第1章-氣相色譜分析

1、n 色譜法色譜法(chromatography)：以試樣：以試樣組分在組分在固定相和流動相間的固定相和流動相間的溶解、吸附、分配、離子溶解、吸附、分配、離子交換或其他親和作用的差異為依據(jù)交換或其他親和作用的差異為依據(jù)而建立起來的各種分離分析方法分離分析方法稱色譜法。n色譜柱：進行色譜分離用的細長管。n固定相：（stationary phase） 管內保持固 n 定、起分離作用定、起分離作用的填充物。n流動相：（mobile phase）流經(jīng)固定相的空隙n 或表面的沖洗劑沖洗劑。n按固定相的幾何形式分類：n 1.柱色譜法，n 2.紙色譜法，n 3.薄層色譜法n按兩相所處的狀態(tài)分類 氣相色譜法液相

2、色譜法氣氣-固固色譜法液液-固固色譜法氣氣-液液色譜法 液液-液液色譜法皂膜流量計轉字流量計調整儀，標準儀Setup of Gas Chromatograph圖1 、色譜過程 圖2、 色譜圖ABKAKB n色譜圖 試樣中各組分經(jīng)色譜柱分離后，按先后次序經(jīng)過檢測器時，檢測器就將流動相中各組分濃度變化轉變?yōu)橄喔鹘M分濃度變化轉變?yōu)橄鄳碾娦盘枒碾娦盘枺捎涗泝x所記錄下的信號信號時間曲線時間曲線或信號信號流動相體積曲線流動相體積曲線，稱為色譜流出曲線色譜流出曲線，基線：基線： 在操作條件下，僅有純流動相純流動相進l 入檢測器時的流出曲線。 a a、峰底寬 WD = 4=1.70 Wh/2 b、半高峰

3、寬 Wh/2=2.355 c、標準偏差峰寬 W0.607h=2 1) 保留時間 ：從進樣至被測組分出現(xiàn)濃度最大值時所需時間tR。 2) 保留體積 ：從進樣至被測組分出現(xiàn)最大濃度時流動相通過的體積，VR。 死時間：死時間： n 不被固定相滯留的組分，從進樣至出現(xiàn)濃度最大值時所需的時間稱為死時間(dead time)，tM。n死體積死體積: n 不被固定相滯留的組分，從進樣至出現(xiàn)濃度最大值時流動相通過的體積稱為死體積(dead volume) ，VM。（F0為柱尾載氣體積流量）n VM = tM F 01) 調整保留時間：扣除死時間后的保留時間。 tR?= tR tM) 調整保留體積：扣除死體積后

4、的保留體積。n VR ? = VR VM 或 VR ? = tR ? F0n相對保留值（相對保留值（relative retention）n 在相同的操作條件下，待測組分與參比組分的調整保留值之比，用ri，s 表示)()()()(sRiRsRiRsiVVttr ，ri，s =1時兩個組分不能分離。（distribution coefficient）n 在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相間達到分配平衡時的濃度比值，用K表示。 。n2、容量因子容量因子（capacity factor） 在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相之間分配達到平衡時的質量比，稱為容量因子，也稱分配比，用k表示。

5、n msccK mmssVcVck ncs、cm分別為組分在固定相和流動相的濃度(g/ml)；V m為色譜柱中流動相的體積，近似等于死體積， Vs為色譜柱中固定相的體積。和分配比之間的關系和分配比之間的關系n分配系數(shù)分配系數(shù)K 與柱中固定相和流動相的體積無與柱中固定相和流動相的體積無關，而取決于組分及兩相的性質，并隨柱溫、關，而取決于組分及兩相的性質，并隨柱溫、柱壓變化而變化。柱壓變化而變化。 容量因子容量因子k 決定于組分及固定相的熱力學性決定于組分及固定相的熱力學性質，隨柱溫、柱壓的變化而變化，還與流動質，隨柱溫、柱壓的變化而變化，還與流動相及固定相的體積有關。相及固定相的體積有關。n理論

6、上可以推導出：1KVVKkMS MRMRVVttk Phase ratio(相比，): VM / VS, 反映各種色譜柱柱型及其結構特征填充柱（填充柱（Packing column）: 635 毛細管柱（毛細管柱（Capillary column）: 501500MSRVKVV色譜過程的基本方程式：色譜過程的基本方程式：MsMMRVVKtktt )1 ()1 (kVVKtttMMsMR kttMR SMRKVkVV kVVMR Martin and Synge 1941）n 塔板理論認為，一根柱子可以分為n段，在每段內組分在兩相間很快達到平衡，把每一段稱為一塊理論塔板。設柱長為L，理論塔板高度

7、為H，則 n H = L / nn式中n為理論塔板數(shù)。n 理論塔板數(shù)（n）可根據(jù)色譜圖上所測得的保留時間（tR）和峰底寬（w）或半峰寬（ wh/2 ）按下式推算：2)(16WtnR22)(54. 5hRWtn 或有效塔板數(shù)（neff）的計算公式為；222/)(16)(54. 5wtwtnRhReff 通常用有效塔板數(shù)（n neffeff）來評價柱的效能比較符合實際。 neff 越大或H Heffeff越小，則色譜柱的柱效越高。 Heff=L/neff n = 1+k k2 neffJ. J. Van Deemter 1956） 速率理論認為，單個組分粒子在色譜柱內固定相和流動相間要發(fā)生千萬次轉

8、移，加上分子擴散和運動途徑等因素，它在柱內的運動是高度不規(guī)則的，是隨機的，在柱中隨流動相前進的速度是不均一的。 A項為渦流擴散項渦流擴散項；B/ u項為分子擴散項為分子擴散項；C u為傳傳質項質項，；u為載氣線速度，單位為cm/s。范第姆特方程式(Van Deemter equation)CuuBAH Stationary phaseStationary liquidCapillary wallresolutionresolution相鄰兩色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬度平均值之比，用R表示。分離度可以用來作為衡量色譜峰分離效能的指標。n R 越大，表明兩組分分離效果越好n 保留值之差取決

9、于固定液的熱力學性質n 色譜峰寬窄反映色譜過程動力學因素n 及柱效能高低21)1()2(21)1()2()(22wwttwwttRRRRR對于峰形對稱且滿足正態(tài)分布的色譜峰：R=1, 分離程度為98%； R=1.5，分離程度可達99.7%。 所以所以R=1.5時可認為色譜峰已完全時可認為色譜峰已完全分開。分開。n設兩相鄰峰的峰寬相等，即w1=w2，則2)1()2(21)1()2()(2wttwwttRRRRR2)(16WtnRntntWRR)2(2)2(2416又知另1 , 21212)1()2(rkkttttttMRMRRR ）（）（2)2(kttMR )1)(1)(4(221 , 21 ,

10、 2kkrrnR)1(1 , 21 , 2rr)1(22kk稱為柱效項；稱為柱選擇項；容量因子項。4n)1)(4(1 , 21 , 2rrnReff r12，相對保留因子n與柱效的關系（柱效因子）n與容量因子的關系R nR n1/21/2增加柱長減小塔板高度限制：L過長，保留時間延長，分析時間延長，色譜峰擴展。使用性能優(yōu)良的色譜柱，并選擇最佳分離條件k值增大，有利于分離，但k 10時，對R的增加不明顯，也會顯著增加分析時間k的最佳范圍：1 10n與柱選擇性的關系 分離度、柱效、柱選擇性的關系r2,1越大，柱選擇性越好，分離效果越好。如果兩個相鄰峰的選擇因子足夠大，則即使色譜柱的理論塔板數(shù)較小，

11、也可以實現(xiàn)分離。 L = 16R2H有效有效 -12= n有效有效 H有效有效設有一對物質，其r2,1=1.15,要求在Heff=0.1cm的某填充柱上得到完全分離，試計算至少需要多長的色譜柱？n解：要實現(xiàn)完全分離，R1.5,故所需有效理論塔板數(shù)為：使用普通色譜柱，有效塔板高度為0.1cm,故所需柱長應為：m.L2102112 實際工作中，為了縮短分析時間，常使流速稍高與最佳流速。n一、固定相的類型：n 吸附劑型固定相 n 固定相n 擔體+固定液型固定相n常用吸附劑型固定相有：n n常用擔體+固定液型固定相中：n常用擔體有：n1、紅色擔體：（101型擔體）n 特點是：表面空隙小、比表面積大、機

12、械強度n 高、擔液能力強、表面有吸附中心。n2、白色擔體：（6201型擔體）n 特點是：表面空隙較大、比表面積較小、機械n 強度較差、擔液能力中、表面無吸附中心。n3、非硅藻土型擔體：聚合氟塑料擔體、玻璃n 微球擔體、高分子微球擔體等。特點是：表面空隙適中、比表面積適中、機械強n 度較強、耐高溫、耐強腐蝕、價格偏高。n硅藻土型擔體用前要預處理：酸洗、堿洗、硅烷化。硅藻土型擔體用前要預處理：酸洗、堿洗、硅烷化。n二、固定液的類型：n三、固定液的極性：n 固定液與待測化合物之間的作用力主要屬定向力、誘導力、色散力、氫鍵力等弱相互作用為主，所以固定相的極性對分離過程非常重要，固定相極性用相對極性P的

13、公式表示：n規(guī)定：,-氧二丙腈固定液的P=100、rttqqqqqPRRxx2121211lglg100100)(， n四、固定液選擇示例 通用檢測器有：通用檢測器有：n1 1、熱導池檢測器，、熱導池檢測器，TCD (Thermal conductivity TCD (Thermal conductivity n detector) detector)n2 2、氫火焰離子化檢測器、氫火焰離子化檢測器,FID,FID (Hydrogen flame (Hydrogen flame n ionization detector) ionization detector) n專用檢測器有：專用檢測器有

14、：n3 3、電子俘獲檢測器，、電子俘獲檢測器，ECD (Electron capture ECD (Electron capture n detector) detector) n4 4、火焰光度檢測器，、火焰光度檢測器，F(xiàn)PD (Flame photometric FPD (Flame photometric n detector) detector) n特殊檢測器有：特殊檢測器有：FTIRFTIR、MSMS、Self-study & Exam: 熱導池的構造，工作原理及影響檢測靈敏度的因素。Self-study & Exam: 氫火焰檢測器的構造，工作原理及影響檢測靈敏度的

15、因素。icmmgmVCRS)3/()( dtFdmdVdmCi0 tdccCSctdcRxdcRxdhAi 21211FccmSmdFccStdccCSAi02102121 3021/:cmmgmVunitmAFccSC sgmVunitmAccSm/:2160 SNcYQmmh3605. 122/0 SNcFYQCCh3605. 1202/0 hYAh 2/605. 1NchC31 注意：)lglglglg(1001ZXXXXZZZiiI ITCABX1X2n-heptane: n-octane:Figure Sketch map for determination of rotention

16、 index mi = fi Aimi ：待測物質質量：待測物質質量fi ：待測物質定量校正因子：待測物質定量校正因子Ai ：待測物質色譜峰的積分面積：待測物質色譜峰的積分面積0103hY1/2SignalthYAh 2/605. 12)85. 015. 0YYhA （tbhYhARh 2/Quantitative calibration factor）iiiAfm iiiAmf 1.質量校正因子（質量校正因子（Mass calibration factor fm ） siis)m( s)m( immAmAfff 2.摩爾摩爾校正因子（校正因子（Molar calibration factor fM ） 各物質的量以摩爾數(shù)計，各物質的量以摩爾數(shù)計，Mi , Ms分別表示被測分別表示被測 物與標準物質的相對分子質量（摩爾質量）物與標準物質的相對分子質量（摩爾質量）ismisisis)M( s)M( iMMMfMmAMmAfff 如果經(jīng)常需要測定同一物質，可固定試樣的稱取量，并加入恒定量的內標物，此時fi mS / fs m為一常數(shù)故： wi Ai / ASFigure Intern