气象色谱课件

气象色谱课件第一页，共一百九十八页，2022年，8月28日气相色谱过程：待测物样品被蒸发为气体并注入到色谱分离柱柱顶，以惰性气体（指不与待测物反应的气体，只起运载蒸汽样品的作用，也称载气）将待测物样品蒸汽带入柱内分离。第二页，共一百九十八页，2022年，8月28日其分离原理是基于待测物在气相和固定相之间的吸附-脱附（气固色谱）和分配（气液色谱）来实现的。因此可将气相色谱分为气固色谱和气液色谱。第三页，共一百九十八页，2022年，8月28日气固色谱：利用不同物质在固体吸附剂上的物理吸附-解吸能力不同实现物质的分离。第四页，共一百九十八页，2022年，8月28日由于活性（或极性）分子在这些吸附剂上的半永久性滞留(吸附-脱附过程为非线性的)，导致色谱峰严重拖尾，因此气固色谱应用有限。只适于较低分子量和低沸点气体组分的分离分析。第五页，共一百九十八页，2022年，8月28日气液色谱：通常直接称之为气相色谱。它是利用待测物在气体流动相和固定在惰性固体表面的液体固定相之间的分配原理实现分离。第六页，共一百九十八页，2022年，8月28日§10.1气相色谱仪器现在，有近百厂家、提供数百种型号的气相色谱仪。过去几十年内，色谱仪器得到了极大的发展，这主要归于：

第七页，共一百九十八页，2022年，8月28日1970s——电子积分仪及计算机数据处理装置的发展；

1980s——计算机技术对仪器各类参数的自动控制。如柱温、流速、自动进样等。

第八页，共一百九十八页，2022年，8月28日随着这些技术的发展，仪器性价比大幅提高。其中，GC最重要的发展是开管柱的引入，使含有数百种混合物样品得以分离！第九页，共一百九十八页，2022年，8月28日

H2,N2或Ar气路系统进样系统检测系统分离系统温控系统第十页，共一百九十八页，2022年，8月28日进行气相色谱法分析时，载气（一般用氮气或氢气）由高压钢瓶供给，经减压阀减压后，载气进入净化管干燥净化，然后由稳压阀控制载气的流量和压力，并由流量计显示载气进入柱之前的流量后，以稳定的压力进入气化室、色谱柱、检测器后放空。第十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日当气化室中注入样品时，样品立即被气化并被载气带入色谱柱进行分离。分离后的各组分，先后流出色谱柱进入检测器，检测器将其浓度信号转变成电信号，再经放大器放大后在记录器上显示出来，就得到了色谱的流出曲线。第十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日利用色谱流出曲线上的色谱峰就可以进行定性、定量分析。这就是气相色谱法分析的过程。第十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日一、气路系统气路系统：获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气体化装置。第十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日载气：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对柱效的影响外，还要与分析对象和所用的检测器相配。第十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日净化器：多为分子筛和活性碳管的串联，可除去水、氧气以及其它杂质。第十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日压力表：多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力(总是高于常压。对填充柱：10-50psi；对开口毛细管柱：1-25psi)；第二级，柱头压力指示；第十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日流量计：在柱头前使用转子流量计，但不太准确。通常在柱后，以皂膜流量计测流速。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。第十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日二、进样系统常以微量注射器(穿过隔膜垫)或六通阀将液体样品注入气化室(汽化室温度比样品中最易蒸的物质的沸点高约50oC)，通常六通阀进样的重现性好于注射器。第十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日进样要求：进样量或体积适宜；“塞子”式进样。一般柱分离进样体积在十分之几至20L，对毛细管柱分离，体积约为~10-3L，此时应采用分流进样装置来实现。体积过大或进样过慢，将导致分离变差(拖尾)。第二十页，共一百九十八页，2022年，8月28日mL-1六通阀第二十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日第二十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日第二十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日三、柱分离系统柱分离系统是色谱分析的心脏部分。分离柱包括填充柱和开管柱(或称毛细管柱)。柱材料包括金属、玻璃、融熔石英等。

第二十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日填充柱：多为U形或螺旋形，内径2~4mm，长1~3m，内填固定相；第二十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日

开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。内径0.1~0.5mm，长达几十至100m。通常弯成直径10~30cm的螺旋状。开管柱因渗透性好、传质快，因而分离效率高(n可达106)、分析速度快、样品用量小。第二十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日过去是填充柱占主要，但现在，这种情况正在迅速发生变化，除了一些特定的分析之外，填充柱将会被更高效、更快速的开管柱所取代！

第二十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日柱温：是影响分离的最重要的因素。其变化应小±0.xoC。选择柱温主要是考虑样品待测物沸点和对分离的要求。第二十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点(分析时间20-30min)；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法。第二十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日恒温：45oC程序升温：30~180oC恒温：145oC温度低，分离效果较好，但分析时间长程序升温，分离效果好，且分析时间短温度高，分析时间短，但分离效果差程序升温与恒温对分离的影响比较第三十页，共一百九十八页，2022年，8月28日四、温控系统温度控制是否准确、升、降温速度是否快速是市售色谱仪器的最重要指标之一。第三十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日控温系统包括对三个部分的控温，即，气化室、柱箱和检测器。控温方式：恒温和程序升温。温度选择：在介绍仪器组成时给出，此处略。第三十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日五、检测器气相色谱检测器种类繁多，本节将介绍最为常用的几种检测器：

第三十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日1.热导检测器(TCD);2.氢火焰离子化检测器(FID);3.电子捕获检测器(ECD);4.火焰光度检测器(FPD);

第三十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日5.氮磷检测器（NPD）也称热离子检测器(TID);6.原子发射检测器(AED)

7.硫荧光检测器（SCD）第三十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型和质量型检测器。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。第三十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日质量型：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成正比。第三十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日1.热导检测器(TCD)TCD是一种应用较早的通用型检测器，又称导热析气计。现仍在广泛应用。第三十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日原理：由于不同气态物质所具有的热传导系数不同，当它们到达处于恒温下的热敏元件（如Pt,Au,W,

半导体）时，其电阻将发生变化，将引起的电阻变化通过某种方式转化为可以记录的电压信号，从而实现其检测功能。第三十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日构成：由池体和热敏元件构成。通常将参比臂和样品臂组成Wheatstone电桥。如图。第四十页，共一百九十八页，2022年，8月28日第四十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日第四十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日工作过程（四臂）：1）在只有载气通过时，四个臂的温度都保持不变，电阻值也不变。此时，调节电路电阻使电桥平衡，即R1*R4=R2*R3，AB两端无电压信号输出；第四十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日

2）当有样品随载气进入两个样品臂时，此时热导系数发生变化，或者说，测量臂的温度发生变化，其电阻亦发生变化，电桥失去平衡，AB两端有电压信号输出。当载气和样品的混合气体与纯载气的热导系数相差越大，则输出信号越强。第四十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日特点：对任何气体均可产生响应，因而通用性好，而且线性范围宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏度较低。第四十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日1979年，出现了一种高灵敏度、基线漂移小、平衡时间短的“调制式单丝热导检测器：将参比气（载气）和样品、载气混合气交替(10Hz)导入微型陶瓷热导池(5L)中，从而产生10Hz的交变信号，该信号正比于热导系数的差。第四十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日因为放大器只检测频率为10Hz的信号，因此可克服热噪声的干扰。第四十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日影响TCD灵敏度的因素：1）桥电流i：i增加——热敏元件温度增加——元件与池体间温差增加——气体热传导增加——灵敏度增加。但i过大，热敏元件寿命下降。电流通常选择在100~200mA之间(N2作载气，100~150mA；H2作载气，150~200mA)。第四十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日2）池体温度：池体温度低，与热敏元件间温差大，灵敏度提高。但温度过低，可使试样凝结于检测器中。通常池体温度应高于柱温。第四十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日3）载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，则灵敏度越高。通常选择热导系数大的H2和Ar作载气。用N2作载气，热导系数较大的试样(如甲烷)可出现倒峰。第五十页，共一百九十八页，2022年，8月28日

4）热敏元件阻值：阻值高、电阻温度系数大（随温度改变，阻值改变大，或者说热敏性好）的热敏元件，其灵敏度高。综述：较大的桥电流、较低的池体温度、低分子量的载气以及具有大的电阻温度系数的热敏元件可获得较高的灵敏度。第五十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日2.火焰离子化检测器（FID）又称氢焰离子化检测器。主要用于可在H2-Air火焰中燃烧的有机化合物(如烃类物质)的检测。第五十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日原理：含碳有机物在H2-Air火焰中燃烧产生碎片离子，在电场作用下形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的组分。第五十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日结构：主体为离子室，内有石英喷嘴、发射极(极化极，此图中为火焰顶端)和收集极。第五十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日第五十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日工作过程：来自色谱柱的有机物与H2-Air混合并燃烧，产生电子和离子碎片，这些带电粒子在火焰和收集极间的电场作用下（几百伏）形成电流，经放大后测量电流信号（10-12A）。第五十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日火焰离子化机理：有关机理并不十分清楚，但通常认为是化学电离过程：有机物燃烧产生自由基，自由基与O2作用产生正离子，再与水作用生成H3O+。第五十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日以苯为例：

C6H6---CH·自由基

CH·+O---CHO++eCHO++H2O---H3O++CO在电场作用下，正离子和电子被收集到两极，产生电流。第五十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日影响FID灵敏度的因素：1）载气和氢气流速：通常以N2为载气，其流速主要考虑其柱效能。但也要考虑其流速与H2流速相匹配。一般N2:H2=1:1~1:1.5；第五十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日2）空气流速：流速越大。灵敏度越大，到一定值时，空气流速对灵敏度影响不大。一般地，H2:Air=1:10。第六十页，共一百九十八页，2022年，8月28日3）极化电压：在50V以下时，电压越高，灵敏度越高。但在50V以上，则灵敏度增加不明显。通常选择100～

300V的极化电压。第六十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日4）操作温度：比柱的最高允许使用温度低约50oC(防止固定液流失及基线漂移)第六十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日FID特点：1）灵敏度高(～10-13g/s)；2）线性范围宽(～107数量级)；3）噪声低；4）耐用且易于使用；第六十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日5）为质量型检测器，色谱峰高取决于单位时间内引入检测器中组分的质量。在样品量一定时，峰高与载气流速成正比。因此在用峰高定量时，应控制流速恒定！第六十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日6）对无机物、永久性气体和水基本无响应，因此FID特别适于水中和大气中痕量有机物分析或受水、N和S的氧化物污染的有机物分析。第六十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日7）对含羰基、羟基、卤代基和胺基的有机物灵敏度很低或根本无响应。8）样品受到破坏。第六十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日3.电子捕获检测器(ECD)ECD主要对含有较大电负性原子的化合物响应。它特别适合于环境样品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的分析。第六十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日第六十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日原理及工作过程：从色谱柱流出的载气(N2或Ar)被ECD内腔中的

放射源电离，形成次级离子和电子(此时电子减速)，在电场作用下，离子和电子发生迁移而形成电流(基流)。第六十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日当含较大电负性有机物被载气带入ECD内时，将捕获已形成的低速自由电子，生成负离子并与载气正离子复合成中性分子，此时，基流下降形成“倒峰”。第七十页，共一百九十八页，2022年，8月28日第七十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日4.火焰光度检测器（FPD）FPD是对含S、P化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。因此，也称硫磷检测器。主要用于SO2、H2S、石油精馏物的含硫量、有机硫、有机磷的农药残留物分析等。第七十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日FPD结构：喷嘴+滤光片+光电管。第七十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日>滤光片放大器记录仪光电管石英窗H2Air载气+组分出口第七十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日原理：待测物在低温H2-Air焰中燃烧产生S、P化合物的分解产物被激发并发射特征分子光谱。测量光谱的强度则可进行定量分析。第七十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日含S、P化合物在氢焰中的变化过程如下：第七十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日第七十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日5.氮磷检测器（NPD）氮磷检测器也叫热离子检测器（TID）。NPD的结构与FID类似，只是在H2-Air焰中燃烧的低温热气再被一硅酸铷电热头加热至600~800oC，从而使含有N或P的化合物产生更多的离子。产生离子的机理目前仍不清楚。第七十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日NPD的特点：1）对含N、P化合物的具有选择性：对P的响应是对N的响应的10倍，是对C原子的104-106倍。第七十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日2）灵敏度高：与FID对P、N的检测灵敏度相比，NPD分别是FID的500倍(对P)；50倍(对N)。第八十页，共一百九十八页，2022年，8月28日6.原子发射检测器（AED）第八十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日第八十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日六、检测器的性能指标：理想的检测器应具有的条件：1）适合的灵敏度：对一些组分十分灵敏，而对其它则不，其间应相差达107倍；第八十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日2）稳定、重现性好；3）线性范围宽，可达几个数量级；4）可在室温到400oC下使用；第八十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日5）响应时间短，且不受流速影响；6）可靠性好、使用方便、对无经验者来说足够安全；7）对所有待测物的响应相似或可以预测这种响应；第八十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日8）选择性好；9）不破坏样品。但任何检测器都不可能同时满足上述所有要求。第八十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日第八十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日1.灵敏度S

以一系列已知浓度或质量的组分对响应信号作图，得到校正曲线，该曲线的斜率k即为灵敏度S。实际工作中可从色谱图直接求得灵敏度。第八十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日对于浓度型：Sc—灵敏度(mVmL/mg);Ai—峰面积(cm2);Fco—检测器入口流速(mL/min);wi—进样量(mg);C1—记录仪纸速(cm/min);C2—记录仪灵敏度(mV/cm);第八十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日［例］进样0.5μL纯苯，得色谱峰高h=6.25cm.半峰宽W1/2=0.25cm苯的密度为0.88g·cm-3，记录纸走速C1=0.5cm·min-1，检测器入口处载气流速Fc′=30cm3.min-1,记录仪满量程为10mV，满量程宽度25cm，求热导检测器的灵敏度。第九十页，共一百九十八页，2022年，8月28日解:wi＝0.5×10-3cm3×0.88×103mg·cm-3=0.44mgC2＝10mV/25cm=0.4mV·cm-1Ai＝1.065h·W1/2

＝1.065×6.25cm×0.25cm

＝1.065×6.25×0.25cm2第九十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日将以上各式代人（19-6）式，得S＝90．8mV·cm3·mg-l第九十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日Sm—灵敏度(mV·s/g);wi—进入检测器的样品量(g)对于质量型：第九十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日2.检测限，DL与通用的检测限表示方法相同，即第九十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日实际工作中，色谱检测限表示为浓度型：第九十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日质量型：第九十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日注意：检测限不仅决定于灵敏度，而且受限于噪声，即检测限是衡量检测器或仪器性能的综合指标。3.线性范围和响应时间（略）第九十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日§10.2气相色谱固定相在介绍色谱仪器时，我们提到色谱分离系统是色谱仪器中最为灵魂的部分，而其中分离柱中固定相组成与性质更是直接与分离效能有关。第九十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日气相色谱柱可分为两类：1）用于气固色谱的固定相：固体吸附剂；2）用于气液色谱的固定相：固定液+载体。第九十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日介绍如下：一、气固色谱固定相——固体吸附剂该类型色谱柱是利用其中固体吸附剂对不同物质的吸附能力差别进行分离。主要用于分离小分子量的永久气体及烃类。第一百页，共一百九十八页，2022年，8月28日1.常用固体吸附剂：硅胶(强极性)、氧化铝(弱极性)、活性炭(非极性)、分子筛(极性，筛孔大小)第一百零一页，共一百九十八页，2022年，8月28日2.人工合成固体吸附剂：高分子多孔微球(GDX)：人工合成的多孔聚合物，其孔径大小可以人为控制。可在活化后直接用于分离。第一百零二页，共一百九十八页，2022年，8月28日高分子多孔微球可分为两类：非极性：苯乙烯+二乙烯苯共聚：GDX-1和2型（国产）；Chromosorb系列（国外）；极性：苯乙烯+二乙烯苯共聚物中引入极性基团：GDX-3和4型（国产）；PorapakN等（国外）。第一百零三页，共一百九十八页，2022年，8月28日第一百零四页，共一百九十八页，2022年，8月28日二、气液色谱固定相——载体+固定液气液色谱固定相由载体和固定液构成：载体为固定液提供大的惰性表面，以承担固定液，使其形成薄而匀的液膜。第一百零五页，共一百九十八页，2022年，8月28日1.载体(也称担体)1）对载体的要求：粒度均匀、强度高的球形小颗粒；至少1m2/g的比表面(过大可造成峰形拖尾)；高温下呈惰性(不与待测物反应)并可被固定液完全浸润。第一百零六页，共一百九十八页，2022年，8月28日2）载体类型：分为硅藻土型和非硅藻土型，前者又分为白色和红色担体。第一百零七页，共一百九十八页，2022年，8月28日第一百零八页，共一百九十八页，2022年，8月28日3）载体表面处理：硅藻土含有硅醇基(—SiOH)、Al2O3、Fe等，也就是说，它具有活性而不完全化学惰性，需进行化学处理。其处理过程如下：第一百零九页，共一百九十八页，2022年，8月28日第一百一十页，共一百九十八页，2022年，8月28日2.固定液及其选择1）对固定液的要求：a)热稳定性好、蒸汽压低——流失少；b)化学稳定性好——不与其它物质反应；第一百一十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日c)对试样各组分有合适的溶解能力（分配系数K适当）；d)对各组分具有良好的选择性。第一百一十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日2）固定液与组分的作用力：a)色散力——非极性分子之间（瞬时偶极之间静电吸引）；b)诱导力——极性与非极性分子之间（偶极与瞬时偶极之间静电吸引）；第一百一十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日c)取向力——极性与极性分子之间（偶极与偶极之间静电吸引）d)氢键力——强度介于化学键力和范德华力之间的静电吸引，亦属取向力。前三种统属范德华力，后者属特殊范德华力。第一百一十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日3）固定液的选择：固定液一般是根据其特性来选择。固定液的特性是指其极性和选择性。极性的表示方法：相对极性。

第一百一十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日相对极性P：规定非极性固定液角鲨烷的极性为0，强极性固定液,-氧二丙腈的极性为100，其余物质的P在0～100之间，每20单位为一级，即将极性分为5级：0,+1(非极性)；+1,+2(弱极性)；+3(中等极性；+4,+5(强极性)第一百一十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日固定液分类及选择：第一百一十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日固定液选择：按“相似相溶”原理选择固定液。非极性组分——非极性固定液——沸点低的物质先流出；极性物质——极性固定液——极性小的物质先流出；

第一百一十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日各类极性混合物——极性固定液——极性小的物质先流出；氢键型物质——氢键型固定液——不易形成氢键的物质先流出；复杂混合物——两种或以上混合固定液第一百一十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日§10.3气相色谱分离分析条件根据范弟姆特方程和色谱分离方程式，分析条件的选择在上一章已有论述，此处针对气相色谱方法作一简单小结。第一百二十页，共一百九十八页，2022年，8月28日第一百二十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日1.柱长L

由分离度R的定义可得(R1/R2)2=n1/n2=L1/L2

即柱越长，理论塔坂数越多，分离越好。第一百二十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日但柱过长，分析时间增加且峰宽也会增加，导致总分离效能下降，因此柱长L要根据R的要求(R=1.5)，选择刚好使各组分得到有效分离为宜。第一百二十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日2.载气及流速u

对vanDeemter方程求导得到在流速为时，柱效最高；当u较小时，B/u占主要，此时选择分子量大的载气，使组分的扩散系数小；第一百二十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日当u较大时，Cu占主要，此时选择分子量小的载气，使组分的扩散系数小，减小传质阻力项Cu。第一百二十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日柱温降低升高传质快、柱效高纵向扩散强、峰拖尾过高造成固定液流失分析时间长恒温程序升温(宽沸程混合物)实验确定第一百二十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日

4.载体粒度及筛分范围载体粒度越小，柱效越高。但粒度过小，则阻力及柱压增加。通常，对填充柱而言，粒度大小为柱内径的1/20~1/25为宜。第一百二十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日5.进样方式及进样量要以“塞子”的方式进样，以防峰形扩张；进样量，也要以峰形不拖尾为宜。第一百二十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日§10.4定性分析一、样品预处理GC分析对象是在气化室温度下能生成气态的物质。为保护色谱柱、降低噪声、防止生成新物质（杂峰），需要在进样前对样品进行处理。

第一百二十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日1）水、乙醇和可能被柱强烈吸附的极性物质——柱效下降，需除去。2）非挥发份——会产生噪声，同时慢慢分解——产生杂峰。3）稳定性差的组分——生成新物质——杂峰。第一百三十页，共一百九十八页，2022年，8月28日二、定性方法1、用已知物对照定性该法是基于在一定操作条件下，各组分保留时间是一定值的原理。第一百三十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日具体做法：1）分别以试样和标准物进样分析——各自的色谱图；2）对照：如果试样中某峰的保留时间和标样中某峰重合，则可初步确定试样中含有该物质。3）也可通过在样品中加入标准物，看试样中哪个峰增加来确定。第一百三十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日第一百三十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日2.据经验式定性碳数规律：在一定温度下，同系物的调整保留时间tr’的对数与分子中碳数n成正比：lgtr’=An+C(n3)

第一百三十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日如果知道两种或以上同系物的调整保留值，则可求出常数A和C。未知物的碳数则可从色谱图查出tr’后，以上式求出n。第一百三十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日

3.

据相对保留值

ri,s定性：

用保留值定性要求两次进样条件完全一致，这是比较困难的。而用ri,s定性，则只要温度一定即可。第一百三十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日具体做法：在样品和标准中分别加入同一种基准物

s，将样品的ri,s和标准物的ri,s相比较来确定样品中是否含有i组分。第一百三十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日4.保留指数定性该指数定性的重现性最佳。当固定液和柱温一定时，定性可不需要标准物。

利用此式求出未知物保留指数Ix，然后与文献值对照。第一百三十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日设正构烷烃的保留指数为碳数100。测定时，将碳数为n和n+1的正构烷烃加入到样品x中进行色谱分析，此时测得这三个物质的调整保留值分别为：tr’(Cn)，tr’(x)和tr’(Cn+1)，且待测物x的调整保留值介于两个烷烃之间。第一百三十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日第一百四十页，共一百九十八页，2022年，8月28日［例］乙酸正丁酯在阿皮松L柱上进行分析（柱温100℃）。由图中测得调整保留时间为：乙酸正丁酯310.0mm，正庚烷174.Omm，正辛烷373.4mm，求乙酸正下酯的保留指数。即乙酸正丁酯的保留指数为775.6。在与文献值对照时，一定要重视文献值的实验条件，如固定液、柱温等。而且要用几个已知组分进行验证。第一百四十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日解：已知n=7第一百四十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日5.双柱或多柱定性可克服在一根柱上，不同物质可能出现相同的保留时间的情况。6.与其它方法结合定性如GC-MS，GC-IR，GC-MS-MS第一百四十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日§10.5定量分析

GC分析是根据检测器对待测物的响应（峰高或峰面积）与待测物的量成正比的原理进行定量的。因此必须准确测定峰高h或峰面积A。第一百四十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日峰面积A的测量：hh第一百四十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日对称峰：峰高h与半峰宽的积：A=1.065hW1/2不对称峰：峰高与平均峰宽的积：A=1/2h(W0.15+W0.85)此外，可以以保留时间或距离代替峰宽或峰高的测量。A=1.065htR(或dR)第一百四十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日2.定量校正因子由于检测器对不同物质的响应不同，所以两个相等量的物质得不出相等峰面积。或者说，相同的峰面积并不意味着相等物质的量。第一百四十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日因此，在计算组分的量时需将面积乘上一个换算系数，使组分的面积转换成相应物质的量。即必须将峰面积A乘上一个换算系数进行“校正”。第一百四十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日1）绝对校正因子wi=fi’Ai

或fi’=wi/Ai通过此式可得到待测物单位峰面积对应的该物质的量。第一百四十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日

2）相对校正因子fi

用一个物质作标准，用相对校正因子将所有待测物的峰面积校正成相对于这个标准物质的峰面积，使各组分的峰面积与其质量的关系有一个统一的标准进行折算。第一百五十页，共一百九十八页，2022年，8月28日采用的标准物因检测器不同而不同：TCD——苯；FID——正庚烷。fi(w)=fi’(w)/fs’(w)=(Aswi/Aiws)…………..（通式）当w分别为质量m、摩尔M、和气体体积V时，上式分别表示为：第一百五十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日第一百五十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日3.相对校正因子的测量准确称取被测物与标准物，混合后进样。从所得色谱图分别求出它们的峰面积，然后通过前述公式计算校正因子（省去“相对”二字）。第一百五十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日必须注意：校正因子只与试样、标准物和检测器类型有关，与其它所有条件无关！可以查表得到。第一百五十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日

3．校正因子的应用：在色谱分析中，将各组分的峰面积乘以相对校正因子后，就将样品中各组分的峰面积校正成相当于标准物质的峰面积。这样一来，对于相同量的不同组分，其计算后的峰面积就是相同的了。所以就可以用峰面积来计算待测组分的含量了。第一百五十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日第一百五十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日4.定量分析方法1）归一化法：要求试样中所有n个组分全部流出色谱柱，并全部出峰！则其中组分i的含量为：第一百五十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日fi为i物质的相对定量校正因子；Ai为其峰面积。第一百五十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日此法简单、准确，操作条件影响小。但应用不多。因为不知道试样有多少组分？应该出多少峰才叫全部出峰？第一百五十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日2）外标法：或标准曲线法。以Ai对Xi作图得标准曲线。该法不需校正因子。但进样量和操作条件必须严格控制！外标法适于日常分析和大批量同类样品分析。第一百六十页，共一百九十八页，2022年，8月28日

3）内标法：准确称取样品m，加入一定量的某纯物质作内标物ms，然后进行色谱分析。根据待测组分和内标物的峰面积及内标物的重量就可求得待测组分的含量：第一百六十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日第一百六十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日例1、在某色谱仪操作条件下，分析某样品中的二氯乙烷、二溴乙烷及四乙基铅三组分，并选用甲苯为内标物，甲苯与样品的配比为1：10，测定结果如下，试求各组分的百分含量。：下面我们举例来看色谱定量计算第一百六十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日

二氯乙烷二溴乙烷甲苯四乙基铅校正因子1.001.650.871.75面积cm21.501.010.952.82第一百六十四页，共一百九十八页，2022年，8月28日解：加入的甲苯如果为1g，样品的重量为10g。即：ms=1gm样品=10g第一百六十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日第一百六十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日同理：二溴乙烷%=20.16四乙基铅%=59.71第一百六十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日例2、用气相色谱法（TCD）分析卤代烃混合物。在同样条件下，测得标准样和未知样数据如下：求未知试样中各组分的质量百分含量。第一百六十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日组分标准样未知样进样量（g）峰面积（标尺单位）m2峰面积（标尺单位）m2氯乙烷氯丙烷氯戊烷氯庚烷0.400.400.400.40110.0112.287.378.482.3无峰125.2180.0第一百六十九页，共一百九十八页，2022年，8月28日解：氯乙烷：氯戊烷：第一百七十页，共一百九十八页，2022年，8月28日第一百七十一页，共一百九十八页，2022年，8月28日氯庚烷：

未知样总量：m=0.2993+0.5737+0.9184=1.7914g第一百七十二页，共一百九十八页，2022年，8月28日氯戊烷%=32.03%氯庚烷%=51.27%第一百七十三页，共一百九十八页，2022年，8月28日§10.6毛细管柱气相色谱(GC)毛细管柱的发明使得气相色谱分析发生了革命性的变化！50年代初，主要进行填充柱的理论和应用研究，并开始进行非填充柱(内径为十分之几毫米)的理论可行性研究。

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1956年正式提出了非填充柱（空心柱）的理论并制作出效率极高毛细管柱；次年发表了该研究论文。

第一百七十五页，共一百九十八页，2022年，8月28日50年代后期，一些研究人员制成了各类毛细管柱，经测定，一些毛细管的理论塔板数可达到300,000！第一百七十六页，共一百九十八页，2022年，8月28日然而，自毛细管柱发明以来，20多年都没有广泛应用，主要是因为：1）柱容量小；2）柱强度小；第一百七十七页，共一百九十八页，2022年，8月28日3）样品引入及管与检测器的连结问题；4）固定液涂渍的重现性不好；5）寿命短；6）柱易堵塞；7）专利1977年才过期。第一百七十八页，共一百九十八页，2022年，8月28日

70年代后期，以上问题大多得到解决，毛细管柱的应用越来越多。

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1987年，荷兰科学家制成了世界上最长、理论塔板数最多的熔融石英毛细管柱(2100m长，内径0.32mm，内壁固定液厚度0.1m，理论塔板数超过3,000,000）并