《分析化學(xué)》-圖文課件-第十一章

分析化學(xué)

第十一章氣相色譜法第二節(jié)氣相色譜法概述第一節(jié)色譜法概述第四節(jié)氣相色譜法色譜柱第三節(jié)氣相色譜法基本理論第六節(jié)分離條件的選擇第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器第七節(jié)定性與定量分析方法

第一節(jié)色譜法概述色譜法的產(chǎn)生及發(fā)展

一、色譜法的創(chuàng)始人是俄國(guó)的植物學(xué)家茨維特(Tsweet)。1905年，他將植物色素的石油醚提取液倒入一根裝有碳酸鈣的玻璃柱的頂端，然后用石油醚由上而下沖洗，結(jié)果在柱的不同部位形成不同的色帶，使不同的色素得到分離，色譜一詞由此而來(lái)。20世紀(jì)三四十年代相繼出現(xiàn)了薄層色譜法和紙色譜法，加上原有的柱色譜法，這三種色譜法統(tǒng)稱經(jīng)典液相色譜法，色譜法成為一門分離技術(shù)。經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，色譜法的許多理論、技術(shù)和方法趨于成熟，已成為一種分析速度快、靈敏度高、分離效果好、應(yīng)用范圍廣的重要分離分析方法。

第一節(jié)色譜法概述色譜法的分類

二、按流動(dòng)相與固定相的分子聚集狀態(tài)分類1.色譜法中按流動(dòng)相的類型可分為液相色譜法(liquidchromatography，LC)、氣相色譜法(gaschromatography，GC)和超臨界流體色譜法(supercriticalfluidchromatography，SFC)三大類。若再按固定相是固體或液體分類，氣相色譜法又可分為氣固色譜法(GSC)與氣-液色譜法(GLC)；液相色譜可分為液固色譜法(LSC)與液-液色譜法(LLC)；以化學(xué)鍵合固定相進(jìn)行的色譜法稱為鍵合相色譜法(bondedphasechromatography，BPC)。

第一節(jié)色譜法概述按操作形式分類2.按操作形式分類,色譜法可分為柱色譜法(columnchromatography)、平面色譜法(planar或planechromatography)、毛細(xì)管電泳法(capillaryelectrophoresis，CE)等。柱色譜法是將固定相裝于柱管(如玻璃柱或不銹鋼柱)內(nèi)構(gòu)成色譜柱，色譜過(guò)程在色譜柱內(nèi)進(jìn)行的色譜法。平面色譜法是指色譜過(guò)程在固定相構(gòu)成的平面狀層內(nèi)進(jìn)行的色譜法，又可分為薄層色譜法(thinlayerchromatography，TLC)和紙色譜法(paperchromatography，PC)等。毛細(xì)管電泳法和電色譜法的分離過(guò)程在毛細(xì)管內(nèi)進(jìn)行。

第一節(jié)色譜法概述色譜法的基本原理三、色譜過(guò)程1.如圖11-1所示，在一根下端墊有精制棉或玻璃棉的玻璃柱中裝入吸附劑氧化鋁(固定相)，將少量溶于石油醚的三組分有色混合物加入柱的頂端，并被吸附劑吸附，然后用一定體積的含20%乙醚的石油醚作為流動(dòng)相通過(guò)柱，一段時(shí)間后白色氧化鋁柱上出現(xiàn)三個(gè)色帶；三組分被分開；繼續(xù)加入流動(dòng)相洗脫，這三個(gè)色帶就會(huì)依次流出色譜柱。圖11-1氣相色譜結(jié)構(gòu)示意圖

第一節(jié)色譜法概述分配系數(shù)與保留行為的關(guān)系2.吸附和解吸的過(guò)程，實(shí)質(zhì)是物質(zhì)在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩相間“分配”不斷達(dá)到“平衡”的過(guò)程，即一系列動(dòng)態(tài)的分配平衡建立的過(guò)程。因此，混合物中各組分在兩相間的分配系數(shù)K值的不相等成為分離的決定因素。K值不相等，使流動(dòng)相攜帶各組分移動(dòng)的速度不相等，從而形成差速遷移，最終得到分離。分配系數(shù)是指在色譜柱中，達(dá)到分配“平衡”后，組分在固定相(s)與流動(dòng)相(m)中的濃度(c)之比：K=cs/cm（11-1）式中，K值與組分的性質(zhì)、固定相的性質(zhì)和流動(dòng)相的性質(zhì)以及溫度有關(guān)。

第二節(jié)氣相色譜法概述氣相色譜法的分類

一、按固定相的物態(tài)分類1.

按固定相的物態(tài)分類，氣相色譜法可分為氣固色譜(GSC)和氣-液色譜法(GLC)兩大類。

第二節(jié)氣相色譜法概述按色譜柱的粗細(xì)分類2.按色譜柱的粗細(xì)分類，氣相色譜法可分為兩種類型：如果柱管的內(nèi)徑較粗(多為4~6mm)，則稱為填充柱色譜法；如果柱管的內(nèi)徑較細(xì)(多為0.1~0.5mm)，則稱為毛細(xì)管柱色譜法。毛細(xì)管柱又可分為開管毛細(xì)管柱、填充毛細(xì)管柱等。

第二節(jié)氣相色譜法概述按分離機(jī)制分類3.

按分離機(jī)制分類，氣相色譜法可分為吸附色譜法和分配色譜法兩大類。氣固色譜法屬于吸附色譜法；而氣-液色譜法則屬于分配色譜法，是最常用的氣相色譜法。

第二節(jié)氣相色譜法概述氣相色譜法的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

二、色譜法的特點(diǎn)1.1.2.3.4.5.6.7.分析速度快。分離效率高。檢測(cè)靈敏度高。樣品用量少。選擇性好。多組分同時(shí)分析。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

第二節(jié)氣相色譜法概述氣相色譜法的一般流程

三、圖11-2氣相色譜法流程示意圖

第二節(jié)氣相色譜法概述由圖11-2可見，氣相色譜儀一般由以下五部分組成：（1）載氣系統(tǒng)。載氣系統(tǒng)包括氣源、凈化器、氣體流速控制和測(cè)量。（2）進(jìn)樣系統(tǒng)。進(jìn)樣系統(tǒng)包括進(jìn)樣器、氣化室，還配有加熱系統(tǒng)，以保證試樣氣化。（3）色譜柱系統(tǒng)。色譜柱系統(tǒng)包括恒溫控制裝置，這是色譜儀的核心部分。（4）檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)包括檢測(cè)器、控溫裝置。（5）記錄系統(tǒng)。記錄系統(tǒng)包括放大器、記錄器、數(shù)據(jù)處理裝置或計(jì)算機(jī)工作站。上述組成部件中，色譜柱和檢測(cè)器是最主要的兩個(gè)部件。

第三節(jié)氣相色譜法基本理論常用色譜術(shù)語(yǔ)

一、色譜圖及其可得到的參數(shù)1.圖11-3色譜流出曲線簡(jiǎn)圖圖11-4色譜峰參數(shù)

第三節(jié)氣相色譜法基本理論由色譜圖可得下列參數(shù)：(1)基線?；€是在操作條件下，沒(méi)有組分流出時(shí)的流出曲線。穩(wěn)定的基線應(yīng)是一條平行于橫軸的直線?；€反映了儀器(主要是檢測(cè)器)的噪聲隨時(shí)間的變化情況。(2)色譜峰。流出曲線上的突起部分稱為色譜峰。正常色譜峰為對(duì)稱正態(tài)分布曲線。不正常色譜峰有拖尾峰及前延峰兩種。前沿陡峭，后沿拖尾的不對(duì)稱色譜峰稱為拖尾峰；前沿平緩，后沿陡峭的不對(duì)稱色譜峰稱為前延峰。(3)峰高(h)。色譜峰的峰頂至基線的垂直距離稱為峰高。(4)峰面積(A)。色譜峰與基線所圍成的面積稱為峰面積。

第三節(jié)氣相色譜法基本理論(5)標(biāo)準(zhǔn)差(σ)。正態(tài)分布曲線上峰高的0.607倍處間距的一半稱為標(biāo)準(zhǔn)差。通過(guò)σ的大小可以看出組分在色譜柱內(nèi)的分散程度。σ越小，組分越集中，流出的峰形越窄，柱效就越高。(6)峰寬（Wb或Y）。峰寬也可稱基線寬度。通過(guò)色譜峰兩側(cè)的拐點(diǎn)作切線，在基線上的截距稱為峰寬。Wb=4σ（11-2）（7）半峰寬（Wb/2或Y1/2）。峰高一半處的峰寬為半峰寬，即Wb/2=2.355σ（11-3）

第三節(jié)氣相色譜法基本理論保留值2.保留值是表示試樣中各組分在色譜柱內(nèi)停留時(shí)間的數(shù)值。通常用時(shí)間或相應(yīng)的載氣體積來(lái)表示。(1)保留時(shí)間（tR）。從進(jìn)樣開始到某個(gè)組分的色譜峰頂點(diǎn)的時(shí)間間隔稱為該組分的保留時(shí)間。(2)死時(shí)間(tM或t0)。分配系數(shù)為零的組分的保留時(shí)間稱為死時(shí)間。氣相色譜中通常把空氣或甲烷視為此種組分，用來(lái)測(cè)定死時(shí)間。(3)調(diào)整保留時(shí)間(t′R)。組分在固定相中停留的時(shí)間稱為調(diào)整保留時(shí)間，它是保留時(shí)間和死時(shí)間之差，即t′R=tR-t0（11-4）

第三節(jié)氣相色譜法基本理論(4)保留體積(VR)。保留體積是保留時(shí)間和載氣流速(Fc，mL·min-1)的乘積，即VR=tRFc(11-5)載氣流速越大，組分的保留時(shí)間愈短，但兩者的乘積不變，因此VR與載氣流速無(wú)關(guān)。(5)死體積(V0)。死體積是死時(shí)間和載氣流速的乘積，即V0=t0Fc（11-6）顯然，載氣充滿死體積所需的時(shí)間即死時(shí)間。死體積增大，色譜峰擴(kuò)張(展寬)，柱效降低。(6)調(diào)整保留體積(V′R)。從保留體積中扣除死體積后的體積稱為調(diào)整保留體積，即VR=VR-V0=t′RFc（11-7）V′R也與載氣流速無(wú)關(guān)，它是常用的色譜定性參數(shù)之一。

第三節(jié)氣相色譜法基本理論容量因子(k)3.容量因子是指組分達(dá)到分配平衡時(shí)，組分在固定相與流動(dòng)相中的質(zhì)量之比，故又稱為質(zhì)量分配系數(shù)或分配比。其關(guān)系式如下：(11-8)式（11-8）中容量因子k表明了組分在固定相中的質(zhì)量(Ws)與在流動(dòng)相中的質(zhì)量(Wm)的倍數(shù)關(guān)系。k值越大，組分在固定相中的相對(duì)質(zhì)量也越大。同時(shí)，容量因子還可反映出調(diào)整保留時(shí)間與死時(shí)間的關(guān)系。經(jīng)推導(dǎo)、整理，得k=t′R/t0（11-9）

第三節(jié)氣相色譜法基本理論分配系數(shù)比(r2,1)4.分配系數(shù)比又稱為相對(duì)保留值或選擇性因子，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)整保留時(shí)間之比。其關(guān)系式如下：(11-10)式中,下標(biāo)2和1分別代表組分2和組分1，流出色譜柱的順序是組分1在前，組分2在后。由式（11-10）可知，若要分開混合物中相鄰的兩組分，它們的保留時(shí)間必須不相等。也可以說(shuō)，容量因子或分配系數(shù)不等是混合物分離的先決條件。

第三節(jié)氣相色譜法基本理論塔板理論

二、基本假設(shè)1.組分被載氣帶入色譜柱后在兩相中分配，由于流動(dòng)相移動(dòng)較快，組分不能在柱內(nèi)各點(diǎn)瞬間達(dá)到分配平衡。但為了便于理論推導(dǎo)，塔板理論假定：(1)在柱內(nèi)一小段高度H內(nèi)，組分可以很快在兩相中達(dá)到分配平衡。H稱為理論塔板高度。(2)載氣是間歇式通過(guò)色譜柱的，每次進(jìn)氣量為一個(gè)塔板體積。(3)試樣和新鮮載氣都加在第0號(hào)塔板上，且試樣的縱向擴(kuò)散可以忽略。(4)分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。

第三節(jié)氣相色譜法基本理論理論塔板數(shù)和塔板高度的計(jì)算2.理論塔板數(shù)和塔板高度是衡量柱效的指標(biāo)，由塔板理論可導(dǎo)出塔板數(shù)和峰寬的關(guān)系，即（11-11）應(yīng)注意的是，在計(jì)算時(shí)，式中的保留時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)差或半峰寬單位一致；此式求出的是一根色譜柱的塔板數(shù)；用不同組分計(jì)算同一根色譜柱的塔板數(shù)會(huì)有差別。理論塔板高度(H)可由色譜柱長(zhǎng)度（L）和理論塔板數(shù)計(jì)算，即H=L/n（11-12）

第三節(jié)氣相色譜法基本理論【例11-1】柱長(zhǎng)為3m，記錄紙速為0.50mm·s-1，測(cè)得苯的保留時(shí)間為180s，半峰寬為0.50cm，求理論塔板高度。解：由于保留時(shí)間與半峰寬的單位要一致，經(jīng)換算得根據(jù)式（11-11）代入數(shù)據(jù)，得若用t′R代替tR計(jì)算塔板數(shù)，則稱為有效理論塔板數(shù)(neff)，求得塔板高度為有效理論塔板高度(Heff)。

第三節(jié)氣相色譜法基本理論速率理論

三、渦流擴(kuò)散項(xiàng)1.

A=2λdp(11-14)式中，λ為填充不規(guī)則因子，填充越均勻，λ越?。籨p為填料(固定相)顆粒直徑。因此，采用粒度適中且顆粒均勻的填料，并盡量填充均勻，這是減少渦流擴(kuò)散，提高柱效的有效途徑。A項(xiàng)的存在使相同組分的分子經(jīng)過(guò)不同長(zhǎng)度的各種流經(jīng)途徑，先后流出色譜柱，形成渦流狀態(tài)，而使色譜峰擴(kuò)張，因此，該項(xiàng)也稱為多徑項(xiàng)。毛細(xì)管柱只有一個(gè)流路，無(wú)多徑項(xiàng)，A=0。

第三節(jié)氣相色譜法基本理論縱向擴(kuò)散項(xiàng)2.常數(shù)B稱為縱向擴(kuò)散系數(shù)或分子擴(kuò)散系數(shù)B=2γDg(11-15)式中，γ為擴(kuò)散阻礙因子，填充柱γ<1，毛細(xì)管柱無(wú)擴(kuò)散的障礙，γ=1；Dg為組分在載氣中的擴(kuò)散系數(shù)。由于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，因而勢(shì)必使運(yùn)動(dòng)著的分子產(chǎn)生縱向擴(kuò)散。縱向擴(kuò)散與分子在載氣中停留的時(shí)間及擴(kuò)散系數(shù)成正比。組分在載氣中的擴(kuò)散系數(shù)Dg與載氣分子量的平方根成反比，還受柱溫影響。

第三節(jié)氣相色譜法基本理論傳質(zhì)阻力項(xiàng)3.在氣相填充柱中，試樣組分的分子在氣-液兩相中溶解、擴(kuò)散、分配的過(guò)程稱為傳質(zhì)阻抗。影響這個(gè)過(guò)程進(jìn)行程度的阻力稱為傳質(zhì)阻力，它包括兩個(gè)部分，即氣相傳質(zhì)阻力項(xiàng)和液相傳質(zhì)阻力項(xiàng)，傳質(zhì)阻力項(xiàng)(C·u)中的C為液相傳質(zhì)阻力系數(shù)(Cl)及氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)(Cg)之和，因Cg很小，故C≈Cl,Cl的表達(dá)式為(11-16)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)。

第四節(jié)氣相色譜法色譜柱氣-液色譜填充柱

一、固定液1.

（1）對(duì)固定液的要求。在操作溫度下蒸氣壓要低，否則固定液會(huì)流失，增大噪聲，影響柱壽命和保留值的重現(xiàn)性，每一種固定液都有一個(gè)“最高使用溫度”；穩(wěn)定性好，在高溫下不分解，不與樣品組分或載體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；對(duì)被分離組分的選擇性要高，即分配系數(shù)有較大的差別；對(duì)試樣中各組分有足夠的溶解能力。

第四節(jié)氣相色譜法色譜柱（2）固定液的分類。據(jù)統(tǒng)計(jì)，固定液已有700多種?；瘜W(xué)分類與極性分類是常用的分類方法。化學(xué)分類法是以固定液的化學(xué)結(jié)構(gòu)為依據(jù)進(jìn)行分類，可分為烴類、硅氧烷類、聚醇和聚酯等。極性分類法是以固定液的相對(duì)極性大小為依據(jù)進(jìn)行分類的，這種方法在氣相色譜中應(yīng)用最廣泛。

第四節(jié)氣相色譜法色譜柱（3）固定液的選擇。固定液按相似性原則選擇，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，這樣，組分在固定液中的溶解度大，分配系數(shù)大，保留時(shí)間長(zhǎng)，各組分被分開的可能性就大。按極性相似選擇：非極性化合物應(yīng)首先選擇非極性固定液，組分基本上按沸點(diǎn)高低順序出柱，低沸點(diǎn)的在前，高沸點(diǎn)的在后；中等極性化合物可首選中等極性固定液，基本上仍按沸點(diǎn)高低順序出柱，但在沸點(diǎn)相同的組分中，極性較強(qiáng)的組分后出柱；強(qiáng)極性化合物首選極性固定液，按極性強(qiáng)弱順序出柱，極性弱的組分在前，極性強(qiáng)的組分在后。

第四節(jié)氣相色譜法色譜柱載體2.載體又稱擔(dān)體，一般是多孔性化學(xué)惰性微粒。特殊載體（如玻璃微珠）是比表面積大的化學(xué)惰性物質(zhì)，但并非多孔。（1）對(duì)載體的要求。比表面積大，孔徑均勻；表面沒(méi)有吸附性能(或很弱)；化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性均好；粒度均勻，有一定的機(jī)械強(qiáng)度等。（2）載體的分類。載體可分為硅藻土型載體與非硅藻土型載體兩大類。硅藻土型載體又可分為紅色載體和白色載體兩類。①紅色載體。紅色載體是用硅藻土與黏合劑直接煅燒而成的。②白色載體。在原料中加入少量助熔劑，如Na2CO3，煅燒后鐵生成了無(wú)色的鐵硅酸鈉配合物，使硅藻土呈白色。

第四節(jié)氣相色譜法色譜柱

氣-固色譜填充柱

二、

氣-固色譜填充柱的固定相可為吸附劑、分子篩、高分子多孔小球及化學(xué)鍵合相等。在藥物分析中應(yīng)用較多的是高分子多孔小球。高分子多孔小球(GDX)是一種人工合成的新型固定相，還可以作為載體。它由苯乙烯(STY)或乙基乙烯苯(EST)與二乙烯苯(DVB)交聯(lián)共聚而成，聚合物為非極性。若STY與含有極性基團(tuán)的化合物聚合，則形成極性聚合物。高分子多孔小球的分離機(jī)制一般認(rèn)為具有吸附、分配及分子篩三種作用。該固定相有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）選擇性強(qiáng)，改變制備條件及原料可以合成各種比表面積及孔徑的聚合物，根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇合適的固定相，使分離效果達(dá)到最佳。

第四節(jié)氣相色譜法色譜柱（2）無(wú)有害的吸附活性中心，極性組分也能獲得正態(tài)峰。（3）無(wú)流失現(xiàn)象，柱壽命長(zhǎng)。（4）具有強(qiáng)疏水性能，特別適合分析混合物中的微量水分。（5）比表面積較大，粒度均勻，機(jī)械強(qiáng)度高。（6）具有耐腐蝕性能，熱穩(wěn)定性好，最高使用溫度為200~300℃。（7）柱容量大，還適用于制備色譜。

第四節(jié)氣相色譜法色譜柱

毛細(xì)管色譜柱

三、毛細(xì)管色譜柱的分類1.

按制備方法的不同，毛細(xì)管色譜柱可分為開管型和填充型兩種。

(1)開管型毛細(xì)管柱。柱內(nèi)徑為0.1~0.5mm。目前應(yīng)用的主要是涂壁毛細(xì)管柱(WCOT)和載體涂層毛細(xì)管柱(SCOT)。

(2)填充型毛細(xì)管柱。將載體、吸附劑等松散地裝入玻璃管中，然后拉制成毛細(xì)管就構(gòu)成了填充型毛細(xì)管柱。

第四節(jié)氣相色譜法色譜柱開管型毛細(xì)管柱與一般填充柱的比較2.開管型毛細(xì)管柱尤其是SCOT柱是目前使用最多的毛細(xì)管柱。與一般填充柱相比，其特點(diǎn)如下：（1）柱滲透性好，可以增加柱長(zhǎng)，即增加色譜柱的塔板數(shù)，也可以用高載氣流速進(jìn)行快速分析。（2）柱效高，一根毛細(xì)管柱的理論塔板數(shù)最高可達(dá)106，最低也有幾萬(wàn)，而填充柱僅為幾千。柱效高主要是因?yàn)闊o(wú)渦流擴(kuò)散、傳質(zhì)阻抗小、柱長(zhǎng)比填充柱長(zhǎng)。（3）易實(shí)現(xiàn)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，由于毛細(xì)管柱的載氣流量小，較易維持質(zhì)譜儀離子源的高真空度。（4）柱容量小，進(jìn)樣器需有分流裝置。（5）定量重復(fù)性較差，這主要是由于進(jìn)樣量甚微造成的。因此，毛細(xì)管色譜柱多用于分離和定性分析，較少用于定量分析。

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器

常用檢測(cè)器

一、熱導(dǎo)檢測(cè)器1.熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)是利用被檢測(cè)組分與載氣的熱導(dǎo)率的差別來(lái)檢測(cè)組分的濃度變化的。具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、測(cè)定范圍廣、穩(wěn)定性好、線性范圍寬、樣品不被破壞等優(yōu)點(diǎn)，是一種通用型檢測(cè)器，但靈敏度低，對(duì)毛細(xì)管色譜柱的靈敏度更低，目前已很少選用。如圖115所示為熱導(dǎo)檢測(cè)器的示意圖。

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器圖11-5雙臂熱導(dǎo)池的構(gòu)造和檢測(cè)原理示意圖

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器操作熱導(dǎo)檢測(cè)器的過(guò)程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：（1）載氣的選擇。在熱導(dǎo)池體溫度與載氣流速等實(shí)驗(yàn)條件固定不變時(shí)，檢測(cè)器的靈敏度取決于載氣與分析組分熱導(dǎo)率之差，兩者相差越大，檢測(cè)器越靈敏。（2）增加橋流（即增加熱敏絲溫度）能提高檢測(cè)器靈敏度，但橋流過(guò)高會(huì)縮短熱敏元件的使用壽命及增加基線噪聲。應(yīng)當(dāng)注意的是，不通載氣不能加橋流，以防熱敏絲燒斷。（3）用峰面積定量時(shí)，應(yīng)保持載氣流速固定不變。因?yàn)闊釋?dǎo)檢測(cè)器屬于濃度型檢測(cè)器，當(dāng)進(jìn)樣量一定時(shí)，峰面積與載氣流速成反比。

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器氫火焰離子化檢測(cè)器2.氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)簡(jiǎn)稱氫焰檢測(cè)器。氫焰檢測(cè)器是利用有機(jī)物在氫火焰的作用下化學(xué)解離而形成離子流，借測(cè)定離子流強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。氫焰檢測(cè)器具有靈敏度高、響應(yīng)快、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，是目前最常用的檢測(cè)器之一，屬通用型檢測(cè)器。但一般只能測(cè)定含碳和氫的有機(jī)物，而且檢測(cè)時(shí)樣品易被破壞。如圖11-6所示為氫焰檢測(cè)器構(gòu)造。

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器圖11-6氫焰檢測(cè)器構(gòu)造示意圖1.收集極2.極化極3.氫氣4.接柱出口5.空氣6.高電阻7.放大器8.記錄儀

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器操作氫焰檢測(cè)器的過(guò)程中需注意以下事項(xiàng)：（1）氫焰檢測(cè)器常用氮?dú)鉃檩d氣，氫氣為燃?xì)猓諝鉃橹細(xì)?，三種氣體的流量比例會(huì)影響火焰的溫度及組分的電離過(guò)程，常用比例是氫氣∶氮?dú)?1∶1~1∶1.5（體積比），空氣約是氫氣的10倍以上。（2）極化電壓的大小對(duì)電流有明顯影響，通常選用150~300V的極化電壓。（3）用峰高定量時(shí)，應(yīng)保持載氣流速一致。因?yàn)闅溲鏅z測(cè)器屬質(zhì)量型檢測(cè)器，在進(jìn)樣量一定時(shí)，峰高(響應(yīng)信號(hào))與載氣流速成正比。

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器電子捕獲檢測(cè)器3.電子捕獲檢測(cè)器(ECD)是利用電負(fù)性物質(zhì)捕獲電子的能力，通過(guò)測(cè)定電子流進(jìn)行檢測(cè)。ECD具有靈敏度高、選擇性好的特點(diǎn)。它是一種非通用型（選擇性）檢測(cè)器，是目前分析痕量電負(fù)性有機(jī)化合物最有效的檢測(cè)器，對(duì)含鹵素、硫、氧、羰基、氰基等的化合物有很高的響應(yīng)，可檢測(cè)出CCl4為1.0×10-14g·mL-1

。但對(duì)無(wú)電負(fù)性的物質(zhì)如烷烴等幾乎無(wú)響應(yīng)。其線性范圍窄，分析重現(xiàn)性較差。

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器火焰光度檢測(cè)器4.火焰光度檢測(cè)器（FPD）是利用元素原子激發(fā)而發(fā)射出特定波長(zhǎng)的光線，根據(jù)光強(qiáng)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)分析。屬非通用型（選擇性）檢測(cè)器，只能測(cè)含P、S的化合物，由于其靈敏度高，非常適合農(nóng)藥殘留的測(cè)定。

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器

檢測(cè)器的性能指標(biāo)

二

、靈敏度1.靈敏度又稱響應(yīng)值或應(yīng)答值，是用來(lái)評(píng)價(jià)檢測(cè)器質(zhì)量或比較不同類型檢測(cè)器時(shí)的重要指標(biāo)。(1)濃度型檢測(cè)器的靈敏度（Sc）。它是指1mL載氣中攜帶1mg的某組分通過(guò)檢測(cè)器時(shí)所產(chǎn)生的毫伏數(shù)，單位為mV·mL·mg-1。計(jì)算公式為(11-17)式中，A為色譜峰面積（cm2）；C1為記錄器的靈敏度（mV·cm-1）；C2為記錄紙速的倒數(shù)（min·cm-1）；C3為柱出口載氣流速（mL·min-1）；W為某組分的進(jìn)樣量（mg）。

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器(2)質(zhì)量型檢測(cè)器的靈敏度（Sm）。它是指每秒有1g某組分通過(guò)檢測(cè)器時(shí)所產(chǎn)生的毫伏數(shù)，單位為mV·s·g-1。計(jì)算公式為

（11-18）式中，A、C1與C2的含義同式（11-17）中，W的單位常用g表示。

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器噪聲和漂移3.無(wú)樣品通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，由儀器本身和工作條件等的偶然因素引起的基線起伏稱為噪聲(N)。噪聲的大小用噪聲帶(峰-峰值)的寬度來(lái)衡量。基線隨時(shí)間朝某一方向的緩慢變化稱為漂移，通常用一小時(shí)內(nèi)基線水平的變化來(lái)表示。

第五節(jié)氣相色譜法檢測(cè)器檢測(cè)限（或稱敏感度）4.信號(hào)被放大器放大時(shí)，使靈敏度增高，但噪聲也同時(shí)放大，弱信號(hào)仍然難以辨認(rèn)。因此評(píng)價(jià)檢測(cè)器不能只看靈敏度，還要考慮噪聲的大小。檢測(cè)限從這兩方面來(lái)說(shuō)明檢測(cè)器性能。其定義為，某組分的峰高恰為噪聲的2倍時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)載氣引入檢測(cè)器中該組分的質(zhì)量或單位體積載氣中所含該組分的量。計(jì)算公式為質(zhì)量型檢測(cè)器：Dm=2N/Sm(11-19)濃度型檢測(cè)器：Dc=2N/Sc(11-20)式中，Dc與Dm的單位分別為g·s-1及g·mL-1(或mg·mL-1)。檢測(cè)限越小，檢測(cè)器的性能越好。

第六節(jié)分離條件的選擇

分離度和分離方程式

一

、分離度1.分離度又稱分辨率，是分離參數(shù)之一，用于衡量分離效果，用字母R表示。其定義式如下：(11-17)式中，tR1、tR2分別為組分1、2的保留時(shí)間；Wb1、Wb2分別為組分1、2色譜峰的峰寬。

第六節(jié)分離條件的選擇分離方程式2.分離方程式表明分離度與柱效、分配系數(shù)比(Y2,1)及容量因子（k）間的關(guān)系，表達(dá)式為（11-22）式中，a為柱效項(xiàng)；b為柱選擇性項(xiàng)；c為柱容量項(xiàng)；n為理論塔板數(shù)；k2為色譜圖上相鄰兩個(gè)組分中第二組分的容量因子；r2,1為分配系數(shù)比，即r2,1=K2/K1=k2/k1。三者對(duì)分離度的影響,如圖11-7所示，n影響峰的寬度，k影響峰位，r2,1影響峰間距。

第六節(jié)分離條件的選擇圖11-7各因素對(duì)分離度的影響示意圖

第六節(jié)分離條件的選擇由式(11-22)可以看出影響分離度的因素有：(1)若r2,1=1(即K1=K2)，則R為零，組分1和2不能分離。這也說(shuō)明分配系數(shù)不等是分離的前提。r2,1雖受流動(dòng)相性質(zhì)和柱溫的影響，但主要受固定相性質(zhì)的影響，因此只有選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ?，使不同組分與固定相的作用力存在差別，才能實(shí)現(xiàn)分離。一般來(lái)說(shuō)，在r2,1>1的前提下，k和n越大則分離度越大。（2）k與固定相用量、流動(dòng)相流速和柱溫有關(guān)，在前兩者確定的情況下，主要受柱溫的影響。（3）n主要受色譜柱的性能(固定相的粒度分布、固定相涂層厚度、柱填充均勻程度及柱長(zhǎng)等)和載氣流速的影響。

第六節(jié)分離條件的選擇

分離條件的選擇

二

、色譜柱的選擇1.對(duì)色譜柱的選擇主要是選擇固定相和柱長(zhǎng)。固定相選擇需注意兩個(gè)方面：極性及最高使用溫度。一般可按相似性原則和主要差別選擇固定相。在分析高沸點(diǎn)化合物時(shí)，需選擇高溫固定相。柱溫不能超過(guò)固定液的最高使用溫度。氣-液色譜法還要注意載體和固定液配比的選擇。高沸點(diǎn)樣品用比表面積小的載體、低固定液配比(1%~3%)，以防保留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，峰擴(kuò)張嚴(yán)重，且低配比時(shí)可使用較低柱溫。低沸點(diǎn)樣品宜用高固定液配比(5%~25%)，從而增大k值，以達(dá)到良好分離。難分離樣品可用毛細(xì)管柱。柱長(zhǎng)加長(zhǎng)能增加塔板數(shù)n，使分離度提高。但柱長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，峰變寬，柱阻也增加，并不利于分離。在不改變塔板高度H的條件下，分離度與柱長(zhǎng)有如下關(guān)系：(11-23)

第六節(jié)分離條件的選擇分離方程式2.柱溫對(duì)分離度影響很大，是分離條件選擇的關(guān)鍵。首先要考慮柱溫不能超過(guò)固定液的最高使用溫度，以免固定液流失。提高柱溫可加快分析速度，但會(huì)減小分配系數(shù)，加劇分子擴(kuò)散，降低柱效；降低柱溫，液相傳質(zhì)阻力增加而使峰擴(kuò)張，甚至引起拖尾。因此，對(duì)柱溫的選擇應(yīng)全面考慮，其基本原則是：在使最難分離的組分有符合要求的分離度的前提下，盡可能采用較低柱溫，但以保留時(shí)間適宜及不拖尾為度。

第六節(jié)分離條件的選擇載氣及其流速的選擇3.

載氣的選擇從三方面考慮，即考慮對(duì)峰擴(kuò)張、柱壓降及對(duì)檢測(cè)器的靈敏度影響，簡(jiǎn)要?dú)w納如下：載氣采用低線速時(shí)，宜用氮?dú)鉃檩d氣；高線速時(shí)宜用氫氣(黏度小)為載氣。色譜柱較長(zhǎng)時(shí)，在柱內(nèi)產(chǎn)生較大的壓力降，此時(shí)采用黏[JP]度低的氫氣較合適。通常載氣流速(Fc)可在20～100mL·min-1內(nèi)。應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳流速，以獲得高柱效。但為縮短分析時(shí)間，載氣流速常高于最佳流速。

第六節(jié)分離條件的選擇其他條件的選擇4.(1)進(jìn)樣量。在檢測(cè)器靈敏度足夠的前提下，盡量減少進(jìn)樣量。(2)氣化室溫度。氣化溫度取決于樣品的揮發(fā)性、沸點(diǎn)及進(jìn)樣量。(3)檢測(cè)室溫度。為了防止色譜柱流出物在檢測(cè)器中冷凝而污染檢測(cè)器，檢測(cè)室溫度需高于柱溫，一般可高于柱溫30~50℃左右，或等于氣化室溫度。但使用熱導(dǎo)檢測(cè)器時(shí)，若檢測(cè)室溫度太高，檢測(cè)器的靈敏度會(huì)降低。

第七節(jié)定性與定量分析方法

定性分析方法

一

、利用保留值定性1.同一種物質(zhì)在同一根色譜柱上、在相同的操作條件下保留值相同。這種方法適用于已知組分的產(chǎn)品分析。先將試樣注入色譜柱，分離，記錄色譜圖。再將適量的已知對(duì)照物質(zhì)加入試樣中，混勻，進(jìn)樣。對(duì)比加入對(duì)照物前后的色譜圖，若加入后某色譜峰相對(duì)增高，則該色譜組分與對(duì)照物質(zhì)可能為同一物質(zhì)。由于所用的色譜柱不一定適合于對(duì)照物質(zhì)與待定組分的分離，即使為兩種物質(zhì)，也可能產(chǎn)生色譜峰疊加現(xiàn)象。為此，需再選與上述色譜柱極性差別較大的色譜柱，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。若都產(chǎn)生疊加現(xiàn)象，一般可認(rèn)定兩者是同一物質(zhì)。

第七節(jié)定性與定量分析方法利用兩譜聯(lián)用定性2.氣相色譜的分離效率很高，但僅用色譜數(shù)據(jù)定性卻很困難。而紅外吸收光譜、質(zhì)譜及核磁共振譜等是鑒定未知物的有力工具，但卻要求所分析的樣品成分盡可能單一。因此，把氣相色譜儀作為分離手段，把質(zhì)譜儀、核磁共振波譜儀和紅外分光光度計(jì)等充當(dāng)檢測(cè)器，對(duì)組分進(jìn)行定性，這種方法稱為色譜光譜聯(lián)用，簡(jiǎn)稱兩譜聯(lián)用。兩譜聯(lián)用方式有兩種：一種是將色譜儀與光譜(質(zhì)譜)儀聯(lián)合制成一件完整的儀器，稱為聯(lián)用儀(在線聯(lián)用)；另外一種是收集某氣相色譜分離后的各純組分，而后用光譜儀器測(cè)定它們的光譜，進(jìn)行定性，稱為兩譜聯(lián)用法，屬于離線聯(lián)用。

第七節(jié)定性與定量分析方法

定量分析方法

二

、定量校正因子1.（1）定量校正因子的定義。定量校正因子分為絕對(duì)定量校正因子和相對(duì)定量校正因子。絕對(duì)定量校正因子是指單位峰面積所代表的物質(zhì)的