课件第五章 气相色谱相关技术

第五章

气相色谱有关技术2023/10/10第一节

程序升温色谱法一、程序升温特点二、程序升温方式三、应用示例及设计思绪解析1/702023/10/10一、程序升温特点程序升温色谱法（PTGC）在气相色谱中是一种主要色谱技术。它在样品分析前审计好柱温温度变化程序，样品进样后，色谱柱温度按照预先设定加热程序，随时间线性或非线性增加，使样品中待测组分在其最佳柱温（保存温度）下流出色谱柱。2/702023/10/10组分复杂，沸程宽试样，采取程序升温可取得良好分离效果。3/702023/10/10优点：可使低沸点组分和高沸点组分同步得到有效分离；改善了色谱峰峰形，提升了检测敏捷度；缩短了分析时间；较快地除去柱中杂质，便于下一种样品分析。4/702023/10/10一、程序升温方式（一）线性程序升温图5-2线性升温示意图T0——起始温度(C)r

——升温速率(C/min)t

——升温时间(min)5/702023/10/10（二）非线性程序升温1.线性升温—恒温图5-3非线性升温示意图适用对象：适用于低沸点组分之间容量因子相差较大，而高沸点组分之间容量因子相差较小样品。6/702023/10/102.恒温—线性升温图5-3非线性升温示意图适用对象：适用于低沸点组分之间容量因子相差较小，而高沸点组分之间容量因子相差较大样品。7/702023/10/103.恒温—线性升温—恒温图5-3非线性升温示意图适用对象：适用于低沸点组分与高沸点组分容量因子相差很大，而低沸点组分之间容量因子相差较小，而高沸点组分之间容量因子相差较小样品。8/702023/10/104.多阶程序升温图5-3非线性升温示意图适用对象：适用于组分很多且沸点范围很宽样品。9/702023/10/10（三）保存温度在程序升温中，当某同样品组分在色谱柱后出现浓度极大值柱温——保存柱温，TR表达。一阶保存柱温计算：二阶保存柱温计算：

TR是程序升温基本参数，可用于定性分析。升温速率、载气流速、柱长和起始温度等对TR影响很小。10/702023/10/10三、应用示例及设计思绪解析（一）药品复方制剂分析例5-1复方丁香吸入剂程序升温填充柱GC分析处方主成分丁香400g丁香酚冰片170g龙脑、异龙脑（一对异构体）薄荷脑170g薄荷醇细辛200g吴茱萸100g11/702023/10/1012/702023/10/101.仪器及色谱条件仪器：日本岛津ShimadzuGC-14A，FID色谱条件:载气：N2，45mL/min色谱柱：10%PEG-20M,80~100目，2m4mm（I.D.）气化室温度：240

C检测器温度：240

C柱温：程序升温起始温度：140C，6min升温速率：3C/min最后温度：175C，10min13/702023/10/102.供试品溶液配制3.分离成果见Page78图5-44.气相色谱条件设计思绪（1）检测器选择

因四种成份在复方制剂中含量较高，均为挥发油类成份——FID14/702023/10/10（2）固定液选择

因四种主要成份为含羟基中等极性化合物，在强极性或中等极性固定液上具有较大保存因子，有助于它们与样品中干扰组分分离，也有助于彼此分离，同步可取得对称色谱峰。第一，选择极性固定液15/702023/10/10第二，选择强极性还是中等极性固定液根据分子量大小确定选择强极性还是中等极性固定液。若待测物分子量较大——中等极性固定液，由于强极性固定液会造成分子量大化合物保存时间过长，挥霍时间。若待测物分子量较小——强极性固定液16/702023/10/10（3）内标物选择FID为气相色谱检测器，其内标物一般选择选择正构烷烃或正构醇。四种含羟基化合物——正构醇为内标物丁香酚在聚乙二醇上保存时间大于薄荷醇、龙脑和异龙脑。而内标物介于丁香酚和另外三种化合物之间，再根据三种化合物碳原子数，确定选择正十一醇做内标物。17/702023/10/10（4）程序升温选择薄荷醇、龙脑和异龙脑均为一种饱和六元环合一种醇羟基单萜类化合物，色谱保存强弱相同，需在恒定比较低柱温下才能实现分离。丁香酚在聚乙二醇上保存时间大于薄荷醇、龙脑和异龙脑，较低柱温会使丁香酚容量因子太大太大，造成保存时间过长，峰形展宽，因此应在较高柱温下使丁香酚较快出峰。18/702023/10/10（4）程序升温方式选择采取恒温—线性升温—恒温方式。19/702023/10/10（5）有关问题讨论填充柱在程序升温过程中会发生基线漂移，并且随升温速率加快，基线漂移越严重。可缓和基线漂移维持10min使丁香酚出峰维持在一种基线比较平稳水平，提升测定精确度和精密度。毛细管柱气相色谱在程序升温过程中发生基线漂移现象并不严重。20/702023/10/10（二）体内药品分析例5-2程序升温毛细管GC法测定人血浆中硝酸异山梨酯浓度硝酸异山梨酯为血管扩张药。主要用于心绞痛预防。其气雾剂给药后最高血药浓度10ng/mL下列。21/702023/10/101.仪器及色谱条件仪器：日本岛津ShimadzuGC-14B，63Ni-ECD色谱条件:载气：N2，1.25mL/min色谱柱：石英毛细管柱OV-01（25m0.25mmI.D.，0.22m）进样口温度：200

C检测器温度：250

C柱温：程序升温起始温度：150C，9min升温速率：40C/min最后温度：200C，7min分流比：1﹕80尾吹：20mL/min22/702023/10/102.血浆样品提取与测定精密量取血浆样品1.0mL内标物40L涡旋处理10s乙酸乙酯5mL涡旋提取3min离心(3500r/min)10min取有机相4.5mL残渣加乙酸乙酯50LN2吹干取2L进样分析23/702023/10/103.分离成果见Page81图5-74.气相色谱条件设计思绪（1）检测器选择考虑1：气雾剂给药后最高血药浓度10ng/mL下列，要求检测办法定量限最少应达成0.1ng/mL——痕量分析24/702023/10/10考虑2：硝酸异山梨酯构造中具有两个枪亲电性基团——硝酸酯基，捕捉电子能力很强。基于1和2，选择ECD作为检测硝酸异山梨酯检测器。25/702023/10/10（2）色谱柱类型选择考虑1：敏捷度要高——血浆中硝酸异山梨酯GC测定属于痕量分析。由于毛细管柱效高于填充柱，出峰尖锐，敏捷度高。考虑2：选择性要高——血浆样品复杂，干扰组分多。由于毛细管分离效果高于填充柱。基于1和2，选择毛细管柱作为检测硝酸异山梨酯色谱柱。26/702023/10/10（3）内标物选择考虑1：样品处理过程比较复杂，每一步都也许造成样品损失，因此需要用内标物一开始加入到样品中校正每步处理过程中引发误差。考虑2：GC进样误差大，进行定量分析需要加内标物校正进样误差。基于1和2，硝酸异山梨酯GC法测定选择内标法。27/702023/10/10硝酸异山梨酯和3,5-二硝基氯苯构造中军具有两个硝基，同步它们脂溶性、挥发性和在OV-01固定液色谱保存相同——选择3,5-二硝基氯苯为内标物。28/702023/10/10（4）程序升温选择硝酸异山梨酯和3,5-二硝基氯苯保存温度均为150C，保存时间分别为6.32和7.33min。后续升温与样品中待测无分离无关。其目标是洗脱出色谱柱中由本次进样带入色谱保存大于硝酸异山梨酯和3,5-二硝基氯苯物质，方便为下一次进行分析做准备——样品复杂性决定进行该步操作必要性。29/702023/10/10（5）程序升温方式选择采取恒温—线性升温—恒温方式。30/702023/10/10（6）有关问题讨论GC分析中一般气化室温度和检测器温度设在同一种温度水平。本例例外原因：硝酸异山梨酯在高温下不稳定，进样口温度若设定200C则被破坏较多，造成敏捷度下降。进样口温度若设定200C下列则气化不完全，也造成敏捷度下降。试验证明250C检测器对硝酸异山梨酯对应最大。——综合考虑选定试验条件中设定温度。31/70第五章

气相色谱有关技术2023/10/10第二节

顶空气相色谱法一、顶空气相色谱法特点和分类二、顶空气相色谱法原理三、静态顶空分析四、动态顶空分析32/70第五章

气相色谱有关技术2023/10/10第二节

顶空气相色谱法五、顶空—固相微萃取技术六、顶空气相色谱分析系统条件优化七、顶空气相色谱法在药品分析中应用33/702023/10/10

顶空气相色谱分析（GC-HS）是一种在密闭热力学平衡系统中，对液体或固体顶部蒸汽相中有机挥发性成份进行气相色谱分析一种测定办法。顶空进样技术——是一种特殊样品采集技术，主要用于复杂基质中痕量挥发性成份分析，如化学药品溶剂残留分析、主要制剂溶剂残留分析、工业废水中挥发性有机物分析、药酒或食用酒中挥发性有机物分析等。34/702023/10/10特点只取气相部分进行分析，大大减小了样品基质对分析影响。采取气体进样，分析速度快，敏捷度高。分析过程中无需有机溶剂提取，操作简便。有多种模式，适用于分析多种样品。35/702023/10/10分类静态顶空分析——适用于分析挥发性成份含量较大样品；动态顶空分析火吹扫捕集——适用于分析复杂基质中挥发性较强组分。也适合分析难挥发或浓度较低组分；顶空-固相微萃取——适用范围广。实现样品在线浓集和捕集，最大程度上避免离线溶剂提取和浓缩啰嗦。36/702023/10/10二、顶空气相色谱法原理在一定条件下气相和凝聚相（液相和固相）之间存在着分派平衡。因此,气相组成能反应凝聚相组成。气相（顶空）样品相挥发性组分37/702023/10/10在顶空气相色谱分析时当顶空瓶中样品上面蒸气压相称低时，峰面积（Ai）大小与样品上面挥发性组分（i）蒸气压（Pi）成正比关系：Ci——常数，与物质和检测器有关38/702023/10/10对热力学平衡抱负混合体系，由Raoult定律：Pi0——纯组分蒸汽压Xi——组分（i）摩尔分数对真实体系而言：γi——组分（i）活度系数，不但取决于i组分和其他组分性质，也取决于所有组分摩尔系数，同步与为温度和压力有关。39/702023/10/10三、静态顶空分析静态顶空分析是指将被测样品放入密闭恒温体系中，待气-液或气-固两相达成平衡时，抽取其与被测组分共存蒸汽相作为样品进行气相色谱分析。静态顶空气相色谱分析示意图1:恒温液出口；2:注射器入口；3:恒温器；

4:放置样品口；5:恒温液入口；6:样品（一）原理40/702023/10/10进样模式（1）直接进样模式（取样针定量取气相部分进样)特点：适用性广，易于清洗，但定量分析误差大（2）平衡加压采样模式（对顶空瓶施加一定压力将顶空气体直接压入载气流中，依靠时间程序控制分析过程）特点：系统死体积小，重现性好，进样误差大（3）加压定容采样进样模式（将顶空气压入流通阀定量环，在进入色谱柱）特点：重现性好，适合于定量分析，但管路和注射器温度较高。41/702023/10/10（二）影响静态顶空气相色谱分析原因1.样品性质顶空气体中个组分含量既与样品本身挥发性有关，有与样品基质有关。尤其是在基质中分派系数大组分，“基质效应”更为显著。减少“基质效应”办法盐析作用——提升挥发性组分有机溶液中加水固体样品粉碎42/702023/10/102.分派系数和平衡温度平衡温度与蒸汽压直接有关，影响分派系数。平衡温度↑，蒸汽压↑，顶空气体浓度↑，敏捷度↑待测组分沸点越低，对温度越敏感。43/702023/10/10气液相比（R）——在密闭恒温气-液平衡体系中，气相体积与液相体积之比。在R比较大情况下，提升平衡温度对增加顶空气体中挥发性组分浓度意义不大。在R比较小情况下，提升平衡温度可增加顶空气体中挥发性组分浓度，有高达10倍。44/702023/10/10分派系数（K）——在恒温平衡状态下，挥发性组分在液相中浓度与在气相中浓度之比。当K不大于5时，提升平衡温度对提升顶空敏捷度意义不大。45/702023/10/103.平衡时间平衡时间本质上取决于被测组分分子从样品基质到气相扩散速度。温度↑，黏度↓，扩散系数↑，平衡时间↓。46/702023/10/104.样品瓶对样品瓶要求：体积精确、能承受一定压力、密封性能良好、对样品无吸附作用。一般用硼硅玻璃制成样品瓶。47/702023/10/10四、动态顶空分析动态顶空分析法（也称吹扫-捕集分析法），是用惰性气体通入液体样品（或固体表面），把挥发性组分从基质中吹扫出来，随气流进入捕集器，捕集再采取吸附剂或低温冷阱（常用液氮）对吹扫出来样品挥发性组分进行捕集，最后通过瞬间加热捕集器，使分析成份进入色谱柱进行分析。（一）原理48/702023/10/10动态顶空吹扫捕集吸附剂捕集模式冷阱捕集模式该办法较静态顶空和顶空-固相微萃取具有更高敏捷度。49/702023/10/10动态顶空气相色谱分析装置1:载气；2:吸附阱；3:毛细管柱；4:FID；

5:气相色谱仪；6:渗入膜；7:加热器；8:样品

50/702023/10/10（二）动态顶空法操作条件选择1.温度吸附温度——一般常温，也可采取低温冷冻捕集技术（针对不易吸附气体）解吸温度——一般200C左右吹扫温度连接管温度——一般80~150C51/702023/10/102.吹扫速度吹扫速度取决于样品中待测组分浓度、挥发性、捕集器中吸附作用大小等原因。吹扫速度太大，影响样品捕集器，造成组分损失。3.吹扫气类型吹扫气常为氮气和氦气。因氮气在水中溶解度大，因此氮气吹扫效果不如氦气。52/702023/10/104.吹扫时间吹扫时间是动态顶空法主要参数之一。吹扫时间越长，重现性和敏捷度越高，但会影响分析时间。实际分析中，通过测定标准样品回收率（一般为90%）来确定吹扫时间。53/702023/10/105.动态顶空法与静态顶空法比较静态顶空法长处仪器简单、无需吸附装置样品基质干扰小挥发性样品组分不易丢失可连续取样分析缺陷敏捷度稍低对高沸点组分较难分析54/702023/10/10动态顶空法长处可将挥发性组分所有萃取，并在捕集器上浓缩后进行分析，敏捷度高可分析沸点高组分缺陷样品基质也许干扰分析吸附和解吸也许造成样品组分丢失55/702023/10/10五、顶空—固相微萃取技术56/702023/10/10六、顶空气相色谱分析系统条件优化57/702023/10/10七、顶空气相色谱法在药品分析中应用成份复杂含挥发性成份中药质量判定化学药品和中药制剂中残留溶剂分析中药成份分析有机溶剂残留检测违禁药品检测药品代谢动力学研究58/70第五章

气相色谱有关技术2023/10/10第三节

药品衍生化气相色谱法一、衍生化气相色谱目标和意义二、气相色谱法中常用衍生化反应种类与试剂59/702023/10/10一、衍生化气相色谱目标和意义1.衍生化原因：难以直接进行气相色谱分析——大多数药品为高沸点或高熔点化合物，并具有羧基、氨基或酰胺基等极性基团；或难以气化；或严重拖尾；或被吸附；或被热解。将药品先进行构造改造，再进行气相色谱分析办法——衍生化气相色谱。60/702023/10/102.衍生化目标：（1）使本来挥发性差或不挥发被测组分转变成具有一定挥发性化合物，减少其沸点以适应气相色谱分离要求。（2）减少被测组分极性，减小或消除拖尾和吸附现象，改善其色谱行为。（3）变化样品中被测组分或干扰组分理化性质，以改善分离特性。61/702023/10/10（4）产生特殊性质，使待测组分在特定检测器上具有或提升检测特性，以达成痕量分析目标。（5）在与其他仪器联用技术中，利用各类衍生反应能够取得更明确或特定信息。衍生化气相色谱法大大扩展了气相色谱在药品分析中应