第七章 气相色谱法(GC)1.ppt

第七章气相色谱法 GC 7 1色谱法概述7 1 1历史7 1 2色谱法分类7 1 3基本概念和术语7 1 4分离效能指标7 2色谱法理论7 2 1塔板理论7 2 2速率理论7 2 3分离条件的选择7 3气相色谱法7 3 1气相色谱仪7 3 2气相色谱分析方法 7 1色谱法概述 色谱法是一种重要的分离分析方法 它是根据组分与固定相和流动相的作用力不同而达到分离目的的 7 1色谱法概述 7 1 1历史 MichaelTswett研究植物色素分离 提出色谱法的概念 7 1色谱法概述 7 1 1历史 1941Martin和Synge提出液 液色谱理论 1952James和Martin发展了气相色谱 1956VanDeemter提出速率理论 AJPMartinandRLMSynge Nobelprizewinnersin1952 1967Kirkland等研制高效液相色谱法 1937 1972 12Nobelprizewinnersfromchromatography 7 1色谱法概述 7 1 2色谱法分类 按流动相分 气相色谱 GC 液相色谱 LC 超临界流体色谱 SFC 按机理分 吸附色谱 adsorption 分配色谱 partition 离子交换色谱 ionexchange 排阻色谱 sizeexclusion 正相色谱反相色谱 7 1色谱法概述 7 1 2色谱法分类 按固定相在支持体中的形状分 柱色谱平板色谱 纸色谱薄层色谱 新型色谱 微柱色谱毛细管电动色谱 7 1色谱法概述 7 1 3基本概念和术语 1色谱流出曲线或色谱图 chromatogram 指样品注入色谱柱后 信号随时间变化的曲线 W1 2 7 1色谱法概述 7 1 3基本概念和术语 2基线无组分通过色谱柱时 检测器的噪音随时间变化的曲线 3峰宽峰底宽Wi峰半宽W1 2标准偏差 Gaussian分布曲线的特征 4保留值保留时间tR 进样到出现色谱峰的时间保留体积VR 进样到出现色谱峰时消耗的流动相体积死时间tM 流动相流过色谱柱的时间死体积VM 色谱柱的空隙体积 7 1色谱法概述 7 1 3基本概念和术语 校正保留时间 校正保留体积 流动相流动线速度 7 1色谱法概述 7 1 3基本概念和术语 5相对保留值 选择性系数 6分配系数和分配比 容量因子 分配系数K 一定温度与压力下两相达平衡后 组分在固定相和流动相浓度的比值 分配比 容量因子 k 一定温度与压力下两相达平衡后 组分在固定相和流动相量的比值 流速一定 K与k的关系 7 1色谱法概述 7 1 3基本概念和术语 7容量因子k与保留值的关系 色谱基本保留方程 证明色谱保留方程 当组分一半流出色谱柱时 7 1色谱法概述 7 1 3基本概念和术语 7 1色谱法概述 7 1 4分离效能指标 1选择性 相对保留值 selectivityfactor 相对保留值由两组分的热力学性质 k 决定 与色谱柱的长短粗细 峰宽 无关 2峰宽度 3分离度resolution R 1 0两峰明显重叠R 1 0两峰达97 7 分离R 1 5基线分离 小结 色谱法研究的核心 选择最适合的色谱体系和条件 在最短的时间达到最佳的分离效果 7 2色谱法理论 目的 从理论上得到描述色谱流出曲线的方程 并通过这一方程各参数来研究影响分离的因素 7 2 1塔板理论 假设 1 色谱柱存在多级塔板 2 组分通过时在每级塔板两相间达到一次平衡 7 2 1塔板理论 峰宽流动相气体通过体积后格塔板上的浓度分布 7 2 1塔板理论 除n 0外 每条曲线都有一个极大点 2个拐点 7 2 1塔板理论 极大点 拐点 切线与横轴的两个交点 峰底宽 n 1块塔板时 流出曲线方程 流出曲线方程与K有关 7 2 1塔板理论 由于所获得的流出曲线在n很大时呈正态分布 因此可将流出曲线方程转化为正态分布方程形式 将此方程与标准正态分布曲线方程比较 或 7 2 1塔板理论 根据 所以 n称为色谱柱的理论塔板数 因为tR是热力学常数 当色谱柱的长度一定 理论板数目n越大 色谱峰越窄 7 2 1塔板理论 neff与n的关系 塔板高度H与塔板数n的关系 1从理论上得到了描述色谱流出曲线的方程 通过该方程可以预测具有不同分配系数K的两种物质在塔板数为n的色谱柱上分离的情况 小结 2通过方程看出影响柱效的因素是理论板数n 其值越大 色谱峰越窄 分离效果越好 3既然色谱分离的依据是组分在两相中的分配能力差异 因此 两相不限于液 固相 也可是气 固相或气 液相 4问题 怎样提高色谱柱的理论塔板数n 从而提高色谱柱的效率 小结 7 2色谱法理论 5 2 2速率理论 不足 指出了理论板数n或理论板高度H对色谱柱效率的影响 未指出影响塔板高度的因素 不能从理论上指导如何装柱 不能指导如何从实验上提高色谱柱的效率 1塔板理论的特点 2VanDeemter方程1956年VanDeemter提出速率方程 指出了提高柱效率的途径 7 2色谱法理论 7 2 2速率理论 7 2 2速率理论 塔板理论研究的是平衡态 速率理论从动态角度出发 提出改变色谱条件 控制流速 提高分离效率 色谱峰变宽是由于某些粒子的移动速度较慢造成的 VanDeemter方程 7 2 2速率理论 式中u 流动相流动的线速度 1 A 涡流扩散项 multipleflowpath指固定相填充不均匀引起的扩散 为填充的不规则因子dp 固定相颗粒粒径 7 2 2速率理论 7 2 2速率理论 2 B u 纵向分子扩散项 longitudinaldiffusion指分子沿色谱柱轴向扩散引起的色谱谱带展宽 式中 弯曲因子 填充柱空心柱 组分在流动相中的扩散系数 由于组分在液相中的扩散系数只有气体中的1 105 因此在液相色谱中B可以忽略 2 B u 纵向分子扩散项 longitudinaldiffusion分子沿色谱柱轴向扩散引起的色谱谱带展宽 7 2 2速率理论 3 Cu 传质阻力项 masstransfercoefficient指组分在流动相和固定相之间传质的阻力 D为扩散系数 td 解吸时间dp和df为填充粒子直径和固定液膜的厚度 流动相传质阻力 固定相传质阻力 液体固定相 固体固定相 7 2 2速率理论 速率方程为 思考 1怎样装柱才能提高色谱柱的效率 2空心柱是否能够用于色谱分离 3如何获得色谱最佳流速 7 2 2速率理论 u在上述方程各项中存在矛盾 因此 应求出最佳值 7 2色谱法理论 7 2 3分离条件的选择 综合塔板理论和速率理论 可获得影响色谱分离效率的因素 5 3 1气相色谱仪 7 3气相色谱法 载气 净化器 流量计 色谱柱 柱箱 汽化室 检测器 记录器 进样 放空 气相色谱仪流程图 7 3 1气相色谱仪 气相色谱仪主要包括四部分 1载气系统2进样系统3分离系统4检测系统 1载气系统载气由压缩气体钢瓶供给 经减压阀 稳压阀控制压力和流速 由压力表指示气体压力 然后进入检测器热导池的参考臂 继而进入色谱柱 最后通过热导池 流量计而放入大气 载气的基本要求 1 纯净通过活性炭或分子筛