第12章色谱分析法

1、第一节第一节 概述概述第二节第二节 气相色谱理论基础气相色谱理论基础第三节第三节 气相色谱法气相色谱法第四节第四节 高效液相色谱法高效液相色谱法第五节第五节 色谱分离方式的选择色谱分离方式的选择第一节第一节 概述概述 Introduction 色谱法是现代分离分析的一个重要方法色谱法是现代分离分析的一个重要方法. . 是对混合物分离测定的最有效方法。是对混合物分离测定的最有效方法。 俄国植物学家茨维特在俄国植物学家茨维特在19031903年首次应用年首次应用色谱法分离植物叶片中的各种色素。色谱法分离植物叶片中的各种色素。其中的其中的一相固定不动，称为一相固定不动，称为固定相固定相；另一相是携带

2、；另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为体），称为流动相流动相。一、色谱法简介一、色谱法简介二、色谱法的分类二、色谱法的分类超临界流体色谱（超临界流体色谱（SFC）气相色谱（气相色谱（GC）气固色谱（气固色谱（GSC）气液色谱（气液色谱（GLC）液相色谱（液相色谱（LC）液固色谱（液固色谱（LSC）液液色谱（液液色谱（LLC）按按两两相相物物理理状状态态分分柱色谱柱色谱平板色谱平板色谱纸色谱纸色谱PC薄层色谱薄层色谱TLC填充柱色谱填充柱色谱毛细管色谱毛细管色谱按按固固定定相相的的形形式式吸附色谱吸附色谱(利用组分在吸附剂（固定相）上

3、的吸利用组分在吸附剂（固定相）上的吸附能力强弱不同而得以分离的方法附能力强弱不同而得以分离的方法)分配色谱分配色谱(利用组分在固定液（固定相）中溶解利用组分在固定液（固定相）中溶解度不同而达到分离的方法度不同而达到分离的方法)离子交换色谱离子交换色谱(利用组分在离子交换剂（固定相）利用组分在离子交换剂（固定相）上的亲和力大小不同而达到分离的方法上的亲和力大小不同而达到分离的方法)排阻色谱排阻色谱(凝胶色谱）凝胶色谱）(利用大小不同的分子在利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透而达到分离的方法多孔固定相中的选择渗透而达到分离的方法)按分离过程的原理分按分离过程的原理分三、气相色谱分离过程及有

4、关术语三、气相色谱分离过程及有关术语(一一)气相色谱分离过程气相色谱分离过程 色谱分离过程是在色谱柱内完成的。色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 填充柱色谱填充柱色谱:气固色谱和气液色谱，两者的分离机理不同。气固色谱和气液色谱，两者的分离机理不同。气固色谱的固定相气固色谱的固定相: 多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗粒。 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气液色谱的固定相气液色谱的固定相: 由由 担体和固定液所组成。担体和固定液所组成。 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。气固色谱的分离机理气固色

5、谱的分离机理: 吸附与脱附的不断重复过程；吸附与脱附的不断重复过程；气液色谱的分离机理：气液色谱的分离机理： 气液两相间的反复多次分配过程。气液两相间的反复多次分配过程。 由于固定相对由于固定相对A A、B B两组分有不同的溶解能力或吸附能两组分有不同的溶解能力或吸附能力，即力，即A A、B B两组分在固定相和流动相之间的两组分在固定相和流动相之间的分配系数分配系数不同，不同，因此，当因此，当A A、B B两组分随载气沿柱向出口方向不断移动时，就两组分随载气沿柱向出口方向不断移动时，就会产生速度之差会产生速度之差( (即差速迁移即差速迁移) )而逐渐分离。分配系数小的组而逐渐分离。分配系数小的

6、组分（如分（如A A），则先被载气带出色谱柱进入检测器。），则先被载气带出色谱柱进入检测器。信信号号色谱流出曲线色谱流出曲线 由检测器输出的电信号强度对时间由检测器输出的电信号强度对时间作图，所得曲线称为色谱流出曲线作图，所得曲线称为色谱流出曲线(色谱图）。色谱图）。（二）气相色谱常用术语（二）气相色谱常用术语1、 色谱峰色谱峰 曲线上突起部分就曲线上突起部分就是色谱峰。是色谱峰。2、基线、基线 无组分通过色谱柱时，无组分通过色谱柱时，检测器的噪音随时间变化的曲线。检测器的噪音随时间变化的曲线。3、峰高、峰高h 色谱峰顶点与基线之色谱峰顶点与基线之间的垂直距离为色谱峰高。间的垂直距离为色谱峰高

7、。4、色谱峰区域宽度（峰宽）、色谱峰区域宽度（峰宽） 色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参数之一，用于色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参数之一，用于衡量色谱柱的分离效能衡量色谱柱的分离效能,反映色谱操作条件的动力学因素反映色谱操作条件的动力学因素。通常希望区域宽度越窄越好。表示方法有以下三种：。通常希望区域宽度越窄越好。表示方法有以下三种：峰底宽峰底宽Wb 半宽半宽W1/2 标准偏差标准偏差 W1/2=2.354Wb = 4 =1.699W1/25、保留值、保留值 保留值是试样各组分在色谱柱中保留行为保留值是试样各组分在色谱柱中保留行为的量度。是色谱的量度。是色谱定性分析定性分析和色谱过

8、程和色谱过程热力学特热力学特性性的重要参数。通常用的重要参数。通常用保留时间保留时间和和保留体积保留体积表表示。示。 （1）死时间）死时间t 0流动流动相流过色谱柱的时间相流过色谱柱的时间 不被固定相吸附或溶解的不被固定相吸附或溶解的物质（如空气）进入色谱柱时，物质（如空气）进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的从进样到出现峰极大值所需的时间称为死时间，它正比于色时间称为死时间，它正比于色谱柱的空隙体积。谱柱的空隙体积。 （2）保留时间）保留时间tR 指某组分通过色谱柱的时间。指某组分通过色谱柱的时间。 试样从进样到出现某组分色谱峰极大点时所经过的时间，试样从进样到出现某组分色谱峰极大点时所

9、经过的时间，称为保留时间。称为保留时间。 （3）调整保留时间）调整保留时间tR 某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整保留时间，即留时间，即 tR = tR t0 （4）死体积）死体积V0 指在死时间指在死时间t0这段时间内通过色谱柱的载气体积。死体这段时间内通过色谱柱的载气体积。死体积实际上就是色谱柱内载气所占的体积。死体积可由死时间积实际上就是色谱柱内载气所占的体积。死体积可由死时间t0与色谱柱出口的载气流速与色谱柱出口的载气流速Fo（cm3min-1）计算。）计算。 V0 = t0Fo（5）保留体积）保留体积VR 指从进样开始到被测

10、组分出现色谱峰极大点时所通过的指从进样开始到被测组分出现色谱峰极大点时所通过的载气的体积。保留时间与保留体积关系：载气的体积。保留时间与保留体积关系： VR= tR F0（6）调整保留体积）调整保留体积VR 某组分的保留体积扣除死体积后，称为该组分的调整保某组分的保留体积扣除死体积后，称为该组分的调整保留体积。留体积。 VR = VR V0 = tR Fo (7)相对相对 保留值保留值 指相同条件下指相同条件下,某组分某组分2的调整保留值与组分的调整保留值与组分1的调整保的调整保留值之比，称为相对保留值。留值之比，称为相对保留值。 r2,1= tR2 /tR1 =VR2 /VR1 相对保留值只

11、与柱温及固定相性质有关，而与柱径、柱相对保留值只与柱温及固定相性质有关，而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关，因此，它在色谱法中，特长、填充情况及流动相流速无关，因此，它在色谱法中，特别是在气相色谱法中，广泛用作定性的依据。别是在气相色谱法中，广泛用作定性的依据。 相对保留值往往可衡量色谱柱的选择性，又称选择因子相对保留值往往可衡量色谱柱的选择性，又称选择因子 。r2,1值越大，两组分的值越大，两组分的tR 相差越大，越容易分离，当相差越大，越容易分离，当r2,1= 1时，两组分色谱峰重叠。时，两组分色谱峰重叠。从色谱流出曲线可获得从色谱流出曲线可获得信息信息：（4）色谱峰的保留值及其区域

12、宽度，色谱峰的保留值及其区域宽度，对色谱柱的分离对色谱柱的分离效能进行评价。效能进行评价。 （1）根据色谱峰的数目，）根据色谱峰的数目，可以判断试样中所含组分可以判断试样中所含组分的最少个数；的最少个数；（2）根据色谱峰的保留）根据色谱峰的保留值，进行定性分析；值，进行定性分析；（3）根据色谱峰的面积或峰高，进行定量分析；）根据色谱峰的面积或峰高，进行定量分析； 色谱分析的基本要求是将样品中各组分彼此分色谱分析的基本要求是将样品中各组分彼此分离。组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足离。组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系够远，两峰间的距离是由组分在

13、两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力学性质有关。数决定的，即与色谱过程的热力学性质有关。 但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽宽，以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。因此，要从热即与色谱过程的动力学性质有关。因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。力学和动力学两方面来研究色谱行为。 一一 塔板理论（亦称平衡理论）塔板理论（亦称平衡理论）（一）分配平衡（一）分配平衡 组分在固定相和流动

14、相间发生的吸附、脱附，组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。当平衡时，可或溶解、挥发的过程叫做分配过程。当平衡时，可用分配系数、分配比来描述这种分配行为。用分配系数、分配比来描述这种分配行为。glmsccccK1. 分配系数分配系数K ：是指在一定温度和压力下，组分在是指在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值，固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值，即即 K=组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓度 /组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度 第二节第二节 气相色谱理论基础气相色谱理论基础2.分配比分配比 k: 分配比又称容量

15、因子，它是指在一定温度和分配比又称容量因子，它是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量比。即和流动相中的质量比。即 k = 组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量 / 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量 K与与k都与组分及固定相的性质有关，还随柱温、柱压都与组分及固定相的性质有关，还随柱温、柱压的变化而变化。但的变化而变化。但k与固定相和流动相的体积有关与固定相和流动相的体积有关. glglglglmsVVKVVccmmmmk 值越大，说明组分在固定相中的量越多。又称值越大，说明组分在固定相中的量越多。

16、又称容容量因子量因子.它是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的它是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数重要参数。分配比分配比 值可直接从色谱图中测得值可直接从色谱图中测得 上式说明：某组分的保留时间越长则上式说明：某组分的保留时间越长则值越大，值越大，色谱柱对该组分的保留能力就越强。色谱柱对该组分的保留能力就越强。3. 色谱基本保留方程色谱基本保留方程 由由 tR=t0(1+k)推导得推导得 VR=Vg+KVl 色谱柱确定后，色谱柱确定后， Vg和和Vl为定值。即分配系数为定值。即分配系数不同的各组分具有不同的保留体积，因而在色谱不同的各组分具有不同的保留体积，因而在色谱图上有不同位置的色谱峰

17、。图上有不同位置的色谱峰。000tttttkRR 把色谱柱比作一个精馏塔，沿用精把色谱柱比作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念来描述色谱柱中组分馏塔中塔板的概念来描述色谱柱中组分在两相间的分配行为，即色谱柱是由一在两相间的分配行为，即色谱柱是由一系列连续的、相等的水平塔板组成。每系列连续的、相等的水平塔板组成。每一块塔板的高度用一块塔板的高度用H H表示，称为塔板高度，表示，称为塔板高度，简称板高。简称板高。 1.1.理论塔板数理论塔板数n n 衡量柱效率的指标衡量柱效率的指标. .( (二二) )、塔板理论、塔板理论（plate theory） 色谱柱长：色谱柱长：L 板高：板高：H 色谱柱

18、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： n = L / H单位柱长的塔板数越多，表明单位柱长的塔板数越多，表明柱效率柱效率越高。越高。2 2. 塔板理论的假设塔板理论的假设 （1 1）在柱理论塔板高度）在柱理论塔板高度H H内，内，组分可以在两相间迅速达到平组分可以在两相间迅速达到平衡。衡。（2 2）载气进入色谱柱不是连）载气进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，每次续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（进气为一个塔板体积（V Vm m）。）。（3 3）所有组分开始时存在于）所有组分开始时存在于第第0 0号塔板上，而且试样沿轴号塔板上，而且试样沿轴（纵）向

19、扩散可忽略。（纵）向扩散可忽略。（4 4）分配系数在所有塔板上）分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。的量无关。3.3.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221/25.54()16()RRbttnWW用不同物质计算可得到不同的理论塔板数用不同物质计算可得到不同的理论塔板数保留时间越长，峰宽度越小，则理论塔板保留时间越长，峰宽度越小，则理论塔板数越多，色谱柱效能越高。数越多，色谱柱效能越高。可知：可知：保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配! !4.4.有效塔板数和有效塔板高度有效塔板

20、数和有效塔板高度( (衡量色谱柱效能衡量色谱柱效能) ) 222/1)(16)(54. 5bRRWtWtn理有效有效有效nLHWtWtnbRR222/1)(16)(54. 55.5.塔板理论的要点和不足塔板理论的要点和不足 (1)当色谱柱长度一定时，塔板数当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大越大(塔板高度塔板高度 H 越越小小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。得色谱峰越窄。 (2) (2)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

21、指标时，应指明测定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。物质。 (3) (3)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，都无法分相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。离。 (4) (4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱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验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。的途径。二、二、 速率理论速率理论- -影响柱效的因素影响柱效的因素1.

22、 1. 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 = A + B/u + Cu H：理论塔板高度，：理论塔板高度， u：载气的线速度：载气的线速度(cm/s) 减小减小A A、B B、C C三项可提高柱效；存在着最佳流速；三项可提高柱效；存在着最佳流速； A A、B B、C C三项各与哪些因素有关？三项各与哪些因素有关？ 19561956年荷兰学者年荷兰学者van Deemtervan Deemter（范第姆特）等在研究气液色（范第姆特）等在研究气液色谱时，提出了色谱过程动力学理论谱时，提出了色谱过程动力学理论速率理论。他们吸收了速率理论。他们吸收了塔板理论中板高

23、的概念，并充分考虑了组分在两相间的扩散和塔板理论中板高的概念，并充分考虑了组分在两相间的扩散和传质过程，从而在动力学基础上较好地解释了影响板高的各种传质过程，从而在动力学基础上较好地解释了影响板高的各种因素。该理论模型对气相、液相色谱都适用。因素。该理论模型对气相、液相色谱都适用。A 涡流扩散项涡流扩散项B/u 分子扩散项分子扩散项C u 传质阻力项传质阻力项 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：固定相的填充不均匀因子固定相颗粒越小固定相颗粒越小dp，填充的越均匀，填充的越均匀，A，H，柱效，柱效n。 对对于空心毛细管，不存在涡流扩散。因

24、此于空心毛细管，不存在涡流扩散。因此 A = 0。 (1) A- (1) A-涡流扩散项涡流扩散项 在填充色谱柱中，当组分随在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时流动相向柱出口迁移时, ,流动相流动相由于受到固定相颗粒障碍，不断由于受到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向改变流动方向, ,使组分分子在前使组分分子在前进中形成紊乱的类似涡流的流动，进中形成紊乱的类似涡流的流动，故称涡流扩散。故称涡流扩散。 由于填充物颗粒大小不同及填充不均匀，分子经过的路径长由于填充物颗粒大小不同及填充不均匀，分子经过的路径长短不一，到达柱口时间不一致，引起色谱峰变宽。色谱峰变宽短不一，到达柱口时间不一致，引起

25、色谱峰变宽。色谱峰变宽的程度由下式决定：的程度由下式决定：(2) B/u 分子扩散项分子扩散项 纵向分子扩散是由纵向分子扩散是由浓度梯度造成的。组分浓度梯度造成的。组分从柱入口加入，自发的从柱入口加入，自发的由高浓度向低浓度迁移，由高浓度向低浓度迁移，分子向前和向后扩散，分子向前和向后扩散，造成谱带展宽。造成谱带展宽。分子扩散项系数分子扩散项系数B = 2 Dg ，式中：式中：为弯曲因子，弯曲因子，它反映柱填充物对分子扩散的阻碍程度。它反映柱填充物对分子扩散的阻碍程度。 Dg为组分为组分在气相中的扩散系数（在气相中的扩散系数（cm2s-1），它与载气相对分），它与载气相对分子质量的平方根成反比

26、，且与组分的性质、温度、子质量的平方根成反比，且与组分的性质、温度、压力有关，压力有关，u为载气线速度。为载气线速度。 k为容量因子；为容量因子； Dg 、DL为扩为扩散系数。散系数。 减小担体粒度减小担体粒度,液膜厚度，选择，选择小分子量的气体作载气，可降低小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。传质阻力。(3)C u 传质阻力项传质阻力项 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即：即：C =Cg + CL 气相传质阻力是组分在气相与气液界面进行质量交换时所遇到的气相传质阻力是组分在气相与气液界面进行质量交换时所遇到的阻力。阻力。气相传质阻力系数气

27、相传质阻力系数Cg为：为： Cg= 0.01k2 / (1 + k)2 dp / Dg， 液相传质是组分从气液两相界面扩散至液相内部达到平衡后，又液相传质是组分从气液两相界面扩散至液相内部达到平衡后，又返回两相界面的过程中所遇到的阻力。返回两相界面的过程中所遇到的阻力。气相传质阻力系数气相传质阻力系数Cg为：为：Cl = 2 / 3 k / (1 + k)2 df2 / Dl2.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）11.8 H = A + B/u + Cu C =Cg + CL C Cg g: :相传质阻力系数相传质阻力系数C CL L: :液相传质阻力系数液相传质阻

28、力系数减小担体粒度、液膜厚度，选择小分子量的气体作载减小担体粒度、液膜厚度，选择小分子量的气体作载气气2222220.0122(1)3 (1)gpfpgiDddkkduukDkD3.3.载气流速与柱效载气流速与柱效最佳流速最佳流速载气流速高时：载气流速高时： 传质阻力项是影响柱效的主要因素传质阻力项是影响柱效的主要因素，流速流速 ，柱效，柱效 。载气流速低时：载气流速低时： 分子扩散项成为影响柱效的主要因分子扩散项成为影响柱效的主要因素，素，流速流速 , ,柱效柱效 。 H = A + B/u + Cu BCAHCBuCuBdudHopt20min2H - u曲线与最佳流速：曲线与最佳流速：

29、由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有一极小值。流速的一阶导数有一极小值。 以塔板高度以塔板高度H对应载气流速对应载气流速u作图，曲线最低点的流速即作图，曲线最低点的流速即为为最佳流速最佳流速。3.3.速率理论的要点速率理论的要点 (1) (1)组分分子在柱内运行的组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩散多路径与涡流扩散、浓度梯度所、浓度梯度所造成的造成的分子扩散分子扩散及及传质阻力传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬使气

30、液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。 (2)通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。气流速可提高柱效。 (3) (3)速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。 (4) 各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又

31、使响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。三三. .色谱基本分离方程色谱基本分离方程( (一一) ) 分离度分离度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：响： 保留值之差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

32、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, ,完全分离；完全分离； K不是很大，柱效较高，峰不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；较窄，基本上完全分离；柱效较低，柱效较低，K较大较大,但分离的但分离的不好；不好； K小，柱效低，分离效果更小，柱效低，分离效果更差。差。综合性指标综合性指标,色谱柱的总分离效能指标色谱柱的总分离效能指标R：相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰峰底宽度平均值之比：峰底宽度平均值之比：R R=0.8=0.8：两峰的分离程度可达：两峰的分离程度可达89%89%；R R=1=1：分离程度

33、：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）。)1()2()1()2()(2bbRRWWttR（二）色谱基本分离方程式（二）色谱基本分离方程式令令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相邻两峰的峰底宽近似相等），引入相对（相邻两峰的峰底宽近似相等），引入相对保留值和塔板数，可导出下式保留值和塔板数，可导出下式-色谱基本分离方程式：色谱基本分离方程式：16) 1() 1() 1()(2212121)1()2()1()2()2()1()2()1()1()2()1()2(有效nrrWtttrWtttWttWWttRbbbbbR

34、RRRRRRRRR有效有效HrrRLrrRn221212221212116116)()(讨论讨论：（1）分离度与柱效）分离度与柱效 分离度与柱效的平方根成正比，分离度与柱效的平方根成正比， r21一定时，增加柱效，可一定时，增加柱效，可提高分离度，但组分保留时间增加且峰扩展，分析时间长。提高分离度，但组分保留时间增加且峰扩展，分析时间长。（2）分离度与）分离度与r21 增大增大r21是提高分离度的最有效方法，计算可知，在相同分是提高分离度的最有效方法，计算可知，在相同分离度下，当离度下，当r21增加一倍，需要的增加一倍，需要的n有效有效 减小减小10000倍。倍。 增大增大r21的最有效方法是

35、选择合适的固定液。的最有效方法是选择合适的固定液。16) 1()(22121)1()2()1()2(有效nrrWWttRbbRR第三节第三节 气相色谱法气相色谱法 用气体作为流动相的色谱法称为气相色用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法。根据固定相的状态不同，又可将其分谱法。根据固定相的状态不同，又可将其分为气固色谱和气液色谱。为气固色谱和气液色谱。一一.气相色谱法的特点气相色谱法的特点 1 .选择性好选择性好 2 . 柱效高柱效高 3 .灵敏度高灵敏度高第三节第三节 气相色谱法气相色谱法 用气体作为流动相的色谱法称为气相色用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法。根据固定相的状态不同，又可将其

36、分谱法。根据固定相的状态不同，又可将其分为气固色谱和气液色谱。为气固色谱和气液色谱。二二. .气相色谱仪器气相色谱仪器 gas chromatographic instruments气相色谱仪器气相色谱仪器气相色谱基本流程气相色谱基本流程气路系统气路系统进样系统进样系统分离系统分离系统检测和记录系统检测和记录系统温控系统温控系统气相色谱仪主要部件气相色谱仪主要部件( (一一). ). 气路系统气路系统 载气系统是一个载气连载气系统是一个载气连续运行的密闭的管路系统，续运行的密闭的管路系统，包括气源、净化干燥管和包括气源、净化干燥管和载气流速控制；载气流速控制；常用的载气有：氢气、氮气、氦气；常

37、用的载气有：氢气、氮气、氦气；净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；分子筛、活性炭等）；载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。流速恒定。(二)进样系统 气体进样器（六通阀）：气体进样器（六通阀）：推拉式和旋转式两种。推拉式和旋转式两种。 试样试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；进入分离柱； 气化室气化室：将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用：将液体试样瞬间气化的装

38、置。无催化作用。液体液体进样装置：进样器进样装置：进样器+ +气化室气化室；(三) 分离系统(色谱柱或分离柱,色谱仪的核心部件） 填充柱填充柱:内装固定相，一般内径为内装固定相，一般内径为2 4mm，长，长1 3 m。填充柱的形状有。填充柱的形状有U型和螺旋型二种。型和螺旋型二种。 毛细管柱：内径一般为毛细管柱：内径一般为0.2 0.5mm，长度，长度30 300m，呈螺旋型。，呈螺旋型。 柱材质：不锈钢管或玻璃管。柱材质：不锈钢管或玻璃管。 柱填料：粒度为柱填料：粒度为80-100目的色谱固定相。目的色谱固定相。 气气-固色谱：固体吸附剂固色谱：固体吸附剂 气气-液色谱：担体液色谱：担体+固

39、定液固定液(四) 温度控制系统 温度是色谱分离条件的重要选择参数；温度是色谱分离条件的重要选择参数； 气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度； 气化室：保证液体试样瞬间气化；气化室：保证液体试样瞬间气化； 检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；分离室：准确控制分离需分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；在最佳温度下分离；恒温法和程序升温法

40、恒温法和程序升温法(五) 检测系统 色谱仪的检测系统通常由检测元件、放大器、显示记录三部色谱仪的检测系统通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；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，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图出色谱图.常用的检测器：常用的检测器： 1.热导池检测器热导池检测器 Thermal Conductivity Detector,TCD2.氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器 Flame Ionization Detector

41、, FID3.电子俘获检测器电子俘获检测器Electron Capture Detector, ECD4.火焰光度检测器火焰光度检测器Flame Photometric Detector,FPDFlame Photometric Detector,FPD检测器分为：检测器分为： 浓度型浓度型信号强度与进入检测器的载气信号强度与进入检测器的载气中组分的浓度成正比。中组分的浓度成正比。如：热导池检测器如：热导池检测器 （TCD）；）； 电子俘获检测器（电子俘获检测器（ECD）。）。 质量型质量型信号强度与单位时间进入检测信号强度与单位时间进入检测器的载气中组分的质量成正比。器的载气中组分的质量成正

42、比。如：如：氢火焰离子化检测器（氢火焰离子化检测器（ FID） 火焰光度检测器（火焰光度检测器（FPD） 1 1、热导池检测器、热导池检测器TCD 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。一般用不锈钢制成。 热敏元件热敏元件：电阻率高、：电阻率高、电阻温度系数大、且价电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。廉易加工的钨丝制成。 利用被测组分与载气的的热导系数的差别来利用被测组分与载气的的热导系数的差别来检测组分的浓度变化。常用载气为氢气和氦气。检测组分的浓度变化。常用载气为氢气和氦气。对所有物质均有响应。对所有物质均有响应。影响热导检测器灵敏度影响热导检测器灵敏度载气种类载

43、气种类：载气与试样的热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。阻差也就越大，检测灵敏度越高。2、 氢火焰电离检测器氢火焰电离检测器 FID：简称氢焰检测器简称氢焰检测器 利用有机物在氢焰的作用利用有机物在氢焰的作用下，电离而成离子流，借测定离下，电离而成离子流，借测定离子流强度而进行检测的子流强度而进行检测的，对有机对有机化合物具有很高的灵敏度化合物具有很高的灵敏度。是。是典典型的型的质量型检测器质量型检测器，比热导检测，比热导检测器的灵敏度高出近器的灵敏度高出近3 3个数量级，个数量级，检测下限可达检

44、测下限可达1010-12-12gggg-1-1。常用。常用载气为氮气，燃气为氢气，助燃载气为氮气，燃气为氢气，助燃气为空气。气为空气。3 3、电子捕获检测器、电子捕获检测器 ECDECD 高选择性检测器高选择性检测器 仅对具有电负性物质如含仅对具有电负性物质如含有卤素、磷、硫、氧等元素的有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有响应，而且电负性越化合物有响应，而且电负性越强，检测越灵敏，检测下限强，检测越灵敏，检测下限1010-14 -14 g /mLg /mL。载气为氮气载气为氮气。电。电子捕获检测器是浓度型检测器子捕获检测器是浓度型检测器，其线性范围较窄，因此，在，其线性范围较窄，因此，在定量分析

45、时应特别注意。定量分析时应特别注意。 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。4.4.火焰光度检测器火焰光度检测器FPDFPD 火焰光度检测器（火焰光度检测器（FPDFPD）又）又叫硫磷检测器。它是一种对含硫、叫硫磷检测器。它是一种对含硫、磷的有机化合物具有高选择性和磷的有机化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。检测器主要高灵敏度的检测器。检测器主要由火焰喷嘴、滤光片、光电倍增由火焰喷嘴、滤光片、光电倍增管构成。管构成。化合物中硫、磷在富氢火焰中被化合物中硫、磷在富氢火焰中被还原，激发后，辐射出还原，激发后，辐射出394394、526

46、 526 nm nm 左右的光谱，可被检测。左右的光谱，可被检测。常常用载气为氮气，燃气为氢气，助用载气为氮气，燃气为氢气，助燃气为空气。燃气为空气。该检测器是对含硫、磷化合物的高选择性检测器该检测器是对含硫、磷化合物的高选择性检测器.三、气相色谱流动相和固定相三、气相色谱流动相和固定相用途：O2、N2、CO、 CO2、N2O、NO、NO2 、 CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离。等气体的相互分离。（一）流动相（载气）（一）流动相（载气）: :氢气、氮气、氩气和氦气。氢气、氮气、氩气和氦气。氮气扩散系数小，宜于氢火焰、氢气相对分子量小，宜热导池氮气扩散系数小，宜于氢火焰、氢气相对分子量

47、小，宜热导池（二）气固色谱固定相（固体）（二）气固色谱固定相（固体）（三）、液体固定相 气液色谱固定相气液色谱固定相 固定液固定液+载体载体（支持体或担体支持体或担体） ：小颗粒表面涂渍上一薄层固定液。小颗粒表面涂渍上一薄层固定液。 载体载体载体载体载体载体载体载体作为载体使用的物质应满足的条件作为载体使用的物质应满足的条件 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；不起反应； 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

48、。一般常用颗粒大小均匀、适度。一般常用6080目、目、80100目。目。红色载体：红色载体： 孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度好。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。缺点是表面存有活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。性吸附中心点。白色载体：白色载体： 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 粒疏粒疏松，孔径较大。比表面积较小，机械强度较差。但吸附性松，孔径较大。比表面积较小，机械强度较差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分的试样。显著减小，适宜分离极性组分的试样。

49、. .固定液固定液 固定液：固定液：高沸点有机化合物高沸点有机化合物(1) 对对固定液的固定液的要求要求 、有适当的溶解能力。有适当的溶解能力。、选择性好选择性好,各组分的分配系数差别大。各组分的分配系数差别大。、挥发性小，挥发性小，且有较低的蒸汽压，以免固定液流且有较低的蒸汽压，以免固定液流失。失。、热稳定性好，在较高柱温下不易分解。热稳定性好，在较高柱温下不易分解。、 化学稳定性好，不与被测物质发生反应。化学稳定性好，不与被测物质发生反应。 (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。在如按化学结构、极性、应用等的分类方法。在各种色谱手册中，一般将固定液按有

50、机化合物的分各种色谱手册中，一般将固定液按有机化合物的分类方法分为：脂肪烃、芳烃、醇、酯、聚酯、胺、类方法分为：脂肪烃、芳烃、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等。聚硅氧烷等。 (4) 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）的相对极性为零，规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零，氧氧二丙睛的相对极性为二丙睛的相对极性为100。固定液极性测量：以丁二烯、正丁烷为分析对象，以、-氧二丙氰（相对极性为100）和角沙烷（相对极性为0）为固定液制成色谱柱。将丁二烯注入色谱，测定调整保留时间，每一个色谱柱均可以得到一个q值。求出求出 q ( 、 ”-氧二丙氰氧二丙氰)、q （角沙烷）、（角沙烷

51、）、q（x）(lgRRttq 丁二烯）（正丁烷）利用下式求出固定液的相对极性利用下式求出固定液的相对极性x数据：数据：各种固定液的极性介于各种固定液的极性介于0-100之间之间0100+1+2+3+4+5非极性112100 100 xxqqPqqq1 q2qx(5)(5)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。 、非极性组分选用非极性固定液非极性组分选用非极性固定液（色散力）（色散力）。 沸点低的先流出，同沸点的化合物极性大的先出峰。沸点低的先流出，同沸点的化合物极性大的先出峰。 、中等极性组分选用中等极性固定液（中等极性组分

52、选用中等极性固定液（色散力与诱导力）。色散力与诱导力）。沸点低的先出峰，沸点相同则极性小的先出峰。沸点低的先出峰，沸点相同则极性小的先出峰。、强极性的组分强极性固定液强极性的组分强极性固定液（静电力）（静电力）。极性小的先出峰。极性小的先出峰。、对于极性与非极性组分混合物，选极性固定液，极性对于极性与非极性组分混合物，选极性固定液，极性小的先出峰。小的先出峰。四色谱定性和定量分析四色谱定性和定量分析（一）试样的预处理（一）试样的预处理 化学衍生法：化学衍生法： 利用生成特殊衍生物改进组分色谱分离性利用生成特殊衍生物改进组分色谱分离性质或增强检测器响应的方法。质或增强检测器响应的方法。2.2.裂

53、解色谱技术：裂解色谱技术：将难挥发固体试样在裂解器中裂解成低分子将难挥发固体试样在裂解器中裂解成低分子碎片后，由载气带入色谱仪进行分析的技术。碎片后，由载气带入色谱仪进行分析的技术。3.3.分离与富集：分离与富集：色谱分析前预先分离与富集。色谱分析前预先分离与富集。( (二）、色谱定性方法二）、色谱定性方法1.1.利用保留值与已知物质对照定性的方法利用保留值与已知物质对照定性的方法 (1) (1) 利用保留时间定性利用保留时间定性：在同一色谱条件下，保留时间相同的可能是同在同一色谱条件下，保留时间相同的可能是同一物质。一物质。 (2)(2)利用峰高增量定性利用峰高增量定性：加入纯物质能使某组分

54、增加峰高，则二者可能纯物质能使某组分增加峰高，则二者可能是同一物质。是同一物质。 (3)(3)利用双色谱系统定性利用双色谱系统定性: :改变色谱条件以改变分离的选择性，使不同的改变色谱条件以改变分离的选择性，使不同的物质显示不同的保留值。物质显示不同的保留值。 3.3.利用文献保留值定性利用文献保留值定性 (1) (1) 利用相对保留值利用相对保留值r r2121定性定性 相对保留值相对保留值r r2121仅与柱温和固定液性质有关。在色谱手仅与柱温和固定液性质有关。在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保留数据，可以用册中都列有各种物质在不同固定液上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。来进行

55、定性鉴定。2.2.利用保留值经验规律定性利用保留值经验规律定性(1)(1)碳数规律碳数规律: :在一定的温度下，同系物保留值的对数值与在一定的温度下，同系物保留值的对数值与其分子中碳原子数成正比：其分子中碳原子数成正比：lgt tR= =A A1 1n n + + C C1 1(2)(2)沸点规律：在一定的色谱条件下，同族具有相同碳数的沸点规律：在一定的色谱条件下，同族具有相同碳数的碳链异构体，其保留值的对数与沸点成正比。碳链异构体，其保留值的对数与沸点成正比。 lgtR=A2Tb + C2(2).(2).保留指数定性法：保留指数定性法： Kovats指数指数()是一种重现性较好的定性参数。是

56、一种重现性较好的定性参数。测定方法：测定方法： 将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为分子中将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为分子中碳原子个数乘以碳原子个数乘以100100（如正己烷的保留指数为（如正己烷的保留指数为600600）。）。 其它物质的保留指数（其它物质的保留指数（I IX X）是通过选定两个相邻）是通过选定两个相邻的正构烷烃，其分别具有的正构烷烃，其分别具有n n和和n n1 1个碳原子。被测物质个碳原子。被测物质X X的调整保留时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值的调整保留时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值之间如图所示之间如图所示：求出未知物的保留指数，然后与文献值对照，即可

57、定性鉴定未知物。求出未知物的保留指数，然后与文献值对照，即可定性鉴定未知物。)lglglglg(100)()1()()()()()1(nttttItttnRnRnRXRXnRXRnRtR(n) tR(n+1)tR(x)（三）（三） 色谱定量分析方法色谱定量分析方法 定量分析的任务是求出混合样品中各组定量分析的任务是求出混合样品中各组分的百分含量。色谱定量的依据是，当操作分的百分含量。色谱定量的依据是，当操作条件一致时，被测组分的质量（或浓度）与条件一致时，被测组分的质量（或浓度）与检测器给出的响应信号成正比。即：检测器给出的响应信号成正比。即： mi = fi Ai 式中式中mi为被测组分为被

58、测组分i的质量；的质量； Ai为被测组为被测组分分i的峰面积；的峰面积； fi为被测组分为被测组分i的校正因子。的校正因子。 1. 1. 峰面积的测量峰面积的测量 （1）峰高（）峰高（h）乘半峰宽（）乘半峰宽（W1/2）法：近似将色）法：近似将色谱峰当作等腰三角形。此法算出的面积是实际峰谱峰当作等腰三角形。此法算出的面积是实际峰面积的面积的0.94倍：倍： A = 1.064 hW1/2 （2）峰高乘平均峰宽法：当峰形不对称时，可）峰高乘平均峰宽法：当峰形不对称时，可在峰高在峰高0.15和和0.85处分别测定峰宽，由下式计算峰处分别测定峰宽，由下式计算峰面积：面积： A = h（W0.15 +

59、 W0.85 ）/ 2 （3）自动积分和微机处理法）自动积分和微机处理法2. 定量校正因子定量校正因子 试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即：试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即： m i = fi Ai 绝对校正因子：比例系数绝对校正因子：比例系数f i ，单位面积对应的物，单位面积对应的物质量：质量： f i =m i / Ai相对校正因子相对校正因子f i ：即组分的绝对校正因子与标准：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。物质的绝对校正因子之比。ississiisiiAAmmAmAmfff /3.3.常用的几种定量方法常用的几种定量方法 （1）归一化法：归一化法：

60、特点及要求：特点及要求： 归一化法简便、准确；归一化法简便、准确；进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；响不大；仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。100)(100%121 niiiiiniiAfAfmmmmc（2）内标法）内标法 内标物要满足以下要求：内标物要满足以下要求：（a）试样中不含有该物质；）试样中不含有该物质；（b）与被测组分性质比较接近；）与被测组分性质比较接近；（c）不与试样发生化学反应；）不与试样发生化学反应；（d）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰）出峰位置应位于被测组分附近，且无