天津理工大学 仪器分析

gaschromatography,GC气相色谱法1气相色谱法的分类按固定相的物态分类气-固色谱法气-液色谱法按柱径和填充分类填充柱色谱法(φ2-6mm)毛细管柱色谱法(φ0.2-0.53mm)按分离机制分类吸附色谱法(吸附剂固定相)分配色谱法(液体固定相)2气相色谱法的特点1.高效能能分离性质极为接近的物质，如：同位素，异构体等。2.快速几分钟或几十分钟内即可完成一个组成复杂的试样分析。3.高灵敏度可检测出10-11－10-13g的物质，能直接分析痕量组分。4.应用范围广可挥发、热稳定、沸点不超过500˚C的化合物。2气相色谱分析流程载体系统

检测系统

进样系统(气化)

温控系统

色谱工作站

色谱柱2气相色谱分析流程常用的载气有：氢气、氮气、氦气；净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；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。3气相色谱仪的组成(1)载气系统包括气源、净化干燥管和载气流速控制3气相色谱仪的组成(2)进样系统进样器不同规格的专用注射器,填充柱色谱常10µL；毛细管色谱常用1µL；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润洗、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。气化室将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。3气相色谱仪的组成(3)色谱柱(分离柱)色谱仪的核心部件

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，应用普遍。

毛细管柱毛细管柱又叫空心柱，是将固定液均匀地涂在内径0.2～0.5mm的毛细管内壁而成,毛细管材料可以是不锈钢或石英，其柱渗透性好，传质阻力小，柱子可以做到长几十米。与填充柱相比，其分析速度快、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。

3气相色谱仪的组成(4)检测及记录系统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。热导检测器氢火焰离子化检测器电子俘获检测器火焰光度检测器常用的检测器3气相色谱仪的组成(5)温度控制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。(二)气相色谱固定相气固色谱固定相气液色谱固定相1气固色谱固定相气固色谱一般用表面具有活性的吸附剂作固定相。活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强。活性氧化铝：有较大的极性。适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离。

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CO2、N2O、NO、NO2等，且能够分离臭氧。1气固色谱固定相分子筛：碱及碱土金属的硅铝酸盐(沸石)，多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子筛等。常用5A和13X(常温下分离O2与N2)。除了广泛用于H2,O2,N2,CH4,CO等的分离外，还能够测定He,Ne,Ar,NO,N2O等。高分子多孔微球(GDX系列)：新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。适用于有机物中痕量水分的测定。1气固色谱固定相气固色谱固定相的特点：（1）性能与制备和活化条件有很大关系；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；（2）种类有限，能分离的对象不多；（4）进样量多时，会造成色谱峰拖尾；（5）对气态烃类及永久性气体的分离效果较好。2气液色谱固定相担体+固定液担体:

化学惰性的多孔性固体颗粒，有较大的比表面积。

常用担体：硅藻土型和非硅藻土型担体应满足以下条件：(1)

比表面积大，孔径分布均匀；(2)

化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组份不起反应；(3)

具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；(4)

颗粒大小均匀、适度。一般常用60~80、80~100目。2气液色谱固定相硅藻土型担体(天然硅藻土煅烧而成)白色担体：

煅烧前原料中加入了少量助溶剂(碳酸钠)。颗粒疏松，孔径较大。表面积较小，机械强度较差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分的试样。红色担体：

孔径较小，表孔密集，表面积较大，机械强度好。适宜分离非极性或弱极性组分的试样。2气液色谱固定相非硅藻土型担体氟担体：强极性、腐蚀性气体的分析玻璃微球担体：高沸点物质的分析…表11-2(2)固定液及其选择2气液色谱固定相难挥发、高沸点的有机化合物，种类繁多。(1)在工作温度下为液体，对试样中各组分有适当溶解力；(2)

选择性好，对所分离的混合物有选择性分离能力；(3)

沸点高，挥发性小，热稳定性好；(4)

化学稳定性好、不与被分离物质发生不可逆的化学反应。对固定液的要求:2气液色谱固定相固定液选择的基本原则:“相似相溶”，选择与试样性质相近的固定相。固定液的最高最低使用温度:高于最高使用温度时，固定液易流失或分解；低于最低使用温度，固定液呈固体，无分离作用。混合固定液:对于复杂的难分离组分通常采用特殊固定液或将两种甚至两种以上配合使用；

固定液的极性2气液色谱固定相规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零，β,β’—氧二丙睛的相对极性为100。相对极性麦氏常数物质分子间作用力复杂，用五个麦氏常数来代表各种作用力，即用各种相互作用力的总和来说明一种固定液的极性。2气液色谱固定相固定液用量:以能均匀覆盖担体表面形成薄的液膜为宜。固定液的配比:指固定液与担体的质量比:

一般在5％~25％之间。低的固定液配比，柱效能高，分析速度快，但允许的进样量低。固定液的选择:2气液色谱固定相(1)分离非极性组分

通常选用非极性固定液。各组分按沸点顺序出峰,低沸点组分先出峰。(2)

分离极性组分

一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。(3)

分离非极性和极性组分的混合物

一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极化的）组分后出峰。(4)

分离强极性和能形成氢键的化合物

通常选择极性或氢键性的固定液，各组分根据与固定液形成氢键能力大小先后流出，不易形成氢键的先出峰。(5)

组成复杂、较难分离的试样

通常使用特殊固定液，或混合固定相。2气液色谱固定相固定液的选择:热导检测器(TCD)氢火焰离子化检测器(FID)电子捕获检测器(ECD)火焰光度检测器(FPD)(三)气相色谱检测器检测器是将流出色谱柱的被测组分的浓度或质量转换成电信号的装置。根据检测原理的不同，分为:浓度型检测器:测量组分浓度的变化例如:热导TCD、电子捕获ECD质量型检测器：测量组分质量的变化例如:氢火焰FID、火焰光度FPD气相色谱检测器气相色谱检测器1

热导池检测器ThermalConductivityDetector,TCD特点：结构简单，灵敏度适宜，稳定性好，对可挥发的有机物及无机物都有响应，是应用最广、最成熟的一种检测器。结构：池体＋热敏元件

1热导检测器TCD检测原理：不同气体或蒸汽的热导系数不同。载气的选择载气与试样气的热导系数相差越大，灵敏度越高，一般被测组分的热导系数比较小，故应选择热导系数大的载气。常用载气的热导系数：H2>He>N2因此，常以H2为载气。1热导检测器TCD1

热导检测器TCD影响热导检测器灵敏度的因素：①桥电流：

I

，钨丝的温度

，钨丝与池体间的温差

，有利于热传导，检测器灵敏度提高。但I过高会引起噪声增大，基线不稳。②池体温度：池体与热丝温差

，越有利于热传导，检测器的灵敏度也就越高，但池体温度不能低于柱温，以防止试样组分在检测器中冷凝。③载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。

气相色谱检测器2

氢火焰离子化检测器(FlameIonigation

Detector,FID)特点(1)典型的质量型检测器；(2)对大多数有机物有很高的灵敏度，比TCD的灵敏度高3个数量级，检测限可达10-12g·mL-1；(3)对不电离的无机化合物，如永久性气体、水、CO、CO2、NOx、H2S等无响应，适合于水和大气中痕量有机物的分析；(4)结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速。

2

氢火焰离子化检测器FID结构：离子室发射极收集极喷嘴点火圈检测原理：空气存在下点燃氢焰，被测组分由载气带出色谱柱，与氢气混合经喷嘴进入离子室火焰区离子化，生成正负离子，在电场作用下向两极移动形成粒子流，离子化产生的离子数目及由此而产生的微弱电流的大小，在一定范围内与单位时间内进入火焰的组分质量成正比。2

氢火焰离子化检测器FID操作条件的选择：(1)载气流量的选择：N2作载气,主要考虑分离效能。找到一个最佳的载气流量。(2)氢气流量：H2流速过低，组分分子离子化数目少，检测器灵敏度低。H2流速过大，基线不稳。一般N2

:

H2流量的最佳比在1:1～1:1.5。(3)空气流量：一般氢气和空气流量的比例是1:10。(4)检测器温度：大于120˚C。

气相色谱检测器3

电子捕获检测器ElectronCaptureDetector,ECD

高选择性、高灵敏度浓度型检测器；

仅对具有电负性的物质如含卤素、磷、硫、氧等元素的物质有响应，能检测出10-14gmL-1的强电负性物质。

气相色谱检测器4

火焰光度检测器Flamephotometricdetector,

FPD仅对含硫和磷的化合物有高灵敏度的质量型检测器。

有机硫化物在氢焰离子室中先被氧化成SO2，然后被氢还原成硫原子，硫原子在高温下被激发。当其由激发态跃迁至基态时，便发射出波长为350～430nm的特征光谱，光谱被滤光片滤光，并由光电倍增管将光信号转换为电信号，既可测出试样中硫的含量。

有机磷化物氧化燃烧生成磷的氧化物，后在富氢焰中被还原成HPO，这个含磷碎片被火焰高温激发后发射出528nm特征光谱。载气种类及流速的选择柱温的选择柱长和柱内径的选择进样量和进样时间的选择气化温度的选择(四)气相色谱操作条件的选择载气种类及流速的选择载气种类的选择载气对柱效的影响检测器要求载气性质安全性、经济性及来源载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用较小摩尔质量的载气(如H2),可减小传质阻力,柱效↑；载气流速较小时，分子扩散项起主要作用，采用较大摩尔质量的载气(如N2),可抑制纵向扩散,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，氮气仍是首选目标。载气流速的选择载气种类及流速的选择由图可见存在最佳流速(u最佳)。实际流速通常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。对于内径为3－4mm的色谱柱：

N2流速：15－60mLmin-1

H2流速：40－90mLmin-1柱温的选择

首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。

柱温一般选择在接近或略低于组分的平均沸点。柱温影响分离效能和分离时间柱温↑，被测组分挥发度↑，气相中浓度↑，K↓，保留时间差值↓，不利于分离；柱温↓

，传质速率↓，分离时间↑，峰形变差柱长和柱内径的选择增加柱长对提高分离度有利(分离度R正比于柱长的平方根)，但组分的保留时间tR

↑，且柱阻力↑，不便操作。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。

填充色谱柱的柱长通常为1~3米，柱内径一般为3~4mm。进样量和进样时间的选择液体试样采用色谱微量进样器(注射器)进样，进样量：0.1μL－5μL进样量气体试样采用气体进样阀进样，进样量：0.1mL－10mL进样时间进样时间必须很快，若进样慢，会使色谱峰扩张，影响分离，要求在1s内完成。气化温度的选择色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在此瞬间气化；气化温度一般较柱温高30~70˚C防止气化温度太高造成试样分解。第十一章色谱法内容总结一色谱分析理论基础1色谱法概述

色谱法定义：色谱法分类：2色谱分离基本原理由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相发生作用的大小、强弱有差异，因此在同一推动力作用下，不同组分在固定相中滞留时间不同，从而得到分离。第十一章色谱法内容总结分配系数K和分配比k的定义及相互关系(1)

分配系数：在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度比。色谱法是利用不同组分在两相间的分配系数存在差异，在分离过程中差异不断被放大，使混合组分得到分离。(2)

分配比：又称容量因子，它是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量比。第十一章色谱法内容总结分配比与分配系数的关系:第十一章色谱法内容总结3色谱流出曲线及相关术语(1)

保留值保留时间(体积)相对保留值保留指数第十一章色谱法内容总结(2)

区域宽度标准偏差(σ)半峰宽

(Wh/2)峰宽

(W)4色谱分离基本理论第十一章色谱法内容总结(1)塔板理论常采用有效塔板数或有效塔板高度作为衡量柱效能的指标第十一章色谱法内容总结(2)速率理论减小A项提高柱效的途径：使用适当粒度且颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀。第十一章色谱法内容总结分子量大的组分Dg小，Dg反比于载气密度的平方根，故采用分子量较大的载气可使B项降低。第十一章色谱法内容总结k为容量因子；Dg、DL为扩散系数。减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。第十一章色谱法内容总结由上述讨论可见，范第姆方程式对于分离条件的选择具有指导意义。它可以说明，填充均匀程度、担体粒度、载气种类、载气流速、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩张的影响。第十一章色谱法内容总结(3)分离度定量描述混合物中相邻两组分的实际分离程度，是色谱柱总分离效能的指标。一般采用R=1.5作为相邻两峰完全分离的标志。二色谱定性和定量方法第十一章色谱法内容总结1

定性方法利用保留值定性纯物质利用文献保留值(r21I)加入纯物质峰高增加与其他分析仪器联用第十一章色谱法内容总结2定量方法（1）归一化法：（2）外标法：（3）内标法：第十一章色谱法内容总结三气相色谱分析法1概述

气相色谱法特点：高效、快速、灵敏、应用范围广

应用范围：可挥发、热稳定、沸点不超过500˚C的化合物

气相色谱仪的组成：2气相色谱固定相

3气相色谱检测器4气相色谱分离条件的选择载气种类、流速柱温柱长、柱内径气化温度高效液相色谱法的特点高效液相色谱仪高效液相色谱法的主要分离类型高效液相色谱分离类型的选择(五)高效液相色谱法(HPLC)高效液相色谱法的特点1.高压

采用高压泵使流动液能迅速通过色谱柱，一般达150～350×105Pa.2.高速

高压带来高速，分析时间一般少于lh.3.高效

柱效能约可达3万塔板/米(GC的柱效约为2000塔板/米).4.高灵敏度

由于采用了高灵敏度的检测器，最小检测量可达10-9

g，甚至10-11

g.5.可用于高沸点的、不能气化的、热不稳定的以及具有生理活性物质的分析.

HPLC与经典LC比较经典液相色谱高效液相色谱常压高压，150～350×105

Pa固定相填料颗粒大，75～500μm固定相填料颗粒小，3～20μm柱效低,10－100块/m柱效高,104－105块/m分析速度慢分析速度快色谱柱只用一次色谱柱可重复多次使用HPLC与GC比较

方法项目高效液相色谱法气相色谱法分析对象不受样品挥发性和热稳定性的限制，对分子量大、难气化、热稳定性差的生化样品及高分子和离子型样品均可检测，占有机物的80%。适于能气化、热稳定性好、且沸点较低的样品，占有机物的20%。流动相流动相为液体，与组分间有亲合作用力，能提高柱的选择性、改善分离度，对分离起正向作用。流动相为气体，组分与流动相无亲合作用力，只与固定相有相互作用。馏分回收易回收，可定量回收。不易回收。

高效液相色谱仪数据处理系统高压输液系统进样系统

高效液相色谱仪分离系统检测系统压力表贮液瓶

高效液相色谱仪往复式高压泵高压输液系统高压泵梯度洗脱装置高