第七章 气相色谱法 (2)精选PPT.ppt
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1、第七章第七章 气相色谱法气相色谱法第1页,本讲稿共43页气相色谱固定相气相色谱固定相气相色谱固定相气相色谱固定相一、气固色谱固定相一、气固色谱固定相固体吸附剂固体吸附剂 该类型色谱柱是利用其中固体吸附剂对不同物质的该类型色谱柱是利用其中固体吸附剂对不同物质的吸附能力差别进行分离。主要用于分离吸附能力差别进行分离。主要用于分离小分子量的小分子量的永久气体及烃类永久气体及烃类。1.常用固体吸附剂常用固体吸附剂 硅胶硅胶(强极性强极性)、氧化铝、氧化铝(弱极性弱极性)、活性炭、活性炭(非极性非极性)、分子筛、分子筛(极性,筛孔大小极性,筛孔大小)2.人工合成固体吸附剂人工合成固体吸附剂 高分子多孔微
2、球高分子多孔微球(GDX):人工合成的多孔聚合物,:人工合成的多孔聚合物,其孔径大小可以人为控制。可在活化后直接用于分离。其孔径大小可以人为控制。可在活化后直接用于分离。第2页,本讲稿共43页 非非极极性性:苯苯乙乙烯烯+二二乙乙烯烯苯苯共共聚聚:GDX-1和和2型型(国国产产);Chromosorb系列(国外);系列(国外);极极性性:苯苯乙乙烯烯+二二乙乙烯烯苯苯共共聚聚物物中中引引入入极极性性基基团团:GDX-3和和4型(国产);型(国产);Porapak N等(国外)。等(国外)。高分子多孔微球可分为两类:高分子多孔微球可分为两类:第3页,本讲稿共43页气气液液色色谱谱固固定定相相由由
3、载载体体(Solid support material)和和固固定定液液(Liquid stationary phase)构构成成:载载体体为为固固定定液液提提供供大大的的惰惰性性表表面面,以以承承担担固固定定液液,使使其其形形成成薄薄而而匀匀的的液液膜。膜。1.载体载体(也称担体也称担体)对对载载体体的的要要求求:粒粒度度均均匀匀、强强度度高高的的球球形形小小颗颗粒粒;至至少少1m2/g的的比比表表面面(过过大大可可造造成成峰峰形形拖拖尾尾);高高温温下下呈呈惰惰性性(不与待测物反应不与待测物反应)并可被固定液完全浸润。并可被固定液完全浸润。载载体体类类型型:分分为为硅硅藻藻土土型型和和非非
4、硅硅藻藻土土型型,前前者者又又分分为为白白色和红色担体。色和红色担体。二、气液色谱固定相二、气液色谱固定相载体载体+固定液固定液第4页,本讲稿共43页载体组成、制备及特点载体组成、制备及特点第5页,本讲稿共43页载载体体表表面面处处理理:硅硅藻藻土土含含有有硅硅醇醇基基(SiOH)、Al2O3、Fe等等,也也就就是是说说,它具有活性而不完全化学惰性,需进行化学处理。它具有活性而不完全化学惰性,需进行化学处理。其处理过程如下其处理过程如下:第6页,本讲稿共43页前图为气固气谱图:前图为气固气谱图:2m长,填充分子筛长,填充分子筛(5)后图为气液色谱图,后图为气液色谱图,30m,0.53mm i.
5、d.WCOT开管柱开管柱TCD 检测器检测器第7页,本讲稿共43页对固定液的要求:对固定液的要求:a)热稳定性好、蒸汽压低热稳定性好、蒸汽压低流失少;流失少;b)化学稳定性好化学稳定性好不与其它物质反应;不与其它物质反应;c)对试样各组分有合适的溶解能力(分配系数对试样各组分有合适的溶解能力(分配系数K 适当);适当);d)对各组分具有良好的选择性。对各组分具有良好的选择性。2.固定液及其选择固定液及其选择第8页,本讲稿共43页固定液与组分的作用力:固定液与组分的作用力:固定液与组分的作用力:固定液与组分的作用力:a)色散力色散力非极性分子之间(瞬时偶极之间静电吸非极性分子之间(瞬时偶极之间静
6、电吸引);引);b)诱导力诱导力极性与非极性分子之间(偶极与瞬时极性与非极性分子之间(偶极与瞬时偶极之间静电吸引);偶极之间静电吸引);c)取向力取向力极性与极性分子之间(偶极与偶极性与极性分子之间(偶极与偶极之间静电吸引)极之间静电吸引)d)氢键力氢键力强度介于化学键力和范德华力之强度介于化学键力和范德华力之间的静电吸引,亦属取向力。间的静电吸引,亦属取向力。前三种统属范德华力,后者属特殊范德华力。前三种统属范德华力,后者属特殊范德华力。第9页,本讲稿共43页(i)相相对对极极性性P:规规定定非非极极性性固固定定液液角角鲨鲨烷烷的的极极性性为为0,强强极极性性固固定定液液,-氧氧二二丙丙腈腈
7、的的极极性性为为100,以以物物质质对对正正丁丁烷烷-丁丁二二烯烯或或环环已已烷烷-苯苯在在角角鲨鲨烷烷、,-氧氧二二丙丙腈及待测固定液上分离得到相对保留值,并取对数:腈及待测固定液上分离得到相对保留值,并取对数:从下列公式求得待测固定液的相对极性从下列公式求得待测固定液的相对极性Px:其其中中q1,q2,qx分分别别表表示示物物质质对对在在角角鲨鲨烷烷、,-氧氧二二丙丙腈腈和和待待测测固固定定液液的的相相对对保保留留值值。Px在在0100之之间间,每每20单单位位为为一一级级,即即将将极极性性分分为为5级级:0,+1(非非极极性性);+1,+2(弱极性弱极性);+3(中等极性;中等极性;+4
8、,+5(强极性强极性)(ii)固定液特性常数固定液特性常数 I:包括罗氏常数麦氏常数。此处不作介绍。包括罗氏常数麦氏常数。此处不作介绍。固定液的极性表示方法固定液的极性表示方法第10页,本讲稿共43页角鲨烷角鲨烷待测固定液待测固定液x氧二丙腈氧二丙腈角鲨烷角鲨烷氧二丙腈氧二丙腈正丁烷正丁烷+丁二烯丁二烯待测固定液待测固定液q1P1=0qxq2P2=100相对极性的表示(计算)方法相对极性的表示(计算)方法柱柱固定相固定相第11页,本讲稿共43页固定液分类固定液分类第12页,本讲稿共43页固定液的选择固定液的选择固定液的选择固定液的选择固定液选择:按固定液选择:按“相似相溶相似相溶”原理选择固定
9、液。原理选择固定液。非极性组分非极性组分非极性固定液非极性固定液沸点低的物沸点低的物质先流出;质先流出;极性物质极性物质极性固定液极性固定液极性小的物质极性小的物质先流出;先流出;各类极性混合物各类极性混合物极性固定液极性固定液极性小极性小的物质先流出;的物质先流出;氢键型物质氢键型物质氢键型固定液氢键型固定液不易形不易形成氢键的物质先流出;成氢键的物质先流出;复杂混合物复杂混合物两种或以上混合固定液两种或以上混合固定液第13页,本讲稿共43页 根据根据van Deemter方程和色谱分离方程式,分析条件的选择在上一章方程和色谱分离方程式,分析条件的选择在上一章已有论述,此处针对气相色谱方法作
10、一简单小结。已有论述,此处针对气相色谱方法作一简单小结。1.柱长柱长L 由分离度由分离度R的定义可得的定义可得 (R1/R2)2=n1/n2=L1/L2 即柱越长,理论塔坂数越高,分离越好。但柱过长,分析时间增加且即柱越长,理论塔坂数越高,分离越好。但柱过长,分析时间增加且峰宽也会增加,导致总分离效能下降,因此柱长峰宽也会增加,导致总分离效能下降,因此柱长L要根据要根据R的要求的要求(R=1.5),选择刚好使各组分得到有效分离为宜。,选择刚好使各组分得到有效分离为宜。7.3 气相色谱分离分析条件气相色谱分离分析条件第14页,本讲稿共43页2.载气及流速载气及流速u 对对van Deemter方
11、程求导得到在流速为方程求导得到在流速为 ,柱效最高,柱效最高 。当当u较小时,较小时,B/u占主要,此时选择分子量大的载气,使组分的扩散系占主要,此时选择分子量大的载气,使组分的扩散系数小,如氩气或氮气。数小,如氩气或氮气。当当u较大时,较大时,Cu占主要,此时选择分子量小的载气,使组分的扩散系数占主要,此时选择分子量小的载气,使组分的扩散系数小,减小传质阻力项小,减小传质阻力项Cu。如氢气和氦气。如氢气和氦气。续续 气相色谱分离分析条件气相色谱分离分析条件第15页,本讲稿共43页3.柱温柱温柱温柱温降低降低升高升高传质快、柱效高传质快、柱效高纵向扩散强、峰拖尾纵向扩散强、峰拖尾过高造成固定液
12、流失过高造成固定液流失分析时间长分析时间长恒温恒温程序升温程序升温(宽沸程混合物宽沸程混合物)实验确定实验确定柱温的影响柱温的影响第16页,本讲稿共43页续续续续 气相色谱分离条件的选择气相色谱分离条件的选择气相色谱分离条件的选择气相色谱分离条件的选择4.载体粒度及筛分范围载体粒度及筛分范围 载体粒度越小,柱效越高。但粒度过小,则阻力及柱载体粒度越小,柱效越高。但粒度过小,则阻力及柱压增加。通常,对填充柱而言,粒度大小为柱内径的压增加。通常,对填充柱而言,粒度大小为柱内径的1/201/25为宜。为宜。5.进样方式及进样量进样方式及进样量 要以要以“塞子塞子”的方式进样,以防峰形扩张;进样量,的
13、方式进样,以防峰形扩张;进样量,也要以峰形不拖尾为宜。也要以峰形不拖尾为宜。第17页,本讲稿共43页一、样品预处理一、样品预处理 GC分分析析对对象象是是在在气气化化室室温温度度下下能能生生成成气气态态的的物物质质。为为保保护护色色谱谱柱柱、降降低低噪噪声声、防防止止生生成成新新物物质质(杂杂峰峰),需要在进样前对样品进行处理。需要在进样前对样品进行处理。1)水水、乙乙醇醇和和可可能能被被柱柱强强烈烈吸吸附附的的极极性性物物质质柱柱效效下降,需除去。下降,需除去。2)非非挥挥发发份份会会产产生生噪噪声声,同同时时慢慢慢慢分分解解产生杂峰。产生杂峰。3)稳定性差的组分)稳定性差的组分生成新物质生
14、成新物质杂峰。杂峰。7.4 定性分析定性分析第18页,本讲稿共43页二、定性方法二、定性方法二、定性方法二、定性方法1、用已知物对照定性、用已知物对照定性 该法是基于在一定操作条件下,各组分保留时间是一该法是基于在一定操作条件下,各组分保留时间是一定值的原理。定值的原理。具体做法:具体做法:1)分别以试样和标准物进样分析)分别以试样和标准物进样分析得到各自的得到各自的色谱图;色谱图;2)对照:如果试样中某峰的保留时间和标样中某峰重)对照:如果试样中某峰的保留时间和标样中某峰重合,则可初步确定试样合,则可初步确定试样 中含有该物质。中含有该物质。3)也可通过在样品中加入标准物,看试样中哪个峰增加
15、)也可通过在样品中加入标准物,看试样中哪个峰增加来确定。来确定。第19页,本讲稿共43页2.据经验式定性据经验式定性1)碳碳数数规规律律:在在一一定定温温度度下下,同同系系物物的的调调整整保保留留时时间间tr的对数与分子中碳数的对数与分子中碳数n成正比:成正比:lgtr=An+C (n 3)如如果果知知道道两两种种或或以以上上同同系系物物的的调调整整保保留留值值,则则可可求求出出常常数数A和和C。未未知知物物的的碳碳数数则则可可从从色色谱谱图图查查出出tr后后,以以上式求出上式求出n。2)沸沸点点规规律律:同同族族具具相相同同碳碳数数的的异异构构物物,其其调调整整保保留留时间时间tr的对数与分
16、子中沸点的对数与分子中沸点n成正比:成正比:lgtr=ATb+C第20页,本讲稿共43页3.据相对保留值据相对保留值 ri,s 定性:定性:用保留值定性要求两次进样条件完全一致,这是比用保留值定性要求两次进样条件完全一致,这是比较困难的。而用较困难的。而用ri,s定性,则只要温度一定即可。定性,则只要温度一定即可。具体做法:具体做法:在样品和标准中分别加入同一种基准物在样品和标准中分别加入同一种基准物 s,将,将样品的样品的ri,s和标准物的和标准物的ri,s相比较来确定样品中是否含有相比较来确定样品中是否含有 i 组分。组分。第21页,本讲稿共43页 设设正正构构烷烷烃烃的的Kovats指指
17、数数为为碳碳数数 100。测测定定时时,将将碳碳数数为为n 和和n+1的的正正构构烷烷烃烃加加入入到到样样品品 x 中中进进行行色色谱谱分分析析,此此时时测测得得这这三三个个物物质质的的调调整整保保留留值值分分别别为为:tr(Cn),tr(x)和和tr(Cn+1),且且待待测物测物x的调整保留值介于两个烷烃之间。的调整保留值介于两个烷烃之间。利用下式求出未知物利用下式求出未知物 Kovats 指数指数 Ix,然后与文献值对照。,然后与文献值对照。4.保留指数保留指数(Kovats指数指数)定性定性 采用该指数定性的重现性最佳。当固定液和柱温一定时,定性可不需要标采用该指数定性的重现性最佳。当固
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