色谱分析法和气相色谱法

关于色谱分析法和气相色谱法本章重点：

1.理解色谱分离的基本原理；

2.掌握色谱法的基本概念和术语；

3.掌握色谱法的定性和定量方法;4.了解气相\液相色谱的分析原理、仪器结构

和在食品分析中的应用.第2页,共53页，星期六，2024年，5月描述:色谱法是一种分离技术.混合物最有效的分离、分析方法.色谱法分离发生在色谱柱上.

可用于检测大多数有机物质.§1.色谱法导论第3页,共53页，星期六，2024年，5月1906年,俄国植物学家茨维特对植物叶的色素成分进行研究时,使用右图装置:将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内,然后加入石油醚使其自由流下,结果色素中各组分互相分离形成各种颜色的谱带.这种分离物质的方法因此得名为色谱法.1.1概述第4页,共53页，星期六，2024年，5月1.2色谱法分类

(1)气相色谱：流动相为气体（称为载气）。按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱按色谱柱可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；(2)液相色谱：流动相为液体（称为淋洗液）。

按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。

第5页,共53页，星期六，2024年，5月1.3色谱法的特点（1）分离效率高

复杂混合物，有机同系物、异构体、手性异构体。高效液相色谱分离复杂单糖第6页,共53页，星期六，2024年，5月（2）灵敏度高

可以检测出μg.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。（3）分析速度快

一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4）应用范围广

气相色谱：沸点低于400℃、结构稳定的各种有机或无机试样的分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。

第7页,共53页，星期六，2024年，5月（一）组分分离当流动相中样品混合物经过固定相时，就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、强弱也有差异，因此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。1.4色谱曲线图及有关术语第8页,共53页，星期六，2024年，5月（二）色谱峰由检测器输出的信号强度对时间作图，所得曲线称为色谱流出曲线。曲线上突起部分就是色谱峰。

第9页,共53页，星期六，2024年，5月

基线：在实验操作条件下，色谱柱后没有样品组分流出时的流出曲线称为基线，稳定的基线应该是一条水平直线。峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以（h）表示。第10页,共53页，星期六，2024年，5月（三）保留时间tR试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，称为保留时间，如下图。组分在色谱柱中的保留时间tR包含组分通过柱子的时间和组分在固定相中滞留的时间，所以tR实际上是组分在固定相中保留的总时间。进样tR第11页,共53页，星期六，2024年，5月（四）分离度

分离度是描述难分离物质对的实际分离程度。①柱效较高，△K(分配系数)较大,完全分离；②△K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；③柱效较低，，△K较大,但分离的不好；④△K小，柱效低，分离效果更差。第12页,共53页，星期六，2024年，5月1.5定性和定量分析1定性分析在色谱条件一定时，任何一种物质都有确定的保留时 间。通过比较已知物和未知物的保留参数或在固定相上的位置，即可确定未知物是何种物质。未知样品图已知标样图第13页,共53页，星期六，2024年，5月利用纯物质定性的方法

利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中的位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。第14页,共53页，星期六，2024年，5月2定量分析在一定色谱条件下，组分i的质量（mi）与检测器响应讯号（峰面积Ai）成正比。色谱定量分析的依据iAiiAfm=第15页,共53页，星期六，2024年，5月3定量分析方法(1)外标法(标准曲线法)：将欲测组分的纯物质配制成不同浓度的标准溶液进行色谱分析，以峰面积对浓度作图。测得样品的信号后从标准曲线上查出对应浓度。123456SampleAmmiAi第16页,共53页，星期六，2024年，5月（2）归一化法

将试样中所有组分的含量之和按100%计算，以它们相应的色谱峰面积或峰高为定量参数，通过下式计算各组分的含量：%100%1

=

=niAisiAisiifAfAm[前提：样品中所有组分都有响应（出峰）]第17页,共53页，星期六，2024年，5月1mg样品溶解后，经过高效液相色谱分析后得到4个峰，经验证样品中只有4种物质，那么每种物质所占比例与对应峰面积所占比例一致。即

M1=1mg×[A1/(A1+A2+A3+A4)]验证方法：薄层色谱法最常用。二极管阵列检测器3124第18页,共53页，星期六，2024年，5月练习题：1.色谱分离主要发生在（）上。

1.按照固定相的物态不同，可将液相色谱法分为（）和（），前者的固定相为固体，后者的固定相为液体。3.

是色谱分析中用于描述难分离物质对的实际分离程度。4.色谱分析法的定量方法有

、和

，其中

需要所有物质都出峰。5.色谱分析法的定性依据和定量依据分别是什么？液固色谱液液色谱分离度标准曲线法归一化法归一化法色谱柱保留时间（或出峰时间）；峰面积。第19页,共53页，星期六，2024年，5月§2气相色谱法第20页,共53页，星期六，2024年，5月

气相色谱仪第21页,共53页，星期六，2024年，5月气相色谱仪主要包括五部分：

1、载气系统

2、进样系统

3、分离系统

4、温控系统

5、检测系统2.1气相色谱仪的组成第22页,共53页，星期六，2024年，5月压缩气体钢瓶减压阀、稳压阀净化器检测器色谱柱汽化室尾气1、载气系统第23页,共53页，星期六，2024年，5月气相色谱对载气的基本要求：（1）纯净 通过活性炭或分子筛净化器，除去载气中的水分、氧等有害杂质。（2）稳定 采用稳压阀或双气路方式：载气（3）常用的载气： 氮气 氢气 氦气氩气第24页,共53页，星期六，2024年，5月2、进样系统进样装置和汽化室进样通常用微量注射器和进样阀将样品引入。液体样品引入后需要瞬间汽化。汽化在汽化室进行。进样量不能太小（大于检测限），也不能太大（会使峰型拖尾）。进样速度要快。

第25页,共53页，星期六，2024年，5月液体进样装置和汽化室

液体进样器：注射器第26页,共53页，星期六，2024年，5月载气入口加热块接色谱柱汽化室：使样品瞬间汽化而又不分解。接色谱柱对汽化室的要求：（1）体积小；（2）热容量大；（3）对样品无催化作用第27页,共53页，星期六，2024年，5月3.分离系统色谱柱:色谱仪的核心部件,其作用是分离样品。主要有两类：填充柱和毛细管柱。1）填充柱填充柱由不锈钢制成，内装固定相，一般内径为2～4mm，长1～3m。填充柱的形状有U型和螺旋型二种.第28页,共53页，星期六，2024年，5月2）毛细管柱

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，玻璃或石英。与填充往相比，其分离效率高、分析速度块、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。第29页,共53页，星期六，2024年，5月当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。第30页,共53页，星期六，2024年，5月4.温控系统

温度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：保证液体试样瞬间气化，一般比分离室温度高50-100度；

分离室：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温度变化，各组分在最佳温度下分离；

检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；色谱柱的温度控制方式有恒温和程序升温二种。第31页,共53页，星期六，2024年，5月

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。程序升温:第32页,共53页，星期六，2024年，5月恒温和程序升温分析烃类化合物第33页,共53页，星期六，2024年，5月5.检测和数据处理系统

这个系统是指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，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。第34页,共53页，星期六，2024年，5月1热导检测器（TCD）

(1)热导检测器的结构池体:一般用不锈钢制成.热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。2.2常用检测器第35页,共53页，星期六，2024年，5月(2)检测原理平衡电桥钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：

R参=R测

;R1=R2

则：R参·R2=R测·R1

无电压信号输出,记录仪走直线（基线）。

第36页,共53页，星期六，2024年，5月进样后:

载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，R参≠R测

则：R参·R2≠R测·R1

这时电桥失去平衡，a、b两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。不同气体有不同的热导系数第37页,共53页，星期六，2024年，5月某些气体与蒸气的热导系数（λ），单位：J/cm·℃·s第38页,共53页，星期六，2024年，5月

2.氢火焰离子化检测器（FID）

氢火焰离子化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。第39页,共53页，星期六，2024年，5月第40页,共53页，星期六，2024年，5月特点:

1,能检测大多数含碳有机化合物；2,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；3,是目前应用最广泛的色谱检测器之一。缺点：

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。第41页,共53页，星期六，2024年，5月3.电子捕获检测器(ECD)

特点:电子捕获检测器是一种选择性很强的检测器,目前分析痕量电负性有机物最有效的检测器，对具有电负性物质（如含卤素、硫、磷、氰等的物质）的检测有很高灵敏度（检出限约1O-14g/ml）。缺点:线性范围窄，只有103左右，且响应易受操作条件的影响，重现性较差。应用:电子捕获检测器已广泛应用于农药残留量、大气及水质污染分析，以及生物化学、医学、药物学和环境监测等领域中。第42页,共53页，星期六，2024年，5月4.火焰光度检测器(FPD)

火焰光度检测器，又称硫、磷检测器，它是一种对含磷、硫有机化合物具有高选择性和高灵敏度的质量型检测器，检出限可达10-12g·S-1（对P）或10-11g·S-1（对S）。这种检测器可用于大气中痕量硫化物以及农副产品，水中的毫微克级有机磷和有机硫农药残留量的测定。第43页,共53页，星期六，2024年，5月2.3检测器性能评价指标灵敏度（S）：S表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号的大小。S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越高。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱峰面积（A）除以试样质量求得：

S=A/m

检测限（D）：

恰能产生相当于3倍噪音（3RN）的信号时，单位时间内

进入检测器的量。