第十一章气相色谱分析法教案.doc

江西应用技术职业学院教案首页本学期授课次序45授课班级03化工01课题名称第九章 原子发射光谱分析法 §9-1教学目的要求1. 1.掌握原子发射光谱分析法基本原理。2. 2.掌握原子发射光谱分析法的特点。3. 3.掌握谱线强度及其影响因素。教学重点及难点重点:1、原子发射光谱分析法基本原理。2、线强度及其影响因素。难点: 1、原子发射光谱分析法基本原理。2、谱线强度及其影响因素。教学程序设计次序内 容计划时间12345复习小结上次课的主要内容。原子发射光谱分析法基本原理。原子发射光谱分析法的特点。谱线强度及其影响因素。小结本次课内容。1040103010作业及思考题：P1571 思考题：原子吸收光谱仪与原子发射光谱仪在原理上有什么不同？钾、钠的能级排布图有什么不同？哪个原子的最大吸收波长长？课前提示： 在教学过程中和同学们一起回顾原子的基态及激发态，区分吸收光谱与发射光谱的区别、用途。在学生讨论时间可以和学生一起讨论书后的习题，加深理解和掌握。教学实施经验小记（附后）第九章 原子发射光谱分析法（本章共12学时，其中讲授6学时，实验6学时）历史背景资料一般认为原子发射光谱是1860年德国学者基尔霍夫（Kirchhoff GR）和本生（Bunsen RW）首先发现的，他们利用分光镜研究盐和盐溶液在火焰中加热时所产生的特征光辐射，从而发现了Rb和Cs两元素。其实在更早时候，1826年泰尔博（Talbot）就说明某些波长的光线是表征某些元素的特征。从此以后，原子发射光谱就为人们所注视。§9-1 概 述引入 原子发射光谱法是一种成分分析方法，可对约70种元素（金属元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金属元素）进行分析。这种方法常用于定性、半定量和定量分析。讲述一、基本原理（一）原子发射光谱的产生原子发射光谱是由于原子的外层电子在不同能级之间的跃迁而产生的。利用物质的原子发射光谱来测定物质的化学组成的方法，称为光谱分析法或称为发射谱分析法。在正常情况下组成物质的原子是处于稳定状态的，这种状态称为基态，它的能量是最低的。但是，当原子从基态迁到激发态时所需的能量称为激发电位，以电子伏特（ev）为单位。处于激发态的原子很不稳定，约经108s后，原子即恢复到正常状态，这时它便跃迁回基态或其他较低的能级，在电子从离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道的过程中，就释放出多余的能量，这部分能量以光的形式辐射出来，因此就产生发光光谱。发射光谱的能量可用下式表示：EE2E1h·vh·式中： E2高能级的能量E1低能级的能量h普朗克常数v发射光的频率发射光的波长c光速从式可知，每一条发射光谱的谱线的波长，和跃迁前后的两个能级之差成反比。由于原子内的电子轨道是不连续的（量子化的），故得到的光谱是线光谱。【提示】因为组成物质的各种元素的原子结构不同，所产生的光谱也就不同，也就是说，每一种元素的原子都有它自己的特征光谱线。 【小结】光谱分析就是检测这些特征谱线是否出现，以鉴别某种元素是否存在，这是光谱定性分析的基本原理。同样，在一定条件下，这些特征光谱线的强弱与试样中欲测元素的含量有关，通过测量特征光谱线的强度，可以鉴定元素的含量，这是光谱定量分析及半定量分析的原理依据。所以，发射光谱分析的主要过程是在外加能量的作用下，使试样变成激发态的气态原子，随后将激发态原子所产生的辐射经过摄谱仪器进行色散分光，形成光谱图；最后根据所得光谱图进行光谱定性分析或定量分析。（二）谱线强度及其影响因素1.谱线强度原子的核外电子I、J两个能级间跃迁，其发射谱线强度II,J为单位时间、单位体积内光子发射的总能量。光谱线强度与元素浓度之间存在如下关系，即所谓的罗马金赛伯经验公式：IAcb式中：b自吸收系数I谱线强度c元素含量A发射系数发射系数A与试样的蒸发，激发和发射的整个过程有关，与光源类型、工作条件、试样组分、元素化合物状态以及谱线的吸收现象也有关系，由激发电位及元素在光源中的浓度等因素决定。元素含量很低时谱线自吸收很小，这时b1，元素含量较高时，谱线自吸收现象较严重，此时b1。因此实际使用过程中，往往采用罗马金公式的对数形式，这样，只要b是常数，就可得到线性的工作曲线。由此可见，在一定条件下，谱线强度尺与试样中原子浓度有关，这正是原子发射光谱定量分析的基础。2.影响谱线强度的因素影响谱线强度的因素主要有以下几个方面。（1）激发电位激发电位增高，处于该激发态的原子数将迅速减少，因此，谱线强度将减弱。（2）跃迁几率跃迁几率是指电子在某两个能级之间每秒跃迁的可能性的大小，它与激发态的寿命成反比，也就是说原子处于激发态的时间越长，跃迁几率越小，产生的谱线强度越弱。（3）激发温度理论上光源的激发温度越高，谱线强度越大。但实际上，温度升高，除了使原子易于激发外，同时也增加了原子的电离，因此，元素的离子数不断增多，原子数不断减少，从而导致谱线强度减弱，所以，实验时应选择合适的激发温度。（4）基态原子数谱线强度与进入光源的激态原子数成正比，因此一般情况下，试样中被测元素的含量越大，发射的谱线也就越大。小结4. 1.原子发射光谱分析法基本原理。5. 2.原子发射光谱分析法的特点。6. 3. 谱线强度及其影响因素。7.教学实施经验小记：激发态可以有几个，基态却只有一个，同学们不能理解，举了好几个具体事例才能明白。复习能级排布图。江西应用技术职业学院教案首页 本学期授课次序46授课班级03化工01课题名称第九章 原子发射光谱分析法简介 §9-2教学目的要求1. 掌握原子发射光谱分析仪的光源。2. 掌握原子发射光谱分析仪的分光系统。3. 掌握原子发射光谱分析仪的检测系统。教学重点及难点重点：发射光谱分析仪的光源。难点：发射光谱分析仪的光源。教学程序设计次序内 容计划时间12345复习小结上次课的主要内容。原子发射光谱分析仪的光源。发射光谱分析仪的分光系统。发射光谱分析仪的检测系统。小结本次课内容。1050504040作业及P1572 P1573思考题：1. ICP的含义？2. 光电倍增管负高压的控制原理？3. 光栅的构造及作用。课前提示：1、 在教学过程中要多引导同学们去思考问题，引导同学们理解知识，这样教学效果会更好。2、 本次课内容较多，要合理安排时间，抓住授课重点。3、 仪器的分光系统与检测系统要讲深讲透。教学实施经验小记（附后）。§9-2 发射光谱分析仪器 引入原子发射光谱分析仪的基本构造为：光源单色器检测器-显示系统。与原子吸收光谱分析仪的基本构造有何不同？讲述一、激发光源电感耦合高频等离子体光源1.激发光源它在文献上常简称为ICP光源，由高频发生器，同轴的三重石英管和进样系统三部分组成。其结构如右图所示。石英管中通入氩气，在石英管的上部绕有24匝线圈，并使之与高频发生器感应耦合而形成等离子体，然后通过雾化器把试样和载气（氩气）导入等离子气体，进行激发和发射光谱分析。这种光源工作温度高，又是惰性气体条件下，几乎任何元素都不能以化合物的状态存在。原子化条件下，谱线强度大，背景小，可使测定的检出限降低；同时，光源稳定、分析结果重现性好，准确度高。利用ICP作为光源，目前已广泛地应用于各种材料中微量元素的发射光谱分析。ICP是近来发展最快的一种新型光源。图91ICP光源【提问】原子发射光谱分析仪还有哪些常用光源？（学生例举，老师总结）2.高频发生器高频发生器采用电感反馈式振荡电路，使FU5S电子管形成自激振荡。经过LC匹配电路使振荡功率通过50欧姆同轴电缆输出到负载匹配电路，再调节负载匹配电容，使输出功率最大，并加到等离子炬管上。在50欧姆同轴电缆传输线上装有定向耦合器，耦合出功率信号，经检波后加到控制电路放大器的输入端，实现功率自动控制。振荡电子管的阳极电压供电系统采用：单相220V电压经高压变压器升到4500V，然后经整流、滤波，再加到电子管的阳极上。高压变压器初级线圈前接两个半饱和电抗器。改变半饱和电抗器直流线圈绕组的电压，就能够改变半饱和电抗器交流线圈绕组上的输出交流电压。控制系统：半饱和电抗器直流绕组上的电压是由一路30V交流电压经整流、滤波后加到印刷电路板上的调整晶体管上。它的调节过程是改变基准给定电压，经过放大器、晶体管调整电路来改变输出电压的大小。当输出功率在0档时，输出直流电压在（68）V之间；当输出功率在1档时，输出直流电压在（2224）V；也就是控制高压变压器从3000V至4500V之间的变化。来自功率反馈的信号电压也同时进入放大器的输入端，与基准给定电压进行比较。反馈电压的变化就会引起输出电压的变化，这样就达到了自动控制的目的。3.扫描分光器【提问】分光器的组成？分光器是由光室、入射狭缝、反光镜、光栅、出射狭缝和光栅驱动装置所组成。入射狭缝连续可调，光栅为3600刻线每毫米，焦矩为1000mm。ICP发出的复合光经入射狭缝射到反射镜上，再由反射镜反射到光栅上将复合光分成单色光。由计算机控制光栅驱动装置，转动光栅到需要的光谱波长，通过反射镜反射到出射狭缝，由光电倍增管接收光信号。扫描系统是由计算机控制、步进电机驱动的精密机械传动装置。为保证系统传动的平稳性和精密度，结构、材质、重量配分上都做了精心设计。小模数的蜗杆直接驱动光栅转动，保证了系统的平稳性好、精度高、积累误差小的优点，提高了分析数据的稳定性和精密度。4.电子测量及控制电路电路系统共有通讯，光电倍增管高压控制，步进电机控制和信号采集四项功能。为使结构紧凑，整个电路设计为一块电路板。采用微处理器ROM大规模可编程门阵列作为整个电路的控制核心。通过采用RS232标准接口作为仪器和计算机之间的通迅接口。并采用专用通讯集成路MAX202作为RS232接口的通讯口，按预先设定的波特率进行数据传输。光电倍增管负高压的控制原理：计算机自动根据扫描谱线测量强度值的大小进行逻辑判断，数据转换。程序控制设置高压模块的传输供给光电倍增管的负电压值，以对应不同元素的不同强度。光栅马达驱动部分电路的原理：在步进电机四相八拍（每拍0.9°）的基础上，采用电路微分技术，使电机转动一周为12800步。根据计算机表中填的波长数计算出应走的步数。再由CPU控制内部接口电路，通过可编程门阵列组合的逻辑电路及调整电路、功放电路、控制步进电机转动相应的定位步数。信号采集电路采用高精度高阻抗的运算放大器作为信号输出的调节放大电路，由中央处理器控制放大器的放大信号。信号经放大输出到V/F转换器，再通过中央处理经RS232通过接口到计算机进行数据处理。由一组开关电源提供给整个电路。小结1. 原子发射光谱分析仪的光源。2. 发射光谱分析仪的分光系统。3. 发射光谱分析仪的检测系统。教学实施经验小记:ICP光源产生是重点也是难点，特别是三同心矩管的作用及构造，用实物讲解既直观又容易接受。江西应用技术职业学院教案首页本学期授课次序 47授课班级03化工01课题名称a) 第九章 原子发射光谱分析法简介 §9-3、§9-4教学目的要求1. 掌握发射光谱的定性、定量和半定量分析。2. 了解火焰光度分析法的基本过程。3. 掌握火焰光度分析仪器。4. 了解火焰光度定量分析方法及应用。教学重点及难点8. 重点：1、发射光谱的定性、定量和半定量分析。2、火焰光度分析仪器。9. 难点：火焰光度分析仪器。教学程序设计次序内 容计划时间123456复习小结上次课的主要内容。发射光谱的定性、定量和半定量分析。火焰光度分析法的基本过程。火焰光度分析仪器。火焰光度定量分析方法及应用。小结本次课内容。53510201010作业及思考题：P1578 P1579思考题：1、 定量和半定量分析分别应用于哪些分析？2、 火焰光度分析仪的构造？3、 发射光谱的定性分析的依据？课前提示：1. 在教学过程中要多引导同学们去思考问题，引导同学们理解知识，这样教学效果会更好。2. 本次课内容较多，要合理安排时间，抓住授课重点。3. 要求学生在上这次课之前要预习。教学实施经验小记（附后）§9-3 发射光谱分析的应用 引入把经过分光系统分光后得到的光照在感光板上，感光板感光、显影、定影、得到许多距离不等、黑度不同的光谱线。在映谱仪上观察谱线的位置及大致强度，进行光谱定性、半定量分析。在测微光度计上测量谱线强（黑）度进行光谱定量分析。讲述一、 光谱的定性分析原子发射光谱定性分析一般采用摄谱法。按照分析目的和要求不同，可分为制定元素分析和全部组分元素分析两种。目前确认谱线最常用的方法有标准光谱图比较法和标准试样光谱比较法。1 直接比较法2 谱图比较法-铁光谱图铁的光谱线较多，4 5千条，波长分布范围较宽210660nm 之间，每条谱线的波长都已精确测定，通过把铁光谱当作一把标尺，在放大20倍的纯铁光谱图上方准确标示出68种元素的灵敏线按波长的位置、相对强度原子线、离子线。制成“元素标准光谱图”铁光谱图：把摄得的谱板在映谱仪上放大20倍，使纯铁光谱与标准铁光谱图对齐，看样品光谱上的谱线与哪个元素的谱线重合，则可认为可能存在该元素。 【提示】此法可同时进行多种元素的定性分析。 对于光谱定性分析，除了要给出试样中存在哪些元素外，还应据谱线的强弱来判断那些元素是主要成分，那些元素为微量成分二、 光谱的定量分析1 内标法的基本原理原子发射谱线强度 I 与浓度成正比定量分析的依据 I = a C b C低 b1， C高 b1 a 与光源、蒸发、激发等条件及试样组成有关b 为自吸系数，与谱线性质有关 b 1lg I = b lg C + lg a光谱定量分析的基本关系式以 lg I 对lg C 作图，所得曲线在一定范围内为一直线。当元素含量较高时，谱线产生自吸，b<1，曲线发生弯曲。lgI-lgc关系曲线的直线部分可作为元素定量分析的标准曲线。这种测定方法称为绝对强度法。要求实验条件恒定，无自吸现象，实际上很难做到，通常采用相对强度法内标法进行分析，可消除实验条件对测定结果的影响。2 三标准试样法以lgI，lgR为纵坐标，以待测元素的含量的对数lgc为横坐标作图的方法。将三个或三个以上不同含量标准样与未知样在同一条件下在同一感光板上摄谱，分别测定各标样和试样的分析线对的黑度差，以s为纵坐标，以待测元素的含量的对数lgc为横坐标绘制标准曲线。为正确作出工作曲线,所用的试样不得少于三个,又称”三标准试样法”.测定时，每一标样及分析试样一般摄三次谱。三、 光谱的半定量分析【提示】1) 在实际工作中常常需对试样中组成元素的含量作粗略估计。在钢材、合金的分类，矿石品级的评定以及在光谱定性分析中，除需要给出试样中存在那些元素外，还需要给出元素的大致含量。这时可用半定量分析法快速、简便的解决问题。2) 半定量分析法的准确度较差。3) 光谱半定量分析的依据是：谱线的强度和谱线的出现情况与元素含量有关4) 常用的半定量分析法是谱线黑度比较法和谱线呈现法。 1.谱线强度比较法在映谱仪上用目视法直接比较试样和标样光谱中元素分析线的黑度，从而估计试样中待测元素的含量。若与某标样黑度相等，表明待测元素与此标样的含量近似该法的准确度取决于被测试样与标样基体组成的相似程度。2.谱线呈现法谱线的数目随着元素含量的增加，灵敏线、次灵敏线和其它较弱的谱线也会依次出现，预先配制一系列浓度不同的标样，在一定条件下摄谱。据不同浓度下出现谱线及强度情况绘成关系表谱线与含量关系表谱线呈现表。以后根据某一谱线是否出现来估计试样中该元素的大致含量。若试样光谱中铅的分析线仅283.31nm、261.42nm、280.20nm三条谱线清晰可见，根据谱线呈现表可判断试样中Pb的质量分数为0.003%。优点：不需要每次配制标样，方法简便快速。表9-1为铅的谱线呈现表。四、火焰光度分析法火焰光度分析法的基本过程火焰光度分析仪1、燃烧系统光源：包括喷雾器、雾化室和喷灯。 试液经喷雾器分散在压缩空气中成为雾，然后与可燃气体混合，在喷灯上燃烧，待测组分被激发发射谱线。2、光学系统光学系统：包括滤光片、光栅等，目的在于分离不需要的谱线，让被测元素灵敏线通过。3、光电检测系统常用的灵敏线是：锂670.8nm(红)，钠589.3nm(黄)，钾766.5nm(暗红)，钙422.7nm(砖红)。检测系统：光电池(或光电管)和检流计火焰光度定量分析方法标准曲线法标准加入法小结1. 发射光谱的定性、定量和半定量分析。2. 火焰光度分析法的基本过程。3. 火焰光度分析仪器。4. 火焰光度定量分析方法及应用。教学实施经验小记：本次课内容较多，学生们有点消化不良，特别是发射光谱的定性、定量和半定量分析，晚上辅导时讲解几个习题。本章自测题1影响谱线强度的因素主要有 、 、 、 。2发射光谱的仪器主要由 、 和 三部分组成。3原子发射光谱定性的方法有（ ）A直接比较法 B 铁谱比较法 C 谱线强度比较法D 谱线呈现法4发射光谱中，近年来发展最快的新型光源是（ ） A 交流电弧 B 高压电火花 C 直流等离子体光源 D ICP5谱线呈现法定量是怎么一回事？6ICP光源与其他光源相比有什么优点？7谱线条件应如何选择？8发射光谱定性依据？9发射光谱半定量有哪些方法？10发射光谱分析的特点？江西应用技术职业学院教案首页本学期授课次序57授课班级03化工01课题名称第十一章气相色谱分析法 §11-1、§11-2教学目的要求1. 掌握气相色谱法的概念及分类。2. 掌握气相色谱的分离原理。3. 掌握气相色谱仪的分析流程。4. 掌握气相色谱的固定相及其选择。教学重点及难点重点：1、气相色谱的分类及分离原理。2、气相色谱的固定相及其选择。难点：1、气相色谱的分类及分离原理。2、气相色谱的固定相及其选择。教学程序设计次序内 容计划时间123456复习小结上次课的主要内容。气相色谱法的概念及分类。气相色谱特点及分离原理。气相色谱仪的分析流程。掌握气相色谱的固定相及其选择。小结本次课内容。5152540405作业及思考题：P2312 P280121、 布置同学们预习。2、 什么是气相色谱法？3、 什么是流动相、固定相？4、 比较气液色谱与气固色谱分离原理？课前提示：1、本次课内容较多，要全理安排时间，抓住授课重点。2、色谱分离原理要讲深讲透。3、气相色谱特点与前面讲的仪器有什么不同？教学实施经验小记（附后）第十一章 气相色谱分析法（本章共16学时，其中讲授10学时，实验6学时） 历史背景资料色谱法是1901年由俄国植物学家茨维特提出，最初的认识是在于它的分离价值，用于分离植物中的色素等有色物质。现代的发展，不再局限于有色物质，而且大量用于分离无色物质。气相色谱法（GC）是英国生物化学家马丁等人在研究液液分配色谱的基础上，于1952年创立的一种极有效的分离方法，它可分析和分离复杂的多组分混合物。 气相色谱与质谱（GCMS）联用、气相色谱与Fourier红外光谱(GCFTIR)联用、气相色谱与原子发射光谱（GCAES）联用。本章基本要点：1. 了解色谱法的分类；2. 掌握色谱分析的基本原理；3. 理解柱效率的物理意义及其计算方法；4. 理解速率理论方程对色谱分离的指导意义。5. 掌握分离度的计算及影响分离度的重要色谱参数。6了解气相色谱的优点及适用范围；7. 理解固定相及重要操作条件的选择；8. 理解常用检测器的原理及适用范围；9. 理解常用定性分析及定量分析方法的优点。§11-1 概 述引入本次课我们开始讲一种新的仪器-气相色谱法（GC），其主要应用于：在柱温条件下有一定蒸气压且稳定性好的样品都能测定，只要在 196 450 温度范围内有27 1330 Pa蒸气压且不分解的物质原则上都能测定，不论它是气体、液体和固体对于挥发性低和受热易分解的物质，若能通过化学衍生方法使其转化为挥发性大、热稳定性好的衍生物，同样可用气相色谱分离和分析。 GC 专长：同系物（其它方法无法测定） GC 主要用于分离和定量，可广泛应用在环保、临床、药物、农药、食品、污染物等方面的测定。对不宜汽化的高分子，热稳定性差、化学性质极为活泼或强腐蚀性物质不能用GC测定。应用范围受到限制，在所有的有机物分析中只有1520%能用GC进行分离分析。讲述一、色谱法及其分类（一）色谱法10. 色谱法：根据各物质在两相中的分配系数（表示溶解 或 吸附的能力）不同而进行分离、分析的方法。11. 各组分被分离后，可进一步进行定性和定量分析：12. 经典：分离过程和其含量测定过程是离线的，即不能连续进行13. 现代：分离过程和其含量测定过程是在线的，即 能连续进行14. 经典色谱法：将潮湿的碳酸钙挤出玻璃管，用刀将各色带切下，用适宜的方法进行分析；15. 现代色谱法：当一个两组分（A和B）的混合物样品在时间t1从柱头加入，随着流动相不断加入，洗脱作用连续进行，直至A和B组分先后流出柱子而进入检测器，从而使各组分浓度转变成电信号后在荧光屏上显示出来。16. 根据峰的位置（出峰时间 t ） 定性17. 根据峰的面积 A （或峰高h） 定量18. （二） 色谱法分类19. 一）按两相物理状态分20. 1. 气相色谱法 (gas chromatography 简称 GC)用气体作流动相的色谱法。21. 气 -固色谱法 GSC (固定相为固体吸附剂)22. 气相色谱法 23. 气-液色谱法 GLC (固定相为涂在固体或毛细管壁 24. 上的液体)25. 2. 液相色谱法 (liquid chromatography 简称 LC)用液体作流动相的色谱法。26. 液-固色谱法 LSC（固定相为固体吸附剂）27. 液相色谱法28. 液-液色谱法 LLC（固定相为涂在固体载体上29. 的液体）30. 3. 超临界流体色谱法 (SFC) 31. 用超临界状态的流体作流动相的色谱法。32. 超临界状态的流体不是一般的气体或流体 , 而是临界压力和临界温度以上高度压缩的气体 , 其密度比一般气体大得多而与液体相似 , 故又称为 “ 高密度气相色谱法 ”33. 二）按分离原理分34. 1. 吸附色谱法（ adsorption chromatography ）：35. 【定义】根据吸附剂表面对不同组分物理吸附能力的强弱差异进行分离的方法。36. 如：气一固色谱法、液-固色谱法吸附色谱37. 2. 分配色谱法 （partition chromatography ）：38. 根据不同组分在固定相中的溶解能力和在两相间分配系数的差异进行分离的方法。39. 如：气-液色谱法、液-液色谱法分配色谱40. 3. 离子交换色谱法（ion exchange chromatography ）41. 根据不同组分离子对固定相亲和力的差异进行分离的方法。42. 4. 排阻色谱法（ size exclusion chromatography）：43. 又称凝胶色谱法 （gel chromatography ）, 44. 【提示】根据不同组分的分子体积大小的差异进行分离的方法。45. 其中：以水溶液作流动相的称为凝胶过滤色谱法 ；以有机溶剂作流动相的称为凝胶渗透色谱法。46. 5. 亲合色谱法 (affinity chromatography)47. 利用不同组分与固定相共价键合的高专属反应进行分离的方法。48. 三）按固定相的形式49. 1. 柱色谱法（column chromatography ）：50. 固定相装在柱中 , 试样沿着一个方向移动而进行分离。51. 包括 填充柱色谱法：固定相填充满玻璃管和金属管中52. 开管柱色谱法：固定相固定在细管内壁（毛细管柱色谱法）53. 2. 平板色谱法 （planer chromatography ）： 54. 固定相呈平面状的色谱法。55. 包括 纸色谱法： 以吸附水分的滤纸作固定相；56. 薄层色谱法：以涂敷在玻璃板上的吸附剂作固定相。二、气相色谱分析流程气路系统：它是载气连续运行的密闭管路系统，结与路系统的要求是密封性好流速稳定。一般用皂膜流量计测得柱后载气流量F。进样系统: 将试样快速而定量的加到色谱柱头上分离系统: 主要是在柱内完成试样的分离，有填充柱和毛细管柱两种温度控制系统: 对气化室，色谱柱和检测器部件的温度进行设定和控制。检测记录系统载气（常用 N2 和 H2、Ar）由高压钢瓶供给，经减压、净化、调节和控制流量后进入色谱柱。待基线稳定后，即可进样。样品经气化室气化后被载气带入色谱柱，在柱内被分离。分离后的组分依次从色谱柱中流出，进入检测器，检测器将各组分的浓度或质量的变化转变成电信号（电压或电流）。经放大器放大后，由记录仪或微处理机记录电信号-时间曲线，即浓度（或质量）时间曲线即色谱图。根据色谱图，可对样品中待测组分进行定性和定量分析。 【小结】由此可知：色谱柱和检测器是气相色谱仪的两个关键部件。三、气相色谱分离原理A、B两组分组成的混合物，由载气携带进入色谱柱。由于A、B两组分在固定相和流动相之间的分配系数不同，当A、B两组分随载气沿柱出口方向不断移动时，就会产生差速迁移而逐渐分离。四、气相色谱法特点选择性好：它是将待测物质先进行分离、然后检测柱效高灵敏度高：气相色谱可检测的物质§11-2 气相色谱的固定相及其选择原则一、气-固（吸附）色谱固定相固体吸附剂 1. 活性炭：非极性吸附剂，分析低碳烃和气体及短链极性化合物。 2.氧化铝：弱（中等）极性吸附剂，主要用于分析C1 C4 烃类及其异构体。 3.硅 胶：强极性吸附剂，常用于分析硫化物：COS、H2S、SO2等。 4. 分子筛（人工合成的硅酸盐）：强极性吸附剂，用于在室温条件下使H2，O2，N2，CH4，CO得到良好分离。 5. 高分子多孔微球：极性和非极性吸附剂，可分析极性的多元醇、脂肪酸、腈类、胺类 或 非极性的烃、醚、酮等；尤其适合分析有机物中的微量水。二、气-液色谱（分配色谱）固定相 【提示】气-液色谱的固定相是由高沸点物质固定液和惰性担 体组成。 1. 担体（或载体） 是一种化学惰性的多孔固体颗粒，支持固定液，表面积大， 稳定性好（化学、热），颗径和孔径分布均匀；有一定的机械强度，不易破碎。（1）担体的种类和性能： 硅藻土型：红色硅藻土担体强度好，但表面存在活性中心，分离极性物质时色谱峰易拖尾；常用于分离非、弱极性物质。 白色硅藻土担体表面吸附性小，但强度差，常用于分离极性物质。非硅藻土型担体： 有氟担体:适用于强极性和腐蚀性气体的分析；玻璃微球:适合于高沸点物质的分析；高分子多孔微球:既可以用作气-固色谱的吸附剂，又可以用作气-液色谱的担体。 (2)担体的预处理：除去其表面的活性中心，使之钝化。 酸洗法（除去碱性活性基团）； 碱洗法（除去酸性活性的基团）； 硅烷化（消除氢键结合力）； 釉化处理（使表面玻璃化、堵住微孔）等。 2固定液涂在担体上作固定相的主要成分（l）对固定液的要求： 化学稳定性好：不与担体、载气和待测组分发生反应； 热稳定性好：在操作温度下呈液体状态，蒸气压低，不易流失； 选择性高：分配系数 K 差别大； 溶解性好：固定液对待测组分应有一定的溶解度。（2）组分与固定液分子间的相互作用： 【提示】组分与固定液分子间相互作用力通常包括：静电力、诱导力、色散力和氢键作用力。 在气-液色谱中，只有当组分与固定液分子间的作用力大于组分分子间的作用力，组分才能在固定液中进行分配。选择适宜的固定液使待侧各组分与固定液之间的作用力有差异，才能达到彼此分离的目的。（3）固定液的分类：固定液有四百余种，常用相对极性分类。（a）规定强极性的b，b-氧二丙腈的相对极性 P=100；（b）规定非极性的角鲨烷（异三十烷）的相对极性 P=0；（c）其它固定液与它们比较，测相对极性：选一物质对正丁烷丁二烯分别测得它们在这两种固定液及被测柱上的相对保留值 q： (1) 则，被测固定液的相对极性 Px 为： (2) q1、q2、qx 分别为物质对正丁烷丁二烯在氧二丙腈、异三十烷、被测柱上的相对保留值。 【提示】把 P= 0100之间分为五级，20为一级，以“”表示。l、2为弱极性；3为中等极性；4、5为强极性。通常把非极性固定液的相对极性以“”表之。如阿皮松L级别为“”，是非极性固定液；邻苯二甲酸壬酯级别为“2”，是弱极性固定液。（4）固定液的选择：一般是根据试样的性质（极性和官能团），按照“相似相溶”的原则选择适当的固定液。具体可从以下几方面考虑：l）分离非极性混合物一般选用非极性固定液 组分和固定液分子间的作用力主要是色散力。 试样中各组分按沸点由低到高的顺序出峰。 常用的有：角鲨烷（异三十烷）、十六烷、硅油等；2）分离中等极性混合物一般选用中等极性固定液 组分和固定液分子间的作用力主要是色散力和诱导力。 试样中各组分按沸点由低到高的顺序出峰。 3）分离极性组分选用极性固定液 组分和固定液分子间的作用力主要是定向力。 待测试样中各组分按极性由小到大的顺序出峰。例如：用极性固定液聚乙二醇一20M分析乙醛和丙烯醛时，极性较小的乙醛先出峰。 4）分离非极性和极性(易极化)组分的混合物选用极性固定液： 非极性组分先流出，极性（或易被极化）的组分后出峰。例如：采用中等极性的邻苯二甲酸二壬酯作固定液，沸点相差极小的苯（沸点80.l）和环乙烷（沸点为80.8）可以定量分离，环己烷先出峰，若采用非极性固定液则很难使二者分离。5）对于能形成氢键的组分选用强极性或氢键型的固定液例如：多元醇、腈醚、酚和胺等的分离，不易形成氢键的先出峰。小结1. 气相色谱法的概念及分类。2. 气相色谱特点及分离原理。3. 气相色谱仪的分析流程。4. 掌握气相色谱的固定相及其选择。教学实施经验小记：本次课同学们对固定相的选择理解起来有点困难，特别是固定液的选择：极性相似的原则，掌握不够，通过举例练习，情况好转。江西应用技术职业学院教案首页本学期授课次序58授课班级03化工01课题名称第十一章气相色谱分析法 §11-3教学目的要求1. 掌握色谱流出曲线的概念。2. 掌握色谱流出曲线的术语。3. 掌握气相色谱仪的基本理论。4. 掌握气相色谱的分离度。教学重点及难点重点：1、色谱流出曲线的概念。2、气相色谱仪的基本理论。难点：1、色谱流出曲线的概念。2、气相色谱仪的基本理论。教学程序设计次序内 容计划时间123456复习小结上次课的主要内容。色谱流出曲线的概念。色谱流出曲线的术语。气相色谱仪的基本理论。气相色谱的分离度。小结本次课内容。5152530105作业及思考题：P1975P1976思考题：1、色谱流出曲线与光吸收曲线有什么不同？2、如何理解分配系数？3、保留时间与调整保留时间有什么不同？课前提示：1、 本次课概念较多，要合理安排时间，抓住授课重点。2、比较色谱流出曲线与光吸收曲线。3、本次课概念较多，要求同学课前预习。教学实施经验小记（附后）。 §11-3 气相色谱法理论基础引入在色谱法中，当样品加入后，样品中各组分随着流动相的不断向前移动而在两相间反复进行溶解、挥发，或 吸附、解吸的过程。如果各组分在固定相中的分配系数（表示溶解或吸附的能力）不同，就有可能达到分离。 从气相色谱分离原理引出本次课的内容。讲