分析化学17气相色谱法

1、第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 第一节第一节 概述概述 气相色谱法（气相色谱法（gas chromatography, GCgas chromatography, GC）是以气体）是以气体 为流动相的色谱法。当气化的被测物质随载气进入色谱为流动相的色谱法。当气化的被测物质随载气进入色谱 柱时，基于被测物质在气相和固定相之间吸附柱时，基于被测物质在气相和固定相之间吸附- -解吸附解吸附 （气（气- -固色谱）或分配（气固色谱）或分配（气- -液色谱）差异进行分离。液色谱）差异进行分离。 气固色谱气固色谱：利用不同物质在固体吸附剂上的物理吸附：利用不同物质在固体吸附剂上的物理吸附 -解吸能

2、力不同实现物质的分离。解吸能力不同实现物质的分离。 气液色谱气液色谱：利用待测物在载气和固定在惰性固体表面：利用待测物在载气和固定在惰性固体表面 的液体固定相之间的分配原理实现分离。的液体固定相之间的分配原理实现分离。 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 气相色谱优缺点气相色谱优缺点 优点：优点： 1.1. 分离能力强：分离能力强： 理论板数理论板数103106 2.2. 灵敏度高：灵敏度高： 10-1110-13g 3. 选择性高：可分离对映体等难分离物质选择性高：可分离对映体等难分离物质 4. 快速：一次分析可在几秒快速：一次分析可在几秒几十分钟完成几十分钟完成 5. 可用于无发色团组

3、分分析可用于无发色团组分分析 缺点：缺点： 1.1.只适用于热稳定性好、易气化的物质分析只适用于热稳定性好、易气化的物质分析 2.2.分析非挥发性物质时需衍生化分析非挥发性物质时需衍生化 3.3.由于进样量少，定量进样有一定困难由于进样量少，定量进样有一定困难 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 气相色谱仪气相色谱仪 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 气相色谱流程示意图气相色谱流程示意图 随着电子技术和 计算机技术的发 展，气相色谱仪 的各种参数（温 度、载气流速、 自动进样等）控 制均已实现自动 化 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 1. 载气系统（载气系统（gas supp

4、ly system） 包括气体钢瓶或气体发生器，压力调节器，净化管，流量控制器，包括气体钢瓶或气体发生器，压力调节器，净化管，流量控制器， 等。等。 功能功能: 提供清洁、流量恒定的载气提供清洁、流量恒定的载气 2. 进样系统进样系统(sample injection system) 包括进样器包括进样器 (微量进样针或自动进样器微量进样针或自动进样器)、隔垫和气化、隔垫和气化 室。室。 功能功能: 将试样引入将试样引入GC系统并蒸发成气体。系统并蒸发成气体。 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 3. 色谱柱系统（Column system） 色谱柱，柱温箱色谱柱，柱温箱 色谱柱类型色谱柱

5、类型: 填充柱（柱内径填充柱（柱内径 25mm) 毛细管柱毛细管柱 (柱内径柱内径0.10.53mm) 柱温可按程序改变（程序升温）柱温可按程序改变（程序升温） 4. 检测和数据处理系统（Detection and data system） 检测器，数据获取和处理装置检测器，数据获取和处理装置 5. 控制系统（Control system） 温度控制，载气流量控制，（自动进样控制），信号控制温度控制，载气流量控制，（自动进样控制），信号控制 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 一、气-液色谱固定相（Gas-liquid stationary phase） 气-液色谱固定相由固定液(stat

6、ionary liqiud,immobilized liquid) 和载体（ support）组成 （一）固定液 固定液一般为高沸点物质 (1) 在使用温度下蒸汽压 He N2 4. 热丝电阻值 载气 热导率 载气 热导率 H2 224.3 CH4 45.8 He 175.6 propane 26.4 N2 31.5 ethanol 22.3 Air 31.5 acetone 17.6 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 二、氢焰离子化检测器（二、氢焰离子化检测器（Flame ionization detector，FID) u结构结构 含碳有机物在含碳有机物在H2-Air火焰中燃烧产生碎

7、片离子，在电场作用下形成火焰中燃烧产生碎片离子，在电场作用下形成 离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的组分。离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的组分。 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 机理不十分清楚，化学离子化是可能的离子化机理机理不十分清楚，化学离子化是可能的离子化机理. 以苯为例以苯为例: C6H6 裂解 6CH 3O2+6CH + 6e 6CHO+ 6CHO+6H2O6CO + 6H3O+ 影响影响FID灵敏度的因素灵敏度的因素： 1. 气体流速比例: N2:H2 = 1:11:1.5；H2:Air = 1:10 2. 检测器温度: 100 （

8、常用200-250 ） 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法FIDFID特点特点 质量型检测器质量型检测器 结构简单、耐用结构简单、耐用 灵敏度高灵敏度高 (10-13 g/s) 响应动态范围宽响应动态范围宽 (107) 响应值与有机物中含碳原子的数目有关响应值与有机物中含碳原子的数目有关 对不可燃化合物（对不可燃化合物（H2O, CO2, SO2, CS2, NOx）无响应）无响应 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 三、电子捕获检测器（Electron capture detector，ECD） 63Ni or 3H 结构: 检测原理: 放射源发出的-电子使载气分子离子化，在电场作用

9、下 形成稳定的基流； 具有强电负性元素的有机分子捕获-电子，使基流降低， 形成倒峰。 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 电子捕获检测器的特点电子捕获检测器的特点 对含电负性基团（卤素、硝基、过氧化物）具有选择性响应对含电负性基团（卤素、硝基、过氧化物）具有选择性响应 (10-15 g/s) 对胺、醇、碳氢化合物基本不敏感对胺、醇、碳氢化合物基本不敏感 响应动态范围较窄响应动态范围较窄 (102) 非线性响应非线性响应: 需用高纯需用高纯 N2 (99.999%) 作为载气作为载气 Kc eii 0 非破坏性检测非破坏性检测 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 其他重要检测器其他重要检

10、测器 火焰光度检测器火焰光度检测器 (Flame photometric detector，FPD) 对含对含S和和P化合物具有选择性响应化合物具有选择性响应 热离子检测器热离子检测器 (thermionic detector，TID）：也称氮磷检）：也称氮磷检 测器（测器（Nitrogen phosphorus detector，NPD), 对含对含N和和 P化合物具有选择性响应化合物具有选择性响应 质谱检测器质谱检测器 (MSD) 傅里叶变换红外检测器（傅里叶变换红外检测器（FTIR） 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法第五节第五节 色谱条件选择色谱条件选择 u D d k k u D

11、 dH l fg p 2 )1 (3 2 2 2 2 2 1 1 4k kn R 一、色谱条件选择的依据 Where is separation factor, k2 is retention factor (capacity factor) of compound 2 which is retained stronger than compound 1. 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 1. 固定相选择固定相选择 见第二节见第二节. 2. 柱温柱温 色谱柱选定后，柱温是影响分离的最重要条件。柱温降低，分离色谱柱选定后，柱温是影响分离的最重要条件。柱温降低，分离 度提高，但峰宽增加，分

12、析时间加长。度提高，但峰宽增加，分析时间加长。 选择原则选择原则：在使难分离物质对得到良好分离，分析时间适宜，峰形对：在使难分离物质对得到良好分离，分析时间适宜，峰形对 称的前提下，尽量用低柱温。称的前提下，尽量用低柱温。 等温等温: 在分析过程中柱温保持不变在分析过程中柱温保持不变. 程序升温程序升温(temperature programming): 在一个分析周期中，柱温按在一个分析周期中，柱温按 照一定程序改变，以利于性质差异大的组分达到合适的分离度。该法照一定程序改变，以利于性质差异大的组分达到合适的分离度。该法 适用于复杂组分（如宽沸程样品、极性差异大的样品）分析。适用于复杂组分（

13、如宽沸程样品、极性差异大的样品）分析。 二、 实验条件的选择 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 例：等温和例：等温和 程序升温程序升温 对分离效对分离效 果的影响果的影响 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 3. 载气 低线速时，用N2 高线速时，用H2或 He 用TCD时，使用H2或 He可提高灵敏度 4. 其他条件 (1)进样口温度：应保证样品瞬间气化 (2)检测器温度: 高于柱温20-50 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 1. 分解法分解法 热裂解法热裂解法: 适用于高聚物等大分子分析适用于高聚物等大分子分析 水解法水解法: 将大分子水解成小分子将大分子水解成小分子,蛋

14、白质水解成氨基酸蛋白质水解成氨基酸 2. 衍生化法衍生化法 酯化酯化(esterification): -COOH-COOR 硅烷化硅烷化(silanization): -OH-O-Si(CH3)3 -COOH-COOSi(CH3)3 -NHR-NRSi(CH3)3 酰化 酰化(acylation): -OH-OCOR -NN2-NHCOR 三、 样品预处理 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 第六节第六节 定性分析和定量分析定性分析和定量分析 一、系统适用性试验一、系统适用性试验 用规定的对照品溶液或系统适用性试验溶液进行试验，以判定所用色用规定的对照品溶液或系统适用性试验溶液进行试验，

15、以判定所用色 谱系统是否规定的要求。谱系统是否规定的要求。 1色谱柱的理论板数（色谱柱的理论板数（n） 此参数用于评价色谱柱的分离效能。此参数用于评价色谱柱的分离效能。 2分离度（分离度（R）: 要求要求1.5 3重复性重复性: 用于评价连续进样中色谱系统响应值的重复性。用于评价连续进样中色谱系统响应值的重复性。 4拖尾因子（拖尾因子（T） 用于评价色谱峰的对称性。用于评价色谱峰的对称性。 除另有规定外，除另有规定外，T应在应在0.951.05之间。之间。 1 05. 0 2d W T h 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 第六节第六节 定性分析和定量分析定性分析和定量分析 二、定性分析

16、二、定性分析 1.已知对照品对照法已知对照品对照法 2.采用相对保留值定性采用相对保留值定性 3.用用Kovats保留指数定性保留指数定性 4.以以GC-MS、GC-FTIR联用法定性联用法定性 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 三、定量分析三、定量分析 (一一) 校正因子校正因子 i i i A m f is si s s i i s i g Am Am A m A m f f f (二) 定量方法 1.归一化法（Normalization method） 100(%) )()3(3)2(2)1(1 )( ngnggg igi i fAfAfAfA fA w 所有组分均应被分离并被检测

17、到 对进样量要求不严格 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 2. External standardization （外标法）（外标法） （2）外标一点法（one point external standard method） 如校正曲线通过原点，可用外标一点法 12345 200 400 600 800 1000 peak area concentration ( mg/mL) si si i i m A A m)( )( （1）标准曲线法或校正曲线法 （Standard curve method Calibration curve method） si si i i c A A c)(

18、 )( Note: 进样量必须严格准确 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 3.内标法内标法(Internal standard method) 对内标物的要求对内标物的要求： （1）样品中不存在的物质 （2）与被测组分完全分离，但保留时间接近；多种 组分同时定量时，内标峰最好处于几个被测组分峰之 间 （3）纯度高 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 3.内标法内标法(Internal standard method) iii Afm sss Afm s ss ii i m fA fA m 100(%) m m fA fA w s ss ii i （1）内标校正因子法 （2）内标校正曲

19、线法 12345 200 400 600 800 1000 Ai/As concentration ci( mg/mL) 该法需已知校正因子，或者先测定被测物相对于内标物的校正因子。该法需已知校正因子，或者先测定被测物相对于内标物的校正因子。 在质量为在质量为m的样品中加入质量为的样品中加入质量为ms的内标物，的内标物，GC分析后根据下式计算：分析后根据下式计算： 配制一系列不同浓度的对照液，并加入相配制一系列不同浓度的对照液，并加入相 同量的内标物，进样分析，测得同量的内标物，进样分析，测得Ai和和As， 以以Ai/As对对照溶液浓度作图，求回归方程。对对照溶液浓度作图，求回归方程。 供试液配制时也需加入与对照液相同量的供试液配制时也需加入与对照液相同量的 内标物，由校正曲线求得待测组分含量。内标物，由校正曲线求得待测组分含量。 第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法 （3）内标对