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1、气相色谱分析上气相色谱分析上本讲稿第一页，共三十三页2一、色谱法的分类、作用和特点一、色谱法的分类、作用和特点二、气相色谱分析二、气相色谱分析本讲稿第二页，共三十三页31.1.概述概述一、色谱法的分类、作用和特点一、色谱法的分类、作用和特点色色谱谱原原型型装装置置：俄俄国国植植物物学学家家茨茨维维特特在在19061906年年使用的装置使用的装置 其中的一相固定不动，称为其中的一相固定不动，称为固定相固定相；另另一一相相是是携携带带试试样样混混合合物物流流过过此此固固定定相的流体相的流体(气体或液体气体或液体)，称为，称为流动相流动相。色谱法是一种分离技术色谱法是一种分离技术本讲稿第三页，共三十

2、三页4 流流动动相相中中携携带带的的混混合合物物流流经经固固定定相相时时，其其与与固固定定相相发发生生相相互互作作用用。由由于于混混合合物物中中各各组组分分在在性性质质和和结结构构上上的的差差异异，与与固固定定相相之之间间产产生生的的作作用用力力的的大大小小、强强弱弱不不同同，随随着着流流动动相相的的移移动动，混混合合物物在在两两相相间间经经过过反反复复多多次次的的分分配配平平衡衡，使使得得各各组组分分被被固固定定相相保保留留的的时时间间不不同同，从从而按一定次序由固定相中流出。而按一定次序由固定相中流出。这这种种借借组组分分在在两两相相间间分分配配不不同同而而使使混混合合物物中中各各组组分分

3、分分离离的的技技术称为色谱法。术称为色谱法。本讲稿第四页，共三十三页5 气相色谱：流动相为气体（称为载气）气相色谱：流动相为气体（称为载气）按固定相的物态不同又可分为：按固定相的物态不同又可分为：(1)(1)按流动相的物态不同可分为按流动相的物态不同可分为 液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）气固色谱和液固色谱气固色谱和液固色谱 气液色谱和液液色谱气液色谱和液液色谱固定相为担体固定相为担体+固定液固定液 固定相为多孔性的固体颗粒固定相为多孔性的固体颗粒2.2.色谱法分类色谱法分类gas chromatographic analysis,GCliquid

4、chromatographic analysis,LC本讲稿第五页，共三十三页6 柱色谱法柱色谱法 纸色谱法纸色谱法 薄层色谱法薄层色谱法（3 3）按分离过程的机制可分为）按分离过程的机制可分为 吸附色谱法吸附色谱法 分配色谱法分配色谱法 离子交换色谱法离子交换色谱法 排阻色谱法排阻色谱法按分离柱不同又可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱按分离柱不同又可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱 （2 2）按固定相的使用形式可分为）按固定相的使用形式可分为 本讲稿第六页，共三十三页（1）分离选择性高、效率高）分离选择性高、效率高 可分离复杂混合物，有机同系物、异构体（手性异构体）。可分离复杂混合物，有机同系物

5、、异构体（手性异构体）。（2）灵敏度高灵敏度高 可以检测出可以检测出g g-1(10-6)级甚至级甚至ng g-1(10-9)级的物质量。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。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 气相色谱：沸点低于气相色谱：沸点低于400 的各种有机或无机试样的分析。的各种有机或无机试样的分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。不足之处：不足之处：被分离组分的定性较为困难。被分离组分的定性较为困难。“三高三高”、“一快一快”、

6、“一广一广”3.3.色谱法的特点色谱法的特点本讲稿第七页，共三十三页8二二、气相色谱、气相色谱分析分析1.1.气相色谱结构流程气相色谱结构流程2.2.色谱流出曲线与常用术语色谱流出曲线与常用术语3.气相色谱分析理论基础气相色谱分析理论基础本讲稿第八页，共三十三页9二二、气相色谱、气相色谱分析分析本讲稿第九页，共三十三页101.1.气相色谱结构流程气相色谱结构流程1-1-载载气气钢钢瓶瓶；2-2-减减压压阀阀；3-3-净净化化干干燥燥管管；4-4-针针形形阀阀；5-5-流流量量计计;6-;6-压压力力表表；4-4-稳稳流流阀阀；5-5-流流量量计计；6-6-压力表；压力表；7-7-进样器；进样器

7、；8-8-色谱柱；色谱柱；9-9-热热导导检检测测器器；10-10-放放大大器器；11-11-温温度度控控制制器器；12-12-记录仪；记录仪；载气系统载气系统进样系统进样系统色谱柱色谱柱检测系统检测系统温控系统温控系统记录系统记录系统本讲稿第十页，共三十三页11(1 1)载气系统载气系统 包括气源、净化干燥管和载包括气源、净化干燥管和载气流速控制；气流速控制；常用的载气有：氢气、常用的载气有：氢气、氮气氮气、氦气；、氦气；净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；过分子筛、活性炭等）；载气流速控制：压力表、流量计、针

8、形稳压阀，控制载载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。气流速恒定。本讲稿第十一页，共三十三页12(2)进样装置进样装置 进样装置：进样器进样装置：进样器+气化室；气化室；气体进样器（六通阀）气体进样器（六通阀）：推拉式和旋转式两种。：推拉式和旋转式两种。试试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；气体进入分离柱；本讲稿第十二页，共三十三页13 液体进样器：液体进样器：液体进样器：液体进样器：不不同同规规格格的的专专用用注注射射器器，填填充充柱柱色色谱谱常常用用10L；毛毛细细管管色色谱谱常常用用1L；

9、新新型型仪仪器器带带有有全全自自动动液液体体进进样样器器，清清洗洗、润润冲冲、取取样样、进进样样、换换样样等等过过程程自自动动完完成成，一一次可放置数十个试样。次可放置数十个试样。气化室：气化室：将液体试样瞬间气化的将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。装置。无催化作用。微量注射器微量注射器本讲稿第十三页，共三十三页14(3 3)色谱柱（分离柱）色谱柱（分离柱）色谱柱：色谱柱：色谱仪的核心部件。色谱仪的核心部件。柱材质：柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。毫米。长度可根据需要确定。柱填料：柱填料：粒度为粒度为60-80或或80-100目的色谱目的

10、色谱固定相。固定相。液液-固色谱：固色谱：固体吸附剂固体吸附剂 液液-液色谱：液色谱：担体担体+固定液固定液 柱制备对柱效有较大影响，填料装填太柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大，流速慢或将柱堵死；反之紧，柱前压力大，流速慢或将柱堵死；反之空隙体积大，柱效低。空隙体积大，柱效低。填充柱填充柱毛细管柱毛细管柱 作用：作用：将混合物中各组分在一定色谱条件将混合物中各组分在一定色谱条件下实现分离下实现分离.本讲稿第十四页，共三十三页15毛细管柱毛细管柱本讲稿第十五页，共三十三页16(4 4)检测系统检测系统 色谱仪的眼睛，色谱仪的眼睛，通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；通常由

11、检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间按其浓度或质量随时间的变化的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；浓度型浓度型检测信号值与组分的浓度成正比检测信号值与组分的浓度成正比；质量型质量型检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比；检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比；广普型广普型对所有物质均有响应；对所有物质均有响应；专属型专属型对特定物质有高灵敏响应；对特定物质有高灵敏响应；常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检

12、测器；常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器；本讲稿第十六页，共三十三页17(5 5)温度控制系统温度控制系统 温度是色谱分离条件的重要选择参数；温度是色谱分离条件的重要选择参数；气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；气化室：保证液体试样瞬间气化；气化室：保证液体试样瞬间气化；检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；分离室：准确控制分分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，一定程序

13、控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；各组分在最佳温度下分离；本讲稿第十七页，共三十三页181.1.基线基线 无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。稳定的基线是一条直线。无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。稳定的基线是一条直线。表示试样中各组分在色谱表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。通常柱中的滞留时间的数值。通常用用时间时间或将组分带出色谱柱所或将组分带出色谱柱所需载气的需载气的体积体积来表示。来表示。2.2.保留值保留值2.2.色谱流出曲线与常用术语色谱流出曲线与常用术语色谱图色谱图 是是以以组组分分的的浓浓度度变变化化引引起起的的电电信信号号作作为为纵纵坐坐标标，流流出

14、出时时间间作作为为横横坐标的曲线，就称为色谱流出曲线。坐标的曲线，就称为色谱流出曲线。本讲稿第十八页，共三十三页19（1）时间表示的保留值）时间表示的保留值n 保保留留时时间间（tR）：组组分分从从进进样样到到柱柱后后出出现现浓浓度度极极大大值值时时所所需需的的时时间间；OBn 死死时时间间（tM）：不不与与固固定定相相作作用用的的气气体体（如如空空气气）从从进进样样开开始始到到柱柱后出现浓度最大值时所需的时间；后出现浓度最大值时所需的时间；OA死时间正比于色谱柱的空隙体积死时间正比于色谱柱的空隙体积n 调整保留时间（调整保留时间（tR）：）：tR=tRtM AB本讲稿第十九页，共三十三页20

15、n 保保留留体体积积（VR）：从从进进样样开开始始到到柱柱后后被被测测组组分分出出现现浓浓度度最最大大值值时所通过的载气体积。时所通过的载气体积。VR=tR qV,0 VR与载气流量无关。与载气流量无关。（2 2）体积表示的保留值）体积表示的保留值qV,0为柱出口处的载气体积流量，单位：为柱出口处的载气体积流量，单位：m L/min。n 死死体体积积（VM）：色色谱谱柱柱在在填填充充后后柱柱管管内内固固定定相相颗颗粒粒间间所所剩剩留留的的空空间间、色色谱谱仪仪中中管管路路和和连连接接头头间间的的空空间间以以及及检检测测器器的的空空间间总总和和。当当后后两两项项很很小小而而可可忽忽略略不不计计时

16、时，死死体体积积可可由由死死时时间间与与流流动动相体积流速相体积流速qV,0(m L/min)计算：计算：nVM=tM qV,0n 调整保留体积（调整保留体积（VR）：指扣除死体积后的保留体积。指扣除死体积后的保留体积。与载气流量无关与载气流量无关本讲稿第二十页，共三十三页21 指组分指组分2与组分与组分1的调整保留值之比：的调整保留值之比：r21（）=tR2/tR1=V R2/V R1 r21值越大，相邻两组分的值越大，相邻两组分的tR相差越大，分离得越好。相差越大，分离得越好。(3)相对保留值相对保留值 r21 优优点点：r21只只与与柱柱温温和和固固定定相相性性质质有有关关，与与其其他他

17、色色谱谱操操作作条条件无关。它表示了固定相对这两种组分的选择性。件无关。它表示了固定相对这两种组分的选择性。它是色谱定性分析的重要参数。它是色谱定性分析的重要参数。本讲稿第二十一页，共三十三页22用用来来衡衡量量色色谱谱峰峰宽宽度度的的参参数数有有三三种种表示方法表示方法：（1）标标准准偏偏差差()：即即0.607倍倍峰峰高处色谱峰宽度的一半。高处色谱峰宽度的一半。（2）半半峰峰宽宽(Y1/2)：即即色色谱谱峰峰高高一一半处的宽度半处的宽度 Y1/2=2.354 (4)(4)区域宽度区域宽度本讲稿第二十二页，共三十三页23(3)(3)峰底宽度（峰底宽度（Y Y）即即色色谱谱峰峰两两侧侧拐拐点点

18、上上的的切切线线在在基基线线上上的的截截距距，它与标准偏差的关系是：它与标准偏差的关系是：Y=4本讲稿第二十三页，共三十三页24 （l l l l）根根根根据据据据色色色色谱谱谱谱峰峰峰峰的的的的个个个个数数数数，可可可可以以以以判判判判断断断断样样样样品品品品中中中中所所所所含含含含组组组组份份份份的的的的最少个数最少个数最少个数最少个数 （2 2 2 2）根根根根据据据据色色色色谱谱谱谱峰峰峰峰的的的的保保保保留留留留值值值值(或或或或位位位位置置置置)，可可可可以以以以进进进进行行行行定定定定性性性性分分分分析析析析 （3 3 3 3）根据色谱峰下的面积或峰高，可以进行定量分析）根据色谱

19、峰下的面积或峰高，可以进行定量分析）根据色谱峰下的面积或峰高，可以进行定量分析）根据色谱峰下的面积或峰高，可以进行定量分析 （4 4 4 4）色色色色谱谱谱谱峰峰峰峰的的的的保保保保留留留留值值值值及及及及其其其其区区区区域域域域宽宽宽宽度度度度，是是是是评评评评价价价价色色色色谱谱谱谱柱柱柱柱分分分分离离离离效效效效能能能能的依据的依据的依据的依据 （5 5 5 5）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相）色谱峰两峰间的距离，是评价固定相(和流动相和流动相和流动相和流动相)选择选择选择选择是否合适的依据是否合适的依据是否合适的依据

20、是否合适的依据 (5)(5)色谱流出曲线讨论色谱流出曲线讨论 本讲稿第二十四页，共三十三页253.气相色谱分析理论基础气相色谱分析理论基础本讲稿第二十五页，共三十三页26 色谱分离过程是在色谱柱内完成的。色谱分离过程是在色谱柱内完成的。填填充充柱柱色色谱谱:气气固固(液液固固)色色谱谱和和气气液液(液液液液)色色谱谱，两两者者的的分分离离机机理理不不同。同。气固气固(液固液固)色谱的固定相色谱的固定相: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固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力吸附能力的不同。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

21、；吸附与脱附的不断重复过程；气液气液(液液液液)色谱的固定相色谱的固定相:由由担体担体（用来支持固定液的化学惰性的（用来支持固定液的化学惰性的固体）和固体）和固定液固定液（高沸点有机化合物）所组成。（高沸点有机化合物）所组成。固定液对试样中各组分的固定液对试样中各组分的溶解能力溶解能力的不同。的不同。气液色谱的分离机理：气液色谱的分离机理：气液气液(液液液液)两相间的反复多次分配过程。两相间的反复多次分配过程。气固色谱分析和气液色谱分析的基本原理气固色谱分析和气液色谱分析的基本原理本讲稿第二十六页，共三十三页27 组组分分在在固固定定相相和和流流动动相相间间发发生生的的吸吸附附、脱脱附附，或或

22、溶溶解解、挥挥发发的的过过程程叫叫做做分分配配过过程程。在在一一定定温温度度下下，组组分分在在两两相相间间分配达到平衡时的分配达到平衡时的浓度比浓度比，称为，称为分配系数分配系数，用，用K 表示，即：表示，即：分配系数是色谱分离的依据。分配系数是色谱分离的依据。色谱分析的分离原理是基于不同色谱分析的分离原理是基于不同物质在两相间具有不同的分配系物质在两相间具有不同的分配系数数(1)(1)分配系数分配系数K K本讲稿第二十七页，共三十三页28n 一一定定温温度度下下，组组分分的的分分配配系系数数K越越大大，在在流流动动相相中中的的浓浓度度越小，越小，出峰越慢出峰越慢；分配系数分配系数K K的讨论

23、的讨论n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；n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。n每每个个组组份份在在各各种种固固定定相相上上的的分分配配系系数数K不不同同；试试样样中中的的各各组组分分具具有有不不同同的的K值值是是分分离离的的基基础础；选选择择适适宜宜的的固固定定相相可可改善分离效果；改善分离效果；本讲稿第二十八页，共三十三页29 在在实实际际工工作作中中，也也常常用用分分配配比比来来表表征征色色谱谱分分配配平平衡衡过过程程。分分配配比比是是指指在在一一定定温温度度下下，组组分分在在两两相间分配达到平衡时的

24、相间分配达到平衡时的质量比质量比：分配比也称：分配比也称：容量因子容量因子(capacity factor)；容量比；容量比(capacity factor)；容量因子容量因子k越大，保留时间越长。越大，保留时间越长。(2)(2)分配比分配比k k本讲稿第二十九页，共三十三页30 式中式中VM与与VS之比称为相比，以之比称为相比，以表示。表示。填充柱相比：填充柱相比：6 35；毛细管柱的相比：；毛细管柱的相比：50 1500。VM为流动相体积为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；VS为固定相体积为固定相体积，对不同类型色谱柱，对不同类型色谱柱，VS的含义不

25、同：的含义不同：气气-液色谱柱：液色谱柱：VS为固定液体积；为固定液体积；气气-固色谱柱：固色谱柱：VS为吸附剂表面容量；为吸附剂表面容量；(3)(3)分配系数分配系数K K与分配比与分配比k k的关系的关系本讲稿第三十页，共三十三页31 1.分分配配系系数数与与分分配配比比都都是是与与组组分分及及固固定定相相的的热热力力学学性性质质有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。2.分分配配系系数数只只取取决决于于组组分分与与两两相相性性质质，与与两两相相体体积积无无关关。分分配配比比不不仅仅取取决决于于组组分分与与两两相相性性质质，且且与与相相比比有

26、有关关，组组分分的的分分配配比随着固定相的量而改变。比随着固定相的量而改变。4.分配比可以由实验测得。分配比可以由实验测得。3.分分配配比比是是衡衡量量色色谱谱柱柱对对组组分分保保留留能能力力的的参参数数，其其数数值值越越大大，该该组组分分的的保保留留时时间间越越长长；分分配配比比为为零零的的组组分分，其其保保留留时间即为死时间。时间即为死时间。本讲稿第三十一页，共三十三页32滞留因子（滞留因子（retardation factor）us：组分组分在分离柱内的线速度；在分离柱内的线速度；u：流动相流动相在分离柱内的线速度在分离柱内的线速度(4)(4)分配比分配比k k与保留时间的关系与保留时间的关系若组分和流动相通过长度为若组分和流动相通过长度为L的分离柱，需要的时间分别为的分离柱，需要的时间分别为:流动相流动相滞留因子滞留因子RS也可以用质量分数也可以用质量分数表示：表示：由以上各式，可得：由以上各式，可得：本讲稿第三十二页，共三十三页33小小 结结n色谱法的分类：气相色谱和液相色谱色谱法的分类：气相色谱和液相色谱n色谱流出曲线：保留时间、死时间、调整保色谱流出曲线：保留时间、死时间、调整保留时间、相对保留值、峰底宽等留时间、相对保留值、峰底宽等n分配系数和分配比分配系数和分配比 K=k本讲稿第三十三页，共三十三页