气相色谱流动相的柱色谱仪器分析方法.ppt

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1、 第十一章第十一章 气相色谱法气相色谱法（GC,gas chromatography)GC,gas chromatography)气体作为流动相的柱色谱仪器分析方法。气体作为流动相的柱色谱仪器分析方法。色谱法从上个世纪初发现以后，一直用液体作流动相，色谱法从上个世纪初发现以后，一直用液体作流动相，直到直到50年代才有科学家首次用气体作流动相，成功地创建了年代才有科学家首次用气体作流动相，成功地创建了GC法法.GC法的创立是色谱发展史上的一次飞跃。它从经典法的创立是色谱发展史上的一次飞跃。它从经典LC简简单柱层析分离，发展成精密的仪器分析，不仅能高效分离，单柱层析分离，发展成精密的仪器分析，不仅

2、能高效分离，还能高灵敏度定量。由于他们对色谱法的巨大贡献，还能高灵敏度定量。由于他们对色谱法的巨大贡献，1952年年获得了诺贝尔奖。获得了诺贝尔奖。第一台第一台GC仪的问世是在仪的问世是在1956年，年，GC仪至它诞生以来，仪至它诞生以来，不负众望，成为了一种应用非常广泛，非常重要的分析仪器，不负众望，成为了一种应用非常广泛，非常重要的分析仪器，广泛应用于医药卫生、环保、化工、医药工业、农业、体育、广泛应用于医药卫生、环保、化工、医药工业、农业、体育、公安等各个领域。公安等各个领域。第一节第一节 概述概述 GC法在预防医学领域应用也非常广泛，空气检法在预防医学领域应用也非常广泛，空气检测、水质

3、分析、食品检验、生物检测等都要用测、水质分析、食品检验、生物检测等都要用GC法，法，对空气、水、食品和生物制品中毒物、污染物进行定对空气、水、食品和生物制品中毒物、污染物进行定量测定。因卫生试样一般成分复杂，干扰物多，待测量测定。因卫生试样一般成分复杂，干扰物多，待测组分含量微，尤其需要用组分含量微，尤其需要用GC法，先分离，再定量，法，先分离，再定量，分离、定量一次完成。分离、定量一次完成。如：蔬菜、水果中农药残留量分析。食品中如：蔬菜、水果中农药残留量分析。食品中VK1和和VK2的分析。的分析。GCGC同时具有两种功能：同时具有两种功能：同时具有两种功能：同时具有两种功能：高效分离高效分离

4、高效分离高效分离 高灵敏度定量高灵敏度定量高灵敏度定量高灵敏度定量 一一.GCGC法的法的分类分类ng-L色谱（色谱（GLC)（分配色谱）分配色谱）ng-s色谱（色谱（GSC)(吸附色谱）吸附色谱）n固定相种类多固定相种类多n填充柱色谱填充柱色谱特点特点易制备易制备n（i.d.3-6mm)柱容量大柱容量大nn毛细管柱色谱毛细管柱色谱特点特点分离效能高分离效能高n（i.d.0.1-0.5mm)柱成品化柱成品化GC法法柱色谱柱色谱二二.GCGC法特点法特点1.分离效能高、速度快分离效能高、速度快成成分分复复杂杂，难难分分离离的的样样品品，能能在在短短时时间间内内一一次次分分离离、测测定定，出出峰峰

5、时时间间一一般般在在1十十几几分分钟钟。如如：进进一一针针汽汽油油样样（低低链链烷烷烃烃混混合合物物），可可出出20多多个个峰峰。可可分分别别定量。定量。2.选择性好选择性好结结构构相相似似、极极性性相相近近的的组组分分，能能彼彼此此分分开开。如如：测测定定邻邻二二甲甲苯苯、间间二二甲甲苯苯、对对二二甲甲苯苯混混合合物物。再再如如：测定白酒中甲醇，甲醇和乙醇可彼此分开。测定白酒中甲醇，甲醇和乙醇可彼此分开。3.样品用量少样品用量少 进样几进样几ng或几或几pg,进样体积进样体积0.1几几uL,适用于痕适用于痕量组分分析。量组分分析。4.灵敏度高灵敏度高 检出限：检出限：10-1110-14g

6、检测下限：检测下限：10-910-12g 适用于微量、痕量组分分析适用于微量、痕量组分分析 5.应用范围广应用范围广 gL S 态均可分析态均可分析 有机物、无机物均可分析有机物、无机物均可分析 多数小分子有机物多数小分子有机物 直接分析直接分析 难挥发、易分解的难挥发、易分解的 稳定衍生物稳定衍生物 分析分析 无机物无机物 金属氯化物、金属螯合物、硅酯衍生金属氯化物、金属螯合物、硅酯衍生物物 分析分析 气态无机物气态无机物 直接分析直接分析 气路系统气路系统 进样系统进样系统 分离系统分离系统 检测系统检测系统 记录及数据处理系统记录及数据处理系统三三.气相色谱法的分析流程气相色谱法的分析流

7、程GC仪仪载载气气瓶瓶流流量量计计汽汽化化室室色色谱谱柱柱检检测测器器放放大大器器 记录仪记录仪 温控温控 温控温控微机微机方框流程图：方框流程图：GC模拟流程图模拟流程图 钢瓶 钢钢瓶瓶减压阀减压阀净净化化器器针型阀针型阀转转子子流流量量器器压力表压力表进样器进样器检测器检测器色谱柱色谱柱放大器放大器数据处理机数据处理机温控装置温控装置四四.气相色谱法的分离过程气相色谱法的分离过程在一定柱温，分配达平衡：在一定柱温，分配达平衡：K=Cl/CgK小小tR快快先出柱先出柱K大大tR慢慢后出柱后出柱造成差速迁移造成差速迁移 利用混合物中各组分物理化学性质差异使其彼利用混合物中各组分物理化学性质差异

8、使其彼此分离。此分离。溶解溶解 吸附吸附 X(g)X(l)X(g)X(s)挥发挥发 解吸解吸 (g l 色谱色谱)(g s色色谱谱)五五.气相色谱图及常用术语气相色谱图及常用术语 色谱图色谱图 组分产生的电信号随组分产生的电信号随 t 变化的曲线。变化的曲线。色谱峰色谱峰 曲线上突出部分，在完全分离的情况下，每一曲线上突出部分，在完全分离的情况下，每一个峰代表一个组分。个峰代表一个组分。色谱峰可用三项参数来描述：色谱峰可用三项参数来描述：保留值（表示峰的位置）保留值（表示峰的位置）定性定性色谱峰色谱峰 峰面积峰面积A,峰高峰高h（表示峰的大小）表示峰的大小）定量定量 标准偏差标准偏差 区域宽度

9、（表示峰的宽窄）峰宽区域宽度（表示峰的宽窄）峰宽W 半峰宽半峰宽W1/2 tR进进样样tMW1/2Wb4 h/2h空气空气峰峰信信号号时时间间图图色谱流出曲线色谱流出曲线 1.1.基线基线（baseline)仅载气通过检测仅载气通过检测器时产生的响应信号曲线。器时产生的响应信号曲线。基线稳定基线稳定 基线漂移基线漂移 噪声小噪声小 噪声大噪声大仪器灵敏度仪器灵敏度 ，噪声噪声 2.2.保留值保留值（可用（可用t 或或V 表示，一般多用时间表示）表示，一般多用时间表示）（1）死时间（）死时间（dead time)tM不被固定相滞留不被固定相滞留的组分从进样到出峰最大值所需时间。的组分从进样到出峰

10、最大值所需时间。（即：不和固定相作用组分随载气流经柱空隙所需（即：不和固定相作用组分随载气流经柱空隙所需时间。或组分分配在流动相的时间）时间。或组分分配在流动相的时间）测定：测空气或甲烷的测定：测空气或甲烷的tR tMtR （2）保留时间）保留时间tR(retention time)组分从进样到出组分从进样到出峰最大值所需时间。峰最大值所需时间。（3）调整保留时间调整保留时间tR 组分被固定相滞留所需时间。组分被固定相滞留所需时间。即：和固定相作用所需时间。即：和固定相作用所需时间。关系式：关系式：tR=tM+tR 或或 tR=tR -tM 即即：tR包括组分被固定相滞留和不被固定相滞留所需时

11、包括组分被固定相滞留和不被固定相滞留所需时间总和。间总和。（4）相对保留值相对保留值rij（relative retention time)在相在相同操作条件下两组分的调整保留值之比。同操作条件下两组分的调整保留值之比。作用：作用：定性定性,它表示色谱柱对两组分的选择性。它表示色谱柱对两组分的选择性。ris=1，两峰重合，无选择性；两峰重合，无选择性；ris 1，两峰顶分开，有选择性。两峰顶分开，有选择性。ris比比1愈愈大，选择性愈好，所以叫选择性因子。大，选择性愈好，所以叫选择性因子。ris只与只与组分、固定相性质、温度有关，其他条件变化时组分、固定相性质、温度有关，其他条件变化时（如：载

12、气流速、固定相填充疏密等对（如：载气流速、固定相填充疏密等对tR 有影响），对有影响），对tR1、tR2 影响相同，其比值不变。影响相同，其比值不变。对某两组分来说，固定相、柱温一定，对某两组分来说，固定相、柱温一定，rj s为常数。为常数。可定性。可定性。tR进进样样tMW1/2Wb4 h/2h空气空气峰峰信号时时间间图图色谱流出曲线色谱流出曲线 3、峰面积和峰高、峰面积和峰高定量定量 定量常用定量常用A，峰很窄时可用峰很窄时可用h，否则误差大。否则误差大。4、区域宽度、区域宽度 峰宽峰宽W过峰的拐点做切线，与峰底相交两点间距离；过峰的拐点做切线，与峰底相交两点间距离；半峰宽半峰宽W1/21

13、/2h处的峰处的峰宽（易测量，常用）宽（易测量，常用）标准偏差标准偏差 0.607h峰宽之半（拐点）（峰服从正态分峰宽之半（拐点）（峰服从正态分布）布）即：两拐点间距离为即：两拐点间距离为2 ，W0.0607h=2 ；tR进进样样tMW1/2Wb4 h/2h空气空气峰峰信信号号时间时间图图色谱流出曲线色谱流出曲线0.607h2 的大小表示组分经分离后流出色谱柱的分散程度，的大小表示组分经分离后流出色谱柱的分散程度，越大，流出组分越集中。越大，流出组分越集中。色谱峰：色谱峰：对称峰、拖尾峰、前沿峰对称峰、拖尾峰、前沿峰 原因：与组分、固定相性质、操作条件、进样量、进样原因：与组分、固定相性质、操

14、作条件、进样量、进样技技 术有关术有关 5、容量因子、容量因子k（分配比）分配比）k与与保留值的关系：保留值的关系：组分在固定相保留时间组分在固定相保留时间 组分在流动相保留时间组分在流动相保留时间 即：即：k为组分在分离过程中，因被固定相滞留所需时间为组分在分离过程中，因被固定相滞留所需时间是完全不与固定相作用流经色谱柱所需时间的倍数。是完全不与固定相作用流经色谱柱所需时间的倍数。k，tR ，被固定相滞留作用被固定相滞留作用,峰峰越宽（柱效越宽（柱效)；k ，组分在固定相相对质量组分在固定相相对质量，柱容量，柱容量 。在完全分离的前提下，峰越窄越好。在完全分离的前提下，峰越窄越好。k的值应适

15、当，即的值应适当，即固定液用量适当。固定液用量适当。k太小，柱容量太小，分离效果差太小，柱容量太小，分离效果差 k太大，太大，tR ，峰变宽，柱效峰变宽，柱效。第二节第二节 气相色谱基本理论气相色谱基本理论 GC 的基本理论主要有的基本理论主要有塔板理论塔板理论和和速率理论速率理论，塔板理论解决柱效能问题，提出柱效能指标；速率塔板理论解决柱效能问题，提出柱效能指标；速率理论解决影响柱效能的诸因素问题，可作为选择最理论解决影响柱效能的诸因素问题，可作为选择最佳色谱条件的理论指导。下面分别介绍。佳色谱条件的理论指导。下面分别介绍。GC法的功能之一是分离，怎样才能衡量分离效果？法的功能之一是分离，怎

16、样才能衡量分离效果？哪些因素影响分离效果？怎样选择色谱条件以达到高效分哪些因素影响分离效果？怎样选择色谱条件以达到高效分离呢？这就要以离呢？这就要以GC理论作指导。理论作指导。一、塔板理论一、塔板理论 1952年，年，Martin等人提出了塔板理论等人提出了塔板理论,此理论是借用了分此理论是借用了分馏过程的塔板理论。馏过程的塔板理论。此理论是借用了分馏过程的塔板理论，把色谱过程比作此理论是借用了分馏过程的塔板理论，把色谱过程比作分馏过程，把色谱柱比作分馏塔，分馏过程，把色谱柱比作分馏塔，用塔板概念来描述组分在用塔板概念来描述组分在柱中的分配行为。塔板理论是一种半经验理论，但它成功地柱中的分配行

17、为。塔板理论是一种半经验理论，但它成功地解释了色谱流出曲线呈正态分布解释了色谱流出曲线呈正态分布。样品混合在一个塔板内，样品混合在一个塔板内，g gl l达到平衡，然后被载气达到平衡，然后被载气带到下一个塔板，经过多个塔板，多次分配平衡，各组分彼带到下一个塔板，经过多个塔板，多次分配平衡，各组分彼此分开，因塔板数很多（此分开，因塔板数很多（10103 310106 6），所以各组分的），所以各组分的k k值即值即使有微小差别，也能彼此分开。使有微小差别，也能彼此分开。H=理论板高理论板高 n=理论塔板数理论塔板数 V =一个板体积一个板体积 模型：设想色谱柱由许多小室构成，一个小室为一个理论模

18、型：设想色谱柱由许多小室构成，一个小室为一个理论塔板塔板，每块塔板内一部分空间被涂在担体上的固定相占据，每块塔板内一部分空间被涂在担体上的固定相占据，其余空间充满载气，载气在一个塔板内占据的体积为一个板体其余空间充满载气，载气在一个塔板内占据的体积为一个板体积，一个理论塔板的高度为理论板高（积，一个理论塔板的高度为理论板高（H），），塔板的数目为理塔板的数目为理论塔板数（论塔板数（n)。基本假设基本假设：（1）载气按前进方向脉冲式经过色谱柱，每次一个小室，）载气按前进方向脉冲式经过色谱柱，每次一个小室，即，脉冲式进气，一次一个即，脉冲式进气，一次一个 V；（2）组分在一个塔板内，组分在一个塔板

19、内，gl 瞬间达平衡，其瞬间达平衡，其k恒定恒定（不随（不随C变化）；变化）；（3）进样到第一块塔板，纵向扩散忽略。）进样到第一块塔板，纵向扩散忽略。G L H 1 1、塔板模型及基本假定、塔板模型及基本假定 用塔板模型和基本假设讨论分配过程：用塔板模型和基本假设讨论分配过程：设设n=5，k=1，m=1（ug）进样进样1.000ugN=0平衡平衡0.5000.500进气进气0.500N=10.500平衡平衡0.2500.2500.2500.250进气进气0.2500.250N=20.2500.250平衡平衡0.1250.1250.1250.1250.1250.125 继续间歇进气，瞬间达平衡。

20、继续间歇进气，瞬间达平衡。当当N=5时，柱口开始有组分流出，时，柱口开始有组分流出，N=89时，流出浓度最大。时，流出浓度最大。色谱峰为一不对称峰（原因色谱峰为一不对称峰（原因n太小），若设太小），若设n50，可得可得对称流出曲线。实际对称流出曲线。实际GC分析中，分析中，n=103106，且是连续进气，流出曲线为正态分布曲且是连续进气，流出曲线为正态分布曲线。线。2 2、柱效能指标、柱效能指标n n、H H 根据呈正态分布的色谱流出曲线可以导出计算塔根据呈正态分布的色谱流出曲线可以导出计算塔板数板数n的公式：的公式：理论塔板数：理论塔板数：理论板高：理论板高：有效塔板数：有效塔板数：有效板高

21、：有效板高：用扣除用扣除tM的的tR计算计算neff能真实反映柱效能高低。能真实反映柱效能高低。注意：计算时分子，分母单位需一致，都用时间单位注意：计算时分子，分母单位需一致，都用时间单位（min）或都用长度单位（或都用长度单位（mm、cm)柱效能评价：柱效能评价：柱长一定，柱长一定，n或或neff，H、Heff，柱效柱效；同一组分，同一组分，tR一定，峰越窄（一定，峰越窄（w、w1/2 ），），柱效柱效，峰窄，两组分不易重叠，峰窄，两组分不易重叠；同一柱子对不同组分的柱效能不同（同一柱子对不同组分的柱效能不同（n 不同）不同）。tR、tR进进样时可测出，样时可测出，w、w1/2由色谱图可由色

22、谱图可量得，量得，由此，可计算出由此，可计算出n、H、neff、Heff，进而可进行柱进而可进行柱效能评价。效能评价。计算实例：计算实例：1.用用GC 法分析苯、甲苯混合物。法分析苯、甲苯混合物。苯苯 tR=1.25min 甲苯甲苯 tR=3.64min w1/2=0.10min w1/2=0.18min tM=0.36min L=2m 。求：求：n有效有效、H有效有效解：苯解：苯 n有效有效=5.54(tR/w1/2)2 =5.54()2=438 H有效有效=2000/438=4.56(mm)甲苯甲苯 n有效有效=5.54()2=1840 H有效有效=2000/1840=1.09(mm)ne

23、ff甲苯甲苯 neff苯苯 同一色谱柱，对不同组分的同一色谱柱，对不同组分的 n不同不同.2.柱长柱长2m，tM=0.30min，组分组分tR=4.5min,w=1.8mm，记录仪纸速记录仪纸速5 mm/min，求：求：n有效有效、H有效。有效。解：解：w=0.36min n有效有效=16()2=2178H有效有效=2000/2178=0.92(mm)3.3.塔板理论的贡献与缺点塔板理论的贡献与缺点 塔板理论的意义和最大贡献在于它提出了塔板理论的意义和最大贡献在于它提出了n，H两个柱效两个柱效能指标，并导出了计算能指标，并导出了计算n，H的公式，可计算的公式，可计算n，H，用它们用它们可以评价

24、柱效能，另外能解释色谱峰形状符合正态分布。可以评价柱效能，另外能解释色谱峰形状符合正态分布。但但该该理理论论是是在在理理想想情情况况下下导导出出的的，未未考考虑虑分分子子扩扩散散因因素素、其它动力学因素对柱内传质的影响。因此它不能解释：其它动力学因素对柱内传质的影响。因此它不能解释：v 峰形为什么会扩张？峰形为什么会扩张？v 影响柱效的动力学因素是什么？影响柱效的动力学因素是什么？三、三、速率理论速率理论（Rate theory）19561956年年，荷荷兰兰化化学学工工程程师师vanvan DeemterDeemter提提出出了了色色谱谱过过程程动动力力学学速速率率理理论论，吸吸收收了了塔塔

25、板板理理论论中中的的板板高高H H概概念念，考考虑虑了了组组分分在两相间的扩散和传质过程，从而给出了在两相间的扩散和传质过程，从而给出了vanvan Deemter Deemter方程：方程：u u 为流动相线速度；为流动相线速度；A A，B B，C C为常数，其中为常数，其中 A A分别表示涡流扩散系数；分别表示涡流扩散系数；B B分子扩散系数；分子扩散系数；C C传质阻力系数（包括液相和固相传质阻力系数）。传质阻力系数（包括液相和固相传质阻力系数）。该该式式从从动动力力学学角角度度很很好好地地解解释释了了影影响响板板高高（柱柱效效）的的各各种种因因素素！任任何何减减少少方方程程右右边边三三

26、项项数数值值的的方方法法，都都可可降降低低H，从从而而提提高高柱效。柱效。1.涡流扩散项涡流扩散项(Multipath term,A)在在填填充充柱柱中中，由由于于受受到到固固定定相相颗颗粒粒的的阻阻碍碍，组组份份在在迁迁移移过过程程中中随随流流动动相相不不断断改改变变方方向向，形形成成紊紊乱乱的的“涡涡流流”：从从图图中中可可见见，因因填填充充物物颗颗粒粒大大小小及及填填充充的的不不均均匀匀性性同同一一组组分分运运行行路路线线长长短短不不同同流出时间不同流出时间不同峰形展宽。峰形展宽。展宽程度以展宽程度以A A表示表示：A=2 dp 其中其中d dp p填充物平均直径；填充物平均直径；填充不

27、规则因子。填充不规则因子。减小减小A项项担体粒度小，均匀（担体粒度小，均匀（80100目，目，100120目）目）填充均匀填充均匀空心毛细管柱，无涡流扩散，即空心毛细管柱，无涡流扩散，即A=0。流动方向流动方向2.2.分子扩散项分子扩散项(Longitudinal diffusion term,B/u)Longitudinal diffusion term,B/u)组组分分进进样样后后象象塞塞子子一一样样塞塞在在柱柱的的一一端端，然然后后随随载载气气向向前前移移动动，随随载载气气前前进进的的同同时时，组组分分有有从从高高浓浓度度向向低低浓浓度度扩扩散散 的趋势，即纵向扩散，的趋势，即纵向扩散，

28、使谱峰展宽。其大小为：使谱峰展宽。其大小为：B=2 D 称称为为弯弯曲曲因因子子，它它表表示示固固定定相相几几何何形形状状对对自自由由分分子扩散的阻碍情况；子扩散的阻碍情况；D组组分分在在流流动动相相中中的的扩扩散散系系数数。组组份份为为气气体体或或液液体体时，分别以时，分别以Dg或或Dm表示；表示；讨论：讨论：q分子量大的组分，分子量大的组分，D Dg g小，即小，即B B小小q D Dg g 随柱温升高而增加，随柱压降低而减小；随柱温升高而增加，随柱压降低而减小；q 流动相分子量大，流动相分子量大，D Dg g 小，即小，即 B B 小；小；q u u 增加，组份停留时间短，纵向扩散小；增

29、加，组份停留时间短，纵向扩散小；（B/uB/u）q 对于液相色谱，因对于液相色谱，因D Dm m 较小，较小，B B 项可勿略。项可勿略。减小减小B项项:球状颗粒；球状颗粒；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；短柱；短柱；低温。低温。3.传质阻力项传质阻力项(Mass-transfer term,Cu)传质传质组分在组分在gl 两相中扩散分配的过程。两相中扩散分配的过程。传质阻力（传质阻力（resistance to mass transfer）影响这一影响这一过程进行的阻力。过程进行的阻力。传质阻力项传质阻力项C C包括气相传质阻力系数包括气相传质阻力系数C Cs s

30、和液相和液相传质阻力系数传质阻力系数C Cl l。气相传质阻力：组分由气相扩散到气液界面进行分配时的气相传质阻力：组分由气相扩散到气液界面进行分配时的所受到的阻力。所受到的阻力。液相传质阻力液相传质阻力:组分从气液界面扩散至固定液内部，达到组分从气液界面扩散至固定液内部，达到平衡后再返回气液界面的传质过程中所受到的阻力。平衡后再返回气液界面的传质过程中所受到的阻力。颗粒直径颗粒直径 固定液膜厚度固定液膜厚度组分在气相扩散系数组分在气相扩散系数 组分在液相扩散系数组分在液相扩散系数流动相流动相固液界面固液界面固定液固定液组分分子组分分子ClCg液膜厚：液膜厚：Cl起主要作用，起主要作用，Cg可忽

31、略可忽略液膜薄：液膜薄：Cg起主要作用起主要作用因因传传质质阻阻力力的的存存在在，使使分分配配不不能能“瞬瞬间间”达达至至平平衡衡、有有些些组组分分分分子子来来不不及及进进入入液液相相就就被被载载气气带带走走，出出现现超超前前现现象象；有有些些组组分分分分子子进进入入液液相相，因因被被固固定定相相滞滞留留，延延迟迟返返回回气气相相，出出现现滞滞后后现现象象，因因此此造造成成峰形展宽。峰形展宽。减小减小CC项项：F减小填充颗粒直径减小填充颗粒直径d dp p,即即,用小颗粒固定相用小颗粒固定相；F 采用分子量小的流动相，使采用分子量小的流动相，使D Dg g增加；增加；F 减小液膜厚度减小液膜厚

32、度d df f，C Cl l下降。（下降。（但此时但此时k k又减小。又减小。因此，当保持固定液含量不变时，可通过因此，当保持固定液含量不变时，可通过 增加固定液载体的比表面来降低增加固定液载体的比表面来降低d df f）。）。F 适适当当增增加加柱柱温温，可可增增加加D Dl l，即即，柱柱温温不不易易太太低低，否否则则Dl小，小，C ；F 不易太大。不易太大。范氏方程范氏方程综合了使峰扩张、影响综合了使峰扩张、影响柱效能（柱效能（H）的诸因素，的诸因素，（柱的填充均匀程度、担体粒度、载气种类、载气流速、固柱的填充均匀程度、担体粒度、载气种类、载气流速、固定液膜厚度、柱温等），定液膜厚度、柱

33、温等），通过选择色谱条件，使上述各项减通过选择色谱条件，使上述各项减小，从而使小，从而使H，柱效柱效.但有些因素但有些因素之间有矛盾之处之间有矛盾之处，如，如:提高载气流速可减小分子扩散，但同时传质阻力项增大；提高载气流速可减小分子扩散，但同时传质阻力项增大；升高柱温有利于组分传质，但又使分子扩散增加。升高柱温有利于组分传质，但又使分子扩散增加。所以要相互兼顾，不能顾此失彼。所以要相互兼顾，不能顾此失彼。第三节第三节 气相色谱柱气相色谱柱色色谱谱柱柱的的功功能能是是分分离离组组分分，在在气气相相色色谱谱分分析析中中，各各组组分分能能否否完完全全分分离离，除除了了与与选选择择的的操操作作条条件件

34、是是否否适适当当有有关关外外，更更主主要要的的是取决于色谱柱，关键是固定相。色谱柱分为两大类：是取决于色谱柱，关键是固定相。色谱柱分为两大类：填充柱：不锈钢、玻璃填充柱：不锈钢、玻璃.d.26nm，长长14m毛细管柱：毛细管柱：.d.0.10.5mm，长长30300m一一 、固定相的类型及要求固定相的类型及要求1、固固体体固固定定相相固固体体吸吸附附剂剂分分离离永永久久性性气气体体，低低b.p.气气态态烃。烃。tR短，出峰快，短，出峰快，用吸附能力强的用吸附能力强的对固体吸附剂的要求：对固体吸附剂的要求：有较大比表面有较大比表面 200m2/g有较好的选择性有较好的选择性有良好的热稳定性有良好

35、的热稳定性有一定机械强度有一定机械强度常用常用：分子筛类：分子筛类如：如：GDX301，401，501。硅胶硅胶氧化铝氧化铝碳质类：活性炭、石墨化碳黑、碳分子筛碳质类：活性炭、石墨化碳黑、碳分子筛缺点：缺点：吸附活性不均匀，定量重复性差吸附活性不均匀，定量重复性差2、液体固定相、液体固定相涂在载体表面的固定液涂在载体表面的固定液固固定定液液种种类类多多，选选择择余余地地大大，和和组组分分作作用用力力较较强强，分分离离效效果好，应用多，果好，应用多，GC柱绝大部分是用涂有固定液担体作固定相。柱绝大部分是用涂有固定液担体作固定相。（1）专专用用色色谱谱载载体体（担担体体support）负负载载固固

36、定定液液的的惰惰性性多多孔孔固体颗粒。固体颗粒。作用：作用：支撑固定液，提供大而惰性的表面。支撑固定液，提供大而惰性的表面。n要求：要求：比表面适当（比表面适当（120m2)，由合适的表面能由合适的表面能n孔结构合理，利与组分在气液两相传质交换。孔结构合理，利与组分在气液两相传质交换。n表面惰性好、热稳定相好表面惰性好、热稳定相好n有一定机械强度，颗粒均匀、小有一定机械强度，颗粒均匀、小种类：种类：硅藻土硅藻土（常用）常用）红色担体：红色担体：硅藻土硅藻土+粘合剂，粘合剂，900煅烧，红为煅烧，红为Fe2O3颜色。颜色。白色担体：白色担体：煅烧时加助溶剂煅烧时加助溶剂Na2CO3,Fe铁硅酸盐

37、（无色）。铁硅酸盐（无色）。氟担体氟担体（耐腐蚀）（耐腐蚀）常用：聚四氟乙烯微球常用：聚四氟乙烯微球玻璃微球玻璃微球、高分子多孔微球、高分子多孔微球常用红色、白色担体性能：常用红色、白色担体性能：机械强度机械强度比表面比表面孔径孔径表面惰性表面惰性红色担体红色担体好好大大小小差差白色担体白色担体差差小小大大好好红色担体分析非极性、弱极性组分红色担体分析非极性、弱极性组分白色担体分析极性、非极性均可。白色担体分析极性、非极性均可。担体预处理担体预处理目的：目的：除去或减弱担体表面的吸附活性中心，否则除去或减弱担体表面的吸附活性中心，否则与组分作用，造成拖尾峰。与组分作用，造成拖尾峰。预处理方法预

38、处理方法：酸洗酸洗除除Fe2O3等等分析酸性物质。分析酸性物质。碱洗碱洗除表面除表面Al2O3等等分析碱性物质。分析碱性物质。硅烷化硅烷化去活性，覆盖活性中心去活性，覆盖活性中心釉化釉化K2CO3Na2CO3溶液侵泡后煅烧，溶液侵泡后煅烧，表面玻璃化，屏蔽表面活性中心，堵住微孔。表面玻璃化，屏蔽表面活性中心，堵住微孔。物理覆盖如镀银等。物理覆盖如镀银等。（2）固定相）固定相涂在担体表面的高沸点有机物涂在担体表面的高沸点有机物室温：液态或室温：液态或固态固态操作温度：液态操作温度：液态要求：要求：选择性好选择性好对沸点、极性、结构相近的组分溶解对沸点、极性、结构相近的组分溶解度不同，在柱中度不同

39、，在柱中tR不同。不同。极性适当极性适当对组分有一定溶解度。对组分有一定溶解度。化学稳定性好化学稳定性好只溶解不反应。只溶解不反应。挥发性小挥发性小热稳定性好，在担体表面附着力较强，热稳定性好，在担体表面附着力较强，高温不易流失，不分解，柱寿命长。高温不易流失，不分解，柱寿命长。液态粘度小液态粘度小（否则传质阻力大，分析速度慢）。（否则传质阻力大，分析速度慢）。分类、选择：分类、选择：极性用极性用P表示，规定非极性角鲨烷表示，规定非极性角鲨烷P=0，极性最强的极性最强的 氧二丙晴氧二丙晴P=100,其它极性与之相比，得出相对数值：其它极性与之相比，得出相对数值：P级别级别极性极性固定液固定液分

40、离组分分离组分流出顺序流出顺序0-1非非角鲨烷角鲨烷低低b.p.先出先出120+1弱弱SE30,OV1非极性非极性,弱极性弱极性高高b.p.后出后出2040+2弱弱OV174060+3中等中等OV101中等极性中等极性b.p.差别大差别大按按b.p.顺序顺序磷酸三甲酚酯磷酸三甲酚酯其它极性其它极性b.p.差别小差别小按极性顺序按极性顺序6080+4强强OV401极性小极性小先先极性大极性大后后80100+5强强聚乙二醇、聚乙二醇、OV501强极性强极性极性小极性小先先100+5强强 氧二丙晴氧二丙晴极性大极性大后后（氢键型）（氢键型）含含O.N.F.X等等易形成氢键的组分易形成氢键的组分氢键弱

41、氢键弱先先氢键强氢键强后后3、合成固定相（新型）、合成固定相（新型）特点特点高分子多孔微球高分子多孔微球适应性广、峰对称、稳定性高、不易适应性广、峰对称、稳定性高、不易流流失、柱容量大、粒度均匀、机械强度好、失、柱容量大、粒度均匀、机械强度好、耐腐蚀耐腐蚀球形多孔硅胶球形多孔硅胶比表面种类多、选择余地大、机械强度比表面种类多、选择余地大、机械强度好、高温稳定、作但体涂渍量大好、高温稳定、作但体涂渍量大化学键合固定相化学键合固定相热稳定性好、基本无流失、峰对称、传热稳定性好、基本无流失、峰对称、传质速度快质速度快组分能否分离完全，除控制合适的色谱条件外，关键在固定组分能否分离完全，除控制合适的色

42、谱条件外，关键在固定相的选择。根据相的选择。根据“相似相溶相似相溶”的原则选择固定相，以分离完全为的原则选择固定相，以分离完全为最佳选择。最佳选择。流出顺序流出顺序：（考虑空间位阻和形成氢键力）考虑空间位阻和形成氢键力）NH2CH3、NH(CH3)2、聚乙二醇聚乙二醇N(CH3)3如：分离如：分离苯、环己烷，苯、环己烷，b.p.8180均为弱极性均为弱极性苯苯环己烷环己烷强极性强极性易极化，产生瞬时偶极易极化，产生瞬时偶极固定相选择实例：固定相选择实例：如：分离如：分离NH2CH3NH(CH3)N(CH3)3，可选形成可选形成氢键的固定相。氢键的固定相。三、填充拄的制备三、填充拄的制备1、选择

43、、清洗、选择、清洗材料：不锈钢、玻璃材料：不锈钢、玻璃步骤：热酸或碱洗步骤：热酸或碱洗水洗水洗有机溶剂洗有机溶剂洗（甲醇或已醇）（甲醇或已醇）吹氮吹氮气（气（干燥）。若不太脏，可只用有机溶剂洗，然后吹氮气，干燥）。若不太脏，可只用有机溶剂洗，然后吹氮气，干燥。干燥。长度：根据分离难易长度：根据分离难易2、选固定相、选固定相3、制备柱填料、制备柱填料固体吸附剂：筛分固体吸附剂：筛分选一定筛分范围的选一定筛分范围的干燥干燥活化活化液体固定相液体固定相涂固定液涂固定液按配比称固定液；按配比称固定液；用适当溶剂溶解；用适当溶剂溶解；加担体（不用玻棒，易损坏固定液膜，手摇动三角瓶或回加担体（不用玻棒，易

44、损坏固定液膜，手摇动三角瓶或回馏）；馏）；红外灯干燥红外灯干燥4、装柱、装柱抽气法抽气法要求：（紧密）、均匀要求：（紧密）、均匀5、老化、老化目的目的固定液均匀；固定液均匀；除去剩余溶剂及挥发性物质。除去剩余溶剂及挥发性物质。方法：高于柱温方法：高于柱温510 C或比固定液最高使用温度稍低，通或比固定液最高使用温度稍低，通载气，放空（柱尾端放空，不接检测器），老化载气，放空（柱尾端放空，不接检测器），老化824小时，直小时，直到接检测器后基线平稳。到接检测器后基线平稳。第四节第四节 气相色谱检测器气相色谱检测器检测器是气相色谱仪的另一重要的组成部分，其作用是把检测器是气相色谱仪的另一重要的组成

45、部分，其作用是把从色谱柱流出的各组分的含量变化转变成可测量的电信号（电从色谱柱流出的各组分的含量变化转变成可测量的电信号（电流或电压）变化，由记录仪记录下来，进行定量和定性分析。流或电压）变化，由记录仪记录下来，进行定量和定性分析。浓度型检测器：测量载气中组分浓度的瞬间变化。输出的浓度型检测器：测量载气中组分浓度的瞬间变化。输出的响应信号：单位浓度组分所产生的电压值。（响应信号：单位浓度组分所产生的电压值。（TCD、ECD为为浓度型检测器）浓度型检测器）质量型检测器：测量单位时间内载气携带组分进入检测器质量型检测器：测量单位时间内载气携带组分进入检测器的质量。输出的响应信号：单位时间内进入的组

46、分质量（的质量。输出的响应信号：单位时间内进入的组分质量（FID、FPD、NP为质量型检测器。）为质量型检测器。）要求：响应快、灵敏度高、敏感度好（检测限低）、线性要求：响应快、灵敏度高、敏感度好（检测限低）、线性范围宽。范围宽。评定检测器性能的技术指标主要有灵敏度评定检测器性能的技术指标主要有灵敏度S、敏感度敏感度D和线性和线性范围等。范围等。一一、性能指标性能指标1、灵敏度（、灵敏度（sensitivitys）单位量物质通过检测器产生信单位量物质通过检测器产生信号的大小。号的大小。（即：通过检测器的物质量变化（即：通过检测器的物质量变化Q时响应信号的变化率。）时响应信号的变化率。）Sc(m

47、v.ml/mg)表示每表示每ml流动相中含流动相中含1mg某物质通过检测器时产生信号的毫伏数。某物质通过检测器时产生信号的毫伏数。Sm(mv.s/g)表示每秒有表示每秒有1g某物质通过某物质通过检测器时产生信号的毫伏数。检测器时产生信号的毫伏数。检测器的检测器的RQRQ关系图关系图相同量的不同物质在同一检测器上的相同量的不同物质在同一检测器上的S不同。如：相同量苯、不同。如：相同量苯、甲苯在甲苯在FID上的信号不同，苯信号大、甲苯信号小。上的信号不同，苯信号大、甲苯信号小。相同量的同一物质在不同检测器上的相同量的同一物质在不同检测器上的S不同。不同。S没考虑噪声水平：没考虑噪声水平：峰高相同峰

48、高相同假设两者假设两者S相同，实际前者更敏感检测限低。相同，实际前者更敏感检测限低。只用只用S不能全面评价检测器性能好坏，还需引进不能全面评价检测器性能好坏，还需引进D。S可可通过敏度按扭任意提高（放大），但通过敏度按扭任意提高（放大），但S，噪声噪声测定效果并没有提高。测定效果并没有提高。在在S相同的条件下，噪声相同的条件下，噪声，检测器越，检测器越敏感，测定效果越好，所以又引出检测限。敏感，测定效果越好，所以又引出检测限。2、检测限（、检测限（detectability、D）质量型：质量型：产生二倍噪声信号时，单位时间进入检测器的产生二倍噪声信号时，单位时间进入检测器的物质量。物质量。浓度

49、型：浓度型：产生二倍噪声信号时，随单位体积载气进入检产生二倍噪声信号时，随单位体积载气进入检测器的组分的量。测器的组分的量。通通常常认认为为恰恰能能与与噪噪声声相相鉴鉴别别的的响响应应信信号号至至少少应应等等于于检检测测器器噪声的两倍。敏感度噪声的两倍。敏感度D定义为：定义为：式中，式中，N为检测器的噪声，指在没有试样通过检测器时基为检测器的噪声，指在没有试样通过检测器时基线波动的毫伏数；线波动的毫伏数；S为检测器的灵敏度。为检测器的灵敏度。从公式可见，灵敏度越大，噪声越小，则敏感度值越小，从公式可见，灵敏度越大，噪声越小，则敏感度值越小，即检出限越低，所以要降低仪器的检出限，一方面需要提高仪

50、即检出限越低，所以要降低仪器的检出限，一方面需要提高仪器灵敏度，同时还要尽量降低噪声水平。器灵敏度，同时还要尽量降低噪声水平。几种常用检测器的敏感度：几种常用检测器的敏感度：TCDD210-5mg/mlFIDD=210-12g/sECDD=210-14g/mlFPDD=10-12g/s(测磷测磷)D=10-11g/s(测硫测硫)在实际分析时用：在实际分析时用：最小检测量最小检测量产生二倍噪声信号时所需最小进样量。产生二倍噪声信号时所需最小进样量。最小检测浓度最小检测浓度产生二倍噪声信号时的最小进样量所对应的组产生二倍噪声信号时的最小进样量所对应的组分浓度。分浓度。显然，敏感度显然，敏感度D表示