第二章气相色谱

1、第2章 气相色谱分析Gas chromatographic analysis, GC2而用填充柱气相色谱法，半米长的丁二酸乙二醇聚酯固定相填充柱而用填充柱气相色谱法，半米长的丁二酸乙二醇聚酯固定相填充柱上，二者可以实现很好的分离。上，二者可以实现很好的分离。苯加氢生成环己烷的反应，由于苯和环己烷的沸点只相差苯加氢生成环己烷的反应，由于苯和环己烷的沸点只相差0.6 0.6 C C，一般的蒸馏方法很难分离。一般的蒸馏方法很难分离。因为它们在这种固定相上的分配系数差异较大，能够实现很好的分离。因为它们在这种固定相上的分配系数差异较大，能够实现很好的分离。重现1903年年俄罗斯植物学家俄罗斯植物学家T

2、sweet茨维特茨维特植物提取液植物提取液CaCO3玻璃柱玻璃柱石油醚淋洗石油醚淋洗色谱色：颜色谱：图谱 1906年茨维特论文发表创建2-1 2-1 气相色谱法概述气相色谱法概述一、一、 色谱法色谱法 4茨维特使用的色谱原型装置茨维特使用的色谱原型装置分离对象分离对象 - 植物色素植物色素色谱柱色谱柱 - 玻璃管玻璃管固定相固定相 - 碳酸钙碳酸钙流动相流动相 - 石油醚石油醚5为什么能得到分离？为什么能得到分离？所有组分都能分离吗？所有组分都能分离吗？用其他淋洗剂可以吗？用其他淋洗剂可以吗？碳酸钠换成其他物质可以吗？碳酸钠换成其他物质可以吗？气相色谱中用什么气体做载气气相色谱中用什么气体做载

3、气?色谱柱中有什么填料？色谱柱中有什么填料？Question当当含有含有混合物混合物样品的流动相（气体、液体或超临界流体）样品的流动相（气体、液体或超临界流体）经过固定相时，就经过固定相时，就会与固定相发生作用会与固定相发生作用 由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异强弱也有差异 在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。从而按先后不同的次序从固定相中流出。 各个单组份物质可分别进行定性、定量分析。各个单

4、组份物质可分别进行定性、定量分析。 借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离的技术借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离的技术色谱分离技术或色谱法（是混合物最有效的分离、分色谱分离技术或色谱法（是混合物最有效的分离、分析方法）析方法）。色谱法的本质：混合物的分离色谱法的本质：混合物的分离混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同阶段的响应混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同阶段的响应2 2、色谱分离过程、色谱分离过程http:/ 液相色谱法液相色谱法按流动相物态按流动相物态3 3、色谱法分类、色谱法分类柱色谱法柱色谱法按固定相物态气固色谱法气固色谱法 气液色谱法气液色谱法按固定相物态液固色

5、谱法液固色谱法 液液色谱法液液色谱法 纸色谱法纸色谱法 薄层色谱法薄层色谱法按固定相使用形式按固定相使用形式吸附色谱法吸附色谱法 分配色谱法分配色谱法 离子交换色谱法离子交换色谱法按分离过程机制按分离过程机制排阻色谱法排阻色谱法气相色谱仪的流程图气相色谱仪的流程图 载气系统载气系统进样系统进样系统色谱柱色谱柱检测系统检测系统温控系统温控系统记录系统记录系统1-1-载气钢瓶；载气钢瓶；2-2-减压阀；减压阀；3-3-载气净化干载气净化干燥管；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

6、；10-10-放大器；放大器；11-11-温度控制器；温度控制器；12-12-记录记录仪；仪；二、气相色谱法二、气相色谱法 用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法。用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法。载气系统载气系统气路系统：气路系统：获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气体净化获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气体净化装置。装置。载气：载气：要求化学惰性，不与有关物质反应。载气的选择除了要求考虑要求化学惰性，不与有关物质反应。载气的选择除了要求考虑 对柱对柱效的影响外，还要与分析对象和所用的检测器相配。效的影响外，还要与分析对象和所用的检测器相配。常用的载气常用的载

7、气：氢气、氮气、氦气。氢气、氮气、氦气。三、气相色谱仪三、气相色谱仪气相色谱主要构成气相色谱主要构成.swf净化干燥管：净化干燥管：去除载气中的水、氧、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性等）；去除载气中的水、氧、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性等）；载气流速控制：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。压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。压力表：压力表：多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力；第二级，柱头压力指示。多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力；第二级，柱头压力指示。流量计流量计: :在柱头前使用转子流量计在柱头前使用转子流量计(Rotometer)(Rotom

8、eter)，但不太准确。通常在柱后，以皂膜，但不太准确。通常在柱后，以皂膜 流量计流量计(Soap-bubble meter)(Soap-bubble meter)测流速。许多现代仪器装置有电子流量计，并以测流速。许多现代仪器装置有电子流量计，并以 计算机控制其流速保持不变。计算机控制其流速保持不变。112. 2. 进样装置进样装置进样装置：进样装置：包括进样器和气化室两部分包括进样器和气化室两部分 进样器：进样器：微量注射器微量注射器( (穿过隔膜垫穿过隔膜垫) )或六通阀，通常六通阀或六通阀，通常六通阀进样的重现性好于注射器。进样的重现性好于注射器。12 填充柱毛细管柱(开管柱)内径粗 3

9、-5mm柱长 1-3m/常用不锈钢内径细 0.2-0.5mm柱长 20-100m/常用石英过去时现在时4. 4. 检测系统检测系统（色谱仪的眼睛）色谱仪的眼睛）通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；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，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放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，给出色谱图；大后记录和显示，给出色谱图； 检测器：检测器：广普型广普型对所有物质均有响应（如：对所有物质均有响应（如：TCD)TCD)； 专属型专属型对特定物质有

10、高灵敏响应对特定物质有高灵敏响应( (如：如：ECD)ECD)； 浓度型浓度型 检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与浓度成正比。检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与浓度成正比。 质量型质量型检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响应值与单位时间进入检测器的量检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响应值与单位时间进入检测器的量成正比。成正比。 5. 5. 温度控制系统温度控制系统 温度温度是色谱分离条件的重要选择参数；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：气

11、化室：保证液体试样瞬间气化；保证液体试样瞬间气化； 检测器：检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；保证被分离后的组分通过时不在此冷凝； 分离室：分离室：准确控制分离需要的温度。当试准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；温度变化，各组分在最佳温度下分离；载气系统载气系统进样系统进样系统色谱柱色谱柱检测系统检测系统温控系统温控系统记录系统记录系统四、基本概念四、基本概念流出曲线（色谱图）：流出曲线（色谱图）：电信号强度随时间变化曲线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流出

12、曲线上突起部分(应为对称峰）应为对称峰）1 1流出曲线和色谱峰流出曲线和色谱峰基线：基线：当没有待测组分进入检测器当没有待测组分进入检测器 时，反映检测器噪音随时间时，反映检测器噪音随时间 变化的曲线（稳定变化的曲线（稳定平直直线）平直直线）噪音：噪音：仪器本身所固有的，以噪音仪器本身所固有的，以噪音 带表示（仪器越好，噪音越小）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基线向某个方向稳定移动 （仪器未稳定造成）（仪器未稳定造成）2 2基线、噪音和漂移基线、噪音和漂移 （1 1）用时间表示的保留值）用时间表示的保留值死时间死时间t tM M：不被固定相溶解或吸附的不被固定相

13、溶解或吸附的组分组分( (如空气如空气) )从进样到组分出现浓度从进样到组分出现浓度最大值的时间最大值的时间, , 死时间正比于色谱柱的空隙体积。死时间正比于色谱柱的空隙体积。保留时间保留时间t tR R：从进样开始到组分出现：从进样开始到组分出现浓度极大点时所需时间，即组分通过浓度极大点时所需时间，即组分通过色谱柱所需要的时间。色谱柱所需要的时间。调整保留时间调整保留时间t tR R：组分的保留时间与死时间之差值，即某组分由于溶解组分的保留时间与死时间之差值，即某组分由于溶解或吸附于固定相或吸附于固定相, ,比不溶解或不吸附的组分在色谱柱中多滞留的时间。比不溶解或不吸附的组分在色谱柱中多滞留

14、的时间。MRRttt3 3保留值：保留值：色谱色谱定性定性参数参数（2 2）用体积表示的保留值）用体积表示的保留值死体积（死体积（V VM M）：）：色谱柱在填充后柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及色谱柱在填充后柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。检测器的空间的总和。 V VM M = = t tM M F F0 0 F F0 0为色谱柱出口处的载气流速，为色谱柱出口处的载气流速， 单位：单位：mL/ minmL/ min。 保留体积（保留体积（V VR R）：）： V VR R = = t tR RF F0 0调整

15、保留体积调整保留体积( (V VR R) )： V V R R= = V VR R V VM M = =（t tR R t tM M ）F F0 0001FtFVmm无关；为定值，与注： 组分组分2 2与组分与组分1 1调整保留值之比；调整保留值之比； r r2121 = = t t R R2 2 / / t t R R1 1= = V V R R2 2 / / V V R R1 1 相对保留值与相对保留值与柱温和固定相性质柱温和固定相性质有关。有关。 它表示了它表示了固定相对这两种组分的选择性固定相对这两种组分的选择性。是色谱中广泛使用的定性数据。是色谱中广泛使用的定性数据。（3 3）相对保

16、留值）相对保留值r r2121或或 : : 衡量衡量色谱柱选择性的色谱柱选择性的指标指标峰底宽度峰底宽度Y Y：标准差标准差：对应对应0.607h0.607h处峰宽的一半。处峰宽的一半。355. 221Y4Y21699. 1YY 用来衡量色谱峰宽度的参数，用来衡量色谱峰宽度的参数，有有三种表示方法三种表示方法：4 4色谱峰的区域宽度：色谱色谱峰的区域宽度：色谱柱效柱效参数参数Y1/2Y正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交的截距正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交的截距 峰高一半处所对应的峰宽峰高一半处所对应的峰宽注：注：小，峰小，峰窄，柱效窄，柱效高高半峰宽度半峰宽度Y Y1/21/2（半宽度

17、或区域宽度）：（半宽度或区域宽度）：从色谱流出曲线，可以得到的信息：从色谱流出曲线，可以得到的信息：1 1. .根据色谱峰的保留值（或位置），可进行定性分析。根据色谱峰的保留值（或位置），可进行定性分析。2 2. .根据色谱峰下的面积和峰高可进行定量分析。根据色谱峰下的面积和峰高可进行定量分析。3 3. .色谱峰的保留值和色谱峰的保留值和4 4. .根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数。根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数。气固色谱法气固色谱法 气液色谱法气液色谱法 固定相：固定相：在化学惰性的固体微粒（此固体用来支持固定液的，称为担体）表面，涂上一层高在化学惰性的

18、固体微粒（此固体用来支持固定液的，称为担体）表面，涂上一层高沸点的有机化合物的液膜，这种高沸点的有机化合物称为固定液。沸点的有机化合物的液膜，这种高沸点的有机化合物称为固定液。 分离的对象：分离的对象：一般只要在一般只要在450450以下有以下有1.51.5KPa-10KPaKPa-10KPa的蒸汽压且热稳定性好的有机及无机化合的蒸汽压且热稳定性好的有机及无机化合物都可用气液色谱分离。由于在气液色谱中可供选择的固定液种类很多，容易得到好的选物都可用气液色谱分离。由于在气液色谱中可供选择的固定液种类很多，容易得到好的选择性，所以气液色谱有广泛的实用价值。择性，所以气液色谱有广泛的实用价值。 固定

19、相：固定相：具有多孔性及较大表面积的吸附剂颗粒。具有多孔性及较大表面积的吸附剂颗粒。 分离的主要对象分离的主要对象是一些永久性的气体和低沸点的化合物。但由于气固色谱可供选择的固定是一些永久性的气体和低沸点的化合物。但由于气固色谱可供选择的固定相种类甚少，分离的对象不多，且色谱峰容易产生拖尾，因此实际应用较少。相种类甚少，分离的对象不多，且色谱峰容易产生拖尾，因此实际应用较少。2-2 2-2 气相色谱分析理论基础气相色谱分析理论基础一、基本原理一、基本原理1.气相色谱法分离过程气相色谱法分离过程 气固色谱法气固色谱法试样由载气携带进入柱子时，立即被吸附剂所试样由载气携带进入柱子时，立即被吸附剂所

20、吸附吸附。载气流过吸附剂，吸附着的被测组分又被载气流过吸附剂，吸附着的被测组分又被洗脱洗脱。（脱附）。（脱附）脱附的组分随着载气继续前进时，又被前面的吸附剂吸附。脱附的组分随着载气继续前进时，又被前面的吸附剂吸附。被测组分在吸附剂表面进行反复的被测组分在吸附剂表面进行反复的物理吸附、脱附物理吸附、脱附过程。过程。由于被测物质中各个组分的性质不同，它们在吸附剂上的吸附能力不同，较难被吸附的组分就容易被脱附，由于被测物质中各个组分的性质不同，它们在吸附剂上的吸附能力不同，较难被吸附的组分就容易被脱附，较快地移向前面，容易被吸附的组分就不易被脱附，向前移动地慢些。较快地移向前面，容易被吸附的组分就不

21、易被脱附，向前移动地慢些。经过一段时间，即通过一定量的载气后，试样中的各个组分就彼此分离而先后流出色谱柱。经过一段时间，即通过一定量的载气后，试样中的各个组分就彼此分离而先后流出色谱柱。分离机理分离机理: : 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同，吸附与脱附的不断重复过程。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同，吸附与脱附的不断重复过程。气相色谱法分离过程气相色谱法分离过程 气液色谱法气液色谱法试样由载气携带进入色谱柱时，和固定液接触，气相中的被测组分就试样由载气携带进入色谱柱时，和固定液接触，气相中的被测组分就溶解溶解到固定液中去。到固定液中去。载气连续流经色谱柱，溶解在固定液中的被测

22、组分从固定液中载气连续流经色谱柱，溶解在固定液中的被测组分从固定液中挥发挥发到气相中去。到气相中去。随着载气的流动，挥发到气相中的被测组分分子又会溶解在前面的固定液中。随着载气的流动，挥发到气相中的被测组分分子又会溶解在前面的固定液中。这样反复多次这样反复多次溶解、挥发、再溶解、再挥发溶解、挥发、再溶解、再挥发。由于各组分在固定液中溶解能力不同，溶解度大的组分就难挥发，停留在柱中的时间就长些，往前移动得就由于各组分在固定液中溶解能力不同，溶解度大的组分就难挥发，停留在柱中的时间就长些，往前移动得就慢些；而溶解度小的组分，往前移动快些，停留在柱中的时间就短些。慢些；而溶解度小的组分，往前移动快些

23、，停留在柱中的时间就短些。经过一定时间后，各组分就彼此分离。经过一定时间后，各组分就彼此分离。分离机理分离机理: : 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； 各组分在气液两相间的反复多次分配过程。各组分在气液两相间的反复多次分配过程。2. 2. 分配系数（分配系数（色谱分离的依据）色谱分离的依据） 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。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。 在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g /

24、mLg / mL）比，称为分配系数，用比，称为分配系数，用K K 表示，表示，即：即：Ms ccK 组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓度试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的K K值是分离的基础；值是分离的基础；一定温度一定温度下，组分的分配系数下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；试样一定时，试样一定时，K主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质；每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数K不同；不同；选择适宜的固定相可改善分离效果；选择适宜的固定相可改善分离效果；某组分的某组分的K = 0时，即不被

25、固定相保留，最先时，即不被固定相保留，最先流出。流出。讨论讨论3.3.分配比分配比 k k（容量因子或容量比）容量因子或容量比）KVVKVcVckMSMMSs在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：Ms mmk 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量 1. 1. 分配系数分配系数与与分配比分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离柱都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离柱温度、柱压温度、柱压的改变而变的改变而变化。化。 2. 2.分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能

26、力的参数，数值越大，该组分的保留时间越长。分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该组分的保留时间越长。分配比与分配系数的关系：分配比与分配系数的关系：（相比（相比，反映，反映了各种色谱柱柱型及其结构的重要特性。）了各种色谱柱柱型及其结构的重要特性。）MRMMRtttttk 可以由实验测得可以由实验测得为什么引入为什么引入k?k?二、色谱分离的基本理论二、色谱分离的基本理论组分保留时间：组分保留时间：反映各组分在两相间的分配情况反映各组分在两相间的分配情况; ; （组分、固定相和流动相的结构和性质）（组分、固定相和流动相的结构和性质）色谱峰半峰宽度：色谱峰半峰宽度：反映各

27、组分在色谱柱中运动的情况；反映各组分在色谱柱中运动的情况； （各组分在固定相和流动相两相间的传质阻力）（各组分在固定相和流动相两相间的传质阻力）色谱分离的基本理论：色谱分离的基本理论：塔板理论和速率理论；塔板理论和速率理论；试样中各组分在两相间的分配情况试样中各组分在两相间的分配情况各组分在色谱柱中的运动情况各组分在色谱柱中的运动情况基础基础热力学理论热力学理论动力学理论动力学理论（一）塔板理论（一）塔板理论- -柱分离效能指标柱分离效能指标1 1. .塔板理论（塔板理论（plate theoryplate theory）半经验理论半经验理论 色谱柱长：色谱柱长：L 虚拟的塔板间距离：虚拟的塔

28、板间距离：H 色谱柱的理论塔板数：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三者的关系为：三者的关系为：n = L/H色谱峰越窄，塔板数色谱峰越窄，塔板数n n越多，理论塔板高度越多，理论塔板高度 H H越小，柱效就越高越小，柱效就越高222/1)(16)(54.5YtYtnRRn 或或 H描述柱效能的指标描述柱效能的指标理论塔板数与色谱参数之间的关系为：理论塔板数与色谱参数之间的关系为：注：注：n n理理无量纲，上下单位必须一致。无量纲，上下单位必须一致。 n n理理与所用组分有关，选用组与所用组分有关，选用组 分不同则分不同则n n理理不同。不同。2.2.

29、有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 由于组分在由于组分在t tM M时间内不参与柱内分配。理论塔板数和理论塔板高度不能真实地反映柱效，需引入有效塔板数和时间内不参与柱内分配。理论塔板数和理论塔板高度不能真实地反映柱效，需引入有效塔板数和有效塔板高度：有效塔板高度：注：注：n n有效有效和和 L L有效有效扣除了死时间更能真实地反映柱效。扣除了死时间更能真实地反映柱效。222/1)(16)(54.5RRYtYtn 理理有效有效有效有效有效有效nLHYtYtnRR 222/1)(16)(54.5 例：例： 在柱

30、长为在柱长为2m2m的的5%5%的阿皮松柱、柱温为的阿皮松柱、柱温为1001000 0C C，记录纸速度，记录纸速度为为2.0cm/min2.0cm/min的色谱条件下，测定苯的保留时间为的色谱条件下，测定苯的保留时间为1.5min1.5min，半峰，半峰宽为宽为0.20cm0.20cm，求理论塔板数及理论塔板高度。，求理论塔板数及理论塔板高度。3222/1102 . 1)0 . 2/2 . 05 . 1(54. 5)(54. 5YtnR解：解：注意：计算注意：计算n时上下单位一致时上下单位一致mmnLH7 . 1102 . 1200033.3.塔板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足成功处：

31、成功处： 从热力学角度解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大值对应的从热力学角度解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大值对应的t tR R ，阐明了保留值与，阐明了保留值与K K的关系，提出了评价柱效的关系，提出了评价柱效高低的高低的n n和和H H的计算式。的计算式。指出：指出：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 n 越大越大( (塔板高度塔板高度 H H 越小越小) )，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能，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。则越高，所得色谱峰越窄。注意：注意：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

32、量柱效能的指标时，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，应指明测定物质）应指明测定物质）存在问题存在问题: :(1) (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。的动力学过程。(2) (2) 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K K相相 同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。(3) (3) 塔板理论排除了一个重要参数塔板理论

33、排除了一个重要参数流动相的线速度流动相的线速度u u，它只定性给出，它只定性给出 塔板高度的概念，却无法解释板高的影响因素塔板高度的概念，却无法解释板高的影响因素。即无法解释同一色即无法解释同一色 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的途径。效的因素及提高柱效的途径。（二）（二） 速率理论速率理论- -影响柱效的因素影响柱效的因素 减小减小A A、B B、C C三项可提高柱效；三项可提高柱效； 存在着最佳流速；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？吸

34、收了塔板理论的有效成果吸收了塔板理论的有效成果H H，并从动力学角度较好地解释了影响柱效的因素并从动力学角度较好地解释了影响柱效的因素1. 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 H = = A A + + B B/ /u u + + C Cu u传质阻力项传质阻力项H H：理论塔板高度，：理论塔板高度， u u：载气的线速度：载气的线速度( (cm/s)cm/s)A A涡流扩散项涡流扩散项 A A = 2 = 2dpdp dpdp：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产生原因：产生原因：载气携样品进柱，遇

35、到来自固定相颗粒的阻力载气携样品进柱，遇到来自固定相颗粒的阻力路径不同路径不同 涡流扩散涡流扩散流动方向不断地改变，流动方向不断地改变，因而形成紊乱的类似因而形成紊乱的类似涡流的流动。涡流的流动。说明：说明：固定相颗粒越小固定相颗粒越小dpdp，填充的越均匀，填充的越均匀，A A，H H，柱效，柱效n n。 表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。注意：注意：颗粒太小，柱压过高且不易填充均匀颗粒太小，柱压过高且不易填充均匀 填充柱填充柱6060-100-100目目 空心毛细管柱（空心毛细管柱（0.10.1-0.5mm-0.5m

36、m），），A=0A=0B/u 分子扩散项分子扩散项 B B = 2 = 2 D Dg g ：弯曲因子（因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数）；：弯曲因子（因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数）； D Dg g：试样组分分子在气相中的扩散系数（：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2cm2s-1s-1）产生原因：产生原因： 试样以试样以“塞子塞子”形式存在于柱中，在形式存在于柱中，在“塞子塞子”前后存在浓差而形成浓度梯度，使运动的分子产生纵向前后存在浓差而形成浓度梯度，使运动的分子产生纵向扩散。扩散。小结：（小结：（1 1）存在着浓度差，产生纵向扩散存在着浓度差，产生纵向扩散;

37、; (2) (2) 扩散导致色谱峰变宽，扩散导致色谱峰变宽，H H(n n) )，分离变差分离变差; ; (3) (3) 分子扩散项与流速有关，流速分子扩散项与流速有关，流速，滞留时间，滞留时间，扩散，扩散; (4) (4) 载气、柱温、柱压载气、柱温、柱压传质项传质项Cu（P16)产生原因：产生原因：固定相液膜有一定厚度固定相液膜有一定厚度因此：因此：固定液应尽量薄，但又应均匀固定液应尽量薄，但又应均匀一、分离度一、分离度二、色谱分离基本方程式二、色谱分离基本方程式三、分离操作条件的选择三、分离操作条件的选择2-3 2-3 色谱分离条件的选择色谱分离条件的选择一、一、分离度分离度 塔板理论和

38、速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度，即柱效为多大时，相邻两组份能够被完塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度，即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。全分离。 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，柱效较高，K K( (分配系数分配系数) )较大，完全分离；较大，完全分离； K K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；柱效较低，柱效较低，K K较大，但分离的不好；较大，但分离的不好； K K小，柱效低，分离效果更差。小，柱效低，分离效果更差。R R=0.8=0.8：两峰的分离程度可达

39、：两峰的分离程度可达89%89%；R R=1=1：分离程度：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）。 由于用柱效和柱的选择性并不能真实地反映组分在色谱柱中的分离情况，因此需要引入分离度的概念。由于用柱效和柱的选择性并不能真实地反映组分在色谱柱中的分离情况，因此需要引入分离度的概念。t tR(2)R(2) ， t tR(2)R(2) 两组分的保留时间（也可采用调整保留时间）两组分的保留时间（也可采用调整保留时间）Y Y1 1，Y Y2 2相应组分的色谱峰的峰底宽度，与保留值单位相同。相应组分的色谱峰的峰底宽度

40、，与保留值单位相同。分离度是柱效能、选择性影响的总和，可作为色谱柱的总分离指标。分离度是柱效能、选择性影响的总和，可作为色谱柱的总分离指标。)(2121)1()2(YYttRRR+分离度分离度差值取决于固定液的热力学性质差值取决于固定液的热力学性质峰宽窄反映了色谱过程的动力学因素，柱效能高低。峰宽窄反映了色谱过程的动力学因素，柱效能高低。分离度分离度 当两组分的色谱峰分离较差时，峰底宽度难于测量时，可用半峰宽代替峰宽度。当两组分的色谱峰分离较差时，峰底宽度难于测量时，可用半峰宽代替峰宽度。t tR(2)R(2) ， t tR(2)R(2) 两组分的保留时间（也可采用调整保留时间）两组分的保留时

41、间（也可采用调整保留时间）Y Y1/21/2（1 1），Y Y1/21/2（2 2）相应组分的色谱峰的半峰宽，与保留值单位相同。相应组分的色谱峰的半峰宽，与保留值单位相同。)(21)2(2/1)1(2/1)1()2(YYttRRR+二、色谱分离基本方程二、色谱分离基本方程（1 1）分离度与柱效）分离度与柱效(n)(n)的关系的关系 （2 2）分离度与容量比）分离度与容量比(k)(k)的关系的关系（3 3）分离度与柱选择性）分离度与柱选择性( ( ) )的关系的关系 表明表明R R随体系的热力学性质（随体系的热力学性质（r r2121和和k k）的改变而变化，也与色谱柱条件（改变）有关。）的改变

42、而变化，也与色谱柱条件（改变）有关。)1()1-(41+KknR)1(41有效nR（1 1）分离度与柱效的关系）分离度与柱效的关系 u 当固定相确定，即被分离物质的当固定相确定，即被分离物质的 ( (r r2121) )确定，分离度取决与确定，分离度取决与n n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增加柱长，增加柱长，但增加柱长，组分保留时间增长，延长了分析时间并使峰但增加柱长，组分保留时间增长，延长了分析时间并使峰 产生扩展。产生扩展。提高分离度提高分离度, ,增加柱效增加柱效减小柱的减小柱的H H值，值，应制备一根性能优良的柱子，并在最优化的条件下进行应制备一根性能优良的柱子

43、，并在最优化的条件下进行n = L / H)1()1-(41+KknR（2 2）分离度与容量比的关系）分离度与容量比的关系k k值增大，有利于分离，值增大，有利于分离，k 10k 10时，对时，对R R的增加不明显，也会显著增加分析时间的增加不明显，也会显著增加分析时间k k的最佳范围：的最佳范围：1-101-10)1()1-(41+KknR（3 3）分离度与柱选择性的关系）分离度与柱选择性的关系)1(41有效nR增大增大 是提高分离度的最有效方法，是提高分离度的最有效方法，增大增大 (r r2121) )的最有效方法是改变固定相，使各组分的分配系数有较大的差别。的最有效方法是改变固定相，使各

44、组分的分配系数有较大的差别。例例 在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为8585秒和秒和100100秒，要达到完全分离，秒，要达到完全分离，即即R R=1.5=1.5 。计算需要多计算需要多少块有效塔板。若填充柱的塔板高度为少块有效塔板。若填充柱的塔板高度为0.1 0.1 cmcm，柱长是多少？柱长是多少？解：解： r21=tR2/tR1 =100 / 85 = 1.18 n有效有效 = 16R2 r21 / (r21 1) 2 = 161.52 (1.18 / 0.18 ) 2 = 1547（块）块） L有效有效 = n有效有效H有效有效 = 1

45、5470.1 = 155 cm 即柱长为即柱长为1.55米时，两组分可以得到完全分离。米时，两组分可以得到完全分离。221212)1(16rrRn有效三、三、分离操作条件的选择分离操作条件的选择（一）（一） 载气种类和流速的选择载气种类和流速的选择1. 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：载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质。载气种类的选择应考虑：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

46、摩尔质量的载气（如摩尔质量的载气（如H H2 2，HeHe），），可减小传质阻力，提高柱效。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，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，氮气氮气仍是首选目标。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。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。氧气？氧气？H = A + B/u + Cu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

47、。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素，分子扩散项成为影响柱效的主要因素，流速流速 , ,柱效柱效 。H H - - u u曲线与最佳流速：曲线与最佳流速： 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。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。 以塔板高度以塔板高度H H对应载气流速对应载气流速u u作图，曲线最低点的流速即为作图，曲线最低点的流速即为最佳流速最佳流速。2. 2. 载气流速的选择载气流速的选择高，峰越尖锐，柱效，一定，三个常数注：nHu实际流速通常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。实际流速

48、通常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。( (二二) ) 柱温的选择柱温的选择 首先应使柱温控制在固定液的首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度最低使用温度（低于此温度固定（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。液以固体形式存在）范围之内。 柱温柱温 ，被测组分的挥发度，被测组分的挥发度，分离度，分离度 ，色谱峰变窄，低沸点组份峰易产生重叠。，色谱峰变窄，低沸点组份峰易产生重叠。 柱温柱温，分离度，分离度，分析时间，分析时间。 柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时

49、的温度。 组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。程程序序升升温温与与恒恒温温对对分分离离的的影影响响比比较较恒温：恒温：45oC程序升温：程序升温：30180oC恒温：恒温：145oC 温度低，分离效果较好，但分析时间长温度低，分离效果较好，但分析时间长程序升温，分离效果好，且分析时间短程序升温，分离效果好，且分析时间短 温度高，分析时间短，但分离效果差温度高，分析时间短，但分离效果差( (四四) ) 担体的性质和粒度担体的性质和粒度 担体的表面结构和孔径分布决定了固定液在担体的分布以及液相传质和纵向扩散的情况。担体的表面结构和孔径分布决定了固定液在担体的分

50、布以及液相传质和纵向扩散的情况。 要求担体表面积大，表面和孔径分布均匀。要求担体表面积大，表面和孔径分布均匀。固定液涂在担体表面上成为均匀的薄膜，液相传质就快，就可提高柱效。固定液涂在担体表面上成为均匀的薄膜，液相传质就快，就可提高柱效。如果粒度过细，阻力过大，使柱压降增大，对操作不利。如果粒度过细，阻力过大，使柱压降增大，对操作不利。对对3-6mm3-6mm内径的色谱柱，使用内径的色谱柱，使用60-8060-80目的担体较为合适。目的担体较为合适。(三三) 固定液的性质和用量固定液的性质和用量( (五五) ) 进样时间和进样量进样时间和进样量 进样速度必须快进样速度必须快，一般用注射器或进样

51、阀进样，进样时间在一秒以内。若进样时，一般用注射器或进样阀进样，进样时间在一秒以内。若进样时间过长，色谱峰变宽，甚至使峰变形。间过长，色谱峰变宽，甚至使峰变形。 进样量一般比较少进样量一般比较少，液体：，液体：0.2-5L0.2-5L，气体：，气体： 0.1-10 mL0.1-10 mL。进样量多，会使几个。进样量多，会使几个峰叠在一起，分离不好。进样量少，会因检测器灵敏度不够而不出峰。峰叠在一起，分离不好。进样量少，会因检测器灵敏度不够而不出峰。最大允许的进样量，应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系的范围内。最大允许的进样量，应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系的范围内。（六）气化温度（

52、六）气化温度 保证瞬间气化，又需防试样分解；保证瞬间气化，又需防试样分解； 气化温度一般较柱温高气化温度一般较柱温高3030-70-70。 （七）柱长和柱内径（七）柱长和柱内径柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。1、植物学家茨维特在研究植物色素的成分时采用的色谱方法属于、植物学家茨维特在研究植物色素的成分时采用的色谱方法属于 （ ） A 气气-固色谱固色谱 B 液液-液色谱液色谱 C 液液-固色谱固色谱2、能够使分配系数发生变化的因素是、能够使分配系数发生变化的因素是

53、 （ ） A 增加流动相流速增加流动相流速 B 增大相比增大相比 C 改变固定相改变固定相3、能够使分配比发生变化的因素是、能够使分配比发生变化的因素是 （ ） A增加柱长增加柱长 B 增加流动相流速增加流动相流速 C 增大相比增大相比4、能够增加相对保留值的因素是、能够增加相对保留值的因素是 （ ） A降低柱温降低柱温 B增加流动相流速增加流动相流速 C 增大相比增大相比5、衡量固定相选择性的参数是、衡量固定相选择性的参数是 （ ） A相对保留值相对保留值 B 分配系数分配系数 C 分离度分离度6、色谱柱柱长增加，其他条件不变，会发生变化的参数有、色谱柱柱长增加，其他条件不变，会发生变化的参

54、数有 （ ） A保留时间保留时间 B 分配系数分配系数 C 分配比分配比 D 选择性选择性 E 分离度分离度7GC分析中常用的定性参数是（分析中常用的定性参数是（ ） A 保留时间保留时间 B 半峰宽半峰宽 C 峰高峰高 D 分离度分离度CCCAAA EA8不能够使分配系数发生变化的是（不能够使分配系数发生变化的是（ ） A 降低柱温降低柱温 B 增加柱长增加柱长 C 改变固定相改变固定相 D 减小流动相流速减小流动相流速 E 增加流动相流速增加流动相流速B D E9在气液色谱中，首先流出色谱柱的组分是（在气液色谱中，首先流出色谱柱的组分是（ ） A 在固定液中溶解度小的在固定液中溶解度小的

55、B 分配系数大的分配系数大的 C 挥发性小的挥发性小的 D 挥发性大的挥发性大的10有一宽沸程多组分有机化合物样品的分析最好采用的是（有一宽沸程多组分有机化合物样品的分析最好采用的是（ ） A 填充柱填充柱 B 毛细柱毛细柱 C 恒温分析恒温分析 D 程序升温程序升温 E FID检测器检测器 F TCD检测器检测器11色谱分离中下列指标，由色谱过程热力学和动力学两方面因素决定的是色谱分离中下列指标，由色谱过程热力学和动力学两方面因素决定的是 A 保留值保留值 B 相对保留值相对保留值 C 分离度分离度 D 半峰宽半峰宽12相邻两峰要实现完全分离，要求分离度至少达到（相邻两峰要实现完全分离，要求

56、分离度至少达到（ ） A 0.8 B 1.0 C 1.5 D 2.0 13使用使用GC分析样品时，提高载气流速的影响是（分析样品时，提高载气流速的影响是（ ） A使涡流扩散加强使涡流扩散加强 B使传质阻力降低使传质阻力降低 C使分子扩散加强使分子扩散加强 D使保留时间缩短使保留时间缩短14在在GC中，对色谱柱分离效果影响最大的是（中，对色谱柱分离效果影响最大的是（ ） A 柱温柱温 B 柱压柱压 C 载气种类载气种类 D 气体流速气体流速15关于范弟姆特方程式，下列哪种说法是正确的（关于范弟姆特方程式，下列哪种说法是正确的（ ） A 最佳流速这一点的塔板高度最小最佳流速这一点的塔板高度最小 B

57、 最佳流速这一点的塔板数最少最佳流速这一点的塔板数最少 C 最佳塔板高度流速最小最佳塔板高度流速最小 D 最佳塔板高度流速最大最佳塔板高度流速最大 A D D CC D A A 一、气固色谱固定相一、气固色谱固定相: : 用于常温下分离气体及气态烃类用于常温下分离气体及气态烃类1. 1. 种类种类(1)(1)活性炭活性炭 非极性。有较大的比表面积，吸附性较强。非极性。有较大的比表面积，吸附性较强。(2)(2)活性氧化铝活性氧化铝 有较大的极性。适用于常温下有较大的极性。适用于常温下O O2 2、N N2 2、COCO、CHCH4 4、C C2 2H H6 6、C C2 2H H4 4等气体的相

58、互分离。等气体的相互分离。COCO2 2能被活性氧化铝强烈能被活性氧化铝强烈吸附吸附而不能用此固定相进行分析。而不能用此固定相进行分析。(3)(3)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COCO2 2、N N2 2O O、NONO、NONO2 2等，且能够分离等，且能够分离臭氧臭氧。 (4)分子筛分子筛 碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。 如如3A、4A、5A、10X及及13X分子筛等（孔径：埃）。常用分子筛等（孔径：埃）。常用5A和和13X（常温下分离常温

59、下分离O2与与N2）。）。除了广泛用于除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分离外，还能够分析等的分离外，还能够分析He、Ne、Ar、NO、N2O等。等。2-4 2-4 固定相及其选择固定相及其选择 (5)(5)高分子多孔微球（高分子多孔微球（GDXGDX系列）系列） 新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。 型号：型号：GDX-01GDX-01、-02-02、-03-03、 -04 -04等。适用于等。适用于水、气体及低级醇水、气体及低级醇的分析的分析。2. 2. 气固色谱固定相的特点气固色谱固定相的特点（1 1）性能与制备和活化条

60、件（）性能与制备和活化条件（P25P25）有很大关系；）有很大关系；（2 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；）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 3）使用方便；）使用方便；（4 4）种类有限，能分离的对象不多。）种类有限，能分离的对象不多。 气液色谱固定相气液色谱固定相 固定液固定液+ +担体担体 ：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。固定液特点：固定液特点： 固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态。固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态。 固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断