气相色谱法-2013

1、色谱法的分离原理色谱法的分离原理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G C（流动相为气（流动相为气体）体） 气、液气、液吸附在固定相表面的液体吸附在固定相表

2、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（流动（流动相超临界流体）相超临界流体） 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体与键合表面的分配合表面的分配 1- 1-载气钢瓶；载气钢瓶；2-2-减压阀；减压阀；3-3-净化干燥管；净化干燥管；4-4-针形阀；针形阀；5-5-流量计流量计;6-;6-压力表；压力表；7-7-进样器；进样器；8-8-色谱柱色谱柱; 9-; 9-热导检测器；热导检测器；10-10-放大器；放大器；11-11-温度控制器

3、；温度控制器；12-12-记录仪；记录仪；电信号强度随时间变化曲线流出曲线上突起部分ABAAWfhs2)(205. 0fs在0.951.05之间fs小于0.95fs大于1.05 当没有待测组分进入检测器 时，反映检测器噪音随时间 变化的曲线（稳定平直直线）仪器本身所固有的，以噪音 带表示（仪器越好，噪音越小）基线向某个方向稳定移动 （仪器未稳定造成）mRRttt0tttRR或cRRFtVCRcRFtFV1无关；为定值，与注：321VVVVmCmmFtVCmcmFtFV1无关；为定值，与注：差，峰形，色谱峰扩展mVCRmRRFtVVVcRcRFtFV1无关；与注：12121212kkVVttrR

4、RRR，分配系数分配系数一定温度下，组分在固定相和流动相之间分配达一定温度下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度比平衡时的浓度比 组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度K 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355. 221W4W21699. 1WW 色谱曲线所提供的信息色谱曲线所提供的信息色谱峰的个数色谱峰的个数 - 样品中所含组分的最小个数样品中所含组分的最小个数保留值保留值 - 定性定性面积（峰高）

5、面积（峰高）- 定量定量峰间距峰间距 - 评价固定相（流动相）选择是否合适评价固定相（流动相）选择是否合适msmmssmsVVKVCVCWWkmSCCK 假想：理理HLn理理或nLH/222/1)(16)(54. 5bRRWtWtn，但柱压和分析时间一定，；，分离能力，柱效一定，讨论：理理理理理理理nLHnHLHnLn1不同；组分不同则与所用组分有关，选用注：计算理理nn一致无量纲，上下单位必须理n2212)(54. 5)(16WtWtnRReffeffeffnLH/理，实的反映柱效扣除了死时间，更能真和讨论：nnkHneffeffeff小结小结塔板数塔板数 n n是色谱柱的特征参数。当色谱柱

6、长度一定时，是色谱柱的特征参数。当色谱柱长度一定时，塔板数塔板数 n n 越大越大( (塔板高度塔板高度 H H 越小越小) )，柱效能则越高，所，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。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。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的分配系数K K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。

7、无法分离。 uCuBAH/ dpA2填充不规则因子填充颗粒直径dpdpA 柱效，nHAdp柱效，nHAdp注：注：颗粒太小，柱压过高且不易填充均匀 填充柱60100目 空心毛细管柱（0.10.5mm），A=0，n理较高 next涡流扩散系数gDB2）弯曲因子（111空心毛细管柱填充柱数（常数）组分在载气中的扩散系gDgRDBtuB， gRDMTtu）（或柱效，nHuB/纵向扩散系数MTDTDgg或传质阻抗系数lllgDdfkkCCCC22)1 (32固定液液膜厚度df系数组分在固定液中的扩散lDllDdfC2TDllDTdf柱效，nHuCCl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

8、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。 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：保留值之差色谱过程的热力学因素； 区域宽度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，K(分配系数)较大,完全分离； K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；柱效较低，K较大,但分离的不好； K小，柱效低，分离效果更差。相临两组分间峰顶间距离是峰底宽平均值的几倍相临两组分间峰顶间距离是峰底宽平均值的几倍 （衡量色谱分离条件优劣的参数）（衡量色谱分离条件优劣的参数）22112WWttRRR峰宽和之半）保留值之差（峰顶间距)

9、2(21)1 (21122112)(177. 1)(2WWttWWttRRRRR完全未分开完全分离基本分离0 . 165 . 140 . 1RtRtRRR令令WWb(2)b(2)=WWb(1)b(1)=WWb b（相邻两峰的峰底宽近似相等（相邻两峰的峰底宽近似相等），），引入相引入相对保留值和塔板数，可导出下式：对保留值和塔板数，可导出下式：161112212121121221211212有效nrrWtttrWtttWttWWttRbbbbbRRRRRRRRRR)()()()()()()()()()()()()()()()(有效有效HrrRLrrRn221212221212116116)()(

10、 种类 担体名称 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

11、质。 由四氟乙烯聚合而成，比表面积 10.5 m2 / g 适宜分析强极性物质和腐蚀性物质 上海试剂厂 规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零，规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零， ，氧二丙睛的相对极性为氧二丙睛的相对极性为100， 固定液 名 称 商品牌号 使用温度 （最高） 溶剂 相对 极性 麦氏 常数 总和 分析对象 （参考） 1、 角鲨烷 （异三十烷） SQ 150 乙醚 0 0 烃类及非极性化合物 2、阿皮松 L APL 300 苯 143 非极性和弱极性各类高沸点有机化合物 3、硅油 OV-101 350 丙酮 +1 229 各类高沸点弱极性有机化合物，如芳烃 4、 苯基 10

12、% 甲基聚硅氧烷 OV-3 350 甲苯 +1 423 5、 苯基（20%） 甲基聚硅氧烷 OV-7 350 甲苯 +2 592 6、 苯基（50%） 甲基 聚硅氧烷 OV-17 300 甲苯 +2 827 7、苯基（60%）甲基聚硅氧烷 OV-22 350 甲苯 +2 1075 8、邻苯二甲酸 二壬酯 DNP 130 乙醚 +2 9、三氟丙基甲基 聚硅氧烷 OV-210 250 氯仿 +2 1500 10、 氰丙基（25%） 苯基（25%） 甲基聚硅氧烷 OV-225 250 +3 1813 11、聚乙二醇 PEG20M 250 乙醇 氢键 2308 醇、醛酮、脂肪酸、酯等极性化合物 12、

13、 丁二酸二乙 二醇聚酯 DEGS 225 氯仿 氢键 3430 醇、胺、水等强极性和能形成氢键化合物的分离： 通常选择极性或氢键性的固定液。组成复杂、较难分离的试样： 通常使用特殊固定液，或混合固定相。 活性炭：活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强。 活性氧化铝活性氧化铝：有较大的极性。适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离。CO2能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析。 硅胶硅胶：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CO2、N2O、NO、NO2等，且能够分离臭氧。 分子筛分子筛： 碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。如3

14、A、4A、5A、10X及13X分子筛等（孔径：埃）。常用5A和13X（常温下分离O2与N2）。除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分离外，还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O等。 高分子多孔微球（高分子多孔微球（GDX系列）：系列）： 新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。 型号：GDX-01、-02、-03等。适用于水、气体及低级醇的分析。气固色谱固定相的特点气固色谱固定相的特点（1）性能与制备和活化条件有很大关系；（2）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；（3）种类有限，能分离的对象不多；（4）使用方便。 配比配比：固定液在担体上的涂渍量，一般指的

15、是固定液与担体的百分比，配比通常在5%25%之间。 配比越低，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；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。 ，柱压，峰宽，RnL 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（低于此温度固定液以固体形式存在）失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内范围之内。 柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度，宽柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度，宽沸程样品应采用程序升温。沸程样品应采用

16、程序升温。续前改善分离效果 缩短分析周期 改善峰形 提高检测灵敏度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三个方面：载气对柱效的影响、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气（如H2，He），可减小传质阻力，提高柱效。 热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高检测灵敏度。在氢焰检测器中，氮气仍是首选目标。 在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性及来源是否广泛等因素。2. 载气流速的选择载气流速的选择 作图求出最佳流速。实际流速通常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。进样方式和进

17、样量的选择进样方式和进样量的选择 液体试样采用色谱微量进样器进样，规格有1L，5L，10L等。进样要求动作快、时间短。气体试样应采气体进样阀进样。气化温度的选择气化温度的选择 色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在此瞬间气化;气化温度一般较柱温高3070防止气化温度太高造成试样分解。CR dtdwR 检测原理：检测原理：钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值： R参=R测 ; R1=R2则： R参R2=R测R1 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

18、生电阻差，R参R测则： R参R2R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。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 ，钨丝与池体之间的温差，有利于热传导，检测器灵敏度提高，但稳定性下降，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。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的温差和电阻差也就越

19、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加大，则检测灵敏度进一步提高。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)(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 ：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。氢焰检测器的原理氢焰检测器的原理 1.当

20、含有机物当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在火焰时，在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层火焰中与外面扩散进来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：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碰与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：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

21、高温度最高D D层：反应区层：反应区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选择：各种气体流速和配比的选择： N2流速的选择主要考虑分离效能，流速的选择主要考虑分离效能， 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。（三）电子捕获检测器（三）电子捕获检测器 (ECD)(ECD)高选择性检测器高选择性检测器仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度

22、，检测下限度，检测下限1010-14 -14 g /mLg /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。（四）具有定性功能的检测器（联用技术）（四）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

23、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、半透膜式和微孔玻璃式、半透膜式和喷射式三种。喷射式三种。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由一对同轴收缩型喷嘴构成，喷嘴被封在一真空室中成，喷嘴被封在一真空室中，如图所示。可做成多级。，如图所示。可做成多级。1噪声：无样品通过时，由仪器本身和工作条件等噪声：无样品通过时，由仪器本身和工作条件等 偶然因素引起基线的起伏称为偶然因素引起基线的起伏称为2漂移：基线随时间向一个方向的缓慢变化称为漂移：基线随时间向一个方向的缓慢变化称为 （以一小时内的基线水平变化来表示）（以一小时内的基线水平变化来表示）wCCCASC321/mgmLmV 的电信号样品进入检测器所产生载气携带指mgmLSC11)(2cmA峰面积）记录器灵敏度（cmmVC/1）记录纸纸速倒数（cmCmin/2）柱出口载气流速（min/3mLC）进样量（mgwwCCASm6021/gsmV 的信号强度样品进入检测器所产生秒钟携带指gSm11)(2cmA峰面积）记录