1、第二章 气相色谱分析(Gas Chromatography),2-1 气相色谱法概述 色谱法(Chromatography)是一种分离分析方法。它是利用各物质在两相中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的 1903年,俄国植物学家Mikhail Tswett首先采用色谱法分离植物色素 Nobel Prize Laureates: A.J.P. Martin, and R.L.M. Synge(英国); Tiselins(瑞典)；1937-1972, 12 Nobel Prize awards related to chromatography
2、,色谱分析示意图:,固定相:不动的一相; 流动相：携带样品流过固定相的流动体Tswett方法 (经典方法) Off line 现代色谱法 On line,2.色谱法分类,1按两相状态分类A. 气相色谱(GC): 气体为流动相的色谱气固色谱: 固定相是固体吸附剂气液色谱: 固定相是固定液B. 液相色谱(LC): 液体为流动相的色谱液固色谱: 固定相是固体吸附剂液液色谱: 固定相是固定液C. 超临界流体色谱(SFC): 流动相为超临界流体,2按分离机理分类,分配色谱:利用组分在固定液（固定相）中溶解度不同而达到分离的方法, 气液/液液吸附色谱:利用组分在吸附剂（固定相）上的吸附能力强弱不同而得以分
3、离的方法, 气固/液固离子交换色谱:利用组分在离子交换剂（固定相）上的亲和力大小不同而达到分离的方法, LC一种尺寸排阻色谱法(凝胶色谱法):利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透而达到分离的方法, LC一种亲和色谱法: 利用不同组分与固定相（固定化分子）的高专属性亲和力进行分离的技术称为亲和色谱法，常用于蛋白质的分离, LC一种,3按固定相的形式分类,固定相装于柱内的色谱法，称为柱色谱。固定相填充满玻璃或金属管中的称为填充柱色谱；固定相固定在管内壁的称为开管柱色谱或毛细管柱色谱。 固定相呈平板状的色谱法，称为平板色谱，它又可分为薄层色谱和纸色谱。,柱色谱 填充柱色谱和开管柱色谱 平板色谱
4、 薄层色谱和纸色谱,4.按固定相材料分类,离子交换色谱: 以离子交换剂为固定相 尺寸排阻色谱法(凝胶色谱法):以孔径有一定范围的多孔玻璃或多孔高聚物为固定相 化学键合相色谱: 采用化学键合相（即通过化学反应将固定液分子键合于多孔载体，如硅胶上） 亲和色谱法: 以固定化的具有高专属性亲和力蛋白质/抗体/抗原为固定相,气相色谱法简介,以气体为流动相的柱色谱分离分析方法，可分为气液色谱法和气固色谱法。 GC具有分离效率高、灵敏度高(检测下限10-1210-14g ) 、分析速度快及应用范围广等特点。 GC能分离性质极相似的物质，如同位素、同分异构体、对映体以及组成极复杂的混合物，如石油、污染水样及天
5、然精油等。 凡能够气化且热稳定、不具腐蚀性的液体或气体，都可用气相色谱法分析。高沸点及热不稳定物物质可衍生化.,气相色谱仪,GC工作过程,1.气路系统,气路系统的目的是将样品载入色谱柱分离后进入检测器测定 气相色谱常用的载气为氮气、氢气和氦气等。载气的选择主要由检测器性质及分离要求所决定 载气在进入色谱仪前必须经过净化处理 载气流量由稳压阀或稳流阀调节控制,2. 进样系统(进样器，气化室)液体样品的进样通常采用微量注射器，气体样品的进样通常采用医用注射器或六通阀。,气化室,气化室的作用是将液体或固体样品瞬间气化而不分解,后进柱分离,3.分离系统:分离样品 （色谱柱，控制温度系统）,色谱柱色谱柱
6、是色谱仪的心脏，安装在温控的柱室内，色谱柱有填充柱和开管柱（亦称毛细管柱）两大类。,控制温度系统,色谱柱的温度控制方式有恒温和程序升温二种。 程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。 对于沸点范围很宽的混合物，往往采用程序升温法进行分析。,Temperature Programming,4.检测系统和数据处理系统,检测器把进入的组分按时间及其浓度或质量的变化，转化成易于测量的电信号，经过必要的放大传递给记录仪或计算机，最后得到该混合样品的色谱流出曲线及定性和定量信息。常见的有热导检测器、火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检
7、测器等,气相色谱仪可以大致分为以下几大部分： 1.气路系统 2.进样系统 3.分离系统 4.检测系统 5.数据处理系统,色谱流出曲线及有关术语 流出曲线和色谱峰,基本术语 (1),1. 基线柱中仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录值，即图中Ot线稳定的基线应该是一条水平直线 2. 死时间tM不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间称为死时间，如图中 OA,3. 保留时间tR,试样从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间，称为保留时间，如图OB它相应于样品到达柱末端的检测器所需的时间.,某组份的保留时间扣除死时间后称为该组份的调整保留时间，即 tR = tR-t
8、M,4调整保留时间tR,指色谱柱在填充后，柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和当后两项很小而可忽略不计时，死体积可由死时间与流动相体积流速F0（Lmin）计算：VM = tMF0,5死体积 VM,从进样开始到被测组份在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相体积。保留体积与保留时间tR的关系如下： VR = tRF0,6保留体积 VR,某组份的保留体积扣除死体积后，称该组份的调整保留体积，即VR= VR- VM,7调整保留体积VR,色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h表示，如图中BA,8. 峰高,9、区域宽度,1. 标准偏差 即0607倍峰高处色谱峰宽的
9、一半，图中EF距离的一半。 2. 半峰宽Y1/2 即峰高一半处对应的峰宽，如图中GH间的距离它与标准偏差的关系是：Y1/2 = 2.354 3. 峰底宽Y 即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距，如图中IJ的距离它与标准偏差的关系是：Y = 4,某组份2的调整保留值与组份1的调整保留值之比，称为相对保留值：,10相对保留值r21 (柱选择因子),r值越大，表示固定相对组分的选择性越高，则两组分分离得越开。r等于1时，两组分重叠。 必须注意:相对保留值绝对不是两个组份保留时间或保留体积之比 。,线速度,流动相线速度:,组分速度:,色谱曲线之用途,根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组 份的最少个
10、数 依据色谱峰的保留值(或位置）进行定性分析 依据色谱峰的面积或峰高进行定量分析 依据色谱峰的保留值以及峰宽评价色谱柱的分离效能 色谱峰两峰间的距离，是评价固定相(和流动相)选择是否合适的依据,2-2 色谱分析理论基础,色谱分离是色谱体系热力学过程和动力学过程的综合表现 热力学过程是指与组分在体系中分配系数相关的过程(两峰间的距离) 动力学过程是指组分在该体系两相间扩散和传质的过程(峰的宽或窄) 各待测组分在色谱体系中的热力学/动力学性质的不同决定了它们的分离程度,分配色谱的分离是基于样品组分在固定相/流动相之间反复多次地分配过程，即组分在固定相上的溶解-挥发或吸附-解吸过程, 这种分离过程可
11、用样品分子在两相间的分配系数来描述。分配系数:在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值,分配系数K,分配系数与分离性能,K决定于组分和两相的热力学性质。在一定温度下，K小的组分在流动相中浓度大，先流出色谱柱；反之，后流出色谱柱。两组分K值之比大，（不是指每一组分的K的绝对值越大），是获得良好色谱分离的关键。 分配系数与温度成反比，增加温度，分配系数变小。在气相色谱分离中，柱温是一个很重要的操作参数，温度的选择对分离影响很大，而对液相色谱分离的影响小,分配比k (容量因子),分配比是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，在固定相和流动相中的总质量比。即,K与
12、k关系,分配比不但与组分和两相性质有关，而且还与两相体积有关,基本保留方程:,表示组分保留时间与柱长、流动相速度、分配比、分配系数和两相体积之间的关系。,一 塔板理论 由Martin等人提出,获Nobel Prize. 塔板的概念是从精馏中借用来的,该理论将一根色谱柱当作一个精馏塔，其中的每一小段色谱柱相当于精馏塔中的一个塔板,从而描述组分在色谱柱内的分配行为. 塔板理论是一种半经验理论，但它能成功地解释色谱流出曲线呈正态分布。同时引入理论塔板数作为衡量柱效率的指标。,色谱分离的基本理论,精馏塔示意图,把色谱柱比作精馏塔，视作由许许多多小段(塔板)组成,且塔板与塔板之间不连续;塔板之间无分子扩
13、散。 组分在每块塔板的两相间的分配平衡瞬时达到，达到一次分配平衡所需的最小柱长称为理论塔板高度 H。 一个组分在每块塔板上的分配系数相同 流动相以不连续的形式加入，即以一个一个的塔板体积加入，连续的色谱过程视作一个塔板中的两相平衡过程的重复。 塔板数越多，组分在柱内两相间达到分配平衡的次数也越多，柱效越高，分离就越好。 理论塔板数为:,塔板理论假定,m=1g, k=1,塔板理论之推导结论:,当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数n大于50时，可得到基本对称的峰形曲线在色谱柱中，n值一般都是很大的，如GC中可达103106 ，其流出曲线可趋近于正态分布曲线； 当样品进入色谱柱后，只要各组分在两相间
14、的分配系数K有微小差异，经过反复多次的平衡后，仍可获得良好的分离,理论塔板数(注意单位),而理论塔板高度（H）即：,例：在柱长2m、5%阿皮松柱、柱温100OC、记录纸速为2.0cm/min的实验条件下，测定苯的保留时间为1.5min，半峰宽为0.20cm。求此色谱柱的理论塔板高度。,解：依据：=1.2103 H=2000/1.2103=1.7（mm）,对于一个色谱系统来讲，理论塔板数越多，理论塔板高度越小，色谱峰越窄，表明柱效越高。 因此，理论塔板数可以用来 1、比较色谱仪的性能用两台不同的色谱仪测定同一个物质，比较塔板数 2、比较色谱柱的性能用同一台色谱仪,塔板理论之局限性,塔板理论是一种
15、半经验性的理论，它用热力学的观点定量说明了溶质在色谱柱中分配平衡和分离过程，导出流出曲线的数学模型，并成功地解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置，还提出了计算和评价柱效的参数 但是色谱过程不仅受热力学的因素影响，而且还与分子的扩散、传质等动力学因素有关，塔板理论它的某些基本假设并不完全符合柱内实际发生的分离过程，只能定性地给出板高的概念，却不能解释板高受哪些因素影响，也不能说明为什么在不同的流速下，可以测得不同的理论塔板数，因而限制了它的应用,二 速率理论,1956年van Deemter等提出了色谱过程动力学理论速率理论。他们吸收了塔板理论中板高的概念，并充分考虑了组分在两相间的扩散和传质
16、过程，从而在动力学基础上较好地解释了影响板高的各种因素。该理论模型对气相、液相色谱都适用。 van Deemter方程的数学简化式为,式中u为流动相的线速度；A，B，C为常数，分别代表涡流扩散项系数、分子扩散项系数、传质项系数。现分别叙述各项系数的物理意义。,A.涡流扩散项(Eddy diffusion),在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时，流动相由于受到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向，使组分分子在前进中形成紊乱的类似“涡流”的流动，故称涡流扩散.,涡流扩散与填充物的平均直径dp的大小和填充不规则因子有关，与流动相的性质、线速度和组分性质无关。 为了减少涡流扩散，提高柱效，使用细而
17、均匀的颗粒，并且填充均匀是十分必要的。对于空心毛细管，不存在涡流扩散。因此A0。,涡流扩散展宽度,B. 纵向扩散（longitudinal diffusion）,纵向扩散(纵向分子扩散)是由浓度梯度造成的。组分从柱入口加入，其浓度分布的构型呈“塞子”状。随着流动相向前推进，由于存在浓度梯度，“塞子”必然自发地向前和向后扩散，造成谱带展宽。,为弯曲因子，它反映了固定相颗粒的几何形状对自由分子扩散的阻碍情况,一般小于1 Dg为组分在流动相中扩散系数。 Dg随柱温升高而增加，与柱压成反比; Dg与流动相的相对分子质量M的关系为Dg M-1/2，故在GC中，若用氢气作流动相产生的纵向分子扩散要比用氮气
18、时严重。,纵向分子扩散展宽度,C. 传质阻力,传质阻力分为气相传质阻力和液相传质阻力，组分从流动相扩散到流动相与固定相界面的传质过程中所受到的阻力称为气相传质阻力符号同前如何减小流气相传质阻力? 采用细颗粒的固定相 增大组分在流动相中的扩散系数 适当降低流动相线速 选用短柱,D. 液相传质阻力,组分从两相界面扩散到液相内部，达到分配平衡后又返回两相界面时受到的阻力，称为液相传质阻力。 如何减小液相传质阻力?采用低含量固定液，以减小固定液液膜厚度，但使k也减小 选用低粘度固定液，增大组分在固定液中的扩散系数 适当提高柱温及降低流速 尽可能使用短柱,Van Deemter方程:,A为涡流扩散项系数
19、；B为纵向分子扩散项系数；C为气相传质阻力和液相传质阻力项系数之和,由此可知:流动相线速u一定时，仅在A、B、C较小时，塔板高度H才能较小，柱效才较高；反之柱效较低，色谱峰将展宽。,流动相线速度,分子扩散项和传质阻力项对板高的贡献,2-3 色谱分离条件的选择 1.分离度,选择性,柱效(理论塔板数)均不能很好地衡量一个色谱系统的分离好坏,如右图分离度可很好判断分离好坏:,分离度是既能反映柱效又能反映选择性的指标，又称总分离效能指标或分辨率.,例 已知某色谱柱的理论塔板数为3600,组分A和B在该柱上的保留时间为27mm和30mm,求两峰的半峰宽和分离度.,Y (1)=27/(3600/16)1/
20、2=1.8 mm Y1/2(1)1.8/1.71.06 mm Y(2)=30/(3600/16)1/2=2.0 mm Y1/2(2)2.0/1.71.18 mm R2(30-27)/(1.8+2)6/3.81.6,解,Y=1.7Y1/2,R值越大，表明相邻两组分分离越好。 R1时，分离程度可达97.7(两个峰高相同) 对于两个峰高相同的对称峰，达到基线分离时，R=1.5，此时，两组分的分离程度达99. 7%, 故常用R=1.5作为相邻两组分已完全分离的标志。,如何判断完全分离?,不同分离度时色谱峰分离的程度,色谱分离基本方程:,柱效的影响 柱长Ln，柱长 R，但分析时间，且峰宽。因此为了增高柱
21、效，用减小塔板高度H的办法比增加柱长要好。给定R下的塔板数:,分配比的影响 k , R, 但k值越大，分析时间越长，峰越展宽。通常k值选在1-10范围相对保留值 越大，柱选择性越好，对分离越有利。,色谱分离操作条件的选择:,1柱长的选择 固然增加柱长可使理论塔板数增大，但同时使峰宽加大，分析时间延长。因此，填充柱的柱长要选择适当。过长的柱子，总分离效能也不一定高。一般情况下，柱长选择以使组分能完全分离，分离度达到所期望的值为准。,例 在一根1m长的色谱柱上测得两组分的分离度为0.68,要使它们完全分离,则柱长应为多少？ 解:根据公式，有,即在其他操作条件不变的条件下，色谱柱长要选择4.87m左
22、右才能使分离度达R=1.5,组分达到完全分离。,2.载气及其流速的选择,最小塔板高度和最佳线速,例：已知一色谱柱在某温度下的速率方程的A=0.08cm; B=0.65cm2/s; C=0.003s, 求最佳线速度u和最小塔板高H.,解: 欲求 u最佳和H最小,要对速率方程微分,即dH/dud(A+B/u+Cu)/du-B/u2+C0而最佳线速: u最佳(B/C)1/2最小板高: H最小A+2(BC)1/2可得 u最佳(0.65/0.003)1/214.7cm/sH最小0.08+2(0.650.003)1/20.1683cm,3柱温的选择,提高柱温可使气相、液相传质速率加快，有利于降低塔板高度，
23、改善柱效 增加柱温同时又加剧纵向扩散，从而导致柱效下降 较高柱温会导致固定液流失，缩短柱子使用寿命 较低柱温可改善分离，提高选择性，但会增长分析时间。 因此，选择柱温要兼顾几方面的因素。一般原则是： 1、在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取适当低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度 2、对于宽沸程的多组分混合物，可采用程序升温法,4载体粒度及筛分范围的选择 载体的粒度愈小，填装愈均匀，柱效就愈高。但粒度也不能太小。否则，阻力压也急剧增大。一般粒度直径为柱内径的120l25为宜。,5进样量的选择 在实际分析中最大允许进样量应控制在使半峰宽基本不变，而峰高与进样量成线性关系。如果超过
24、最大允许进样量，线性关系遭破坏。,2 - 4 固定相及其选择,GC按使用的固定相性质分为气固色谱和气液色谱。 气固色谱固定相为吸附剂，气液色谱填充柱固定相由固定液和载体组成。 由于使用惰性气体作流动相，可以认为组分与流动相分子之间基本没有作用力，决定色谱分离的主要因素是组分和固定相分子之间的相互作用力,1.气-固色谱固定相固体吸附剂,炭, 非极性吸附剂; 可分离醇、酸、酚、胺等多种极性化合物也可分离某些异构体。如Carbopack 氧化铝, 中等极性吸附剂，热稳定性和机械强度都很好，主要用于分析C1-C4烃类及其异构体 硅胶, 强极性吸附剂, 用于分析硫化物,如DG系列多孔硅珠，Chromos
25、il、Porasil、Spherosil等 分子筛, 强极性吸附剂，人工合成的硅铝酸盐，可分析H2、O2、N2、CH4和CO 高分子多孔微球, 新型的合成有机固定相, 可分析极性的多元醇、脂肪酸或非极性的烃、醚等,要求:吸附容量大，热稳定性好，在使用温度下不发生催化活性,气液色谱固定相 1.担体（载体）,载体要求:化学惰性，无表面吸附作用，孔穴均匀，比表面大，耐热性强，无催化活性以及有一定机械强度和浸润性。 硅藻土载体使用前须酸洗、碱洗、硅烷化等方法进行处理，目的是要分别消除碱性作用中心、酸性作用中心、硅醇基活性氢与组分的作用，以减少峰的拖尾，或不可逆吸附，改进分离。,载体类型,硅藻土和非硅藻
26、土两类。硅藻土载体是目前气相色谱中常用的一种载体 红色硅藻土和白色硅藻土 红色硅藻土适宜于分析非极性或弱极性物质。 白色硅藻土分析各种极性化合物非硅藻土载体有有机玻璃微球载体，氟载体，高分子多孔微球等。这类载体常用于特殊分析，如HF、Cl2分析,硅藻土载体表面不是完全惰性的，具有活性中心。如硅醇基,或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾。因此，使用前要进行化学处理，以改进孔隙结构，屏蔽活性中心。处理方法有酸洗、碱洗、硅烷化及添加减尾剂等。,载体的表面处理,（i）酸洗：用3-6molcm-3盐酸浸煮载体、过滤，水洗至中性。甲醇淋洗，脱水烘干。可除去无机盐，Fe,Al等金属氧化物。适用于
27、分析酸性物质。 （ii）碱洗：用5%或10%NaOH的甲醇溶液回流或浸泡，然后用水、甲醇洗至中性，除去氧化铝，用于分析碱性物质。 (iii)硅烷化：用硅烷化试剂与载体表面硅醇基反应，使生成硅烷醚，以除去表面氢键作用力。如：,常用硅烷化试剂有二甲基二氯硅烷（DMCS），六甲基二硅烷胺（HMDS）等。,固定液,气液色谱中使用的固定液是高沸点有机物，它涂布在惰性载体表面。理想的固定液应满足如下要求： 对被测组分化学惰性。 热稳定性好，在操作温度下固定液的蒸气压很低，不易流失。 对不同的物质具有较高选择性。 粘度小、凝固点低，从而可降低固定液的最低使用温度，扩大温度使用范围。 对载体表面具有良好浸润性
28、，易涂布均匀。,组分与固定液分子间的作用力,固定液能将不同组分分离是由于组分在固定液中的溶解度不同，而溶解度的差别与组分和固定液分子间的相互作用力大小有关 分子间的作用力主要有定向力、诱导力、色散力和氢键等。,固定液的特性 固定液的特性主要是指它的极性或选择性，用它可描述和区别固定液的分离特征。目前大都采用相对极性和固定液特征常数表示。,（i）相对极性：1959年由Rohrschneider（罗氏）提出用相对极性P来表示固定液的分离特征。此法规定非极性固定液角鲨烷的极性为0，强极性固定液，-氧二丙睛的极性为100然后，选择一对物质（如正丁烷一丁二烯或环乙烷一苯），来进行试验。分别测定它们在氧二
29、丙腈、角鲨烷及欲测固定液的色谱柱上的相对保留值，将其取对数后，得到:,固定液特征常数,Kovats指数 以正构烷烃系列为参比标准,表示一个组分的相对保留能力的大小,可用以定性分析 Rohrschneider和McReynolds常数Rohrschneider和McReynolds常数表示固定液的相对极性,为选择合适的固定液提供参考,Kovats保留指数,保留指数与相对保留值相似，也是用来表示一个组分的相对保留能力的大小。 两者之间的差别在于，相对保留值以任意选定的单个化合物为参比标准，保留指数以正构烷烃系列为参比标准。,以正构烷烃系列为参比标准,Rohrschneider和McReynolds
30、常数,Rohrschneider常数表示固定液的相对极性,用I 表示。I值越大，表示固定液和组分之间的作用力越大。分别测定五种不同作用力的标准物质在被测固定液和参比固定液角鲨烷（非极性）上的保留指数，并计算出在两种固定液上的保留指数差值，即I McReynolds常数则测定了十种物质(常用前五种),226种固定液的II值反映了固定液与不同功能团分子之间的作用,并提供了量化指标,可指导实际工作,选择最佳的固定液,固定液的选择性,组分分子的蒸汽压和其与固定液分子之间的分子作用力决定了其流出色谱柱的次序由于两种力交叉作用，且力的大小不可能量化，因此只有通过实验才知道正确流出的次序两组分要获得良好选择
31、性，必须满足：蒸汽压有足够差别或活度系数要有足够差别如两组分沸点接近，可通过选择与两者的作用力有足够大差别的固定液获得良好分离,固定液的选择原则,对非极性混合物一般选择非极性固定液，各组分按沸点顺序出峰；若非极性混合物中含有极性组分，测沸点相近的极性组分先流出 对中等极性混合物一般选择中等极性固定液。若诱导力很小，则组分基本上按沸点顺序出峰。 对强极性组分一般选择强极性固定液，各组分按极性顺序出峰，如果极性组分中含有非极性组分，则非极性组分最先流出。 对易形成氢键的组分应选用氢键型固定液或极性固定液，组分按形成氢键能力的大小顺序出峰,2-5 检测器,GC检测器是把载气里被分离的各组分的浓度或质
32、量转换成电信号的装置。 1. 浓度型检测器 测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，如热导检测器和电子捕获检测器。 2. 质量型检测器 测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的质量成正比。如火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。,TCD是根据不同的物质具有不同的热导系数原理制成的。 TCD结构简单，性能稳定， 通用性好,几乎对所有物质都有响应，且线性范围宽，价格便宜，应用最广，最成熟的一种检测器。 浓度型检测器 缺点是灵敏度较低。,.热导检测器（TCD）,桥电流 热导池的灵敏度与桥电流三次方成正比,桥电流增加，灵敏度就提高,但电流太大会影响钨丝寿命,且
33、噪声加大, 一般桥电流控制在100200mA左右（N2作载气时为100150mA，H2作载气时150200mA为宜） 载气 载气与组分的热导系数差别越大，相应的输出信号也越大,一般采用热导系数大的载气如氢气或氦气 温度 柱室温度的波动会使热丝温度发生变化，而检测室温度的波动将影响热传导的稳定性，所以必须严格控制柱室和检测室的温度.,影响TCD灵敏度的因素,二.氢火焰离子化检测器（FID）,FID工作原理,FID以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。,FID能检测大多数含碳有
34、机化合物(通用型) 灵敏度高，比TCD高约103倍； 死体积小，响应速度快; 线性范围宽，可达106以上； 结构不复杂，操作简单，是目前应用最广泛的色谱检测器之一。(质量型检测器) 缺点:不能检测永久性气体:水、CO、CO2、NOX、H2S等,FID特点,放射源的射线将载气（N2或Ar）电离，产生次级电子和正离子，在电场作用下，电子向正极走向移动，形成恒定基流。 当电负性溶质进入检测器时，电负性溶质就能捕获这些低能量的自由电子，形成稳定的负离子，负离子再与载气正离子复合成中性化合物，使基流降低而产生负信号倒峰 。,三.电于捕获检测器(ECD)的工作原理,电子捕获检测器(ECD),ECD特点,选
35、择性很强的检测器，对具有电负性物质（如含卤素、硫、磷、氰等的物质）的检测有很高灵敏度（检出限约10-14gcm-3）。 浓度型检测器 已广泛应用于农药残留量、大气及水质污染分析，以及生物化学、医学、药物学和环境监测等领域中。 缺点是线性范围窄，只有103左右，且响应易受操作条件的影响，重现性较差。,四.火焰光度检测器(FPD),选择性检测器,又称硫、磷检测器，对含磷、硫有机化合物具有高选择性, 高灵敏度检测器，检出限可达10-12gL-1（对P）或10-11gL-1（对S）。 质量型检测器 可用于大气中痕量硫化物以及农副产品，水中的毫微克级有机磷和有机硫农药残留量的测定。,当激发态S2*分子返
36、回基态时发射出特征波长光max为394nm。 对含磷化合物燃烧时生成磷的氧化物，然后在富氢火焰中被氢还原，生成的HPO碎片可化学发光(max=526nm) 这些光由光电信增管转换成信号，经放大后由记录仪记录。,火焰光度检测器的工作原理,线性范围,检测器响应信号与被测组分质量/浓度呈线性关系的范围,常以线性范围内最大进样量与最小进样量的比值来表示:,CACA,CBCB,检测器的性能指标,灵敏度S 响应信号对进样量的变化率.,浓度型A:峰面积 qv,0:流动相的体积流速,质量型,最小检测量指产生和躁声相鉴别的信号所需的进样量。对于质量型检测器组成的色谱仪，最小检测量为,浓度型检测器的最小检测量 D
37、:检出限,最小检测量,常见检测器性能比较,2-6 定性和定量分析,气相色谱分析对象是在气化室温度下能成为气态的物质。除少数外，大多数物质在分析前都需要预处理。例如，A. 样品中含有大量的水，乙醇或被强烈吸附的物质，可导致色谱柱性能变坏; B.一些非挥发性物质进入色谱柱，本身还会逐渐降解，造成严重噪声。C. 还有些物质，如有机酸，极性很强，挥发性很低，热稳定性差,必须先进行化学处理，如重氮甲烷甲酯化;三甲基硅烷化等,使它们转变为稳定的,易挥发的物质后,才能进行色谱分析。,1. 定性分析,比较法：采用未知组分的保留值与相同条件下的标准物质的保留值进行比较必要时还须应用其它化学方法或仪器分析方法(如
38、质谱,光谱)联合鉴定，才能准确判断存在的组分,气相色谱定性分析中最方便的方法 在相同条件下，如果标准物质的保留值与被测物中某色谱峰的保留值一致，可初步判断二者可能是同一物质。 也可以在样品中加入一已知的标准物质，若某一峰明显增高，则可认为此峰代表该物质。,A.利用保留值定性,A. 利用已知纯物质与未知样品对照定性,利用相对保留值定性比用保留值定性更为方便、可靠。这种方法要求找一个基准物质，一般选用苯、正丁烷、环己烷等作为基准物。所选用的基准物的保留值尽量接近待测样品组分的保留值。,B. 根据相对保留值定性,C. 利用保留指数定性 保留指数又称Kovasts指数，是一种重现性较其他保留数据都好的
39、定性参数，可根据所用固定相和柱温直接与文献值对照，而不需标准样品。,Kovats保留指数,保留指数与相对保留值相似，也是用来表示一个组分的相对保留能力的大小。 两者之间的差别在于，相对保留值以任意选定的单个化合物为参比标准，保留指数以正构烷烃系列为参比标准。,以正构烷烃系列为参比标准,例乙酸正丁酯在阿皮松L柱上的流出曲线（柱温100）。由图中测得调整保留值为：乙酸正丁酯3100mm，正庚烷1740mm，正辛烷3734mm，求乙酸正下酯的保留指数。,解 已知n=7,即乙酸正丁酯的保留指数为7756。在与文献值对照时，一定要重视文献值的实验条件，如固定液、柱温等。而且要用几个已知组分进行验证。,双
40、柱、多柱定性,利用保留值定性必须注意，在同一柱上，不同的物质常常会有相同的保留值，所以单柱定性是不可靠的 解决的办法是选择极性不同的二根或二根以上柱子再进行比较，若在二根极性不同的柱上，标准物质与被测组分的保留值相同，则可确定该被测组分的存在。,与其他方法结合定性,气相色谱与质谱、Fourier红外光谱、发射光谱等仪器联用是目前解决复杂样品定性分析最有效工具之一。,2. 定量分析,气相色谱定量分析是根据检测器对溶质产生的响应信号与溶质的量成正比的原理，通过色谱图上的面积或峰高，计算样品中溶质的含量,1.峰面积测量方法 （l）对称形峰面积的测量-峰高乘半峰宽法 A=1065hY12 （2）不对称
41、峰面积的测量-峰高乘平均峰宽法(3)由色谱仪配有电子积分仪或微处理机来自动完成,2. 定量校正因子,色谱定量分析是基于峰面积与组分的量成正比关系。但由于相同的峰面积并不意味着相等物质的量。因此，在计算时需将面积乘上一个换算系数，使组分的面积转换成相应物质的量，即 fi=mi/Ai 定量校正因子定义为：单位峰面积的组分的量,由于不易得到准确的绝对校正因子(仪器灵敏度变化等影响)，在实际定量分析中采用相对校正因子。 相对定量校正因子fi定义为：组分的绝对校正因子fi和标准物的绝对校正因子fS之比即为该组分的：,一般来说，热导池检测器标准物用苯，火焰离子检测器用正庚烷。,相对定量校正因子,凡文献查得
42、的校正因子都是指相对校正因子 对应于不同的测量参数，分别有质量校正因子，摩尔校正因子以及体积校正因子。,相对校正因子的获得,3常用的定量计算方法,（l）归一化法 归一化法是气相色谱中常用的一种定量方法。适合于对多组分试样中各组分含量的分析。前提条件是试样中各组分必须全部流出色谱柱，并在色谱图上都出现色谱峰。,归一化的计算公式,同分异构体,其fi相同,峰高,峰面积,外标法是所有定量分析中最通用的一种方法，即所谓校准曲线法。 用被测组分的纯物质配制一系列不同含量的标准溶液，在一定色谱条件下分别进样分离，测得相对应的响应值（峰高或峰面积），绘制含量响应曲线，在同样条件下测得被测组分的响应值，再从曲线
43、上查得相应的含量。 外标法简便，不需要校正因子，但进样量要求十分准确，操作条件也需严格控制。它适用于日常控制分析和大量同类样品的分析。,（2）外标法,（3）内标法（有些组分不出峰）,内标法:选择一种与样品性质相近的物质为内标物，加入到已知质量的样品中，进行色谱分离，测量样品中被测组分和内标物的峰面积，被测组分的质量分数：,在测定相对校正因子时，常以内标物本身作为标准物，则fs=1。式中，Ai和 As分别为样品中被测组分和内标物峰面积；fi为相对校正因子；m和ms分别为样品和内标物的质量。, 样品中不含有内标物质 峰的位置在各待测组分之间或与之相近 稳定、易得纯品 与样品能互溶但无化学反应 内标
44、物浓度恰当，使其峰面积与待测组分相差不太大。,内标物的要求,2-9 气相色谱法的应用,气固色谱常用于永久性气体及低碳数化合物的分离。其分离原理是基于不同的气体在固体表面的吸附能力不同 气液色谱的应用更广泛,可分析几乎所有可气化而不分解的物质,还有通过化学衍生法分析热不稳定/难气化等物质 分离比较简单的样品，可以用填充柱，分离比较复杂的样品应用开管柱，并采用程序升温方式,柱:化学键合交联开管柱 固定液:PEG-20M 柱长30m，I.d. 0.25mm，thickness: 0.25m 采用程序升温方式,香水的成分GC分析,例 有一根 1.0m长的柱子，分离组分1和2得到如图的色谱图。图中横坐标l为记录笔走纸距离。若欲得到 R=12的分离度，理论塔板数应为多少？色谱柱要加到多长？,解：先求出相对保留值,再求出组分2的分配比k,求出组分2的理论塔板数,计算分离度R=1.2时所需要的理论塔板数：,因nL(H=L/n,H值不变)，则达到基线分离时的柱长：,
