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1、二月 231第十三章 气相色谱 gas chromatography,GC流动相为气体(称为载气)的柱色谱法第1页/共81页二月 232第一节 概 述一、气相色谱法的分类及其特点二、气相色谱仪的基本组成三、气相色谱法的一般流程第2页/共81页二月 233一、气相色谱法的分类及其特点(一）分类按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱按分离原理不同可分为：吸附色谱法和分配色谱法(二）特点1分离效率高 复杂混合物，有机同系物、异构体。第3页/共81页二月 234(二）特点 1.1.分离效率高分离效率高 复杂混合物，有机同系物、异构体。复杂混合物，有机同系物
2、、异构体。2.2.选择性高选择性高 气相色谱法可以分离化学结构极为相近的化合物，如同分异构体气相色谱法可以分离化学结构极为相近的化合物，如同分异构体 3.3.灵敏度高灵敏度高,样品用量少样品用量少 检测限量可以达检测限量可以达1010 1313g g。4.4.分析速度快分析速度快 几秒钟、几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析几秒钟、几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析 5.5.应用范围广应用范围广 适用于沸点低于适用于沸点低于400400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。不足之处不足之处 不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。不适用于高沸点、难挥发、热不稳定
3、物质的分析。一、气相色谱法的分类及其特点第4页/共81页二月 235气相色谱仪第5页/共81页二月 236二、气相色谱仪的基本组成1.载气系统：包括气源、净化干燥管和载气流速控制包括气源、净化干燥管和载气流速控制;2.进样系统：进样器及气化室；进样器及气化室；3.分离系统：色谱柱和柱室，是气相色谱仪的心脏；色谱柱和柱室，是气相色谱仪的心脏；4.检测系统：将载气中待分离组分的浓度或质量信号转变成易测的将载气中待分离组分的浓度或质量信号转变成易测的电信号；电信号；5.温度控制系统：对气化室、柱室、检测室等加热、恒温和自动控制温对气化室、柱室、检测室等加热、恒温和自动控制温度的变化。度的变化。6.记
4、录系统：放大器、记录仪或数据处理仪；放大器、记录仪或数据处理仪；第6页/共81页二月 237三、气相色谱法的一般流程气相色谱仪示意图 第7页/共81页二月 238三、气相色谱法的一般流程 在气相色谱中，载气经高压瓶供给，减压阀降压，进入净化器脱水及净化后，由针形阀调节载气的压力和流量。流量计和压力表用来表示载气的柱前流量和压力。然后，经过进样器,样品在进样器注入(如样品为液体，则经气化室瞬间气化为气体)。由载气携带样品进入色谱柱，将各组分分离，分离后的各组分依次进入检测器，检测器将各组分的浓度(或质量)的变化，经放大后，在记录器上记录下来。第8页/共81页二月 239第二节 气相色谱法的基本理
5、论一、基本概念二、基本理论第9页/共81页二月 2310一、基本概念(一)色谱流出曲线 色谱流出曲线色谱流出曲线(elution curve)(elution curve)是经色谱柱分离后的样品组分通过检测器所产生的电信号强度随时间变是经色谱柱分离后的样品组分通过检测器所产生的电信号强度随时间变化的曲线，又称色谱图。化的曲线，又称色谱图。第10页/共81页二月 23111.基线(baseline)在操作条件下，仅有载气通过检测器系统时所产生的响应信号，是一条平行于横轴的直线称为基线。基线反应检测系统的噪音随时间变化的情况。第11页/共81页二月 23122.色谱峰(chromatographi
6、c peak)色谱流出曲线上突起的部分称为色谱峰。正常峰为对称型正态分布。fs=0.951.05不正常峰拖尾峰 前沿陡峭，后沿拖尾 fs1.05 前延峰 前沿平缓，后沿陡峭fs0.95对称因子A2BAA2Wfh h0505.0 0s s+=第12页/共81页二月 2313 3.色谱峰的参数峰高(peak height,h)色谱峰的峰顶与基线的垂直距离称为峰高。色谱峰的峰顶与基线的垂直距离称为峰高。峰面积(peak area,A)色谱峰与基线所包围的面积称为峰面积。色谱峰与基线所包围的面积称为峰面积。第13页/共81页二月 2314 3.色谱峰的参数标准差(standard deviation,
7、)正态分布曲线上两拐点间距离之半，即正态分布曲线上两拐点间距离之半，即0.6070.607倍峰高处的峰宽之半。倍峰高处的峰宽之半。半峰宽(peak width at half-height，W1/2)峰高一半处的宽度峰高一半处的宽度峰宽(peak width，W)通过色谱峰两侧拐点作切线，在基线上的截距通过色谱峰两侧拐点作切线，在基线上的截距第14页/共81页二月 2315(二)保留值保留值是表示样品中各组分在色谱柱中滞留时间的数值它是定性分析的参数，一般用时间或体积表示。1.时间表示的保留值保留时间（tR）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间 死时间（tM）：不与固定相作用的气体（如
8、空气）的保留时间。调整保留时间（tR）：tR=tRtM第15页/共81页二月 2316(二)保留值2.用体积表示的保留值保留体积保留体积(V(VR R)：V VR R =t =tR RFF0 0 (F(F0 0为色谱柱出口处的载气流量为色谱柱出口处的载气流量,单位：单位：m L /m L /min)min)死体积死体积(V(VMM)：V VMM=t=tMM F F0 0 调整保留体积调整保留体积(V(VR R):V):V R R =V=VR R V VMM 第16页/共81页二月 2317色谱流出曲线的意义气相色谱流出曲线可提供很多重要的定性和定量信息 根据色谱流出曲线上峰的个数，可给出该样品
9、中至少含有的组分数；根据色谱流出曲线上峰的个数，可给出该样品中至少含有的组分数；根据组分峰在曲线上的位置（保留值），可以进行定性鉴定；根据组分峰在曲线上的位置（保留值），可以进行定性鉴定；根据组分峰的面积或峰高，可以进行定量分析；根据组分峰的面积或峰高，可以进行定量分析；根据色谱峰的保留值和区域宽度，可对色谱柱的分离效能进行评价。根据色谱峰的保留值和区域宽度，可对色谱柱的分离效能进行评价。第17页/共81页二月 2318(三)分配系数1.容量因子(capacity factor，k)是指在一定温度、压力下，组分在气液两相间达到平衡时，组分在固定相和流动相中的质量比：k k=MMS S/MMmm
10、它与调整保留时间的关系为：容量因子越大，调整保留时间越长第18页/共81页二月 2319(三)分配系数()2.分配系数比(separation factor，)分配系数比又称分离因子，是指混合物中相邻两组分的分配系数、容量因子或调整保留时间之比混合样品中两个组分要能分开，它们的保留时间必须不等：容量因子或分配系数不等是混合样品分离的先决条件 1 1R R 2 2R R2 21 12 21 1ttkkKK=a2 21 12 21 1 2 2R R 1 1R RKKkktt或或第19页/共81页二月 2320样品的分离过程图 第20页/共81页二月 2321二、基本理论(一)塔板理论-（plate
11、 theory）1.基本假设 色谱柱内有很多层分隔的塔板，在每一层塔板上，组色谱柱内有很多层分隔的塔板，在每一层塔板上，组分可达到一次分配平衡。塔板的长度称为理论塔板高分可达到一次分配平衡。塔板的长度称为理论塔板高度度(H).(H).因被分离组分的分配系数不同，经多次分配平衡后，因被分离组分的分配系数不同，经多次分配平衡后，分配系数小的组分分配系数小的组分(挥发性大的组分挥发性大的组分)先到达塔顶，即先到达塔顶，即先流出色谱柱。先流出色谱柱。只要色谱柱的塔板足够多，组分的K值仅有微小的差别，也可得到较好的分离。第21页/共81页二月 2322二、基本理论2.理论塔板数(number of th
12、eoretical plates,n)理论塔板数和板高是衡量柱效的指标理论塔板数和板高是衡量柱效的指标 理论塔板数理论塔板数n n ：分配的次数：分配的次数 理论塔板高度理论塔板高度(H)(H)(板高板高)：虚拟的塔板间距离：虚拟的塔板间距离 色谱柱长：色谱柱长：L L 则三者的关系为：则三者的关系为：n=L/Hn=L/H 塔板数和峰宽的关系塔板数和峰宽的关系22/1R2RWt5.54tn）（）（=snLH=第22页/共81页二月 2323例1 在2 m,5%d的阿皮松柱，柱温为100，记录纸速为2.0cm/min的实验条件下，测得苯的保留时间为1.5分，半峰宽为0.20cm，求理论塔板数和理
13、论塔板高度。解：)mmmm(1.71.710101.21.220002000H H10102 2.1 1)0 0.2 2/2020.0 05050.1 1(5.545.54WWt t5.545.54n n3 33 32 22 22 2/1 1R R=）（第23页/共81页二月 2324有效塔板数(effective plate numbers)有效塔板高度(effective plate height)由于保留时间包括死时间，而死时间并不参与由于保留时间包括死时间，而死时间并不参与柱内分配，所以为了真实反映色谱柱的分离效柱内分配，所以为了真实反映色谱柱的分离效能，通常用扣除死时间后的调整保留时
14、间能，通常用扣除死时间后的调整保留时间t tR R 。有效有效有效有效有效有效n nL LH HWWt tY Yt tn nb bR RR R=2 2 2 22 2/1 1)(1616)(5454.5 5第24页/共81页二月 2325二、基本理论塔板理论的特点：塔板理论成功地解释了色谱流出曲线的形状、浓度极大点的位置以及柱效的评价。塔板理论的不足：它的某些假设与实际色谱仪过程不符，只能定性地给出塔板数和塔板高度的概念，不能解释柱效与载气流速的关系，不能说明影响柱效的因素。第25页/共81页二月 2326(二)速率理论（rate theory）提出了塔板高度H与各种影响因素的关系式速率方程式，
15、又称范第姆特方程式：HH：理论塔板高度，：理论塔板高度，u u：载气的线速度：载气的线速度(cm/s)(cm/s)减小减小A A、B B、C C三项可提高柱效；三项可提高柱效；存在着最佳流速；存在着最佳流速；A A、B B、C C三项各与哪些因素有关？三项各与哪些因素有关？第26页/共81页二月 23271.涡流扩散项AA=2dp dp：固定相的平均颗粒直径：固定相的填充不均匀因子A与载气性质、线速度和组分无关。1被分离的组分移动慢 2被分离的组分移动较快 3被分离的组分移动快固定相颗粒越小dp，填充的越均匀，A，H，柱效n。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。第27页/共8
16、1页二月 23282.分子扩散项称为分子扩散(molecular diffusion)常数B称为纵向扩散系数或分子扩散系数。B=2 Dg 式中是反映扩散路径弯曲程度的因素（弯曲因子），Dg为组分在载气中的扩散系数。Dg与载气分子的平方根成反比，还随柱温的升高而增大，随柱压增大而减小。分子扩散项与载气的线流速u成反比，组分在柱内时间越长，分子扩散越严重。为了缩短组分分子在载气中停留的时间，可采用较高的载气流速，选择分子量大的重载气(如氮气)，可降低Dg，增加柱效。第28页/共81页二月 23293.传质阻力项 Cu(resistance to mass transfer)组分在气相和液相两相间进
17、行反复分配时，遇到阻力。传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL，液相传质阻力大于气相传质阻力。Cg是指组分从流动相移动到固定相表面及从固定相表面回到流动相时所受的阻力。CL是指组分从固定相的气液界面移动到固定相内部，又返回到气液界面时所受到的阻力 第29页/共81页二月 2330速率理论的特点速率理论指出了影响柱效能的因素为选择最佳色谱分离操作条件提供了理论指导它还可以说明填充均匀程度、载气粒度、载气流速、柱温、固定液液膜厚度等柱效的影响。第30页/共81页二月 2331第三节 色谱柱一、气-液色谱填充柱二、气-固色谱填充柱三、毛细管色谱柱第31页/共81页二月 2332一、气-液色谱
18、填充柱固定相：涂渍在载体上的固定液(一)固定液1.对固定液的要求(1)操作条件下蒸气压低，流失慢，柱寿命长。(2)选择性能高(4)对样品中各组分有足够的溶解能力(3)稳定性好(5)粘度要小第32页/共81页二月 23332.固定液的分类(1)化学分类:根据结构，按官能团名称不同分烃类、聚硅氧烷类、醇类、酯类(2)极性分类:规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零，氧二丙睛的相对极性为100。其它固定相的相对极性在0100之间，把0100分为五级，每20为一级，用“+”表示。0或+1为非极性固定液，+2，+3为中等极性的固定液，+4，+5为极性固定液。第33页/共81页二月 23343.固定液的选
19、择相似相溶原理(1)非极性物质应首选非极性固定液(2)中等极性物质应首选中等极性固定液(3)强级性化合物首选极性固定液(4)能形成氢键的物质选用氢键型固定液(5)组分的沸点差别为主要矛盾，选非极性固定液，若极性差别为主要矛盾，则选极性固定液第34页/共81页二月 2335(二)载体1.对载体的要求(1).比表面积大，空穴结构好(2).表面没有吸附能力(或很弱)(3).不与样品或固定液发生化学反应，且热稳定性好(4).粒度均匀，有一定的机械强度一般常用6080目、80100目。第35页/共81页二月 23362.载体的分类(1)红色载体：硅藻土与粘合剂直接煅烧而成。天然硅藻土中的铁形成了氧化铁而
20、呈红色。其表面孔穴密集，孔径较小平均为1um，比表面积为4.0m2/g，机械强度大，吸附性强。(2)白色载体：硅藻土与20%的碳酸钠混合煅烧而成，煅烧后氧化铁生成了无色的铁硅酸钠配合物，使载体呈白色。其颗粒疏松，表面孔径大约89um，比表面积为1.0m2/g，吸附性弱。常与极性固定液配伍载载体体硅硅藻藻土土型型非非硅硅藻藻土土型型红红色色载载体体白白色色载载体体第36页/共81页二月 2337气液色谱担体 种类种类 担体名称担体名称 特点及用途特点及用途 生产厂家生产厂家红色红色硅藻土硅藻土担体担体201201红色担体红色担体301301釉化红色担体釉化红色担体62016201红色担体红色担体
21、适用于涂渍非极性固定液分析非极性物适用于涂渍非极性固定液分析非极性物质质由由 201201釉化而成，性能介于红色与白色釉化而成，性能介于红色与白色硅藻土担体之间，适用于分析中等极性硅藻土担体之间，适用于分析中等极性物质物质上海试剂厂上海试剂厂大连催化剂厂大连催化剂厂硅硅藻藻土土类类白色白色硅藻土硅藻土担体担体101101白色担体白色担体101101酸洗酸洗101101硅烷化白色担体硅烷化白色担体102102白色担体白色担体适用于涂渍极性固定液分析极性物质适用于涂渍极性固定液分析极性物质催化吸附性小，减小色谱峰拖尾催化吸附性小，减小色谱峰拖尾上海试剂厂上海试剂厂非非硅硅藻藻土土类类高分子微球高分
22、子微球玻璃微球玻璃微球氟担体氟担体由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成经酸碱处理，比表面积经酸碱处理，比表面积 0.02 m0.02 m2 2/g,/g,可在可在较高温度下使用，适宜分析高沸点物质。较高温度下使用，适宜分析高沸点物质。由四氟乙烯聚合而成，比表面积由四氟乙烯聚合而成，比表面积 10.5 m10.5 m2 2 /g g适宜分析强极性物质和腐蚀性物质适宜分析强极性物质和腐蚀性物质上海试剂厂上海试剂厂第37页/共81页二月 23383.载体的钝化钝化是除去或减弱载体表面的吸附性能。钝化的方法有酸洗、碱洗、硅烷化及釉化等 酸洗能除去载体表面的铁、铝等金属氧化物酸洗能除去载
23、体表面的铁、铝等金属氧化物 酸洗载体用于分析酸类和酯类化合物酸洗载体用于分析酸类和酯类化合物。碱洗能除去载体表面的三氧化铝等酸性作用点碱洗能除去载体表面的三氧化铝等酸性作用点 碱洗载体用于分析胺类等碱性化合物。碱洗载体用于分析胺类等碱性化合物。硅烷化是将载体与硅烷化试剂反应，除去载体表面的硅醇基，消除形成氢键的能力硅烷化是将载体与硅烷化试剂反应，除去载体表面的硅醇基，消除形成氢键的能力 硅烷化载体主要用于分析具有形成氢键能力的化合物，如醇、酸、胺类等。硅烷化载体主要用于分析具有形成氢键能力的化合物，如醇、酸、胺类等。第38页/共81页二月 2339(三)气-液填充柱的制备1固定液的涂渍2色谱柱
24、的填充3色谱柱的老化第39页/共81页二月 2340二、气-固色谱填充柱气固色谱法一般用表面具有一定空隙的吸附剂作为固定相 主要用于惰性气体、氢气、氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等低沸点有机物的分析 常用的吸附剂有非极性活性炭，极性氧化铝，强极性硅胶等 新型表面吸附剂(如高分子微球、分子筛、石墨化炭黑等 填充色谱柱的局限性由于柱内填充了填料，载气通过色谱柱时的途径是弯曲与多径的，从而引起涡流扩散，是柱效降低。填充柱的传质阻力大，也会使柱效降低。第40页/共81页二月 2341三、毛细管色谱柱毛细管柱分为开管型和填充型 开管型毛细管主要有两种：一种是涂壁毛细管柱(WCOT)，即将固定液直接
25、涂在毛细管内壁上；另一种是载体涂层毛细管柱(SCOT)，即先在毛细管内壁粘上一层载体，然后将固定液涂在载体上。填充型毛细管已很少使用 第41页/共81页二月 2342载体涂层毛细管柱的特点载体涂层毛细管柱的优点 固定液流失少、柱寿命长固定液流失少、柱寿命长与一般填充柱相比具有以下特点：柱渗透性好柱渗透性好 ，对载气的阻力很小，进行快速分析。，对载气的阻力很小，进行快速分析。柱效高柱效高 适于异构体和复杂混合物的分析。适于异构体和复杂混合物的分析。柱容量小柱容量小 ，进样量小。，进样量小。定量重复性差定量重复性差 ，毛细管柱多用于分离与定性，较少用于定量。，毛细管柱多用于分离与定性，较少用于定量
26、。易实现气相色谱易实现气相色谱-质谱联用。质谱联用。第42页/共81页二月 2343第四节 检测器一、检测器的性能指标二、常用检测器第43页/共81页二月 2344一、检测器的性能指标检测器是将经色谱柱分离后的各组分的浓度(或质量)的变化转换为电信号(电压或电流)的装置根据检测器原理的不同，可分为两大类：浓度型检测器（concentration sensitive detector）热导池检测器和电子捕获检测器 质量型检测器（mass flow rate sensitive detector）。氢焰离子化检测器和火焰光度检测器 第44页/共81页二月 2345一、检测器的性能指标气相色谱对检测
27、器性能的要求主要：灵敏度高、稳定性好，噪音低、线灵敏度高、稳定性好，噪音低、线性范围宽、死体积小。性范围宽、死体积小。(一)基线噪音(baseline noise,N)和基线漂移(baseline drift,M)在没有样品通过检测器时，由检测在没有样品通过检测器时，由检测器本身及操作条件的波动引起的基器本身及操作条件的波动引起的基线起伏称为基线噪音或噪音。线起伏称为基线噪音或噪音。基线随时间朝某一方向的偏离称为基线随时间朝某一方向的偏离称为基线漂移。基线漂移。第45页/共81页二月 2346(二)灵敏度(sensitivity,S)又称响应值它是指单位物质的含量(质量或浓度)通过检测器时所产
28、生的信号变化率。用来评价检测器质量或比较不同型号检测器的重要指标灵敏度表示方法有两种：浓度型检测器的灵敏度浓度型检测器的灵敏度S Sc c 1mL1mL载气携带载气携带1mg1mg的某组分通过检测器所产生的电信号大小，的某组分通过检测器所产生的电信号大小，其单位为其单位为mV.mL/mgmV.mL/mg。质量型检测器的灵敏度质量型检测器的灵敏度S Smm 每秒有每秒有1g1g某组分通过检测器时所产生的电信号大小，某组分通过检测器时所产生的电信号大小，其单位为其单位为mV.s/gmV.s/g第46页/共81页二月 2347(三)检测限(detection)又称敏感度定义某组分的峰高为噪音的二倍时
29、，单位时间内引入检测器中带组分的质量或单位体积载气中所含该组分的量。计算公式为：浓度型检测器：单位 mg/mL质量型检测器：单位 g/s检测限越小,检测器越敏感。第47页/共81页二月 2348二、常用检测器（一）热导池检测器（thermal conductivity detector，TCD）是利用被测组分与载气的热导率不同来检测组分的浓度变化是利用被测组分与载气的热导率不同来检测组分的浓度变化 1.1.热导检测器的结构热导检测器的结构(池体和热敏元件两部分池体和热敏元件两部分)池体：一般用不锈钢制成。池体：一般用不锈钢制成。热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。热敏元
30、件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。第48页/共81页二月 23492.检测原理第49页/共81页二月 23503.影响热导池检测器灵敏度的因素(1).桥路工作电流的影响(2).热导池池体温度的影响(3).载气的影响(4).热敏元件阻值的影响 第50页/共81页二月 2351(二)氢焰离子化检测器（flame ionization detecter
31、，FID）是利用有机物在氢焰的作用下，化学电离形成离子流，借测定离子流强度而进行检测。属于质量型检测器。1.1.氢焰离子化检测器的结构氢焰离子化检测器的结构氢焰离子化检测器的主要氢焰离子化检测器的主要部分是离子室。部分是离子室。vv离子室由气体入口、火焰喷嘴、离子室由气体入口、火焰喷嘴、一对电极一对电极 极化极极化极(负极负极)和收集极和收集极(正极正极)和不锈钢外罩等组成和不锈钢外罩等组成 第51页/共81页二月 23522.氢焰离子化检测器作用原理经色谱柱分离后的组分进入氢火焰中，在燃烧过程中直接或间接产生的正负离子，在收集极和极化环的外电场作用下，作定向流动形成离子流(电流)，离子流的强
32、度与单位时间内进入检测器中组分的质量成正比。第52页/共81页二月 23533.氢焰检测器需要用到三种气体：N2：载气H2：为燃气；空气：助燃气使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳N2:H2:空气1:1：1.5:10第53页/共81页二月 23544.操作条件的选择(1).载气流量(2).氢气流量 (3).空气流量 (4).极化电压 (5).温度(6).管道的清洁 第54页/共81页二月 2355(三)其它检测器1.电子捕获检测器(electron capture detector,ECD)：是利用电负性物质捕获电子的能力，通过测定电子流进行检测的仪器。它是一种高选择性、高灵敏度
33、的浓度型检测器。广泛用于有机氯农药残留量、金属配合物、金属有机物、多卤或多硫化合物、甾族化合物等的分析。电子捕获检测器的灵敏度随物质电负性的增强而增高，其检测限可达10-14g/mL，但对无电负性的物质无响应。第55页/共81页二月 23562.火焰光度检测器(flame photometric detector,FPD)：是对含硫、含磷化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器，又称硫磷检测器。火焰光度检测器与氢焰离子检测器联用，可以同时测定硫、磷化合物和含碳有机物。第56页/共81页二月 2357第五节 分离条件的选择一、分离度二、实验条件的选择第57页/共81页二月 2358一、分离度(一)分
34、离度（resolution）又称分辨率定义-相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组分色谱峰峰底宽度算术平均值的比值。分离度R是色谱柱的总分离效能指标第58页/共81页二月 2359分离度R的计算公式式中 tR1、tR2分别为组分1、2的保留时间，W1、W2 分别为组分1、2色谱峰基线宽度。结论：两组分的保留时间相差越大，则两峰间距越远，分离度R越大；组分色谱峰峰底宽度或半峰宽越窄，分母项越小，则分离度R越大，相邻两组分的分离效能越高。若峰形对称且满足正态分布规律，R=1.5时，分离程度可达99.7，认为分离完全第59页/共81页二月 2360(二)影响分离度的因素分离度由理论塔板数、分配系数和容量
35、因子三个参数决定。用分离方程式可以把分离度与另三个主要参数(理论塔板数n、分配系数比和容量因子k)联系起来：1.塔板数n能够反映柱效高低。n越大，柱效越高，色谱峰越窄。2.分配系数比能够反映固定液的选择性。是决定分离度的主要因素，越大，分离度越大。3.容量因子k能够反映色谱峰的峰位。其大小主要由组分和固定相的性质决定，也与柱温有关。K越大，其保留值越大，柱容量越大。第60页/共81页二月 2361二、实验条件的选择(一)载气及其流速的选择板高H-线流速u曲线(二)柱温的选择(三)其它条件的选择进样时间和进样量，柱长及柱内径，气化温度的选择，固定液的用量，担体的性质和粒度第61页/共81页二月
36、2362第六节 定性与定量分析方法一、定性分析方法二、定量分析方法第62页/共81页二月 2363一、定性分析方法(一)保留值定性法1.直接定性法 (1)保留值一致性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中位置(2)峰高叠加法：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。若加入后某色谱峰相对增高，则该色谱组分与对照品可能为同一物质。第63页/共81页二月 23642.相对保留值(relative retention value)定性法相对保留值ris：指任一组分(i)与标准物(s)的调整保留值的比值，即相对保留值ris仅决定于组分的性质、柱温
37、和固定液的性质。而与固定液的用量、流速、柱长及填充情况等无关。s si i RsRs RiRi RsRs RiRiis iskkVVttr=第64页/共81页二月 23653.保留指数(retention index)定性法 又称Kovats指数()，是一种重现性较好的定性参数。测定方法：将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为分子中碳原子个数乘以100(如正己烷的保留指数为600)其它物质的保留指数(IX)是通过选定两个相邻的正构烷烃，其分别具有Z和Z1个碳原子。被测物质X的调整保留时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值之间如图所示：第65页/共81页二月 2366保留指数计算方法第66页/共81
38、页二月 2367保留指数计算方法计算其保留指数，然后就可以按色谱手册或文献上的保留指数进行定性判断第67页/共81页二月 2368(二)官能团分类定性法将色谱柱分离后的组分依次分别加入官能团分类试剂，观察是否发生反应（显色或产生沉淀），从而判断相应组分具有什么官能团。例如，鉴别胺类，可将分离后的组分分别通入亚硝基铁氰化钠试剂中，若呈红色，则为伯胺；呈蓝色，则为仲胺。此方法是化学方法的一种，经典的微量化学反应可用于色谱峰的鉴别。第68页/共81页二月 2369(三)联用仪器定性法气相色谱法具有分离能力强，分析速度快的特点，但难以对复杂化合物进行最终判断目前，气相色谱-质谱联用（GC-MS）和气相
39、色谱-傅立叶变换红外光谱联用（GC-FITR）最为成功。SampleSample 589058901.0 1.0 DEG/MIDEG/MIN NHEWLETTHEWLETTPACKARDPACKARDGas Chromatograph(GC)Gas Chromatograph(GC)Mass Spectrometer(MS)Mass Spectrometer(MS)第69页/共81页二月 2370二、定量分析方法(一)定量分析的依据实验条件下恒定的峰面积与组分的量成正比。第70页/共81页二月 2371(二)峰面积的测量1.对称峰峰面积的计算式：式中：A为峰面积；h为峰高；W1/2 为半峰宽度
40、；1.065为常数。2.不对称峰 用平均峰宽代替半峰宽，其计算式为：式中：W0.15及W0.85分别为0.15h及0.85h处的峰宽度。3.自动积分法第71页/共81页二月 2372(三)定量校正因子(quantitative calibration factor)试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即：m i=fi Ai 1.定义：定量校正因子分为绝对校正因子和相对校正因子。绝对校正因子是指单位峰面积所代表的物质的量。即：相对校正因子是指待测物质(i)与标准物质(s)的绝对校正因子的比值。即：第72页/共81页二月 23732.相对校正因子的测量准确称取一定量的被测物质和基准物质，配成混合
41、溶液，在样品实验条件下，取一定量混合液进行气相色谱分析，测得被测组分和基准物质的峰面积，按公式进行计算。练习1 准确称取纯苯(内标物)及纯化合物A，其重量分别为0.435、0.653，配成混合溶液，进行气相色谱分析，测得峰面积分别为：4.00、6.50cm2，试求A的相对重量校正因子。0.9240.4356.500.65300.4mAmAfs sA AA As smAmA=第73页/共81页二月 2374(四)定量分析方法 1.外标法 外标法(external standard methed)是用欲测组分的纯物质来制作标准曲线的方法。(1)配制一系列不同浓度的标准溶液，分别测定峰面积(2)以峰
42、面积对浓度绘制标准曲线(3)按相同的操作条件测定样品(4)根据待测组分的峰面积，从标准曲线上查出其浓度(5)C原样=cx稀释倍数第74页/共81页二月 23752.归一化法计算公式如下：特点及要求：归一化法简便、准确；进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。第75页/共81页二月 2376例、化学纯二甲苯为邻、间及对位二甲苯三种异构体的混合物，用热导检测器对其进行气相色谱法分析，所得实验数据如下，试用归一化法计算各组份的含量百分比。组分组分对二甲苯对二甲苯间二甲苯间二甲苯邻二甲苯邻二甲苯峰高峰高(cm)(cm)半峰宽半峰宽(cm)(cm)校正因子校
43、正因子f fx x4.954.950.920.921.001.0014.4014.400.980.980.960.963.223.221.101.100.980.98邻邻邻邻间间间间对对对对对对对对对对21.1121.11100%100%22.9822.984.854.85100%100%3.703.7014.4314.434.854.851.001.000.920.924.954.951.0651.065100100f fA Af fA Af fA Af fA A%第76页/共81页二月 23773.内标法以一定量的纯物质(内标物)作为对照物，加入到准确称取的试样中，以待测组分和纯物质的响应
44、信号对比，测定待测组分含量的方法试样配制：准确称取一定量的试样m，加入一定量内标物mS计算式：第77页/共81页二月 2378内标物要满足以下要求（1）试样中不含有该物质；（2）与被测组分性质比较接近；（3）不与试样发生化学反应；（4）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。第78页/共81页二月 2379第七节 应用与示例例1、利用热导检测器分析乙醇、庚烷、苯及醋酸乙酯的混合物。实验测得它们的色谱峰面积（cm2）分别为5.0、9.0、4.0 及7.0。按归一化法，分别计算它们百分含量。已知它们的相对校正因子 分别为0.64、0.70、0.78及0.79.解：根据公式：第79页/共81页二
45、月 2380例 2 无水乙醇中微量水分的测定(内标法)可按下法进行：样品配制样品配制 准确量取被检无水乙醇准确量取被检无水乙醇100mL100mL，称量为，称量为79.37g79.37g。用减重法加入内。用减重法加入内标物无水甲醇约标物无水甲醇约0.25g0.25g，精称为，精称为0.2572g0.2572g混匀待用。混匀待用。实验条件实验条件 色谱柱：上试色谱柱：上试401401有机载体有机载体(或或GDX-203)GDX-203)，柱长，柱长2m2m，柱温，柱温120120，气化室温度气化室温度160.160.检测器为热导池。载气为氢气，流速检测器为热导池。载气为氢气，流速404050mL/min50mL/min。测得数据：测得数据：水：水：h=4.60cmh=4.60cm，WW1/21/2=0.13cm=0.13cm。甲醇：甲醇：h=4.30cmh=4.30cm，WW1/21/2=0.87cm=0.87cm。含量计算含量计算（峰面积表示的相对校正因子（峰面积表示的相对校正因子f f水水=0.55=0.55、f f甲醇甲醇=0.58=0.58）第80页/共81页二月 2381感谢您的观看！第81页/共81页