色谱分析-气相色谱

1、20112011年年3 3月月8 8日日zf zfBZ medical气相色谱法气相色谱法气相色谱原理气相色谱原理 1气相色谱仪气相色谱仪2填充柱气相色谱填充柱气相色谱3毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱 4顶空气相色谱顶空气相色谱5BZ medical气相色谱原理气相色谱原理v 气相色谱法：以气体为流动相的柱色谱分离技术气相色谱法：以气体为流动相的柱色谱分离技术v 气相的分类：气相的分类： 按固定相分按固定相分 气气- -固色谱固色谱 气气- -液色谱液色谱 按分离原理分按分离原理分 吸附色谱吸附色谱 分配色谱分配色谱 按柱子粗细分按柱子粗细分 填充柱色谱填充柱色谱毛细管柱色谱毛细管柱色谱BZ

2、 medicalv气相色谱仪构造气相色谱仪构造BZ medicalv气相色谱仪构造气相色谱仪构造BZ medicalv载气系统载气系统 载气载气 携带试样通过色谱柱携带试样通过色谱柱 辅助气辅助气 提供监测器燃烧或吹扫用提供监测器燃烧或吹扫用v进样系统进样系统 引入试样，主要是样品气化，部分气相色谱仪还有裂解引入试样，主要是样品气化，部分气相色谱仪还有裂解装置，顶空进样装置等。装置，顶空进样装置等。v柱系统柱系统v检测系统检测系统v数据采集和处理系统数据采集和处理系统v温控系统温控系统BZ medicalv气相色谱分离的原理气相色谱分离的原理气固色谱、气液色谱气固色谱、气液色谱 气气固色谱固色

3、谱中被分离物随着载气的流动，被测组分中被分离物随着载气的流动，被测组分在吸附剂表面进行吸附，解吸附，再吸附，再解吸附在吸附剂表面进行吸附，解吸附，再吸附，再解吸附这样反复的过程不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达这样反复的过程不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。到分离的目的。 气气液色谱液色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分中被分离物随着载气的流动，被测组分在固定液中进行溶解，挥发，再溶解，再挥发在固定液中进行溶解，挥发，再溶解，再挥发的过程，的过程，使不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。使不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。BZ medicalv气

4、相色谱常用术语和参数气相色谱常用术语和参数1.色谱图 进样后检测仪器记录下来的检测器响应信号随时间或载气流出体积分布的曲线图。2.前伸峰(leading peak) 前沿平缓后部陡起的不对称色谱峰3.脱尾峰(tailing peak) 前沿陡起后部平缓的不对称色谱峰4.畸峰(distorted peak) 形状不对称的色谱峰。5.反峰(negative peak) 峰形与通常相反的色谱峰，也称倒峰、负峰。BZ medicalv气相色谱常用术语和参数气相色谱常用术语和参数6.假峰(ghost peak) 除组分正常产生的色谱峰外，由于其它原因产生的吸收峰7.净保留体积(net retention

5、 volume) 用压力梯度校正因子修正后的组分调整保留体积，VN8.比保留体积(specific retention volume) 组分在每g固定液校正到273.15K时的净保留体积，Vg9.相比率phase ratio 气相与吸附剂或固定液体积之比 =VG/VS，VG/VLBZ medicalv气相色谱常用术语和参数气相色谱常用术语和参数10.分配系数partition ration11.容量因子capacity factor12.相对保留值relative retention value 相同操作条件下，组分与参比 物质的调整保留值之比 ri,s=13.柱外效应extra-column

6、 effect 进样室到监测器之间的部分气路部分，由于进样方式、柱后扩散等因素对柱效能产生的影响。14.反吹 一些组分被洗脱后，将载气反向通过色谱柱。 作用：节省时间，或防止污染下一根色谱柱。 BZ medicalv气相色谱常用术语和参数气相色谱常用术语和参数15.老化 色谱柱在高于使用柱温夏通载气进行处理的过程16.柱流失 固定液随载气流出柱外的现象17.填充柱18.微填充柱19.毛细管柱 BZ medical色谱仪的构造色谱仪的构造v填充柱气相色谱填充柱气相色谱v分析单元分析单元v1.气路系统气路系统 管路密闭，连续运行管路密闭，连续运行 常用载气：氢气、氦气、氮气等常用载气：氢气、氦气、

7、氮气等 恒温色谱：单柱单气路恒温色谱：单柱单气路 程序升温：双柱双气路，补充固定液流失程序升温：双柱双气路，补充固定液流失v2.进样系统进样系统 把样品快速、定量的加到色谱柱头把样品快速、定量的加到色谱柱头 气化室：将样品溶液或固体瞬间气化，常用玻璃插入管气化室：将样品溶液或固体瞬间气化，常用玻璃插入管 进样；六通阀进样；六通阀BZ medicalBZ medicalv填充柱气相色谱填充柱气相色谱v3.色谱柱色谱柱 气固色谱：固定相为吸附剂颗粒 气液色谱：固定液涂渍在惰性载体 2-4mm，1-10m 不锈钢，铜镀镍 玻璃柱，聚四氟乙烯v4.检测器检测器 稳定性好，灵敏度高，响应快，应用范围广B

8、Z medicalv填充柱气相色谱填充柱气相色谱v显示记录单元显示记录单元v1.温度控制系统温度控制系统 气化室 样品气化而不分解 升温： 柱效能和峰形 保留时间、峰面积、峰形 温度比柱箱高10-50 色谱柱 柱箱，空气夹层保温炉堂 检测器BZ medicalv填充柱气相色谱填充柱气相色谱v显示记录单元显示记录单元v2.方法与记录系统方法与记录系统BZ medicalv毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱v毛细管柱气相色谱法毛细管柱气相色谱法Capillary column gas chromatographyv1957年，戈雷v内壁涂渍一层极薄而均匀的固定液膜的毛细管v中空，开管柱v优点：相比大

9、，渗透性好，分析速度快，总柱效高BZ medicalv毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱v1.毛细管色谱柱毛细管色谱柱 不锈钢，玻璃。 熔融石英：化学惰性、热稳定性、机械强度好、具有弹性v壁涂空心柱壁涂空心柱WCOT 固定液直接涂在毛细管内壁v多孔层空心柱多孔层空心柱PLOT 管壁涂一层多孔性吸附剂固体微粒 v载体涂渍空心柱载体涂渍空心柱SCOT 多孔颗粒和固定液 BZ medicalv毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱v4.化学键合相毛细管柱化学键合相毛细管柱 固定相化学方法键合到硅胶表面或毛细管内壁 热稳定性v5.交联毛细管柱交联毛细管柱 交联引发剂将固定相交联到毛细管管壁 耐高温、抗溶剂抽提

10、、液膜稳定、柱效高、柱寿命长等BZ medicalv毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱v毛细管柱与一般填充柱性能比较毛细管柱与一般填充柱性能比较v1.气源和流量控制系统气源和流量控制系统 流量小 分流进样 尾吹装置v2.进样系统进样系统 分流/不分流进样 保留间隙进样 程序升温进样BZ medicalv毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱v毛细管柱与一般填充柱性能比较毛细管柱与一般填充柱性能比较v3.色谱柱色谱柱v4.检测系统检测系统 最常用FID 微型TCDBZ medicalv1.分流进样分流进样v进样时有吹扫气，气化样品大部分经分流管放空，进样时有吹扫气，气化样品大部分经分流管放空，只小部分被

11、载气带入色谱柱只小部分被载气带入色谱柱 样品扩展小，避免初始谱带扩展样品扩展小，避免初始谱带扩展 样品中各组分等比例分流，定量结果可靠样品中各组分等比例分流，定量结果可靠 用于浓度高的样品用于浓度高的样品v缺点缺点:沸程宽，浓度差别大，微量成分沸程宽，浓度差别大，微量成分毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱 进样系统进样系统BZ medicalv2.不分流进样不分流进样v进样时不进行吹扫，大部分样品进入色谱柱后才进样时不进行吹扫，大部分样品进入色谱柱后才打开分流阀，进行吹扫打开分流阀，进行吹扫 进样时间长进样时间长30-90s，初始谱带展宽，初始谱带展宽 冷阱冷阱-组分被冷却捕集在柱头或保护柱，溶

12、剂被吹出，组分被冷却捕集在柱头或保护柱，溶剂被吹出，冷阱迅速升温，短时间将溶质赶入色谱柱。冷阱迅速升温，短时间将溶质赶入色谱柱。 溶剂效应溶剂效应-进样时关闭分流阀，低温下溶剂冷凝在柱进样时关闭分流阀，低温下溶剂冷凝在柱头，对溶质其捕集作用，而后升温。头，对溶质其捕集作用，而后升温。 定量精度和准确度好定量精度和准确度好毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱 进样系统进样系统BZ medicalv3.直接进样直接进样v气化室没分流系统气化室没分流系统v色谱柱与大口径毛细管柱直接相连色谱柱与大口径毛细管柱直接相连v载气采用载气采用10-25ml/min的高速的高速v定量精度和准确度好定量精度和准确度好

13、v痕量分析痕量分析毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱 进样系统进样系统BZ medicalv4.冷柱头进样冷柱头进样v适用于大口径毛细管柱，预处理柱，进样部分温适用于大口径毛细管柱，预处理柱，进样部分温度很低，样品在冷的柱壁形成液膜，组分气化度很低，样品在冷的柱壁形成液膜，组分气化v分析高沸点、热不稳定样品分析高沸点、热不稳定样品v程序升温程序升温毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱 进样系统进样系统BZ medicalv分流进样：质量分数分流进样：质量分数0.001%-10%，沸程范围，沸程范围69-330v不分流进样和直接进样：质量分数小于不分流进样和直接进样：质量分数小于0.01%，沸，沸程接

14、近程接近174-412v冷柱头进样：热稳定性差，化学稳定性差，沸点冷柱头进样：热稳定性差，化学稳定性差，沸点较高较高v顶空进样：气态进样顶空进样：气态进样 血中毒物，酒及饮料中的挥发性物质，食品添加剂，植物中的芳香成分，聚合物中的挥发性成分BZ medical色谱固定相色谱固定相 多为硅胶等吸附剂、高分子多孔小球、化学键多为硅胶等吸附剂、高分子多孔小球、化学键合固定相。具有耐高温的特点，用于分析永久性合固定相。具有耐高温的特点，用于分析永久性气体，高沸点或强极性物质气体，高沸点或强极性物质v1.吸附剂吸附剂v基本特点基本特点 受预处理影响大，操作条件和环境改变其吸附性能 吸附等温线一般为非线性

15、，要求进样量小 高温下有催化活性固体固定相固体固定相BZ medical1)硅胶硅胶v强极性强极性v粗孔硅胶粗孔硅胶v分析范围：分析范围：C1-C4气体烃，气体烃，N2O，SO2，H2S，SF6，CF2Cl2v预处理：预处理： 1：1盐酸浸泡2小时 水洗至无SO42-和Cl-离子 于200-500 活化2h 于干燥器中备用BZ medical2)碳素碳素v活性碳活性碳 比表面积比表面积300-800m2/g 分析永久性气体和分析永久性气体和C1-C2烃类烃类 预处理预处理 苯冲洗苯冲洗3次次 空气吹干，空气吹干，450 活化活化2h，在水蒸气中降温至，在水蒸气中降温至150 ，再，再用空气吹干

16、用空气吹干 用苯冲洗再生用苯冲洗再生v石墨化碳黑石墨化碳黑 比表面积比表面积100m2/g 分析：分析：H2S，SO2，痕量，痕量C1-C10醇类，低级脂肪酸、酚、醇类，低级脂肪酸、酚、胺类胺类 分析算性物质用磷酸处理，碱性物质用碳酸钠分析算性物质用磷酸处理，碱性物质用碳酸钠BZ medical3)氧化铝氧化铝v型氧化铝型氧化铝v中等极性中等极性v预处理预处理 450-1350 活化，降温后储于干燥器v分析：分析：C1-C4气体烃气体烃v用氢氧化钠和金属盐改性的氧化铝，在用氢氧化钠和金属盐改性的氧化铝，在250 分析C15-C23的碳氢化合物BZ medical4)分子筛分子筛v人工合成的泡沸

17、石人工合成的泡沸石vNa型的型的4A与与13X分子筛分子筛vCa型的型的5A与与10X分子筛分子筛v4A，5A分子筛的平均孔径分子筛的平均孔径v分离机理：吸附分离机理：吸附v预处理：预处理：550活化活化2h，严密的储于干燥器内，严密的储于干燥器内v对含水量要求较高对含水量要求较高vCO2不可逆吸附不可逆吸附BZ medical2.高分子多孔小球高分子多孔小球v材料：苯乙烯等的交联共聚体材料：苯乙烯等的交联共聚体v特性特性 单体及交联剂制备性能不同的小球单体及交联剂制备性能不同的小球 机械强度好，不易破碎机械强度好，不易破碎v疏水性，快速测定样品中的微量水疏水性，快速测定样品中的微量水v耐腐蚀

18、性耐腐蚀性 分析氨、氯气、氯化氢分析氨、氯气、氯化氢 睛、卤代烷、烃睛、卤代烷、烃 醇、醛、酮、酸、酯醇、醛、酮、酸、酯固体固定相固体固定相BZ medical3.化学键合固定相化学键合固定相vSi-O-Si-C 有机氯硅烷、有机烷氧基硅烷反应，在气相和液相广泛使用vSi-O-C 易水解、热稳性差vSi-N-C 热稳定性差vSi-C 应用少固体固定相固体固定相BZ medicalv液体作为固定相的优点液体作为固定相的优点 较对称的色谱峰较对称的色谱峰 种类多，可根据样品不同进行选择种类多，可根据样品不同进行选择 色谱保留值的重复性好色谱保留值的重复性好 固定液液膜厚度可调节固定液液膜厚度可调节

19、液体固定相液体固定相BZ medical1.硅藻土硅藻土v红色硅藻土红色硅藻土 载体表面孔隙密集，孔径较小，表面积大，能负荷更多载体表面孔隙密集，孔径较小，表面积大，能负荷更多的固定液，结构紧密，机械强度好的固定液，结构紧密，机械强度好v白色硅藻土白色硅藻土 孔径大，表面积小，负荷的固定液少，柱效不如红色，孔径大，表面积小，负荷的固定液少，柱效不如红色，但分析极性组分时拖尾小。应用广泛但分析极性组分时拖尾小。应用广泛载体载体BZ medicalv硅藻土的预处理硅藻土的预处理 由于硅藻土在处理过程中产生的酸、碱性；表面由于硅藻土在处理过程中产生的酸、碱性；表面的硅醇基；微孔结构等因素致使样品信号

20、拖尾或的硅醇基；微孔结构等因素致使样品信号拖尾或造成死吸附造成死吸附v (1)酸洗。除去载体表面铁等金属化合物。酸洗。除去载体表面铁等金属化合物。 浓盐酸浸泡载体，加热煮浓盐酸浸泡载体，加热煮30min，然后用水洗至中性，再，然后用水洗至中性，再用甲醇淋洗，烘干，过筛用甲醇淋洗，烘干，过筛v (2)碱洗。除去碱洗。除去Al2O3等碱性杂志等碱性杂志 酸洗载体在酸洗载体在10%NaOH-甲醇溶液中浸泡或回流，然后用甲醇溶液中浸泡或回流，然后用水洗至中型，再用甲醇淋洗，烘干，过筛水洗至中型，再用甲醇淋洗，烘干，过筛BZ medicalv硅藻土的预处理硅藻土的预处理v (3)硅烷化。消除表面的硅醇基

21、，减弱生成氢键的能力，使硅烷化。消除表面的硅醇基，减弱生成氢键的能力，使表面惰化表面惰化 盐酸浸泡载体，用硅烷试剂与之反应生成盐酸浸泡载体，用硅烷试剂与之反应生成Si-O-Si-C键。键。 该类载体适合分析水、醇、胺等易形成氢键而拖尾的物该类载体适合分析水、醇、胺等易形成氢键而拖尾的物质；只能涂渍非极性或极性弱的固定液，只能在质；只能涂渍非极性或极性弱的固定液，只能在270以下使以下使用，柱效也差。用，柱效也差。 v (4)釉化。堵塞载体表面的微孔和改变表面性质釉化。堵塞载体表面的微孔和改变表面性质 置于置于2%硼砂水溶液中浸泡，硼砂水溶液中浸泡， 抽滤后，用和其体积相当抽滤后，用和其体积相当

22、的的0.5%的硼砂水溶液淋洗，干燥后于的硼砂水溶液淋洗，干燥后于870 灼烧灼烧3.5h，再，再升温到升温到980 灼烧灼烧40min，冷却，用蒸馏水煮，冷却，用蒸馏水煮4次，洗涤并次，洗涤并干燥。干燥。 该类载体吸附性能低，机械强度增加，适于分析醇、酸该类载体吸附性能低，机械强度增加，适于分析醇、酸类极性较强的物质。分析甲醇、甲酸时有不可逆吸附。类极性较强的物质。分析甲醇、甲酸时有不可逆吸附。BZ medicalv硅藻土的预处理硅藻土的预处理v (5)脱活剂脱活剂 用一些表面活性剂饱和载体表面的吸附中心。用一些表面活性剂饱和载体表面的吸附中心。 非离子型的聚乙二醇类；阳离子型的胺类非离子型的

23、聚乙二醇类；阳离子型的胺类-碱性样品；碱性样品；阴离子型的二羧酸、酸酐阴离子型的二羧酸、酸酐-酸性样品。酸性样品。BZ medicalv2.氟载体氟载体 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 聚三氟氯乙烯聚三氟氯乙烯 优点：耐腐蚀性强，用于分析腐蚀性气体，强极性物质优点：耐腐蚀性强，用于分析腐蚀性气体，强极性物质 缺点：表面积小，机械强度差，操作温度低于缺点：表面积小，机械强度差，操作温度低于180；润；润湿性差（固定液负荷小于湿性差（固定液负荷小于5%），柱效比较低。），柱效比较低。v3.玻璃微球玻璃微球 微球涂敷一层固体粉末，形成微孔结构，增大表面积微球涂敷一层固体粉末，形成微孔结构，增大表面积 粉末：硅

24、藻土，粉末：硅藻土，Fe2O3，ZrO2 优点：可以在较低柱温、很大的载气线速度条件下分析优点：可以在较低柱温、很大的载气线速度条件下分析高沸点物质（负荷的固定液小于高沸点物质（负荷的固定液小于1%，传质速度快），传质速度快） 缺点：柱负荷量太小，柱寿命短缺点：柱负荷量太小，柱寿命短BZ medicalv非极性组分非极性组分-红色硅藻土载体；极性组分红色硅藻土载体；极性组分-白色白色硅藻土载体硅藻土载体v要求进样量大和负荷固定液多要求进样量大和负荷固定液多-红色硅藻土载体红色硅藻土载体v分析腐蚀性气体时用氟载体分析腐蚀性气体时用氟载体v分析非极性高沸点组分，可选玻璃微球载体分析非极性高沸点组分

25、，可选玻璃微球载体选用载体的几个原则：选用载体的几个原则：BZ medicalv1.对组分良好的选择性对组分良好的选择性 对欲分离的两组分有较大的相对保留值v2.蒸气压低蒸气压低 从色谱柱流失的固定液少，柱子的效能不变，不妨碍适用高灵敏度监测器v3.润湿性好润湿性好 能很均匀的涂布在载体表面或空心柱的内壁v4.热稳定性好热稳定性好 在高温下发生分解或聚合反应固定液应具备的条件：固定液应具备的条件：BZ medicalv5.化学惰性好化学惰性好 不与组分、载体、载气发生不可逆的化学反应v6.凝固点低，黏度适当凝固点低，黏度适当 凝固点低低温使用 黏度适当减少因柱温下将黏度变大而造成的柱效降低的弊

26、端v7.成分稳定成分稳定 防止各批次间固定液成分差别大，影响色谱峰定性的重复性固定液应具备的条件：固定液应具备的条件：BZ medicalv极性：极性：含有不同官能团的固定液与分析物质的功含有不同官能团的固定液与分析物质的功能团之间相互作用的程度能团之间相互作用的程度v固定液或组分的极性：固定液或组分的极性：指其含有甲基、亚甲基、指其含有甲基、亚甲基、可极化的非极性基团、极性基团等的多少。可极化的非极性基团、极性基团等的多少。BZ medicalv1.内聚力内聚力 色散力色散力 非极性分子间瞬间的偶极矩非极性分子间瞬间的偶极矩 诱导力诱导力 极性分子的永久偶极矩使另一个非极性分子极化，产极性分

27、子的永久偶极矩使另一个非极性分子极化，产生诱导偶极矩生诱导偶极矩 定向力定向力 两个极性分子间的静电作用两个极性分子间的静电作用固定液与分析物质之间的作用力：固定液与分析物质之间的作用力：BZ medicalv 2.氢键作用力氢键作用力 氢原子与一个电负性较大的原子氢原子与一个电负性较大的原子X构成共价键时，由于构成共价键时，由于X原子的吸电子效应，形成原子的吸电子效应，形成XHY。 X电负性越大，氢键作用力越强。电负性越大，氢键作用力越强。v 3.分子间特殊作用力分子间特殊作用力 固定液与分子间形成弱的络合物。固定液与分子间形成弱的络合物。 加入硝酸银，银离子与双键的电子形成弱的络合物，增大

28、加入硝酸银，银离子与双键的电子形成弱的络合物，增大了保留，后出色谱柱了保留，后出色谱柱 重金属脂肪酸酯作固定液，出峰顺序：叔胺、仲胺、伯重金属脂肪酸酯作固定液，出峰顺序：叔胺、仲胺、伯胺胺固定液与分析物质之间的作用力：固定液与分析物质之间的作用力：BZ medicalv非极性固定液分析非极性组分非极性固定液分析非极性组分v诱导力作用小，利用其分离能产生不同程度极化诱导力作用小，利用其分离能产生不同程度极化的非极性组分的非极性组分v极性差别大的组分，选极性强的固定液极性差别大的组分，选极性强的固定液v分析同分异构体用极性固定液，利用定向力分离分析同分异构体用极性固定液，利用定向力分离v固定液为同

29、系物时，分子小的较高的选择性，分固定液为同系物时，分子小的较高的选择性，分子间的作用力与分子间的距离成反比子间的作用力与分子间的距离成反比v当分子中含当分子中含F、O、N时，用含时，用含-COOH、-OH、-NH2的固定液，利用氢键作用力的固定液，利用氢键作用力根据作用力选择固定液：根据作用力选择固定液：BZ medicalv1.相对极性法相对极性法(Px) 苯和环己烷 正丁醇和对二甲苯v2.相特征常数相特征常数 McReynolds常数，麦氏常数固定液的极性：固定液的极性：BZ medicalv1.按极性分类按极性分类 非极性非极性 Px为为0 弱极性弱极性+1, +2 中等中等 +3 强极

30、性强极性+4, +5固定液的分类：固定液的分类：BZ medicalv2.按结构分类按结构分类 烃类烃类 聚硅氧烷聚硅氧烷 聚二醇聚二醇 酯类酯类 含氧化合物含氧化合物 含氮化合物含氮化合物 含硫及硫杂环含硫及硫杂环 含卤素化合物及其聚合物含卤素化合物及其聚合物 无机盐无机盐 固定液的分类：固定液的分类：BZ medicalv1.相似性原则：相似性原则： 非极性：鲨鱼烷OV-101 中等极性：OV-225或Carbowax 20M 强极性：OV-275v2.化学官能团化学官能团 选择相同官能团的固定液 有支链、同分异构体：氢键v3.分子间主要差别分子间主要差别 沸点：非极性 极性：极性分析已知样品选择固定液：分析已知样品选择固定液：BZ medicalv4.按麦氏常数按麦氏常数 苯、丁醇、戊酮、硝基丙烷、吡啶苯、丁醇、戊酮、硝基丙烷