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1、第2章 气相色谱分析本讲稿第一页，共九十八页2-1 气相色谱法概述气相色谱法概述一、色谱法的产生和发展一、色谱法的产生和发展一、色谱法的产生和发展一、色谱法的产生和发展l l1903190319031903 1906190619061906年，俄国植物学家年，俄国植物学家年，俄国植物学家年，俄国植物学家TswettTswettTswettTswett提出利用吸附原理分提出利用吸附原理分提出利用吸附原理分提出利用吸附原理分离植物色素离植物色素离植物色素离植物色素 经典的液相色谱经典的液相色谱经典的液相色谱经典的液相色谱l l40404040年代年代年代年代 纸色谱纸色谱纸色谱纸色谱 l l505
2、05050年代年代年代年代 薄层色谱薄层色谱薄层色谱薄层色谱l l1941194119411941年年年年MartinMartinMartinMartin提出色谱塔板理论，得了提出色谱塔板理论，得了提出色谱塔板理论，得了提出色谱塔板理论，得了1952195219521952年的诺贝尔年的诺贝尔年的诺贝尔年的诺贝尔化学奖。化学奖。化学奖。化学奖。l l1952195219521952年年年年MartinMartinMartinMartin和和和和JamesJamesJamesJames发明了气相色谱发明了气相色谱发明了气相色谱发明了气相色谱l l2020世纪世纪6060年代末年代末7070年代初
3、发展高效液相色谱年代初发展高效液相色谱l lGC-MSGC-MS、GC-FTIRGC-FTIR、LC-MSLC-MS、LC-NMRLC-NMR本讲稿第二页，共九十八页n n特点特点n n具有两个相：具有两个相：固定相和流动固定相和流动相相n n分离混合物并分离混合物并进行分析进行分析色谱过程示意图色谱过程示意图本讲稿第三页，共九十八页二、色谱法的概念和分类二、色谱法的概念和分类 色谱法色谱法色谱法色谱法(chromatography)(chromatography)：以试样组分在固定相和流动相：以试样组分在固定相和流动相：以试样组分在固定相和流动相：以试样组分在固定相和流动相间的间的间的间的溶
4、解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用的差异为依据的差异为依据而建立起来的各种而建立起来的各种分离分析方法分离分析方法分离分析方法分离分析方法称色谱称色谱法。法。色谱柱：色谱柱：进行色谱分离用的细长管。进行色谱分离用的细长管。固定相：固定相：（stationary phasestationary phase）管内保持固 定、起分离作用定、起分离作用定、起分离作用定、起分离作用的填充物。流动相：流动相：（mobile phasemobile phase）流经固定相的空隙流经固定相的空隙 或表面的或表面的冲洗剂冲洗剂冲洗剂冲洗剂。本讲稿第四页，共九十八页 n
5、 n按固定相的几何形式分类：n n 1.柱色谱法，n n 2.纸色谱法，n n 3.薄层色谱法。n n按两相所处的状态分类：气相色谱法液相色谱法气气-固固色谱法液液-固固色谱法气气-液液色谱法 液液-液液色谱法本讲稿第五页，共九十八页n n按分离过程的机制分类按分离过程的机制分类n n吸附色谱（吸附色谱（adsorption chromatography)adsorption chromatography)n n分配色谱分配色谱(partition chromatography)(partition chromatography)n n离子交换色谱离子交换色谱(ion-exchange chr
6、omatography)(ion-exchange chromatography)n n凝胶色谱凝胶色谱(gel chromatography)(gel chromatography)n n络合色谱(complexation chromatography)n n亲和色谱(affinity chromatography）本讲稿第六页，共九十八页 n n 本讲稿第七页，共九十八页 1-1-载气钢瓶；载气钢瓶；载气钢瓶；载气钢瓶；2-2-减压阀；减压阀；减压阀；减压阀；3-3-净化干燥管；净化干燥管；净化干燥管；净化干燥管；4-4-针形阀；针形阀；针形阀；针形阀；5-5-流流流流量计量计量计量计;6
7、-;6-压力表；压力表；压力表；压力表；7-7-进样器进样器进样器进样器;8-;8-色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱;9-;9-热导检测器；热导检测器；热导检测器；热导检测器；10-10-放大器；放大器；放大器；放大器；11-11-温度控制器；温度控制器；温度控制器；温度控制器；12-12-记录仪；记录仪；记录仪；记录仪；三、三、气相色谱流程气相色谱流程本讲稿第八页，共九十八页 四、气相色谱仪的组成n n气相色谱仪通常由五部分组成：n n 载气系统：气源、气体净化器、供气控载气系统：气源、气体净化器、供气控n n 制阀门和仪表。制阀门和仪表。n n 进样系统：进样器、汽化室。进样系统：进样器、汽化室。
8、n n 分离系统：色谱柱、控温柱箱。分离系统：色谱柱、控温柱箱。n n 检测系统：检测器、检测室。检测系统：检测器、检测室。n n 记录系统：放大器、记录仪、记录系统：放大器、记录仪、n n 色谱工作站。色谱工作站。本讲稿第九页，共九十八页国产气相色谱仪本讲稿第十页，共九十八页 n n 本讲稿第十一页，共九十八页图1、色谱过程 图2、色谱图ABKAKB 本讲稿第十二页，共九十八页 五、色谱图及常用术语 试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变为相各组分浓度变化转变为相应的电信号应的电信号，由记录仪所记录下的信号信号时间曲线时间曲线或信号信号流动相
9、体积曲线流动相体积曲线，称为色谱流出曲线色谱流出曲线，本讲稿第十三页，共九十八页色谱图界面本讲稿第十四页，共九十八页 常用术语：1 1、基线：、基线：在操作条件下，仅有纯流动相纯流动相进n n 入检测器时的流出曲线。2、峰高与峰面积：、峰高与峰面积：色谱峰顶点与峰底之间的垂直距离称为峰高(peak height)。用h表示。n n峰与峰底之间的面积称为峰面积(peak area)，用A表示。本讲稿第十五页，共九十八页 3 3 保留值保留值保留值保留值(retention value):(retention value):n n 1)1)保留时间保留时间：从：从进样至被测组分出现浓度最大值进样至
10、被测组分出现浓度最大值时所需时间tR R。2)保留体积：从进样至被测组分出现最大浓度时进样至被测组分出现最大浓度时流动相通流动相通过的体积，VR R。死时间：死时间：n n 不被固定相滞留的组分不被固定相滞留的组分，从，从进样至出现浓度最大值时进样至出现浓度最大值时所需的时间称为死时间所需的时间称为死时间(dead time)(dead time)，t tMM。n n死体积死体积死体积死体积:n n 不被固定相滞留的组分不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度最大值时，从进样至出现浓度最大值时流动相通过的体积称为死体积流动相通过的体积称为死体积(dead volume)(dead volume)
11、，V VM。（。（q qv v为柱尾载气体积流量）为柱尾载气体积流量）n n VM=tM qv本讲稿第十六页，共九十八页 n n:调整保留值调整保留值调整保留时间：扣除死时间后的保留时间。1)tR=tR tM2调整)保留体积：扣除死体积后的保留体积。n n VR =VR VM V或 R =tR qvn n）relative retention相对保留值（相对保留值（n n在相同的操作条件下，待测组分与参比组分 的调整保留值r之比，用s，ir（2,1，）,表示本讲稿第十七页，共九十八页4、峰的区域宽度：、峰的区域宽度：a a、峰底宽度 WD=4=1.70 Wh/2 b、半峰宽度 Wh/2=2.3
12、55 c、标准偏差 =W0.607h/2 相对保留值应该与柱长、柱径、填充情况、流动相流速等条件无关，而仅与温度、固定相种类有关。当ri，s=1时两个组分不能分离。本讲稿第十八页，共九十八页例例题题：1在在某某色色谱谱分分析析中中得得到到下下列列数数据据：保保留留时时间间为为5.0分分钟钟，死死时时间间为为1.0分分钟钟,液液相相体体积积为为2.0mL,载载气气出出口口流流速速为为50mL/分钟分钟.计算计算:(1)死死体体积积VM;(2)保保留留体体积积VR（3）调调整保留时间整保留时间tR解解:VM=tM.u=1x50.0=50.0mL VR=5x50=250mL tR=5-1=4min本
13、讲稿第十九页，共九十八页 n n色谱分析的实验依据：色谱分析的实验依据：n n、根据色谱峰的位置（保留时间）可以进行定性分析。n n 2、根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量分析。n n 3、根据色谱峰的展宽程度，可以对某物质在实验条件下的分离特性进行评价。本讲稿第二十页，共九十八页2-2 气相色谱分析理论基础气相色谱分析理论基础n n一、分离原理一、分离原理n n 不同的物质在由两相不同的物质在由两相固定相和流动相固定相和流动相构成的体系中，具有不同的构成的体系中，具有不同的分配系数分配系数。当。当两相做相对运动时，这些物质也随流动相两相做相对运动时，这些物质也随流动相一起运动，并在两相间进行
14、反复多次的分一起运动，并在两相间进行反复多次的分配。配。分配系数上有微小差别的物质在移动分配系数上有微小差别的物质在移动速度上产生差别，从而使各组份达到分离。速度上产生差别，从而使各组份达到分离。本讲稿第二十一页，共九十八页本讲稿第二十二页，共九十八页 n n二、分配平衡的几个参数：二、分配平衡的几个参数：1 1、分配系数、分配系数（distribution coefficient）在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比值，用K表示。2、分配比（partition ratio）或容量因子容量因子（capacity factor）在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相
15、之间分配达到平衡时的质量比，称为容量因子，也称分配比，用k表示。本讲稿第二十三页，共九十八页 n ncs、cm分别为组分在固定相和流动相的浓度(g/ml)；V m为色谱柱中流动相的体积，近似等于死体积，Vs为色谱柱中固定相的体积。n n 3 3、分配系数和分配比之间的关系、分配系数和分配比之间的关系n n分配系数分配系数K 与柱中固定相和流动相的体积无与柱中固定相和流动相的体积无关，而取决于组分及两相的性质，并随柱温、关，而取决于组分及两相的性质，并随柱温、柱压变化而变化。柱压变化而变化。容量因子容量因子k 决定于组分及固定相的热力学性决定于组分及固定相的热力学性质，随柱温、柱压的变化而变化，
16、还与流动质，随柱温、柱压的变化而变化，还与流动相及固定相的体积有关。相及固定相的体积有关。本讲稿第二十四页，共九十八页 n n理论上可以推导出：Phaseratio(相比，b):VM/VS,反映各种色谱柱柱型及其结构特征填充柱（填充柱（Packing column）:635 毛细管柱（毛细管柱（Capillary column）:501500本讲稿第二十五页，共九十八页色谱过程的基本方程式：色谱过程的基本方程式：本讲稿第二十六页，共九十八页三、色谱分离的基本理论三、色谱分离的基本理论 1 1 1 1、塔板理论（、塔板理论（、塔板理论（、塔板理论（Martin and Synge 1941Mar
17、tin and Synge 1941）n n 把色谱分离过程把色谱分离过程比拟作蒸馏工程，比拟作蒸馏工程，直接引用处理直接引用处理蒸馏蒸馏过程过程的概念、理论的概念、理论和方法来处理色谱和方法来处理色谱分离过程，即把连分离过程，即把连续的色谱过程看作续的色谱过程看作许多小段平衡过程许多小段平衡过程的重复。的重复。本讲稿第二十七页，共九十八页理论塔板假定理论塔板假定在一小段间隔（在一小段间隔（H）内，气相平均组成和液）内，气相平均组成和液相平均组成很快达到平衡；相平均组成很快达到平衡；载气以脉动式进入色谱柱，且每次进气为载气以脉动式进入色谱柱，且每次进气为一个板体积；一个板体积；试样沿色谱柱方向
18、纵向扩散忽略不计；试样沿色谱柱方向纵向扩散忽略不计；分配系数在各板上是常数。分配系数在各板上是常数。本讲稿第二十八页，共九十八页 塔板理论认为，一根柱子可以分为n段，在每段内组分在两相间很快达到平衡，把每一段称为一块理论塔板。设柱长为L，理论塔板高度为H，则 H=L/n式中n为理论塔板数。理论塔板数（n）可根据色谱图上所测得的保留时间（tR）和峰底宽（w）或半峰宽（wh/2）按下式推算：或本讲稿第二十九页，共九十八页本讲稿第三十页，共九十八页有效塔板数（neff）的计算公式为；通常用有效塔板数（n neffeff）来评价柱的效能比较符合实际。neff 越大或H Heffeff越小，则色谱柱的柱
19、效越高。Heff=L/neff n=1+k k2 neff本讲稿第三十一页，共九十八页根据塔板理论得出的结论根据塔板理论得出的结论（1 1）色谱柱的有效塔板数越多，表示组分在色谱柱内达到平）色谱柱的有效塔板数越多，表示组分在色谱柱内达到平）色谱柱的有效塔板数越多，表示组分在色谱柱内达到平）色谱柱的有效塔板数越多，表示组分在色谱柱内达到平衡的次数越多，柱效越高，所得的色谱峰越窄，对分离有利衡的次数越多，柱效越高，所得的色谱峰越窄，对分离有利衡的次数越多，柱效越高，所得的色谱峰越窄，对分离有利衡的次数越多，柱效越高，所得的色谱峰越窄，对分离有利 ;（2 2）如果两组分在同一色谱柱上的分配系数相同，
20、那么无论该色谱）如果两组分在同一色谱柱上的分配系数相同，那么无论该色谱）如果两组分在同一色谱柱上的分配系数相同，那么无论该色谱）如果两组分在同一色谱柱上的分配系数相同，那么无论该色谱柱为它们提供的有效塔板数有多大，此两组分仍无法分离柱为它们提供的有效塔板数有多大，此两组分仍无法分离柱为它们提供的有效塔板数有多大，此两组分仍无法分离柱为它们提供的有效塔板数有多大，此两组分仍无法分离;（3 3）由于不同物质在同一色谱柱上分配系数不同，所以同一色谱）由于不同物质在同一色谱柱上分配系数不同，所以同一色谱）由于不同物质在同一色谱柱上分配系数不同，所以同一色谱）由于不同物质在同一色谱柱上分配系数不同，所以
21、同一色谱柱对不同物质的柱效能也不同，因此在用塔板数或塔板高度表柱对不同物质的柱效能也不同，因此在用塔板数或塔板高度表柱对不同物质的柱效能也不同，因此在用塔板数或塔板高度表柱对不同物质的柱效能也不同，因此在用塔板数或塔板高度表示柱效能时，必须说明是对什么物质而言。示柱效能时，必须说明是对什么物质而言。示柱效能时，必须说明是对什么物质而言。示柱效能时，必须说明是对什么物质而言。本讲稿第三十二页，共九十八页 n n 2 2、速率理论速率理论 （J.J.Van Deemter 1956）速率理论认为，单个组分粒子在色谱柱内固定相和流动相间要发生千万次转移，加上分子扩散和运动途径等因素，它在柱内的运动是
22、高度不规则的，是随机的，在柱中随流动相前进的速度是不均一的。A项为涡流扩散项涡流扩散项；B/u项为分子扩散项为分子扩散项；C u为传传质项质项，；u为载气线速度，单位为cm/s。范第姆特方程式(Van Deemter equation)本讲稿第三十三页，共九十八页 n n 本讲稿第三十四页，共九十八页1.1.涡流扩散项涡流扩散项A A=2dp dp：固定相的平均颗粒直径：固定相的平均颗粒直径：固定相的填充不均匀因子：固定相的填充不均匀因子固定相颗粒固定相颗粒越小越小dp，填充的越均填充的越均匀，匀，A，H，柱效，柱效n。表现在涡流表现在涡流扩散所引起扩散所引起的色谱峰变的色谱峰变宽现象减轻，宽
23、现象减轻，色谱峰较窄色谱峰较窄。本讲稿第三十五页，共九十八页2.2.分子扩散项分子扩散项B B=2 Dg ：弯曲因子，填充柱色谱，弯曲因子，填充柱色谱，10时，对R的增加不明显，也会显著增加分析时间k的最佳范围：110本讲稿第四十五页，共九十八页 n n与柱选择性的关系 分离度、柱效、柱选择性的关系r2,1越大，柱选择性越好，分离效果越好。如果两个相邻峰的选择因子足够大，则即使色谱柱的理论塔板数较小，也可以实现分离。L=16R2H有效有效 a aa a-12=n有效有效 H有效有效本讲稿第四十六页，共九十八页 n n例题：设有一对物质，其r2,1=1.15,要求在Heff=0.1cm的某填充柱
24、上得到完全分离，试计算至少需要多长的色谱柱？n n解：要实现完全分离，R1.5,故所需有效理论塔板数为：使用普通色谱柱，有效塔板高度为0.1cm,故所需柱长应为：6本讲稿第四十七页，共九十八页 n n三、色谱条件的选择n n1、载气流速的选择（与分析时间、柱效有关）实际工作中，为了缩短分析时间，常使流速稍高与最佳流速。本讲稿第四十八页，共九十八页 2、柱温的选择（与（与r ri i，j j有关）有关）能使沸点最高的组分达到分离的前提下，尽量选择较低的温度。当然被测物的保留时间要短、峰形不能有严重拖尾。最好用程序升温方法，以实验优化选择的条件为工作条件。3、固定液与担体的选择（与相比有关）由实验
25、手册查出参考值，再由实验选择。4、汽化室与检测室温度（与被测对象的利用度有关）（与被测对象的利用度有关）汽化温度、检测室温度高于柱温30-70度。5、进样量：（与柱容量有关）根据担液比及柱子形式决定进样量，进样 方式为柱塞进样。本讲稿第四十九页，共九十八页 n n 本讲稿第五十页，共九十八页 2-4 固定相及其选择固定相及其选择n n固定相的类型：n n 吸附剂型固定相 n n 固定相n n 担体+固定液型固定相n n常用吸附剂型固定相有：n n 本讲稿第五十一页，共九十八页气固色谱固定相气固色谱固定相固定相固定相固定相固定相特性特性特性特性主要用途主要用途主要用途主要用途硅胶硅胶硅胶硅胶氢氢
26、氢氢键键键键型型型型强强强强极极极极性性性性固固固固体体体体吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂，多多多多用用用用粗粗粗粗孔孔孔孔硅硅硅硅胶，胶，胶，胶，组组组组成成成成为为为为SiOSiO2 2 nHnH2 2OO分析分析分析分析N N2 2OO，SOSO2 2，HH2 2S S，SFSF6 6，CFCF2 2ClCl2 2，以及，以及，以及，以及C C1 1CC4 4烷烃烷烃烷烃烷烃氧化氧化氧化氧化铝铝铝铝中中中中等等等等极极极极性性性性吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂，多多多多用用用用 型型型型晶晶晶晶体体体体，热热热热稳稳稳稳定性和机械定性和机械定性和机械定性和机械强强强强度好度好度好度好分析分析分析分析
27、C C1 1-C-C4 4烷烃烷烃烷烃烷烃，低温也可分离，低温也可分离，低温也可分离，低温也可分离氢氢氢氢的同位素的同位素的同位素的同位素碳素碳素碳素碳素非非非非极极极极性性性性吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂，主主主主要要要要有有有有活活活活性性性性炭炭炭炭，石石石石墨墨墨墨化化化化碳碳碳碳黑黑黑黑和和和和碳碳碳碳分分分分子子子子筛筛筛筛等等等等品品品品种种种种。活活活活性性性性炭炭炭炭是是是是具具具具有有有有微微微微孔孔孔孔结结结结构构构构的的的的无无无无定定定定形形形形碳碳碳碳。石石石石墨墨墨墨化化化化碳碳碳碳黑黑黑黑是是是是碳碳碳碳黑黑黑黑在在在在惰惰惰惰性性性性气气气气体体体体保保保保护护护
28、护下下下下经经经经高高高高温温温温煅煅煅煅烧烧烧烧而而而而成成成成的的的的石石石石墨墨墨墨状状状状细细细细晶晶晶晶。碳碳碳碳分分分分子子子子筛筛筛筛则则则则是是是是聚聚聚聚偏偏偏偏二二二二氯氯氯氯乙乙乙乙烯烯烯烯小球小球小球小球经经经经高温高温高温高温热热热热解解解解处处处处理后的残留物理后的残留物理后的残留物理后的残留物活活活活性性性性炭炭炭炭用用用用于于于于分分分分析析析析永永永永久久久久气气气气体体体体和和和和低低低低沸沸沸沸点点点点烃烃烃烃类类类类。涂涂涂涂少少少少量量量量固固固固定定定定液液液液后后后后可可可可分分分分析析析析空空空空气气气气，COCO，COCO2 2，甲甲甲甲烷烷烷
29、烷，乙乙乙乙烯烯烯烯，乙乙乙乙炔炔炔炔等等等等混混混混合合合合物物物物；石石石石墨墨墨墨化化化化碳碳碳碳黑黑黑黑分分分分离离离离同同同同分分分分异异异异构构构构体体体体，以以以以及及及及SOSO2 2，HH2 2S S，低低低低级级级级醇醇醇醇类类类类，短短短短链链链链脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸，酚酚酚酚和和和和胺胺胺胺类类类类；碳碳碳碳分分分分子子子子筛筛筛筛多多多多用用用用于于于于分分分分离离离离稀稀稀稀有有有有气气气气体体体体，空空空空气气气气，N N2 2OO，COCO2 2，C C1 1CC3 3烃烃烃烃类类类类分子分子分子分子筛筛筛筛人人人人工工工工合合合合成成成成的的的的硅硅硅硅铝
30、铝铝铝酸酸酸酸盐盐盐盐，具具具具有有有有分分分分布布布布均均均均匀匀匀匀的的的的空空空空穴穴穴穴，基基基基本本本本组组组组成成成成为为为为MOMO AlAl2 2OO3 3 xSiOxSiO2 2 yHyH2 2OO，其其其其中中中中MM代代代代表表表表NaNa+、KK+、LiLi+、CaCa2+2+、SrSr2+2+、B B2+2+等等等等金金金金属属属属离离离离子。多用子。多用子。多用子。多用4A4A、5A5A和和和和13X13X三种三种三种三种类类类类型型型型主要用于分离主要用于分离主要用于分离主要用于分离HH2 2、N N2 2、OO2 2、COCO、甲、甲、甲、甲烷烷烷烷以及以及以及
31、以及在低温下分析惰性气体。在低温下分析惰性气体。在低温下分析惰性气体。在低温下分析惰性气体。高分子多孔微球高分子多孔微球高分子多孔微球高分子多孔微球 苯乙苯乙苯乙苯乙烯烯烯烯-二乙二乙二乙二乙烯烯烯烯苯共聚物小球，兼苯共聚物小球，兼苯共聚物小球，兼苯共聚物小球，兼具吸附具吸附具吸附具吸附剂剂剂剂和固定液的性能，吸附活性低，和固定液的性能，吸附活性低，和固定液的性能，吸附活性低，和固定液的性能，吸附活性低，应应应应用范用范用范用范围围围围广广广广 分析各种有机物和气体，特分析各种有机物和气体，特分析各种有机物和气体，特分析各种有机物和气体，特别别别别适合于适合于适合于适合于有机物中痕量水分的有机
32、物中痕量水分的有机物中痕量水分的有机物中痕量水分的测测测测定定定定化学化学化学化学键键键键合相合相合相合相利用化学反利用化学反利用化学反利用化学反应应应应把固定液把固定液把固定液把固定液键键键键合在合在合在合在载载载载体表面，体表面，体表面，体表面，热稳热稳热稳热稳定性好。定性好。定性好。定性好。分析分析分析分析C C1 1CC3 3烷烃烷烃烷烃烷烃、烯烃烯烃烯烃烯烃、炔、炔、炔、炔烃烃烃烃、COCO2 2、卤卤卤卤代代代代烃烃烃烃和含氧有机化合物和含氧有机化合物和含氧有机化合物和含氧有机化合物无无机机吸吸附附剂剂本讲稿第五十二页，共九十八页（担体）载体（担体）载体 类型类型类型类型 硅藻土硅
33、藻土硅藻土硅藻土 非硅藻土非硅藻土非硅藻土非硅藻土红色载体红色载体白色载体白色载体要要求求：有有较较大大的的比比表表面面积积，有有分分布布均均匀匀的的孔孔径径，良良好好的的机机械械强强度度、化化学学惰惰性性和和热稳定性，表面不与固定液和样品起化学反应，且吸附性和催化性能越小越好。热稳定性，表面不与固定液和样品起化学反应，且吸附性和催化性能越小越好。本讲稿第五十三页，共九十八页 n n常用担体有：1、红色担体：特点是：表面空隙小、比表面积大、机械强度 高、担液能力强、表面有吸附中心。高、担液能力强、表面有吸附中心。2、白色担体：特点是：表面空隙较大、比表面积较小、机械特点是：表面空隙较大、比表面
34、积较小、机械 强度较差、担液能力中、表面无吸附中心。3、非硅藻土型担体：聚合氟塑料担体、玻璃 微球担体、高分子微球担体等。特点是：表面空隙适中、比表面积适中、机械强 度较强、耐高温、耐强腐蚀、价格偏高。度较强、耐高温、耐强腐蚀、价格偏高。硅藻土型担体用前要预处理：酸洗、碱洗、硅烷化。硅藻土型担体用前要预处理：酸洗、碱洗、硅烷化。硅藻土型担体用前要预处理：酸洗、碱洗、硅烷化。硅藻土型担体用前要预处理：酸洗、碱洗、硅烷化。本讲稿第五十四页，共九十八页担体的选择担体的选择样品样品样品样品固定液固定液固定液固定液推荐用载体推荐用载体推荐用载体推荐用载体注注注注非极性非极性非极性非极性非极性非极性非极性
35、非极性未经处理的硅藻土未经处理的硅藻土未经处理的硅藻土未经处理的硅藻土型载体型载体型载体型载体极性极性极性极性极性极性极性极性酸洗、碱洗或硅烷酸洗、碱洗或硅烷酸洗、碱洗或硅烷酸洗、碱洗或硅烷化硅藻土载体化硅藻土载体化硅藻土载体化硅藻土载体酸性样品用酸洗载酸性样品用酸洗载酸性样品用酸洗载酸性样品用酸洗载体，碱性样品用碱体，碱性样品用碱体，碱性样品用碱体，碱性样品用碱洗载体洗载体洗载体洗载体极性和非极性极性和非极性极性和非极性极性和非极性弱极性或极性弱极性或极性弱极性或极性弱极性或极性酸洗硅藻土载体酸洗硅藻土载体酸洗硅藻土载体酸洗硅藻土载体弱极性、极性或非弱极性、极性或非弱极性、极性或非弱极性、极
36、性或非极性、用量小于极性、用量小于极性、用量小于极性、用量小于5%5%硅烷化载体硅烷化载体硅烷化载体硅烷化载体高沸点高沸点高沸点高沸点玻璃微球玻璃微球玻璃微球玻璃微球强腐蚀性样品强腐蚀性样品强腐蚀性样品强腐蚀性样品聚四氟乙烯等特殊聚四氟乙烯等特殊聚四氟乙烯等特殊聚四氟乙烯等特殊载体载体载体载体担体的粒度越小，填装越均匀，柱效越高，但柱压会增大，一般粒度直径为柱内径的担体的粒度越小，填装越均匀，柱效越高，但柱压会增大，一般粒度直径为柱内径的1/20 1/25为宜。为宜。本讲稿第五十五页，共九十八页 n n固定液的类型：一般为高沸点有机物，均匀地一般为高沸点有机物，均匀地涂在载体表面，在分析条件下
37、呈涂在载体表面，在分析条件下呈液膜状态液膜状态固定液的选择性取决于其与组分分子间固定液的选择性取决于其与组分分子间的作用力的作用力静电力静电力诱导力诱导力色散力色散力氢键力氢键力本讲稿第五十六页，共九十八页 n n固定液的极性：n n 固定液与待测化合物之间的作用力主要属定向力、诱导力、色散力、氢键力等弱相互作用为主，所以固定相的极性对分离过程非常重要，固定相极性用相对极性P的公式表示：n n规定：,-氧二丙腈固定液的P=100、角鲨烷固定液的P=0、测试标样为环己烷-苯（或正丁烷-丁二烯）本讲稿第五十七页，共九十八页n n固定液分类固定液分类固定液分类固定液分类固定液的结固定液的结固定液的结
38、固定液的结构类型构类型构类型构类型极性极性极性极性固定液举例固定液举例固定液举例固定液举例分离对象分离对象分离对象分离对象烃类烃类烃类烃类最弱极性最弱极性最弱极性最弱极性角鲨烷、石蜡油角鲨烷、石蜡油角鲨烷、石蜡油角鲨烷、石蜡油分离非极性化合物分离非极性化合物分离非极性化合物分离非极性化合物硅氧烷类硅氧烷类硅氧烷类硅氧烷类极性范围广极性范围广极性范围广极性范围广从弱极性到从弱极性到从弱极性到从弱极性到强极性强极性强极性强极性甲基硅氧烷、苯基硅甲基硅氧烷、苯基硅甲基硅氧烷、苯基硅甲基硅氧烷、苯基硅氧烷、氟基硅氧烷氧烷、氟基硅氧烷氧烷、氟基硅氧烷氧烷、氟基硅氧烷氰基硅氧烷氰基硅氧烷氰基硅氧烷氰基硅氧
39、烷不同极性化合物不同极性化合物不同极性化合物不同极性化合物醇类和醚类醇类和醚类醇类和醚类醇类和醚类强极性强极性强极性强极性聚乙二醇聚乙二醇聚乙二醇聚乙二醇强极性化合物强极性化合物强极性化合物强极性化合物酯类和聚酯酯类和聚酯酯类和聚酯酯类和聚酯中强极性中强极性中强极性中强极性苯甲酸二壬酯苯甲酸二壬酯苯甲酸二壬酯苯甲酸二壬酯应用较广应用较广应用较广应用较广腈和腈醚腈和腈醚腈和腈醚腈和腈醚强极性强极性强极性强极性氧二丙腈、苯乙腈氧二丙腈、苯乙腈氧二丙腈、苯乙腈氧二丙腈、苯乙腈极性化合物极性化合物极性化合物极性化合物有机皂土有机皂土有机皂土有机皂土分离芳香异构体分离芳香异构体分离芳香异构体分离芳香异构
40、体按化学结构分类按化学结构分类本讲稿第五十八页，共九十八页 n n按P的数值将固定液的极性以20间隔分为五级：n n 020 为0+1，称非极性固定液；n n 2040 为+1+2，称弱极性固定液；n n 4060 为+2+3，称中极性固定液；n n 80100 为+4+5,称强极性固定液；n n n n 固定液的极性与待测组分极性的选择原则为：n n “相似相溶原理”本讲稿第五十九页，共九十八页 n n固定液选择示例本讲稿第六十页，共九十八页 n n 本讲稿第六十一页，共九十八页 2-5 气相色谱检测器气相色谱检测器n n一、气相色谱检测器的类型一、气相色谱检测器的类型n n 气相色谱检测器
41、根据响应原理的不同可分为浓气相色谱检测器根据响应原理的不同可分为浓度型检测器和质量型检测器两类。度型检测器和质量型检测器两类。n n浓度型检测器浓度型检测器：测量的是载气中某组分瞬间浓度的变化，即检测器的响应值和组分的瞬间浓度成正比。如热导池检测器（TCD）和电子捕获检测器（ECD）n n质量型检测器质量型检测器：测量的是载气中某组分质量比率的变化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器的组分质量成正比。如氢火焰离子化检测器（FID）和火焰光度检测器（FPD）本讲稿第六十二页，共九十八页 通用检测器有：通用检测器有：n n1 1 1 1、热导池检测器，、热导池检测器，、热导池检测器，、热导池检测
42、器，TCD(Thermal conductivity TCD(Thermal conductivity TCD(Thermal conductivity TCD(Thermal conductivity n n detector)detector)detector)detector)测一般化合物和永久性气体n n2 2、氢火焰离子化检测器、氢火焰离子化检测器,FID,FID (Hydrogen flame(Hydrogen flame(Hydrogen flame(Hydrogen flame n n ionization detector)ionization detector)ioniza
43、tion detector)ionization detector)测一般有机化合物测一般有机化合物n n专用检测器有：专用检测器有：n n3 3、电子俘获检测器，、电子俘获检测器，ECD(Electron capture ECD(Electron capture n n detector)detector)detector)detector)测带强电负性原子的有机化合物测带强电负性原子的有机化合物n n4 4、火焰光度检测器，、火焰光度检测器，FPD(Flame photometric FPD(Flame photometric n n detector)detector)detector)
44、detector)测含硫、含磷的有机化合物测含硫、含磷的有机化合物n n特殊检测器有：特殊检测器有：FTIRFTIRFTIRFTIR、MSMSMSMS、测化合物结构测化合物结构本讲稿第六十三页，共九十八页 n n二、气相色谱检测器的工作原理二、气相色谱检测器的工作原理n n1 1、热导检测器、热导检测器n n原理；就是利用不同的物质具有不同的导热系数。Self-study&Exam:热导池的构造，工作原理本讲稿第六十四页，共九十八页影响热导池检测器灵敏度的因素影响热导池检测器灵敏度的因素在允许的工作电流范围内，工作电流越大，灵敏度越在允许的工作电流范围内，工作电流越大，灵敏度越高，一般控制在高
45、，一般控制在100-200mA左右左右钨丝与池体温差越大，灵敏度越高钨丝与池体温差越大，灵敏度越高,但避免冷凝样品，但避免冷凝样品，一般不低于柱温一般不低于柱温热导系数大的载气，灵敏度高，常用载气热导系数大热导系数大的载气，灵敏度高，常用载气热导系数大小顺序：小顺序：H2HeN2阻值高、电阻温度系数大的热敏元件，灵敏度高阻值高、电阻温度系数大的热敏元件，灵敏度高1.桥电流桥电流2.池体温度池体温度3.载气载气4.热敏元件阻值热敏元件阻值还取决于池体的体积和载气的纯度还取决于池体的体积和载气的纯度本讲稿第六十五页，共九十八页 n n2 2、氢火焰离子化检测器、氢火焰离子化检测器n n原理：利用有
46、机化合物在氢火焰中燃烧时能产生带电离子碎片，收集其荷电量进行测定。Self-study&Exam:氢火焰检测器的构造，工作原理及影响检测灵敏度的因素。本讲稿第六十六页，共九十八页火焰离子化检测器的特点火焰离子化检测器的特点可用于检测绝大多数有机化合物，并可检测可用于检测绝大多数有机化合物，并可检测ng/mL级痕量物质，级痕量物质，易于进行痕量有机物的分析。它具有结构简单、灵敏度高、响易于进行痕量有机物的分析。它具有结构简单、灵敏度高、响应快、线性范围宽、选择性好、低干扰性、坚固易于使用等优应快、线性范围宽、选择性好、低干扰性、坚固易于使用等优点。但检测时样品被破坏，不能检测惰性气体、空气、水、
47、点。但检测时样品被破坏，不能检测惰性气体、空气、水、CO、CO2、CS2、NO、SO2、H2S本讲稿第六十七页，共九十八页电子捕获检测器电子捕获检测器(Electrom-capture Detector,ECD)优优点点：是是最最灵灵敏敏的的GC检检测测器器之之一一，也也是是一一种种选选择择性性很很强强的的检检测测器器，对对于于含含卤卤素素有有机机化化合合物物、过过氧氧化化物物、醌醌、邻邻苯苯二二甲甲酸酸酯酯和和硝硝基基化化合合物物的的检检测测有有很很高高灵灵敏敏度度，特特别别适适合合于于环环境境中中微微量量有有机氯农药的检测机氯农药的检测。ECD原理示意图原理示意图缺缺点点：线线性性范范围围
48、较较窄窄，一一般般为为103，且且检检测测器器的的性性能能受受操操作作条条件件的的影影响响较较大大，载载气气中中痕痕量量的的氧氧气气会会使使背背景景噪声明显增大。噪声明显增大。本讲稿第六十八页，共九十八页火焰光度检测器火焰光度检测器(Flame Photometric Detector,FPD)是一种对含磷、硫有机化合物具有高选择性和高灵敏度的质量型检测器是一种对含磷、硫有机化合物具有高选择性和高灵敏度的质量型检测器PFPD结构示意图结构示意图本讲稿第六十九页，共九十八页 n n三、色谱检测器的灵敏度三、色谱检测器的灵敏度n n1、灵敏度本讲稿第七十页，共九十八页 n nSc=qv,oA/mn
49、 n Sm=A/m本讲稿第七十一页，共九十八页 n n2 2、检出限、检出限n n3 3、最小检出量、最小检出量n n4 4、响应时间、响应时间n n5 5、线性范围、线性范围本讲稿第七十二页，共九十八页 2-6 气相色谱定性法气相色谱定性法本讲稿第七十三页，共九十八页 该法是基于在一定操作条件下，各组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。分保留时间是一定值的原理。一、用已知物对照定性一、用已知物对照定性具体做法：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各自的色各自的色谱图；谱图；2）对照：如果试样中某峰的保留时间和标样中）对照：如果试样中某峰的
50、保留时间和标样中某峰重合，则可初步确定试样中含有该物质。某峰重合，则可初步确定试样中含有该物质。3）也可通过在样品中加入标准物，看试样中哪个峰）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。增加来确定。本讲稿第七十四页，共九十八页本讲稿第七十五页，共九十八页二、二、据相对保留值据相对保留值 r21 定性定性 用用保保留留值值定定性性要要求求两两次次进进样样条条件件完完全全一一致致，这这是是比比较较困困难难的的。而而用用r21定定性性，则则只要温度一定即可。只要温度一定即可。本讲稿第七十六页，共九十八页具体做法：具体做法：在在样样品品和和标标准准中中分分别别加加入入同同一一种种基基准准物