第9章气相色谱分析法报告.ppt

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1、第第9章章 气相气相色谱色谱分析法分析法9.1 概述概述9.2 固定相固定相9.3 气相色谱分析理论基础气相色谱分析理论基础9.4 气相色谱分离操作条件气相色谱分离操作条件 的选择的选择9.5 毛细管柱气相色谱法简介毛细管柱气相色谱法简介9.6 气相色谱检测器气相色谱检测器9.7 气相色谱定性鉴定方法气相色谱定性鉴定方法9.8 气相色谱定量测定方法气相色谱定量测定方法9.9 液相色谱法简介液相色谱法简介Gas Chromatography,GC2023/3/10气相色谱仪重要的现代分析工具2023/3/109.1 概述概述9.1.1 色谱法简介色谱法简介1.1.概述概述 俄国植物学家茨维特在1

2、906年使用的装置：色谱法是一种分离技术色谱法是一种分离技术，试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。其中的一相固定不动，称为固定相；另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体 （气体或液体），称为流动相。（动画动画）2023/3/102.2.色谱法分类色谱法分类流动相为气体，固定相为固体吸附剂气相色谱气固色谱气液色谱流动相为气体，固定相为液体流动相为液体，固定相为固体吸附剂。液相色谱液固色谱液液色谱流动相为液体，固定相为液体2023/3/109.1.2 气相色谱法的特点气相色谱法的特点1.分离效率高分离效率高 复杂混合物、有机同系物、异构体及手性异构体

3、。2.灵敏度高灵敏度高 可以检测出g.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量.3.分析速度快分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。4.应用范围广应用范围广 适用于沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。不足之处：不足之处：不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。2023/3/109.1.3 气相色谱分析流程气相色谱分析流程2023/3/10气相色谱流程（气相色谱流程（动画动画）1.载气系统载气系统：包括气源、气体净化、气体流速的控制和测量；2.进样系统进样系统：包括进样器、气化室；3.色谱柱色谱柱：柱体、固定相；4.检测系统检测系统：包括检测器、

4、放大器、记录仪，有的还带有数据处理装置。载气系统进样系统色谱柱检测系统温控系统2023/3/109.1.4 气固色谱和气液色谱气固色谱和气液色谱气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。气固色谱的固定相气固色谱的固定相:多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗粒。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气液色谱的固定相气液色谱的固定相:由由 担体和固定液所组成。担体和固定液所组成。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。气固色谱的分离机理气固色谱的分离机理:吸附与脱附的不断重复过程；气液色谱的分离机理：气液色谱的分离机理：分配过程分配过程 溶解与挥发的不断重复

5、过程。2023/3/10 随着载气的流动，溶解、挥发随着载气的流动，溶解、挥发,或或吸附、脱附的过程反复地进行。吸附、脱附的过程反复地进行。（动画）（动画）2023/3/10分配系数（分配系数（partition coefficient）组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度(g/L)比,称为分配系数，用K 表示，即:2023/3/10分配系数分配系数 K 的讨论的讨论(1)一定温度下，一定温度下，K值最小的组分最先流出色谱柱，而值最小的组分最先流出色谱柱，而 K值越大的组分，出峰越慢；值越大的组分，出峰越慢；(2

6、)试样一定时，试样一定时，K 主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质；(3)每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数 K 不同；不同；(4)选择适宜的固定相可改善分离效果；选择适宜的固定相可改善分离效果；(5)试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的 K 值是分离的基础；值是分离的基础；(6)某组分的某组分的 K=0时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留，最先流出。2023/3/10容量因子（容量因子（capacity factor）k 亦称分配比(partition ratio)或容量比(capacity ratio)。定义：k 是指在一定温

7、度、压力下组分在两相间达到分配平衡时，它在两相间的物质的量比。对于一定的色谱体系，组分的分离最终决定于组分在两相中的量，而不是平衡浓度，因此分配比更能表征分配达到平衡时的分离情况。K与 k 的之间存在什么样的关联？2023/3/10K与与 k 的关系：的关系：VM：色谱柱中流动相的体积(空隙体积)Vs：色谱柱中固定相的体积。(1)在气液色谱中Vs为固定液体积；在气固色谱中为吸附剂表面容量。(2):相比(phase ratio)。填充柱的值为635，毛细管柱的为501500。2023/3/109.2 固定相固定相 (Stationary Phase)9.2.1 气固色谱固定相气固色谱固定相(吸附

8、剂吸附剂)活性炭：活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强。活性氧化铝活性氧化铝：有较大的极性。适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离。硅胶硅胶：与活性氧化铝大致相同的分离性能，除能分析上述物质外，还能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能够分离臭氧。2023/3/10分子筛分子筛：碱及碱土金属的硅铝酸盐(沸石)，多孔性。除了广泛用于H2,O2,N2,CH4,CO等的分离外，还能够测定He,Ne,Ar,NO,N2O等。高分子多孔微球（高分子多孔微球（GDX系列）：系列）：新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。适用于水、气体及低级醇的分析。2023/3/1

9、0气固色谱固定相的特点气固色谱固定相的特点:（1）性能与制备和活化条件有很大关系；）性能与制备和活化条件有很大关系；（2）同一种固定相，不同厂家或不同活化条件，分离）同一种固定相，不同厂家或不同活化条件，分离效果差异较大；效果差异较大；（3）种类有限，能分离的对象不多；）种类有限，能分离的对象不多；（4）使用方便。）使用方便。2023/3/109.2.2 气液色谱固定相气液色谱固定相1.气液色谱固定相气液色谱固定相 固定液固定液+担体担体(支持体支持体)：(1)固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度 下一定呈液体状态；下一定呈液体状态；(2)固定液的种

10、类繁多，选择余地大；固定液的种类繁多，选择余地大；(3)应用范围不断扩大。应用范围不断扩大。2023/3/102.担体担体化学惰性的多孔性固体颗粒，有较大的比表面积。担体应满足以下条件：担体应满足以下条件：(1)比表面积大，孔径分布均匀；比表面积大，孔径分布均匀；(2)化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组份不起反应；与被分离组份不起反应；(3)具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；(4)颗粒大小均匀、适度。颗粒大小均匀、适度。一般常用一般常用6080目、目、80100目。目。2023/3/10常用担体（硅藻

11、土）常用担体（硅藻土）红色担体红色担体：孔径较小，表孔密集，表面积较大，机械强度好。适宜分离非极性或弱极性组分的试样。缺点:表面存有活性吸附中心点。白色担体白色担体：煅烧前原料中加入了少量助溶剂(碳酸钠)。颗 粒疏松，孔径较大。表面积较小，机械强度 较差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分的试样。2023/3/103.固定液固定液 高沸点难挥发有机化合物，种类繁多。高沸点难挥发有机化合物，种类繁多。(1)对对固定液的固定液的要求要求 应对被分离试样中的各组分具有不同的溶解能力，较好的热稳定性，不与被分离组分发生不可逆的反应。(2)选择的基本原则选择的基本原则 “相似相溶”，选择与试样性质相近的

12、固定相。(3)固定液的相对极性固定液的相对极性 角鲨烷的相对极性为零；，氧二丙腈的为100。2023/3/10(4)固定液分类方法固定液分类方法 按化学结构、极性、应用等的分类方法。醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等。(5)固定液的最高与最低使用温度固定液的最高与最低使用温度 高于最高使用温度时，固定液易流失或分解；温度低于最低使用温度，最低使用温度，固定液呈固体，无分离作用。(6)混合固定相混合固定相 对于复杂的难分离组分通常采用特殊固定液或将两种甚至两种以上配合使用。2023/3/10(7)固定液用量固定液用量 应以能均匀覆盖担体表面形成薄的液膜为宜。(8)固定液配比固定液配比 指固定液与担体的

13、质量比:一般在525之间。低的固定液配比，柱效能高，分析速度快，但允许的进样量低。2023/3/104.固定液的选择固定液的选择总原则总原则：“相似相溶相似相溶 ”(1)分离非极性组分时分离非极性组分时 通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺序出峰,低沸点组分先出峰。(2)分离极性组分时分离极性组分时 一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。2023/3/10(3)分离非极性和极性的混合物分离非极性和极性的混合物 一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极化的）组分后出峰。(4)分离醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物分离醇、胺、水等强极性和能形成

14、氢键的化合物 通常选择极性或氢键性的固定液。(5)组成复杂、较难分离的试样组成复杂、较难分离的试样 通常使用特殊固定液，或混合固定相。2023/3/109.3 气相色谱分析理论基础气相色谱分析理论基础9.3.1 气相色谱流出曲线及有关术语气相色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线，如何表征？色谱流出曲线，如何表征？2023/3/101.1.基线基线（base line）无试样通过检测器。2.2.保留值保留值（retention value）(1)时间表示的保留值时间表示的保留值 保留时间保留时间(retention time,tR)：组分从进样到柱后出现浓度最大值时所需的时间。死时间死时间(dea

15、d time,tM)：不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间。调整保留时间调整保留时间(adjusted retention time,tR)：tR=tRtM （动画）（动画）RRR2023/3/10(2)用体积表示的保留值用体积表示的保留值 保留体积（保留体积（retention volume,VR）：）：VR =tRF0 （F0为色谱柱出口处的载气流量，m L /min。）死体积（死体积（dead volume,VM）：）：VM=tM F0 调整保留体积（调整保留体积（adjusted retention volume,VR）：）：V R=VR VM 3.相对保留值相对保留值(relat

16、ive retention value，)组分2与组分1调整保留值之比：=tR2 /tR1=VR2/V R12023/3/104.区域宽度区域宽度(peak width)用来衡量色谱峰宽度的参数 有三种表示方法：有三种表示方法：(1)标准偏差标准偏差(standard deviation,)即0.607h处色谱峰宽的一半。(2)半峰宽半峰宽(peak width at half height,Y1/2)h/2处的宽度 Y1/2=2.354(3)峰基宽度峰基宽度(peak width at peak base,Wb)Wb=4 2023/3/109.3.2 色谱柱效能色谱柱效能 色谱是一种高效分离

17、色谱是一种高效分离技术，所依据的理论基技术，所依据的理论基础是什么？础是什么？如何评价分离效能？如何评价分离效能？2023/3/101.塔板理论塔板理论柱分离效能指标柱分离效能指标色谱柱长：L虚拟的塔板间距离：H色谱柱的理论塔板数：N则三者的关系为：式中tR、Y1/2、Wb以同一单位（cm 或 s）表示。理论塔板数与色谱参数之间的关系为：2023/3/10有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度:组分在组分在 tM 时间内不参与柱内分配。时间内不参与柱内分配。有效塔板数和有效塔板高度：有效塔板数和有效塔板高度：2023/3/10塔板理论的特点和不足：塔板理论的特点和不足：(1)当当色色

18、谱谱柱柱长长度度一一定定时时，塔塔板板数数 N (塔塔板板高高度度 H)，被被测测组组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高,色谱峰越窄。色谱峰越窄。(2)不不同同物物质质在在同同一一色色谱谱柱柱上上的的分分配配系系数数不不同同，用用有有效效塔塔板板数数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时,应指明测定所用物质。应指明测定所用物质。(3)柱柱效效不不能能表表示示被被分分离离组组分分的的实实际际分分离离效效果果，当当两两组组分分的的分分配系数配系数K K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。相同时，无论该色谱柱的塔板

19、数多大，都无法分离。(4)该该理理论论无无法法解解释释同同一一色色谱谱柱柱在在不不同同的的载载气气流流速速下下柱柱效效不不同同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。2023/3/102.速率理论速率理论影响柱效能的因素影响柱效能的因素速率方程也称范速率方程也称范弟姆特方程式弟姆特方程式:H=A+B/u+C u H:理论塔板高度理论塔板高度 u:载气的线速度载气的线速度(cm/s)减小减小 A、B、C 三项可提高柱效；三项可提高柱效；三个常数的物理意义三个常数的物理意义存在着最佳流速；存在着最佳流速；A、B、C三项各与哪些因素

20、有关？三项各与哪些因素有关？2023/3/10(1)A涡流扩散项涡流扩散项 A=2dp dp：固定相的平均颗粒直径：固定相的填充不均匀因子 （动画）（动画）固固定定相相颗颗粒粒越越小小dp，填填充充的的越越均均匀匀，A，H，柱柱效效 N。表表现现在在涡涡流流扩扩散散所所引引起起的的色色谱谱峰峰变变宽宽现现象象减减轻轻，色谱峰较窄。色谱峰较窄。2023/3/10(2)B/u 分子扩散项分子扩散项 B=2 Dg：弯曲因子,填充柱色谱,11 Dg：气相中的扩散系数（cm2s-1）(1)存在着浓度差，产生纵向扩散存在着浓度差，产生纵向扩散;(2)扩散导致色谱峰变宽，扩散导致色谱峰变宽，H(N)，分离变

21、差分离变差;(3)该项与流速有关，流速该项与流速有关，流速，滞留时间，滞留时间，扩散，扩散;(4)扩散系数：扩散系数：Dg(M载气载气)-1/2；M载气载气，B值值。（动画）（动画）2023/3/10(3)C u 传质阻力项传质阻力项 传质阻力包括气相传质阻力传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力和液相传质阻力CL即：即：C=（Cg+CL）k为容量因子；Dg、DL为扩散系数；df为液膜厚度。减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。（动画）（动画）2023/3/10速率理论的要点:(1)色色谱谱峰峰扩扩展展、柱柱效效下下

22、降降的的主主要要原原因因:组组分分分分子子在在柱柱内内运运行行的的多路径多路径与与涡流扩散涡流扩散、浓度梯度、两相分配平衡不能瞬间达到浓度梯度、两相分配平衡不能瞬间达到。(2)通通过过选选择择适适当当的的固固定定相相粒粒度度、载载气气种种类类、液液膜膜厚厚度度及及载载气气流流速可提高柱效。速可提高柱效。(3)速速率率理理论论为为色色谱谱分分离离和和操操作作条条件件选选择择提提供供了了理理论论指指导导。阐阐明明了流速和柱温对柱效及分离的影响。了流速和柱温对柱效及分离的影响。(4)各各种种因因素素相相互互制制约约，如如载载气气流流速速增增大大，分分子子扩扩散散项项的的影影响响减减小小，但但同同时时

23、传传质质阻阻力力项项的的影影响响增增大大；柱柱温温升升高高，有有利利于于传传质质，但加剧了分子扩散的影响。但加剧了分子扩散的影响。2023/3/103.分离度分离度（resolution）柱的总分离效能指标柱的总分离效能指标 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程度。什么情况下,相邻两组份能够被完全分离?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：保留值之差保留值之差色谱过程的热力学因素；色谱过程的热力学因素；区域宽度区域宽度色谱过程的动力学因素。色谱过程的动力学因素。色谱分离中的四种情况如图所示：色谱分离中的四种情况如图所示：2023/3/10色谱分离中的四种情况的

24、讨论：色谱分离中的四种情况的讨论：柱效较高，柱效较高，K(分配系数分配系数)较大较大,峰较窄，完全分峰较窄，完全分离；离；K 不很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；不很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；柱效较低，柱效较低，K 较大，但峰较宽，分离的不好；较大，但峰较宽，分离的不好；K 不很大，且峰又太宽，以致不很大，且峰又太宽，以致柱效低，分离效果柱效低，分离效果更差。更差。2023/3/10分离度的表达式：分离度的表达式：R=0.8：两峰的分离程度可达：两峰的分离程度可达89%；R=1.0：分离程度：分离程度98%；（基本分离）；（基本分离）R=1.5：达：达99.7%（相邻两峰（相

25、邻两峰完全分离完全分离的标准）。的标准）。2023/3/10令令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相邻两峰的峰底宽近似相等相邻两峰的峰底宽近似相等），），引入相对保留值和塔板数，可导出下式：引入相对保留值和塔板数，可导出下式：2023/3/10讨论：讨论：(1)分离度与柱效分离度与柱效 分离度与柱效的平方根成正比，21一定时，增加柱效，可提高分离度，但组分保留时间增加且峰扩展,分析时间长；(2)分离度与分离度与21 增大 21是提高分离度的最有效方法，计算可知，在相同分离度下，当 21增加一倍，需要的N有效 减小10000倍。增大增大 21的最有效方法是选择合适的固定液。的最有效方法是选择合适的固

26、定液。2023/3/10例题：例题：在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为 85 s 和和100 s。试。试计算若达到完全分离需要多少块有效塔计算若达到完全分离需要多少块有效塔板。若填充柱的塔板高度为板。若填充柱的塔板高度为0.1 cm，柱长是多少？柱长是多少？解：解：21=100/85=1.18 N有效有效 =16R2 21 /(21 1)2 =161.52(1.18/0.18)2=1547（块）块）L有效有效 =N有效有效H有效有效 =15470.1=155 cm 即柱长为即柱长为1.55米时，米时，两组分可以达到完全分离。两组分可以达到完全分

27、离。2023/3/10例题：例题：在在一一定定条条件件下下，两两个个组组分分的的保保留留时时间间分分别别为为12.2s和和12.8s，计算分离度。要完全分离，所需要的柱长。计算分离度。要完全分离，所需要的柱长。（已知（已知N=3600)解：解：分离度分离度：塔板数增加一倍，分离度增加多少？塔板数增加一倍，分离度增加多少？2023/3/109.4 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9.4.1 载气种类及流速的选择载气种类及流速的选择1.1.载气种类的选择载气种类的选择 应综合考虑三个方面三个方面：载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质。载气摩尔质量，纵向扩散，柱效。载气流速较大

28、时，传质阻力项起主要作用，采用较小摩尔质量的载气(如H2),可减小传质阻力,柱效。热导检测器需使用热导系数较大的氢气有利于提高检测灵敏度。在氢焰检测器中，氮气仍是首选目标。2023/3/102.载气流速的选择载气流速的选择由图可见存在最佳流速（uopt）。实际流速通常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。2023/3/109.4.2 柱温的选择柱温的选择 控制在固定液的最高和最低使用温度范围之内。控制在固定液的最高和最低使用温度范围之内。柱温升高，分离度下降，色谱峰变窄变高。柱温柱温升高，分离度下降，色谱峰变窄变高。柱温，被测组，被测组分的挥发度分的挥发度，即被测组分在气相中的浓度，即被测组分在气相

29、中的浓度，K，tR，低沸点，低沸点组份峰易产生重叠。组份峰易产生重叠。柱温柱温，分离度，分离度，分析时间，分析时间。对于难分离物质对，降低柱。对于难分离物质对，降低柱温虽可在一定程度内使分离改善，但不可能使之完全分离，这是温虽可在一定程度内使分离改善，但不可能使之完全分离，这是由于两组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也在增加，由于两组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增加速度大于前者时，两峰的交叠更为严重。当后者的增加速度大于前者时，两峰的交叠更为严重。柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。对于对于组分复杂，

30、沸程宽的试样，应采用程序升温。组分复杂，沸程宽的试样，应采用程序升温。2023/3/10醇系物醇系物GC分析分析(a)175 C等温等温(b)程序升温程序升温2023/3/109.4.3 柱长和柱内径的选择柱长和柱内径的选择 增加柱长对提高分离度有利增加柱长对提高分离度有利(RL1/2），但组分的），但组分的保留时间保留时间tR ，且柱阻力，且柱阻力，不便操作。，不便操作。柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。填充色谱柱的柱长通常为填充色谱柱的柱长通常为13m。可根据要

31、求的分离度通过计算确定合适的柱长或可根据要求的分离度通过计算确定合适的柱长或实验确定。实验确定。柱内径一般为柱内径一般为34mm。2023/3/109.4.4 进样量和进样器进样量和进样器 液体试样采用色谱微量进样器进样，规格有液体试样采用色谱微量进样器进样，规格有1L，5L，10L等。等。进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范围之内。进样要求性检测范围之内。进样要求动作快动作快、时间短时间短。气体试样应采用气体进样阀进样。气体试样应采用气体进样阀进样。2023/3/109.4.5 气化温度的选择气化温度的选择 色谱仪进样口下端有一气化器色谱仪进样

32、口下端有一气化器,液体试样进样后，液体试样进样后，在此瞬间气化；在此瞬间气化；气化温度一般较柱温高气化温度一般较柱温高3070 防止气化温度太高造成试样分解。防止气化温度太高造成试样分解。2023/3/109.5 毛细管柱气相色谱法简介毛细管柱气相色谱法简介Capillary column gas chromatography9.5.1 提高色谱分离能力的途径提高色谱分离能力的途径 (1)塔板理论：增加柱长，减小柱径，柱子塔板数塔板理论：增加柱长，减小柱径，柱子塔板数；(2)速率理论：减小组分在柱中的涡流扩散和传质阻力速率理论：减小组分在柱中的涡流扩散和传质阻力,可降低塔板高度可降低塔板高度。

33、2023/3/109.5.2 毛细管色谱柱的结构特点毛细管色谱柱的结构特点(1)无填料、阻力小，长可达百米，管径无填料、阻力小，长可达百米，管径0.2 mm。(2)气流单途径通过柱子，消除了涡流扩散。气流单途径通过柱子，消除了涡流扩散。(3)固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大，涂固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大，涂层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。(4)柱效高达每米柱效高达每米30004000块理论塔板，长度块理论塔板，长度100m的毛细管柱，总的理论塔板数可达的毛细管柱，总的理论塔板数可达104106。2023/3/10毛细管色谱的优点：毛

34、细管色谱的优点：（1）分离效率高：比填充柱高）分离效率高：比填充柱高10100倍；倍；（2）分析速度快：比填充柱色谱分析速度快；）分析速度快：比填充柱色谱分析速度快；（3）色谱峰窄、峰形对称。较多采用程序升温方式；）色谱峰窄、峰形对称。较多采用程序升温方式；（4）灵敏度高，一般采用氢焰检测器；）灵敏度高，一般采用氢焰检测器；（5）涡流扩散为零。）涡流扩散为零。2023/3/109.5.3 毛细管色谱柱的制备方法涂壁开管柱（涂壁开管柱（wall coated opentubular，WCOT柱）：柱）：将固定液直接涂敷在管内壁上。柱制作相对简单，但柱制备的重现性差、寿命短。多孔层开管柱（多孔层开

35、管柱（porous layer open tubular，PLOT柱）：柱）：在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒。构成毛细管气固色谱。化学键合或交联柱：化学键合或交联柱：将固定液通过化学反应键合在管壁上或交联在一起。使柱效和柱寿命进一步提高。2023/3/109.5.4 毛细管色谱的结构流程具有分流和尾吹装置具有分流和尾吹装置2023/3/109.6 气相色谱检测器气相色谱检测器9.6.1 检测器一般特性检测器一般特性浓度型检测器：浓度型检测器：测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测 信号值与组分的浓度成正比。TCD和ECD；质量型检测器：质量型检测器：测量的是载气中某组分进入检测

36、器的速度变化，即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。FID和FPD；广谱型检测器：广谱型检测器：对所有物质有响应，TCD；专属型检测器：专属型检测器：对特定物质有高灵敏响应，ECD、FID、FPD；2023/3/10响应值（或灵敏度）响应值（或灵敏度）S：在一定范围内，信号R与进入检测器的物质的进样量Q呈线性关系：R=SQ S=R/Q 单位：mV/（mg/cm3）；（浓度型检测器）mV/（mg/s）；（质量型检测器）响应值也可以由色谱峰面积(A)除以试样质量求得：S=A/m2023/3/109.6.2 热导池检测器热导池检测器Thermal Conductivity Detect

37、or,TCD1.1.热导检测器的结构热导检测器的结构 池体池体:热敏元件热敏元件：钨丝参考臂：参考臂：仅允许纯载气通过，连接在进样装置之前。测量臂测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。2023/3/102.2.检测原理检测原理 平衡电桥，图。不同的气体有不同的热导系数。钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：R参参=R测测 ;R1=R2 则：则：R参参R2=R测测R1 无电压信号输出；记录仪走直线(基线)。2023/3/10进样后进样后:载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电

38、阻差，R参参R测测 则：R参参R2R测测R1 电桥失去平衡，有电压信号输出。ERc2023/3/103.3.影响影响热导检测器灵敏度的因素热导检测器灵敏度的因素 桥路电流桥路电流 I：I，钨丝的温度，钨丝与池体间的温差，有利于热传导，检测器灵敏度提高。检测器的响应值 S I 3，但稳定性下降，基线不稳。池体温度池体温度：池体温度与钨丝温度相差越大，越有利于热传导，检测器的灵敏度也就越高，但池体温度不能低于分离柱温度，以防止试样组分在检测器中冷凝。载气种类载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。2023/3/10表表 各种气体的热导系数（

39、单位：各种气体的热导系数（单位：J/cm C s）2023/3/109.6.3 氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器Flame Ionigation Detector,FID1.1.特点特点(1)典型的质量型检测器典型的质量型检测器;(2)对有机化合物具有很高的灵敏度对有机化合物具有很高的灵敏度;(3)无机气体、水、四氯化碳等灵敏度低或不响应无机气体、水、四氯化碳等灵敏度低或不响应;(4)氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速等特点响应迅速等特点;(5)比比TCD的灵敏度高的灵敏度高3个数量级，检测限可达个数量级，检测限可达10-12g

40、g-12023/3/102.2.氢焰检测器的结构氢焰检测器的结构(1)在发射极和收集极间加有一定的直在发射极和收集极间加有一定的直流电压流电压(100300V)构成一个外加电场。构成一个外加电场。(2)氢焰检测器需要用到三种气体：氢焰检测器需要用到三种气体：N2：载气携带试样组分；H2：燃气；空气：助燃气。使用时需要调整三者的使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达比例关系，检测器灵敏度达到最佳。到最佳。（动画）（动画）2023/3/103.3.氢焰检测器的原理氢焰检测器的原理A A区：预热区区：预热区B B层：点燃火焰层：点燃火焰C C层：热裂解区：层：热裂解区：温度最高温度最高D D层

41、：反应区层：反应区(1)当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在C层发生裂解反应产生自由基：CnHm CH(2)产生的自由基在D层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：CH+O CHO+e(3)生成的正离子CHO+与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：CHO+H2O H3O+CO2023/3/104.4.操作条件的选择操作条件的选择(1)载载气气流流速速的的选选择择：N2作载气,主要考虑分离效能。找到一个最佳的载气流速。(2)氢氢气气流流速速：H2流速过低，组分分子离子化数目少，检测器灵敏度低。H2流速过大，基线不稳。一般N2:H2（流速）的最佳比在1:11:1

42、.5之间。(3)空气流速：空气流速：一般氢气和空气流速的比例是1:10。(4)极化电压：极化电压：极化电压一股为100300 V。2023/3/109.6.4 其他检测器其他检测器1.1.电子俘获检测器电子俘获检测器(Electron Capture Detector,ECD)2.2.火焰光度检测器火焰光度检测器(flame photometric detector,FPD)化合物中硫、磷在富氢火焰中被还原，激发后，辐射出化合物中硫、磷在富氢火焰中被还原，激发后，辐射出400、550 nm 左右的光谱，可被检测；左右的光谱，可被检测；该检测器是对含硫、磷化合物的高选择性检测器；该检测器是对含硫

43、、磷化合物的高选择性检测器；,检测下限检测下限1010-14-14 g/g/mLmL。高选择性检测器，高选择性检测器，仅对含有卤素、磷、硫、氧仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度等元素的化合物有很高的灵敏度2023/3/109.7 气相色谱定性鉴定方法气相色谱定性鉴定方法9.7.1 利用纯物质对照的定性鉴定利用纯物质对照的定性鉴定1.利用保留值的定性鉴定法利用保留值的定性鉴定法 当固定相和操作条件严格固定不变时，每种物质都有确定的调整保留值（tR或VR），该保留值一般不受共存组分的影响，可用作定性鉴定的指标。2.利用加入纯物质以增加峰高的定性鉴定法利用加入纯物质以增加峰高的定性

44、鉴定法 将纯物质加到试样中，如果某组分的峰高增加，则表示该组分可能与加入的纯物质相同。两种不同组分在同一根色谱柱上可能具有相同的保留值。2023/3/109.7.2 与质谱、红外光谱联用的定性鉴定与质谱、红外光谱联用的定性鉴定 质谱、红外光谱质谱、红外光谱：纯有机化合物结构鉴定。气相色谱：气相色谱：有机混合物的快速高效分离。结合：质谱、红外光谱作为气相色谱的组分鉴别器色谱质谱联用仪（简称GCMS）色谱红外联用仪2023/3/109.8 气相色谱定量测定方法气相色谱定量测定方法9.8.1 峰面积的测量峰面积的测量1.峰高峰高(h)乘半峰宽乘半峰宽(Y 1/2)法法：实际峰面积的0.94倍 A=1

45、.064 h Y1/22.峰高乘平均峰宽法峰高乘平均峰宽法：当峰形不对称时采用 A=h (Y 0.15+Y 0.85)/2 3.自动积分和微机处理法自动积分和微机处理法2023/3/109.8.2 定量校正因子定量校正因子试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即：m i =fi Ai 绝对校正因子绝对校正因子：比例系数 f i，单位面积对应的物质量：f i =m i /Ai相对校正因子相对校正因子 f i：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。2023/3/109.8.3 几种常用定量方法几种常用定量方法1.归一化法归一化法(1)归一化法简便、准确；归一化法简便、准确；(2)进样量

46、的准确性和操作条件的变动对结果影响不大；进样量的准确性和操作条件的变动对结果影响不大；(3)仅适用于试样中所有组分全出峰的情况仅适用于试样中所有组分全出峰的情况；(4)各组分各组分f 值很接近（如同系物）时值很接近（如同系物）时,式中式中f 可约去；可约去；(5)峰宽接近时，可用峰高代替峰面积。峰宽接近时，可用峰高代替峰面积。2023/3/102.2.外标法外标法也称为标准曲线法也称为标准曲线法(1)外标法不使用校正因子，准确性较高外标法不使用校正因子，准确性较高;(2)操作条件变化对结果准确性影响较大操作条件变化对结果准确性影响较大;(3)对进样量的准确性和重复性要求较高，适用于大对进样量的

47、准确性和重复性要求较高，适用于大批量试样的快速分析。批量试样的快速分析。2023/3/103.3.内标法内标法 试样中组分试样中组分不能全部出峰不能全部出峰或各组分含量悬殊，或者仅需要测或各组分含量悬殊，或者仅需要测定试样中某组分时，可采用此法。定试样中某组分时，可采用此法。试样配制：试样配制：准确称取一定量的试样准确称取一定量的试样W，加入一定量内标物加入一定量内标物mS内标物要满足以下要求：内标物要满足以下要求：(1)试样中不含有该物质；试样中不含有该物质；(2)与被测组分性质比较接近；与被测组分性质比较接近；(3)不与试样发生化学反应；不与试样发生化学反应；(4)出峰位置应位于被测组分附

48、近出峰位置应位于被测组分附近,且无组分峰影响。且无组分峰影响。加入量接近待测组分的量。加入量接近待测组分的量。2023/3/10(1)准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大。(2)不适合大批量试样的快速分析。(3)若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定，则：2023/3/109.9 液相色谱法简介液相色谱法简介2023/3/109.9.1高效液相色谱分析法的特点高效液相色谱分析法的特点1.高高压压 采用高压泵使流动液能迅速通过色谱柱，一般达150105 350 105 Pa。2.高速高速 高压带来高速，分析时间一般少于lh。3.高高效效 柱效能约可达3万塔板/米（GC的

49、柱效约为2000/米）。4.高高灵灵敏敏度度 由于采用了高灵敏度的检测器，最小检测量可达10-9 g，甚至10-11 g。5.可可用用于于高高沸沸点点的的、不不能能气气化化的的、热热不不稳稳定定的的以以及及具具有生理活性物质的分析有生理活性物质的分析。2023/3/109.9.2 影响色谱峰扩展及色谱分离的因素影响色谱峰扩展及色谱分离的因素(1)高效液相色谱中，当流动相的线速度u 0.5cms-1 时，分子扩散的影响可忽略不计。分子扩散的影响可忽略不计。液体的扩散系数Dm仅为气体的万分之一到十万分之一。H=A+C u2023/3/10(2)液体的粘度比气体大一百倍,密度为气体的一千倍,故降低传

50、质阻力是故降低传质阻力是LC中提高柱效的主要途径中提高柱效的主要途径。由速率方程，降低固定相粒度可提高柱效。液相色谱中，不可能通过增加柱温来改善传质。恒温 改变淋洗液组成、极性是改善分离的最直接的因素。改变淋洗液组成、极性是改善分离的最直接的因素。2023/3/109.9.3 高效液相色谱分析法的分类高效液相色谱分析法的分类1.液固吸附色谱法液固吸附色谱法(liquid-solid adsorption chromatography)全多孔型硅胶微粒(510m)颗粒小，传质快，柱效高颗粒小，传质快，柱效高适用于分离质量中等的油性试样，对具有不同官能团的化合物和异构体有较高的选择性。缺点是非线性