氣相色譜法藥

第11章氣相相色譜法

（GasChromatography）

11-1概述11-2色譜法基本理論11-3固定相11-4氣相色譜儀11-5分離條件的選擇11-6分析方法11-7氣相色譜法的發(fā)展趨勢1

11-1概述ABriefHistoryofGasChromatography1941,Britishscientists,A.J.P.MartinandR.L.M.Synge(Biochem.J.,1941,35,1358)

*Liquid-liquidpartitionchromatography*Atheoreticalframeworkforthebasicchromatographicprocess——Platetheory

*Apredication,“agasmightbeusedinsteadofaliquidinchromatography”1952,A.T.JamesandA.J.P.Martin

Gas-liquidchromatography,Biochem.J.,1952,50,679(volatilefattyacids)231955年第一臺商品Gas

Chromatograph

（美國PerkinElmer公司）問世；標(biāo)志現(xiàn)代色譜分析的建立。1957年：Golay首先應(yīng)用小口徑capillarycolumn進(jìn)行色譜分離實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明了它具有高分辨率和高效能——即為今日的高效毛細(xì)管氣相色譜法。1953年Janak發(fā)明Gas-solidchromatography1954年Ray發(fā)明熱導(dǎo)檢測器1956年：Ratetheory,theDutchscientist,VanDeemter

。1979年：Dandeneau和Zerenner制備出熔融二氧化硅開管柱（fusedsilicaopentubularcolumn，F(xiàn)SOT）1983年：Hewlett-Packard公司推出0.53mm大口徑capillarycolumn

，大有取代packedcolumn的趨勢。

4DefiniensofGasChromatography(GC)GC固定相StationaryPhase配置Configuration名稱NameLiquidGSCGLC以惰性氣體為流動相的columnchromatography

Liquid+Support

Solidcapillarycolumn(CGC)

packedcolumnMolSieveAdsorbentAdsorbentAdsorbentColumnColumn5InstrumentationofGasChromatographyAgilentGC6890

6SchematicDiagramofChromatographyDatastation(Recorder)7ComparisonbetweenGCandClassicalLCGCLCmobilephase

Gas（對分離結(jié)果的影響相當(dāng)有限）liquidstationaryphase

Adsorbent(GSC)

Liquid(GLC)Adsorbent(LSC)

Liquid(LLC)Temperaturehightemperatureroomtemperatureflowratequickslowdetectionon-lineoff-lineapplicationobjectlimitedbroad8CharacteristicsofChromatographicAnalysis集富集、分離和檢測于一體的高自動化、高選擇性和高靈敏度的分析方法SeparationConcentrationDetectionHighSelectivityHighSensitivityHighAutomatization缺點(diǎn)：只有在450C以下有1.5kPa10kPa的蒸氣壓且熱穩(wěn)定性能好的有機(jī)及無機(jī)化合物才能應(yīng)用GC分離分析。9

11-2

色譜基本理論色譜分析的關(guān)鍵？

完全分離！

分離不開！怎么辦？

峰間距足夠遠(yuǎn)！峰的寬度盡量窄！

分配系數(shù)—熱力學(xué)性質(zhì)組分傳質(zhì)和擴(kuò)散—動力學(xué)性質(zhì)10一、塔板理論（platetheory）連續(xù)分餾操作流程1.分餾塔；2.再沸器；3.冷凝器numberoftheoreticalplates

heightequivalenttoatheoreticalplate

評價柱效111.基本假設(shè)1．在柱內(nèi)一小段高度內(nèi)組分分配瞬間達(dá)平衡（H→理論塔板高度）2．載氣非連續(xù)而是間歇式（脈動式）進(jìn)入色譜柱，每次進(jìn)氣一個塔板體積3．樣品和載氣均加在第0號塔板上，且忽略樣品沿柱方向的縱向擴(kuò)散4．分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)12二項(xiàng)式分布設(shè)載氣中溶質(zhì)含量為q，固定相中的溶質(zhì)含量為p13二項(xiàng)式分布曲線（N<20）

14經(jīng)多次分配后的濃度分布

152.色譜流出曲線方程或或163.色譜流出曲線方程的討論cmax相當(dāng)于色譜峰的峰高（h）

①當(dāng)σ一定時，h與m（進(jìn)樣量）成正比，即h是色譜定量分析的參數(shù)。

②當(dāng)m、tR一定時，h與成正比。③當(dāng)m、n一定時，h與tR成反比。

④將Wh/2=2.355σ代入可得即峰面積A是色譜定量分析的參數(shù)。t>tR或t<tR

c<cmax或h<hmax

174.柱效方程色譜峰越窄，塔板數(shù)n越多，板高H就越小，柱效能越高。

因而n或H可作為描述柱效能的指標(biāo)!

通常氣相色譜填充柱:n在103以上，H在1mm左右；毛細(xì)管柱:n為105~106，H在0.5mm左右。numberofeffectiveplate

heightequivalentofeffectiveplate

18例11-1在柱長2m的5%阿皮松柱上，柱溫100℃的實(shí)驗(yàn)條件下，測定苯的保留時間為1.5min，半峰寬為0.10min。求該柱的理論塔板高度。解：

19塔板理論的討論

(1)當(dāng)色譜柱長度一定時，塔板數(shù)n

越大(塔板高度H越小)，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。

(2)不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)時，應(yīng)指明測定物質(zhì)。(3)柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)K相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。(4)塔板理論無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。20n,H的色譜含義和本質(zhì)？n,H~β,T,u?

W↑?u不同,n不同。Why

?

4.塔板理論的局限性1.較好地解析了色譜曲線形狀2.濃度極大點(diǎn)cmax的位置是tR(即VR)3.可用n評價柱效成功之處某些基本假設(shè)并不完全符合柱內(nèi)實(shí)際發(fā)生的分離過程，如組分在塔板內(nèi)達(dá)到分配平衡及縱向擴(kuò)散可以忽略等。不足之處21二、速率理論

1956年荷蘭學(xué)者vanDeemter等在研究GLC時，提出了色譜過程動力學(xué)理論——速率理論。他們吸收了塔板理論中板高的概念，并充分考慮了組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過程，從而在動力學(xué)基礎(chǔ)上較好地解釋了影響板高的各種因素。該理論模型對氣相、液相色譜都適用。vanDeemter方程的數(shù)學(xué)簡化式為221．渦流擴(kuò)散項(xiàng)A（多徑項(xiàng)）dp:填充物的平均直徑

λ:填充不規(guī)則因子

A與流動相的性質(zhì)、線速度和組分性質(zhì)無關(guān)。

使用細(xì)而均勻的顆粒，并且填充均勻是十分必要的。對于空心毛細(xì)管，不存在渦流擴(kuò)散。因此A＝0。232.分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u（縱向擴(kuò)散項(xiàng)）

γ:是填充柱內(nèi)載氣擴(kuò)散路徑彎曲的因素，稱彎曲因子Dg:為組分在載氣中擴(kuò)散系數(shù)（cm2·s-1）。24

相對分子質(zhì)量大的組分，Dg小，即B小

Dg隨柱溫升高而增加，隨柱壓增大而減??；載氣相對分子量大，Dg小，即B??；

u增加，組份停留時間短，縱向擴(kuò)散?。?B/u)球狀顆粒；大的相對分子質(zhì)量重載氣；適當(dāng)增加流速；短柱；低溫。討論：253．傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cu對于GLC流動相固液界面固定液組分分子ClCg氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)液相傳質(zhì)阻力系數(shù)填充物粒度Cg~k?26固定液的液膜厚度組分在液相的擴(kuò)散系數(shù)方程對選擇色譜分離條件具有實(shí)際指導(dǎo)意義如何求A、B、C？27討論：

減小填充顆粒直徑dp，均勻填充；采用分子量小的載氣，使Dg增加；減小液膜厚度df，Cl下降。但此時k又減小。因此，當(dāng)保持固定液含量不變時，可通過增加固定液載體的比表面來降低df。但比表面過大又會因吸附過強(qiáng)使峰拖尾。增加柱溫，可增加Dl，但k值也減小，為保持合適Cl值，應(yīng)控制柱溫。28毛細(xì)管柱速率理論（Golay方程）

與填充柱GC理論相比，C項(xiàng)中的液相傳質(zhì)阻力項(xiàng)完全相同。可以說無原則上的區(qū)別，只是其中：在毛細(xì)管柱中因無填充物，所以不存在渦流擴(kuò)散，A=0。分子擴(kuò)散項(xiàng)與填充柱相似，但因管中無填充物，因此彎曲因子γ=1。傳質(zhì)阻力項(xiàng)與填充柱相似，但以柱半徑代替了載體粒度dp。且Cs一般比填充柱小，氣相傳質(zhì)阻