3第三章色谱分析法1

1、12第五节第五节 色谱定性、定量分析方法色谱定性、定量分析方法3历史历史 俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在19061906年使用的色谱原型装置年使用的色谱原型装置分离对象分离对象 - 植物色素植物色素色谱柱色谱柱 - 玻璃管玻璃管 固定相固定相 - 碳酸钙碳酸钙 流动相流动相 - 石油醚石油醚41931年年 库恩库恩, 奥地利化学家奥地利化学家, 胡萝卜素植物色素分离胡萝卜素植物色素分离1940年年 吸附色谱与电泳相结合吸附色谱与电泳相结合1941年年 分配色谱创立分配色谱创立1952年年 气相色谱法建立气相色谱法建立1968年年 高效液相色谱法建立高效液相色谱法建立1975年后年后

2、离子色谱、超临界流色谱、离子色谱、超临界流色谱、 高效毛细管电泳、场流动分级分离高效毛细管电泳、场流动分级分离5 tiselius, a.w.k. martin, a.j.p. synge, r.l.m. 19481948年年 nobel nobel 化学奖化学奖 19521952年年 nobel nobel 化学奖化学奖 吸附色谱与电泳吸附色谱与电泳 分配色谱分配色谱6 色谱法是一种物理化学分色谱法是一种物理化学分离方法，利用不同物质在两离方法，利用不同物质在两相（固定相和流动相）中具相（固定相和流动相）中具有不同的分配系数（或吸收有不同的分配系数（或吸收系数，渗透性等），当两相系数，渗透性

3、等），当两相做相对运动时，这种物质在做相对运动时，这种物质在两相中反复多次分配，从而两相中反复多次分配，从而使各物质得到完全的分离。使各物质得到完全的分离。7 色谱法分类色谱法分类1、按固定相及流动相的状态分类按固定相及流动相的状态分类 色谱：气液色谱、色谱：气液色谱、 气固色谱气固色谱 液相色谱：液液色谱、液固色谱液相色谱：液液色谱、液固色谱2 2、按固定相形状分类、按固定相形状分类 柱色谱，纸色谱，薄层色谱。柱色谱，纸色谱，薄层色谱。8分类分类 一般分类一般分类分离方法分离方法固定相固定相所用平衡所用平衡液相色谱液相色谱lc l-l分离分离吸附在固定相表面的液体吸附在固定相表面的液体不同溶

4、液之间分不同溶液之间分配平衡配平衡液相液相-固定相固定相固定相表面键合的有机相固定相表面键合的有机相在液体与固定相在液体与固定相表面的分布表面的分布液固或吸附液固或吸附固体固体吸附吸附离子交换离子交换离子交换树脂离子交换树脂离子交换离子交换尺寸排阻尺寸排阻聚合物中间隙聚合物中间隙分布分布/筛分筛分气相色谱气相色谱gc 气、液气、液吸附在固定相表面的液体吸附在固定相表面的液体气配气配/气气-液液气气-键相键相固体表面键合的有机物固体表面键合的有机物气配气配/气气-液液气气-固定体固定体固体固体吸附吸附超临界流体色超临界流体色谱谱sfc固体表面键合的有机物固体表面键合的有机物超临界流体与键超临界流

5、体与键合表面的分配合表面的分配 色谱法分类色谱法分类9 气相色谱气相色谱( gas chromatography ) 填充柱气相色谱填充柱气相色谱（packed column gas chromatography) 毛细管气相色谱毛细管气相色谱 (capillary column gas chromatography) 裂解气相色谱裂解气相色谱(pyrolysis gas chromatography ) 顶空气相色谱顶空气相色谱 ( headspace gas chromatography) 气相质谱联用技术气相质谱联用技术（gas chromatography-mass spectrome

6、try) 液相色谱液相色谱( liquid chromatography ) 高效液相色谱高效液相色谱( high performance liquid chromatography) 超临界流体色谱超临界流体色谱( supercritical fluid chromatography) 高效毛细管电泳高效毛细管电泳(high performance capillary electrophoresis) 毛细管电色谱毛细管电色谱(capillary electrochromatography) 液相质谱联用技术液相质谱联用技术（liquid chromatography- mass spect

7、rometry 色谱法分类色谱法分类10 平面色谱法平面色谱法（planar chromatography） 薄层色谱薄层色谱 ( thin layer chromatography) 薄层电泳色谱薄层电泳色谱 (thin layer electrophoresis ) 纸色谱纸色谱( paper chromatography) 色谱法分类色谱法分类11色谱法的特点色谱法的特点与其它分析方法相比，具有的优点：与其它分析方法相比，具有的优点： 分离效能高分离效能高 灵敏度高灵敏度高 分析速度快分析速度快 应用范围广应用范围广缺点：对未知物的定性比较困难缺点：对未知物的定性比较困难解决方法：与其它

8、分析方法联用（质谱、解决方法：与其它分析方法联用（质谱、 红外和电化学等）红外和电化学等）12一、气相色谱流出曲线气相色谱流出曲线色谱峰色谱峰峰底峰底峰高峰高( h)( h)峰底宽度峰底宽度 ( wb )( wb )半峰宽半峰宽 ( w )( w )常常用用术术语语13一、气相色谱流出曲线气相色谱流出曲线（1 1）时间表示的保留值）时间表示的保留值 保留时间（保留时间（t tr r）：）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时组分从进样到柱后出现浓度极大值时 所需的时间。所需的时间。死时间（死时间（t tm m）：）： 不与固定相作用的气体（如空气）的不与固定相作用的气体（如空气）的 保留时间保留时

9、间。调整保留时间（调整保留时间（t tr r ）：）：t tr r= t tr rt tmm14一、气相色谱流出曲线气相色谱流出曲线（2 2）用体积表示的保留值）用体积表示的保留值保留体积（保留体积（v vr r）：v vr r = = t tr rf f0 0死体积（死体积（v vm m）：）： v vmm = = t tmm f f0 0 调整保留体积（调整保留体积（v vr r）：）： v v r r = = v vr r v vmm f f0 0为色谱柱出口处的载气流量，为色谱柱出口处的载气流量，单位：单位：m l / minm l / min。152. 2. 相对保留值，选择性因子相

10、对保留值，选择性因子( ( )- 固定相对这两种组分的选择性固定相对这两种组分的选择性12rrtt16分配系数分配系数 k 一定温度下，组分在固定相和流动相之间一定温度下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度比。分配达平衡时的浓度比。k k只与固定相和被分离物质的性质有关只与固定相和被分离物质的性质有关k k值的差别是分离的先决条件，值的差别是分离的先决条件，差别越大，分离的可能性越大差别越大，分离的可能性越大k k值大的组分后出峰值大的组分后出峰cmcsk 组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度17塔板理论塔板理论 - 柱效能指标柱效能指标塔板理论塔板理论是色谱学中的热力学平是色谱学

11、中的热力学平衡理论。它是把样品组分在色谱衡理论。它是把样品组分在色谱柱中的分离过程，视为组分在分柱中的分离过程，视为组分在分馏塔里的分馏过程，把色谱柱看馏塔里的分馏过程，把色谱柱看成一个分馏塔。成一个分馏塔。分馏塔分馏塔利用各组分的沸点不同，利用各组分的沸点不同，在塔板上经过多次气在塔板上经过多次气- -液平衡后，液平衡后，最终低沸点组分在塔顶流液的含最终低沸点组分在塔顶流液的含量高，高沸点组分在塔低层含量量高，高沸点组分在塔低层含量高，而达到分离目的。高，而达到分离目的。石油裂解产物石油裂解产物18塔板理论的基本假设(1) 色谱中也存在类似分馏装置的塔板。样品中的某组色谱中也存在类似分馏装置

12、的塔板。样品中的某组分在色谱柱分在色谱柱“h”h”的高度区间内可以很快达到分配平衡。的高度区间内可以很快达到分配平衡。h h称为塔板高度，且组分在称为塔板高度，且组分在h h高度内服从分配定律。高度内服从分配定律。(2) 样品各组分都先加在样品各组分都先加在0 0号塔板上，且沿色谱柱轴方号塔板上，且沿色谱柱轴方向的扩散可以忽略不计。向的扩散可以忽略不计。(3) 流动相进入色谱柱（洗脱过程）不是连续的，而是流动相进入色谱柱（洗脱过程）不是连续的，而是间歇进入，每次进入一个塔板体积。间歇进入，每次进入一个塔板体积。(4) 分配系数在所有塔板上都相同，与组分在塔板上的分配系数在所有塔板上都相同，与组

13、分在塔板上的量无关。量无关。19塔板理论塔板理论 - 柱效能指标柱效能指标 色谱柱长：色谱柱长：l 虚拟的塔板间距离：虚拟的塔板间距离：h 色谱柱的理论塔板数：色谱柱的理论塔板数：n 则三者的关系为：则三者的关系为：nlh20塔板理论塔板理论 - 柱效能指标柱效能指标理论塔板数与色谱参数之间的关系理论塔板数与色谱参数之间的关系222/1)(16)(54. 5brrwtwtn有效222/1)(16)(54. 5brrwtwtn有效有效nlh21塔板数塔板数 n n是色谱柱的特征参数。当色谱柱长度一定时，塔板数是色谱柱的特征参数。当色谱柱长度一定时，塔板数 n n 越大越大( (塔板高度塔板高度

14、h h 越小越小) )，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数k k相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流

15、速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。塔板理论塔板理论 - 几点说明几点说明22速率理论速率理论 - 影响柱效能的因素影响柱效能的因素速率方程（也称范速率方程（也称范. .弟姆特方程式）弟姆特方程式）: : h h = = a a + + b b/ /u u + + c cu u h h：理论塔板高度，：理论塔板高度，u u：载气的线速度：载气的线速度(cm/s)(cm/s)1956年荷兰年荷兰van deemter23 a = 2dp dp： 固定相的平均颗粒直径固定相的平均颗粒直径 ： 固定相的填充不均匀因子固定

16、相的填充不均匀因子dp，填充的越均匀，填充的越均匀，a，h，柱效柱效na 涡流扩散项涡流扩散项24 b = 2 dg ：弯曲因子，填充柱色谱，弯曲因子，填充柱色谱，11。 dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（试样组分分子在气相中的扩散系数（cmcm2 2s s-1 -1） 流速流速，滞留时间，滞留时间，扩散，扩散dg （m载气载气）-1/2 ； m载气载气，b值值b/u 分子扩散项分子扩散项25 传质阻力包括气相传质阻力传质阻力包括气相传质阻力cg和液相传质阻力和液相传质阻力cl c =（cg + cl）d ，c , ,分配平衡时间长，峰变宽分配平衡时间长，峰变宽c u 传质阻力项传质阻力项

17、lflddc226分离度分离度 塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。 难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：保留值之差合影响：保留值之差色谱过程的热力学因素；色谱过程的热力学因素； 区域宽度区域宽度色谱过程的动力学因素。色谱过程的动力学因素。 色谱分离中的四种情况如图所示：色谱分离中的四种情况如图所示： 柱效较高，柱效较高，k k( (分配系数分配系数) )较大较大, ,

18、完全分离；完全分离； k k不是很大，柱效较高，不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；峰较窄，基本上完全分离；柱效较低，柱效较低，k k较大较大, ,但分但分离的不好；离的不好； k k小，柱效低，分离效果小，柱效低，分离效果更差。更差。27分离度分离度 塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分分离程度。柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。离。 难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：综合影响： 保留值之差保留值之差色谱过程的

19、热力学因素；色谱过程的热力学因素； 区域宽度区域宽度色谱过程的动力学因素。色谱过程的动力学因素。 由此可见，单独用柱效或选择性不能真实反映组分在由此可见，单独用柱效或选择性不能真实反映组分在色谱柱中分离情况，故需引人一个综合性指标色谱柱中分离情况，故需引人一个综合性指标分分离度离度r。分离度是既能反映柱效率又能反映选择性的。分离度是既能反映柱效率又能反映选择性的指标，称总分离效能指标。指标，称总分离效能指标。28分离度的表达式分离度的表达式)(699.1)(2)(2)1(2/1)2(2/1)1()2()1()2()1()2(bbrrbbrrwwttrwwttrr r=0.8=0.8：两峰的分离

20、程度可达：两峰的分离程度可达89%89%；r r=1=1：分离程度：分离程度98%98%；r r=1.5=1.5：达：达99.7%99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。（相邻两峰完全分离的标准）。29分离度与基本色谱分离方程式分离度与基本色谱分离方程式 分离度分离度r的定义并没有反映影响分离度的各种因素。的定义并没有反映影响分离度的各种因素。实际上，分离度是受柱效（实际上，分离度是受柱效（n）、选择因子）、选择因子( () )和容量和容量因子（因子（k）三个参数的控制。）三个参数的控制。 上式即为基本色谱分离方程式上式即为基本色谱分离方程式, 也可表示为也可表示为:)1)(1(4kknr222

21、)1()1(16kkrn30 同理同理, , 可得可得: : 也可表示为也可表示为: :)1(4effnr分离度与基本色谱分离方程式分离度与基本色谱分离方程式22)1(16rneff31提高分离度的途径提高分离度的途径(1)(1) 1. 提高柱效提高柱效 (1)(1)增加柱长增加柱长: : n增加增加2倍时倍时r只增大只增大1.4倍倍 (2)(2)降低塔板高度降低塔板高度h:是提高分离度的最好方法是提高分离度的最好方法)1)(1(4kknr32分离度与柱效的关系分离度与柱效的关系 当固定相确定，被分离物质对的当固定相确定，被分离物质对的确定后，分离度将确定后，分离度将取决于取决于n n。这时，

22、对于一定理论板高的柱子，分离度的。这时，对于一定理论板高的柱子，分离度的平方与柱长成正比，即平方与柱长成正比，即为了提高柱效，可采用的途径：（为了提高柱效，可采用的途径：（1）采用直径较）采用直径较小、粒度均匀的固定相；（小、粒度均匀的固定相；（2）控制较薄的液膜厚）控制较薄的液膜厚度；（度；（3)选择适宜的流动相、流速和温度等。选择适宜的流动相、流速和温度等。2121221)(llnnrr33提高分离度的途径提高分离度的途径(2)(2) 2.增大容量因子增大容量因子k r随随k 增大而增大，但是分析时间也随之延增大而增大，但是分析时间也随之延长。长。为了增大为了增大k值，可采用的方法：（值，

23、可采用的方法：（1）gc:增加固增加固定液的用量，适当降低柱温；（定液的用量，适当降低柱温；（2）lc:适当采用极性适当采用极性较小一些的流动相。较小一些的流动相。)1)(1(4kknr34提高分离度的途径提高分离度的途径(3)(3) 3.增大选择性因子增大选择性因子 值值 由于由于 的微小变化，都对的微小变化，都对r有很大的影响，有很大的影响，增增大大 值是改善分离度的最有力的手段。值是改善分离度的最有力的手段。 为了增大为了增大 值，可采用的方法：（值，可采用的方法：（1）gc:适当降低柱适当降低柱温；（温；（2）lc:通过控制固定相和流动相的性质来调整通过控制固定相和流动相的性质来调整

24、。 存在的问题：存在的问题： 的变化不像的变化不像n和和k有规律可循。有规律可循。)1)(1(4kknr35例题例题 已知物质已知物质a和和b在一根在一根30.0 cm长的柱子上的长的柱子上的保留时间分别为保留时间分别为16.40 min和和17.63 min, 不不被保留组分通过该柱的时间为被保留组分通过该柱的时间为1.30 min, 峰底峰底宽度分别为宽度分别为1.11 min和和1.21 min，计算：，计算： （1）柱的分离度；）柱的分离度； （2）柱的平均塔板数；）柱的平均塔板数； （3）塔板高度；）塔板高度； （4）完全分离时所需的柱长。）完全分离时所需的柱长。36答案答案 (1)

25、 r=1.06; (2) n (a) =3493, n (b) =3397, n 平均 =3445 ; (3) h= l/n = 8.710(-3) cm; (4) r1 =1.06, r2 =1.5, l1 =30.0cm, l2 =? l2 = 60.0cm37气相色谱固定相气相色谱固定相1气固色谱固定相气固色谱固定相种类：种类： 活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强。活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强。 活性氧化铝：有较大的极性。适用于常温下活性氧化铝：有较大的极性。适用于常温下oo2 2、nn2 2、coco、chch4 4、c c2 2h h6 6、c c2 2h h4 4等气体的

26、相互分离。等气体的相互分离。coco2 2能被活能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析。性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析。 硅胶：与活性氧化铝大致相同的分离性能，除能分析上硅胶：与活性氧化铝大致相同的分离性能，除能分析上述物质外，还能分析述物质外，还能分析coco2 2、nn2 2oo、nono、nono2 2等，且能够等，且能够分离臭氧。分离臭氧。38气固色谱固定相气固色谱固定相 分子筛：分子筛： 碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。如碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。如3a3a、4a4a、5a5a、10x10x及及13x13x分子筛等（孔径：埃）。常用分子筛等

27、（孔径：埃）。常用5a5a和和13x13x（常温下（常温下分离分离o o2 2与与n n2 2）。除了广泛用于）。除了广泛用于h h2 2、o o2 2、n n2 2、chch4 4、coco等的分离外等的分离外，还能够测定，还能够测定hehe、nene、arar、nono、n n2 2o o等。等。 高分子多孔微球（高分子多孔微球（gdxgdx系列）：系列）： 新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。 型号型号：gdx-01gdx-01、-02-02、-03-03等。适用于水、气体及低级醇的分析。等。适用于水、气体及低级醇的分析。39气固色

28、谱固定相的特点气固色谱固定相的特点（1 1）性能与制备和活化条件有很大关系；）性能与制备和活化条件有很大关系；（2 2）同一种固定相，不同厂家或不同活化条）同一种固定相，不同厂家或不同活化条 件，分离效果差异较大；件，分离效果差异较大；（3 3）种类有限，能分离的对象不多；）种类有限，能分离的对象不多；（4 4）使用方便。）使用方便。40气液色谱固定相气液色谱固定相气液色谱固定相气液色谱固定相 固定液固定液+ +担体（支持体）担体（支持体） ： 固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态。液体状态。 固定液的种类繁多，选择余地大，应

29、用范围不断扩大。固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断扩大。担体：化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比表面积。担体：化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比表面积。 可以作为担体使用的物质应满足以下条件：可以作为担体使用的物质应满足以下条件： 比表面积大，孔径分布均匀；比表面积大，孔径分布均匀； 化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组份不化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组份不起反应；起反应； 具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎； 颗粒大小均匀、适度。一般常用颗粒大小均匀、适度。一般常用60806080目、目、801008010

30、0目。目。41担体（硅藻土）担体（硅藻土）红色担体：红色担体：孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强 度好。适宜分离非极性或弱极性组分的试样。度好。适宜分离非极性或弱极性组分的试样。 缺点是表面存有活性吸附中心点。缺点是表面存有活性吸附中心点。白色担体：白色担体：煅烧前原料中加入了少量助溶剂（碳酸钠）。煅烧前原料中加入了少量助溶剂（碳酸钠）。 颗颗 粒疏松，孔径较大。表面积较小，机械强粒疏松，孔径较大。表面积较小，机械强度度 较差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分较差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分 的试样。的试样。42硅藻土的显微图象 种类 担

31、体名称 特点及用途 生产厂家红色硅藻土担体201 红色担体301 釉化红色担体6201 红色担体适用于涂渍非极性固定液分析非极性物质由 201 釉化而成，性能介于红色与白色硅藻土担体之间，适用于分析中等极性物质上海试剂厂大连催化剂厂硅藻土类白色硅藻土担体101 白色担体101 酸洗101 硅烷化白色担体102 白色担体适用于涂渍极性固定液分析极性物质催化吸附性小，减小色谱峰拖尾上海试剂厂非硅藻土类高分子微球玻璃微球氟担体由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成经酸碱处理，比表面积 0.02 m2 / g ,可在较高温度下使用，适宜分析高沸点物质。由四氟乙烯聚合而成，比表面积 10.5 m2 /g适宜分析强极

32、性物质和腐蚀性物质上海试剂厂44固定液：高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多。固定液：高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多。1 1对对固定液的固定液的要求要求 应对被分离试样中的各组分具有不同的溶解能力，较好应对被分离试样中的各组分具有不同的溶解能力，较好的热稳定性，并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应。的热稳定性，并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应。2 2选择的基本原则选择的基本原则 “相似相溶相似相溶”，选择与试样性质相近的固定相。，选择与试样性质相近的固定相。固定液固定液453 3固定液分类方法固定液分类方法 如按化学结构、极性、应用等的分类方法。在各种色谱手如按化学结构、极性、应用等

33、的分类方法。在各种色谱手册中，一般将固定液按有机化合物的分类方法分为：脂肪烃、册中，一般将固定液按有机化合物的分类方法分为：脂肪烃、芳烃、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等；芳烃、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等；4 4最高最低使用温度最高最低使用温度: : 高于最高使用温度易分解，温度低高于最高使用温度易分解，温度低呈固体；呈固体；5 5混合固定相：混合固定相：对于复杂的难分离组分通常采用特殊固定对于复杂的难分离组分通常采用特殊固定液或将两种甚至两种以上配合使用；液或将两种甚至两种以上配合使用；6 6固定液的相对极性：固定液的相对极性：规定：角鲨烷（异三十烷）的相规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零

34、，对极性为零，氧二丙睛的相对极性为氧二丙睛的相对极性为100100。固定液固定液4647商品名商品名最适最适使用使用温度温度基本应用基本应用聚二甲硅氧烷聚二甲硅氧烷ov-1se-30350通用非极性通用非极性pcbs烃碳氢化合烃碳氢化合物多核芳烃物多核芳烃,药药,甾类甾类聚苯基甲基硅氧聚苯基甲基硅氧烷烷(10%苯基苯基)ov-3se-52350脂肪酸甲脂脂肪酸甲脂,生物碱生物碱,卤化物卤化物,药物药物聚苯甲硅氧烷聚苯甲硅氧烷(50%)ov-17270药物药物,甾体化合物甾体化合物,农药农药,二醇二醇聚三氟丙基聚三氟丙基甲基硅氧烷甲基硅氧烷ov-210200氯化芳烃氯化芳烃,硝基芳烃硝基芳烃,烷

35、代苯烷代苯聚乙二醇聚乙二醇(peg)carbowx20m250酸酸,醇醇,脂脂,香精香精,甘醇甘醇聚聚(二氢乙氧基甲二氢乙氧基甲基基)硅氧烷硅氧烷聚氧二丙氰聚氧二丙氰ov-275240聚不饱和酸聚不饱和酸,酸酸,醇醇,松香油松香油(树树脂油脂油)48固定液固定液商品名商品名最高温最高温度度应用应用聚二甲硅氧烷聚二甲硅氧烷 polydimethylsiloxaneov-1,se-30350非极性物质、碳氧化合物、多环非极性物质、碳氧化合物、多环芳烃、药物、甾体化合物、芳烃、药物、甾体化合物、pcbs（多氯芳烃）（多氯芳烃） 聚（聚（10%苯基甲基）二苯基甲基）二甲硅氧烷甲硅氧烷ov-3，se-5

36、2350脂肪酸甲酯、生物碱、药物、卤脂肪酸甲酯、生物碱、药物、卤化物化物聚（聚（50%苯基）甲基硅苯基）甲基硅氧烷氧烷polyphenylmethyl siloxane 50% phenyl） ov-17250药物、甾体、杀虫剂、甘醇类药物、甾体、杀虫剂、甘醇类聚三氟丙基甲硅氧烷聚三氟丙基甲硅氧烷ov-210200氯化芳烃、硝基芳烃、烷代苯氯化芳烃、硝基芳烃、烷代苯聚乙二醇（聚乙二醇（peg）garbowax 20m250酸、醇、脂、香精、甘醇酸、醇、脂、香精、甘醇聚氰氧二甲基硅氧烷聚氰氧二甲基硅氧烷ov-275240聚不饱和酸、松节油、酸、醇聚不饱和酸、松节油、酸、醇49固定液的选择固定液的

37、选择 气液色谱，应根据气液色谱，应根据“相似相溶相似相溶”的原则的原则分离非极性组分时分离非极性组分时，通常选用非极性固定相。各组分按，通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺序出峰，低沸点组分先出峰。沸点顺序出峰，低沸点组分先出峰。 分离极性组分时分离极性组分时，一般选用极性固定液。各组分按极性，一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。分离非极性和极性的（或易被极化的）混合物分离非极性和极性的（或易被极化的）混合物，一般选，一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极

38、化的）组分后出峰。被极化的）组分后出峰。醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物的分离醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物的分离，通，通常选择极性或氢键性的固定液。常选择极性或氢键性的固定液。组成复杂、较难分离的试样组成复杂、较难分离的试样，通常使用特殊固定液，或，通常使用特殊固定液，或混合固定相。混合固定相。50固定液配比（涂渍量）的选择固定液配比（涂渍量）的选择 配比：配比：固定液在担体上的涂渍量，一般指的是固定液在担体上的涂渍量，一般指的是固定液与担体的百分比，配比通常在固定液与担体的百分比，配比通常在5%5%25%25%之之间。间。 配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越配比越低，

39、担体上形成的液膜越薄，传质阻力越小，柱效越高，分析速度也越快。小，柱效越高，分析速度也越快。 配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量较小。分析工作中通常倾向于使用较低的配比。较小。分析工作中通常倾向于使用较低的配比。 51载气系统载气系统进样系统进样系统色谱柱色谱柱检测器检测器记录系统记录系统温度控制温度控制系统系统气源、净化气源、净化干燥管和载干燥管和载气流速控制气流速控制进样器进样器气化室气化室柱室、柱室、气化室气化室放大器放大器记录仪记录仪数据处理仪数据处理仪气相气相仪仪525354gc-3800 气相色谱仪气相色谱仪 ,美国美国varian

40、公司公司 55gc-ms, 美国美国finnigan-mat 56agilent 7890 气相色谱仪气相色谱仪 ,美国美国agilent公司公司 57agilent 7890 气相色谱仪气相色谱仪 ,美国美国agilent公司公司 58agilent 7890 气相色谱仪气相色谱仪 ,美国美国agilent公司公司 59agilent 7890 气相色谱仪气相色谱仪 ,美国美国agilent公司公司 60flowcontrollerregulatorsairhydrogencarrier gasmol-sievetrapsfixedinjectionportdetectorrestricto

41、rscolumnhresetor小词典小词典mol-sieve traps:分子筛吸附阱分子筛吸附阱carrier gas载气载气气源（钢瓶）气源（钢瓶）61仪器种类根据需要很多差别仪器种类根据需要很多差别,但均由但均由以下五个系统组成以下五个系统组成气路气路进样进样分离分离温度控制温度控制检测和记录检测和记录 62 载气 气路 出口 皂膜流量计 平均速度要根据出口压力按下式校正。cooioicocfppppfjf11233263general plumbing diagram main gassupply色谱仪oxygen trap除氧moisture trap（吸潮）on/off valv

42、etwo stage regulatormain supplyon/off valve*hydrocarbon trap脱烃(if needed)*helium6465 一般包括进样器和气化室一般包括进样器和气化室6667686970核心部分核心部分色谱柱色谱柱a.填充柱填充柱b.毛细管柱毛细管柱71americas technical center7273恒温、程序升温恒温、程序升温745.气相色谱检测装置气相色谱检测装置 浓度型检测器：浓度型检测器： 测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测测 信号值与组分的浓度成正比。信号值与组分的浓

43、度成正比。质量型检测器：质量型检测器： 测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。75检测器性能评价指标检测器性能评价指标响应值（或灵敏度）响应值（或灵敏度）s s ：在一定范围内，信号在一定范围内，信号e e与进入与进入检测器的物质质量检测器的物质质量mm呈线性关系：呈线性关系： e = s m e = s m s s表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号的大小。的大小。s s值越大，检测器（也

44、即色谱仪）的灵敏度也就越值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越高。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱高。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱峰面积（峰面积（a a）除以试样质量求得：）除以试样质量求得： s s = = a a / / mm76最低检测限（最小检测量）最低检测限（最小检测量）噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）：噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）：检测器响应值为检测器响应值为2 2倍噪声水平时的试样浓度（或质量），倍噪声水平时的试样浓度（或质量），被定义为最低检测限（或该物质的最小检测量）。被定义为最低检测限（或该物质的最小检测量）。 检测器

45、的线性范围定义为：检测器在线性工作时，被测物检测器的线性范围定义为：检测器在线性工作时，被测物质的最大浓度（或质量）与最低浓度（或质量）之比。质的最大浓度（或质量）与最低浓度（或质量）之比。77热导检测器热导检测器 (tcd)(tcd)热导检测器的结构：池体（一般用不锈钢制成）热导检测器的结构：池体（一般用不锈钢制成）热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。钨丝制成。参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。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：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠测量臂：需

46、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。近分离柱出口处。78检测原理检测原理 钨丝通电，加热与散热达到平衡钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：后，两臂电阻值： r r参参=r r测测 ; ; r r1 1=r r2 2则则 r r参参r r2 2=r r测测r r1 1进样后，载气携带试样组分流过测量臂进样后，载气携带试样组分流过测量臂, , 而参考臂流过的而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，量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，r r参参r r测测则：则

47、：r r参参r r2 2r r测测r r1 1这时电桥失去平衡，这时电桥失去平衡，a a、b 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。79影响影响热导检测器灵敏度的因素热导检测器灵敏度的因素桥路电流桥路电流i ： i，钨丝的温度钨丝的温度 ，钨丝与池体之间的温差钨丝与池体之间的温差，有利于有利于热传导，检测器灵敏度提高。检测器的响应值热传导，检测器灵敏度提高。检测器的响应值s i3，但稳定性下降，但稳定性下降，基线不稳。桥路电流太高时，还可能

48、造成钨丝烧坏。基线不稳。桥路电流太高时，还可能造成钨丝烧坏。池体温度池体温度：池体温度与钨丝温度相差越大，越有利于热传导，检测池体温度与钨丝温度相差越大，越有利于热传导，检测器的灵敏度也就越高，但池体温度不能低于分离柱温度，以防止试样组器的灵敏度也就越高，但池体温度不能低于分离柱温度，以防止试样组分在检测器中冷凝。分在检测器中冷凝。载气种类：载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂中产生载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。载气的热导系数大，传热的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。载气的热导系数大，传热好，通过的桥路电流也可适当

49、加大，则检测灵敏度进一步提高。好，通过的桥路电流也可适当加大，则检测灵敏度进一步提高。80某些气体与蒸气的热导系数某些气体与蒸气的热导系数 某些气体与蒸气的热导系数某些气体与蒸气的热导系数（），）， 单位单位：j / cms811. 1. 桥电流桥电流:100-200ma,r i:100-200ma,r i3 3 但高电流减但高电流减少使用寿命；少使用寿命；2. 2. 池体温度：钨丝与池体池体温度：钨丝与池体tt越大越好越大越好, , 但避免冷凝样品；但避免冷凝样品；3. 3. 载气：选热导系数大的载气：选热导系数大的h h2 2，hehe等；等；4. 4. 好的热敏元件好的热敏元件热导检测器

50、使用条件热导检测器使用条件82 氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器简称氢焰检测器简称氢焰检测器（fid：hydrogen flame ionization detector）(1) 典型的质量型检测器，典型的质量型检测器，(2)(2)对有机化合物具有很高的灵敏度，对有机化合物具有很高的灵敏度，(3)(3)无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应。度低或不响应。(4)(4)氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速等特点。迅速等特点。(5)(5)比热导检测器的灵敏度高出

51、近比热导检测器的灵敏度高出近3 3个数量级，检测下限达个数量级，检测下限达10-12gg-1。83氢焰检测器的结构氢焰检测器的结构 (1) 在发射极和收集极之间加在发射极和收集极之间加有一定的直流电压有一定的直流电压（100300v）构成一个外加电场。构成一个外加电场。 (2)氢焰检测器需要用到三种氢焰检测器需要用到三种气体：气体：n2：载气携带试样组分载气携带试样组分；h2：燃气燃气；空气：助燃气空气：助燃气。使用时需要调整三者的比例使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳。关系，检测器灵敏度达到最佳。84氢焰检测器的原理氢焰检测器的原理 1.当含有机物当含有机物 cnhm的载气由

52、喷嘴喷出进的载气由喷嘴喷出进入入火焰时，在火焰时，在c c层发生裂解反应产生自由基层发生裂解反应产生自由基 cnhm ch2.产生的自由基在产生的自由基在d d层火焰中与外面扩散进层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应 ch + o cho+ + e3.生成的正离子生成的正离子cho+ 与火焰中大量水分子与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：碰撞而发生分子离子反应： cho+ + h2o h3o+ + coa a区：预热区区：预热区b b层：点燃火焰层：点燃火焰c c层：热裂解区：层：热裂解区：温度最高温度最高d d层：反应区层：反应区

53、85氢焰检测器的原理氢焰检测器的原理 4.4.化学电离产生的正离子和电子在外加恒定化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极直流电场的作用下分别向两极定向定向运动而产运动而产生微电流生微电流（约（约10-610-14a）；）；5. 在一定范围内，微电流的大小与进入离子在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器氢焰检测器是质量型检测器是质量型检测器。6. 组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离。万分之一的碳原子被电离。7.7.离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积

54、离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线。与组分质量成正比的色谱流出曲线。a区：预热区b层：点燃火焰c层：热裂解区：温度最高d层：反应区86影响氢焰检测器灵敏度的因素影响氢焰检测器灵敏度的因素 各种气体流速和配比的各种气体流速和配比的选择选择 n2流速的选择主要考虑分离效流速的选择主要考虑分离效能能 n2 h2 = 1 = 1 1 11 1 1.5 1.5 氢气氢气 空气空气=1 =1 10 10。极化电压：极化电压：正常极化电压选择在正常极化电压选择在100100300v300v范围内。范围内。87电子捕获检测器电子捕获检测器 (ecd)(ecd) 高选择性检测器高

55、选择性检测器, ,仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的 化合物有很高的灵敏度，检测下限化合物有很高的灵敏度，检测下限10-14 g /ml 对大多数烃类没有响应对大多数烃类没有响应 较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定88火焰光度检测器火焰光度检测器火焰光度检测器（火焰光度检测器（s、p）与火焰离子化类似）与火焰离子化类似 s化合物化合物s2* s2p化合物化合物hpo510nm89具有定性功能的检测器（联用技术）具有定性功能的检测器（联用技术）质谱作为色谱的检测器使用需要解决四个问题：质谱作为色谱的检测器

56、使用需要解决四个问题：（1 1）色谱柱出口压力与质谱仪高真空之间的匹配）色谱柱出口压力与质谱仪高真空之间的匹配（2 2）试样组分与载气的分离）试样组分与载气的分离（3 3）质谱对色谱流出峰的快速测定（电子计算机解决）质谱对色谱流出峰的快速测定（电子计算机解决）（4 4）质谱仪的小型化（小型化的质量分析器）质谱仪的小型化（小型化的质量分析器）第一和第二个问题的解决第一和第二个问题的解决: : 采用分子分离器采用分子分离器分子分离器类型：分子分离器类型： 微孔玻璃式、半透膜式和喷射微孔玻璃式、半透膜式和喷射式三种式三种喷射式分子分离器：喷射式分子分离器： 由一对同轴收缩型喷嘴构成，喷由一对同轴收缩

57、型喷嘴构成，喷嘴被封在一真空室中，如图所示嘴被封在一真空室中，如图所示901.柱长柱长获得足够分离的合适长度获得足够分离的合适长度l n w t 2.载气及流速选择载气及流速选择h=a+b/u+cu最优化点最优化点dh/du=0即即hmin=a+2bc3.柱温柱温4.进样量进样量5.检测器检测器91柱长和柱内径的选择柱长和柱内径的选择 增加柱长对提高分离度有利（分离度增加柱长对提高分离度有利（分离度r正比正比于柱长于柱长l2），但组分的保留时间），但组分的保留时间tr ，且，且柱阻力柱阻力，不便操作，不便操作; ; 柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下

58、，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间时间; ; 填充色谱柱的柱长通常为填充色谱柱的柱长通常为13米，内径米，内径34厘米。厘米。92 载气种类和流速的选择载气种类和流速的选择1. 1. 载气种类的选择载气种类的选择 载气种类的选择应考虑载气种类的选择应考虑三个方面三个方面：载气对柱效的影：载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质响、检测器要求及载气性质; ; 载气摩尔质量大，可抑制试样的纵向扩散，提高柱效载气摩尔质量大，可抑制试样的纵向扩散，提高柱效。载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用较。载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用较小摩尔质量的载

59、气（如小摩尔质量的载气（如h h2 2，hehe），可减小传质阻力，提），可减小传质阻力，提高柱效高柱效; ; 热导检测器需要使用热导系数较大的热导检测器需要使用热导系数较大的氢气氢气有利于提高有利于提高检测灵敏度。在氢焰检测器中，检测灵敏度。在氢焰检测器中，氮气氮气仍是首选目标仍是首选目标; ; 在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性及来源是否广泛等因素。及来源是否广泛等因素。93 载气种类和流速的选择载气种类和流速的选择2. 载气流速的选择载气流速的选择 作图求出最佳流速。实际流速作图求出最佳流速。实际流速通常稍大于最佳流速，以缩短分通

60、常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。析时间。9495柱温的确定柱温的确定 首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此过该温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。温度固定液以固体形式存在）范围之内。 柱温柱温: :分离度分离度，分析时间分析时间,色谱峰变窄变高色谱峰变窄变高; ;被被测组分的挥发度测组分的挥发度，即被测组分在气相中的浓度，即被测组分在气相中的浓度，k，tr，低沸点组份峰易产生重叠。，低沸点组份峰易产生重叠。96柱温的确定柱温的确定柱温柱温，分离度，分离度，分析时