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1、第八章气相色谱法第1页，本讲稿共29页二、气相色谱仪的组成二、气相色谱仪的组成二、气相色谱仪的组成二、气相色谱仪的组成 载气载气载气载气减压减压减压减压净化净化净化净化稳压稳压稳压稳压 色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱检测器检测器检测器检测器记录仪记录仪记录仪记录仪 进样进样进样进样 载气系统载气系统载气系统载气系统 进样系统进样系统进样系统进样系统 分离系统分离系统分离系统分离系统 检测系统检测系统检测系统检测系统 记录系统记录系统记录系统记录系统第2页，本讲稿共29页续前续前三、气相色谱法的特点和应用三、气相色谱法的特点和应用 “三高三高”“”“一快一快”“”“一广一广”占有机物占有机物20%20
2、%适于分析气体、易挥发的液体及固体适于分析气体、易挥发的液体及固体 不适合分析不易气化或不稳定性物质不适合分析不易气化或不稳定性物质 样品的衍生化使应用范围进一步扩大样品的衍生化使应用范围进一步扩大第3页，本讲稿共29页第二节第二节 气相色谱法的基本原理气相色谱法的基本原理一、基本概念一、基本概念二、等温线二、等温线三、塔板理论（平衡理论）三、塔板理论（平衡理论）四、速率理论四、速率理论热力学理论：塔板理论热力学理论：塔板理论平衡理论平衡理论 基础基础动力学理论：速率理论动力学理论：速率理论VanderVander方程方程 理论基础理论基础理论基础理论基础第4页，本讲稿共29页一、基本概念一、
3、基本概念一、基本概念一、基本概念1 1流出曲线和色谱峰流出曲线和色谱峰2 2基线、噪音和漂移基线、噪音和漂移3 3保留值：色谱定性参数保留值：色谱定性参数4 4色谱峰的区域宽度：色谱柱效参数色谱峰的区域宽度：色谱柱效参数 第5页，本讲稿共29页1流出曲线和色谱峰流出曲线和色谱峰流出曲线和色谱峰流出曲线和色谱峰流出曲线流出曲线流出曲线流出曲线（色谱图）（色谱图）（色谱图）（色谱图）：电信号强度随时间变化曲线：电信号强度随时间变化曲线色谱峰色谱峰色谱峰色谱峰：流出曲线上突起部分：流出曲线上突起部分第6页，本讲稿共29页续前不对称因子不对称因子不对称因子不对称因子正常峰（对称）正常峰（对称）正常峰（
4、对称）正常峰（对称）非正常峰非正常峰非正常峰非正常峰 前沿峰前沿峰前沿峰前沿峰 拖尾峰拖尾峰拖尾峰拖尾峰色谱峰色谱峰色谱峰色谱峰fs在0.951.05之间fs小于0.95fs大于1.05第7页，本讲稿共29页2 2基线、噪音和漂移基线、噪音和漂移基线、噪音和漂移基线、噪音和漂移 基线基线基线基线：当没有待测组分进入检测器当没有待测组分进入检测器 时，反映检测器噪音随时间时，反映检测器噪音随时间 变化的曲线变化的曲线（稳定（稳定平直直线）平直直线）噪音噪音噪音噪音：仪器本身所固有的，以噪音：仪器本身所固有的，以噪音 带带表示（仪器越好，噪音越小）表示（仪器越好，噪音越小）漂移漂移漂移漂移：基线向
5、某个方向稳定移动：基线向某个方向稳定移动 （仪器未稳定造成）（仪器未稳定造成）第8页，本讲稿共29页3保留值：色谱定性参数保留值：色谱定性参数 保留时间保留时间保留时间保留时间t tR R：从进样开始到组分出现浓度极大点时：从进样开始到组分出现浓度极大点时 所需时间，即组分通过色谱柱所需要的时间所需时间，即组分通过色谱柱所需要的时间 死时间死时间死时间死时间t tmm：不被固定相溶解或吸附的组分的保留时：不被固定相溶解或吸附的组分的保留时 间（即组分在流动相中的所消耗的时间），或流动间（即组分在流动相中的所消耗的时间），或流动 相充满柱内空隙体积占据的空间所需要的时间，又相充满柱内空隙体积占据
6、的空间所需要的时间，又 称流动相保留时间称流动相保留时间 调整保留时间调整保留时间调整保留时间调整保留时间t tR R：组分的保留时间与死时间之差值，：组分的保留时间与死时间之差值，即组分在固定相中滞留的时间即组分在固定相中滞留的时间第9页，本讲稿共29页图示第10页，本讲稿共29页续前保留体积保留体积保留体积保留体积V VR R：从进样开始到组分出现浓度极大点时：从进样开始到组分出现浓度极大点时所消耗的流动相的体积所消耗的流动相的体积 死体积死体积死体积死体积V Vmm：不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流：不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流 动相的体积，又指色谱柱中未被固定相所占据的空动相的
7、体积，又指色谱柱中未被固定相所占据的空 隙体积，即色谱柱的流动相体积（包括色谱仪中的隙体积，即色谱柱的流动相体积（包括色谱仪中的 管路、连接头的空间、以及进样器和检测器的空间）管路、连接头的空间、以及进样器和检测器的空间）第11页，本讲稿共29页续前调整保留体积调整保留体积调整保留体积调整保留体积V VR R：保留体积与死体积之差，即组分：保留体积与死体积之差，即组分停留在固定相时所消耗流动相的体积停留在固定相时所消耗流动相的体积相对保留值相对保留值相对保留值相对保留值r ri,si,s（选择性系数（选择性系数）：调整保留值之比：调整保留值之比第12页，本讲稿共29页续前保留指数保留指数保留指
8、数保留指数I IX X：指将待测物的保留行为换算成相当于：指将待测物的保留行为换算成相当于正构烷烃的保留行为正构烷烃的保留行为(已知范围内组分的定性参数已知范围内组分的定性参数)第13页，本讲稿共29页4色谱峰的区域宽度：色谱柱效参数色谱峰的区域宽度：色谱柱效参数峰宽峰宽峰宽峰宽WW：正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交：正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交 的截距的截距标准差标准差标准差标准差：正态分布色谱曲线两拐点距离的一半：正态分布色谱曲线两拐点距离的一半 对应对应0.607h0.607h处峰宽的一半处峰宽的一半注：注：小，峰小，峰 窄，柱效窄，柱效 高高半峰宽半峰宽半峰宽半峰宽WW1/
9、21/2：峰高一半处所对应的峰宽：峰高一半处所对应的峰宽 注：除了用于衡量柱效，还可以计算峰面积注：除了用于衡量柱效，还可以计算峰面积第14页，本讲稿共29页图示第15页，本讲稿共29页5相平衡参数相平衡参数 容容容容量量量量因因因因子子子子（容容量量比比，分分配配比比）k k：指指在在一一定定温温度度和和压压力力下下，组组分分在在色色谱谱柱柱中中达达分分配配平平衡衡时时，在在固固定定相与流动相中的质量比相与流动相中的质量比更易测定更易测定分配系数分配系数分配系数分配系数K K：第16页，本讲稿共29页续前 注：注：注：注：固定液应完全覆盖载体表面，不可以太薄，固定液应完全覆盖载体表面，不可以
10、太薄，否则柱子寿命短，否则柱子寿命短，k k太小；太小；T T不可以超过固定液最佳使用温度不可以超过固定液最佳使用温度第17页，本讲稿共29页二、等温线：二、等温线：指一定温度下，某组分在两相中分配指一定温度下，某组分在两相中分配达平衡时，在两相中的浓度关系曲线达平衡时，在两相中的浓度关系曲线1 1线性等温线线性等温线线性等温线线性等温线（理想）（理想）（理想）（理想）对称峰对称峰对称峰对称峰2 2非线性等温线非线性等温线非线性等温线非线性等温线（1 1）凸形）凸形）凸形）凸形拖尾峰拖尾峰拖尾峰拖尾峰（2 2）凹形）凹形）凹形）凹形前沿峰前沿峰前沿峰前沿峰固定相表面活性吸附中心未达饱和，固定相
11、表面活性吸附中心未达饱和，K K一定，与溶质浓度无关一定，与溶质浓度无关 固定相表面吸附中心活性不均，固定相表面吸附中心活性不均，K K不同不同先占据强吸附中心再占据弱吸附中心，先占据强吸附中心再占据弱吸附中心，K K随着溶质浓度的增加而减小随着溶质浓度的增加而减小 溶质与固定相作用，改变其表面性质溶质与固定相作用，改变其表面性质K K随着溶质浓度的增加而增加随着溶质浓度的增加而增加 斜率斜率斜率斜率=K=K对称峰对称峰对称峰对称峰前沿峰前沿峰前沿峰前沿峰拖尾峰拖尾峰拖尾峰拖尾峰第18页，本讲稿共29页图示第19页，本讲稿共29页三、塔板理论三、塔板理论三、塔板理论三、塔板理论 色谱柱每个色谱
12、柱每个H H高度内有一块塔板，共有若干块塔板高度内有一块塔板，共有若干块塔板 组分在每块塔板两相间分配达平衡，组分在每块塔板两相间分配达平衡，K K小的先出柱小的先出柱多次分配平衡，多次分配平衡，K K有微小差异组分仍可获较好分离有微小差异组分仍可获较好分离（一）塔板理论四个基本假设（一）塔板理论四个基本假设（二）色谱峰的二项式分布（二）色谱峰的二项式分布 （三）色谱峰的正态分布（三）色谱峰的正态分布 （四）理论板数和理论塔板高度的计算（四）理论板数和理论塔板高度的计算假想：第20页，本讲稿共29页（一）塔板理论的四个基本假设（一）塔板理论的四个基本假设1 1在柱内一小段高度内组分分配瞬间达平
13、衡在柱内一小段高度内组分分配瞬间达平衡 （HH理论塔板高度）理论塔板高度）2 2载气非连续而是间歇式载气非连续而是间歇式（脉动式）（脉动式）进入色谱柱，进入色谱柱，每次进气一个塔板体积每次进气一个塔板体积3 3样品和载气均加在第样品和载气均加在第0 0号塔板上，且忽略样品号塔板上，且忽略样品 沿柱方向的纵向扩散沿柱方向的纵向扩散4 4分配系数在各塔板上是常数分配系数在各塔板上是常数第21页，本讲稿共29页（二）色谱峰的二项式分布（二）色谱峰的二项式分布（N N 较少）较少）较少）较少）逆流分布逆流分布 萃取法萃取法利用物质在互不相溶两相中溶解度的不同利用物质在互不相溶两相中溶解度的不同第22页
14、，本讲稿共29页图示第23页，本讲稿共29页图示第24页，本讲稿共29页（三）色谱峰的正态分布（三）色谱峰的正态分布（三）色谱峰的正态分布（三）色谱峰的正态分布（N50N50次）次）次）次）近似对称分布近似对称分布近似对称分布近似对称分布讨论：讨论：讨论：讨论：第25页，本讲稿共29页（四）理论板数和理论塔板高度的计算（四）理论板数和理论塔板高度的计算（四）理论板数和理论塔板高度的计算（四）理论板数和理论塔板高度的计算 理论塔板高度理论塔板高度理论塔板高度理论塔板高度HH为使组分在柱内两相间达到为使组分在柱内两相间达到 一次分配平衡所需要的柱长一次分配平衡所需要的柱长理论塔板数理论塔板数理论塔板数理论塔板数NN组分流过色谱柱时，在两相间组分流过色谱柱时，在两相间 进行平衡分配的总次数进行平衡分配的总次数第26页，本讲稿共29页续前第27页，本讲稿共29页续前第28页，本讲稿共29页小结小结1 1塔板理论的贡献：从热力学角度塔板理论的贡献：从热力学角度 解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大点的位置解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大点的位置 阐明了保留值与阐明了保留值与K K的关系的关系 提出了评价柱效高低的提出了评价柱效高低的n n和和H H的计算式的计算式第29页，本讲稿共29页