第十四章气相色谱法.ppt

第十四章第十四章气相色谱法气相色谱法Gas Chromatography（GC）食品中有机氯农药的测定 人人类类食品中普遍存在有机食品中普遍存在有机氯农药氯农药的残留，特的残留，特别别是是脂肪含量高的脂肪含量高的动动物性食品中蓄物性食品中蓄积较积较多有机多有机氯农药氯农药，有，有机机氯农药氯农药通通过过食物食物链进链进入人体被吸收后，呈入人体被吸收后，呈现现慢性、慢性、累累积积性毒性。性毒性。DDT、BHC(六六六六六六)、林丹、艾氏、林丹、艾氏剂剂、狄氏狄氏剂剂、氯氯丹、七丹、七氯氯和毒和毒杀杀酚酚等，此外，以松等，此外，以松节节油油为为原料的原料的莰烯类杀莰烯类杀虫虫剂剂、毒、毒杀杀芬和以芬和以萜烯为萜烯为原料的冰片原料的冰片基基氯氯也属于有机也属于有机氯农药氯农药。有机。有机氯农药氯农药是是POPs。（持久。（持久性有机性有机污污染物（染物（Persistent Organic Pollutants，简简称称POPs，指人，指人类类合成的能持久存在于合成的能持久存在于环环境中、通境中、通过过生物生物食物食物链链（网）累（网）累积积、并、并对对人人类类健康造成有害影响的化健康造成有害影响的化学物学物质质。它具。它具备备四种特性：四种特性：高毒、持久、生物高毒、持久、生物积积累性、累性、亲亲脂憎水性脂憎水性，而位于生物，而位于生物链顶链顶端的人端的人类类，则则把把这这些毒些毒性放大到了性放大到了7万倍。）万倍。）测测定原理：定原理：样样品中有机品中有机氯农药经氯农药经有机溶有机溶剂剂提取、提取、纯纯化与化与浓缩浓缩后，注入气相色后，注入气相色谱谱。样样品在气化室被汽化，在一品在气化室被汽化，在一定温度下，汽化的定温度下，汽化的样样品随品随载载气通气通过过色色谱谱柱，由于柱，由于样样品品中中组组分与固定相分与固定相间间相互作用的相互作用的强强弱不同而被逐一分离，弱不同而被逐一分离，当到达当到达电电子捕子捕获检测获检测器器时时，亲电亲电性的性的组组分分对检测对检测器器发发出的出的电电子流中的一定能量的子流中的一定能量的电电子子产产生吸收，从而使生吸收，从而使电电子流减弱，子流减弱，产产生可生可检测检测的的电电信号。根据色信号。根据色谱谱峰的保留峰的保留时间时间定性，外定性，外标标法定量。法定量。食品中有机氯农药的测定食品中有机氯农药的测定内容内容概述概述色谱法术语色谱法术语色谱基本理论色谱基本理论气相色谱定性与定量方法气相色谱定性与定量方法气相色谱法气相色谱法 重点：重点：1.1.色谱分离基本原理色谱分离基本原理2.2.色谱流出曲线及相关术语色谱流出曲线及相关术语3.3.塔板理论塔板理论4.4.速率理论速率理论5.5.分离度分离度6.6.气相色谱固定相气相色谱固定相7.7.气相色谱分离操作条件的选择气相色谱分离操作条件的选择8.8.气相色谱检测器气相色谱检测器9.9.气相色谱定量检测方法气相色谱定量检测方法难点：难点：1.1.塔板理论塔板理论2.2.速率理论速率理论3.3.气相色谱检测器原理气相色谱检测器原理4.4.定量校正因子定量校正因子14-1 色谱法概述色谱法概述分离分离化学工作者最基本的任务化学工作者最基本的任务经典分离方法经典分离方法沉降、澄清、萃取、晶化、沉降、澄清、萃取、晶化、吸附、过滤、蒸馏等吸附、过滤、蒸馏等色谱分离色谱分离柱层析、纸色谱、薄层色谱、柱层析、纸色谱、薄层色谱、气相色谱、液相色谱、电泳气相色谱、液相色谱、电泳物化性相似物化性相似的复杂有机物的分离的复杂有机物的分离同分（几何、构像）同分（几何、构像）异构体异构体的分离的分离bp.80.1 Cbp.80.7 C色色 谱谱 法法 色谱法是利用色谱法是利用不同物质不同物质在在流动相和固定相流动相和固定相两相中分配两相中分配系数的不同，当两相作相对运动时，各组分在两相中经系数的不同，当两相作相对运动时，各组分在两相中经过反复多次的分配，使原来分配系数只有过反复多次的分配，使原来分配系数只有微小差异微小差异的物的物质能够得到质能够得到分离分离。色谱法色谱法是一种高效的、应用范围广的分离分析技术，是一种高效的、应用范围广的分离分析技术，可用于从小分子到大分子各种不同性质物质的分离，包可用于从小分子到大分子各种不同性质物质的分离，包括少量样品的分析及大量样品成分分离制备等。括少量样品的分析及大量样品成分分离制备等。由于仪器进步及各个学科分离分析复杂物质需要，由于仪器进步及各个学科分离分析复杂物质需要，近几十年来发展很快。是最有效的分离手段，涉及各个近几十年来发展很快。是最有效的分离手段，涉及各个学科领域，是现代化学发展的基础之一。学科领域，是现代化学发展的基础之一。色谱法来由色谱法来由起源起源叶色素的石油醚溶液流经装有叶色素的石油醚溶液流经装有CaCO3的柱子，然后用石油醚的柱子，然后用石油醚淋洗。淋洗。CaCO3对叶绿素各成分对叶绿素各成分吸附能力不同，而分离成为色吸附能力不同，而分离成为色带。带。叶绿素叶绿素b叶绿素叶绿素a叶黄素叶黄素胡萝卜素胡萝卜素茨维特色谱图茨维特色谱图（1906，俄），俄）固定相固定相CaCO3流动相流动相石油醚石油醚色谱法分类色谱法分类色色谱谱法法填充柱色谱填充柱色谱毛细管柱色谱毛细管柱色谱柱色谱柱色谱毛细管电泳毛细管电泳(以高压电场为驱动力以高压电场为驱动力)经典经典高效高效平板色谱平板色谱 薄层色谱薄层色谱 纸色谱纸色谱气液色谱法（气液色谱法（GLC）气固色谱法（气固色谱法（GSC）气相色谱气相色谱液相色谱液相色谱超临界流体色谱（超临界流体色谱（SFC）固体吸附剂固体吸附剂 吸附吸附离子交换树脂离子交换树脂 静电静电聚合物间隙聚合物间隙 筛分筛分液体（固体）液体（固体）分配分配键合相分配键合相分配 分配分配/亲和亲和吸附色谱吸附色谱离子色谱离子色谱排阻色谱排阻色谱分配色谱分配色谱亲和色谱亲和色谱（以超临界流体作流动相）（以超临界流体作流动相）（GC）（LC）（TLC）（PC）（HPCE）（CGC）气相色谱分析示意图气相色谱分析示意图色谱柱色谱柱进样口进样口载气载气检测器检测器空气空气氢气氢气分子分子筛脱筛脱水管水管流量流量控制控制器器稳压器稳压器电子部件电子部件PC气相色谱仪的组成气相色谱仪的组成:(1)载气系统载气系统(2)进样系统进样系统(3)色谱柱（分离系统）色谱柱（分离系统）(4)检测器检测器(5)记录系统记录系统(6)温控系统温控系统GC-7890气相色谱仪气相色谱仪GC-7890气相色谱仪气相色谱仪外观外观内部结构内部结构GC-9A气相色谱仪内部结构气相色谱仪内部结构6890 气相色谱仪气相色谱仪 毛细管柱色谱 （美国安捷伦科技公司 Agilent)Agilent 68906890气相色谱仪内部结构气相色谱仪内部结构14-2 14-2 色谱法术语色谱法术语1.色谱流出曲线色谱流出曲线色谱流出曲线（色谱图）色谱流出曲线（色谱图）混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同阶段的响应混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同阶段的响应柱后流出物通过检测器产生柱后流出物通过检测器产生的的响应信号响应信号对对时间或流动相时间或流动相流出体积流出体积的关系曲线图的关系曲线图 ABAB色谱流出曲线色谱流出曲线水质苯系物的测定水质苯系物的测定色谱流出曲线色谱流出曲线进样进样基线（噪音）基线（噪音）h/峰高（定量）峰高（定量）A/峰面积（定量）峰面积（定量）以以组分浓度组分浓度（或质量）（转化为电信号用（或质量）（转化为电信号用mv表示）表示）为纵坐标为纵坐标，流出时间为横坐标流出时间为横坐标，绘得的组分，绘得的组分浓度浓度（或质量）随时间变化的曲（或质量）随时间变化的曲线称线称色谱图色谱图(色谱流出曲线色谱流出曲线)，色谱图形状：一组峰形曲线色谱图形状：一组峰形曲线色谱峰：检测器产生的信号记录在纸上。色谱峰：检测器产生的信号记录在纸上。基线基线：色谱柱只有流动相通过时检测器的：色谱柱只有流动相通过时检测器的 记录信号。记录信号。基线稳定基线稳定基线漂移基线漂移基线（低频）噪声基线（低频）噪声基线（高频）噪声基线（高频）噪声2.色谱图有关参数及其色谱基本关系色谱图有关参数及其色谱基本关系区域宽度用于衡量区域宽度用于衡量柱效柱效及及反映色谱操作条件下的反映色谱操作条件下的动动力学力学因素因素h（1）峰高）峰高h：从色谱峰顶到基线之间的垂直距离。从色谱峰顶到基线之间的垂直距离。（2）区域宽度：）区域宽度：色谱峰的宽度。区域宽度越窄越好。色谱峰的宽度。区域宽度越窄越好。标准偏差标准偏差:0.607倍峰高处的一半。倍峰高处的一半。半峰宽半峰宽Y1/2:峰底宽度峰底宽度Wb：色谱峰两侧拐点色谱峰两侧拐点(E、F)上上 切线与基线的交点间的距离。切线与基线的交点间的距离。单个组分峰相关参数单个组分峰相关参数EF（3）保留值）保留值：表示试样中各组分在色谱床（柱）中的表示试样中各组分在色谱床（柱）中的停留情况的数值。停留情况的数值。（常用时间或载气体积表示）（常用时间或载气体积表示）固定相一定，在确定的实验条件下，任何物质都有一定固定相一定，在确定的实验条件下，任何物质都有一定的保留时间，这是定性的基本参数。的保留时间，这是定性的基本参数。用用时间时间表示表示保留时间保留时间 tR:被测组分从进样开始到出现最大被测组分从进样开始到出现最大检测信号值时所需时间。检测信号值时所需时间。死时间死时间 tM：不与固定相作用的组分不与固定相作用的组分从进样开始到从进样开始到出现最大检测信号值时所需时间。出现最大检测信号值时所需时间。调整保留时间：调整保留时间：tR=tR-tMF F0 0色谱柱出口的流动相体积流速色谱柱出口的流动相体积流速 用用体积体积表示表示保留体积保留体积 VRtR F0死体积死体积 VMtM F0调整保留体积调整保留体积 VR=(tRtM)F0=tR F0保留值保留值从色谱流出曲线上可以得到什么信息？从色谱流出曲线上可以得到什么信息？根据根据色谱峰个数色谱峰个数可以判断样品中所含可以判断样品中所含组分的最少个数组分的最少个数根据色谱峰的根据色谱峰的保留值保留值可以进行可以进行定性定性分析分析根据色谱峰高或者根据色谱峰高或者峰面积峰面积可以进行可以进行定量定量分析分析根据色谱峰根据色谱峰保留值保留值和和区域宽度区域宽度可以评价色谱柱可以评价色谱柱分离效率分离效率可以通过两个色谱峰的可以通过两个色谱峰的距离距离评价评价固定相（流动相）固定相（流动相）的选的选择是否合适择是否合适2 24 41 10 08 86 6分配系数、分配比及其与保留值的关系分配系数、分配比及其与保留值的关系分配系数（分配系数（Distribution constant，K）:一定温度一定压力下，当分配体系达到平衡时，组分在一定温度一定压力下，当分配体系达到平衡时，组分在固定相和流动相中的固定相和流动相中的浓度比浓度比。描述组分在固定相和流动相间的分配过程或吸附描述组分在固定相和流动相间的分配过程或吸附-脱附过程脱附过程的参数。的参数。组分一定时，组分一定时，只与只与两相性质两相性质、温度有关、温度有关!与组分的浓度无关！与组分的浓度无关！描述分配过程的参数（描述分配过程的参数（2）分配比（分配比（Retention factor or capacity factor/k）表示组分在两相达到平衡时，分配在两相中的表示组分在两相达到平衡时，分配在两相中的质量之比质量之比。与分配系数及两相体积有关。与分配系数及两相体积有关。Vs：色谱柱中固定相的体积；：色谱柱中固定相的体积；VM：色谱柱中流动相的体积：色谱柱中流动相的体积k反映了组分在柱中的迁移速率，又称反映了组分在柱中的迁移速率，又称保留因子或容量因子保留因子或容量因子分配系数分配系数K 与分配比与分配比 k 的关系的关系填充柱：填充柱：=635毛细管柱：毛细管柱：=60600(色谱保留方程色谱保留方程)相邻组分峰相关参数相邻组分峰相关参数（1）相对保留值）相对保留值：某组分某组分2的调整保留值与组分的调整保留值与组分1的调整保留值的调整保留值之比。也叫分离比之比。也叫分离比，或分离因子，或分离因子。-重要定性指标。重要定性指标。表示了固定相对两组分的选择性大小，可表示了固定相对两组分的选择性大小，可以反映分离效率。以反映分离效率。12（2）分离度）分离度R：相邻两色谱峰的组分的实际分离程：相邻两色谱峰的组分的实际分离程度。度。（在色谱基本理论中介绍）（在色谱基本理论中介绍）1214-3 14-3 色谱基本理论色谱基本理论1.色谱分离基本过程色谱分离基本过程 利用利用外力外力使含有样品的使含有样品的流动相流动相通过一固定于通过一固定于柱柱或或平板平板上与流动相互不相溶的上与流动相互不相溶的固定相固定相表面。样品中各组分在两相表面。样品中各组分在两相中进行不同程度的中进行不同程度的作用作用。与固定相作用强的组分随流动相。与固定相作用强的组分随流动相流出的速度慢；反之，与固定相作用弱的组分随流动相流流出的速度慢；反之，与固定相作用弱的组分随流动相流出的速度快。由于流出的速度的差异，使得混合组分最终出的速度快。由于流出的速度的差异，使得混合组分最终形成各个形成各个单组分单组分的的“带（带（band）”或或“区（区（zone）”，对依次对依次流出的各个单组分物质可分别进行流出的各个单组分物质可分别进行定性定性、定量定量分析。分析。色谱理论需要解决：色谱理论需要解决：（1）色谱分离过程的热力学和动力学问题）色谱分离过程的热力学和动力学问题（2）影响分离及柱效的因素与提高柱效的）影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径。途径。（3）柱效与分离度的评价指标及其关系。）柱效与分离度的评价指标及其关系。2.塔板理论（塔板理论（Plate theory）詹姆斯詹姆斯/马丁（马丁（1941）小室小室1小室小室2小室小室3小室小室4小室小室1小室小室2小室小室3小室小室4假设：色谱柱比假设：色谱柱比作分馏塔；若干作分馏塔；若干个塔板；塔板间个塔板；塔板间有一定距离；分有一定距离；分离组分在两相达离组分在两相达平衡。平衡。塔板数塔板数理论塔板数理论塔板数n：理论塔板高度：理论塔板高度：有效塔板数：有效塔板数：有效塔板高度：有效塔板高度：柱效能指标柱效能指标有效塔板数与容量因子有效塔板数与容量因子k的关系的关系有关塔板数的说明有关塔板数的说明说明说明柱效柱效时，必须注明该柱效是针对时，必须注明该柱效是针对何种物质何种物质、固定液种类固定液种类及其及其含量含量、流动相种类流动相种类及及流速流速、操操作条件作条件等；等；应定期对柱效进行评价，以防柱效下降、延长应定期对柱效进行评价，以防柱效下降、延长柱寿命。柱寿命。塔板理论（塔板理论（Plate theory）贡献贡献用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离过程；过程；解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置；解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置；提出了计算和评价柱效的参数。提出了计算和评价柱效的参数。不足不足不能解释造成谱带扩张的原因和影响塔板高的各种因素；不能解释造成谱带扩张的原因和影响塔板高的各种因素；不能说明同一溶质为什么在不同的流速下，可以测得不同不能说明同一溶质为什么在不同的流速下，可以测得不同的理论塔板数。的理论塔板数。3.速率理论速率理论Van Deemter/1956吸收了塔板理论中的吸收了塔板理论中的塔板塔板高度高度H概念概念，考虑了组分在两相，考虑了组分在两相间的间的扩散扩散和和传质传质过程，从过程，从动力学动力学角度很好地解释了影响柱角度很好地解释了影响柱效能的各种因素！效能的各种因素！H：塔板高度塔板高度（单位柱长色谱峰形展宽的程度）（单位柱长色谱峰形展宽的程度）A：涡流扩散项涡流扩散项B：分子扩散项系数分子扩散项系数C：传质阻力项系数传质阻力项系数u：载气线速度载气线速度速率理论方程：速率理论方程：（范（范弟姆特方程）弟姆特方程）涡流扩散项涡流扩散项A（多途路径项）多途路径项）减小减小A的途径：的途径：固定相使用粒度小并且均匀的柱料，并均匀填充固定相使用粒度小并且均匀的柱料，并均匀填充毛细管柱无填料，毛细管柱无填料，A=0分子扩散项分子扩散项B/U（纵向扩散项）纵向扩散项）柱温柱温，Dg ；柱压柱压，Dg 流动相分子量流动相分子量，Dg u,滞留时间短，（滞留时间短，（B/u）LC中中Dm 较小，较小，B项可忽略项可忽略球状颗粒球状颗粒低温低温短柱短柱大分子量流动相大分子量流动相适当增加流速适当增加流速由于组分分子在柱内存在浓度梯度由于组分分子在柱内存在浓度梯度而导致轴向扩散引起峰扩宽。而导致轴向扩散引起峰扩宽。传质阻力项传质阻力项Cu 物质系统由于物质系统由于浓度不均匀浓度不均匀而发生的而发生的物质迁移物质迁移过程，称过程，称为为传质传质。影响这个过程进行速度的阻力称为。影响这个过程进行速度的阻力称为传质阻力传质阻力。因因传质阻力的存在，使分配不能传质阻力的存在，使分配不能“瞬间瞬间”达至平衡，因此产达至平衡，因此产生峰形展宽。生峰形展宽。气相传质阻力系数气相传质阻力系数液相传质阻力系数液相传质阻力系数流动相线速度对塔板高度的影响流动相线速度对塔板高度的影响板高板高HcmvA与与u无关无关vu小时，小时，B/u大，分子扩散占主导；大，分子扩散占主导；u大时，大时，Cu大，传质阻力占主导；板高最小大，传质阻力占主导；板高最小时，对应最佳流速；实际操作中，为了缩短时间，通常流速大于最佳流速。时，对应最佳流速；实际操作中，为了缩短时间，通常流速大于最佳流速。(1)分离度分离度塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离度：塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离度：即柱效为多大时，相邻两组分能够被完全分离即柱效为多大时，相邻两组分能够被完全分离?色谱分离中的三种情况如图所示：色谱分离中的三种情况如图所示：1.柱效较高，柱效较高，K（分配系数）分配系数）较大，完全分离；较大，完全分离；2.两峰间距离太小，即保留值两峰间距离太小，即保留值差别小，无法完全分离；差别小，无法完全分离；3.色谱峰太宽，分离不好。色谱峰太宽，分离不好。4.分离度与分离条件的选择分离度与分离条件的选择 难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：因素的综合影响：保留值之差保留值之差色谱过程的色谱过程的热力学热力学因素因素区域宽度区域宽度色谱过程的色谱过程的动力学动力学因素因素分离度分离度R表达式：表达式：相邻两色谱峰保留时间之差与两相邻两色谱峰保留时间之差与两色谱峰峰底宽平均值的比值。色谱峰峰底宽平均值的比值。R=1.5R=0.75R=1.0响应信号响应信号保留时间保留时间 t/min分离达分离达98%分离达分离达99.7%完全分离之标准完全分离之标准不能分离不能分离分离度分离度当两峰峰形对称且符合正态分布时，可从理论上证明：当两峰峰形对称且符合正态分布时，可从理论上证明：R的定义并未反映影响分离度的各种因素，也未与影响其大的定义并未反映影响分离度的各种因素，也未与影响其大小的因素：小的因素：柱效柱效n、选择因子选择因子(r21)等联系起来等联系起来对于难分离物质，可以合理的认为对于难分离物质，可以合理的认为Wb1=Wb2=Wb(2)色谱分离基本方程式色谱分离基本方程式色谱分离基本方程式色谱分离基本方程式12得到：得到：色谱分离基本方程式色谱分离基本方程式（3）分离度与柱效的关系）分离度与柱效的关系增加柱长，可提高分离度，但延长了分析时间，因此降增加柱长，可提高分离度，但延长了分析时间，因此降低塔板高度，提高柱效，才是提高分离度的好方法。低塔板高度，提高柱效，才是提高分离度的好方法。设有两个组分，它们的调整保留值为设有两个组分，它们的调整保留值为4.00min，3.20min。要使它们在色谱柱上完全分离（要使它们在色谱柱上完全分离（R1.5），），需有效塔板数多需有效塔板数多少？应使用多长的色谱柱？（设少？应使用多长的色谱柱？（设H有效有效0.1cm）解：根据解：根据r2,1（相对保留值）为组分（相对保留值）为组分2与组分与组分1的调的调整保留值之比整保留值之比:例例1：Ln有效有效 H有效有效 90 cm某色谱柱的有效塔板数为某色谱柱的有效塔板数为13201320，组分，组分A A和和B B在该柱上在该柱上的调整保留时间为的调整保留时间为6060秒和秒和8080秒，求其分离度。秒，求其分离度。解：例例2：例例3：用一根柱长为用一根柱长为1 m的色谱柱分离的色谱柱分离A、B两种物质，其保两种物质，其保留时间分别为留时间分别为14.4和和15.4 min，对应的峰底宽分别为，对应的峰底宽分别为1.07 min和和1.16 min（死时间为（死时间为4.2 min），试计算：），试计算：物质物质A的理论塔板数的理论塔板数 分离度分离度R 选择性因子选择性因子 完全分离完全分离所需的柱长所需的柱长 完全分离所需的时间。完全分离所需的时间。解：解：（4）色谱分离操作条件的选择）色谱分离操作条件的选择柱长（柱长（L）适度适度柱越长，分离越好。但柱过长，分析时间增加，因此柱长柱越长，分离越好。但柱过长，分析时间增加，因此柱长L L要根据要根据R R的要求的要求(R=1.5)R=1.5)，选择刚好使各组分得到有效分选择刚好使各组分得到有效分离为宜。离为宜。载气及流速载气及流速最佳流速：最佳流速：最高柱效：最高柱效：u较小时，较小时，B/u为主，选择分子量大的载气为主，选择分子量大的载气(N2、Ar)u较大时，较大时，Cu为主，选择分子量小的载气（为主，选择分子量小的载气（H2、He）为缩短分析时间，可选比为缩短分析时间，可选比u u最佳最佳稍大的载气流速。稍大的载气流速。柱温的选择柱温的选择 前提：前提：不能高于固定液的最高使用温度。柱温低分离效果好，但不能高于固定液的最高使用温度。柱温低分离效果好，但太低峰型会变宽，柱温太高分离效果不好。太低峰型会变宽，柱温太高分离效果不好。一般原则：一般原则：在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，同在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，同时兼顾保留时间适宜，峰形不拖尾时，采取适当低的柱温，对时兼顾保留时间适宜，峰形不拖尾时，采取适当低的柱温，对于宽沸程的多组分混合物，可采用于宽沸程的多组分混合物，可采用程序升温法。程序升温法。进样条件的选择进样条件的选择气化室温度：气化室温度：保证样品迅速完全气化又不致引起样品分解，保证样品迅速完全气化又不致引起样品分解，一般比柱温高一般比柱温高30307070。最大允许进样量：最大允许进样量：控制半峰宽基本不变，峰高与进样量成线控制半峰宽基本不变，峰高与进样量成线性关系。性关系。液体试样量为液体试样量为0.10.15 5LL，气体试样量为气体试样量为0.10.11010mLmL。进样器具：一般采用微量注射器或气体进样阀。进样器具：一般采用微量注射器或气体进样阀。进进样样速速度度：应应该该快快速速，一一般般一一秒秒以以内内，以以免免原原始始区区带带过过宽宽，色色谱峰也将谱峰也将变宽甚至变形变宽甚至变形，保留时间也会改变保留时间也会改变。检测器的选择检测器的选择根据分析对象和分析要求合理选择。根据分析对象和分析要求合理选择。14-4 气相色谱定性和气相色谱定性和定量的方法定量的方法1.定性分析定性分析样品的预处理样品的预处理GC分析对象是在气化室温度下能生成气态的物质。为保分析对象是在气化室温度下能生成气态的物质。为保护色谱柱、降低噪声、防止生成新物质（杂峰），需要护色谱柱、降低噪声、防止生成新物质（杂峰），需要在进样前，对样品进行处理。在进样前，对样品进行处理。水、乙醇和可能被柱强烈吸附的极性物质水、乙醇和可能被柱强烈吸附的极性物质柱效下降，柱效下降，需除去需除去非挥发分非挥发分会产生噪声，同时慢慢分解会产生噪声，同时慢慢分解产生杂峰产生杂峰稳定性差的组分稳定性差的组分生成新物质生成新物质杂峰杂峰定性分析方法定性分析方法（1）利用已知纯物质对照的定性：利用已知纯物质对照的定性：利用保留值和加入已知物增加峰高法利用保留值和加入已知物增加峰高法（2）色谱质谱联用技术定性：色谱质谱联用技术定性：GC-MS，GC-IR，GC-MS-MS用已知纯物质对照定性用已知纯物质对照定性v利用保留值定性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。不同仪器上获得的数据之间的对比。分离条件选择不好，分离条件选择不好，会造成错误，可用双柱法定性。会造成错误，可用双柱法定性。v利用加入法定性利用加入法定性(加入已知物质增加峰高法加入已知物质增加峰高法)将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。（适用于样品复杂，组分距离太近的情况）（适用于样品复杂，组分距离太近的情况）用已知纯物质对照定性用已知纯物质对照定性醇溶液定性色谱图醇溶液定性色谱图A：甲醇甲醇B：乙醇乙醇C：正丙醇正丙醇D：正丁醇正丁醇E：正戊醇正戊醇也可以通过在样品中加也可以通过在样品中加入标准物，看试样中哪入标准物，看试样中哪个峰增加来确定个峰增加来确定2.定量分析定量分析定量分析依据：定量分析依据：在一定的操作条件下，检测器的响应信号（色谱峰的峰在一定的操作条件下，检测器的响应信号（色谱峰的峰面积或峰高）与进入检测器组分的量成正比。面积或峰高）与进入检测器组分的量成正比。即：即：mi=fi Ai 或或 mi=fi himi组分的量组分的量 fi比例常数，定量校正因子比例常数，定量校正因子峰面积的测量方法峰面积的测量方法定量校正因子定量校正因子常用的定量计算方法常用的定量计算方法峰面积的测量方法峰面积的测量方法对称形峰面积的测量对称形峰面积的测量峰高乘半峰宽法峰高乘半峰宽法不对称峰面积的测量不对称峰面积的测量峰高乘平均峰宽法峰高乘平均峰宽法自动积分仪法自动积分仪法定量校正因子定量校正因子绝对校正因子绝对校正因子相对校正因子相对校正因子TCD：苯苯FID：正庚烷正庚烷(定义为组分的绝对校定义为组分的绝对校正因子与标准物质的绝正因子与标准物质的绝对校正因子之比对校正因子之比)常用的定量计算方法常用的定量计算方法归一化（归一化（NORM）：）：全部组分都出峰全部组分都出峰外标法（外标法（ESTD）：分析条件和进样量必须重现。分析条件和进样量必须重现。内标法（内标法（ISTD）：内标物是样品中不存在的组分，其保内标物是样品中不存在的组分，其保留时间和定量校正因子应该与待测物尽可能接近，且完留时间和定量校正因子应该与待测物尽可能接近，且完全分离。全分离。同系物同系物当试样中的全部组分都出峰（即都反映在色谱图当试样中的全部组分都出峰（即都反映在色谱图上）时，可以从校正后每峰峰面积占全部色谱峰上）时，可以从校正后每峰峰面积占全部色谱峰总面积的分数，求得该组分的质量分数。总面积的分数，求得该组分的质量分数。（可以为质量百分含量或摩尔百分含量）（可以为质量百分含量或摩尔百分含量）（1）归一化法）归一化法归一法的特殊情况若若试试样样中中各各组组分分的的相相对对校校正正因因子子很很接接近近（如如同同系系物中沸点接近的组分），上式则可简化为：物中沸点接近的组分），上式则可简化为：B.当测量参数为峰高时，也可以用峰高归一法计算当测量参数为峰高时，也可以用峰高归一法计算组分含量。组分含量。归一法具有简便、准确的特点归一法具有简便、准确的特点不足之处在于仅可使用于所有组分都出峰的情况不足之处在于仅可使用于所有组分都出峰的情况（2）内标法）内标法A.使使用用条条件件：试试样样中中各各组组分分不不能能全全部部出出峰峰、各各组组分含量悬殊、仅需测定其中部分组分分含量悬殊、仅需测定其中部分组分 B.操作步骤：操作步骤：a.准确称取一定量的试样；准确称取一定量的试样；b.加入一定量的选定标准物（内标物）；加入一定量的选定标准物（内标物）；c.混匀后进样，进行色谱分析；混匀后进样，进行色谱分析；d.根据内标物和试样质量以及色谱图上相应的根据内标物和试样质量以及色谱图上相应的峰面积，计算待测组分的量。峰面积，计算待测组分的量。C.含量计算式含量计算式内标法待测组分含量计算式如下（由前可推得）：内标法待测组分含量计算式如下（由前可推得）：（各符号意义同上）（各符号意义同上）内标法中常以内标物为基准，即：内标法中常以内标物为基准，即：f s 1，也可用峰高代替峰面积，做法同上。也可用峰高代替峰面积，做法同上。D.注意事项注意事项a.内标物应是试样中不存在的纯物质；内标物应是试样中不存在的纯物质；b.加入的内标物量与试样中待测组分量相近；加入的内标物量与试样中待测组分量相近；c.内标物的色谱峰应位于待测组分色谱峰附近内标物的色谱峰应位于待测组分色谱峰附近或几个待测组分色谱峰之间。或几个待测组分色谱峰之间。E.内标法优缺点内标法优缺点优点：定量准确，对试样含有不出峰的组分情况优点：定量准确，对试样含有不出峰的组分情况 下，也不影响测定。下，也不影响测定。缺点：每次测定都必须准确称取样品和内标物质量，缺点：每次测定都必须准确称取样品和内标物质量，不适于快速分析。不适于快速分析。内标标准曲线法内标标准曲线法若若以以 W i%对对 Ai/As作作图图，则则可可得得一一条条通通过过原原点的直线点的直线内标标准曲线。内标标准曲线。用内标法待测组分含量计算式用内标法待测组分含量计算式若固定试样称取量，加入内标物也恒定，则有：若固定试样称取量，加入内标物也恒定，则有：为一常数，上式则可化为：为一常数，上式则可化为：内标标准曲线的绘制内标标准曲线的绘制a.将待测组分的纯物质配成不同浓度的标准将待测组分的纯物质配成不同浓度的标准溶液（系列）；溶液（系列）；b.取固定量的标准溶液和内标物，混合后进取固定量的标准溶液和内标物，混合后进样分析，测出样分析，测出 Ai 和和 As；c.用用 Ai/As 对标准溶液浓度作图，可得一组对标准溶液浓度作图，可得一组通过原点的直线（内标标准曲线）。通过原点的直线（内标标准曲线）。样品测定与组分定量样品测定与组分定量a.称取与绘制标准曲线相同量称取与绘制标准曲线相同量的试样和内标物，测出其峰的试样和内标物，测出其峰面积比，由标准曲线即可查面积比，由标准曲线即可查出待测组分的含量。出待测组分的含量。b.内标标准曲线法应用在生产内标标准曲线法应用在生产过程控制分析上，不须计算过程控制分析上，不须计算校正因子，对液体样品也可校正因子，对液体样品也可量取体积，具有简便快速的量取体积，具有简便快速的特点。特点。（3）外标标准曲线法）外标标准曲线法a.取取被被测测组组分分的的纯纯物物质质，配配制制成成一一系系列列不不同同浓浓度度的的标标准溶液；准溶液；b.分分别别取取一一定定体体积积上上述述溶溶液液注入色谱柱；注入色谱柱；c.得得到到色色谱谱图图后后测测出出峰峰面面积积或峰高；或峰高；d.绘绘出出峰峰面面积积（或或峰峰高高）对对浓浓度度的的关关系系曲曲线线（标标准曲线）。准曲线）。A.标准曲线的绘制：标准曲线的绘制：B.样品测定样品测定a.在在同同样样操操作作条条件件下下注注入入同同样样量量（一一般般为为体体积积）的的未未知知试试样样，从从色色谱谱柱柱上上测测得得峰峰面面积积或或峰峰高高，在在标标准准曲曲线线上上即即可可查查出出待测组分的浓度。待测组分的浓度。b.外外标标法法也也用用于于生生产产过过程程的的控控制制分分析析，操操作作简简便便，计计算算简简单单，但但分分析析结结果果准准确确性性取取决决于于操操作作条条件件的的稳稳定定性性和和进进样样的的重重现性。现性。c.当当试试样样中中待待测测组组分分浓浓度度变变化化不不大大时时，可可不不必必作作标标准准曲曲线线，而而用用单单点点校校正正法法。即即配配制制一一个个与与被被测测组组分分含含量量接接近近的的标标准准样样，分分别别取取相相同同量量体体积积进进样样，测测定定标标准准样样和和未未知知样样的的峰面积，按下式计算组分含量峰面积，按下式计算组分含量:几种定量方法的比较几种定量方法的比较 方法方法项目项目归一化法归一化法内标法内标法外标法外标法计算公式计算公式由工作曲线直接查由工作曲线直接查得得称重配样称重配样不需要不需要需要需要不需要不需要进样量进样量不需准确不需准确不需准确不需准确需准确需准确操作条件稳定性操作条件稳定性一次分析过程中条一次分析过程中条件需稳定件需稳定一次分析过程中条件一次分析过程中条件需稳定需稳定全部过程中条件需全部过程中条件需严格不变严格不变对组分出峰的要求对组分出峰的要求全部组分全部组分内标物及所测组分内标物及所测组分所测组分所测组分校正因子校正因子需全部组分的校正需全部组分的校正因子因子需内标及所测组分的需内标及所测组分的校正因子校正因子不需要不需要使用检测器使用检测器通用型检测器通用型检测器选择性检测器有时不选择性检测器有时不适用适用选择性检测器选择性检测器适用范围适用范围多组分试样中各组多组分试样中各组分含量的分析分含量的分析微量组分的精确定量微量组分的精确定量日常控制分析和大日常控制分析和大量同类样品的分析量同类样品的分析例例1将环己烷与纯苯配成混合试液，进行气相色谱分析，将环己烷与纯苯配成混合试液，进行气相色谱分析，测得当纯环己烷注入量为测得当纯环己烷注入量为0.685g时的峰面积为时的峰面积为6.8cm2，纯苯的注入量为纯苯的注入量为0.385g时的峰面积为时的峰面积为4.1cm2。求环求环己烷的定量校正因子。（注意：通常指的校正因子都己烷的定量校正因子。（注意：通常指的校正因子都是相对校正因子）是相对校正因子）解：解：mi0.685g，Ai6.8cm2 ms0.385g，As4.1cm2答：环己烷的相对定量校正因子为1.07。答：环己烷的相对定量校正因子为1.07。例例2 某某混混合合物物只只含含乙乙醇醇、环环己己烷烷、正正庚庚烷烷和和苯苯，用用热热导检测器进行色谱分析，测得数据如下导检测器进行色谱分析，测得数据如下：计算各组分的百分含量。计算各组分的百分含量。被测组分：被测组分：乙醇乙醇 环己烷环己烷 正庚烷正庚烷 苯苯峰面积峰面积/cm2：8.4 5.6 9.2 10.7校正因子校正因子fi：0.64 0.68 0.73 0.78解：解：14-5 气相色谱法气相色谱法 气相色谱过程气相色谱过程 待测物样品被待测物样品被蒸发蒸发为气体并注入到色谱分离柱为气体并注入到色谱分离柱柱顶，以惰性气体（指不与待测物反应的气体，只柱顶，以惰性气体（指不与待测物反应的气体，只起运载蒸气样品的作用，也称载气）将待测物样品起运载蒸气样品的作用，也称载气）将待测物样品蒸气带入柱内分离。其分离原理是基于待测物在气蒸气带入柱内分离。其分离原理是基于待测物在气相和固定相之间的相和固定相之间的吸附吸附-脱附脱附（气固色谱）和（气固色谱）和溶解溶解（气液色谱）来实现的，因此可将气相色谱分为（气液色谱）来实现的，因此可将气相色谱分为气气固色谱固色谱和和气液色谱气液色谱。气固色谱（气固色谱（GSC）利用不同物质在固体吸附剂上的利用不同物质在固体吸附剂上的物理吸附物理吸附-解吸解吸能力不同实现物质的分离。由于活性（或极性）分能力不同实现物质的分离。由于活性（或极性）分子在这些吸附剂上的半永久性滞留（吸附子在这些吸附剂上的半永久性滞留（吸附-脱附过程脱附过程为非线性的），导致色谱峰严重拖尾，因此气固色为非线性的），导致色谱峰严重拖尾，因此气固色谱应用十分有限，只适于谱应用十分有限，只适于较低分子量和低沸点较低分子量和低沸点气体气体组分的分离分析。组分的分离分析。气液色谱（气液色谱（GLC）通常直接称之为通常直接称之为气相色谱气相色谱。它是利用待测物在气体。它是利用待测物在气体流流动相动相和和固定在惰性固体表面的固定在惰性固体表