《POWERPOINT 演示文稿 - 色谱分析法.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《POWERPOINT 演示文稿 - 色谱分析法.ppt（117页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第12章章色谱分析法色谱分析法12.1概述概述历史、色谱分离过程、分类、相关术语历史、色谱分离过程、分类、相关术语12.2气相色谱基本原理气相色谱基本原理塔板理论及速率理论、塔板理论及速率理论、分离方程分离方程12.3气相色谱法气相色谱法12.4高效液相色谱法高效液相色谱法12.5色谱分离方式的选择色谱分离方式的选择12.1概述概述20 世纪中期，大量采用一些经典的分离方法：沉淀、蒸馏和萃取世纪中期，大量采用一些经典的分离方法：沉淀、蒸馏和萃取现现代代分分析析中中，大大量量采采用用色色谱谱和和电电泳泳分分离离方方法法。迄迄今今为为止止，色色谱谱方方法法是最为有效的分离手段！其应用涉及每个科学
2、领域。是最为有效的分离手段！其应用涉及每个科学领域。历史：历史：1903年，俄国植物学家年，俄国植物学家Mikhail Tswett 最先发明。他采用填充有固最先发明。他采用填充有固体体CaCO3细粒子的玻璃柱，将植物色素的混合物细粒子的玻璃柱，将植物色素的混合物(叶绿素和叶黄素叶绿素和叶黄素chlorophylls&xanthophylls)加于柱顶端，然后以溶剂淋洗，被分加于柱顶端，然后以溶剂淋洗，被分离的组份在柱中显示了不同的色带，他称之为色谱离的组份在柱中显示了不同的色带，他称之为色谱(希腊语中希腊语中 “chroma”=color;“graphein”=write)。50年年代代，色
3、色谱谱发发展展最最快快（一一些些新新型型色色谱谱技技术术的的发发展展；复复杂杂组组分分分分析发展的要求。析发展的要求。1937-1972年，年，15年中有年中有12个个Nobel奖是有关色谱研究的！奖是有关色谱研究的！色谱分离基本原理色谱分离基本原理：使使用用外外力力使使含含有有样样品品的的流流动动相相（气气体体、液液体体或或超超临临界界流流体体）通通过过一一固固定定于于柱柱或或平平板板上上、与与流流动动相相互互不不相相溶溶的的固固定定相相表表面面。样样品品中中各各组组份份在在两两相相中中进进行行不不同同程程度度的的作作用用。与与固固定定相相作作用用强强的的组组份份随随流流动动相相流流出出的的
4、速速度度慢慢，反反之之，与与固固定定相相作作用用弱弱的的组组份份随随流流动动相相流流出出的的速速度度快快。由由于于流流出出的的速速度度的的差差异异，使使得得混混合合组组份份最最终终形形成成各各个个单单组组份份的的“带带(band)”或或“区区(zone)”，对对依依次次流流出出的的各各个个单单组份物质可分别进行定性、定量分析。组份物质可分别进行定性、定量分析。色谱分类方法：色谱分类方法：1.按固定相外形分：按固定相外形分：柱色谱（填充柱、空心柱）、平板色谱（薄层色谱和纸色谱。柱色谱（填充柱、空心柱）、平板色谱（薄层色谱和纸色谱。2.按组份在固定相上的分离机理分：按组份在固定相上的分离机理分：吸
5、附色谱：不同组份在固定相的吸附作用不同；吸附色谱：不同组份在固定相的吸附作用不同；分配色谱：不同组份在固定相上的溶解能力不同；分配色谱：不同组份在固定相上的溶解能力不同；离子交换色谱：不同组份在固定相（离子交换剂）上的亲和力不同；离子交换色谱：不同组份在固定相（离子交换剂）上的亲和力不同；凝胶色谱（尺寸排阻色谱）不同尺寸分子在固定相上的渗透作用。凝胶色谱（尺寸排阻色谱）不同尺寸分子在固定相上的渗透作用。色谱分离过程（色谱图）色谱分离过程（色谱图）混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同阶段的响应混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同阶段的响应色谱术语：色谱术语：1）基基线线：在在实实验验条条
6、件件下下，色色谱谱柱柱后后仅仅有有纯纯流流动动相相进进入入检检测测器器时时的的流流出出曲曲线线称称为为基基线线，S/N大大的的、稳稳定定的基线为水平直线。的基线为水平直线。2）峰峰高高：色色谱谱峰峰顶顶点点与与基线的距离。基线的距离。3）保留值保留值(Retention value,R)a.死死时时间间(Dead time,t0)：不不与与固固定定相相作作用用的的物物质质从从进进样样到到出出现现峰峰极极大大值值时时的的时时间间，它它与与色色谱谱柱柱的的空空隙隙体体积积成成正正比比。由由于于该该物物质质不不与与固固定定相相作作用用，因因此此，其流速与流动相的流速相近。据其流速与流动相的流速相近。
7、据t0 可求出流动相平均流速可求出流动相平均流速b.保保留留时时间间tr：试试样样从从进进样样到到出出现现峰峰极极大大值值时时的的时时间间。它它包包括括组组份份随随流流动动相相通过柱子的时间通过柱子的时间t0和组份在固定相中滞留的时间。和组份在固定相中滞留的时间。c.调调整整保保留留时时间间：某某组组份份的的保保留留时时间间扣扣除除死死时时间间后后的的保保留留时时间间，它它是是组组份份在在固定相中的滞留时间。即固定相中的滞留时间。即由由于于时时间间为为色色谱谱定定性性依依据据。但但同同一一组组份份的的保保留留时时间间与与流流速速有有关关，因因此此有有时时需用保留体积来表示保留值。需用保留体积来
8、表示保留值。d.死死体体积积V0：色色谱谱柱柱管管内内固固定定相相颗颗粒粒间间空空隙隙、色色谱谱仪仪管管路路和和连连接接头头间间空空隙隙和和检测器间隙的总和。勿略后两项可得到：检测器间隙的总和。勿略后两项可得到：其中，其中，Fco为柱出口的载气流速为柱出口的载气流速（mL/min)，其值为：，其值为：F0-检测器出口流速；检测器出口流速；Tr-室温；室温；Tc-柱温；柱温；p0-大气压；大气压；pw-室温时水蒸汽压。室温时水蒸汽压。e.保保留留体体积积Vr：指指从从进进样样到到待待测测物物在在柱柱后后出出现现浓浓度度极极大大点点时时所所通通过过的的流流动动相相的体积。的体积。f.调整保留体积调
9、整保留体积：某组份的保留体积扣除死体积后的体积。：某组份的保留体积扣除死体积后的体积。g.相对保留值相对保留值r2,1：组份：组份2的调整保留值与组份的调整保留值与组份1的调整保留值之比。的调整保留值之比。注意：注意：r2,1只只与与柱柱温温和和固固定定相相性性质质有有关关，而而与与柱柱内内径径、柱柱长长L、填填充充情情况况及及流流动动相相流速无关，因此，在色谱分析中，尤其是流速无关，因此，在色谱分析中，尤其是GC中广泛用于定性的依据！中广泛用于定性的依据！具具体体做做法法：固固定定一一个个色色谱谱峰峰为为标标准准s，然然后后再再求求其其它它峰峰i对对标标准准峰峰的的相相对对保保留留值值，此时
10、以此时以 表示：表示：1,又称选择因子又称选择因子(Selectivity factor)。h.区区域域宽宽度度：用用于于衡衡量量柱柱效效及及反反映映色色谱谱操操作作条条件件下下的的动动力力学学因因素素。通通常常有有三种表示方法：三种表示方法：标准偏差标准偏差：0.607倍峰宽处的一半。倍峰宽处的一半。半峰宽半峰宽W1/2：峰高一半处的峰宽。：峰高一半处的峰宽。W1/2=2.354 峰底宽峰底宽W：色谱峰两侧拐点上切线与基线的交点间的距离。：色谱峰两侧拐点上切线与基线的交点间的距离。W=4 色谱曲线的意义：色谱曲线的意义：色谱峰数色谱峰数=样品中单组份的最少个数；样品中单组份的最少个数；色谱保
11、留值色谱保留值定性依据；定性依据；色谱峰高或面积色谱峰高或面积定量依据；定量依据；色谱保留值或区域宽度色谱保留值或区域宽度色谱柱分离效能评价指标；色谱柱分离效能评价指标；色谱峰间距色谱峰间距固定相或流动相选择是否合适的依据。固定相或流动相选择是否合适的依据。12.2色谱法基本原理色谱法基本原理两组份峰间距足够远：由各组份在两相间的分配系数决定，即由色谱过程的两组份峰间距足够远：由各组份在两相间的分配系数决定，即由色谱过程的热力学热力学性质决定。性质决定。每个组份峰宽足够小：由组份在色谱柱中的传质和扩散决定，即由色谱过程每个组份峰宽足够小：由组份在色谱柱中的传质和扩散决定，即由色谱过程动力学动力
12、学性质决定。性质决定。因此，研究、解释色谱分离行为应从热力学和动力学两方面进行。因此，研究、解释色谱分离行为应从热力学和动力学两方面进行。一、塔板理论一、塔板理论1.分配系数分配系数(Distribution constant,K)：2.一一定定温温度度、压压力力下下，组组份份在在固固定定相相和和流流动动相相间间的的分分配配达达到到平平衡衡时时的的浓浓度比，称为分配系数。度比，称为分配系数。3.K 只与固定相和温度有关，与两相体积、柱管特性和所用仪器无关。只与固定相和温度有关，与两相体积、柱管特性和所用仪器无关。2.分配比分配比(Retention factor or capacity fac
13、tor,k)：在在一一定定温温度度和和压压力力下下，组组份份在在两两相相间间的的分分配配达达平平衡衡时时，分分配配在在固固定定相相和和流流动动相相中中的的质质量量比比，称称为为分分配配比比。它它反反映映了了组组分分在在柱柱中中的的迁迁移移速率。又称保留因子。速率。又称保留因子。3.K 与与k 的关系：的关系：称称为为相相比比率率，它它也也是是反反映映色色谱谱柱柱柱柱型型特特点点的的参参数数。对对填填充充柱柱，=635；对毛细管柱，；对毛细管柱，=60600。4.选择因子选择因子 ：色谱柱对：色谱柱对A、B两组分的选择因子两组分的选择因子 定义如下：定义如下：A为先流出的组分，为先流出的组分，B
14、为后流出的组分。为后流出的组分。注注意意：K 或或k 反反映映的的是是某某一一组组分分在在两两相相间间的的分分配配；而而 是是反反映映两两组组分分间间的的分分离离情情况况！当当两两组组分分K 或或k相相同同时时，=1 时时，两两组组分分不不能能分分开开；当当两两组组分分K 或或k 相相差差越越大大时时，越越大大，分分离离得得越越好好。也也就就是是说说，两两组组分分在在两两相相间间的的分分配配系数不同，是色谱分离的先决条件。系数不同，是色谱分离的先决条件。和和k是计算色谱柱分离效能的重要参数！是计算色谱柱分离效能的重要参数！色谱基本保留方程（第色谱基本保留方程（第213页）页）（二）塔板理论（二
15、）塔板理论（Plate theory)1952年年，Martin等等人人提提出出的的塔塔板板理理论论将将一一根根色色谱谱柱柱当当作作一一个个由由许许多多塔塔板板组组成成的的精精馏馏塔塔，用用塔塔板板概概念念来来描描述述组组分分在在柱柱中中的的分分配配行行为为。塔塔板板是是从从精精馏馏中中借借用用的的，是一种是一种半经验理论半经验理论，但它，但它成功地解释了色谱流出曲线呈正态分布成功地解释了色谱流出曲线呈正态分布。塔板理论假定：塔板理论假定：1）塔板之间不连续；）塔板之间不连续；2）塔板之间无分子扩散；）塔板之间无分子扩散；3）组分在各塔板内两相间的分配瞬间达至平衡，达一次平衡所需柱长为理论）组
16、分在各塔板内两相间的分配瞬间达至平衡，达一次平衡所需柱长为理论塔板高度塔板高度H；4）某组分在所有塔板上的分配系数相同；）某组分在所有塔板上的分配系数相同；5）流动相以不连续方式加入，即以一个一个的塔板体积加入。）流动相以不连续方式加入，即以一个一个的塔板体积加入。当当塔塔板板数数n较较少少时时，组组分分在在柱柱内内达达分分配配平平衡衡的的次次数数较较少少，流流出出曲曲线线呈呈峰峰形形，但不对称；当塔板数但不对称；当塔板数n50时，峰形接近正态分布。时，峰形接近正态分布。根根据据呈呈正正态态分分布布的的色色谱谱流流出出曲曲线线可可以以导导出出计计算算塔塔板板数数n的的公公式式，用用以以评评价价
17、一一根根柱柱子的柱效。由于色谱柱并无真正的塔板，故塔板数又称子的柱效。由于色谱柱并无真正的塔板，故塔板数又称理论塔板数理论塔板数：可见理论塔板数由组分保留值和峰宽决定。可见理论塔板数由组分保留值和峰宽决定。若柱长为若柱长为L，则每块理论塔板高度，则每块理论塔板高度H为为由由上上述述两两式式知知道道，理理论论塔塔板板数数n越越多多、理理论论塔塔板板高高度度H越越小小、色色谱谱峰峰越越窄窄，则则柱柱效越高。效越高。但但上上述述两两式式包包含含死死时时间间t0，它它与与组组分分在在柱柱内内的的分分配配无无关关，因因此此不不能能真真正正反反映映色色谱谱柱的柱效。通常以有效塔板数柱的柱效。通常以有效塔板
18、数neff 和有效塔板高度和有效塔板高度Heff 表示：表示：有关塔板理论的说明：有关塔板理论的说明：1）说说明明柱柱效效时时，必必须须注注明明该该柱柱效效是是针针对对何何种种物物质质、固固定定液液种种类类及及其其含含量量、流流动动相种类及流速、操作条件等；相种类及流速、操作条件等；2）应定期对柱效进行评价，以防柱效下降、延长柱寿命。）应定期对柱效进行评价，以防柱效下降、延长柱寿命。3）塔塔板板理理论论描描述述了了组组分分在在柱柱内内的的分分配配平平衡衡和和分分离离过过程程、导导出出流流出出曲曲线线的的数数学学模模型、解释了流出曲线形状和位置、提出了计算和评价柱效的参数。型、解释了流出曲线形状
19、和位置、提出了计算和评价柱效的参数。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、其其它它动动力力学学因因素素对柱内传质的影响。因此它不能解释：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）1956年年，荷荷兰兰化化学学工工程程师师van Deemter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：吸吸收收了了塔塔板板理理论论中中的的板板高高H概概念念，考考虑虑了了组组分分在在两两相相间间的的扩扩散散
20、和和传传质过程，从而给出了质过程，从而给出了van Deemter方程：方程：u 为流动相线速度；为流动相线速度；A，B，C为常数，其中为常数，其中 A分别表示涡流扩散系数；分别表示涡流扩散系数；B分子扩散系数；分子扩散系数；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！任任何减少方程右边三项数值的方法，都可降低何减少方程右边三项数值的方法，都可降低H，从而提高柱效。，从而提高柱效。1）涡流扩散项涡流扩散项(Multipath term,A)在在
21、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流出时间不同出时间不同峰形展宽峰形展宽。展宽程度以展宽程度以A表示：表示：A=2 dp其中其中dp填充物平均直径；填充物平均直径；填充不规则因子。填充不规则因子。可可见见，使使用用细细粒粒的的固固定定相相并并填填充充均均匀匀可可减减小小A，提提高高柱柱效效。对对于于空空心心毛毛细细管柱，
22、无涡流扩散，即管柱，无涡流扩散，即A=0。流动方向流动方向2）分子扩散项）分子扩散项(Longitudinal diffusion term,B/u)纵纵向向分分子子扩扩散散是是由由于于浓浓度度梯梯度度引引起起的的。当当样样品品被被注注入入色色谱谱柱柱时时，它它呈呈“塞塞子子”状状分分布布。随随着着流流动动相相的的推推进进，“塞塞子子”因因浓浓度度梯梯度度而而向向前前后后自自发发地地扩扩散散，使谱峰展宽。其大小为使谱峰展宽。其大小为B=2 D 称为弯曲因子，它表示固定相几何形状对自由分子扩散的阻碍情况；称为弯曲因子，它表示固定相几何形状对自由分子扩散的阻碍情况；D组分在流动相中的扩散系数。组份
23、为气体或液体时，分别以组分在流动相中的扩散系数。组份为气体或液体时，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，Dg小，即小，即B小小qDg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，Dg 小，即小，即B 小；小；qu 增加，组份停留时间短，纵向扩散小；增加，组份停留时间短，纵向扩散小；（B/u）q 对于液相色谱，因对于液相色谱，因Dm较小，较小，B 项可勿略。项可勿略。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(
24、Mass-transfer term,Cu)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，因因此此产产生生峰峰形形展展宽宽。气气相相色色谱谱以以气气体体为为流流动动相相，液液相相色色谱谱以以液液体体为为流流动动相相，二二者者传传质质过过程程不不完完全全相相同同。下面分别作讨论。下面分别作讨论。气液色谱：气液色谱：传质阻力项传质阻力项C包括包括气相气相传质阻力系数传质阻力系数Cs和和液相液相传质阻力系数传质阻力系数Cl。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讨论：讨论：F减小填充颗粒直径减小填充颗粒直径dp；F采用分子量小的流动相，
25、使采用分子量小的流动相，使Dg增加；增加；F减小液膜厚度减小液膜厚度df，Cl下降。下降。但此时但此时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df。但比。但比表面过大又会因吸附过强使峰拖尾。表面过大又会因吸附过强使峰拖尾。F增加柱温，可增加增加柱温，可增加Dl，但，但k值也减小，为保值也减小，为保持合适持合适Cl值，应控制柱温。值，应控制柱温。4）流速）流速u由由van Deemter方程方程H=A+B/u+Cu知道：知道：当当u一一定定时时，仅仅在在A、B、C较较小小时时，H较较小小，柱
26、柱效效较较高高；反反之之则则柱柱效效较较低低，色谱峰将展宽。色谱峰将展宽。以以u对对H作图，可得作图，可得H-u曲线（如图），从该曲线得到：曲线（如图），从该曲线得到：涡流扩散项涡流扩散项A与流速与流速u无关；无关；低低流流速速区区(u小小)，B/u大大，分分子子扩扩散散项项占占主主导导，此此时时选选择择分分子子量量大大的的气气体体如如N2和和Ar为为载载气，可气，可减小扩散，提高柱效；减小扩散，提高柱效；高高流流速速区区(u大大)，Cu大大，传传质质阻阻力力项项占占主主导导，此此时时选选择择分分子子量量小小的的气气体体如如H2和和He为为载气，载气，可增加扩散系数，提高柱效；可增加扩散系数，
27、提高柱效；曲曲线线的的最最低低点点对对应应最最佳佳线线速速uopt()下的下的最小板高最小板高Hmin()；板高，板高，H(cm)HminA+B/u+CuCmuCsuAB/u四、四、分离度及色谱分离方程分离度及色谱分离方程（一）、分离度（一）、分离度(Resolution,R)同同时时反反映映色色谱谱柱柱效效能能和和选选择择性性的的一一个个综综合合指指标标。也也称称总总分分离离效效能能指指标标或或分分辨辨率。其定义为：率。其定义为：利用此式，可直接从色谱流出曲线上求出分离度利用此式，可直接从色谱流出曲线上求出分离度R。R 越越大大，相相邻邻组组分分分分离离越越好好。当当R=1.5时时，分分离离
28、程程度度可可达达99.7%，因因此此R=1.5通常用作是否分开的判据通常用作是否分开的判据。R=1.5R=0.75R=1.0响应信号保留时间保留时间t,min(二二)、色谱分离方程、色谱分离方程 R 的的定定义义并并未未反反映映影影响响分分离离度度的的各各种种因因素素。也也就就是是说说，R 未未与与影影响响其其大大小小的的因因素素：柱柱效效n、选择因子、选择因子 和保留因子和保留因子k 联系起来。联系起来。对对于于相相邻邻的的难难分分离离组组分分，由由于于它它们们的的分分配配系系数数K 相相差差小小，可可合合理理假假设设k1 k2=k，W1 W2=W。因因此此可可导导出出R与与n（neff）、
29、和和 k的的关关系：系：217页页70%CH3OH+30H2O60%CH3OH+40H2O50%CH3OH+50H2O40%CH3OH+60H2O溶剂溶剂(流动相流动相)组成对色谱分离的影响组成对色谱分离的影响1：9,10-蒽醌；蒽醌；2：2-甲基甲基-9,10-蒽醌；蒽醌；3：2-乙基乙基-9,10-蒽醌蒽醌4：1,4-二甲基二甲基-9,10-蒽醌；蒽醌；5：2-特丁基甲基特丁基甲基-9,10-蒽醌；蒽醌；改变组成使 k 最佳色谱分离中的问题色谱分离中的问题由由于于分分析析物物组组成成复复杂杂，以以某某组组成成的的流流动动相相可可能能使使部部分分待待测测物物得得到到好好的的分分离离，但但同同
30、时时出出使使其其它它待待测测物物的的分分离离不不令令人人满满意意！实实际际工工作作中中采采用用程程序序升升温温（GC）和和梯梯度度淋洗淋洗（LC）来解决这个问题。来解决这个问题。概念、表示方法及计算公式汇总概念、表示方法及计算公式汇总表表-1表表-2第三节第三节 气相色谱法气相色谱法一一、气相气相色谱的色谱的过程过程及及特点特点二、二、气相气相色谱仪色谱仪三、三、气相气相色谱的色谱的固定相固定相四、四、定性定性分析与分析与定量定量分析分析一、气相色谱的一、气相色谱的过程过程及及特点特点过程：待测样品被蒸发为气体,以惰性气体为载气将其带入柱内进行分离。其分离原理是基于待测物在气相和固定相之间的吸
31、附-脱附或分配来实现的。一、气相色谱的一、气相色谱的过程过程及及特点特点特点特点:选择性好选择性好柱效高柱效高灵敏度高灵敏度高H2,N2或或Ar气路系统气路系统进样进样系统系统检测系统检测系统分离系统分离系统温控系统温控系统二、气相色谱仪二、气相色谱仪气相色谱仪的气相色谱仪的组成部分组成部分气路系统气路系统进样系统进样系统分离系统分离系统温度控制系统温度控制系统检测记录系统检测记录系统（一）气路系统（一）气路系统(Carrier gas supply)功能功能：获得纯净、流速稳定的载气。：获得纯净、流速稳定的载气。组成组成：包括载气、流量计、压力计及气体净化装置。：包括载气、流量计、压力计及气
32、体净化装置。载载气气：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用的检测器相配。所用的检测器相配。流流量量计计：在在柱柱前前使使用用转转子子流流量量计计，在在柱柱后后以以皂皂膜膜流流量量计计测测流流速速。许许多多现现代代仪仪器器装装置置有有电电子子流流量量计计，并并以以计计算机控制其流速保持不变。算机控制其流速保持不变。（二）进样系统（二）进样系统(Sample injection system)mL-1常常以以微微量量注注射射器器穿穿过过隔隔膜膜垫垫或或六六通通阀阀将
33、将液液体体样样品品注注入入气气化化室室(汽汽化化室室温温度度比比样样品品中中最最易易蒸蒸的的物物质质的的沸沸点点高高约约50oC)，进进样样量量、进进样样速速度度、试试样样的的气气化化速速度度影影响响测测定定的的精精密度和准确度密度和准确度（三）分离系统（三）分离系统柱柱分分离离系系统统是是色色谱谱分分析析的的心心脏脏部部分分。分分离离柱柱包包括括填充柱填充柱和和毛细管柱毛细管柱。柱材料柱材料：金属、玻璃、融熔石英、：金属、玻璃、融熔石英、Teflon等等填填充充柱柱：多多为为U形形或或螺螺旋旋形形，内内径径24 mm，长长16m，由柱管和，由柱管和固定相固定相组成。组成。毛毛细细管管柱柱：又
34、又叫叫开开管管柱柱。通通常常将将固固定定液液均均匀匀地地涂涂渍渍或或交交联联到到内内径径0.10.5mm的的毛毛细细管管内内壁壁，长长达达几几十十至至100m。通常弯成直径。通常弯成直径1030cm的螺旋状。的螺旋状。毛细管柱毛细管柱的特点的特点毛细管柱因没有涡流扩散、传质快，气毛细管柱因没有涡流扩散、传质快，气体在柱中的阻力小，因而分离效率高体在柱中的阻力小，因而分离效率高(n可达可达106)、分析速度快、样品用量小。、分析速度快、样品用量小。毛细管柱由于固定液的厚度小，分配比毛细管柱由于固定液的厚度小，分配比小，允许进样量小，柱容量低。小，允许进样量小，柱容量低。柱温：柱温：是影响是影响分
35、离分离的最重要的因素（的最重要的因素（why?why?）。）。其变化应小其变化应小0.x 0.x o oC C。选择柱温选择柱温主要是考虑样品待测物沸点和主要是考虑样品待测物沸点和对分离的要求。对分离的要求。柱温通常要柱温通常要等于或略高于等于或略高于样品的平均沸样品的平均沸点点(分析时间分析时间20-30min20-30min)；对宽沸程的样；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法。品，应使用程序升温方法。恒温：恒温：45oC程序升温：程序升温：30180oC恒温：恒温：145oC温度低，分离效果好，但分析时间长温度低，分离效果好，但分析时间长程序升温，分离效果好，且分析时间短程序升温，分离效果
36、好，且分析时间短温度高，但分析时间短，但分离效果差温度高，但分析时间短，但分离效果差程程序序升升温温与与恒恒温温对对分分离离的的影影响响比比较较程序升温程序升温:在分析周期内使柱温按预定的升温程序在分析周期内使柱温按预定的升温程序由低向高由低向高逐渐变化，逐渐变化，使使不同沸点的组份不同沸点的组份在各自最佳的温度流出，改善分离效果。在各自最佳的温度流出，改善分离效果。（四）温控系统（四）温控系统 温温度度控控制制是是否否准准确确，升升降降温温速速度度是是否否快速是市售色谱仪器的最快速是市售色谱仪器的最重要指标重要指标之一。之一。控控温温系系统统包包括括对对三三个个部部分分的的控控温温，即即气化
37、室、柱箱和检测器。气化室、柱箱和检测器。控温方式控温方式：恒温和程序升温。：恒温和程序升温。（五）检测器（五）检测器气相色谱检测器种类繁多，最为常用的几种检测器是：气相色谱检测器种类繁多，最为常用的几种检测器是：1.热导检测器热导检测器(Thermal conductivity detector,TCD);2.氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器(Flame ionized detector,FID);3.电子捕获检测器电子捕获检测器(Electron capture detector,ECD);4.火焰光度检测器火焰光度检测器(Flame photometric detector,FPD);
38、5.氮磷检测器（氮磷检测器（NPD）也称热离子检测器也称热离子检测器(Thermionic detector,TID);6.原子发射检测器原子发射检测器(Atomic emission Detector,AED)7.硫荧光检测器（硫荧光检测器（Sulfur chemiluminescence Detector,SCD）1.1.热导检测器热导检测器(TCD)(TCD)原理：原理：由于不同气态物质所具有的热传导系数不同，由于不同气态物质所具有的热传导系数不同，当它们到达处于恒温下的热敏元件时，其电阻将发当它们到达处于恒温下的热敏元件时，其电阻将发生变化，通过某种方式将其转化为可以记录的电压生变化，
39、通过某种方式将其转化为可以记录的电压信号，从而实现其检测功能。信号，从而实现其检测功能。构成：构成：由池体和热敏元件构成。通常将参比臂和样由池体和热敏元件构成。通常将参比臂和样品臂组成品臂组成Wheatstone 电桥。电桥。特点：特点：对任何气体均可产生响应，因而通用性好，对任何气体均可产生响应，因而通用性好，而且线性范围宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏而且线性范围宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏度较低。度较低。TCD工作原理示意图工作原理示意图 单臂单臂四臂四臂柱前柱前柱前柱前柱后柱后柱后柱后AB2.2.氢氢火焰电离检测器火焰电离检测器（FIDFID）结构：结构：主体为离子室，内有火焰喷嘴
40、、主体为离子室，内有火焰喷嘴、极化电极（阴极）和信号收集极（阳极）。极化电极（阴极）和信号收集极（阳极）。原理：原理：含含碳有机物碳有机物在在H H2 2-Air-Air火焰中燃烧产火焰中燃烧产生碎片离子，在电场作用下形成离子流，生碎片离子，在电场作用下形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的组分。色谱柱分离的组分。FIDFID检测结构示意图检测结构示意图FID特点：特点：1）灵敏度高）灵敏度高(10-13g/s)；2）线性范围宽）线性范围宽(107数量级数量级)；3）噪声低；）噪声低；4）耐用且易于使用；）耐用且易于使用；5）用峰高定量时，
41、应控制流速恒定！）用峰高定量时，应控制流速恒定！6）对无机物、永久性气体和水基本无响应）对无机物、永久性气体和水基本无响应7）对对含含羰羰基基、羟羟基基、卤卤代代基基和和胺胺基基的的有有机机物物灵灵敏敏度度很很低低或或根本无响应。根本无响应。8）样品受到破坏。）样品受到破坏。3.3.电子捕获检测器电子捕获检测器(ECD)(ECD)应用范围：应用范围：ECDECD主要对含有较大电负性原子的化合物响应。它主要对含有较大电负性原子的化合物响应。它特别适合于环境样品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的特别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。分析。原理及工作过程：原理及工作过程：从色谱柱
42、流出的载气从色谱柱流出的载气(N N2 2或或ArAr)被被ECDECD内腔中内腔中的的 放射源电离，形成次级离子和电子放射源电离，形成次级离子和电子(此时此时 电子减速电子减速)，在，在电场作用下，离子和电子发生迁移而形成电流电场作用下，离子和电子发生迁移而形成电流(基流基流)。当含。当含较大电负性有机物被载气带入较大电负性有机物被载气带入ECDECD内时，将捕获已形成的低速内时，将捕获已形成的低速自由电子，生成负离子并与载气正离子复合成中性分子，此自由电子，生成负离子并与载气正离子复合成中性分子，此时，基流下降形成时，基流下降形成“倒峰倒峰”。63Ni或或3HUU过高，电子速度快，不易捕获
43、过高，电子速度快，不易捕获通常为基流电压的通常为基流电压的2/3电子扑获检测器示意图电子扑获检测器示意图4.4.火焰光度检测器（火焰光度检测器（FPDFPD）原原理理：FPDFPD是是对对含含S S、P P化化合合物物具具有有高高选选择择性性和和高高灵灵敏敏度度的的检检测测器器。待待测测物物在在低低温温H H2 2-Air-Air焰焰中中燃燃烧烧产产生生S S、P P化化合合物物的的分分解解产产物物并并发发射射特特征征分分子子光光谱谱。测测量量光光谱谱的的强强度度则则可可进进行行定定量分析。量分析。FPDFPD结构：结构：喷嘴喷嘴+滤光片滤光片+光电管。光电管。滤光片滤光片放大器放大器记录仪记
44、录仪光电管光电管石英窗石英窗H2Air载气载气+组分组分出口出口FPD 特点：特点：1）对含）对含S、P化合物有较高灵敏度和一定的选择性；化合物有较高灵敏度和一定的选择性；2）对卤素气）对卤素气X2、N2、Sn、Cr、Se和和Ge等也有响应；等也有响应；3）相对其它检测器如）相对其它检测器如ECD和和FID，FPD价格较贵。价格较贵。4）对测）对测S的灵敏度比硫荧光检测器的灵敏度比硫荧光检测器(SCD)低；低；含含S、P化合物在氢焰中的变化过程如下：化合物在氢焰中的变化过程如下：三、气相色谱固定相三、气相色谱固定相分分离离柱柱中中固固定定相相组组成成与与性性质质直直接接影响分离效能影响分离效能
45、。固定相分为两类：固定相分为两类：1）固体固定）固体固定相相2）液体固定）液体固定相相(一一)、固体固定相、固体固定相利用固体表面有一定利用固体表面有一定活性的基团活性的基团对不同物对不同物质的吸附能力差别进行分离。主要用于分离小质的吸附能力差别进行分离。主要用于分离小分子量的永久气体及烃类。分子量的永久气体及烃类。(二二)、液体固定相、液体固定相载体载体+固定液固定液气气液液色色谱谱固固定定相相由由载载体体和和固固定定液液构构成成。载载体体为为固固定定液液提提供供大大的的惰惰性性表表面面，以以承承担担固固定定液，使其形成薄而匀的液膜。液，使其形成薄而匀的液膜。1.载体载体(也称担体也称担体)
46、对对载载体体的的要要求求：粒粒度度均均匀匀、高高强强度度的的球球形形小小颗颗粒粒；至至少少1m2/g的的比比表表面面；高高温温下下呈呈惰惰性性；并可被固定液完全浸润。）并可被固定液完全浸润。）载载体体类类型型：分分为为硅硅藻藻土土型型和和非非硅硅藻藻土土型型，前前者者又又分为白色和红色担体。分为白色和红色担体。载体的处理载体的处理：硅藻土含有硅醇基，不完全化学惰性，：硅藻土含有硅醇基，不完全化学惰性，需进行化学处理。如与硅烷化试剂反应，生成硅醚。需进行化学处理。如与硅烷化试剂反应，生成硅醚。或进行酸洗、碱洗处理。或进行酸洗、碱洗处理。2.固定液及其选择固定液及其选择对固定液的要求对固定液的要求
47、：a)热稳定性好、蒸汽压低热稳定性好、蒸汽压低流失少；流失少；b)化学稳定性好化学稳定性好不与其它物质反应；不与其它物质反应；c)对试样有合适的溶解能力对试样有合适的溶解能力分配系数分配系数K适当；适当；d)对各组分具有良好的选择性。对各组分具有良好的选择性。固定液的分类：固定液的分类：固定液最常用的分类方法是固定液最常用的分类方法是按极性按极性进行分类。进行分类。相相对对极极性性P：规规定定非非极极性性固固定定液液角角鲨鲨烷烷的的极极性性为为0，强强极极性性固固定定液液,-氧氧二二丙丙腈腈的的极极性性为为100，例例如如丁丁二二烯烯和和正正已已烷烷分分别别在在角角鲨鲨烷烷、,-氧氧二二丙腈及
48、待测固定液柱上测定所选物质对的相对保留值，并取对数：丙腈及待测固定液柱上测定所选物质对的相对保留值，并取对数：从下列公式求得待测固定液的相对极性从下列公式求得待测固定液的相对极性Px：其其中中q1,q2,qx分分别别表表示示物物质质对对在在角角鲨鲨烷烷、,-氧氧二二丙丙腈腈和和待待测测固固定定液液的的相相对对保保留留值值。Px在在0100之之间间，每每20单单位位为为一一级级，即即将将极极性性分分为为5级级：0,+1(非极性非极性)；+1,+2(弱极性弱极性)；+3(中等极性；中等极性；+4,+5(强极性强极性)固定液分类及选择：固定液分类及选择：固定液选择：固定液选择：按按“相似相溶相似相溶
49、”原理选择固定液。原理选择固定液。非极性组分非极性组分非极性固定液非极性固定液沸点低的物沸点低的物质先流出；质先流出；极性物质极性物质极性固定液极性固定液极性小的物质先极性小的物质先流出；流出；各类极性混合物各类极性混合物极性固定液极性固定液极性小的极性小的物质先流出；物质先流出；氢键型物质氢键型物质氢键型固定液氢键型固定液不易形成氢不易形成氢键的物质先流出；键的物质先流出；复杂混合物复杂混合物两种或以上混合固定液两种或以上混合固定液四、定性与定量分析四、定性与定量分析试样的试样的预预处理处理 定性定性分析分析定量定量分析分析试样的预处理试样的预处理化学衍生化化学衍生化 在气相色谱分析中，通过
50、合适的化学在气相色谱分析中，通过合适的化学反应反应改变组分的色谱分离性质改变组分的色谱分离性质，以及利，以及利用生成特殊衍生物改进组分的分离或用生成特殊衍生物改进组分的分离或增增强检测器响应强检测器响应的方法称为的方法称为化学衍生化法化学衍生化法。例例强极性的三乙醇胺在柱中保留时间过长，不适强极性的三乙醇胺在柱中保留时间过长，不适于气相色谱分析。若先让其转变为极性较小的于气相色谱分析。若先让其转变为极性较小的三甲基硅烷基衍生物，则可减少保留时间，获三甲基硅烷基衍生物，则可减少保留时间，获得较好的分高效果。得较好的分高效果。金属离子一般不能直接用气相色谱分离，但用金属离子一般不能直接用气相色谱分