第十四章 氣相色譜法

1、第十四章 氣相色譜法 第十四章 氣相色譜法一、概述二、氣相色譜法的基本理論三、色譜柱四、檢測器五、分離條件的選擇六、定性與定量分析方法概述概述二、氣相色譜法的特點(diǎn)“三高”“一快”“一廣”概述三、氣相色譜儀的組成氣相色譜法的基本理論-基本概念1、流出曲線電信號強(qiáng)度隨時(shí)間變化曲線流出曲線上突起部分不對稱因子不對稱因子ABAAWfhs2)(205. 0氣相色譜法的基本理論-基本概念2 2、定性參數(shù)：保留值、定性參數(shù)：保留值氣相色譜法的基本理論-基本概念氣相色譜法的基本理論-基本概念2 2、定性參數(shù)、定性參數(shù)保留體積（保留體積（V VR R）：從進(jìn)樣開始到某個(gè)組分的色譜峰峰頂?shù)谋Ａ魰r(shí)間內(nèi)通：從進(jìn)樣開始

2、到某個(gè)組分的色譜峰峰頂?shù)谋Ａ魰r(shí)間內(nèi)通過色譜柱的載氣體積。過色譜柱的載氣體積。 V VR R= t= tR R. . FcFcFcFc為載氣流速，為載氣流速，F(xiàn)cFc大，大，t tR R就小。所以就小。所以V VR R與載氣流速無關(guān)與載氣流速無關(guān)死體積（死體積（V VM M）：有進(jìn)樣器至檢測器的流路中，未被固定相占有的空間。：有進(jìn)樣器至檢測器的流路中，未被固定相占有的空間。包括導(dǎo)管的容積、色譜柱中固定相顆粒的間隙等。包括導(dǎo)管的容積、色譜柱中固定相顆粒的間隙等。 V VM M = t = tR R FcFc死體積是定值，死體積大，色譜峰擴(kuò)張，柱效降低。死體積是定值，死體積大，色譜峰擴(kuò)張，柱效降低。

3、調(diào)整保留體積（調(diào)整保留體積（V VR R）：）： V VR R = V = VR R - V - VM M V VR R與載氣流速無關(guān)與載氣流速無關(guān), ,是定值是定值氣相色譜法的基本理論-基本概念2 2、定性參數(shù)、定性參數(shù)相對保留值（相對保留值（r risis):):：選擇性系數(shù)，調(diào)整保留值：選擇性系數(shù)，調(diào)整保留值之比。之比。12121212kkVVttrRRRR，氣相色譜法的基本理論-基本概念2 2、定性參數(shù)、定性參數(shù)保留指數(shù)保留指數(shù)I I：在氣相色譜中，常把組分的保留行：在氣相色譜中，常把組分的保留行為換算為相當(dāng)于正構(gòu)烷烴的保留行為為換算為相當(dāng)于正構(gòu)烷烴的保留行為/)(/)(/)(/)(l

4、glglglg100zRnzRzRxRxttttnzI氣相色譜法的基本理論-基本概念3 3、定量參數(shù)、定量參數(shù)峰高：色譜峰的峰頂至基線的垂直距離（峰高：色譜峰的峰頂至基線的垂直距離（h h）峰面積：色譜峰與基線所包圍的面積（峰面積：色譜峰與基線所包圍的面積（A A）氣相色譜法的基本理論-基本概念4 4、色譜峰的區(qū)域?qū)挾龋?shù)、色譜峰的區(qū)域?qū)挾?，柱效參?shù)355. 221W4W21699. 1WW 氣相色譜法的基本理論-基本概念容量因子：指組分在固定相與流動(dòng)相中的質(zhì)量比容量因子：指組分在固定相與流動(dòng)相中的質(zhì)量比msmmk保留因子不僅與溫度和壓力有關(guān)，還與固定相保留因子不僅與溫度和壓力有關(guān)，還與

5、固定相和流動(dòng)相的體積有關(guān)和流動(dòng)相的體積有關(guān) mmSsmsVCVCmmk分配系數(shù)與容量因子的關(guān)系mSVVKk 氣相色譜法的基本理論-基本概念5、分配系數(shù)氣相色譜法的基本理論-基本概念/1/21212RRttkkKK分配系數(shù)比色譜分離的前提是21RRtt21kk 12KK 氣相色譜法的基本理論-基本理論一、塔板理論二、速率理論氣相色譜法的基本理論-基本理論-塔板理論氣相色譜法的基本理論-基本理論-塔板理論四個(gè)理論假定：氣相色譜法的基本理論-基本理論-塔板理論理論塔板數(shù)和塔板高度的計(jì)算理論塔板高度理論塔板高度H為使組分在柱內(nèi)兩相間達(dá)到 一次分配平衡所需要的柱長理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)N組分流過色譜柱時(shí)，

6、在兩相間 進(jìn)行平衡分配的總次數(shù)理理HLn理理或nLH/22212)(16)(54. 5)(WtWttnRRR理，但柱壓和分析時(shí)間一定，；，分離能力，柱效一定，討論：理理理理理理理nLHnHLHnLn1不同；組分不同則與所用組分有關(guān)，選用注：計(jì)算理理nn一致無量綱，上下單位必須理n氣相色譜法的基本理論-基本理論-塔板理論例：在例：在2m2m，5%5%的阿皮松柱，柱溫為的阿皮松柱，柱溫為100100，記錄紙速為，記錄紙速為2.0cm/min2.0cm/min的實(shí)驗(yàn)條件下，測得苯的保留時(shí)間為的實(shí)驗(yàn)條件下，測得苯的保留時(shí)間為1.51.5分，半分，半峰寬為峰寬為0.20cm0.20cm，求理論塔板高度，

7、求理論塔板高度mmHn7 .1102 .12000102 .1)0 .2/20.050.1(54.5332氣相色譜法的基本理論-基本理論-塔板理論范第姆特（范第姆特（VanDeemterVanDeemter）方程）方程CuuBAH渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng)縱向擴(kuò)散系數(shù)縱向擴(kuò)散系數(shù)傳質(zhì)阻力系數(shù)傳質(zhì)阻力系數(shù)高，峰越尖銳，柱效，一定，三個(gè)常數(shù)注：nHu氣相色譜法的基本理論-基本理論-速率理論1 1、渦流擴(kuò)散項(xiàng)（、渦流擴(kuò)散項(xiàng)（A A）產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： dpA2填充不規(guī)則因子填充顆粒直徑dp影響因素：影響因素： dpA柱效，nHAdp柱效，nHAdp注注：顆粒太小，柱壓過：顆粒太小，柱壓過高不易填均勻高不

8、易填均勻填充柱填充柱6060100100目目毛細(xì)管柱毛細(xì)管柱A=0A=0，n n理理較高較高 氣相色譜法的基本理論-基本理論-速率理論氣相色譜法的基本理論-基本理論-速率理論2 2、縱向擴(kuò)散項(xiàng)（分子擴(kuò)散系數(shù)）、縱向擴(kuò)散項(xiàng)（分子擴(kuò)散系數(shù)）B B產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：gDB2縱向擴(kuò)散系數(shù)）彎曲因子（111空心毛細(xì)管柱填充柱數(shù)（常數(shù)）組分在載氣中的擴(kuò)散系gD影響因素：影響因素：DgDg與載氣分子量的平方根成反比，和溫度成正比與載氣分子量的平方根成反比，和溫度成正比gRggRDMTtMTDDBtB或,柱效nHB,氣相色譜法的基本理論-基本理論-速率理論3 3、傳質(zhì)阻力項(xiàng)、傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cu Cu 產(chǎn)生原因：

9、產(chǎn)生原因：傳質(zhì)阻抗系數(shù)lllgDdfkkCCCC22)1 (32固定液液膜厚度df系數(shù)組分在固定液中的擴(kuò)散lDllDdfC2TDl2)1 (kkCl影響因素影響因素氣相色譜法的基本理論-基本理論-速率理論lDTdf柱效，nHuCCl氣相色譜法的基本理論-基本理論-速率理論色譜柱組成 一、氣液分配色譜柱二、氣固吸附色譜柱色譜柱（二）固定液（二）固定液1要求：（1）操作柱溫下固定液呈液態(tài)（易于形成均勻液膜）（2）操作條件下固定液熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好（3）固定液的蒸氣壓要低（柱壽命長，檢測本底低）（4）固定液對樣品應(yīng)有較好的溶解度及選擇性2分類：化學(xué)分類法極性分類法化學(xué)分類法化學(xué)分類法 極性分類法

10、：極性分類法：a相對極性法b固定液常數(shù)法（羅氏特征常數(shù)法和麥?zhǔn)铣?shù)法）羅氏特征常數(shù)法：，/-氧二丙腈的相對極性為100，非極性的鯊魚烷為0，其他固定液的相對極性在0100之間，每20為一級。0，+1為非極性，+2，+3為中等極性；+4，+5為極性（1 1）按相似相溶原則選擇）按相似相溶原則選擇a a按極性相似原則選擇：按極性相似原則選擇： 固定液與被測組分極性“相似相溶”，K大，選擇性好 非極性組分選非極性固定液， 按沸點(diǎn)順序出柱，低沸點(diǎn)的先出柱 中等極性組分選中等極性固定液， 基本按沸點(diǎn)順序出柱 強(qiáng)極性組分選極性固定液 按極性順序出柱，極性強(qiáng)的后出柱注：對于中等極性組分，若沸點(diǎn)相同， 則按極

11、性順序出柱，極性較強(qiáng)的后出柱b b按化學(xué)官能團(tuán)相似選擇：按化學(xué)官能團(tuán)相似選擇： 固定液與被測組分化學(xué)官能團(tuán)相似，作用力強(qiáng)， 選擇性高 酯類選酯或聚酯固定液 醇類選醇類或聚乙二醇固定液（2 2）按組分性質(zhì)的主要差別選擇）按組分性質(zhì)的主要差別選擇 組分的沸點(diǎn)差別為主 選非極性固定液 按沸點(diǎn)順序出柱 沸點(diǎn)低的先出柱 組分的極性差別為主 選極性固定液 按極性強(qiáng)弱出柱 極性弱的先出柱例：苯（80.10C），環(huán)己烷（80.70C）選非極性柱 分不開；選中強(qiáng)極性柱 較好分離，環(huán)己烷先出柱（一）載體（一）載體1 1作用：作用：承載固定液的作用2 2要求：要求： 比表面積大（多涂漬固定液） 無吸附性（不吸附被測

12、組分） 化學(xué)惰性（不與固定液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)） 熱穩(wěn)定性好 一定的機(jī)械強(qiáng)度3分類：（1）硅藻土類：具有一定粒度的多孔性固體微粒 紅色：吸附力強(qiáng)，與非極性物質(zhì)配伍 白色：吸附力弱，與極性物質(zhì)配伍（2）非硅藻土類：玻璃微球，石英微球， 氟塑載體，含氟化合物4載體的處理方法鈍化，減弱吸附性 酸洗：用于分析酸類和酯類 堿洗：用于分析胺類等堿性化合物 硅烷化：用于具有形成氫鍵能力的較強(qiáng)的化合物 表面釉化二、氣二、氣- -固吸附色譜柱固吸附色譜柱固定相：固定相：1）吸附劑硅膠，AL2O3（極性，吸附力強(qiáng)） 活性炭（非極性）2）分子篩：吸附+分子篩3）高分子多孔微球GDX 有機(jī)合成高分子聚合物 吸附+分配機(jī)制裝

13、柱過程：裝柱過程：1）空柱管酸洗，堿洗，乙醚洗2）固定液（ 組，出正峰 載 = 組，不出峰 載 He N2選氫氣做載氣（3）T池，池體與熱絲溫差溫差，靈敏度，靈敏度 保證T檢 T柱，以免造成檢測器污染 （4）濃度型檢測器， A 1/u， 以A定量，應(yīng)保持u一定 （峰面積定量依據(jù)）（二）氫焰檢測器（二）氫焰檢測器（FIDFID）1特點(diǎn)2檢測原理和離子化機(jī)理3操作條件選擇和注意事項(xiàng)1 1特點(diǎn)：質(zhì)量型檢測器特點(diǎn)：質(zhì)量型檢測器優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：專屬型檢測器（只能測含C有機(jī)物） 靈敏度高（ TCD） 響應(yīng)快 線性范圍寬缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：燃燒會(huì)破壞離子原形，無法回收 （制備純物質(zhì)，不采用）2 2檢測原理和離子化機(jī)理檢

14、測原理和離子化機(jī)理檢測原理：利用組分在氫焰中產(chǎn)生離子流進(jìn)行檢測 有機(jī)化合物離子對離子流流向陰、陽極放大記錄離子化機(jī)理：化學(xué)電離理論 氫焰自由基正離子3 3操作條件選擇和注意事項(xiàng)操作條件選擇和注意事項(xiàng)1）載氣的選擇： 載氣N2氣 燃?xì)釮2氣 助燃?xì)饪諝?）使用溫度：高于柱溫501000C3）注意問題： 質(zhì)量型檢測器，h u， 以h定量，應(yīng)保持u恒定（峰高定量依據(jù)）其他檢測器電子捕獲檢測器：簡稱ECD，濃度型檢測器。只對具有電負(fù)性的物質(zhì)，如含有鹵素、硫、磷、氮的物質(zhì)有響應(yīng)，電負(fù)性越強(qiáng)，檢測靈敏度越高。如食品、農(nóng)副產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量等的檢測。熱離子化檢測器：簡稱TID，又稱氮磷檢測器，只對磷、氮的有機(jī)

15、化合物有響應(yīng)?；鹧婀舛葯z測器：簡稱FPD，又稱硫磷檢測器。第五節(jié)第五節(jié) 分離條件的選擇分離條件的選擇1 1、分離度、分離度：相臨兩組分間峰頂間距離是峰底寬平均值的幾倍相臨兩組分間峰頂間距離是峰底寬平均值的幾倍 （衡量色譜分離條件優(yōu)劣的參數(shù)）（衡量色譜分離條件優(yōu)劣的參數(shù)）討論：討論：22112WWttRRR峰寬和之半）保留值之差（峰頂間距完全未分開完全分離基本分離0 . 165 . 140 . 1RtRtRRR2112)(2WWttRRR2 2影響分離的因素（計(jì)算式）影響分離的因素（計(jì)算式）前提前提定義式基礎(chǔ)上，相鄰兩組分的定義式基礎(chǔ)上，相鄰兩組分的n n一致（假設(shè)）一致（假設(shè)） 22114kk

16、nR理理HLnuCuBAH/121212RRttkkKK 討論：討論：v 增加柱效是提高分離度的一個(gè)直接有效手段v 提高柱效、改善分離的途徑：增加柱長；降低板高v 根據(jù)速率理論，降低板高、提高柱效的方法是： 1）采用粒度較小、均勻填充的固定相（A項(xiàng) ） 2）分配色譜應(yīng)控制固定液液膜厚度（C項(xiàng) ） 3）適宜的操作條件： 流動(dòng)相的性質(zhì)和流速，柱溫等等（B項(xiàng) ） 選用分子量較大、線速度較小的載氣N2氣， 控制較低的柱溫b b柱選擇項(xiàng)及其影響因素：柱選擇項(xiàng)及其影響因素：影響峰的間距 主要受固定相性質(zhì)，以及柱溫影響1R因?yàn)镽，所以1，無法分離01R的影響都很大微小變化對R一倍R2 . 11 . 1討論討

17、論： v 增大柱選擇性是改善分離度的最有力手段v 氣相色譜中，柱選擇性取決于固定相性質(zhì)和柱溫 選擇合適的固定相使與不同組分的作用產(chǎn)生差別 才能實(shí)現(xiàn)分離 一般說，降低柱溫可以增大柱的選擇性c c柱容量項(xiàng)及其影響因素柱容量項(xiàng)及其影響因素：影響峰位影響峰位主要受固定相用量、柱溫和載氣流速的影響主要受固定相用量、柱溫和載氣流速的影響kkR100RkRkkk，1，峰擴(kuò)張，的影響對時(shí)RtRk變慢時(shí)，Rkk5RtRkk很少，時(shí)，10二、實(shí)驗(yàn)條件的選擇：二、實(shí)驗(yàn)條件的選擇：色譜條件包括分離條件和操作條件分離條件是指色譜柱操作條件是指載氣流速、進(jìn)樣條件及檢測器1色譜柱的選擇2柱溫的選擇3載氣與流速的選擇4進(jìn)樣條

18、件的選擇（1 1）固定相的選擇）固定相的選擇固定液的選擇：固定液的選擇： 1）按 “相似相溶”原則：極性相似或官能團(tuán)相似 2）按組分性質(zhì)主要差別： 沸點(diǎn)相差大的選非極性固定液 沸點(diǎn)相差小的選極性固定液 3）柱溫 1.5選擇L，一般較短(0.66m) 不可以無限延長柱子，柱壓，峰寬，RnLLnHk不變不變不變，21221)(LLRR例：兩組分在1 m長柱子上的分離度為0.75，問使用 多長柱子可以使它們完全分離？解：LRnR2121LLRR215 . 175. 0LmL422 2柱溫的選擇柱溫的選擇原則： 1）在能保證R的前提下，盡量使用低柱溫， 但應(yīng)保證適宜的tR及峰不拖尾，減小檢測本底 2）

19、根據(jù)樣品沸點(diǎn)情況選擇合適柱溫 柱溫應(yīng)低于組分沸點(diǎn)501000C 寬沸程樣品應(yīng)采用程序升溫T固定相檢測本底KDCDBLg123 3載氣與流速的選擇載氣與流速的選擇n選擇載氣應(yīng)與檢測器匹配選擇載氣應(yīng)與檢測器匹配TCD選H2，He（u 大，粘度小）FID選N2（u 小，粘度大）n選擇流速和載氣應(yīng)同時(shí)考慮對柱效和分析時(shí)間的影響選擇流速和載氣應(yīng)同時(shí)考慮對柱效和分析時(shí)間的影響minHuopCBuopBCAH2minopopuuuu分析時(shí)間是主要矛盾分離是主要矛盾uCHuuuBNuuopop氣選氣選224 4進(jìn)樣條件的選擇進(jìn)樣條件的選擇氣化室溫度一般稍高于樣品沸點(diǎn)檢測室溫度應(yīng)高于柱溫30500C進(jìn)樣量不可過

20、大，否則造成拖尾峰注： 檢測器靈敏度足夠進(jìn)樣量盡量小 最大允許進(jìn)樣量使理論塔板數(shù)降低10%的進(jìn)樣量第六節(jié)第六節(jié) 定性定量分析定性定量分析一、定性分析二、定量分析第六節(jié) 定性與定量 定性定性1、已知物對照法保留值、加樣、雙柱定性2、利用相對保留值對于一些組分比較簡單的已知范圍的混合物，或無已知物的情況3、利用保留指數(shù)定性4、基團(tuán)分類測定法5、兩譜連用定性二、定量分析：二、定量分析：以峰高或峰面積定量（一）峰面積的測量（二）定量校正因子 （三）定量方法第六節(jié) 定性與定量 定量定量定量分析的依據(jù)：定量分析的依據(jù)： 在恒定的實(shí)驗(yàn)條件下，峰面積（或峰高）與組分的在恒定的實(shí)驗(yàn)條件下，峰面積（或峰高）與組分

21、的（含）量成正比。（含）量成正比。2 2、峰面積的測量、峰面積的測量對稱峰對稱峰 不對稱峰不對稱峰但，同一檢測器對不同物質(zhì)具有不同的響應(yīng)靈敏度。但，同一檢測器對不同物質(zhì)具有不同的響應(yīng)靈敏度。 2/1065.1WhA2)(065.185.015.0WWhA第六節(jié) 定性與定量 定量（一）定量校正因子（一）定量校正因子 絕對（重量）校正因子絕對（重量）校正因子單位峰面積（或峰高）所代表的物質(zhì)的質(zhì)量。單位峰面積（或峰高）所代表的物質(zhì)的質(zhì)量。其值隨實(shí)驗(yàn)條件而變化。其值隨實(shí)驗(yàn)條件而變化。iiiAmf 第六節(jié) 定性與定量 定量定量相對（重量）校正因子：相對（重量）校正因子：fifi物質(zhì)物質(zhì)i i和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和

22、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s s的絕對校正因子之比。的絕對校正因子之比。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):TCD-:TCD-苯、苯、FID-FID-正庚烷正庚烷測定法：準(zhǔn)確稱取物質(zhì)測定法：準(zhǔn)確稱取物質(zhì)i i和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s s，混勻，進(jìn)樣，測得，混勻，進(jìn)樣，測得峰面積。峰面積。注意：實(shí)驗(yàn)條件的一致。注意：實(shí)驗(yàn)條件的一致。siissiimAmAfff（三）定量方法（三）定量方法1歸一化法2外標(biāo)法 3內(nèi)標(biāo)法 4內(nèi)標(biāo)對比法 1 1歸一化法歸一化法前提：試樣中所有組分都產(chǎn)生信號并能檢出色譜峰依據(jù)：組分含量與峰面積成正比優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡便，準(zhǔn)確定量結(jié)果與進(jìn)樣量、重復(fù)性無關(guān)（前提柱子不超載） 色譜條件略有變化對結(jié)果幾乎無影響缺點(diǎn)：缺點(diǎn)

23、：所有組分必須在一定時(shí)間內(nèi)都出峰 必須已知所有組分的校正因子不適合微量組分的測定%100%100%11nniiiiiiiiifAfAfAfAfAfAC第六節(jié) 定性與定量 定量定量 2 2、外標(biāo)法：、外標(biāo)法：校正曲線：校正曲線：用對照品配成不同濃度的對照液，定量進(jìn)樣，用對照品配成不同濃度的對照液，定量進(jìn)樣，用峰面積對對照品的量（或濃度）作線性回歸，用峰面積對對照品的量（或濃度）作線性回歸，求出斜率、截距，而后計(jì)算樣品的含量。求出斜率、截距，而后計(jì)算樣品的含量。第六節(jié) 定性與定量 定量定量外標(biāo)法：校正曲線截距近似零時(shí)，外標(biāo)法：校正曲線截距近似零時(shí)，外標(biāo)一點(diǎn)法：用一種濃度對照溶液外標(biāo)一點(diǎn)法：用一種濃度對照溶液 優(yōu)點(diǎn)：簡便，不用校正因子，不必加內(nèi)標(biāo)物優(yōu)點(diǎn)：簡便，不用校正因子，不必加內(nèi)標(biāo)物只需待測組分出峰。只需待測組分出峰。缺點(diǎn)：結(jié)果的準(zhǔn)確度與進(jìn)樣量的重復(fù)性和操作條件的穩(wěn)定缺點(diǎn)：結(jié)果的準(zhǔn)確度與進(jìn)樣量的重復(fù)性和操作條件的穩(wěn)定性有關(guān)。性有關(guān)。 sisiii)()(mAAm 3 3內(nèi)