环境分析化学：（5）GC-1环境分析化学

1、第三章 气相色谱分析法第一节 气相色谱分析理论第二节 气相色谱仪第三节 气相色谱固定相第四节 气相色谱检测器第五节 气相色谱分析方法第一节 气相色谱分析理论基础 基本概念和术语 塔板理论与色谱柱效 速率理论与板高影响因素一、基本概念和术语 气相色谱法(Gas Chromatography，简称GC)，亦称层析法、色层法，是一种广泛应用的物理化学分离分析方法 1906年，Tswett分离植物色素实验，建立了色谱分析方法1、气相色谱法的分类 按两相所处的状态分类气固色谱、气液色谱；液固色谱、液液色谱；超临界流体色谱 按过程的机理分类吸附色谱；分配色谱；离子交换色谱；凝胶色谱 按固定相的形状分类柱色

2、谱（填充柱色谱，毛细管柱色谱)；纸色谱；薄层色谱2、气相色谱法的特点 优点： - 选择性高，分离效果好 - 灵敏度高（10-12 - 10-14g） - 分析速度快，可实现自动化操作 - 应用范围广（大多数有机物） 缺点： - 需用纯度很高的标样定性定量 - 分析高沸点、热稳定性差的物质尚有困难3、气相色谱分析流程4、气相色谱分离过程GC分离过程的两个重要特征： - 试样中各组分在柱中不等速迁移 - 各组分在流经柱子后要发生谱带的扩散分布为实现各组分理想分离，要求： - 各组分在柱子中的迁移速度要有足够的差别 - 各组分在柱中扩散程度尽可能低5、气相色谱常用术语 - 基线（噪声、飘移）- 峰高

3、（h）- 峰宽（标准偏差 ，半峰宽W1/2，基线宽度W） W1/2 = 2.35 W = 4 保留值 - 保留时间tR、调整保留时间tR、死时间tM tR = tR tM - 保留体积VR、调整保留体积VR、死体积VM VR = tR x F0 式中，F0为载气体积流速（ml/min） 相对保留值ris仅随柱温和固定相变化，可作为色谱定性分析的参数；也可用来表示固定相的选择性 保留指数 Ii - 是最广泛使用的定性依据，由Kovats(1958)首次提出。 - 选用正构烷烃系列作为标准物质，使待测物质 i 的调整保留时间tRi恰好落在碳数相邻的两种正构烷烃的调整保留时间之间 - 待测物质的保留

4、指数定义为：式中, Ii为待测物质i在选定的固定相上的保留指数，tRi, tRn和tR,n+1分别为待测物、含有n个和n+1个碳原子的正构烷烃的调整保留时间 分配系数和容量因子 - 分配系数 K K = Cs / Cm 式中，Cs和Cm分别为组分在固定相和流动相中的浓度(g/ml), K是色谱分离的依据 - 容量因子 k k = p/q = tR /tM 式中，p和q分别为组分在固定相和流动相中的质量(g), k常用作表征色谱分配平衡过程的参数 K与k的关系式中，为相比（填充柱 635；毛细管柱 501500）二、塔板理论与色谱柱效 塔板理论是色谱的重要理论之一，是1941年由Martin和J

5、ames提出的半经验式理论 把色谱柱比拟成分馏塔，有许多塔板组成。在每一个塔板上，组分在气液两相间达到一次平衡, 经过多次平衡后，K较小（挥发性较大）的组分先离开分馏塔，实现了组分间的分离 可采用塔板数来表征柱效 n = L / H 只要色谱柱相应的塔板数很大，即使K仅有微小差别的组分也能得到很好的分离。 分离效率 一般采用R=1.5作为相邻两峰可完全分开的标志 R与n有效关系 柱效n， n有效三、速率理论与板高影响因素 塔板理论解释了色谱柱的效率机理，但未能反映决定塔板高度的条件，也无法提出降低塔板高度的途径 Van Deemter(1956)等提出了色谱过程的动力学理论，导出了塔板高度与载

6、气线速度间的关系： H = A + B/u + Cu 涡流扩散项、分子扩散项、传质阻力项 分子扩散项（纵向扩散项, B/u） B = 2Dg式中，为弯曲因子 ，Dg为组分在气相中的扩散系数传质阻力项（Cu） C = Cg + Cl - 气相传质阻力 Cg = f (k, dp, Dg) - 液相传质阻力 Cl = f (k, df, Dl )选择颗粒小(dp)的固定相及分子量小的气体(Dg较大)作载气有利于降低Cg ；固定相的液膜厚度(df )薄, 组分在液相的扩散系数Dl大，则液相传质阻力Cl就小涡流扩散项（A） A = 2dp式中， 为填充不规则因子，dp为固定相颗粒直径 对柱效和峰扩张的

7、影响因素： - 填充均匀度- - 载体粒度- dp - 固定相液膜厚度- df - 载气种类- Dg - 载气流速- u 范氏方程对于分离条件的选择具有指导意义第二节 气相色谱仪器 气相色谱仪构成 气相色谱固定相 气相色谱检测器一、气相色谱仪构成1、气路系统 载气的作用 - 提供一个分配“相” - “载”着样品进入色谱柱 系统构成： - 由净化器、稳压阀、稳流阀、流量计和压力表构成2、进样系统 气体进样 液体进样（汽化室） - 主要功能：把注入的液态样品在瞬间汽化 - 要求： 1 进样方便，密封性好 2 热容量大 3 无催化活性（内衬石英玻璃管） 4 死角小3、分离系统 色谱柱 - 填充柱：固体固定相,涂有固定液的担体 1 材质（不锈钢、玻璃等） 2 外形（U型、螺旋型等） 3 内径（2-6mm）；长度（1-10m） - 毛细管柱：涂壁空心柱 1 内径（0.1-0.5mm