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1、第二章第二章 气相色谱分析气相色谱分析 Gas Chromatographic Analysis,GC2022/12/1一本章教学内容一本章教学内容1.气相色谱分离的基本原理和基本概念气相色谱分离的基本原理和基本概念2.气相色谱分离的理论基础气相色谱分离的理论基础3.影响气相色谱分离的因素和分离条件的选择影响气相色谱分离的因素和分离条件的选择4.气相色谱仪的组成与工作原理气相色谱仪的组成与工作原理5.气相色谱柱的性能与选择气相色谱柱的性能与选择6.气相色谱定性和定量分析的方法气相色谱定性和定量分析的方法2022/12/1二重点与难点二重点与难点1.塔板理论，包括流出曲线方程、理论塔板数塔板理论
2、，包括流出曲线方程、理论塔板数(n)及有效理论及有效理论塔板数塔板数(neff)和塔板高度和塔板高度(H)及有效塔板高度及有效塔板高度(Heff)的计算的计算2.VanDeemter方程在色谱分离条件的优化与选择中的具体方程在色谱分离条件的优化与选择中的具体应用应用3.分离度和基本分离方程分离度和基本分离方程4.碳数规律、沸点规律和保留指数在实际定性分析中的应用碳数规律、沸点规律和保留指数在实际定性分析中的应用2022/12/1三教学目标三教学目标1.熟练掌握色谱分离方法的原理熟练掌握色谱分离方法的原理2.掌握色谱流出曲线（色谱峰）所代表的各种技术参数的准掌握色谱流出曲线（色谱峰）所代表的各种
3、技术参数的准确含义确含义3.能够利用塔板理论和速率理论方程判断影响色谱分离各种能够利用塔板理论和速率理论方程判断影响色谱分离各种实验因素实验因素4.理解柱效率的物理意义及其计算方法理解柱效率的物理意义及其计算方法5.掌握分离度的计算及影响分离度的重要参数掌握分离度的计算及影响分离度的重要参数6.学会各种定性和定量的分析方法学会各种定性和定量的分析方法2022/12/1第二章第二章 气相色谱分析气相色谱分析 gas chromatographic analysis,GC第一节气相色谱概述一、一、色谱法的产生色谱法的产生 二、二、色谱法在分析化学中的作用地位色谱法在分析化学中的作用地位 三、三、色
4、谱法的特点优点色谱法的特点优点四、四、色谱法的定义色谱法的定义五、五、色谱法的分类色谱法的分类 2022/12/1一、色谱法的产生色谱法的产生 色色谱谱法法最最早早由由俄俄国国植植物物学学家家Tswett于于1906年年首首先先提提出出来来的的。他他在在研研究究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，结结果果色色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。当当时时Tswett把把这这种种色色带带叫叫做做“
5、色色谱谱”（Chromatographie，Tswett于于1906年年发发表表在在德德国国植植物物学学杂杂志志上上用用此此名名，英英译译名名为为Chromatography）。在在这这一一方方法法中中把把玻玻璃璃管管叫叫作作“色色谱谱柱柱”，碳碳酸酸钙钙叫叫作作“固固定定相相”，纯纯净净的石油醚叫作的石油醚叫作“流动相流动相”。这种方法因此得名为色谱法。这种方法因此得名为色谱法。2022/12/11931年德国的年德国的Kuhn和和Lederer才重复了才重复了Tswett的某些实的某些实验，用氧化铝和碳酸钙分离了验，用氧化铝和碳酸钙分离了-，-，和，和-胡萝卜素，此后用胡萝卜素，此后用这种
6、方法分离了这种方法分离了60多种这类色素。多种这类色素。1940年年Martin和和Synge提出液液分配色谱法即固定相是吸提出液液分配色谱法即固定相是吸附在硅胶上的水，流动相是某种有机溶剂。附在硅胶上的水，流动相是某种有机溶剂。1941年年Martin和和Synge提出用气体代替液体作流动相的可提出用气体代替液体作流动相的可能性能性2022/12/11952年年James和和Martin发表了从理论到实践比较完整的气发表了从理论到实践比较完整的气液色谱方法因而获得了液色谱方法因而获得了1952年的诺贝尔化学奖。年的诺贝尔化学奖。1956年年VanDeemter等在前人研究的基础上发展了描述色
7、等在前人研究的基础上发展了描述色谱过程的速率理论，谱过程的速率理论，1965年年Giddings总结和扩展了前人的色总结和扩展了前人的色谱理论，为色谱的发展奠定了理论基础。谱理论，为色谱的发展奠定了理论基础。1957年年Golay开创了开管柱气相色谱法习惯上称为毛细管开创了开管柱气相色谱法习惯上称为毛细管柱气相色谱法。柱气相色谱法。2022/12/1 1944年年Consden等就发展了纸色谱等就发展了纸色谱1949年年Macllean等制作薄层板使薄层色谱法（等制作薄层板使薄层色谱法（TLC）得以）得以实际应用实际应用60年代末把高压泵和化学键合固定相用于液相色谱，出现年代末把高压泵和化学键
8、合固定相用于液相色谱，出现了高效液相色谱（了高效液相色谱（HPLC）。）。80年代初毛细管超临界流体色谱（年代初毛细管超临界流体色谱（SFC）得到发展）得到发展90年代由年代由Jorgenson等集前人经验而发展起来的毛细管电等集前人经验而发展起来的毛细管电泳泳”（CZE），得到广泛的发展和应用），得到广泛的发展和应用2022/12/1二、二、色谱法在分析化学中的作用地位色谱法在分析化学中的作用地位 色谱分析法的特点是它具有高超的分离能力，而各种分析色谱分析法的特点是它具有高超的分离能力，而各种分析对象又大都是混合物，为了分析鉴定它们是由什么物质组成对象又大都是混合物，为了分析鉴定它们是由什么
9、物质组成和含量是多少，必须进行分离，所以色谱法成为许多分析方和含量是多少，必须进行分离，所以色谱法成为许多分析方法的先决条件和必需的步骤。从表法的先决条件和必需的步骤。从表2-1的数据可以看出色谱法的数据可以看出色谱法在近年来各类分析化学方法中占在十分重要的地位。在近年来各类分析化学方法中占在十分重要的地位。2022/12/1表表2-1不同年代各种分析方法所占的比例不同年代各种分析方法所占的比例年代194619551965197519851995仪器分析所占比例%光谱法14.326.328.729.730.030色谱分析法1.42.312.026.735.036电化学法4.46.210.213
10、.515.016放射分析法1.02.06.513.817.018经典分析法比色法23.020.015.29.22滴定法25.622.012.65.11重量法8.56.53.62.0？2022/12/1三、三、色谱法的特点优点色谱法的特点优点1色谱法的特点色谱法的特点 色谱法是以其高超的分离能力为特点，色谱法是以其高超的分离能力为特点，它的分离效率远远高于其它分离技术如蒸馏、萃取、离心等它的分离效率远远高于其它分离技术如蒸馏、萃取、离心等方法。方法。2022/12/12色谱法的优点色谱法的优点（1）分离效率高：例如毛细管气相色谱柱（）分离效率高：例如毛细管气相色谱柱（0.10.25mi.d）30
11、50m其理论塔板数可以到其理论塔板数可以到7万万12万。而毛细管电万。而毛细管电泳柱一般都有几十万理论塔板数的柱效，至于凝胶毛细管电泳柱一般都有几十万理论塔板数的柱效，至于凝胶毛细管电泳柱可达上千万理论塔板数的柱效。泳柱可达上千万理论塔板数的柱效。（2）应用范围广：它几乎可用于所有化合物的分离和测定，）应用范围广：它几乎可用于所有化合物的分离和测定，无论是有机物、无机物、低分子或高分子化合物，甚至有生无论是有机物、无机物、低分子或高分子化合物，甚至有生物活性的生物大分子也可以进行分离和测定物活性的生物大分子也可以进行分离和测定。2022/12/1（3）分析速度快：）分析速度快：一般在几分钟到几
12、十分钟就可以完成一次复杂样品的分一般在几分钟到几十分钟就可以完成一次复杂样品的分离和分析。近来的小内径（离和分析。近来的小内径（0.1mmi.d）、薄液膜）、薄液膜（0.2m）、短毛细管柱（）、短毛细管柱（110m）比原来的方法提高速度）比原来的方法提高速度510倍。倍。（4）样品用量少：）样品用量少：用极少的样品就可以完成一次分离和测定。用极少的样品就可以完成一次分离和测定。2022/12/1（5）灵敏度高）灵敏度高:例如例如GC可以分析几纳克的样品，可以分析几纳克的样品，FID、ECD检测限为检测限为10-9gL和和10-12gL。（6）分离和测定一次完成）分离和测定一次完成:可以和多种波
13、谱分析仪器联用。可以和多种波谱分析仪器联用。（7）易于自动化，可在工业流程中使用。）易于自动化，可在工业流程中使用。2022/12/1四、四、色谱法的定义色谱法的定义色谱法或色谱分析（色谱法或色谱分析（chromatography）也称之为色层法或层析法，是一种物理化学分析方法，也称之为色层法或层析法，是一种物理化学分析方法，它利用混合物中各物质在两相间分配系数的差别，当溶质在它利用混合物中各物质在两相间分配系数的差别，当溶质在两相间做相对移动时，各物质在两相间进行多次分配，从而两相间做相对移动时，各物质在两相间进行多次分配，从而使各组分得到分离。使各组分得到分离。可完成这种分离的仪器即色谱仪
14、。可完成这种分离的仪器即色谱仪。2022/12/1色谱法色谱法(chromatography)：以试样组分在固定相和流动相间的溶解、吸附、以试样组分在固定相和流动相间的溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用的差异为依据而建分配、离子交换或其他亲和作用的差异为依据而建立起来的各种分离分析方法称色谱法。立起来的各种分离分析方法称色谱法。2022/12/1五、五、色谱法的分类色谱法的分类 1.按流动相和固定相的物理状态分类按流动相和固定相的物理状态分类按流动相的物态，色谱法可分为按流动相的物态，色谱法可分为气相色谱法气相色谱法(流动相为气流动相为气体体)和和液相色谱法液相色谱法(流动相为液体流动相
15、为液体)；按固定相的物态，又可分为按固定相的物态，又可分为气固色谱法气固色谱法(固定相为固体吸固定相为固体吸附剂附剂)、气液色谱法气液色谱法(固定相为涂在固体固定相为涂在固体担体上或毛细管壁上担体上或毛细管壁上的液体的液体)、液固色谱法液固色谱法和和液液色谱法液液色谱法等。等。2022/12/12.按固定相使用的形式类法按固定相使用的形式类法a.柱色谱法柱色谱法（固定相装在色谱柱中（固定相装在色谱柱中)；b.纸色谱法纸色谱法(滤纸为固定相滤纸为固定相)；c.薄层色谱法薄层色谱法(将吸附剂粉末制成薄层作固定相将吸附剂粉末制成薄层作固定相)等。等。2022/12/13.按分离过程的机制按分离过程的
16、机制分类法分类法a.吸附色谱法吸附色谱法(利用吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能的利用吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能的差异进行分离差异进行分离)；b.分配色谱法分配色谱法(利用不同组分在两相中有不同的分配来进行分利用不同组分在两相中有不同的分配来进行分离离)；c.离子交换色谱法离子交换色谱法(利用离子交换原理利用离子交换原理)；d.排阻色谱法排阻色谱法(利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用)等。等。2022/12/14.色谱分类图示色谱分类图示a.按流动相和固定相的状态分类按流动相和固定相的状态分类2022/12/1b.b.按使用按使用领领域不同域不同对对色色谱仪谱仪的分的分类类2022/12/1内容选择内容选择结束结束第一节第一节气相色谱法概述气相色谱法概述第二节第二节气相色谱分析理论基础气相色谱分析理论基础第三节第三节色谱分离条件选择色谱分离条件选择第四节第四节固定相及其选择固定相及其选择第五节第五节气相色谱检测器气相色谱检测器第六节第六节气相色谱定性方法气相色谱定性方法第七节第七节气相色谱定量方法气相色谱定量方法第八节第八节毛细管气相色谱法毛细管气相色谱法2022/12/1