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1、第九章第九章 色谱法色谱法石化系石化系 分析教研室分析教研室 1主要内容：主要内容：第一节第一节 色谱法概述色谱法概述其次节其次节 气相色谱法气相色谱法第三节第三节 高效液相色谱法高效液相色谱法2 一、色谱法的来源一、色谱法的来源 色色谱谱法法(chromatography)早早在在1903年年由由俄俄国国植植物物学学家家茨茨维维特特最最先先独独创创并并定定义义，他他在在探探讨讨植植物物叶叶子子的的色色素素成成分分时时，将将植植物物叶叶子子的的萃萃取取物物倒倒入入填填有有碳碳酸酸钙钙的的直直立立玻玻璃璃管管内内，然然后后加加入入石石油油醚醚使使其其自自由由流流下下，结结果果色色素素中中各各组组
2、分分相相互互分分别别形形成成各各种种不不同同颜颜色色的的谱谱带带。他他称称之之为为色色谱谱。这这种种方方法法因因此此得得名名为为色色谱谱法法，又又称称层层析析法法。以以后后此法渐渐应用于无色物质的分别分析。此法渐渐应用于无色物质的分别分析。第一节第一节 色谱法概述色谱法概述3色谱分别过程色谱分别过程4 二、色谱分别的原理 当流淌相中携带的混合物流经固定相时，其与固当流淌相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，
3、随着流淌相的移动，混合物在两相间经过反弱不同，随着流淌相的移动，混合物在两相间经过反复多次的安排平衡，使得各组分被固定相保留的时间复多次的安排平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按确定次序由固定相中流出。与适当的柱不同，从而按确定次序由固定相中流出。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分别与检测。后检测方法结合，实现混合物中各组分的分别与检测。两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础 5 三、三、色谱法分类色谱法分类 6其次节其次节 气相色谱法（气相色谱法（GC）一、气相色谱的概念、分类、原理和特点一、气相色谱的概念、分类、原理和特点二、气
4、相色谱仪二、气相色谱仪三、色谱常用术语三、色谱常用术语四、气相色谱的应用四、气相色谱的应用7一、一、GCGC的概念、分类、原理和特点的概念、分类、原理和特点1.1.概念：概念：GCGC法是接受气体为流淌相（载气）流经色谱柱法是接受气体为流淌相（载气）流经色谱柱进行分别测定的色谱方法。进行分别测定的色谱方法。2.2.分类分类 ：气：气-液色谱和气液色谱和气-固色谱固色谱填充气相色谱填充气相色谱 毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱 气气-固色谱固色谱气相色谱气相色谱 气液分配色谱气液分配色谱 83.3.原理：被测样品在和固定液的接触过程中，发生原理：被测样品在和固定液的接触过程中，发生多次溶解多次溶
5、解-挥发过程。不同的组分，在固定液中溶挥发过程。不同的组分，在固定液中溶解性能不同，因此出柱的时间不一，各组分彼此分解性能不同，因此出柱的时间不一，各组分彼此分开。开。载气A+BA BAB检测 器AB94.4.特点特点 应用范围广应用范围广 分离效率高，分析速度快分离效率高，分析速度快 样品用量少，样品用量少，灵敏度高灵敏度高选择性好选择性好 5 5、应用范围：、应用范围：分析对热稳定，具有确定挥发性的分析对热稳定，具有确定挥发性的样品。样品。10 二、气相色谱仪二、气相色谱仪11（一）气相色谱仪的构成（一）气相色谱仪的构成 气路系统进样系统分别系统检测系统温控系统12131.气路系统气路系统
6、作作用用：获获得得纯纯净净、流流速速稳稳定定的的载载气气。包包括括气气源源、压压力力计计、流流量量计及气体净扮装置等。计及气体净扮装置等。常用的载气：常用的载气：H2H2、HeHe、N2N2、ArAr载载气气的的要要求求：化化学学惰惰性性，不不与与有有关关物物质质反反应应。载载气气的的选选择择除除了了要要求求考考虑虑对对柱柱效效的的影影响响外外，还还要要与与分分析析对对象象和和所所用用的的检检测测器器相相匹配。匹配。载气的来源：载气的来源：气体钢瓶和减压阀：压力表多为两级压力指示气体钢瓶和减压阀：压力表多为两级压力指示 气体发生器：氮气、氢气、空气及一体机气体发生器：氮气、氢气、空气及一体机
7、1415 2.进样系统进样系统构成：构成：进样器、进样口、气化室等进样器、进样口、气化室等 要求：要求：进样量或体积要适宜、精确；进样量或体积要适宜、精确；接受常规色谱柱分别，进样体积几至几十微升；接受常规色谱柱分别，进样体积几至几十微升；对毛细管柱分别，体积约为对毛细管柱分别，体积约为10-210-210-3L10-3L；体积过大或进样过慢，将导致分别变差（拖尾）；体积过大或进样过慢，将导致分别变差（拖尾）；进样针最大容量与进样量要匹配。进样针最大容量与进样量要匹配。汽化室要求：体积小；热容量大；汽化室要求：体积小；热容量大；对样品无催化作用对样品无催化作用16包括：填充柱和毛细管柱包括：填
8、充柱和毛细管柱 3.分别系统分别系统 填充柱：多为填充柱：多为U U形或螺旋形；内填固定相。形或螺旋形；内填固定相。毛毛细细管管柱柱：分分为为涂涂壁壁、多多孔孔层层和和涂涂载载体体开开管管柱柱，内内径径0.1 0.1 0.5mm0.5mm，长长达达几几十十至至100m100m，通通常常弯弯成成直直径径10 10 30cm30cm的的螺螺旋旋状状；其其特特点点为为渗渗透透性性好好、传传质质快快，分分别效率高（别效率高（n n可达可达106106）、分析速度快、样品量小。）、分析速度快、样品量小。色谱柱：色谱柱：U型或螺旋型金属管（型或螺旋型金属管（内径内径26mm，长，长13m）、）、固定液、固
9、定液、载体（担体）载体（担体）组成。组成。17 作用对象：气化室、柱箱、检测器作用对象：气化室、柱箱、检测器 控温方式：恒温顺程序升温控温方式：恒温顺程序升温 4.温控系统温控系统 18作用：将经色谱柱分别后依次流出的化学组分作用：将经色谱柱分别后依次流出的化学组分的信息转变为便于纪录的电信号，然后对被分的信息转变为便于纪录的电信号，然后对被分别物质的组成和含量进行鉴定和测量。别物质的组成和含量进行鉴定和测量。常用的检测器：常用的检测器：氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器热导池检测器热导池检测器电子捕获检测器电子捕获检测器(ECD(ECD质谱检测器质谱检测器5.检测系统检测系统 19氢火焰离
10、子化检测器（氢火焰离子化检测器（FID）有机碳专用检测器有机碳专用检测器燃气H2O2（空气）高温有机物电离离子室CH3CH2 CH3nCH3+ne收集极放射极ISOV直流电压正负离子向电极移动产生电流，经放大记录，信号大小与进入火焰的碳原子数有关。特点：特点：灵敏度高，线性范围广，专属性检测器，样品被破坏。质量型检测器20热导池检测器（热导池检测器（TCD）通用检测器通用检测器参比臂（通入载气）测量臂（通入来自色谱柱气）特点：结构简洁、测量范围广、热稳定性好线性范围宽、样品不被破坏缺点：灵敏度低。浓度型检测器21电子捕获检测器电子捕获检测器(ECD)(ECD)主要对含有较大电负性原子的化合物响
11、应（如卤素、主要对含有较大电负性原子的化合物响应（如卤素、硫、磷、氮、氧）。它特殊适合于环境样品中卤代硫、磷、氮、氧）。它特殊适合于环境样品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的分析。农药和多氯联苯等微量污染物的分析。质谱检测器质谱检测器(MSD)(MSD)即气相色谱即气相色谱质谱联用仪质谱联用仪(GC-MS)(GC-MS)质谱是唯一可以给出分子量质谱是唯一可以给出分子量,确定分子式的方确定分子式的方法法,而分子式的确定对化合物的结构鉴定是至关重而分子式的确定对化合物的结构鉴定是至关重要的。要的。22三、色谱常用术语三、色谱常用术语 （一）色谱图n混合物样品（混合物样品（A+B）色谱柱中分别色谱柱
12、中分别检测器检测器记录下来。组分从色谱柱流出时，各个组分记录下来。组分从色谱柱流出时，各个组分在检测器上所产生的信号随时间变更，所形成在检测器上所产生的信号随时间变更，所形成的曲线叫色谱图。的曲线叫色谱图。n记录了各个组分流精彩谱柱的状况，又叫色谱记录了各个组分流精彩谱柱的状况，又叫色谱流出曲线。流出曲线。231.基线基线在在试试验验操操作作条条件件下下，色色谱谱柱柱后后没没有有组组分分流流出出的的曲曲线叫基线。线叫基线。稳定状况下是一条直线稳定状况下是一条直线基线上下波动称为噪音基线上下波动称为噪音242.色谱峰的高度（峰高，色谱峰的高度（峰高，h）色谱峰最高点与基线之间的距离色谱峰最高点与
13、基线之间的距离峰峰凹凹凸凸与与组组分分浓浓度度有有关关，峰峰越越高高越越窄窄越好越好 h253.色谱峰的宽度色谱峰的宽度(区域宽度区域宽度)q标准偏差标准偏差 峰高峰高0.607倍处的色谱峰宽的一半。倍处的色谱峰宽的一半。q峰峰底底宽宽Wb色色谱谱峰峰两两侧侧拐拐点点所所作作切切线线在在基基线线上上的的距距离离 Wb=4 q半峰宽半峰宽W1/2峰高一半处色谱峰的宽度峰高一半处色谱峰的宽度 W1/2=2.354 Wb=4 W1/2=0.589Wb WbW1/226 4.色谱峰面积（色谱峰面积（A）n色谱峰与峰底所围的面积。色谱峰与峰底所围的面积。n对于对称的色谱峰对于对称的色谱峰 A=1.065
14、h W1/2n对于非对称的色谱峰对于非对称的色谱峰 A=1.065h(W 0.15+W 0.85)/2 275.死时间死时间t0不被固定相吸附或溶解的组分流经色谱柱所需时间不被固定相吸附或溶解的组分流经色谱柱所需时间从进样起先到柱后出现峰最大值所需时间从进样起先到柱后出现峰最大值所需时间气气相相色色谱谱惰惰性性气气体体（空空气气、甲甲烷烷等等）流流精精彩彩谱谱柱柱所所需时间需时间t0286.保留时间保留时间tR 组组分分流流经经色色谱谱柱柱时时所需时间。所需时间。进进样样起起先先到到柱柱后后出出现现最最大大值值时时所所需需的时间的时间操操作作条条件件不不变变时时，一一种种组组分分有有一一个个t
15、R定值定值定性参数定性参数297.调整保留时间调整保留时间tR扣扣除除了了死死时时间间的的保保留留时时间间，又又称称校校正正保保留留时时间间，实实际际保保留时间。留时间。tR=tR-t0体体现现的的是是组组分分在在柱柱中中被被吸吸附附或或溶溶解解的的时间。时间。tR30色谱保留值色谱保留值定性的依据定性的依据组分在色谱柱中停留的数值，可用时间组分在色谱柱中停留的数值，可用时间t来表示。来表示。组组分分在在固固定定相相中中溶溶解解性性能能越越好好，或或固固定定相相的的吸吸附附性性越越强强，在在柱柱中中滞滞留留的的时间越长，消耗的流淌相体积越大。时间越长，消耗的流淌相体积越大。固定相、流淌相固定，
16、条件确定时，组分的保留值是个定值。固定相、流淌相固定，条件确定时，组分的保留值是个定值。t0与被测组分无关，因而与被测组分无关，因而tR更合理地反映了物质在柱中的保留状况。更合理地反映了物质在柱中的保留状况。31依据色谱图可得到的重要信息：依据色谱图可得到的重要信息：（1）色谱峰个数）色谱峰个数 推断样品中所含组分的最少个数推断样品中所含组分的最少个数（2）色谱峰的位置即保留值）色谱峰的位置即保留值进行定性分析进行定性分析（3）色谱峰的）色谱峰的h、A 进行定量分析进行定量分析（4）色谱峰的位置及峰的宽度）色谱峰的位置及峰的宽度可评价色谱柱效（分别效能）可评价色谱柱效（分别效能）（5）色谱峰两
17、峰间的距离）色谱峰两峰间的距离可评价固定相或流淌相选择是否合适可评价固定相或流淌相选择是否合适32四、气相色谱的应用四、气相色谱的应用一、定性分析一、定性分析 定定性性分分析析的的任任务务是是确确定定色色谱谱图图上上各各个个峰峰代代表什么物质。表什么物质。1.1.利用保留值与已知物比照定性利用保留值与已知物比照定性（1 1）利用保留时间定性）利用保留时间定性 在在相相同同色色谱谱条条件件下下，将将标标准准物物和和样样品品分分别别进样，两者保留值相同，可能为同一物质。进样，两者保留值相同，可能为同一物质。此此方方法法要要求求操操作作条条件件稳稳定定、一一样样，必必需需严严格限制操作条件，尤其是流
18、速。格限制操作条件，尤其是流速。3334（2 2）利用峰高增量定性）利用峰高增量定性 若若样样品品困困难难，流流出出峰峰距距离离太太近近，或或操操作作条条件件不不易易限限制制，可可将将已已知知物物加加到到样样品品中中，混混合合进进样样，若若被被测测组组分分峰峰高高增增加加了了，则可能含该已知物。则可能含该已知物。（3 3）利用双色谱系统定性）利用双色谱系统定性 通通过过变变更更色色谱谱条条件件来来变变更更分分别别选选择择性性，使使不不同同物物质质显显示示不不同同保保留留值值。例例：选选用用极极性性差差别别较较大大的的两两种种不不同同固固定定液液来来制制备备色谱柱，不同物质具有不同保留值色谱柱，
19、不同物质具有不同保留值35二、定量分析 气相色谱定量分析是依据检测器对溶质产生的响应信号与溶质的量成正比的原理，通过色谱图上的峰面积或峰高，计算样品中溶质的含量。m mi i=f=fi i A Ai i m mi i=f=fi ih hi i m mi i被测组分被测组分i i的质量，的质量，f fi i比例系数比例系数A Ai i、h hi i被测组分的峰面积及峰高被测组分的峰面积及峰高362、定量方法 （1）归一化法 试样各组分都出峰，可用归一化法定量。把全部出峰组分的含量之和当作100%的定量分析方法称为归一化法。若样品中有几个组分，每个组分的量分解为m1 m2mn，各组分含量总和为m，
20、则组分的质量为mi,质量分数Wi为 37优优点点：简简便便、精精确确、不不需需标标准准物物，不不必必精精确确称称量量和精确进样，操作条件稍有变更对结果影响较少。和精确进样，操作条件稍有变更对结果影响较少。38（2）内标法精确称取样品m（含mi被测组分）+精确称取纯物质作内标物ms混合物混合物进样进样被测组分被测组分标样（内标物）标样（内标物）39ssiisiAfAfmm=ssiisiAfAfmm=40对内标物的要求：对内标物的要求：1 1）内标物应是样品中不存在的纯物质。）内标物应是样品中不存在的纯物质。2 2）内内标标物物与与被被测测物物的的峰峰尽尽量量靠靠近近，但但又又能能完完全全分分开，
21、开，tRtR相差少。相差少。优优点点：定定量量精精确确，操操作作条条件件不不必必严严格格限限制制，与与进进样样量量无无关关，被被测测组组分分和和内内标标物物出出峰峰即即可可，适适用用于微量组分的测定，应用广泛。于微量组分的测定，应用广泛。缺点：每次测定都要精确称量样品和内标物。缺点：每次测定都要精确称量样品和内标物。41（3）外标法标准曲线法 当样品中各组分不能完全流出，又没有合适内标物时，可接受此法。将待测组分的纯物质配制不同浓度的标准系列，在相同操作条件下，定量进样，测各个峰的A或h，绘制AC曲线或hC曲线。42 在完全相同条件下，测待测样品，依据A待或h待，从曲线上查出待测组分含量。优点
22、：操作简洁，计算便利，不用fi。缺点：要求精确进样，操作条件稳定。A(h)CA A待待C C待待43 一、一、HPLC的概念、分类、特点及应用的概念、分类、特点及应用1.1.概念：概念：HPLCHPLC系接受高压输液泵将规定的流淌相泵入系接受高压输液泵将规定的流淌相泵入装有填充剂的色谱柱进行分别测定的色谱方法。装有填充剂的色谱柱进行分别测定的色谱方法。2.2.分类：依据分别机制不同，分为：分类：依据分别机制不同，分为：第三节 高效液相色谱法(HPLC)液固吸附色谱液固吸附色谱液液安排色谱液液安排色谱化学键合色谱化学键合色谱离子交换色谱离子交换色谱44利用保留值作为定性参数；利用保留值作为定性参
23、数；利用在样品中加入比照品，通过峰值增高来确认；利用在样品中加入比照品，通过峰值增高来确认；利用利用LC-MSLC-MS联用仪，通过被分别物的质谱图与谱联用仪，通过被分别物的质谱图与谱库的谱图对比来定性。库的谱图对比来定性。4.应用应用 高速、高效、高灵敏度、应用广泛（高速、高效、高灵敏度、应用广泛（GCGC分析只占分析只占有机物的有机物的20%20%，HPLCHPLC分析可占分析可占80%80%）3.特点特点45二、高效液相色谱仪输液系统输液系统进样系统进样系统分别系统分别系统检测系统检测系统4647 其工作过程如下：首先高压泵将贮液器中流淌相溶剂经过进样器送入色谱柱，然后从限制器的出口流出
24、。当注入欲分别样品时，流经进样器贮液器的流淌相将样品同时带入色谱柱进行分别，然后依先后依次进入检测器，记录仪将检测器送出的信号记录下来，由此得到液相色谱图。481.输液系统高压输液泵恒流泵：在输送流淌相过程中流量恒定。常用柱塞往复泵双泵：为了克服流量的脉动。有串联式和并联式输液泵应具备的性能：流量精度高且稳定流量范围宽能在高压下连续工作液缸容积小密封性能好，耐腐蚀 49输液泵操作留意事项：防止固体微粒进入泵体流淌相不应含有腐蚀性物质防止溶剂瓶内的流淌相被用完不超过规定的最高压力流淌相一般应当先脱气502.进样系统 进样器进样阀（六通阀）、自动进样装置色谱柱（column）由柱管和固定相组成分析
25、柱、制备柱 51六通阀进样六通阀进样进样系统进样系统 523.分别系统分别系统 分别系统的主要元件是色谱柱，它是色谱分别过分别系统的主要元件是色谱柱，它是色谱分别过程中存放固定相的场所程中存放固定相的场所 。534.检测系统（1）检测器(detector)的主要性能要求：灵敏度（sensitivity）高（检测限低）噪音（noise）低线性范围（linear range）宽重复性（repeatability）好适用范围广（通用型、专属型）54（2）紫外检测器）紫外检测器(ultraviolet detector)检测原理：朗伯比尔(Lambert-Beer)定律，响应信号（吸光度）与浓度成正比
26、A=Cl特点：灵敏度较高（10-610-9 g/ml），噪音低，线性范围宽，稳定性好，不破坏样品，应用广泛（分析、制备）。局限：只能检测有紫外吸取的物质，流淌相的截止波长应小于检测波长。55分类：固定波长检测器：254nm可变波长检测器：光源：氘灯（和钨灯），200400（800）nm，单色器，流通池（试样），光电管光路系统和紫外分光光度计相像 光电二极管阵列检测器(photodiode array detector；PDAD)：一系列光电二极管，一个二极管对应接受光谱上约1nm谱带宽的单色光 56（3）光电二极管阵列检测器工作原理：复光通过流通池，再进入单色器，分光后照射在二极管阵列装置上，同时获得各波长的信号强度，即获得组分的吸取光谱。获得三维光谱色谱图。用途：吸取光谱用于组分的定性，色谱峰面积用于定量,推断峰纯度。57光电二极管阵列检测器58