气相色谱A(2011年3月)10-11-3

1、第一节第一节 概述概述 气相色谱法气相色谱法：以气体为流动相的柱色谱分离技术吸附分配 46mm*L24m 0.10.5mm*2550m分流进样顶空进样程序升温 顶空进样法使待测物挥发后进样，可免去样品萃取、浓集等步骤，还可避免供试品种非挥发组分对柱色谱的污染，但要求待测物具有足够的挥发性 对于液体、固体或液固混合物的样品分析,在常温或较高温度有一定蒸汽分压的挥发性组分，食用植物油中残留溶剂（GB5009,37-85），聚氯乙烯树脂及其成型品中氯乙烯单体（GB4615-84,GB5009,67-85），水中有机物污染物如苯系物、烷烃、醇、酯及挥发性氯代烃（GB5750-85）,粮食中农药熏蒸剂、

2、水果、饮料、蔬菜、化妆品、土壤、农作物、包装材料等气味及挥发性有机物的分析，以及各种样品挥发性有机物污染分析问题。均可采用本装置完成分析检测。 一套进口的顶空进样要拾多万元 ，国产的要五万左右。 三、气相色谱法的特点和应用三、气相色谱法的特点和应用 “三高” “一快” “一广” 高选择性、高柱效、高灵敏度分析速度快应用范围广 一、基本概念二、等温线三、塔板理论（平衡理论）四、速率理论理论基础理论基础1流出曲线和色谱峰2基线、噪音和漂移3保留值：色谱定性参数4色谱峰的区域宽度：色谱柱效参数 5.分离参数流出曲线流出曲线（色谱图）（色谱图）：电信号强度随时间变化曲线色谱峰色谱峰：流出曲线上突起部分

3、对称因子对称因子(sysmmetry factor)(拖尾因子拖尾因子)ABAAWfhs2)(205. 0fs在0.951.05之间fs小于0.95fs大于1.05基线基线：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）噪音噪音：仪器本身所固有的，以噪音 带表示（仪器越好，噪音越小）漂移漂移：基线向某个方向稳定移动 （仪器未稳定造成） 保留时间保留时间tR：从进样开始到组分出现浓度极大点时 所需时间，即组分通过色谱柱所需要的时间 死时间死时间tm：不被固定相溶解或吸附的组分的保留时 间（即组分在流动相中的所消耗的时间），或流动相充满柱内空隙体积占据的空间所需要的时

4、间，又称流动相保留时间 调整保留时间调整保留时间tR：组分的保留时间与死时间之差值， 即组分在固定相中滞留的时间mRRttt0tttRR或保留体积保留体积VR：从进样开始到组分出现浓度极大点时所消耗的流动相的体积 死体积死体积Vm：不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流 动相的体积，又指色谱柱中未被固定相所占据的空 隙体积，即色谱柱的流动相体积（包括色谱仪中的 管路、连接头的空间、以及进样器和检测器的空间）cRRFtVCRcRFtFV1无关；为定值，与注：321VVVVmCmmFtVCmcmFtFV1无关；为定值，与注：差，峰形，色谱峰扩展mV注意注意:不同组分死时间与死体积是一样的不同组分死时间

5、与死体积是一样的调整保留体积调整保留体积VR：保留体积与死体积之差，即组分停留在固定相时所消耗流动相的体积相对保留值相对保留值ri,s（选择性系数）：调整保留值之比CRmRRFtVVVcRcRFtFV1无关；与注：1212121212kkKKVVttrRRRR，分配系数比)(12RRtt1是分离的先决条件,不同组分在柱内有不同的迁移速度应有不同的K或k保留指数保留指数IX：指将待测物的保留行为换算成相当于正构烷烃的保留行为(已知范围内组分的定性参数)例:见书439lglglglg100)()()()(zRnzRzRxRxttttzI之间和应介于数为一对正构烷烃的含，注：)()()(nzRzRx

6、RtttCnzz峰宽峰宽W：正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交 的截距标准差标准差：正态分布色谱曲线两拐点距离的一半 对应0.607h处峰宽的一半注：小，峰窄，柱效高半峰宽半峰宽W1/2：峰高一半处所对应的峰宽355. 221W4W21699. 1WW 355. 221W4W21699. 1WW 1W)(2WW1 容量因子容量因子（容量比，分配比）k：指在一定温度和压力下，组分在色谱柱中达分配平衡时，在固定相与流动相中的质量比更易测定分配系数分配系数K ：)1 (0mSRVVKttmsmmssmsVVKVCVCWWk)1 ()1 (00ktVVKttmSR0ttkR长注：RtkmSCCK 1

7、.容量因子更容易测定容量因子更容易测定2.容量因子为调整保留时间与死时间之比容量因子为调整保留时间与死时间之比,更科学地表述保留情况更科学地表述保留情况注注:温度高温度高,容量因子小容量因子小色谱过程方程保留时间保留时间tR：从进样开始到某组分色谱峰顶（浓度极大点）的时间，即组分在色谱柱中的停留时间或组分流经色谱柱所需要的时间。死时间死时间t0或tm：不被固定相滞留的组分的保留时间，或流动相到达检测器所需要的时间，又称流动相 保留时间。色谱图色谱图（chromatogram）：检测器的响应信号对时间或流动相流出体积作图得到的曲线基线基线：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

8、线（稳定平直直线）（一）流出曲线和色谱峰（一）流出曲线和色谱峰输输液液泵泵进样进样器器色色谱谱柱柱柱温箱柱温箱检测检测器器溶溶剂剂数据数据处处理理mRRttt0tttRR或sRtt 保留体积保留体积VR：从进样开始到组分出现浓度极大点时所消耗的流动相的体积 死体积死体积Vm：不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流 动相的体积，又指色谱柱中未被固定相所占据的空 隙体积，即色谱柱的流动相体积（包括色谱仪中的 管路、连接头的空间、以及进样器和检测器的空间）cRRFtVCRcRFtFV1无关；为定值，与注：CmmFtVCmcmFtFV1无关；为定值，与注：差，峰形，色谱峰扩展mV注注:同一色谱条件下同一色

9、谱条件下,不同组分的死时间、死体积相等不同组分的死时间、死体积相等调整保留体积调整保留体积VR：保留体积与死体积之差，即组分停留在固定相时所消耗流动相的体积CRmRRFtVVVcRcRFtFV1无关；与注：分配系数分配系数K（平衡常数，partition coefficient）：指在一定温度和压力下，组分在色谱柱中达分配平衡后，在固定相与 流动相中的浓度比（色谱过程的相平衡参数）mSCCK 四种色谱的分离机制各不相同，分别形成吸附平衡、分配平衡、离子交换平衡和渗透平衡, K分别为吸附系数，狭义分配系数，选择性系数和 渗透系数 容量因子容量因子（容量比，分配比,capacity factor）

10、k：指在一定温度和压力下，组分在色谱柱中达分配平衡时，在固定相与流动相中的质量比更易测定msmmssmsVVKVCVCWWk)1 ()1 (00ktVVKttmSR000tttttttWWkRRmsms长注：Rtk-色谱过程方程组分在两相中保留时间的比值与其在两相中质量的比值相等由上式知:1,容量因子更易测定 2,容量因子更科学地表达保留情况讨论：讨论： 色谱条件一定时，tR主要取决K或k的大小 （ tR：色谱法基本的定性参数 ）组分的容量因子大，表示组分有较长的保留时间，因此容量因子也是一定色谱条件下组分的定性参数 注：应选择合适分离条件使得难分离的组分K不等)1 (0msBBRVVKtt)

11、1 (0msAARVVKtt)(0BAmsBRARRKKVVtttt0RBAtKK相对保留值相对保留值ri,s:（选择性系数选择性系数,分离因子分离因子,分配系数比分配系数比,调整保留值之比）调整保留值之比）11212121212kkKKVVttrRRRR，分离前提分离前提：1注意：总以保留值大的除以保留值小的越大，分得越开1，两组分完全重叠保留比保留比R：衡量溶质分子在色谱柱上相对移行速度0uuRR度组分在流动相中迁移速度组分在色谱柱中迁移速RRtttLtLR00定距洗脱保留比) 1(R指一定温度下，某组分在两相中分配达平衡时，在两相中的浓度关系曲线1线性等温线线性等温线（理想）（理想）对称

12、峰对称峰2非线性等温线非线性等温线（1）凸形）凸形拖尾峰拖尾峰（2）凹形）凹形前沿峰前沿峰固定相表面活性吸附中心未达饱和，K一定，与溶质浓度无关固定相表面吸附中心活性不均，K不同先占据强吸附中心再占据弱吸附中心，K随着溶质浓度的增加而减小 溶质与固定相作用，改变其表面性质K随着溶质浓度的增加而增加 色谱柱每个H高度内有一块塔板，共有若干块塔板 组分在每块塔板两相间分配达平衡，K小的先出柱多次分配平衡，K有微小差异组分仍可获较好分离（一）塔板理论四个基本假设（二）色谱峰的二项式分布 （三）色谱峰的正态分布 （四）理论板数和理论塔板高度的计算假想：1在柱内一小段高度内组分分配瞬间达平衡 （H理论塔

13、板高度）2载气非连续而是间歇式（脉动式）进入色谱柱， 每次进气一个塔板体积3样品和载气均加在第0号塔板上，且忽略样品 沿柱方向的纵向扩散4分配系数在各塔板上是常数萃取法利用物质在互不相溶两相中溶解度的不同式分布溶质含量分布服从二项pq为，固定相中的溶质含量设载气中溶质含量为1)(Nqp的含量号塔板上组分在载气中分别代表次转移后，展开式各项注：NN03223333)(qpqqppqp1037. 0222. 0444. 0297. 0)333. 0667. 0(3讨论讨论： 222)(02RtteCCRtt hCC20max355. 221W又AhWC210605. 1222)(maxRtteCC

14、 流出曲线方程峰越尖锐或maxmaxCCttttCCttRRR理论塔板高度理论塔板高度H为使组分在柱内两相间达到 一次分配平衡所需要的柱长理论塔板数理论塔板数N组分流过色谱柱时，在两相间 进行平衡分配的总次数理理HLn理理nLH/22122)(54. 5)(16)(WtWttnRRR理P444例题17-2纸速，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/实的反映柱效扣除了死时间，更能真和讨论：effef

15、fHn注意:塔板数为整数,小数后数字直接舍弃(不修约) 板高:mm1塔板理论的贡献：从热力学角度 解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大点的位置 阐明了保留值与K的关系 提出了评价柱效高低的n和H的计算式在比较相似柱的柱效时有用须在给定条件，指定组分测定时才有意义（人为定义），nWtR212 柱长不等不好比较组分不同不好比较 例：例： 在柱长为2m的5%的阿皮松柱、柱温为1000C，记录纸速度为2.0cm/min的色谱条件下，测定苯的保留时间为1.5min，半峰宽为0.20cm，求理论塔板数。解：32102 . 1)0 . 220. 05 . 1(54. 5nmmH7 . 1102 . 12000

16、3（书上P444例自看）（一）塔板理论优缺点（二）Van Deemteer 方程式成功处成功处：解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大值对应的tR 阐明了保留值与K的关系评价柱效（n，）存在问题存在问题:(无法解释不同流速柱效不同,没有解释影响柱效的因素)1）做出了四个与实际不相符的假设 忽略了组分在两相中传质和扩散的动力学过程2）只定性给出塔板高度的概念，却无法解释板高的 影响因素3）排除了一个重要参数流动相的线速度u， 因而无法解释柱效与流速关系 更无法提出降低板高的途径(热力学角度简单解释色谱分离过程)吸收了塔板理论的有效成果H，并从动力学角度较好地解释了影响柱效的因素uCuBAH/荷兰人,

17、1956年提出著名的色谱速率理论产生原因：产生原因：载气携样品进柱，遇到来自固定相颗粒 的阻力路径不同涡流扩散 next影响因素：影响因素：固体颗粒越小，填充越实，固体颗粒越小，填充越实，A A项越小项越小 dpA2填充不规则因子填充颗粒直径dpdpA 柱效，nHAdp柱效，nHAdp注：颗粒太小，柱压过高且不易填充均匀注：颗粒太小，柱压过高且不易填充均匀 填充柱60100目 空心毛细管柱空心毛细管柱（0.10.5mm），A=0，n理理较高较高 next涡流扩散系数back产生原因：产生原因： 峰在固定相中被流动相推动向前、展开 两边浓度差影响因素：影响因素： gDB2）弯曲因子（111空心毛

18、细管柱填充柱数（常数）组分在载气中的扩散系gDgDB gRDMTtu）（或柱效，nHuB/纵向扩散系数MTDTDgg或(扩散阻碍因子)注注：为降低纵向扩散，宜选用分子量较大的载气、 控制较高线速度和较低的柱温选择载气原则选择载气原则：兼顾分析时间和减小纵向扩散 u 较小时，选M较大的N2气（粘度大） u 较大时，选M较小的H2气，He气（粘度小）产生原因：产生原因：样品在气液两相分配，样品未及溶解就 被带走，从而造成峰扩张影响因素：影响因素：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lDllDdfC2TDl2)1 (kkCl讨论：讨论： 注：注：固定液应完全覆盖载体表面，不可以太薄， 否则柱子寿命短，k太小； T不可以超过固定液最佳使用温度lDTdf，柱效，nHuCCl最佳可用53102k