气相色谱分析基础

1、气相色谱分析基础主讲：刘旭光主讲：刘旭光 副教授副教授联系方式：联系方式：; 187542162891参考书目 吴烈钧，气相色谱检测方法，第二版，化学工业出版社 刘虎威，气相色谱方法及应用，第二版，化学工业出版社 齐美玲，气相色谱分析及应用，科学出版社2气相色谱分析基础一一色谱基础理论色谱基础理论二二气相色谱仪器系统气相色谱仪器系统三三气相色谱分析常用样品制备技术气相色谱分析常用样品制备技术四四色谱定性和定量分析色谱定性和定量分析3气相色谱分析基础 1.1 色谱原理色谱原理 1.2 色谱术语与参数色谱术语与参数 1.3 色谱图信息色谱图信息4气相色谱分析基础 色谱法色谱法是一种分离方法，它利用

2、物质在两相中分配系数的微小差异进行分离。当两相做相对移动时，使被测物质在两相之间进行多次分配，这样原来的微小差异产生了很大的效果，使各组分分离，以达到分离分析及测定一些物理化学常数的目的。51.1 色谱原理色谱原理气相色谱分析基础61.1 色谱原理色谱原理色谱法(chromatgraphy)要点两相:固定相固定相色谱柱色谱柱(column)流动相流动相载气载气(carrier gas)分配系数差异分配系数差异气相色谱分析基础71.1 色谱原理色谱原理待分离组分 载气ABCD色谱过程示意图气相色谱分析基础8 样品 流动相 固定相1.1 色谱原理色谱原理在一定温度下，处于平衡状态的组分在固定相中的

3、浓度(Cs)与其在流动相中的浓度(Cm)的比值(Cs/ Cm) ，称为分配系数Kd气体：气相色谱液体：液相色谱气相色谱分析基础 Kd由组分和固定相的热力学性质决定，与柱温有关，与两相体积无关，与组分浓度无关。一般柱温上升20， Kd值下降1/2。 Kd越大，出峰越慢； Kd=0，不被固定相保留。 Kd不同是色谱分离的前提。91.1 色谱原理色谱原理气相色谱分析基础10 “三高” “一快” “一广” 高效能：一般填充柱的理论塔板数可达数千，毛细管柱可达一百多万。 高选择性：可以使一些分配系数很接近的以及极为复杂、难以分离的物质，获得满意的分离。 高灵敏度：可以检测物质，适合于痕量分析 分析速度快

4、：一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。 应用广泛：可以分析气体试样，也可分析易挥发或可衍生转化为易挥发的液体和固体。 分析的有机物，约占全部有机物(约300万种)的20%。 不足之处：对被分离组分的定性能力较差。1.1 色谱原理色谱原理气相色谱分析基础11 从载气带着组分进入色谱柱起就用检测器检测流出柱后的气体，并用记录器记录信号随时间变化的曲线，此曲线就叫色谱流出曲线，当待测组分流出色谱柱时，检测器就可检测到其组分的浓度，在流出曲线上表现为峰状，叫色谱峰。 色谱图:试样中各组分经色谱柱分离后,在柱的末端收集各组分,经检测器转换为电信号,用纪录仪将各组分浓度记录下来,得到色谱图。气相色谱

5、分析基础12色谱峰色谱峰气相色谱分析基础13 1）基线：在实验条件下，色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线称为基线。基线在稳定的条件下应是一条水平的直线。它的平直与否可反应出实验条件的稳定情况。 2）峰高（h）和峰面积 ：色谱峰顶点与基线的距离叫峰高。色谱峰与峰底基线所围成区域的面积叫峰面积。气相色谱分析基础143）保留值 a. 死时间(tM) ：不与固定相作用的物质从进样到出现峰极大值时的时间，它与色谱柱的空隙体积成正比。由于该物质不与固定相作用，因此，其流速与流动相的流速相近。据 tM可求出流动相平均流速b. 保留时间tr：试样从进样到出现峰极大值时的时间。它包括组份随流动相通过柱子

6、的时间t0和组份在固定相中滞留的时间。c. 调整保留时间tr ：某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间，它是组份在固定相中的滞留时间。即 tr= tr tM4）色谱峰底宽W ：由色谱峰的两边拐点做切线，与基线交点的距离。5）半峰高宽度W ：色谱峰高一半处的峰宽。也称为色谱峰半高宽度。气相色谱分析基础15单一色谱峰峰高/峰面积定量峰位(保留时间)定性峰宽柱效气相色谱分析基础16多色谱峰峰数量组分最少个数峰高/峰面积定量峰位(保留时间)定性峰宽柱效峰间距固定相合适与否气相色谱分析基础17气相色谱构成示意图18气相色谱分析基础500次更换进样垫100次更换一般为1:10N2尾吹气相色谱基本流路图19

7、气相色谱分析基础典型的气相色谱色谱柱流量控制器稳压器空气氢气载气分子筛脱水管固定进样口检测器电子部件PC限流器20气相色谱分析基础载气种类载气种类 对载气的要求如下：a)惰性（不与样品或固定相反应）b)气体扩散小，以提高柱效率c)容易得到并易纯化 d)价格便宜e)满足检测器要求 常用载气：N2 H2 He Ar TCD 用氢气、氦气比较好，灵敏度高， FID 用氮气 辅助气：氧气或空气21气相色谱分析基础22气相色谱分析基础1) 样品失真或消失2) 柱失效3) 对固定液保留特性的影响4) 对检测器的影响23气相色谱分析基础氧气捕集器微量的氧气会破坏色谱柱，特别是对毛细管柱。氧气也会降低ECD检

8、测器的功能。氧气捕集器 (P/N 3150-0414) 应连接在分子筛干燥器和仪器安装设备的进样口之间。 分子筛干燥器24气相色谱分析基础管路:使用GC专用铜管,PEEK管，不锈钢管 使用前先用溶剂冲洗，载气吹干。25气相色谱分析基础气流调节阀 通常在减压阀输出气体的管线中还要串联稳压通常在减压阀输出气体的管线中还要串联稳压阀，用以稳定载气（或燃气）的压力阀，用以稳定载气（或燃气）的压力 当用程序升温进行色谱分析时，由于色谱柱柱当用程序升温进行色谱分析时，由于色谱柱柱温不断升高引起色谱柱阻力不断增加，也会使载温不断升高引起色谱柱阻力不断增加，也会使载气流量发生变化。为了在气体阻力发生变化时，气

9、流量发生变化。为了在气体阻力发生变化时，也能维持载气流速的稳定，需要使用稳流阀来自也能维持载气流速的稳定，需要使用稳流阀来自动控制载气的稳定流速。动控制载气的稳定流速。 26气相色谱分析基础 样品引入 针进样 手动进样 自动进样 阀进样气体进样阀 液体进样阀 其它进样装置 吹扫捕集 顶空引导样品以蒸汽状态进入色谱柱。27气相色谱分析基础 样品引入28气相色谱分析基础 样品引入 液体进样阀WSPC排出口样品入口限流器载气色谱柱WSPC载气色谱柱取样状态取样状态进进样状态样状态29气相色谱分析基础 样品引入 顶空的进样 样品 顶空 恒温箱 气密型进样器1. 样品放置在一个恒温箱中（或炉中），从而可

10、以达温度平衡。2. 利用一个气密型的进样器或其它合适的手段取出样品上方的相同的顶空气体。3. 再使用一般的GC仪器来分析样品的顶空气体。30气相色谱分析基础 样品引入 顶空进样适于适于挥发物挥发物：u不不纯样品。纯样品。u固体固体样品。样品。u含有含有某些不某些不做做分析的分析的高高沸点组分沸点组分样品。样品。u含水量含水量较高较高的样的样品品。31气相色谱分析基础 样品引入 应用1. 氯代甲烷2. 二氯甲烷3. 三氯甲烷4. 四氯化碳123415 min柱：HP-1 (Cross-Linked Methyl Silicone)30 m x 0.53 mm x 2.65(HP Part No.

11、 19095Z-123) 载气：Helium, 5.2 psi 炉温：40 C 进样口：1cc, 不分流 检测器：FID柱：HP-1 (Cross-Linked Methyl Silicone)30 m x 0.53 mm x 2.65 (HP Part No. 19095Z-123) 载气： Helium, 5.2 psi 炉温： 60 C 进样口： 1 cc, 分流比 5:1 检测器： FID1. 苯2. 甲苯10 min12 水中氯化烃 顶空分析 水中芳烃 顶空分析32气相色谱分析基础 样品引入药品中溶剂残留: USP 467246810123451 二氯甲烷(25 ppm)2 氯仿(1

12、2 ppm)3 苯(25 ppm)4 三氯乙烯 (25 ppm)5 二噁环 (25 ppm)33气相色谱分析基础进样垫固定螺母进样垫石墨垫柱载气玻璃填充物齿形螺母衬管 填充柱进样口示意图34气相色谱分析基础 毛细管柱进样口分流方式是特为毛细管柱GC设计的样品引入方式 可与熔融石英，玻璃，金属柱相接 脉冲分流 允许更大进样量 脉冲不分流 允许更大进样量分流方式用于 含量较高组分分析 不分流方式用于 痕量组分分析35气相色谱分析基础分流/不分流流路系统36气相色谱分析基础37气相色谱分析基础进样量100100度）时度）时使用使用 减少分析时间减少分析时间 窄化峰宽窄化峰宽 产生更好的定量准确产生更

13、好的定量准确性，特别是对于后流性，特别是对于后流出的组分出的组分 增加柱流失，产生上增加柱流失，产生上漂的基线漂的基线57恒温：恒温：4545o oC C程序升温：程序升温：3018030180o oC C恒温：恒温：145145o oC C温度低，分离效果较好，但分析时间长温度低，分离效果较好，但分析时间长程序升温，分离效果好，且分析时间短程序升温，分离效果好，且分析时间短温度高，分析时间短，但分离效温度高，分析时间短，但分离效果差果差气相色谱分析基础58色谱柱老化 新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳 ，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。一般采用升温老化，即从室温程序升

14、温到最高温度，并在高温段保持数小时。 新柱老化时，最好不要连接检测器。 具体办法是，先接通载气，然后将柱温从左右以5-10、min的速率程序升温到色谱柱的最高使用温度以下30（如HP-5柱可到280）或者实际分析操作温度以上30（如分析时用240，老化温度应为270），并在高温时恒温30到120min，直到所记录的基线稳定为止。如果基线难以稳定，可重复进行几次程序升温老化，也可在高温下恒定更长的时间。注意，一定要等到基线稳定后，才可做空白运行或进样分析。色谱柱使用一段时间后，柱内会滞留一些高沸点组分，这时基线可能出现波动或出现鬼峰。解决此问题的办法也是老化气相色谱分析基础59气相色谱分析基础

15、检测器：是将流出色谱柱的被测组分的浓度转变为检测器：是将流出色谱柱的被测组分的浓度转变为 电信电信号的装置，是色谱仪的眼睛。号的装置，是色谱仪的眼睛。 通常由检测元件、放大器、数模转换器三部分组成通常由检测元件、放大器、数模转换器三部分组成. 被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；给出色谱图； 常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器

16、、氮磷检测器。捕获检测器、火焰光度检测器、氮磷检测器。60气相色谱分析基础根据检测器的响应原理根据检测器的响应原理，可将其分为，可将其分为浓度型浓度型和和质量型检测器。质量型检测器。 浓度型浓度型：检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与：检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与浓度成正比。浓度成正比。 如如TCD、ECD。 质量型质量型：检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响：检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响应值与单位时间进入检测器的质量成正比。如应值与单位时间进入检测器的质量成正比。如FID、FPD。根据应用范围根据应用范围，分为，分为通用型检测器通用型检测器和和

17、选择型检测器选择型检测器 通用型通用型：对所有物质有响应，如：对所有物质有响应，如TCD、FID。 选择型选择型：对特定物质有高灵敏响应，如：对特定物质有高灵敏响应，如ECD、FPD、NPD。根据工作过程根据工作过程，分为，分为破坏型检测器破坏型检测器和和非破坏型检测器非破坏型检测器 破坏型：破坏型：检测过程中样品遭到破坏，不能回收。如检测过程中样品遭到破坏，不能回收。如FID、FPD 。 非破坏型：非破坏型：检测过程中样品不遭到破坏，可以回收。如检测过程中样品不遭到破坏，可以回收。如TCD、ECD 。61气相色谱分析基础62气相色谱分析基础 质谱检测器（MSD）是质量型、通用型GC检测器，其

18、原理与质谱（MS）相同。它不仅能够给出一般GC检测器所能获得的色谱图（叫总离子流色谱图TIC或重建离子流色谱图RIC），而且能够给出每个色谱峰所对应的质谱图。通过计算机对标准谱库的自动检索，可提供化合物分子结构的信息，故是GC定性分析的有效工具。常被称为色谱质谱联用（GC/MS）分析，是将色谱的高分离能力与MS的结构鉴定能力结合在了一起。MSD实际上是一种专用于GC的小型MS仪器，一般配置电子轰击（EI）和化学电离（CI）源，也有直接MS进样功能。MSD的质量数范围通常为800-1000道尔顿，检测灵敏度和线性范围与FID接近，采用选择离子检测（SIM）时灵敏度更高63气相色谱分析基础热导检测

19、器热导检测器（thermal conductivity detector,TCDTCD） 基本原理:每种物质都有导热能力，而且导热的能力大小不同，通过一个热敏电阻来测定与热敏电阻接触的气体组成变化情况。这种检测方式虽然不是最灵敏的，但是对所有样品都有响应，是通用型的检测器。气相色谱分析基础 1. 热导检测器的结构热导检测器的结构 池体池体（一般用不锈钢制成） 热敏元件热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。 参考臂：参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。 测量臂测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。64参比池测量池(A)双臂热导池(B

20、)四臂热导池热导池结构示意图气相色谱分析基础65平衡电桥，下图。不同的气体有不同的热导系数。钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值： R参参=R测测 ; R1=R2则：则： R参参R2=R测测R1 无电压信号输出； 记录仪走直线（基线）。气相色谱分析基础66进样后， 载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，R参参R测测则： R参参R2R测测R1 这时电桥失去平衡，a、b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间变化的峰状图形。气相色谱分析基础67影响热导检测器灵

21、敏度的因素 热丝阻值:热丝阻值越大，其灵敏度越高。 桥流:灵敏度和桥流的三次方成正比，实验表明：电流增加一倍，灵敏度增加58倍气相色谱分析基础一般仪器说明书中一般仪器说明书中都给都给出样品池在不同载气、不同池出样品池在不同载气、不同池体温度下桥流的选用参考值体温度下桥流的选用参考值 通用型检测器 灵敏度较低，适合于大于几十ppm组分测定 对卤化物、重金属酯响应较小 浓度型检测器 非破坏型检测器 TCD的响应特性6869气相色谱分析基础 图中池体为长方形不锈钢制成，其中有长方环形气体流路，左通道中装有热丝，右通道比左通道略粗。下方l为毛细管柱和尾吹气人口， 2、3为切换气(或称调制气、参比气)入

22、口。开机条件稳定后，柱流出物和尾吹气以一定的流速进入池腔，它的流动方向完全受切换气控制。当切换气以一定的流速(如30 mL/min)从2进人，其中20mL/min通过热丝，从出口4排出，另外 10mL/min的切换气与柱流出组分一起通过右侧，从出口排放掉，热丝只作参比气测量图1(a)。当切换气从3进入，流过右侧排出；柱流出物和余下切换气即通过热丝，而后排出，这时作样品测量图1(b)。如此反复切换，频率为5Hz，即每100毫秒切换一次，每秒切换10次。对热丝而言，十次中有五次是样品气通过，另五次为参比气通过。该单热丝为惠斯顿电桥的一个臂，组成恒丝温检测电路70气相色谱分析基础TCD使用注意事项使

23、用注意事项（1）确保热丝不被烧断，在检测器通电之前，一定要确保载气已经通过了检测器，否则，热丝就可能被烧断，致使检测器报废，同时，关机时一定要先关检测器电源，然后关载气。任何时候进行有可能切断通过TCD的载气流量的操作，都要关闭检测器电源。这是TCD操作所必须遵循的规则。（2）载气中含有氧气时，会使热丝寿命缩短，所以，用TCD时载气必须彻底除氧。而且不要使用聚四氟乙烯作载气输送管，因为它会渗透氧气。（3）载气种类对TCD的灵敏度影响较大。原则上讲，载气与被测物的传热系数之差越大越好，故氢气或氦气作载气时比氮气作载气时的灵敏度要高。当然，要测定氢气时就必须用氮气作载气71气相色谱分析基础 又称氢

24、焰离子化检测器。主要用于可在又称氢焰离子化检测器。主要用于可在H2-Air火焰中燃烧的火焰中燃烧的有机化合物有机化合物(如烃类物质如烃类物质)的检测。的检测。 原理：含碳有机物在原理：含碳有机物在H2-Air火焰中燃烧产生碎片离子，在电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。测被色谱柱分离的组分。火焰离子化检测器火焰离子化检测器（flame ionization detector, FID）气相色谱分析基础72 结构：主要为离子室，内主要为离子室，内有石英喷嘴、发射极（极有石英喷嘴、发

25、射极（极化极，此图中为火焰顶端）化极，此图中为火焰顶端）和收集极和收集极(1) 在发射极和收集极之间加有一在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（定的直流电压（100300V）构成）构成一个外加电场。一个外加电场。(2) 氢焰检测器要用到三种气体：氢焰检测器要用到三种气体： N2 ：载气携带试样组分；：载气携带试样组分； H2 ：为燃气；：为燃气； 空气：助燃气。空气：助燃气。 使用时需要调整三者的比例关使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳。系，检测器灵敏度达到最佳。气相色谱分析基础73气相色谱分析基础74A区：预热区区：预热区B层：点燃火焰层：点燃火焰C层：热裂解区：温度最高层

26、：热裂解区：温度最高D层：反应区层：反应区工作过程：工作过程：来自来自色谱柱的有机物与色谱柱的有机物与H2-Air混合并燃烧，产生电子和离子混合并燃烧，产生电子和离子碎片，这些带电粒子在火焰和碎片，这些带电粒子在火焰和收集极间的电场作用下（几百收集极间的电场作用下（几百伏）形成电流，经放大后测量伏）形成电流，经放大后测量电流信号。电流信号。气相色谱分析基础75 具体描述如下： 氢气由喷嘴加入，与空气混合点火燃烧，形成氢火焰。极化极和收集极通过高阻、基流补偿和50350V的直流电源组成检测电路，测量氢火焰中所产生的微电流。该检测电路在收集极和极化极间形成一高压静电场。H2+O2燃烧能产生2100

27、高温，使被测有机组分电离。载气(N2)本身不会被电离，只有载气中的有机杂质和流失的固定液会在氢火焰中被电离成正、负离子和电子。在电场作用下，正离子移向收集极(正极)。负离子和电子移向极化极(负极)。气相色谱分析基础76 形成的微电流经高电阻，在其两端产生电压降，经微电流放大器放大后从输出衰减器中取出信号，在记录仪中记录下来即为基流，或称本底电流、背景电流。只要载气流速、柱温等条件不变，基流亦不变。无样品时两极间离子很少，基流不变;当载气+组分进入火焰时，在氢火焰作用下电离生成许多正、负离子和电子，使电路中形成的微电流显著增大。即组分的信号，离子流经高阻放大、记录即得色谱峰。气相色谱分析基础77

28、 注意事项（一） 注意安全 防氢气泄漏，切勿让氢气泄漏入柱恒温箱中，以防爆炸。注意以下几点即可： 在未接色谱柱和柱试漏前，切勿通氢气；卸色谱柱前，先检查一下，氢气是否关好；如果是双柱双检测器我谱仪，只有一个FID检测器工作时，务必要将另一个不用的FID用闷头螺丝堵死；防烫伤，因为FID外壳很烫。气相色谱分析基础78（二） 保持FID正常性能 1正常点火 点火时，FID检测器温度务必在120以上。点火困难时，适当增大氢气流速，减小空气流速，点着后再调回原来的比例。检测器要高于柱温 2050，防水冷凝。FID的灵敏度与氢气、空气和氮气的比例有直接关系，因此要注意优化。一般三者的比例应接近或等于1:

29、10:1，如氢气30-40ml/min,空气300-400ml/min，氮气30-40ml/min。 2定期清洗喷嘴 注意线性范围与以下条件有关：一般用N2作载气，载气要净化，除有机物；气体流量比等。（三）FID虽然是准通用型检测器，但有些物质在此检测器上的响应值很小或无响应。 这些物质包括永久气体、卤代硅烷、H2O、NH3、CO、CO2、CS2、CCl4、等等。所以，检测这些物质时不应使用FID气相色谱分析基础79 数据处理最基本的功能是将检测器输出的模拟信号随时间的变化曲线即色谱图画出来。实现此功能的最简单的方法是采用一台记录仪。 另一种使用较为普遍的数据处理装置是电子积分仪。积分仪和计算

30、机的数据记录原理基本相同，即它只处理数字信号，而不能识别模拟信号。这样，在检测器输出端和积分仪之间就需要一个接口，即所谓模数（A/D）转换器。A/D转换器以一定的速率提取模拟信号的数据点，将连续的信号转换为不连续的数值。 与此同时，计算机还可通过键盘输入来实现仪器的自动控制（比如气体流量、柱箱温度、检测器参数等）。这套系统就叫做色谱工作站80气相色谱分析基础3.1 溶剂萃取3.2 固相萃取3.3 固相微萃取3.4 顶空分离3.5 吹扫捕集81气相色谱分析基础3.1 溶剂萃取 萃取法主要用于对液体样品的处理它是集分离、浓缩为一体的分离方法。此方法利用与水不相溶的有机溶剂同样品一起震荡,这时,一些

31、组分进入小体积的有机相,另一些组分仍然留在水相中,从而达到分离和富集的目的。 在样品预处理时，可根据分析对象，按“相似相溶”的原理选择萃取剂。并使选择的萃取剂对待测组分有很强的溶解能力，而对样品中其它主要成分不溶解。另外还要考虑萃取剂必须与富集的微量组分在色谱柱上能够分离常用的溶剂,按极性从小到大排列的顺序为：石油醚己烷辛烷环己烷四氯化碳苯二硫化碳三氯甲烷乙醚乙酸乙酯二氯甲烷吡啶正丁醇正丙醇丙酮乙醇甲醇有机酸 在一些萃取过程中，还可以加入一定量的盐，提高萃取效率。82气相色谱分析基础3.2 固相萃取 固相萃取（Solid Phase Extraction,简称SPE）是从八十年代中期开始发展起

32、来的一项样品前处理技术。由液固萃取和液相色谱技术相结合发展而来。主要用于样品的分离，净化和富集。主要目的在于降低样品基质干扰，提高检测灵敏度。 SPE技术基于液-固相色谱理论，采用选择性吸附、选择性洗脱的方式对样品进行富集、分离、净化，是一种包括液相和固相的物理萃取过程；也可以将其近似地看作一种简单的色谱过程。 SPE是利用选择性吸附与选择性洗脱的液相色谱法分离原理。较常用的方法是使液体样品溶液通过吸附剂，保留其中被测物质，再选用适当强度溶剂冲去杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱被测物质，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。也可选择性吸附干扰杂质，而让被测物质流出；或同时吸附杂质和被测物质，再使用合适

33、的溶剂选择性洗脱被测物质83气相色谱分析基础3.2 固相萃取84气相色谱分析基础气相色谱分析基础 4.1 定性分析定性分析 标准品对照定性标准品对照定性 保留指数保留指数/相对保留值定性相对保留值定性 双柱或多柱定性双柱或多柱定性 保留值经验规律定性保留值经验规律定性 检测器的选择性定性检测器的选择性定性 连用技术定性连用技术定性 4.2 定量分析定量分析 归一化法归一化法 外标法、内标法外标法、内标法 标准加入法标准加入法85气相色谱分析基础4.1 定性分析定性分析标准品对标准品对照定性照定性86利用保留时间和保留体积定性利用保留时间和保留体积定性 在色谱固定相和操作条件一定时，试样的每种组

34、分均在色谱固定相和操作条件一定时，试样的每种组分均有确定的色谱保留值，因而保留值是色谱定性的基本参数。有确定的色谱保留值，因而保留值是色谱定性的基本参数。即各组分的即各组分的t tR R或或v vR R可作为定性的指标。可作为定性的指标。t tR R随载气流速的变化随载气流速的变化而变化，使用时要注意控制载气流速，而而变化，使用时要注意控制载气流速，而v vR R不受流速变化不受流速变化的影响。的影响。 测定时只要在相同的操作条件下，分别测出已知物和测定时只要在相同的操作条件下，分别测出已知物和未知样的保留值，比较二者的保留值是否相同，如相同，未知样的保留值，比较二者的保留值是否相同，如相同，

35、则两者为同一种物质。则两者为同一种物质。 优点：简单优点：简单 缺点：要有纯样，适用于已知物，操作条件要缺点：要有纯样，适用于已知物，操作条件要稳定稳定气相色谱分析基础4.1 定性分析定性分析87利用比保留体积定性利用比保留体积定性 利用比保留体积定性，可不受柱长、柱内径、固利用比保留体积定性，可不受柱长、柱内径、固定液含量和流速的影响。实验时，利用定液含量和流速的影响。实验时，利用V Vg g进行比较定进行比较定性性,T,Tc c为临界温度为临界温度,V,VN N为在绝对温度时测量的保留体积。为在绝对温度时测量的保留体积。 WVTVNcg273气相色谱分析基础4.1 定性分析定性分析88利用

36、相对保留值定性利用相对保留值定性 利用保留值定性，需要严格控制操作条件，否则利用保留值定性，需要严格控制操作条件，否则重复性差。而用相对保留值定性，则可消除某些操重复性差。而用相对保留值定性，则可消除某些操作条件的影响。作条件的影响。 令某一组分为令某一组分为s s，其它各组分以，其它各组分以i i表示，分别计表示，分别计算已知物各组分的算已知物各组分的r risis和混合物各色谱峰的和混合物各色谱峰的r risis值后，值后，通过比较对应的通过比较对应的r risis值，其值相同者为同一物质。值，其值相同者为同一物质。siRRisttr优点：比绝对法重现性好优点：比绝对法重现性好缺点：也需要

37、纯样，比绝对法麻烦缺点：也需要纯样，比绝对法麻烦气相色谱分析基础4.1 定性分析定性分析89利用加入已知物增加峰高定性利用加入已知物增加峰高定性 如果相邻两组分的峰间距太小，或操作如果相邻两组分的峰间距太小，或操作条件不易控制稳定，因而不易测准保留值时条件不易控制稳定，因而不易测准保留值时, 可采用增加峰高的方法定性。此法是将已知物可采用增加峰高的方法定性。此法是将已知物加入试样中加入试样中, 如果由混合后得色谱图上的某组如果由混合后得色谱图上的某组分峰高有所增加分峰高有所增加, 则可以认为试样中含有所加则可以认为试样中含有所加 入的这一物质。入的这一物质。气相色谱分析基础4.1 定性分析定性

38、分析90利用双柱定性利用双柱定性 有时不同组分在同一根色谱柱上具有相同的保留值，有时不同组分在同一根色谱柱上具有相同的保留值，例如丁烯与异丁烯在阿皮松硅油等非极性柱上具例如丁烯与异丁烯在阿皮松硅油等非极性柱上具有相同的保留值，此时可采用双柱法定性，该法对于有相同的保留值，此时可采用双柱法定性，该法对于同系物的定性更有利。同系物的定性更有利。 在一根柱子上保留值相同的化合物，在另一根柱在一根柱子上保留值相同的化合物，在另一根柱上保留值不同，分别是当两根柱子极性差大时，保留上保留值不同，分别是当两根柱子极性差大时，保留值差别更大。因此，选择分离的两根柱子极性差应尽值差别更大。因此，选择分离的两根柱

39、子极性差应尽量大。量大。 如果用纯样品校对，也需在两根柱上观察标样峰如果用纯样品校对，也需在两根柱上观察标样峰与未知峰是否始终重合。与未知峰是否始终重合。气相色谱分析基础4.1 定性分析定性分析91利用利用文献的保留值数据定性文献的保留值数据定性 在某些情况下，可利用文献发表的保留值来定性。通常在某些情况下，可利用文献发表的保留值来定性。通常用的有相对保留值和保留指数，只要能重现其要求的操作用的有相对保留值和保留指数，只要能重现其要求的操作条件，这些定性数据还是可靠的。条件，这些定性数据还是可靠的。 利用相对保留值定性的方法前面已介绍。利用相对保留值定性的方法前面已介绍。保留指数保留指数I I

40、x x在在许多文献上都可查到，它至今仍是柱保留值最有价值的表许多文献上都可查到，它至今仍是柱保留值最有价值的表达形式。达形式。 保留指数是把物质的保留行为用保留指数是把物质的保留行为用两个紧靠近它的标准两个紧靠近它的标准物物（一般是两个正构烷烃）来标定。并以均一标度来表示。（一般是两个正构烷烃）来标定。并以均一标度来表示。 在任何情况下，正构烷烃的保留指数，规定为其碳数在任何情况下，正构烷烃的保留指数，规定为其碳数乘以乘以100100。例如正己烷和正庚烷的保留指数分别为。例如正己烷和正庚烷的保留指数分别为600600和和700700，而其它物质的保留指数则需在色谱条件下以相邻的正构烷而其它物质

41、的保留指数则需在色谱条件下以相邻的正构烷烃为参比物进行测定。烃为参比物进行测定。 气相色谱分析基础4.1 定性分析定性分析92某物质的保留指数按下式计算：某物质的保留指数按下式计算： 式中：式中：t tR R 为调整保留时间；为调整保留时间； x x为被测物；为被测物； z z为具有为具有z z个碳原子的正构烷烃；个碳原子的正构烷烃； z+1z+1为具有为具有z+1z+1个碳原子的正构烷个碳原子的正构烷烃。烃。 利用上式求出未知物的保留指数，然后与文献数据对利用上式求出未知物的保留指数，然后与文献数据对照，即可对未知物进行定性。照，即可对未知物进行定性。 确定方法：将碳原子数为确定方法：将碳原

42、子数为Z Z和和Z+1Z+1的正构烷烃加入样品的正构烷烃加入样品X X中进行分析，测得它们的调整保留时间，并要求：中进行分析，测得它们的调整保留时间，并要求： t t R R（Z Z） t t R R（X X） t t R R（Z+1Z+1） ，zttttIzzzxRRRRxlglglglg1001气相色谱分析基础4.1 定性分析定性分析93优点：测得优点：测得IxIx值与文献值对照就可定性。值与文献值对照就可定性。缺点：缺点：1. 1. 要有正构烷烃纯样。要有正构烷烃纯样。 2. 2. 可供查阅的文献值太少。可供查阅的文献值太少。 3 3柱子与柱温要与文献规定相同柱子与柱温要与文献规定相同气

43、相色谱分析基础4.1 定性分析定性分析94例题：例题： 在某色谱条件下，文献报道，甲基乙基酮的在某色谱条件下，文献报道，甲基乙基酮的I IX X为为616616，环己烷的环己烷的I IX X为为585585，现有两种物质，为对其进行定性，现有两种物质，为对其进行定性，按文献报道的色谱条件，测量了该组分以及几种正按文献报道的色谱条件，测量了该组分以及几种正构烷烃的保留值，结果为：构烷烃的保留值，结果为： n-n-丁烷丁烷 t t R R= 2.21min= 2.21min， n-n-戊烷戊烷 t t R R = 4.10min = 4.10min n-n-己烷己烷 t t R R = 7.61m

44、in = 7.61min， n-n-庚烷庚烷 t t R R =14.08min =14.08min t t R R(A)= 9.83min t(A)= 9.83min t R R(B)=8.4min(B)=8.4min 试判断试判断A A、B B是否为甲基乙基酮或环己烷是否为甲基乙基酮或环己烷。气相色谱分析基础4.1 定性分析定性分析95解：解：61661.7lg08.14lg61.7lg40.8lg610064261.7lg08.14lg61.7lg83.9lg6100BAII 可见：可见： B B 物质是物质是甲基乙基酮甲基乙基酮 A A 物质既物质既不不是是甲基乙基酮，甲基乙基酮，也不

45、是也不是环己烷环己烷气相色谱分析基础4.1 定性分析定性分析96碳数规律碳数规律 当一个混合物中某几个组分缺乏纯物质，而且又无已知的保留数当一个混合物中某几个组分缺乏纯物质，而且又无已知的保留数据时，可利用下面两个经验规律，通过作图求得保留值，从而对未据时，可利用下面两个经验规律，通过作图求得保留值，从而对未知物进行定性。知物进行定性。 碳数规律是在一定的温度下，同系物的调整保留时间的对数与碳数规律是在一定的温度下，同系物的调整保留时间的对数与分子中的碳原子数分子中的碳原子数n n成正比（成正比（n=1n=1、2 2时可能有偏差）：时可能有偏差）： 式中：式中：A A1 1、c c1 1是与固

46、定液和被分析物质结构有关的经验常数。是与固定液和被分析物质结构有关的经验常数。 利用此经验规律定性时，先测出同系物中几个已知组分的调整利用此经验规律定性时，先测出同系物中几个已知组分的调整保留时间，用这些调整保留时间与相应的碳原子数作图，根据该图保留时间，用这些调整保留时间与相应的碳原子数作图，根据该图求出同系物中其它组分的调整保留时间，再与相同条件下测得的未求出同系物中其它组分的调整保留时间，再与相同条件下测得的未知峰的调整保留时间对照定性。知峰的调整保留时间对照定性。 碳数规律只适用于碳数规律只适用于同系物同系物，而不适用于同族化合物。，而不适用于同族化合物。 11lgCnAtR气相色谱分

47、析基础4.1 定性分析定性分析97沸点规律沸点规律 与碳数规律一样，同系物中比保留体积的对数与其与碳数规律一样，同系物中比保留体积的对数与其沸点沸点T Tb b成比例。同碳数的碳链异构物的比保留体积的成比例。同碳数的碳链异构物的比保留体积的对数与其沸点也有这种关系：对数与其沸点也有这种关系： 式式中中A A2 2、c c2 2为经验常数。为经验常数。 利用沸点规律时，先用几个能得到的同系物组分利用沸点规律时，先用几个能得到的同系物组分作出作出lgVlgVg g-T-Tb b图，根据未知物的沸点，找出相应的图，根据未知物的沸点，找出相应的lgVlgVg g值，与待测组分的峰对照定性值，与待测组分

48、的峰对照定性。22lgCTAVbg气相色谱分析基础4.1 定性分析定性分析984.2 定量方法面积归一法 各组分浓度以面积百分比表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。气相色谱分析基础不需标样不需标样组分响应值相近组分响应值相近99精确精确定量分析定量分析 在一定的操作条件下，检测器的响应信号（色谱在一定的操作条件下，检测器的响应信号（色谱图上的峰面积或峰高）与进入检测器的组分图上的峰面积或峰高）与进入检测器的组分i的重的重量或浓度成正比。量或浓度成正比。即即： 或或 上式即为上式即为气相色谱定量分析的依据气相色谱定量分析的依据。显然要准。显然要准确进行定量分析，必须要：确进行定量分析，必须

49、要：（1）准确的测量峰面积准确的测量峰面积Ai（2）求出定量校正因子求出定量校正因子fi（3）正确地选用定量计算方法正确地选用定量计算方法msAiiiiiiiAfsAm/4.2 定量方法气相色谱分析基础100一、峰面积的测量方法一、峰面积的测量方法 峰面积测量的准确度直接影响定量结果。对于不同峰面积测量的准确度直接影响定量结果。对于不同峰形的色谱峰必须采用不同的测量方法，才能取得较峰形的色谱峰必须采用不同的测量方法，才能取得较好的结果，常见的峰形主要有对称峰和不对称峰两类。好的结果，常见的峰形主要有对称峰和不对称峰两类。峰面积的测量方法有峰面积的测量方法有 峰高乘半峰宽法峰高乘半峰宽法 近似测

50、量法近似测量法: 峰高乘平均峰宽法峰高乘平均峰宽法 峰高乘保留时间法峰高乘保留时间法 自动积分仪法自动积分仪法 真实测量法真实测量法： 求积仪（或叫面积仪）求积仪（或叫面积仪）4.2 定量方法气相色谱分析基础1011. 1.峰高乘半峰宽法峰高乘半峰宽法 该法是把对称色谱峰看作一个等腰三角形，根据等腰三角形该法是把对称色谱峰看作一个等腰三角形，根据等腰三角形面积的计算方法，可近似认为峰面积（面积的计算方法，可近似认为峰面积（A）等于峰高（）等于峰高（h）与）与半峰宽（半峰宽（Y1/2）的乘积。）的乘积。 这样这样测得的峰面积只有真实面积的测得的峰面积只有真实面积的0.94倍，实际峰面积应为：倍，

51、实际峰面积应为： 在在作相对计算时，作相对计算时，1.065可以略去，不影响测定结果。但在作可以略去，不影响测定结果。但在作绝对测量时，如测灵敏度，比表面积时，绝对测量时，如测灵敏度，比表面积时，1.065就不能省略。就不能省略。 此法简便，是一种最常用的近似方法。它主要用于对称峰。此法简便，是一种最常用的近似方法。它主要用于对称峰。不对称峰不能应用，很窄和很小的峰的半峰宽测量误差很大。不对称峰不能应用，很窄和很小的峰的半峰宽测量误差很大。2/1hYA 2/1065. 1hYA 4.2 定量方法气相色谱分析基础1022. 2.峰高乘平均峰宽法峰高乘平均峰宽法 对于对于不对称的色谱峰不对称的色谱

52、峰，可采用此法。所谓平均峰宽是指，可采用此法。所谓平均峰宽是指在峰高在峰高0.15和和0.85处分别测峰宽，然后取其平均值，由处分别测峰宽，然后取其平均值，由此测得的峰面积为：此测得的峰面积为： 此法虽有测量上的麻烦，但结果还是比较准确。此法虽有测量上的麻烦，但结果还是比较准确。 )(2185.015.0YYhA4.2 定量方法气相色谱分析基础1033. 3.峰高乘保留时间法峰高乘保留时间法 在一定的操作条件下，在一定的操作条件下，同系物同系物的半峰宽与保留时间成正比，即：的半峰宽与保留时间成正比，即： 将将Y1/2值代入前面式子中得：值代入前面式子中得： 式中式中b为常数，在作相对测量时，为

53、常数，在作相对测量时，1.065和和b均可约去。均可约去。 此法简便、快速而准确，特别适用于窄峰和分离不到一半峰的此法简便、快速而准确，特别适用于窄峰和分离不到一半峰的峰面积测量。对含量相差悬殊的峰、非同系物的峰不适用峰面积测量。对含量相差悬殊的峰、非同系物的峰不适用。 RbtY21RbhtA065. 14.2 定量方法气相色谱分析基础1044. 4.自动积分仪法自动积分仪法 自动积分仪可自动测出某一曲线所围成的面积，是最方自动积分仪可自动测出某一曲线所围成的面积，是最方便的一种测量工具。此法对不对称峰和对称峰都能快速和准便的一种测量工具。此法对不对称峰和对称峰都能快速和准确测量，其精密度可达

54、确测量，其精密度可达0.22%。但测量较小峰时，误差较大。但测量较小峰时，误差较大。 5.求积仪（或叫面积仪）法求积仪（或叫面积仪）法 求积仪法是用平动的方法测量峰面积，可准确到求积仪法是用平动的方法测量峰面积，可准确到0.1cm2。方法的精密度随峰面积减小而降低，此时可。方法的精密度随峰面积减小而降低，此时可以加大纸速，以增大峰面积，并重复多测几次，以降以加大纸速，以增大峰面积，并重复多测几次，以降低测量相对误差。此法多用于低测量相对误差。此法多用于不对称色谱峰不对称色谱峰。4.2 定量方法气相色谱分析基础105二、定量校正因子二、定量校正因子 色谱分析的定量依据是，在一定的操作条件下，色谱

55、分析的定量依据是，在一定的操作条件下，进样量与峰面进样量与峰面积成正比积成正比。但由于同一种检测器对不同物质有不同的灵敏度，。但由于同一种检测器对不同物质有不同的灵敏度，故故等量的不同物质通过检测器时，所产生的峰面积就不相等等量的不同物质通过检测器时，所产生的峰面积就不相等，因而不能直接用峰面积来计算物质的含量。为了使峰面积能真因而不能直接用峰面积来计算物质的含量。为了使峰面积能真实地反映出物质的含量，就需用定量因子对峰面积进行校正。实地反映出物质的含量，就需用定量因子对峰面积进行校正。 校正因子的表示法校正因子的表示法 校正因子的测量校正因子的测量4.2 定量方法气相色谱分析基础1061.

56、1.校正因子的表示法校正因子的表示法 由式由式 得得 式中：式中：fi为绝对校正因子，即单位峰面积所代表的物质量。为绝对校正因子，即单位峰面积所代表的物质量。fi主要由主要由仪器的灵敏度来决定，既不容易测准也无法应用，但物质的相对响仪器的灵敏度来决定，既不容易测准也无法应用，但物质的相对响应值相同，所以在定量分析中都是用相对校正因子应值相同，所以在定量分析中都是用相对校正因子f/i，即为某物质，即为某物质与一标准物质与一标准物质s的绝对校正因子之比值。的绝对校正因子之比值。 热导池检测器用热导池检测器用苯苯作为标准物，氢火焰检测器用作为标准物，氢火焰检测器用正庚烷正庚烷作为作为标准物标准物，由

57、于由于被测物质使用的计量单位不同，校正因子又可分为：被测物质使用的计量单位不同，校正因子又可分为：“重量校正因子重量校正因子”、“摩尔校正因子摩尔校正因子”、“体积校正因子体积校正因子”。（通。（通常把相对二字略去）。常把相对二字略去）。 相对响应值相对响应值iiiAmfsiifffiiiAfm4.2 定量方法气相色谱分析基础107重量校正因子（重量校正因子（ ） 这是一种最重要的定量校正因子。这是一种最重要的定量校正因子。 式中：式中：Ai、As、mi、ms分别为待测物和标准物的分别为待测物和标准物的峰面积和重量峰面积和重量。 wf siiswswiwmAmAfff)()(4.2 定量方法气

58、相色谱分析基础108摩尔校正因子（摩尔校正因子（ ）即即 式中：式中：Mi、Ms分别为被测物和标准物的分子量。分别为被测物和标准物的分子量。 iswisisisssiiisMsMiMMMfMmAMmAMmAMmAfff )()()()(Mf4.2 定量方法气相色谱分析基础109体积校正因子（体积校正因子（ ） 如果样品为气体也可以用体积校正因子，则体积校如果样品为气体也可以用体积校正因子，则体积校正因子就是摩尔校正因子，因为一摩尔任何物质在正因子就是摩尔校正因子，因为一摩尔任何物质在条件相同时的体积相同，比如一摩尔任何物质在标条件相同时的体积相同，比如一摩尔任何物质在标准状态下都是准状态下都是

59、22.4升。升。 对于气体样品，用摩尔校正因子，可得体积百分数对于气体样品，用摩尔校正因子，可得体积百分数 vfMisisisvsvivfMmAMmAfff4 .224 .22)()(4.2 定量方法气相色谱分析基础110相对响应值（相对响应值（ ） 相对响应值也叫相对应答值，是被测物质相对响应值也叫相对应答值，是被测物质i和标准物和标准物质质s的绝对响应值之比：的绝对响应值之比： 相对响应值与相对校正因子的关系是，当计量单位相对响应值与相对校正因子的关系是，当计量单位相同时就互为倒数，即：相同时就互为倒数，即：siisss 1iifs is4.2 定量方法气相色谱分析基础1112. 2.校正

60、因子的测量校正因子的测量 校正因子的测量方法是准确称量被测组分和校正因子的测量方法是准确称量被测组分和标准物标准物质质，混均后在实验条件下进行分析，注意进样量应，混均后在实验条件下进行分析，注意进样量应在检测器的线性范围之内。测量各峰面积，由在检测器的线性范围之内。测量各峰面积，由 和 计算重量校正因子、摩尔校正因子。如果几次测量计算重量校正因子、摩尔校正因子。如果几次测量数值接近，可取其平均值。数值接近，可取其平均值。 校正因子除自己测定外，也可以引用文献上所发表校正因子除自己测定外，也可以引用文献上所发表的数据。的数据。 siiswmAmAfiswMMMff4.2 定量方法气相色谱分析基础