仪器分析气相色谱分析

1、第二章气相色谱分析第二章气相色谱分析基本要点：基本要点： 1 1、理解混合物中各组分在色谱柱内得到、理解混合物中各组分在色谱柱内得到分离的原因；分离的原因； 2 2、理解柱效率的物理意义及其计算方法；、理解柱效率的物理意义及其计算方法； 3 3、理解速率理论方程对实际分离的指导、理解速率理论方程对实际分离的指导意义；意义； 4 4、掌握分离度的计算及影响分离度的重、掌握分离度的计算及影响分离度的重要色谱参数要色谱参数。第一节第一节 概述概述 色谱法是一种重要的分离分析方法，它色谱法是一种重要的分离分析方法，它是根据组分在两相中作用能力不同而达到是根据组分在两相中作用能力不同而达到分离的目的。分

2、离的目的。 1906 1906年俄国植物学家茨维特（年俄国植物学家茨维特（Tswett）用碳）用碳酸钙分离植物色素分离，提出色谱法概念酸钙分离植物色素分离，提出色谱法概念; ;装有石油装有石油醚的分液醚的分液漏斗漏斗装有装有CaCO3CaCO3的玻璃管柱的玻璃管柱接受洗脱液接受洗脱液的锥形瓶的锥形瓶 茨维特吸附色茨维特吸附色谱分离实验示谱分离实验示意图意图 19411941马丁马丁(Martin)(Martin)和辛格和辛格(Synge)(Synge)提出液提出液- -液色液色谱理论；谱理论； 19521952詹姆斯詹姆斯 James)James)和马丁和马丁(Martin)(Martin)发

3、展了气发展了气相色谱；相色谱； 1956 1956范第姆特范第姆特 Van Deemter)Van Deemter)提出速率理论；提出速率理论； 1967 1967柯克兰柯克兰(Kirkland)(Kirkland)等研制高效液相色谱法；等研制高效液相色谱法； 80 80年代以后年代以后 出现毛细管电泳和毛细管电动色谱等一系列新出现毛细管电泳和毛细管电动色谱等一系列新的色谱分析方法。的色谱分析方法。色色 谱谱气相色谱气相色谱气液色谱（气液色谱（GLC）：）：固定相为涂在固定相为涂在固体上或毛细管壁上的液体固体上或毛细管壁上的液体气固色谱（气固色谱（GSC）：）：固定相为固体固定相为固体吸附剂吸

4、附剂（GC：以以气 体 为 流气 体 为 流动相动相）液相色谱液相色谱液液色谱（液液色谱（LLC）：）：固定相为液体固定相为液体液固色谱（液固色谱（LSC）：）：固定相为固体固定相为固体（LC：以液体以液体为流动相）为流动相）二、色谱法分类二、色谱法分类1、按两相的物理状态、按两相的物理状态2、按固定相使用的形式、按固定相使用的形式色色 谱谱柱色谱：柱色谱：将很细的固定相装入玻璃管或金将很细的固定相装入玻璃管或金属管内，流动相依靠自身的重力或外加压属管内，流动相依靠自身的重力或外加压力通过固定相。力通过固定相。平板色谱平板色谱：固定相是多孔的滤纸或固定相固定相是多孔的滤纸或固定相是均匀地铺在一

5、块是均匀地铺在一块玻璃板或塑料板玻璃板或塑料板上，让上，让流动相通过毛细现象或重力作用携带样品流动相通过毛细现象或重力作用携带样品通过固定相。通过固定相。 3、按分离过程的机制、按分离过程的机制色色 谱谱吸附色谱法吸附色谱法: 利用吸附剂表面对不同组分的物理吸利用吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能的差异进行分离附性能的差异进行分离分配色谱法分配色谱法: 利用不同组分在两相中有不同的分配利用不同组分在两相中有不同的分配来进行分离来进行分离离子交换色谱法离子交换色谱法: 利用离子交换原理利用离子交换原理排阻色谱法排阻色谱法: 利用多孔性物质对不同大小分子的排利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用阻

6、作用三、基本概念与术语三、基本概念与术语1、色谱流出曲线、色谱流出曲线指样品注入色谱柱后，信号随时间变化的曲线。指样品注入色谱柱后，信号随时间变化的曲线。2、常用术语、常用术语（1）基线）基线 无组分通过色谱柱时，检测器的噪音随时间变无组分通过色谱柱时，检测器的噪音随时间变化的曲线。化的曲线。（2）峰宽）峰宽 峰底宽峰底宽Y 峰半宽峰半宽Y1/2 标准偏差标准偏差 4Y2ln2221Y0.607h2 Y1/21/2hY（3 3）保留值）保留值 保留时间保留时间t tR R : :进样到出现色谱峰的时间进样到出现色谱峰的时间 保留体积保留体积V VR R: :进样到出现色谱峰时消耗的流动相进样到

7、出现色谱峰时消耗的流动相体积体积 死时间死时间t tM M : :流动相流过色谱柱的时间流动相流过色谱柱的时间 死体积死体积V VM M : :色谱柱的空隙体积色谱柱的空隙体积tMtRMRRtttRtRVMRRVVVFtVRR（4 4）相对保留值）相对保留值12121 , 2RRRRVVttrF 流动相流动线速度流动相流动线速度（5 5）分配系数和分配比（容量因子）分配系数和分配比（容量因子） 分配系数分配系数K K：一定温度与压力下两相达平衡后，：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。组分在固定相和流动相浓度的比值。MSCCK 分配比分配比( (容量因子容量因子) )

8、：一定温度与压力下两相达：一定温度与压力下两相达平衡后，组分在固定相和流动相的质量的比值。平衡后，组分在固定相和流动相的质量的比值。MSmmk K K 与与k k 的关系：的关系：kVVkVmVmCCKSMMMSSMS式中：式中：V VM M为柱中流动相的体积，近似等于死体积。为柱中流动相的体积，近似等于死体积。VsVs为柱为柱中固定相的体积，在各种不同的类型的色谱中有不同的含中固定相的体积，在各种不同的类型的色谱中有不同的含义。例如：在分配色谱中，义。例如：在分配色谱中，VsVs表示固定液的体积；在尺寸表示固定液的体积；在尺寸排阻色谱中，则表示固定相的孔体积。排阻色谱中，则表示固定相的孔体积

9、。称为相比，称为相比，为为流动相体积流动相体积V VM M与固定相体积与固定相体积VsVs之比。之比。是各种色谱柱型特是各种色谱柱型特性的参数。例如，对填充柱，其性的参数。例如，对填充柱，其值一般为值一般为6 63535；对毛；对毛细管柱，其细管柱，其值为值为505015001500。（6 6）容量因子）容量因子k k与保留值的关系与保留值的关系MMRMRtttttk)1 (kttMRSSMMMRCVCVCV证明：当组分一半流出色谱柱时证明：当组分一半流出色谱柱时SSMMCVCVMRCVSSMMMRCVCVCVSSMMSMMSSMRVVVkVKVVCCVVV)1 (kVkVVVMMMR)1 (

10、kFVFVMR四、分离效能指标四、分离效能指标1 1、选择性、选择性（相对保留值）（相对保留值）12121 . 212KKkkttrRR 相对保留值由两组分的热力学性质决定，与色相对保留值由两组分的热力学性质决定，与色谱柱的长短粗细无关。谱柱的长短粗细无关。2 2、峰宽度、峰宽度3 3、分离度、分离度21212YYttRRR 分离度考虑了保留时间和峰宽度，是一个综合分离度考虑了保留时间和峰宽度，是一个综合指标：指标：R 1.0两峰明显重叠两峰明显重叠R = 1.0两峰达两峰达97.7%分离分离R 1.5两峰完全分开两峰完全分开小结小结色谱法研究的核心：色谱法研究的核心： 选择最适合的色谱体系和

11、条件、在最短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。的时间达到最佳的分离效果。第二节第二节 气相色谱分析理论基础气相色谱分析理论基础一、色谱分离的过程一、色谱分离的过程1 1、气、气固色谱固色谱 固定相是一种具有多孔及较大表面积的吸附剂颗粒。随固定相是一种具有多孔及较大表面积的吸附剂颗粒。随着载气的流动，被测组分在吸附剂表面进行反复的物理着载气的流动，被测组分在吸附剂表面进行反复的物理吸附、脱附过程。由于被测物质中各个组分的性质不同，吸附、脱附过程。由于被测物质中各个组分的性质不同，它们在吸附剂上的吸附能力就不一样，较难被吸附的组它们在吸附剂上的吸附能力就不一样，较难被吸附

12、的组分就容易被脱附，较快地移向前面。容易被吸附的组分分就容易被脱附，较快地移向前面。容易被吸附的组分就不易被脱附，向前移动得慢些。经过一定时间，即通就不易被脱附，向前移动得慢些。经过一定时间，即通过一定量的载气后，试样中的各个组分就彼此分离而先过一定量的载气后，试样中的各个组分就彼此分离而先后流出色谱柱。后流出色谱柱。2 2、气、气液色谱液色谱 固定相是在化学惰性的固体微粒固定相是在化学惰性的固体微粒( (此固体是用来支持固定此固体是用来支持固定液的，称为担体液的，称为担体) )表面，涂上一层高沸点有机化合物的液表面，涂上一层高沸点有机化合物的液膜。这种高沸点有机化合物称为固定液。当载气携带被

13、测膜。这种高沸点有机化合物称为固定液。当载气携带被测物质进入色谱柱和固定液接触时，气相中的被测组分就与物质进入色谱柱和固定液接触时，气相中的被测组分就与固定液进行反复多次溶解、挥发、再溶解、再挥发。由于固定液进行反复多次溶解、挥发、再溶解、再挥发。由于各组分在固定液中溶解能力不同。溶解度大的组分就较难各组分在固定液中溶解能力不同。溶解度大的组分就较难挥发，停留在柱中的时间长些，往前移动得就慢些。而溶挥发，停留在柱中的时间长些，往前移动得就慢些。而溶解度小的组分，往前移动得快些，停留在柱中的时间就短解度小的组分，往前移动得快些，停留在柱中的时间就短些。经过一定时间后，各组分就彼此分离。些。经过一

14、定时间后，各组分就彼此分离。1 1、塔板理论、塔板理论 目的目的从理论上得到描述色谱流出曲线的方程，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。并通过这一方程各参数来研究影响分离的因素。假设：假设： （1 1）色谱柱存在多级塔板；色谱柱存在多级塔板；（2 2）组分通过时在每级塔板两相间达到一次平）组分通过时在每级塔板两相间达到一次平衡；衡；r 塔板数塔板数N 转移次数转移次数设：有设：有A、B两组分，两组分，kA = 2 kB = 1/2 当当 N = 0r = 0r0r1r2。rnA组分在两相分配达平衡后：流动相分量=固定相分量=667. 0321kkmmm

15、MSS334. 03111kmmmSMM下表列出经过各级转移后组分在每一级塔板中的量：r0r1r2。rn若抽象成一个规律：当经过1次转移（N=1）以后：第0级塔板：r = 0组分的分量 =第1级塔板：r = 1组分的分量 =组分在两级塔板上的量可表示为：)(32MSMMmmmm)(31SMSSmmmm1) (MSmm 由上表可以看出，经由上表可以看出，经N次转移后，组分在各级塔板次转移后，组分在各级塔板上的量符合二相式分布，即上的量符合二相式分布，即NMSmm)(4322344464)(MSMSMSMSMSmmmmmmmmmm当当N = 4N = 4时，组分分布在时，组分分布在5 5级塔板上：

16、级塔板上：以以A组分为例，组分为例，5级塔板上的分量分别是：级塔板上的分量分别是：012. 0099. 0296. 0395. 0198. 0)333. 0667. 0(4任一级塔板上的分量为任一级塔板上的分量为 的展开式对应的一项，的展开式对应的一项，可用一个通式表示：可用一个通式表示：NMSmm)()(,)!( !rNSrMrNmmrNrNf)(,)1()11()!( !rNrrNkkkrNrNf当求当求 最后一级塔板的组分的量时，最后一级塔板的组分的量时，r = n，以，以NfnN,作图，即得色谱流出曲线，因此上式称为流出曲作图，即得色谱流出曲线，因此上式称为流出曲线方程。线方程。tCt

17、RCmax 对于两个组分对于两个组分A和和B，如果，如果k不同，则流出曲不同，则流出曲线的形状不同：线的形状不同： 由于所获得的流出曲线在由于所获得的流出曲线在N N很大时呈正态分布，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：因此可将流出曲线方程转化为正态分布方程形式：)(2exp*22RRtttnCC221221Rtn将此方程与标准正态分布曲线方程比较：将此方程与标准正态分布曲线方程比较：222)(expxxYYntR22所以：所以：2)(Rtn 4Y2ln2221Y22122)(54. 5)(16)(YtYttnRRRn 称为色谱柱的理论塔板数，称为色谱柱的理论塔板数，

18、H称为理论塔板高度。称为理论塔板高度。 因为因为tR是热力学常数，当色谱柱的长度一定，理是热力学常数，当色谱柱的长度一定，理论板数目论板数目n越大，色谱峰越窄。越大，色谱峰越窄。nLH 22122)(54. 5)(16)(YtYttnRRR有效有效有效nLHn有效 与与 n 的关系：的关系：2Rtn有效2Rtn22)1 ( ktktttnnMMRR有效21kknn有效小结1 1、从理论上得到了描述色谱流出曲线的方程，、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通过该方程可以预测具有不同分配系数K K的两种的两种物质在塔板数为物质在塔板数为n的色谱柱上分离的情况；的

19、色谱柱上分离的情况；)(,)1()11()!( !rNrrNkkkrNrNf2、通过以下方程看出影响柱效率的因素是理论板、通过以下方程看出影响柱效率的因素是理论板数数n，其值越大，色谱峰越窄，分离效果越好；，其值越大，色谱峰越窄，分离效果越好；22122)(54. 5)(16)(YtYttnRRR有效3、既然色谱分离的依据是组分在两相中的分配能、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，两相不限于液力差异，因此，两相不限于液-固相，对气体成分固相，对气体成分而言，亦可是气而言，亦可是气-固相或气固相或气-液相。液相。问题问题 怎样提高色谱柱的理论塔板数怎样提高色谱柱的理论塔板数n，

20、从而，从而提高色谱柱的效率？提高色谱柱的效率？ 三、速率理论三、速率理论1、塔板理论的不足、塔板理论的不足 塔板理论虽然指出了理论板数塔板理论虽然指出了理论板数n或理论板高度或理论板高度H对色谱柱效率的影响，但是没有指出影响塔板对色谱柱效率的影响，但是没有指出影响塔板高度的因素，因此无法在理论指导下从实验上高度的因素，因此无法在理论指导下从实验上提高色谱柱的效率。提高色谱柱的效率。2、范第姆特方程、范第姆特方程 1956年年范第姆特（范第姆特（Van Deemter）提出速率方）提出速率方程，指出了提高柱效率的途径。程，指出了提高柱效率的途径。范第姆特方程范第姆特方程CuuBAH（1 1）AA

21、涡流扩散项：涡流扩散项：指固定相填充不均匀引起的扩散。指固定相填充不均匀引起的扩散。pdA2涡流扩散示意图涡流扩散示意图（2 2）B/u B/u 纵向分子扩散项纵向分子扩散项 指分子沿色谱柱轴向扩散引起的色谱谱带展宽。指分子沿色谱柱轴向扩散引起的色谱谱带展宽。B = 2 = 2 r Dg式中：式中：r为弯曲因子，填充柱为弯曲因子，填充柱 r 1, 1,空心柱空心柱r =1=1；Dg为组分在流动相中的扩散系数。为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，因此在液相色谱中B可以忽略。可以忽略。（3 3）Cu

22、传质阻力项传质阻力项 指组分在流动相和固定相之间传质的阻力。指组分在流动相和固定相之间传质的阻力。lfgpDdkkDdkkC22222)1 (32)1 (01. 0 气相传质阻力气相传质阻力 液相传质阻力液相传质阻力式中：式中：k为容量因子；为容量因子；dp和和df分别为固定相固体颗粒粒分别为固定相固体颗粒粒径和固定相液模的厚度；径和固定相液模的厚度；Dg和和Dl为组分在气相中的扩散为组分在气相中的扩散系数和组分在液相中的扩散系数。系数和组分在液相中的扩散系数。问题：问题：（1）怎样装柱才能使色谱柱的效率提高？）怎样装柱才能使色谱柱的效率提高？（2 2）空心柱是否能够用于色谱分离？）空心柱是否

23、能够用于色谱分离？（3 3）如何获得色谱最佳流速？）如何获得色谱最佳流速？综上所述，速率方程为：uDdkkuDdkkuDrdHlfgpgp22222)1 (32)1 (01. 022u 在上述方程各项中存在矛盾，因此，应求出最在上述方程各项中存在矛盾，因此，应求出最佳值：佳值：0dCuuBddAdH02CuBdudH02CuBdudHCBu最佳BCAH最小2CuB23、影响谱带展宽的其它因素、影响谱带展宽的其它因素柱前展宽、柱后展宽、柱外效应柱前展宽、柱后展宽、柱外效应四、分离条件的选择四、分离条件的选择 综合塔板理论和速率理论，可获得影响色谱分综合塔板理论和速率理论，可获得影响色谱分离效率的

24、因素：离效率的因素：21212122YttYYttRRRRR22)(162YtnR有效有效ntYR224有效ntttYttRRRRRR2212124有效nrrR1 , 21 , 241nkkrrR11411 , 21 , 2第三节第三节 气相色谱法气相色谱法气相色谱仪气相色谱仪气相色谱仪主要包括四部分：气相色谱仪主要包括四部分：1 1、载气系统、载气系统2 2、进样系统、进样系统3 3、分离系统、分离系统4 4、检测系统、检测系统一、载气系统一、载气系统 载气由压缩气体钢瓶供给，经减压阀、稳压阀控制压载气由压缩气体钢瓶供给，经减压阀、稳压阀控制压强和流速，由压强计指示气体压强，然后进入进入色谱

25、强和流速，由压强计指示气体压强，然后进入进入色谱柱。最后通过检测器、流量计而放入大气。柱。最后通过检测器、流量计而放入大气。气相色谱对载气的基本要求：气相色谱对载气的基本要求：1、纯净、纯净 通过活性炭或分子筛净化器，除去载气中的通过活性炭或分子筛净化器，除去载气中的水分、氧等有害杂质。水分、氧等有害杂质。2、稳定、稳定 采用稳压阀或双气路方式：采用稳压阀或双气路方式：载气3 3、常用的载气：、常用的载气：氮气氮气氢气氢气氦气氦气二、进样系统二、进样系统 包括进样装置和汽化室。包括进样装置和汽化室。 进样通常用微量注射器和进样阀将样品引入。进样通常用微量注射器和进样阀将样品引入。液体样品引入后

26、需要瞬间汽化。汽化在汽化室液体样品引入后需要瞬间汽化。汽化在汽化室进行。进行。 对汽化室的要求是：（对汽化室的要求是：（1）体积小；（）体积小；（2）热）热容量大；（容量大；（3）对样品无催化作用。）对样品无催化作用。载气入口接色谱柱散热片加热块汽化室示意图汽化室示意图对高分子样品，采用裂解装置：对高分子样品，采用裂解装置：管式炉裂解器管式炉裂解器热丝裂解器热丝裂解器居里点裂解器居里点裂解器载气入口三、分离系统三、分离系统色谱柱色谱柱填充柱（填充柱（2-6mm直径，直径，1-6m长长毛细管柱（毛细管柱（0.1-0.5mm直径直径, 几十米长几十米长固定相固定相固体固定相：固体吸附剂固体固定相：

27、固体吸附剂液体固定相：由担体和固定液组成液体固定相：由担体和固定液组成1、固体固定相：、固体固定相： 固体吸附剂包括活性碳、硅胶、固体吸附剂包括活性碳、硅胶、Al2O3、分子、分子筛等；用于筛等；用于H2、O2、N2、CO、CO2、C1-C4的分的分离；离；2、液体固定相、液体固定相担体担体固定液固定液的选择：固定液的选择： 依据极性原则依据极性原则（A A）非极性组分分离）非极性组分分离非极性固定液非极性固定液 ，组，组分出峰的顺序由蒸汽压决定，沸点高保留时间分出峰的顺序由蒸汽压决定，沸点高保留时间长；长；（B B）中等极性组分分离）中等极性组分分离中等极性固定相，中等极性固定相，沸点与分子

28、间力同时起作用；沸点与分子间力同时起作用；（C C）强极性组分分离）强极性组分分离强极性固定相，分子强极性固定相，分子间力起作用，按极性大小出峰；间力起作用，按极性大小出峰；（DD）极性）极性+ +非极性组分分离非极性组分分离极性固定相。极性固定相。例如：苯和环己烷的色谱分离例如：苯和环己烷的色谱分离苯苯沸点沸点 80.10C环己烷环己烷沸点沸点 80.70C 采用非极性固定液采用非极性固定液 ，因组分出峰的顺序由蒸汽压，因组分出峰的顺序由蒸汽压决定，所以分不开；决定，所以分不开；但是苯容易极化但是苯容易极化tR(苯）苯）/tR（环己烷）（环己烷）（1）用弱极性的邻苯二甲酸二辛酯）用弱极性的邻

29、苯二甲酸二辛酯1.5（2）用极性的聚乙二醇）用极性的聚乙二醇-4003.9（3）用）用 ， 氧二丙氰氧二丙氰6.3问题问题 怎样判断一个固定液的极性大小？怎样判断一个固定液的极性大小？规定非极性固定液角鲨烷的极性为规定非极性固定液角鲨烷的极性为0 0，强极性固，强极性固定液定液,- - 氧二丙腈的极性为氧二丙腈的极性为100100，以物质对正，以物质对正丁烷丁烷- -丁二烯或环已烷丁二烯或环已烷- -苯在角鲨烷、苯在角鲨烷、,- -氧二氧二丙腈及待测固定液上分离得到相对保留值，并取丙腈及待测固定液上分离得到相对保留值，并取对数：对数：)()(lg环已烷苯RRttq从下列公式求得待测固定液的相对

30、极性从下列公式求得待测固定液的相对极性Px：2 1 1100100qqqqPxX 其中其中q1 1 q2 2, , qx x分别表示物质对在角鲨烷、分别表示物质对在角鲨烷、 , , - -氧氧二丙腈和待测固定液的相对保留值。二丙腈和待测固定液的相对保留值。 Px在在0 0100100之间，每之间，每2020单位为一级，即将极性单位为一级，即将极性分为分为5 5级：级：0, +1(0, +1(非极性非极性) )；+1, +2(+1, +2(弱极性弱极性) )；+3(+3(中中等极性；等极性；+4, +5(+4, +5(强极性强极性) ) 。几种常见固定液的相对极性 固定液 商品名 相对 极性最高

31、使用温度（） 参考用途角鲨烷SQ+1150低馏分烃（C1C4）真空润滑脂ApiezonL+1300各种高沸点有机物甲基硅橡胶SE-30OV-1+1300各种高沸点化合物含苯基的聚甲基硅氧烷低苯基含量中苯基含量SE-52OV-17+1+2350350各种高沸点化合物各种高沸点化合物聚甲基苯基乙烯基硅氧烷SE-54350选择性同SE-30三氟丙基甲基聚硅氧烷QF-1+3250含卤素化合物、甾类化合物聚乙二醇20MPEG-20M+4220含氧、氮官能团，杂环化合物、烷烃及环烷烃，-氧二丙腈ODPN+575低级含氧化合物、胺、环烃和芳烃化合物四、控温系统四、控温系统作用作用K是热力学常数，随温度变化，

32、温度越高，是热力学常数，随温度变化，温度越高，K值越小，因值越小，因此保留时间越短，据此，可通过柱温调节分离程度。此保留时间越短，据此，可通过柱温调节分离程度。恒温恒温程序升温程序升温提高温度程序升温由低温向高温作线性由低温向高温作线性或非线性变化或非线性变化。恒温和程序升温分析烃类化合物五、检测器五、检测器 将载气里被分离的各组分的浓度或质量转换将载气里被分离的各组分的浓度或质量转换成电信号的装置。成电信号的装置。浓度型：浓度型：测量的是载气中测量的是载气中某组分浓度瞬间的变某组分浓度瞬间的变化化，如热导池检测器和电子捕获检测器。，如热导池检测器和电子捕获检测器。质量型：质量型：测量的是载气

33、中某组分进入检测器的测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即速度变化，即检测器的响应值和单位时间内进检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的质量成正比入检测器某组分的质量成正比。如氢火焰离子。如氢火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。化检测器和火焰光度检测器等。1 1、热导检测器、热导检测器( ( TCD) TCD) 池体：一般用不锈池体：一般用不锈钢或铜块制成；钢或铜块制成；参考池：纯载气参考池：纯载气通过，通常连接通过，通常连接在进样装置之前；在进样装置之前；测量池：需要携带测量池：需要携带被分离组分的载气被分离组分的载气流过，则连接在紧流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。靠近分离柱出

34、口处。热敏元件：由电阻热敏元件：由电阻率高、电阻温度系率高、电阻温度系数大、且价廉易加数大、且价廉易加工的钨丝制成；工的钨丝制成； 平衡电桥，右图。不同的平衡电桥，右图。不同的气体有不同的热导系数。气体有不同的热导系数。钨丝通电，加热与散热达到钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：平衡后，两臂电阻值： R参参= =R测测；R1 1= =R2 2则：则： R参参R2 2= =R测测R1 1 无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。 进样后，载气携带试样组分流过测量池而这时参考池流过进样后，载气携带试样组分流过测量池而这时参考池流过的仍是纯载气，使测量池的

35、温度改变，引起电阻的变化，的仍是纯载气，使测量池的温度改变，引起电阻的变化，测量池和参考池的电阻值不等，产生电阻差：测量池和参考池的电阻值不等，产生电阻差： R参参R测测则：则： R参参R2R测测R1 1 这时电桥失去平衡，这时电桥失去平衡，a、b两端存在着电位差，有电压信号两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。间变化的峰状图形。某些气体和蒸汽的热导系数某些气体和蒸汽的热导系数气体 00C1000C气体 00C1000CH217.41 22.4甲烷3.014.56He14.57 17.4

36、1乙烷1.803.06N22.433.14丙烷1.512.64空气2.173.14正丁烷 1.342.34CO21.472.22甲醇1.422.30热导检测器的主要特点热导检测器的主要特点:(1) 结构简单，性能稳定；结构简单，性能稳定；(2) 几乎对所有物质都有响应，且线性范围宽，几乎对所有物质都有响应，且线性范围宽，价格便宜，应用最广，是最成熟的一种检测器；价格便宜，应用最广，是最成熟的一种检测器；(3) 浓度型检测器；浓度型检测器；(4)(4)灵敏度不高。灵敏度不高。2 2、氢火焰离子化检测器、氢火焰离子化检测器 (FID) (FID) 以氢气和空气燃烧的火焰为能源，利用含碳有以氢气和空

37、气燃烧的火焰为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生电信号下，使离子形成离子流，根据离子流产生电信号强度，检测色谱柱分离出的组分。强度，检测色谱柱分离出的组分。载气+样品组分H2空气极化极收集极放大记录离子流方向氢火焰离子化检测器的特点：氢火焰离子化检测器的特点：（1）灵敏度高，比）灵敏度高，比TCD高约高约103倍；倍；（2）线性范围宽，可达线性范围宽，可达106以上；以上；（3）适于大多数含碳的有机化合物的检测；）适于大多数含碳的有机化合物的检测；（4）操作简单，是目前应用最广泛的检测器之）操

38、作简单，是目前应用最广泛的检测器之一。（质量型检测器）一。（质量型检测器）（5 5）不能检测惰性气体、空气、水、不能检测惰性气体、空气、水、CO、CO2、NO、SO2等气体。等气体。3 3、电子俘获检测器（、电子俘获检测器（ECDECD） 放射源的放射源的 -射线将载气（射线将载气（N2或或Ar）电离，产生次级电）电离，产生次级电子和正离子，在电场作用下，电子向正极移动，形成恒子和正离子，在电场作用下，电子向正极移动，形成恒定基流。定基流。 当电负性溶质进入检测器时，电负性溶质就能捕获这当电负性溶质进入检测器时，电负性溶质就能捕获这些低能量的自由电子，形成稳定的负离子，负离子再与些低能量的自由

39、电子，形成稳定的负离子，负离子再与载气正离子复合成中性化合物，使基流降低而产生负信载气正离子复合成中性化合物，使基流降低而产生负信号号-倒峰。倒峰。 放射源放射源 （-）不锈钢棒不锈钢棒（+）放大与放大与检测系统检测系统电子俘获检测器的特点：电子俘获检测器的特点：（1）选择性很强，对具有电负性物质（如含）选择性很强，对具有电负性物质（如含卤素、硫、磷、氰等物质有很高灵敏度（检出卤素、硫、磷、氰等物质有很高灵敏度（检出限约限约10-14g.cm-3)；（2）已广泛用于农药残留量、大气及水质污）已广泛用于农药残留量、大气及水质污染分析，以及医学、药物学和环境监测等领域染分析，以及医学、药物学和环境

40、监测等领域中；中；（3）线性范围较窄，只有）线性范围较窄，只有10-3左右，且响应易左右，且响应易受操作条件的影响，重现性较差。受操作条件的影响，重现性较差。4、火焰光度检测器（、火焰光度检测器（FPD） 是一种对硫磷选择性的检测器，这两种元素燃烧中被是一种对硫磷选择性的检测器，这两种元素燃烧中被激发，从而、发射特征的光信号：激发，从而、发射特征的光信号：载气+组分H2PMT滤光片1800-29000C5、其它检测器、其它检测器 GC-MS：气相色谱与质谱联用，用质谱当检测器；：气相色谱与质谱联用，用质谱当检测器； GC-FTIR：气相色谱与红外联用，用红外当检测器。：气相色谱与红外联用，用红

41、外当检测器。检测器性能检测器性能热导热导（TCD）火焰离子化火焰离子化（FID）电子捕获电子捕获（ECD）火焰光度火焰光度（FPD）类型类型浓度浓度质量质量浓度浓度质量质量通用性或选通用性或选择性择性通用通用基本通用基本通用选择选择选择选择检测限检测限10-8mg.ml-110-13g.s-110-14g.ml-110-13g.s-1(P)10-11g.s-1(S)线性范围线性范围104107102104104（P）103（S）适用范围适用范围有机物和有机物和无机物无机物含碳有机物含碳有机物卤素及亲电卤素及亲电子物、农药子物、农药含硫、磷化含硫、磷化合物、农药合物、农药载气载气H2/HeN2高

42、纯高纯N2/ArN26 6、检测器的性能指标、检测器的性能指标（1 1）灵敏度）灵敏度S 响应信号对进样量的变化率。响应信号对进样量的变化率。mAqSvC0,mASmQRS（2 2）检出限）检出限D三倍噪音所相当的物质的量称为检测限。三倍噪音所相当的物质的量称为检测限。 N为噪音，指由于各种因素所引起的基线在为噪音，指由于各种因素所引起的基线在短时间内左右偏差的响应数值，单位为短时间内左右偏差的响应数值，单位为mV；S为灵敏度。为灵敏度。D值越小，仪器越敏感。值越小，仪器越敏感。SND3（3 3）最小检出量）最小检出量Q0 0 指产生和噪指产生和噪音音相鉴别的信号所需的进样量。相鉴别的信号所需

43、的进样量。DYQ210065. 1DqYQv0,210065.1（4 4）线性范围）线性范围 指检测器的响应信号与被测组分质量指检测器的响应信号与被测组分质量/ /浓度呈浓度呈线性关系的范围，常以线性范围内最大进样量线性关系的范围，常以线性范围内最大进样量与最小进样量的比值来表示。与最小进样量的比值来表示。BBAACCCC/小结小结气相色谱仪主要包括四部分：气相色谱仪主要包括四部分：1 1、载气系统、载气系统2 2、进样系统、进样系统3 3、分离系统、分离系统4 4、检测系统、检测系统第四节第四节 气相色谱分析方法气相色谱分析方法一、定性分析一、定性分析1、保留时间定性法（已知物对照方法）、保

44、留时间定性法（已知物对照方法） 在一定的色谱系统和操作条件下，每种物质都有在一定的色谱系统和操作条件下，每种物质都有一定的保留时间，如果在相同色谱条件下，未知物一定的保留时间，如果在相同色谱条件下，未知物的保留时间与标准物质相同，则可初步认为它们为的保留时间与标准物质相同，则可初步认为它们为同一物质。同一物质。 为了提高定性分析的可靠性，还可进一步改变色为了提高定性分析的可靠性，还可进一步改变色谱条件（分离柱、流动相、柱温等）或在样品中添谱条件（分离柱、流动相、柱温等）或在样品中添加标准物质，如果被测物的保留时间仍然与标准物加标准物质，如果被测物的保留时间仍然与标准物质一致，则可认为它们为同一

45、物质。质一致，则可认为它们为同一物质。2 2、保留指数（、保留指数（I）定性法）定性法 以正购烷烃为参考标准，某一未知组分的保留以正购烷烃为参考标准，某一未知组分的保留行为用两个紧靠近它的标准物质（正构烷烃）来行为用两个紧靠近它的标准物质（正构烷烃）来标定：标定：I = 100 NN为碳原子数为碳原子数例如：例如：正己烷正己烷 I = 600正辛烷正辛烷 I = 800其它化合物其它化合物 Ix = 100 xx为组分相当于正构烷烃为组分相当于正构烷烃C原子的数原子的数例如：苯在某柱子上的例如：苯在某柱子上的Ix = 733 表示苯在该柱上的保留值相当于含表示苯在该柱上的保留值相当于含7.33

46、个碳原子的正个碳原子的正构烷烃的保留值。构烷烃的保留值。所以保留指数可计算如下：所以保留指数可计算如下：N，N+n 分别为两个正构烷烃的碳原分别为两个正构烷烃的碳原子数子数, n最好等于最好等于1C7C8苯lglg100,NnNNxrrNI)()(,)()(,NRnNRNnNNRxRNxttrttr3、与其他仪器联用定性、与其他仪器联用定性 将具有定性能力的分析仪器如红外（将具有定性能力的分析仪器如红外（IR）、）、核磁（核磁（NMR）、质谱（）、质谱（MS）、原子光谱（）、原子光谱（AAS、AES等仪器作为色谱仪的检测器获得比较准确等仪器作为色谱仪的检测器获得比较准确的定性信息。的定性信息。

47、 由于保留值（保留时间、保留指数等）定性由于保留值（保留时间、保留指数等）定性受温度影响，因此应严格控制温度；受温度影响，因此应严格控制温度； 当两个化合物的保留值相同或相近时，容易当两个化合物的保留值相同或相近时，容易出现错判。出现错判。二、定量分析二、定量分析 色谱定量分析的依据是被测物质的量与它在色色谱定量分析的依据是被测物质的量与它在色谱图上的峰面积（或峰高）成正比。谱图上的峰面积（或峰高）成正比。iiiAfW fi 称为定量校正因子。称为定量校正因子。1 1、校正因子、校正因子fi分为绝对和相对校正因子两种。绝对校正因子为：分为绝对和相对校正因子两种。绝对校正因子为：iiiAWf 绝

48、对校正因子受实验条件的影响，定量分析绝对校正因子受实验条件的影响，定量分析时必须与实际样品在相同条件下测定标准物质时必须与实际样品在相同条件下测定标准物质的校正因子，因此常用相对校正因子。的校正因子，因此常用相对校正因子。 相对校正因子相对校正因子f 指某物质指某物质i与一选择的标准物与一选择的标准物质质S的绝对校正因子之比。即的绝对校正因子之比。即ssiisiiAWAWfff/ 相对校正因子只与检测器类型有关，而与色谱相对校正因子只与检测器类型有关，而与色谱条件无关。条件无关。 常用于作为标准物质常用于作为标准物质S的有苯（热导检测器）和的有苯（热导检测器）和庚烷（氢火焰离子化检测器）等。庚

49、烷（氢火焰离子化检测器）等。2、定量分析的方法、定量分析的方法（1）归一化法）归一化法若流出色谱柱组分的总量为：若流出色谱柱组分的总量为：niiiniiAfW11则则i组分所占的百分含量为：组分所占的百分含量为：niiiiiiAfAfW1% 归一化法是将所有组分的峰面积归一化法是将所有组分的峰面积Ai分别乘以它们的分别乘以它们的相对校正因子后求和，即所谓相对校正因子后求和，即所谓“归一归一” 采用归一化法进行定量分析的前提条件是样品中所采用归一化法进行定量分析的前提条件是样品中所有成分都要能从色谱柱上洗脱下来，并能被检测器检有成分都要能从色谱柱上洗脱下来，并能被检测器检测。测。（2 2）外标法

50、）外标法 将被测组分的纯物质配制成不同浓度的标准溶将被测组分的纯物质配制成不同浓度的标准溶液，在一定色谱条件下获得色谱图，作峰面积液，在一定色谱条件下获得色谱图，作峰面积或峰高与浓度的关系曲线，即标准曲线；或峰高与浓度的关系曲线，即标准曲线； 测定试样时，应在与绘制标准曲线相同的色谱测定试样时，应在与绘制标准曲线相同的色谱条件下进行；条件下进行； 测得该组分的峰面积或峰高，在标准曲线上查测得该组分的峰面积或峰高，在标准曲线上查出浓度，计算被测组分的含量。出浓度，计算被测组分的含量。 应用简便，不必使用校正因子，特别适合大量应用简便，不必使用校正因子，特别适合大量试样的分析。试样的分析。（3 3

51、）内标法）内标法 比较标准质和被测组分的峰面积，从而确定被比较标准质和被测组分的峰面积，从而确定被测组分的浓度。测组分的浓度。ssiisiAfAfWWsssiiiWAfAfW 由于标准物质和被测组分处在同一基体中，因由于标准物质和被测组分处在同一基体中，因此可以消除基体带来的干扰。而且当仪器参数和此可以消除基体带来的干扰。而且当仪器参数和洗脱条件发生非人为的变化时，标准物质和样品洗脱条件发生非人为的变化时，标准物质和样品组分都会受到同样影响，这样消除了系统误差。组分都会受到同样影响，这样消除了系统误差。内标物应满足的要求：l在所给定的色谱条件下具有一定的化学稳定性；l在接近所测定物质的保留时间

52、内洗脱下来；l与两个相邻峰达到基线分离；l物质特有的校正因子应为已知的或者可测定；l与待测组分有相近的浓度和类似的保留行为；l具有较高的纯度。内标物应满足的要求：内标物应满足的要求：l l在所给定的色谱条件下具有一定的化学稳定在所给定的色谱条件下具有一定的化学稳定性；性；l l在接近所测定物质的保留时间内洗脱下来；在接近所测定物质的保留时间内洗脱下来；l l与两个相邻峰达到基线分离；与两个相邻峰达到基线分离；l l物质特有的校正因子应为已知的或者可测定；物质特有的校正因子应为已知的或者可测定；l l与待测组分有相近的浓度和类似的保留行为；与待测组分有相近的浓度和类似的保留行为；l l具有较高的

53、纯度。具有较高的纯度。第五节第五节 毛细管柱气相色谱法毛细管柱气相色谱法 是采用高分离效能的是采用高分离效能的毛细管柱毛细管柱，分离复杂物质，分离复杂物质的一种气相色谱法。的一种气相色谱法。毛细管柱：是用熔融二氧化硅拉制的空心管，也毛细管柱：是用熔融二氧化硅拉制的空心管，也叫弹性石英毛细管柱。叫弹性石英毛细管柱。 柱内径一般为柱内径一般为0.10.10.50.5mm，柱长，柱长10 10 5050m。每米理论塔板数为每米理论塔板数为2000 2000 50005000，总柱效最高可，总柱效最高可达达10106 6一、毛细管气相色谱仪一、毛细管气相色谱仪 与填充柱色谱仪类似。只是在进样口增加了分

54、与填充柱色谱仪类似。只是在进样口增加了分流流/ /不分流装置，在柱后增加了一个尾气吹扫气不分流装置，在柱后增加了一个尾气吹扫气路。路。二、毛细管色谱柱二、毛细管色谱柱 指的是内径指的是内径0.10.10.50.5mm的柱子，有空心和填充两类，的柱子，有空心和填充两类，通常所说的是空心毛细管柱。通常所说的是空心毛细管柱。 涂壁空心柱（涂壁空心柱（WCOTWCOT）：）：毛细管内壁直接涂固定液，毛细管内壁直接涂固定液，不含任何固态载体。柱效高，是不含任何固态载体。柱效高，是GolayGolay最早提出的空心最早提出的空心柱。柱。 涂载体空心柱（涂载体空心柱（SCOTSCOT）：）：先在毛细管内壁上

55、涂一层载先在毛细管内壁上涂一层载体后，再在载体上涂固定液的空心柱。涂一层沉积载体体后，再在载体上涂固定液的空心柱。涂一层沉积载体后增大表面积，使所涂的固定液的液膜较厚，柱容量比后增大表面积，使所涂的固定液的液膜较厚，柱容量比WCOTWCOT大，可提高进样量。大，可提高进样量。 多孔层空心柱（多孔层空心柱（PLOTPLOT）：）：毛细管内壁上涂一层多孔层毛细管内壁上涂一层多孔层固定相，实际上是一种气固色谱毛细管柱，柱容量比以固定相，实际上是一种气固色谱毛细管柱，柱容量比以上两种柱大。上两种柱大。 毛细管色谱柱常用固定液毛细管色谱柱常用固定液三、毛细管柱的特点三、毛细管柱的特点1 1、渗透性好，即

56、载气流动阻力小；、渗透性好，即载气流动阻力小；2 2、分离效率高；、分离效率高；3 3、柱容量小，允许进样量小，进样量通常为、柱容量小，允许进样量小，进样量通常为1010- -3 31010-2-2L；4 4、用于分离复杂样品；、用于分离复杂样品；5 5、操作条件严。、操作条件严。四、影响毛细管柱分离情况的因素四、影响毛细管柱分离情况的因素 毛细管气相色谱法与填充柱的分离原理是相同毛细管气相色谱法与填充柱的分离原理是相同的。但由于毛细管柱本身特点，使理论模型中的的。但由于毛细管柱本身特点，使理论模型中的一些影响因素与填充柱相比有些差异。一些影响因素与填充柱相比有些差异。1 1、毛细管柱的速率方

57、程、毛细管柱的速率方程戈雷戈雷( (Golay)方程方程H B u 与填充柱比，与填充柱比，A项为零。毛细管柱的项为零。毛细管柱的H-u图也是图也是一个双曲线，在一个双曲线，在u值是最佳值时，值是最佳值时，H值最小。值最小。2min(lgCCBH（1 1）WCOT 柱的戈雷（柱的戈雷（Golay）方程）方程 19571957年戈雷提出了年戈雷提出了WCOT的速率方程的速率方程表达式：表达式：uDkkduDkrkkuDHLfggg222222)1 (6)1 (24)1161 (2式中：式中：k为容量因子；为容量因子；Dg为气相扩散系数；为气相扩散系数；Dl为液相扩散为液相扩散系数；系数；rg自由

58、气体流路半径，自由气体流路半径，rg=r-df, r为毛细管柱半为毛细管柱半径，径， df为平均液膜厚度；为平均液膜厚度；u为载气流速；为载气流速；为相比率，其为相比率，其表达式为：表达式为：式中式中: Vm为毛细管中气体所占据的体积；为毛细管中气体所占据的体积；Vl为液相体积；为液相体积；a，b分别为半峰宽与保留时间直线的截距和斜率；分别为半峰宽与保留时间直线的截距和斜率；tM为为死时间死时间; u为载气线速度为载气线速度; 相比相比是毛细管柱型与结构的重是毛细管柱型与结构的重要特征要特征, 值一般是值一般是60-600。MlmbtaLbaukKVV/（2）SCOT 柱的柱的戈雷（戈雷（Go

59、layGolay）方程方程uFDdkkuDrkkkkkuDHLfggg22222222)1 (624)1 (168)1 ()1161 (2式中式中: :为相对多孔层厚度，一般在为相对多孔层厚度，一般在0.050.050.10.1。（3 3）方程讨论）方程讨论毛细管柱与填充柱的速率理论方程相似，但毛毛细管柱与填充柱的速率理论方程相似，但毛细管柱的影响因素比填充柱更为复杂。毛细管柱细管柱的影响因素比填充柱更为复杂。毛细管柱( (开管柱开管柱) )的涡流扩散项为零。而填充柱则受填充的涡流扩散项为零。而填充柱则受填充颗粒大小与均匀程度的影响。颗粒大小与均匀程度的影响。不论是毛细管柱与填充柱，分子扩散项都与气不论是毛细管柱与填充柱，分子扩散项都与气体扩散系数成正比，而填充柱还受弯曲因子影体扩散系数成正比，而填充柱还受弯曲因子影响。响。毛细管柱的气相传质阻力与液相传质阻力项的毛细管柱的气相传质阻力与液相传质阻力项的影响因素比填充柱更为复杂，影响因素比填充柱更为复杂，Cg+ CL小于填充小于填充柱中柱中C值，因此，曲线斜率小于填充柱，因此，值，因此，曲线斜率小于填充柱，因此，可以尽量