苯和甲苯的气相色谱定性与定量分析讲义课件

苯和甲苯的气相色谱定性与定量分析11/5/20221苯和甲苯的气相色谱定性与定量分析11/2/20221重现1903年俄罗斯植物学家Tsweet茨维特植物提取液CaCO3玻璃柱石油醚淋洗石油醚色谱色：颜色谱：图谱创建11/5/20222SCNU重1903年植物提取液石色色：颜色谱：图谱创建11/2/20色谱分析法的特点CharacteristicsofChromatographicAnalysis集富集、分离和检测于一体的高自动化、高选择性和高灵敏度的分析方法SeparationConcentrationDetectionHighSelectivityHighSensitivityHighAutomatization11/5/20223SCNU色谱分析法的特点集富集、分离和检测于一体的高自动化、高选择性两相分配固定液载气迁移平衡固定液载气有些成分与固定液“关系密切”“关系密切”，留下输了比赛固定液载气各成分在固定液中溶解<>解析平衡分离原理溶解度(2相分配)不同分配系数:固S流M两相浓度之比11/5/20224SCNU两相分配固定液载气迁移平衡固定液载气有些成分与固定液“关系密色谱图：图形结果（Chromatogram）色谱图即色谱柱流出物通过检测器时所产生的响应信号对时间的曲线图，其纵坐标为信号强度，横坐标为保留时间。←色谱峰保留时间（分）基线↓峰高峰宽响应值11/5/20225SCNU色谱图：图形结果（Chromatogram）色谱图即色谱柱流分类流动相气相色谱液相色谱气体液体超临界填充柱色谱毛细管色谱分配色谱离子色谱排阻等等等11/5/20226SCNU分类流气液气体液体超临界填充柱色谱毛细管色谱分配色谱离子色谱气相色谱法分类气固色谱(GSC)：是用多孔性固体为固定相，分离的对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物.气液色谱(GLC)：固定相是用高沸点的有机物涂渍在惰性载体上．由于可供选择的固定液种类多，故选择性较好，应用亦广泛。

11/5/20227SCNU气相色谱法分类气固色谱(GSC)：是用多孔性固体为固定相，分气相色谱基本结构供气系统：气源、气体净化、流速控制及测量进样系统：进样器、气化室分离系统：色谱柱及控温装置检测系统：检测器、控制电源及控温装置记录系统：放大器、记录仪或数据处理机11/5/20228SCNU气相色谱基本结构供气系统：气源、气体净化、流速控制及测量11进样系统进样装置液体：0.5、1、5、10、25、50L(一般进样0.1~10L）气体：0.25~5mL注射器或六通阀(一般进样0.1~10mL）汽化室样品在汽化室汽化，并很快被带入色谱柱汽化室：可控温度为50~400℃，一般比柱温高30~70℃11/5/20229SCNU进样系统进样装置11/2/20229SCNU原理图(不分流状态)毛细管色谱柱分流/不分流进样原理(不分流状态)Purgeon状态

*只有在进样后40~60秒时间内处于本状态毛细管色谱柱分流/不分流进样原理(不分流状态)11/5/202210SCNU原理图(不分流状态)毛细管色谱柱分流/不分流进样原理(不分流原理图（分流状态）经稳压后载气入口稳流阀三通管二位三通电磁阀针型阀隔垫清扫输出0.5-5ml/分钟分流输出根据分流比调节毛细管色谱柱毛细管色谱柱分流/不分流进样原理(分流状态)

11/5/202211SCNU原理图（分流状态）经稳压后载气入口稳流阀三通管二位三通电磁阀分离系统分离系统由色谱柱组成，它是色谱仪的核心部件，其作用是分离样品。色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。填充柱填充柱由不锈钢,玻璃或聚四氟乙烯等材料制成，内装固定相，一般内径为2～6mm，长1～5m。填充柱的形状有U型和螺旋型二种。柱内填充固定相，制作简单，柱容量大，操作方便，分离效果足够高，应用普遍11/5/202212SCNU分离系统分离系统由色谱柱组成，它是色谱仪的核心部件，其作用是分离系统毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁，多孔层和涂载体空心柱。涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0.l～0.5mm的毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢或石英。毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小，而柱子可以做到长几十米。与填充柱相比，其分离效率高（理论塔板数可达106）、分析速度快、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。11/5/202213SCNU分离系统毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁，多孔层和涂载体空心柱。控温系统在气相色谱测定中，温度是重要的指标，它直接影响色谱柱的选择分离、检测器的灵敏度和稳定性。控制温度主要指对色谱柱炉，汽化室，检测器三处的温度控制。色谱柱的温度控制方式有恒温和程序升温二种。对于沸点范围很宽的混合物，往往采用程序升温法进行分析。程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。11/5/202214SCNU控温系统在气相色谱测定中，温度是重要的指标，它直接影响色谱柱检测系统样品经色谱柱分离后，各成分按保留时间不同，顺序地随载气进入检测器，把进入的组分按时间及其浓度或质量的变化，转化成易于测量的电信号，经过必要的放大传递给记录仪或计算机，最后得到该混合样品的色谱流出曲线及定性和定量信息。11/5/202215SCNU检测系统样品经色谱柱分离后，各成分按保留时间不同，顺序地随载气相色谱检测器

根据检测原理的不同，可将其分为浓度型检测器和质量型检测器两种：

（l）浓度型检测器

测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。如热导检测器和电子捕获检测器。

（2）质量型检测器

测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的量成正比。如火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。11/5/202216SCNU气相色谱检测器根据检测原理的不同，可将其分为浓度型检测器火焰离子化检测器（FID）火焰离子化检测器属选择性检测器，是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。11/5/202217SCNU火焰离子化检测器（FID）火焰离子化检测器属选择性检测器，是FID特点灵敏度很高，比热导检测器的灵敏度高约103倍；检出限低，可达10-12g·S-1；火焰离子化检测器能检测大多数含碳有机化合物；死体积小，响应速度快，线性范围也宽，可达106以上；而且结构不复杂，操作简单，是目前应用最广泛的色谱检测器之一。其主要缺点是不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。11/5/202218SCNUFID特点灵敏度很高，比热导检测器的灵敏度高约103倍；检出2.装置——主要部件是离子室离子室：包括气体入口、火焰喷嘴、发射极和收集极等部件。11/5/202219SCNU2.装置——主要部件是离子室离子室：11/2/20工作原理通过在发射极和收集极之间施加极化电压，形成直流电场，有机组分在高温下电离成许多正离子和电子，在极化电场作用下向两极定向移动，正离子移向负极，电子移向正极，形成微电流，微电流放大后由记录仪记录下来。微电流大小与被测组分含量成正比，含量越大，产生微电流越大，因此可进行定量分析11/5/202220SCNU工作原理通过在发射极和收集极之间施加极化电压，形成直流电场，GC仪器名称可测定物质灵敏度稳定性线性鉴定能力GC-MS挥发性有机物质Scan:0.1ng好104-106保留时间与质谱SIM:10fg(质量信息)

GC-FID挥发性有机物质 10pg好106

仅限保留时间

GC-ECD具有卤化物等1ng--1pg尚可103-104敏感物质与保留吸电子基的物质时间GC-FPD含S,P物质S:1ng好S:103敏感物质与保留P:10pgP:105时间GC-NPD含N,P物质10pg尚可104敏感物质与保留时间11/5/202221SCNUGC仪器名称可测定物质评价GC方法的标准问题：什么样的分离结果是好的？分离度？灵敏度？11/5/202222SCNU评价GC方法的标准问题：什么样的分离结果是好的？分离度？灵敏什么是色谱的分离度分离度的公式：R：分离程度的量度11/5/202223SCNU什么是色谱的分离度分离度的公式：R：分离程度的量度11/2/11/5/202224SCNU11/2/202224SCNU定性分析1.利用保留值与已知物对照定性

利用保留时间定性在相同色谱条件下，将标准物和样品分别进样，两者保留值相同，可能为同一物质。此方法要求操作条件稳定、一致，必须严格控制操作条件，尤其是流速。11/5/202225SCNU定性分析1.利用保留值与已知物对照定性11/2/202225利用保留值经验规律定性(1)碳数规律——推知同系物保留值在一定温度下,同系物的调整保留时间的对数值与其分子中碳原子数呈线性关系lgtR’=A1n+C1tR’:调整保留时间A1,C1:对给定的色谱系统和固定液为常数n:分子中碳原子数(n≥3)根据同系物中几个已知组分的调整保留值可推知同系物其它组分的调整保留值,可用于定性鉴定.11/5/202226SCNU利用保留值经验规律定性(1)碳数规律——推知同系物保留值1(2)沸点规律—相同碳数的其它异构体在一定色谱条件下,同族具有相同碳数的碳链异构体,其调整保留时间的对数与其沸点呈线性关系lgtR’=A2Tb+C2A2、C2均为常数；Tb为组分的沸点（K）根据同族同碳数碳链异构体中几个已知组分的调整保留值及其沸点，可推知同族中具有相同碳数的其它异构体的调整保留值11/5/202227SCNU(2)沸点规律—相同碳数的其它异构体在一定色谱条件下,同族具常用的定量方法峰面积百分比法由于检测技术的影响，在色谱中不常用外标法在色谱中用的最多内标法准确，但是麻烦在标准方法中用的最多11/5/202228SCNU常用的定量方法峰面积百分比法11/2/202228SCNU峰面积百分比法定量公式：特点：各组分要全部流出、全部被检测，并对检测器的响应值一样简单与进样量无关不需标样简单11/5/202229SCNU峰面积百分比法定量公式：11/2/202229SCNU外标法定量(一)配制一系列已知浓度的标样11/5/202230SCNU外标法定量(一)配制一系列已知浓度的标样11/2/2022外标法定量（二）实际色谱图标准曲线11/5/202231SCNU外标法定量（二）实际色谱图标准曲线11/2/202231SC外标法定量（三）计算公式特点无需各组份都被检出、洗脱需要标样标样及样品测定的条件要一致进样体积要准确11/5/202232SCNU外标法定量（三）计算公式11/2/202232SCNU内标法定量（一）配制一系列浓度的标样，其中加有内标样11/5/202233SCNU内标法定量（一）配制一系列浓度的标样，其中加有内标样11/2内标法定量（二）实际色谱图标准曲线11/5/202234SCNU内标法定量（二）实际色谱图标准曲线11/2/202234SC内标法定量（三）计算公式：特点：无需各组份都被检出、洗脱需要标样，需要内标样结果与进样体积无关11/5/202235SCNU内标法定量（三）计算公式：11/2/202235SCNU内标法定量（四）对内标物的要求化学结构与待测组分相似(同系物、异构体)在样品中不存在不与样品中组份发生任何化学反应保留值与待测组分接近浓度（响应值）与待测组分相当其色谱峰与其他色谱峰分离好11/5/202236SCNU内标法定量（四）对内标物的要求11/2/202236SCNU可接收的检测范围校正曲线只有在建立这条曲线的浓度范围内有效，高或低于这些点都可能引起计算错误11/5/202237SCNU可接收的检测范围校正曲线只有在建立这条曲线的浓度范围内有效，定量校正曲线曲线A：因在零浓度时仍有色谱峰，

可能有杂质未分开曲线B：在此浓度内，检测器的响应

值是非线性的曲线C：可接受的理想状态，实际情

况应是∶其延长线到零点曲线D：表明有样品的损失，可能是色谱柱的非特征吸附，也可能是样品制备时的损失11/5/202238SCNU定量校正曲线曲线A：11/2/202238SCNU谢谢！11/5/202239SCNU谢谢！11/2/202239SCNU苯和甲苯的气相色谱定性与定量分析11/5/202240苯和甲苯的气相色谱定性与定量分析11/2/20221重现1903年俄罗斯植物学家Tsweet茨维特植物提取液CaCO3玻璃柱石油醚淋洗石油醚色谱色：颜色谱：图谱创建11/5/202241SCNU重1903年植物提取液石色色：颜色谱：图谱创建11/2/20色谱分析法的特点CharacteristicsofChromatographicAnalysis集富集、分离和检测于一体的高自动化、高选择性和高灵敏度的分析方法SeparationConcentrationDetectionHighSelectivityHighSensitivityHighAutomatization11/5/202242SCNU色谱分析法的特点集富集、分离和检测于一体的高自动化、高选择性两相分配固定液载气迁移平衡固定液载气有些成分与固定液“关系密切”“关系密切”，留下输了比赛固定液载气各成分在固定液中溶解<>解析平衡分离原理溶解度(2相分配)不同分配系数:固S流M两相浓度之比11/5/202243SCNU两相分配固定液载气迁移平衡固定液载气有些成分与固定液“关系密色谱图：图形结果（Chromatogram）色谱图即色谱柱流出物通过检测器时所产生的响应信号对时间的曲线图，其纵坐标为信号强度，横坐标为保留时间。←色谱峰保留时间（分）基线↓峰高峰宽响应值11/5/202244SCNU色谱图：图形结果（Chromatogram）色谱图即色谱柱流分类流动相气相色谱液相色谱气体液体超临界填充柱色谱毛细管色谱分配色谱离子色谱排阻等等等11/5/202245SCNU分类流气液气体液体超临界填充柱色谱毛细管色谱分配色谱离子色谱气相色谱法分类气固色谱(GSC)：是用多孔性固体为固定相，分离的对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物.气液色谱(GLC)：固定相是用高沸点的有机物涂渍在惰性载体上．由于可供选择的固定液种类多，故选择性较好，应用亦广泛。

11/5/202246SCNU气相色谱法分类气固色谱(GSC)：是用多孔性固体为固定相，分气相色谱基本结构供气系统：气源、气体净化、流速控制及测量进样系统：进样器、气化室分离系统：色谱柱及控温装置检测系统：检测器、控制电源及控温装置记录系统：放大器、记录仪或数据处理机11/5/202247SCNU气相色谱基本结构供气系统：气源、气体净化、流速控制及测量11进样系统进样装置液体：0.5、1、5、10、25、50L(一般进样0.1~10L）气体：0.25~5mL注射器或六通阀(一般进样0.1~10mL）汽化室样品在汽化室汽化，并很快被带入色谱柱汽化室：可控温度为50~400℃，一般比柱温高30~70℃11/5/202248SCNU进样系统进样装置11/2/20229SCNU原理图(不分流状态)毛细管色谱柱分流/不分流进样原理(不分流状态)Purgeon状态

*只有在进样后40~60秒时间内处于本状态毛细管色谱柱分流/不分流进样原理(不分流状态)11/5/202249SCNU原理图(不分流状态)毛细管色谱柱分流/不分流进样原理(不分流原理图（分流状态）经稳压后载气入口稳流阀三通管二位三通电磁阀针型阀隔垫清扫输出0.5-5ml/分钟分流输出根据分流比调节毛细管色谱柱毛细管色谱柱分流/不分流进样原理(分流状态)

11/5/202250SCNU原理图（分流状态）经稳压后载气入口稳流阀三通管二位三通电磁阀分离系统分离系统由色谱柱组成，它是色谱仪的核心部件，其作用是分离样品。色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。填充柱填充柱由不锈钢,玻璃或聚四氟乙烯等材料制成，内装固定相，一般内径为2～6mm，长1～5m。填充柱的形状有U型和螺旋型二种。柱内填充固定相，制作简单，柱容量大，操作方便，分离效果足够高，应用普遍11/5/202251SCNU分离系统分离系统由色谱柱组成，它是色谱仪的核心部件，其作用是分离系统毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁，多孔层和涂载体空心柱。涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0.l～0.5mm的毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢或石英。毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小，而柱子可以做到长几十米。与填充柱相比，其分离效率高（理论塔板数可达106）、分析速度快、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。11/5/202252SCNU分离系统毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁，多孔层和涂载体空心柱。控温系统在气相色谱测定中，温度是重要的指标，它直接影响色谱柱的选择分离、检测器的灵敏度和稳定性。控制温度主要指对色谱柱炉，汽化室，检测器三处的温度控制。色谱柱的温度控制方式有恒温和程序升温二种。对于沸点范围很宽的混合物，往往采用程序升温法进行分析。程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。11/5/202253SCNU控温系统在气相色谱测定中，温度是重要的指标，它直接影响色谱柱检测系统样品经色谱柱分离后，各成分按保留时间不同，顺序地随载气进入检测器，把进入的组分按时间及其浓度或质量的变化，转化成易于测量的电信号，经过必要的放大传递给记录仪或计算机，最后得到该混合样品的色谱流出曲线及定性和定量信息。11/5/202254SCNU检测系统样品经色谱柱分离后，各成分按保留时间不同，顺序地随载气相色谱检测器

根据检测原理的不同，可将其分为浓度型检测器和质量型检测器两种：

（l）浓度型检测器

测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。如热导检测器和电子捕获检测器。

（2）质量型检测器

测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的量成正比。如火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。11/5/202255SCNU气相色谱检测器根据检测原理的不同，可将其分为浓度型检测器火焰离子化检测器（FID）火焰离子化检测器属选择性检测器，是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。11/5/202256SCNU火焰离子化检测器（FID）火焰离子化检测器属选择性检测器，是FID特点灵敏度很高，比热导检测器的灵敏度高约103倍；检出限低，可达10-12g·S-1；火焰离子化检测器能检测大多数含碳有机化合物；死体积小，响应速度快，线性范围也宽，可达106以上；而且结构不复杂，操作简单，是目前应用最广泛的色谱检测器之一。其主要缺点是不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。11/5/202257SCNUFID特点灵敏度很高，比热导检测器的灵敏度高约103倍；检出2.装置——主要部件是离子室离子室：包括气体入口、火焰喷嘴、发射极和收集极等部件。11/5/202258SCNU2.装置——主要部件是离子室离子室：11/2/20工作原理通过在发射极和收集极之间施加极化电压，形成直流电场，有机组分在高温下电离成许多正离子和电子，在极化电场作用下向两极定向移动，正离子移向负极，电子移向正极，形成微电流，微电流放大后由记录仪记录下来。微电流大小与被测组分含量成正比，含量越大，产生微电流越大，因此可进行定量分析11/5/202259SCNU工作原理通过在发射极和收集极之间施加极化电压，形成直流电场，GC仪器名称可测定物质灵敏度稳定性线性鉴定能力GC-MS挥发性有机物质Scan:0.1ng好104-106保留时间与质谱SIM:10fg(质量信息)

GC-FID挥发性有机物质 10pg好106

仅限保留时间

GC-ECD具有卤化物等1ng--1pg尚可103-104敏感物质与保留吸电子基的物质时间GC-FPD含S,P物质S:1ng好S:103敏感物质与保留P:10pgP:105时间GC-NPD含N,P物质10pg尚可104敏感物质与保留时间11/5/202260SCNUGC仪器名称可测定物质评价GC方法的标准问题：什么样的分离结果是好的？分离度？灵敏度？11/5/202261SCNU评价GC方法的标准问题：什么样的分离结果是好的？分离度？灵敏什么是色谱的分离度分离度的公式：R：分离程度的量度11/5/202262SCNU什么是色谱的分离度分离度的公式：R：分离程度的量度11/2/11/5/202263SCNU11/2/202224SCNU定性分析1.利用保留值与已知物对照定性

利用保留时间定性在相同色谱条件下，将标准物和样品分别进样，两者保留值相同，可能为同一物质。此方法要求操作条件稳定、一致，必须严格控制操作条件，尤其是流速。11/5/202264SCNU定性分析1.利用保留值与已知物对照定性11/2/202225利用保留值经验规律定性(1)碳数规律——推知同系物保留值在一定温度下,同系物的调整保留时间的对数值与其分子中碳原子数呈线性关系lgtR’=A1n+C1tR’:调整保留时间A1,C1:对给定的色谱系统和固定液为常数n:分子中碳原子数(n≥3)根据同系物中几个已知组分的调整保留值可推知同系物其它组分的调整保留值,可用于定性鉴定.11/5/202265SCNU利用保留值经验规律定性(1)碳数规律——推知同系物保留值1(2)沸点规律—相同碳数的其它异构体在一定色谱条件下,同族具有相同碳数的碳链异构体,其调整保留时间的对数与其沸点呈线性关系