%之間。低—柱效高—分析速度快—允許進(jìn)樣量少。第45頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1646§6-4氣相色譜分離條件的選擇分離度(resolution)R

兩峰保留時(shí)間差與兩峰峰底寬平均值之商，即

R是柱效能、選擇性影響因素的總和，可用作色譜柱的總分離效能的指標(biāo)。若峰形對(duì)稱且滿足正態(tài)分布，R=1，分離程度98%，

R=1.5，分離程度99.7%動(dòng)力學(xué)性質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)兩峰完全分開(kāi)的標(biāo)志第46頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1647若兩峰有重疊，Y難測(cè)，可用R’表示分離度：R’與R物理意義一致，數(shù)值不同，應(yīng)用時(shí)要注意。經(jīng)推導(dǎo)：半峰寬代替峰底寬度第47頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1648例：假設(shè)兩組分的相對(duì)保留值r21為1.15，要在一根填充柱上獲得完全分離（即，R=1.5）,需有效塔板數(shù)和柱長(zhǎng)各為多少？解：

一般填充柱的H有效=0.1cm，則第48頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1649色譜分離的基本方程

對(duì)難分離的物質(zhì)，近似的有，則

色譜分離基本方程第49頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1650分離度與柱效的關(guān)系（柱效因子）：n↑，R↑，可以增加柱長(zhǎng)來(lái)改進(jìn)分離度，但是延長(zhǎng)了組分在柱內(nèi)的保留時(shí)間，使峰形擴(kuò)展。方法：應(yīng)從減小H入手，即，制備性能優(yōu)良的柱子并在最優(yōu)化條件下進(jìn)行操作。分離度與容量比的關(guān)系（容量因子）：k↑，R↑，但k>10時(shí)，效果并不明顯，反而使分析時(shí)間延長(zhǎng)。故應(yīng)選1<k<10。方法：改變柱溫T，使變。改變相比，減小死體積，使↑。第50頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1651分離度與柱選擇性的關(guān)系（選擇因子）：是柱選擇性的量度，越大，柱選擇性越好，分離效果越好。↑，R↑；一定R下，大的值可使組分在理論塔板數(shù)小的色譜柱上實(shí)現(xiàn)分離。方法：改變固定相，使各組分的分配系數(shù)有較大差別。第51頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1652氣相色譜分離操作條件的選擇

綜上，要是氣相色譜分離獲得理想的效果，操作條件的選擇是關(guān)鍵，而固定相的選擇是前提。載氣種類與流速的選擇：圖6-4塔板高度與載氣線速的關(guān)系第52頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1653

小：主要，應(yīng)選大的載氣，以抑制擴(kuò)散。大：主要，應(yīng)選小的載氣，以減小傳質(zhì)阻力。選擇載氣還應(yīng)考慮不同檢測(cè)器的適應(yīng)性。一般：N2，20-60ml·min-1

H2，40-90ml·min-1

。第53頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1654柱溫的選擇：柱溫要低于固定液的最高使用溫度。柱溫↑，各組分揮發(fā)靠攏，K↓。柱溫↓，↓，↓，H↑

。選擇原則：在使最難分離的組分能盡可能好的分離的前提下，盡可能采用較低的柱溫，但以保留時(shí)間適宜，峰形不拖尾為度。一般選低于組分平均沸點(diǎn)20-30℃，常用程序升溫。第54頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1655柱長(zhǎng)、柱內(nèi)徑的選擇：柱長(zhǎng)：保證分離的前提下，選短柱。常用1-3m。柱內(nèi)徑：一般為3-4mm。進(jìn)樣量和進(jìn)樣時(shí)間的選擇：進(jìn)樣量：

液樣：0.1-5μl氣樣：0.1-10ml進(jìn)樣時(shí)間：速度要快，1s以內(nèi)。氣化溫度的選擇：保證樣品不分解的情況下，可適當(dāng)提高氣化溫度。接近組分平均沸點(diǎn)，高于柱溫30-70℃。第55頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1656§2-5毛細(xì)管氣相色譜法簡(jiǎn)介1957年由戈雷(GolayM.J.E.)首先提出，是用毛細(xì)管柱作為氣相色譜柱的一種高效、快速、高靈敏的分離分析方法。他用內(nèi)壁涂有一層極薄而均勻的固定液膜的毛細(xì)管代替填充柱，（這種色譜柱的固定液涂布在內(nèi)壁上，中心是空的，也稱開(kāi)管柱）解決組分在填充柱中由于受到大小不均載體顆粒的阻礙而造成峰形擴(kuò)展、柱效能降低的問(wèn)題。毛細(xì)管柱具有相比大、滲透性好、分析速度快、總柱效高等優(yōu)點(diǎn)，可以解決原來(lái)填充柱色譜法不能解決或很難解決的問(wèn)題。第56頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1657毛細(xì)管柱

壁涂開(kāi)管柱(WCOT)：將固定液直接涂在毛細(xì)管內(nèi)壁。多孔層開(kāi)管柱(PLOT)：在管壁上涂一層多孔性吸附劑固體顆粒，不再涂固定液，實(shí)際上是使用開(kāi)管柱的氣固色譜。載體涂漬開(kāi)管柱(SCOT)先在毛細(xì)管內(nèi)壁涂上一層很細(xì)的(<2μm)多孔微粒，然后再在多孔層上涂漬固定液。第57頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1658化學(xué)鍵合毛細(xì)管柱：將固定相用化學(xué)鍵合的方法鍵合到硅膠涂敷的柱表面或經(jīng)表面處理的毛細(xì)管柱上。交聯(lián)毛細(xì)管柱：由交聯(lián)引發(fā)劑將固定相交聯(lián)到毛細(xì)管管壁上。第58頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1659毛細(xì)管柱 色譜的特點(diǎn)滲透性好，可使用長(zhǎng)色譜柱相比β大，有利于實(shí)現(xiàn)快速分析柱容量小，允許進(jìn)樣量少總柱效高，分離復(fù)雜混合物的能力大大提高毛細(xì)管柱 的色譜系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)：分流進(jìn)樣色譜柱連接尾吹檢測(cè)器第59頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1660§6-6氣相色譜檢測(cè)器檢測(cè)器的種類

質(zhì)量型：氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)火焰光度檢測(cè)器(FDP)濃度型：熱導(dǎo)池檢測(cè)器(TCD)電子捕獲檢測(cè)器(ECD)

將經(jīng)色譜柱分離后的各組分，按其物理、化學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)換成易測(cè)的電信號(hào)。信號(hào)的大小在一定范圍內(nèi)，與進(jìn)入檢測(cè)器的物質(zhì)的質(zhì)量或體積成正比。第60頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1661熱導(dǎo)池檢測(cè)器(TCD)結(jié)構(gòu)：圖6-5

熱導(dǎo)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖第61頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1662基本原理：不同物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)圖6-6熱導(dǎo)檢測(cè)器橋式電路示意圖第62頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1663影響熱導(dǎo)檢測(cè)器靈敏度的因素：橋路工作電路的影響：I↑，靈敏度↑；但I(xiàn)太大，會(huì)使鎢絲過(guò)熱引起基線不穩(wěn)。一般橋路電流為：100-200mA左右

N2做載氣：100-150mAH2做載氣：150-200mA熱導(dǎo)池體溫度的影響：池體溫度↓，靈敏度↑；但溫度過(guò)低，被測(cè)組分會(huì)冷凝。一般池體溫度不應(yīng)低于柱溫。

第63頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1664載氣的影響：載氣與試樣的熱導(dǎo)系數(shù)相差越大，靈敏度越高。一般選擇熱導(dǎo)系數(shù)大的氣體做載氣：H2和He熱敏元件阻值的影響：阻值高，電阻溫度系數(shù)較大的熱敏元件，鎢絲。

第64頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1665氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)結(jié)構(gòu)：圖6-7氫火焰離子化檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖第65頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1666基本原理：作用機(jī)理，至今還不是很清楚。目前認(rèn)為，火焰中的電離不是熱電離而是化學(xué)電離，即，有機(jī)物在火焰中發(fā)生自由基反應(yīng)而裂解。對(duì)大多數(shù)有機(jī)物靈敏度很高。操作條件的選擇：氣體流量：載氣流量：N2做載氣，據(jù)試樣選擇最佳的載氣流速。氫氣流量：H2:N2=1:1-1:1.5空氣流量：助燃?xì)猓琀2:空氣=1:10第66頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1667極化電壓：極化電壓↑，響應(yīng)值↑，然后趨于飽和；極化電壓超過(guò)飽和值時(shí)與響應(yīng)值無(wú)關(guān)。一般極化電壓：±100V-±300V使用溫度：溫度不是主要影響因素。80-200℃，靈敏度幾乎相同。低于80℃因水蒸氣的冷凝，而使靈敏度下降。第67頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1668電子俘獲檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：圖6-8電子俘獲檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖第68頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1669基本原理：載氣（一般為高純N2）在檢測(cè)器中發(fā)生電離：生成慢中子和慢速低能電子，形成基流。被測(cè)組分俘獲電子，使基流降低，產(chǎn)生負(fù)信號(hào)形成倒峰。高靈敏度、高選擇性。常用于痕量分析。操作條件的選擇：載氣純度：四個(gè)9以上載氣流速：檢測(cè)器溫度：進(jìn)樣量：不可超載第69頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1670火焰光度檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：圖6-9火焰光度檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖第70頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1671基本原理：對(duì)含磷、含硫化合物有高選擇性和高靈敏度。含硫化合物被還原為S，S在適當(dāng)條件下被激發(fā)為S2*，發(fā)射出特征分子光譜。含磷化合物以HPO發(fā)射出特征光譜。與氫火焰檢測(cè)器聯(lián)用，可以同時(shí)測(cè)定硫、磷和含碳有機(jī)物。第71頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1672檢測(cè)器性能指標(biāo)靈敏度(響應(yīng)值)S：檢出限(敏感度)D：最小檢出量Q0進(jìn)樣量響應(yīng)信號(hào)靈敏度檢測(cè)器噪聲質(zhì)量型檢測(cè)器濃度型檢測(cè)器第72頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1673響應(yīng)時(shí)間：一般都小于1s線性范圍：是指進(jìn)樣量與信號(hào)之間保持線性關(guān)系的范圍用最大進(jìn)樣量與最小檢出量之比表示范圍越大越有利于準(zhǔn)確定量第73頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1674§6-7氣相色譜定性方法根據(jù)色譜保留值定性

r21簡(jiǎn)單的多組分混合物：各自出峰，可用純物質(zhì)(標(biāo)準(zhǔn)樣)對(duì)比定性。未知峰的鑒定：加入純物質(zhì)以增加峰高：未知樣與標(biāo)準(zhǔn)物混合，只增加峰高，而峰形、峰寬不變，則二者很可能是同一物質(zhì)。

色譜：強(qiáng)分離能力質(zhì)譜、光譜：強(qiáng)鑒定能力結(jié)合測(cè)定需純物質(zhì)第74頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1675雙柱或多柱定性。（需要純物質(zhì)進(jìn)行的鑒定，方法簡(jiǎn)單，但需要對(duì)試樣的組成有大致的了解還要準(zhǔn)備對(duì)照用的純物質(zhì)，有困難。）需純物質(zhì)第75頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1676保留指數(shù)I

:把物質(zhì)的保留行為用兩個(gè)緊靠近它的標(biāo)準(zhǔn)物(正構(gòu)烷烴)來(lái)標(biāo)定，并以均一標(biāo)度來(lái)表示。保留值：正構(gòu)烷烴：固定相、柱溫一定，Ｉ不變。直接與文獻(xiàn)中的保留指數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)照定性。烷烴碳數(shù)不需純物質(zhì)第76頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1677與其它方法結(jié)合定性

與質(zhì)譜、紅外儀聯(lián)用：ＧC－ＭＳ：ＧC－ＩＲ與化學(xué)方法結(jié)合定性：利用化合物的化學(xué)反應(yīng)，使色譜峰變化（消失、位移）。利用檢測(cè)器的選擇性定性：利用不同檢測(cè)器對(duì)各種組分的選擇性和靈敏度不同對(duì)未知物進(jìn)行大致分類。第77頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1678§6-8氣相色譜定量方法峰面積定量校正因子分析組分的質(zhì)量

可見(jiàn)：色譜定量測(cè)量需要準(zhǔn)確測(cè)量峰面積求出定量校正因子選擇正確的定量計(jì)算方法第78頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1679峰面積測(cè)量法

峰高乘半峰寬法：計(jì)算法，峰形對(duì)稱且不太窄。公式：峰高乘峰底寬度法：作圖法，峰形矮而寬。公式：峰高乘平均峰寬法：計(jì)算法，峰形不對(duì)稱。公式：第79頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1680峰高乘保留值法：計(jì)算法，峰形狹窄。公式：積分儀：方便、快速、線性范圍寬，精度可達(dá)0.2%-2%，對(duì)小峰和不對(duì)稱峰也有較準(zhǔn)確的結(jié)果?，F(xiàn)在，色譜儀與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，“色譜工作站”，使色譜測(cè)定的精度、靈敏度、穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度都大大提高。第80頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1681定量校正因子

絕對(duì)校正因子，難以準(zhǔn)確測(cè)定。引入相對(duì)校正因子，即被測(cè)組分純物質(zhì)與某一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的絕對(duì)校正因子之比。

質(zhì)量校正因子：定義：摩爾校正因子：定義：第81頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1682

體積校正因子：定義：相對(duì)響應(yīng)值：被測(cè)物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的響應(yīng)值(靈敏度)之比，與校正因子互為倒數(shù)。定義：校正因子測(cè)定方法：準(zhǔn)確稱量被測(cè)組分純物質(zhì)mi和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)ms，混合后在實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)樣，分別測(cè)量響應(yīng)的峰面積Ai和As，計(jì)算質(zhì)量校正因子、摩爾校正因子。第82頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1683幾種常用的定量計(jì)算方法

歸一化法：試樣中各組分均能流出色譜柱，并出色譜峰。假設(shè)，試樣中有n個(gè)組分，每個(gè)組分的質(zhì)量分別為m1,m2,m3,...,mn，各組分含量的總和為m，則組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wi。公式：第83頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1684若各組分相近，則：各種操作條件保持嚴(yán)格不變時(shí)，進(jìn)樣量在一定范圍內(nèi)，半峰寬度不變，因此峰高可直接代表某一組分的量。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、當(dāng)操作條件變化時(shí)對(duì)結(jié)果影響小。峰高校正因子第84頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1685內(nèi)標(biāo)法：只需測(cè)量試樣中的某幾個(gè)組分，且試樣中組分不能全部出峰。將一定量的某純物質(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)物和內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量及其在色譜圖上相應(yīng)的峰面積比，求出被測(cè)組分的量。例如，試樣中組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wi，加入內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量ms，試樣的質(zhì)量為m，則以內(nèi)標(biāo)物為基準(zhǔn)，：第85頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1686內(nèi)標(biāo)物的選擇：是試樣中不存在的純物質(zhì)。加入量接近被測(cè)組分。其色譜峰位于被測(cè)組分色譜峰附近，或幾個(gè)被測(cè)組分色譜峰中間，并與這些組分完全分離。與被測(cè)組分的物理化學(xué)性質(zhì)相似。優(yōu)缺點(diǎn)：定量準(zhǔn)確，不像歸一化法有使用上的限制；不宜作快速分析。第86頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1687內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法：簡(jiǎn)化的內(nèi)標(biāo)法。稱量同樣量的試樣，加入恒定量的內(nèi)標(biāo)物，則以對(duì)作圖分析時(shí)，取和制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)等量的試樣和內(nèi)標(biāo)物，測(cè)出其峰面積比，在曲線上查出被