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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：第一第一节 色色谱法概述法概述第二第二节 气相色气相色谱法法第三第三节 高效液相色高效液相色谱法法2 一、一、色谱法的来源色谱法的来源 色色谱谱法法(chromatography)(chromatography)早早在在19031903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发发明明并并定定义义，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，
2、结结果果色色素素中中各各组组分分互互相相分分离离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。以以后后此此法法逐逐渐渐应用于无色物质的应用于无色物质的分离分析分离分析。第一节第一节 色谱法概述色谱法概述3色谱分离过程色谱分离过程4 二、色谱分离的原理二、色谱分离的原理 当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固当流动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
3、，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。与适当的柱不同，从而按一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离与检测。后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。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第二节第二节 气相色谱法（气相色谱法（GCGC）一、气相色一、气相色谱的概念、
4、分的概念、分类、原理和特点、原理和特点二、气相色二、气相色谱仪三、色三、色谱常用常用术语四、气相色四、气相色谱的的应用用7一、一、GCGC的概念、分的概念、分类、原理和特点、原理和特点1.1.概念：概念：GCGC法是采用气体法是采用气体为流流动相（相（载气）流气）流经色色谱柱柱进行分离行分离测定的色定的色谱方法。方法。2.2.分分类：气气-液色液色谱和气和气-固色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
5、溶解-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，具有一定挥发性的样品。分析对热稳定，具有一定挥发性的样品。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离系统检测系统温控系统12131.气路系统气路系
6、统作作用用：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化装置等。计及气体净化装置等。常用的载气常用的载气：H H2 2、HeHe、N N2 2、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
7、一体机 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、准确；进样量或体积要适宜、准确；采用常规色谱柱分离，进样体积几至几十微升；采用常规色谱柱分离，进样体积几至几十微升；对毛细管柱分离，体积约为对毛细管柱分离，体积约为1010-2-21010-3-3LL；体积过大或进样过慢，将导致分离变差（拖尾）；体积过大或进样过慢，将导致分离变差（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
8、包括：填充柱和毛细管柱 3.分离系统分离系统 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，分分离离效效率高（率高（n n可达可达10106 6）、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）、）、
9、固定液、固定液、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：恒温和程序升温控温方式：恒温和程序升温 4.温控系统温控系统 18作用：将经色谱柱分离后顺序流出的化学组分作用：将经色谱柱分离后顺序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，然后对被分离物质的组成和含量进行鉴定和测量。离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 1
10、9氢火焰离子化检测器（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收集极发射极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：结构简单、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
11、的化合物响应（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）。它特别适合于环境样品中卤代硫、磷、氮、氧）。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混合物混合物样品（品（A+B）色色谱柱中
12、分离柱中分离检测器器记录下来。下来。组分从色分从色谱柱流出柱流出时，各个，各个组分分在在检测器上所器上所产生的生的信号信号随随时间变化，所形成化，所形成的曲的曲线叫色叫色谱图。n记录了各个了各个组分流出色分流出色谱柱的情况，又叫色柱的情况，又叫色谱流出曲流出曲线。231.基基线在在实验操操作作条条件件下下，色色谱柱柱后后没没有有组分分流流出出的的曲曲线叫基叫基线。稳定情况下是一条直定情况下是一条直线基基线上下波上下波动称称为噪音噪音242.色色谱峰的高度（峰的高度（峰高，峰高，h）色色谱峰最高点与基峰最高点与基线之之间的距离的距离峰高低与峰高低与组分分浓度有关，峰越高越窄越度有关，峰越高越窄越
13、好好 h253.色色谱峰的峰的宽度度(区域区域宽度度)q标准偏差准偏差 峰高峰高0.607倍倍处的色的色谱峰峰宽的一半。的一半。q峰峰底底宽Wb色色谱峰峰两两侧拐拐点点所所作作切切线在在基基线上上的的距距离离 Wb=4 q半峰半峰宽W1/2峰高一半峰高一半处色色谱峰的峰的宽度度 W1/2=2.354 Wb=4 W1/2=0.589Wb WbW1/226 4.色色谱峰面峰面积（A）n色色谱峰与峰底所峰与峰底所围的面的面积。n对于于对称的色称的色谱峰峰 A=1.065h W1/2n对于非于非对称的色称的色谱峰峰 A=1.065h(W 0.15+W 0.85)/2 275.死死时间t0不被固定相吸附
14、或溶解的不被固定相吸附或溶解的组分流分流经色色谱柱所需柱所需时间从从进样开始到柱后出开始到柱后出现峰最大峰最大值所需所需时间气气相相色色谱惰惰性性气气体体（空空气气、甲甲烷等等）流流出出色色谱柱柱所需所需时间t0286.保留保留时间tR 组分分流流经色色谱柱柱时所需所需时间。进样开开始始到到柱柱后后出出现最最大大值时所所需的需的时间操操作作条条件件不不变时，一一种种组分分有有一一个个tR定定值定性参数定性参数297.调整保留整保留时间tR扣扣除除了了死死时间的的保保留留时间，又又称称校校正正保保留留时间，实际保保留留时间。tR=tR-t0体体现的的是是组分分在在柱柱中中被被吸吸附附或或溶溶解解
15、的的时间。tR30色谱保留值色谱保留值定性的依据定性的依据组分分在在色色谱柱柱中中停停留留的的数数值，可可用用时间t来来表表示。示。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，在在柱柱中中滞滞留留的的时间越越长，消消耗耗的的流流动相体相体积越大。越大。固固定定相相、流流动相相固固定定，条条件件一一定定时，组分分的的保保留留值是个定是个定值。t0与与被被测组分分无无关关，因因而而tR更更合合理理地地反反映映了了物物质在柱中的保留情况。在柱中的保留情况。31根据色谱图可得到的重要信息：根据色谱图可得到的重要信息：（1）色色谱峰个数峰个数 判断判断样品
16、中所含品中所含组分的最少个数分的最少个数（2）色色谱峰的位置即保留峰的位置即保留值进行定性分析行定性分析（3）色色谱峰的峰的h、A 进行定量分析行定量分析（4）色色谱峰的位置及峰的峰的位置及峰的宽度度可可评价色价色谱柱效（分离效能）柱效（分离效能）（5）色色谱峰两峰峰两峰间的距离的距离可可评价固定相或流价固定相或流动相相选择是否合适是否合适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 定性分析的任定性分析的任务是确定色是确定色谱图上各个峰代上各个峰代表什么物表什么物质。1.1.利用保留利用保留值与已知物与已知物对照定性照定性（1 1）利用保留）利用保留时间定性定性 在在相相
17、同同色色谱条条件件下下，将将标准准物物和和样品品分分别进样，两者保留，两者保留值相同，可能相同，可能为同一物同一物质。此此方方法法要要求求操操作作条条件件稳定定、一一致致，必必须严格控制操作条件，尤其是流速。格控制操作条件，尤其是流速。3334（2 2）利用峰高增量定性）利用峰高增量定性 若若样品品复复杂，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控控制制，可可将将已已知知物物加加到到样品品中中，混混合合进样，若若被被测组分分峰峰高高增增加加了了，则可可能能含含该已已知知物。物。（3 3）利用双色）利用双色谱系系统定性定性 通通过改改变色色谱条条件件来来改改变分分离离选择性性，
18、使使不不同同物物质显示示不不同同保保留留值。例例：选用用极极性性差差别较大大的的两两种种不不同同固固定定液液来来制制备色色谱柱柱，不不同同物物质具有不同保留具有不同保留值35二、定量分析 气相色气相色谱定量分析是根据定量分析是根据检测器器对溶溶质产生生的的响响应信号与溶信号与溶质的量成正比的原理的量成正比的原理，通，通过色色谱图上的峰面上的峰面积或峰高，或峰高，计算算样品中溶品中溶质的含量。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
19、面积及峰高被测组分的峰面积及峰高362、定量方法 （1 1）归一化法）归一化法 试样各组分都出峰，可用归一化法定量。把所有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，则组分的质量为mi,质量分数Wi为 37优优点点：简简便便、准准确确、不不需需标标准准物物，不不必必准准确确称称量量和准确进样，操作条件稍有变化对结果影响较少。和准确进样，操作条件稍有变化对结果影响较少。38（2）内标法准确称取样品m（含mi被测组分）+准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）3
20、9ssiisiAfAfmm=ssiisiAfAfmm=40对内内标物的要求：物的要求：1 1）内）内标物物应是是样品中不存在的品中不存在的纯物物质。2 2）内内标物物与与被被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，开，t tR R相差少。相差少。优点点：定定量量准准确确，操操作作条条件件不不必必严格格控控制制，与与进样量量无无关关，被被测组分分和和内内标物物出出峰峰即即可可，适适用用于微量于微量组分的分的测定，定，应用广泛。用广泛。缺点：缺点：每次每次测定都要准确称量定都要准确称量样品和内品和内标物。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
21、物时，可采用此法。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，根据A待或h待，从曲线上查出待测组分含量。优点：操作简单，计算方便，不用fi。缺点：要求准确进样，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系采用高压输液泵将规定的流动相泵入系采用高压输液泵将规定的流动相泵入装有填充剂的色谱柱进行分离测定的色谱方法。装有填充剂的色谱柱进行分离测定的色谱方法。2.2.分类：根据分离机制不同，分
22、为：分类：根据分离机制不同，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分配色谱液液分配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数；利用在样品中加入对照品，通过峰值增高来确认；利用在样品中加入对照品，通过峰值增高来确认；利用利用LC-MSLC-MS联用仪，通过被分离物的质谱图与谱联用仪，通过被分离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
23、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离系统分离系统检测系统检测系统4647 其其工作过程工作过程如下：首先高压泵将贮液器中流如下：首先高压泵将贮液器中流动相溶剂经过进样器送入动相溶剂经过进样器送入色谱柱色谱柱，然后从控制器，然后从控制器的出口流出。当注入欲的出口流出。当注入欲分离样品分离样品时，流经进样器时，流经进样器贮液器的流动相将样品同时带入色谱柱进行分离，贮液器的流动相将样品同时带入色谱柱进行分离，然后依先后顺序进入然后依先后顺序进入检测器检测器，记录仪将检测器送，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。出的信号记录下来，由此得
24、到液相色谱图。481.输液系统高压输液泵恒流泵：在输送流动相过程中流量恒定。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输液泵操作注意事项：防止固体微粒进入泵体流动相不应含有腐蚀性物质防止溶剂瓶内的流动相被用完不超过规定的最高压力流动相一般应该先脱气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.分离系统分离系统 分离系统的主要元件是色谱柱，它是色谱分离过分离系统的主要元件是
25、色谱柱，它是色谱分离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A A=ClCl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
26、测有紫外吸收的物质，流动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似 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，即获得组分的吸收光谱。获得三维光谱色谱图。用途：吸收光谱用于组分的定性，色谱峰面积用于定量,判断峰纯度。57光电二极管阵列检测器58