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1、 第第6章章 气相色谱法气相色谱法（GC）Gas Chromatography 6.1 6.1 色谱法概述色谱法概述 6.2 6.2 气相色谱的分析过程与原理气相色谱的分析过程与原理2023/2/182023/2/18 6.1 6.1 色谱法概述色谱法概述6.1.1 6.1.1 茨维特实验茨维特实验茨维特实验装置茨维特实验装置茨维特实验装置茨维特实验装置:当当当当石油醚石油醚石油醚石油醚携带菠菜携带菠菜携带菠菜携带菠菜叶色素混叶色素混叶色素混叶色素混合物合物合物合物流经碳酸钙粉末时，由于各流经碳酸钙粉末时，由于各流经碳酸钙粉末时，由于各流经碳酸钙粉末时，由于各种叶色素分子在结构和性质上的种叶色
2、素分子在结构和性质上的种叶色素分子在结构和性质上的种叶色素分子在结构和性质上的差异，它们在石油醚中的差异，它们在石油醚中的差异，它们在石油醚中的差异，它们在石油醚中的溶解能溶解能溶解能溶解能力力力力的大小各不相同。的大小各不相同。的大小各不相同。的大小各不相同。2023/2/182023/2/18 另一方面，另一方面，另一方面，另一方面，菠菜叶色素菠菜叶色素菠菜叶色素菠菜叶色素混合物中的各个组分混合物中的各个组分混合物中的各个组分混合物中的各个组分与与与与碳酸钙碳酸钙碳酸钙碳酸钙粉末粉末粉末粉末之间产生的作用力的形式、之间产生的作用力的形式、之间产生的作用力的形式、之间产生的作用力的形式、强弱
3、也有所不同；因此强弱也有所不同；因此强弱也有所不同；因此强弱也有所不同；因此它们随它们随它们随它们随着石油醚向下移动的速度有一着石油醚向下移动的速度有一着石油醚向下移动的速度有一着石油醚向下移动的速度有一定差别。定差别。定差别。定差别。2023/2/182023/2/18 当它们在流动相和固定相之当它们在流动相和固定相之当它们在流动相和固定相之当它们在流动相和固定相之间经过反复多次的分配平衡后，间经过反复多次的分配平衡后，间经过反复多次的分配平衡后，间经过反复多次的分配平衡后，就逐渐形成了分开的色带就逐渐形成了分开的色带就逐渐形成了分开的色带就逐渐形成了分开的色带色色色色谱，然后按一定顺序先后
4、从固定谱，然后按一定顺序先后从固定谱，然后按一定顺序先后从固定谱，然后按一定顺序先后从固定相中流出。相中流出。相中流出。相中流出。互不相溶的两相互不相溶的两相互不相溶的两相互不相溶的两相及及及及两相的相两相的相两相的相两相的相对运动对运动对运动对运动构成了色谱法的基础。构成了色谱法的基础。构成了色谱法的基础。构成了色谱法的基础。2023/2/182023/2/18 经典的色谱法是一种分离技术。经典的色谱法是一种分离技术。复杂混合物的分离过程也就是试样中各复杂混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱分离柱中的两相间反复进行着的组分在色谱分离柱中的两相间反复进行着的分配过程。分配过程。现代色谱法现
5、代色谱法已仪器化，已仪器化，是既能分离混合是既能分离混合物，又能进行定性、定量分析的现代仪器分物，又能进行定性、定量分析的现代仪器分析方法。析方法。2023/2/182023/2/186.1.2 6.1.2 色谱法分类色谱法分类 （一）按流动相（一）按流动相（mobile phase）和）和 固定相（固定相（stationary phase）的状态分类）的状态分类 气相色谱（气相色谱（气相色谱（气相色谱（GCGC）：）：）：）：流动相为气体的色谱法。流动相为气体的色谱法。流动相为气体的色谱法。流动相为气体的色谱法。若固定相为固体，又叫若固定相为固体，又叫若固定相为固体，又叫若固定相为固体，又叫
6、气固色谱气固色谱气固色谱气固色谱（GSCGSC）；）；）；）；若固定相为液体，则叫若固定相为液体，则叫若固定相为液体，则叫若固定相为液体，则叫气液色谱气液色谱气液色谱气液色谱（GLCGLC）。）。）。）。液相色谱（液相色谱（液相色谱（液相色谱（LCLC）：）：）：）：流动相为液体的色谱法。流动相为液体的色谱法。流动相为液体的色谱法。流动相为液体的色谱法。若固定相为固体，又叫若固定相为固体，又叫若固定相为固体，又叫若固定相为固体，又叫液固色谱液固色谱液固色谱液固色谱（LSCLSC）；）；）；）；若固定相为液体，则叫若固定相为液体，则叫若固定相为液体，则叫若固定相为液体，则叫液液色谱液液色谱液液色
7、谱液液色谱（LLCLLC）。）。）。）。2023/2/182023/2/18（二）按固定相的形式分类（二）按固定相的形式分类 柱色谱柱色谱柱色谱柱色谱（填充柱色谱和毛细柱色谱）（填充柱色谱和毛细柱色谱）（填充柱色谱和毛细柱色谱）（填充柱色谱和毛细柱色谱）2023/2/182023/2/18 （三）按分离原理分类（三）按分离原理分类 如如如如吸吸吸吸附附附附色色色色谱谱谱谱、分分分分配配配配色色色色谱谱谱谱、离离离离子子子子交交交交换换换换色色色色谱谱谱谱、凝凝凝凝胶胶胶胶色色色色谱等等。谱等等。谱等等。谱等等。2023/2/182023/2/18 6.1.3 6.1.3 色谱法的发展过程色谱法
8、的发展过程 1906 1906 1906 1906年，茨维特实验；年，茨维特实验；年，茨维特实验；年，茨维特实验；1941 1941 1941 1941年，硅胶柱分离氨基酸混合物；年，硅胶柱分离氨基酸混合物；年，硅胶柱分离氨基酸混合物；年，硅胶柱分离氨基酸混合物；1952 1952 1952 1952年，创立气液色谱法和塔板理论；色谱检测器年，创立气液色谱法和塔板理论；色谱检测器年，创立气液色谱法和塔板理论；色谱检测器年，创立气液色谱法和塔板理论；色谱检测器的应用；的应用；的应用；的应用；1956 1956 1956 1956年，提出速率理论；年，提出速率理论；年，提出速率理论；年，提出速率理
9、论；2023/2/182023/2/18气相色谱仪气相色谱仪 ：液相色谱仪：液相色谱仪：2023/2/182023/2/18气相色谱法的特点气相色谱法的特点（4 4 4 4）应用范围广。应用范围广。应用范围广。应用范围广。适适适适用用用用于于于于沸沸沸沸点点点点低低低低于于于于400400400400的的的的各各各各种种种种有有有有机机机机或或或或无无无无机机机机试试试试样样样样的分析。的分析。的分析。的分析。（5 5 5 5）局限性：）局限性：）局限性：）局限性：不不不不适适适适用用用用于于于于高高高高沸沸沸沸点点点点、难难难难挥挥挥挥发发发发、热热热热不不不不稳稳稳稳定定定定物物物物质质质
10、质的的的的分析；分析；分析；分析；单独对被分离组分的定性较为困难。单独对被分离组分的定性较为困难。单独对被分离组分的定性较为困难。单独对被分离组分的定性较为困难。2023/2/182023/2/18 6.2 6.2 气相色谱分析过程与原理气相色谱分析过程与原理 6.2.1 6.2.1 气相色谱分析流程气相色谱分析流程 GCGC是用气体作流动相的色谱法。是用气体作流动相的色谱法。是用气体作流动相的色谱法。是用气体作流动相的色谱法。作为作为作为作为流动相流动相流动相流动相的气体叫的气体叫的气体叫的气体叫载气载气载气载气，它是对样品和固，它是对样品和固，它是对样品和固，它是对样品和固定相呈惰性，专门
11、用来载送样品的气体。通常用定相呈惰性，专门用来载送样品的气体。通常用定相呈惰性，专门用来载送样品的气体。通常用定相呈惰性，专门用来载送样品的气体。通常用 H H2 2、N N2 2、Ar Ar、HeHe 等气体作载气。等气体作载气。等气体作载气。等气体作载气。2023/2/182023/2/18 气相色谱分析流程如下所示气相色谱分析流程如下所示气相色谱分析流程如下所示气相色谱分析流程如下所示：由此可知，气相色谱仪有由此可知，气相色谱仪有由此可知，气相色谱仪有由此可知，气相色谱仪有 六大基本系统六大基本系统六大基本系统六大基本系统 ：气路系统气路系统气路系统气路系统 、进样系统进样系统进样系统进
12、样系统 、分离系统（分离系统（分离系统（分离系统（色谱柱）、色谱柱）、色谱柱）、色谱柱）、检测系统检测系统检测系统检测系统 、记录系统记录系统记录系统记录系统 、温控系统温控系统温控系统温控系统 。压力表压力表压力表压力表色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱 减压阀减压阀减压阀减压阀净净净净化化化化干干干干燥燥燥燥管管管管流量调节阀流量调节阀流量调节阀流量调节阀记录仪记录仪记录仪记录仪检测器检测器检测器检测器放大器放大器放大器放大器进进进进样样样样系系系系统统统统载载载载气气气气钢钢钢钢瓶瓶瓶瓶流流流流量量量量计计计计色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱放空放空放空放空2023/2/182023/2/18 6.2.2
13、 6.2.2 气相色谱仪的基本系统简介气相色谱仪的基本系统简介（一）气路系统：（一）气路系统：包括包括包括包括气源、净化干燥管、载气流速控制阀门、流气源、净化干燥管、载气流速控制阀门、流气源、净化干燥管、载气流速控制阀门、流气源、净化干燥管、载气流速控制阀门、流量计、各种管线量计、各种管线量计、各种管线量计、各种管线等。等。等。等。单柱单气路：单柱单气路：单柱单气路：单柱单气路：2023/2/182023/2/18 补偿式双柱双气路：补偿式双柱双气路：补偿式双柱双气路：补偿式双柱双气路：2023/2/182023/2/18 （二）进样系统：（二）进样系统：由由进样器进样器及及气化室气化室组成。
14、组成。（1 1 1 1）进样器）进样器）进样器）进样器微量注射器微量注射器微量注射器微量注射器 旋转式六通阀旋转式六通阀旋转式六通阀旋转式六通阀2023/2/182023/2/18 （2）气化室结构示意图：气化室结构示意图：2023/2/182023/2/18（四）检测系统：（四）检测系统：由各种检测器（如热导检测器、氢火焰检测器）由各种检测器（如热导检测器、氢火焰检测器）由各种检测器（如热导检测器、氢火焰检测器）由各种检测器（如热导检测器、氢火焰检测器）及控制装置组成。及控制装置组成。及控制装置组成。及控制装置组成。（五）记录系统：（五）记录系统：放大器、记录仪或数据处理装置。放大器、记录仪
15、或数据处理装置。放大器、记录仪或数据处理装置。放大器、记录仪或数据处理装置。（六）温控系统：（六）温控系统：有三套独立的温控装置分别对有三套独立的温控装置分别对有三套独立的温控装置分别对有三套独立的温控装置分别对柱室柱室柱室柱室、气化室气化室气化室气化室、检检检检测器测器测器测器进行温度控制。进行温度控制。进行温度控制。进行温度控制。2023/2/182023/2/18 6.2.3 6.2.3 气相色谱分析的基本原理气相色谱分析的基本原理 气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。填充柱色谱填
16、充柱色谱填充柱色谱填充柱色谱:分为分为分为分为气固色谱气固色谱气固色谱气固色谱 和和和和 气液色谱。气液色谱。气液色谱。气液色谱。气气气气固固固固色色色色谱谱谱谱的的的的固固固固定定定定相相相相:多多多多孔孔孔孔性性性性的的的的固固固固体体体体吸吸吸吸附附附附剂剂剂剂颗颗颗颗粒粒粒粒，它们对试样中各组分的吸附能力的不同。它们对试样中各组分的吸附能力的不同。它们对试样中各组分的吸附能力的不同。它们对试样中各组分的吸附能力的不同。气气气气液液液液色色色色谱谱谱谱的的的的固固固固定定定定相相相相:由由由由担担担担体体体体和和和和固固固固定定定定液液液液所所所所组组组组成成成成，固定液对试样中各组分的
17、溶解能力不同。固定液对试样中各组分的溶解能力不同。固定液对试样中各组分的溶解能力不同。固定液对试样中各组分的溶解能力不同。2023/2/182023/2/186.2.3 6.2.3 气相色谱分析的基本原理气相色谱分析的基本原理（一）组分在两相间的分配（一）组分在两相间的分配 气气气气相相相相色色色色谱谱谱谱固固固固定定定定相相相相对对对对样样样样品品品品中中中中的的的的各各各各个个个个组组组组分分分分有有有有不不不不同同同同的的的的吸吸吸吸附能力或溶解能力。附能力或溶解能力。附能力或溶解能力。附能力或溶解能力。当当当当试试试试样样样样由由由由载载载载气气气气携携携携带带带带进进进进入入入入色色
18、色色谱谱谱谱柱柱柱柱与与与与固固固固定定定定相相相相接接接接触触触触时时时时，被固定相溶解或吸附。被固定相溶解或吸附。被固定相溶解或吸附。被固定相溶解或吸附。2023/2/182023/2/18 组分在固定相和流动相间发生的组分在固定相和流动相间发生的组分在固定相和流动相间发生的组分在固定相和流动相间发生的吸附脱附吸附脱附吸附脱附吸附脱附，或，或，或，或溶解挥发溶解挥发溶解挥发溶解挥发的过程叫做的过程叫做的过程叫做的过程叫做分配过程。分配过程。分配过程。分配过程。在一定温度、压力下，组分在两相间分配达到平在一定温度、压力下，组分在两相间分配达到平在一定温度、压力下，组分在两相间分配达到平在一定
19、温度、压力下，组分在两相间分配达到平衡时的衡时的衡时的衡时的浓度比浓度比浓度比浓度比，称为，称为，称为，称为分配系数，用分配系数，用分配系数，用分配系数，用 K K 表示。表示。表示。表示。2023/2/182023/2/18 K K c cS S /c/cMM 在一定温度、压力下，组分的分配系数在一定温度、压力下，组分的分配系数在一定温度、压力下，组分的分配系数在一定温度、压力下，组分的分配系数K K 越大，越大，越大，越大，出峰越慢；反之，出峰越慢；反之，出峰越慢；反之，出峰越慢；反之，K K 越小，则出峰越快。越小，则出峰越快。越小，则出峰越快。越小，则出峰越快。K K 的大小的大小的大
20、小的大小主要取决于主要取决于主要取决于主要取决于组分和固定相的性质组分和固定相的性质组分和固定相的性质组分和固定相的性质，以及，以及，以及，以及柱温柱温柱温柱温、柱压柱压柱压柱压等条件。等条件。等条件。等条件。2023/2/182023/2/18（二）色谱分离的基本原理（二）色谱分离的基本原理 如如果果试试样样中中的的各各组组分分在在色色谱谱两两相相间间有有不不同同的的分分配配系系数数，当当两两相相作作相相对对运运动动时时，各各组组分在两相间分在两相间反复多次分配反复多次分配，最后，最后彼此分离彼此分离。2023/2/182023/2/18 色谱分离的关键：色谱分离的关键：（1 1 1 1）各
21、组分的）各组分的）各组分的）各组分的 K K 不相同；不相同；不相同；不相同；（2 2 2 2）分配次数足够多。）分配次数足够多。）分配次数足够多。）分配次数足够多。当当当当分分分分离离离离对对对对象象象象确确确确定定定定后后后后，欲欲欲欲使使使使各各各各组组组组分分分分的的的的 K K 不不不不同同同同，就就就就应应应应选择适当的固定相选择适当的固定相选择适当的固定相选择适当的固定相；要要要要想想想想分分分分配配配配次次次次数数数数足足足足够够够够多多多多，就就就就应应应应该该该该选选选选择择择择恰恰恰恰当当当当的的的的分分分分离离离离操作条件操作条件操作条件操作条件，提高柱效率。，提高柱效率。，提高柱效率。，提高柱效率。2023/2/182023/2/18