《气相色谱法》PPT课件

《《气相色谱法》PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《气相色谱法》PPT课件（130页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、2022-7-21第二章第二章 气相色谱分析气相色谱分析第一节第一节 气相色谱法概述气相色谱法概述一、色谱法分类和特点一、色谱法分类和特点classification and character of chromatography 二、色谱分离原理二、色谱分离原理separation theory of chromatography 三、色谱流出曲线及术语三、色谱流出曲线及术语curve and glossary of chromatography Analysis of gas chromatography,GCgeneralization of gas chromatography2022

2、-7-21一、色谱法的分类和特点一、色谱法的分类和特点1.概述概述混合物最有效的分离、分析方法。混合物最有效的分离、分析方法。俄国植物学家茨维特（俄国植物学家茨维特（Tsweett）在）在1906年提出的，当时使用的装置（右图）：年提出的，当时使用的装置（右图）：其中的一相固定不动，称为其中的一相固定不动，称为固定相固定相；另一相是携带试样混合物流过固定相的另一相是携带试样混合物流过固定相的流体（气体或液体），称为流体（气体或液体），称为流动相流动相。色谱是一种分离技术。色谱是一种分离技术。（动画演示）（动画演示）2022-7-21（1）液相色谱）液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。流动相

3、为液体（也称为淋洗液）。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。2.色谱法分类色谱法分类 按照流动相的物态：按照流动相的物态：（2）气相色谱）气相色谱：流动相为气体（称为载气）。流动相为气体（称为载气）。按固定相的不同分为：气固色谱和气液色谱按固定相的不同分为：气固色谱和气液色谱 （3）超临界色谱）超临界色谱:流动相为超临界状态下的流体。流动相为超临界状态下的流体。2022-7-211.填充柱色谱填充柱色谱 固定相装填在色谱柱中固定相装填在色谱柱中按照固定相的使用形式按照固定相的使用形式2.薄层色谱薄层色谱 将吸附剂粉末制成薄层作固定相将吸附剂粉末制成薄

4、层作固定相 纸色谱纸色谱 滤纸为固定相滤纸为固定相 2022-7-21吸附色谱法；吸附色谱法；分配色谱法；分配色谱法；离子交换色谱法；离子交换色谱法；排阻色谱法。排阻色谱法。按分离过程的机制按分离过程的机制2022-7-21其他色谱方法其他色谱方法高效毛细管电泳高效毛细管电泳:九十年代快速发展、特别适合生物试样九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。分析分离的高效分析仪器。2022-7-213.色谱法的特点色谱法的特点（1）色谱分离体系具有两个相，固定相和流动相。）色谱分离体系具有两个相，固定相和流动相。（2）分离效率高）分离效率高 复杂混合物，有机同系物、异构体，手性异构体

5、。（3）分析速度快分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4）应用范围广应用范围广 气相色谱：沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。2022-7-21二、色谱分离原理二、色谱分离原理 使用外力使含有混合样品的流动相（气体、液体或使用外力使含有混合样品的流动相（气体、液体或超临界流体）通过一超临界流体）通过一固定于色谱柱上固定于色谱柱上且与流动相且与流动相互不相互不相溶溶的固定相表面。的固定相表面。样品中各组分在两相中样品中各组分在两相中作用力不同作用力不同，与固定相作用，与固定相作用强的组分随流动相流出的强的组分随流动相

6、流出的速度慢速度慢，反之，与固定相作用，反之，与固定相作用弱的组分随流动相流出的弱的组分随流动相流出的速度快速度快。由于流出的速度的差。由于流出的速度的差异，使得混合组分最终形成各个异，使得混合组分最终形成各个单组分的单组分的“带带(band)”或或“区区(zone)”，对依次流出的各个单组分物质可分别进，对依次流出的各个单组分物质可分别进行定性、定量分析。行定性、定量分析。1.色谱分离过程色谱分离过程2022-7-21混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同阶段的响应混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同阶段的响应动画演示2022-7-212.气相色谱结构流程气相色谱结构流程2022-7-

7、212.气相色谱结构流程气相色谱结构流程1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计；6-压力表；7-进样器；8-色谱柱；9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；载气系统进样系统色谱柱检测系统温控系统动画演示动画演示记录及数据处理系统2022-7-21GC检测流程演示检测流程演示（动画演示）2022-7-213.气相色谱仪的主要部件气相色谱仪的主要部件1.载气系统载气系统包括气源、净化干燥管和载气流速控制器包括气源、净化干燥管和载气流速控制器2022-7-21常用的载气有：氮气、氢气、氦气；净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性

8、炭等）；载气流速控制器：压力表、针形稳压阀、流量计，用于保证载气流速恒定。2022-7-212.进样系统进样系统进样装置：进样装置：进样器气化室气化室气化室：将液体试样瞬间气化的装置。2022-7-21液体进样器：不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10 L；毛细管色谱常用1 L。新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。动画演示动画演示2022-7-21气体进样器（六通阀）：气体进样器（六通阀）：试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；2022-7-213.3.分离系统（色谱柱、分离柱）分离系统（色谱柱、分离柱）

9、色谱柱：色谱柱：色谱仪的核心部件。柱材质：柱材质：不锈钢管（内径26mm）或熔融石英玻璃管（内径），长度可根据需要确定。动画演示动画演示2022-7-214.温度控制系统温度控制系统温度是色谱分离条件的重要选择参数。气化温度是色谱分离条件的重要选择参数。气化室、色谱柱、检测器三部分在色谱仪操作时室、色谱柱、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；均需控制温度；气化室：气化室：保证液体试样瞬间气化；保证液体试样瞬间气化；检测器：检测器：保证被分离后的组分通过时不在此保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；冷凝；2022-7-21色谱柱：色谱柱：准确控制分离需要的温度。当试样准确控制分离需要的温度。当

10、试样复杂时，色谱柱度需要按一定程序控制温度复杂时，色谱柱度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离。变化，各组分在最佳温度下分离。气化室检测器色谱柱2022-7-215.检测记录系统检测记录系统 通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图。检测器：检测器：广普型广普型对所有物质均有响应；对所有物质均有响应；专属型专属型对特定物质有高灵敏响应；对特定物质有高灵敏响应；有关检测器原理、结构见后续章节内容。2022-7-21三、色谱流出曲线与术语色谱流出曲线与术语1.基线基线

11、无待测试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。无待测试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。基线漂移和基线噪声基线漂移和基线噪声动画演示动画演示2022-7-21三、色谱流出曲线与术语色谱流出曲线与术语（1）时间表示的保留值）时间表示的保留值死时间（死时间（tM）：）：不与固定不与固定相作用的气体（如空气）相作用的气体（如空气）的保留时间；的保留时间；（动画演示）（动画演示）保留时间（保留时间（tR）：）：组分从进样到柱后出现浓度最大值时所需组分从进样到柱后出现浓度最大值时所需的时间；的时间；调整保留时间（调整保留时间（tR）：）：tR tRtM 2.保留值保留值 表示试样中各组分在色谱柱中的

12、滞表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。留时间的数值。2022-7-21（2）用体积表示的保留值）用体积表示的保留值死体积（死体积（VM）：）：VM tM F0 F0为柱出口处的载气流量为柱出口处的载气流量单位：单位：mL/min。保留体积（保留体积（VR）：）：VR tRF0调整保留体积调整保留体积(VR)：V R tRF0 VRVM2022-7-213.相对保留值相对保留值 21组分组分2与组分与组分1调整保留值之比：调整保留值之比：21=t R2 /t R1=V R2/V R1相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件

13、无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。4.峰高峰高峰高：峰高：色谱峰顶点向基线作垂线的距离。色谱峰顶点向基线作垂线的距离。单位：单位：mm或或cm2022-7-215.区域宽度区域宽度 峰底宽峰底宽（Y）：色谱峰两拐点的切线）：色谱峰两拐点的切线在基线上截距间的距离。单位：在基线上截距间的距离。单位：mm或或min。标准偏差标准偏差（）：即）：即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。倍峰高处色谱峰宽度的一半。半峰宽半峰宽（Y1/2）：峰高一半处的宽度。单位：）：峰高一半处的宽度。单位：mm或或min。三者间的关系：三者间的关系：Y1/22.35 ；

14、Y4 2022-7-216.峰面积峰面积21065.1YhA色谱峰与峰底之间的面积。色谱峰与峰底之间的面积。单位：单位：mm2或或mmmin对称的色谱峰：对称的色谱峰：不对称的色谱峰：不对称的色谱峰：2065.185.015.0YYhA2022-7-21a.根据色谱峰的位置（保留值）进行根据色谱峰的位置（保留值）进行定性测定性测定定；b.根据色谱峰的峰高或面积进行根据色谱峰的峰高或面积进行定量测定定量测定；c.根据色谱峰的位置及其宽度，可以对色谱根据色谱峰的位置及其宽度，可以对色谱柱分离情况柱分离情况进行评价进行评价。流出曲线（色谱图）的作用：流出曲线（色谱图）的作用：2022-7-21选择内

15、容选择内容：第一节第一节 气相色谱法概述气相色谱法概述generalization of gas chromatography第二节第二节 气相色谱理论基础气相色谱理论基础theoretical basis of gas chromatography第三节第三节 气相色谱的实验技术气相色谱的实验技术experimental technology of gas chromatography第四节第四节 气相色谱固定相气相色谱固定相Stationary phase of gas chromatography2022-7-21第二章第二章气相色谱分析气相色谱分析第二节第二节 气相色谱理论基础气相色谱

16、理论基础一、基本概念一、基本概念Basic conceptions二、塔板理论二、塔板理论plate theory三、三、速率理论速率理论rate theoryAnalysis of gas chromatography,GCtheoretical basis of gas chromatography2022-7-211.分配系数分配系数K（partition factor）组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附或溶解、组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附或溶解、挥发等过程叫做分配过程。挥发等过程叫做分配过程。在一定温度下，分配达到平衡时组分在两相间的浓度在一定温度下，分配达到平衡时组分在

17、两相间的浓度（g/mL）之比，称为分配系数，用）之比，称为分配系数，用K 表示。表示。Ms ccK 组组分分在在流流动动相相中中的的浓浓度度组组分分在在固固定定相相中中的的浓浓度度分配系数是色谱分离的依据。分配系数是色谱分离的依据。一、基本概念一、基本概念2022-7-21分配系数分配系数 K 的讨论的讨论 一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；试样一定时，试样一定时，K主要取决于固定相性质，每个组分在主要取决于固定相性质，每个组分在各种固定相上的分配系数各种固定相上的分配系数K不同，选择适宜的固定相可不同，选择适宜的固定相可改善分离效果；改善分

18、离效果；某组分的某组分的K=0时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留，最先流出。MsccK组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度 2022-7-212.分配比分配比（partion ratio）k 在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，分配比是指，在一定温度和压力下，分配达到平衡时组分在一定温度和压力下，分配达到平衡时组分在两相间的质量比。在两相间的质量比。Ms mmk 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量分配比也称：容量因子（分配比也称：容量因子（capaci

19、ty factor）或）或容量比（容量比（capacity ratio）2022-7-213.分配比分配比k与分配系数与分配系数K的关系的关系 VM为流动相体积；为流动相体积；Vs为固定相体积；为固定相体积；kVVkVmVmccKsmmMssms式中式中为相比（为相比（phase ratio）。）。填充柱相比：填充柱相比：635；毛细管柱的相比：；毛细管柱的相比：501500。2022-7-213.分配比分配比k与分配系数与分配系数K的关系的关系 分配比与分配系数的不同在于分配比不仅与组分分配比与分配系数的不同在于分配比不仅与组分和两相性质有关，而且还与两相体积有关。和两相性质有关，而且还与两

20、相体积有关。对于一给定的色谱体系，组分的分离最终决对于一给定的色谱体系，组分的分离最终决定于组分在每项中的定于组分在每项中的相对量相对量，而不是相对浓度，而不是相对浓度，因此分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的主要因此分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的主要参数。参数。k 值越大，保留时间越长。值越大，保留时间越长。2022-7-214.分配比分配比k与保留时间的关系与保留时间的关系 假设流动相的流速假设流动相的流速u，组分流速，组分流速uS，滞留因子（滞留因子（retardation factor）:RS=uS/ukmmmmmRMSMSSS1111RMMRSStttLtLuuR2022-7-21

21、kttRM11）（kttMR1MMMRtttttkR-2022-7-21色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学和色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学和动力学问题。动力学问题。组分保留时间组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制；：色谱过程的热力学因素控制；（组分和固定液的结构和性质）（组分和固定液的结构和性质）色谱峰变宽色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制；：色谱过程的动力学因素控制；（两相中的运动阻力，扩散）（两相中的运动阻力，扩散）两种色谱理论：塔板理论和速率理两种色谱理论：塔板理论和速率理论论组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？2022

22、-7-21二、塔板理论二、塔板理论将色谱柱当作一个精馏塔，将色谱分离过程比将色谱柱当作一个精馏塔，将色谱分离过程比作精馏过程，将连续的色谱分离过程分割成多作精馏过程，将连续的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复（类似于精馏塔的塔板上次的平衡过程的重复（类似于精馏塔的塔板上的平衡过程）；的平衡过程）；1.塔板理论（塔板理论（plate theory）2022-7-21a.两相间可以两相间可以很快地达到分配平很快地达到分配平衡衡，这样达到分配平衡的一小段，这样达到分配平衡的一小段柱长称为理论塔板高度；柱长称为理论塔板高度；b.载气进入色谱柱是载气进入色谱柱是脉动式脉动式的，的，每次进气为一个板体

23、积；每次进气为一个板体积；c.试样沿色谱柱方向的试样沿色谱柱方向的纵向扩散纵向扩散可略而不计可略而不计；d.分配系数分配系数在各塔板上是常数。在各塔板上是常数。塔板理论假定（塔板理论假定（4条）：条）：2022-7-21（动画演示）（动画演示）2022-7-21假设假设c0为进样浓度，为进样浓度，c为时间为时间t时，柱子出口的浓时，柱子出口的浓度，度，tR为保留时间，为保留时间，为标准偏差，则流出曲线为标准偏差，则流出曲线上的浓度上的浓度c与时间与时间t的关系可以用下式表达：的关系可以用下式表达：222)(02Rttecc2022-7-21假设色谱柱长：假设色谱柱长：L；虚拟的塔板间距离：；虚

24、拟的塔板间距离：H；色谱柱的理论塔板数：色谱柱的理论塔板数：n；则三者的关系为：则三者的关系为：n L/H222/1)(16)(54.5YtYtnRR理论保留时间包含死时间保留时间包含死时间tM，在死时间内组分不参与分配！，在死时间内组分不参与分配！理论塔板数与色谱峰参数之间的关系为：理论塔板数与色谱峰参数之间的关系为：2022-7-212.有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度222/1)(16)(54.5YtYtnRR理论有效有效nLH组分在组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有效时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数和有效塔板高度：塔板数和有效塔板高度：222/1)(16)(

25、54.5YtYtnRR有效2022-7-213.塔板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足(1)当色谱柱长度一定时，塔板数当色谱柱长度一定时，塔板数n越大，被测组越大，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。得色谱峰越窄。(2)一般情况下，一般情况下，不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质、固定相、流动相及操作条件。，应指明测定物质、固定相、流动相及操作条件。塔板理论在解释流出曲线的形

26、状；浓度极大点的塔板理论在解释流出曲线的形状；浓度极大点的位置；计算评价柱效能等方面是成功的。位置；计算评价柱效能等方面是成功的。2022-7-21(3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数当两组分的分配系数 K 相同时，无论该色谱柱的相同时，无论该色谱柱的塔板数塔板数n 多大，该两组分都无法分离。多大，该两组分都无法分离。(4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下，柱效不同的实验结果，也无法指出影响流速下，柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。柱效的因素及提高柱效的

27、途径。2022-7-21三、三、速率理论速率理论 rate theory1.速率方程（也称范弟姆特方程式）速率方程（也称范弟姆特方程式）H A+B/u+Cu H：理论塔板高度，：理论塔板高度，u：载气的线速度：载气的线速度(cm/s)减小减小A、B、C三项可提高柱效；存在着最佳流速；三项可提高柱效；存在着最佳流速；A、B、C三项各与哪些因素有关？三项各与哪些因素有关？2022-7-21 A 涡流扩散项涡流扩散项 A=2dp dp：固定相的平均颗粒直径：固定相的平均颗粒直径；：固定相的填充：固定相的填充不均匀因子不均匀因子固定相颗粒越小固定相颗粒越小dp，填充的越均匀，填充的越均匀，A，H，柱效

28、，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。窄。（动画）（动画）2022-7-21B/u 分子扩散项分子扩散项(1)存在着浓度差，产生纵向扩散存在着浓度差，产生纵向扩散;(2)扩散导致色谱峰变宽，扩散导致色谱峰变宽，H(n)，分离效果变差，分离效果变差;(3)分子扩散项与流速有关，流速分子扩散项与流速有关，流速，滞留时间，滞留时间，扩散，扩散;(4)扩散系数：扩散系数：Dg(M载气载气)-1/2；M载气载气，B值值。（动画）（动画）B 2 Dg ：弯曲因子。弯曲因子。Dg：试样组分分子在气相中的：试样组分分子在气相中的扩散系

29、数（扩散系数（cm2s-1）2022-7-21 k为容量因子；为容量因子；Dg、DL为扩散系数。为扩散系数。减小固定相颗粒粒度，选择小分子量的气体（减小固定相颗粒粒度，选择小分子量的气体（H2或或He）作载）作载气，可降低传质阻力。气，可降低传质阻力。C u 传质阻力项传质阻力项传质阻力包括气相传质阻力传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力和液相传质阻力CL，即：，即：C（Cg+CL）gfgDdkkC22)1(01.0LfLDdkkC22)1(32动画演示动画演示2022-7-212.速率理论的要点速率理论的要点（1 1）组分分子在柱内运行的多路径造成组分分子在柱内运行的多路径造成涡流扩涡

30、流扩散散、浓度梯度所造成的、浓度梯度所造成的分子扩散分子扩散及及传质阻力传质阻力使气使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。色谱峰扩展柱效下降的主要原因。(2)(2)通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。膜厚度及载气流速可提高柱效。2022-7-21(3)(3)速率理论为色谱分离和操作条件的选择提供速率理论为色谱分离和操作条件的选择提供了理论指导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的了理论指导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。影响。(4)(4)各种因素相

31、互制约，如载气流速增大，分子各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。佳条件，才能使柱效达到最高。2022-7-21选择内容选择内容：第一节第一节 气相色谱法概述气相色谱法概述generalization of gas chromatography第二节第二节 气相色谱理论基础气相色谱理论基础theoretical bas

32、is of gas chromatography第三节第三节 气相色谱的实验技术气相色谱的实验技术experimental technology of gas chromatography第四节第四节 气相色谱固定相气相色谱固定相Stationary phase of gas chromatography2022-7-21第二章气相色谱分析一、分离度一、分离度Resolution二、分离操作条件的选择二、分离操作条件的选择choice of separation operating condition第三节第三节 气相色谱的实验技术气相色谱的实验技术Analysis of gas chroma

33、tography,GCexperimental technology of gas chromatography2022-7-21一、分离度一、分离度 resolution 塔板理论和速率理论都难以描述难分离塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对物质对的实际分的实际分离程度，即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。离程度，即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。色谱分离中的四种情况如图所示：色谱分离中的四种情况如图所示：2022-7-21保留值之差保留值之差色谱过程的热力学因素；色谱过程的热力学因素；区域宽度区域宽度色谱过程的动力学因素。色谱过程的动力学因素。难分离物质对的分离度大小受色

34、谱过程中两种因素难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：的综合影响：单独用柱效单独用柱效n 或柱选择性或柱选择性r21 并不能真实地反映组分在色谱并不能真实地反映组分在色谱柱中的分离情况，所以在色谱分析中，需要引入柱中的分离情况，所以在色谱分析中，需要引入分离度分离度R 概念。概念。2022-7-21R：两峰的分离程度可达：两峰的分离程度可达89%；R1：分离程度：分离程度98%；R：达：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。（相邻两峰完全分离的标准）。分离度也称分辨率，指相邻两色谱峰保留值之差与分离度也称分辨率，指相邻两色谱峰保留值之差与两峰底宽平均值之比。两峰底宽平均值之

35、比。)(699.1)(2)(22)()1(2/1)2(2/11212121212YYttYYttYYttRRRRRRR）（2022-7-2112)(212YYttRRR212YttRR212)(4RRRtttn222/1)(16)(54.5YtYtnRR理论)1()(4212ktkktnMM22212)1()(4kkkkkn2221)1(114kkn222121114kkn)1(kttMR引入相对保留值和塔板数，令引入相对保留值和塔板数，令Y1Y2（相邻两峰的峰底宽近似（相邻两峰的峰底宽近似相等），则：相等），则：2022-7-2112)(212YYttRRRYttRR12YtttRRR112

36、/1)1(YtttRRR21212)1(4)1(2121有效n222/1)(16)(54.5YtYtnRR有效2022-7-21222121114kknR2121)1(4有效nR色谱分离的基本方程色谱分离的基本方程a.分离度与柱效的关系（柱效因子分离度与柱效的关系（柱效因子n）：）：分离度与分离度与n的平方根成正比；增加柱长可改进分的平方根成正比；增加柱长可改进分离度；增加离度；增加n值的另一办法是减小柱的值的另一办法是减小柱的H值。值。b.分离度与分配比的关系（容量因子分离度与分配比的关系（容量因子k）：）：k值大对分离有利，但并非越大越好，值大对分离有利，但并非越大越好，k 10 对对R的

37、改进不明显，的改进不明显，反而使分析时间大为延长。反而使分析时间大为延长。使使k改变的办法有：改变柱温和改变相比；使用改变的办法有：改变柱温和改变相比；使用死体积大的柱子，分离度要受到大的损失。死体积大的柱子，分离度要受到大的损失。相关信息：相关信息：c.分配比与柱选择性的关系（选择因子分配比与柱选择性的关系（选择因子）：）：越大，柱选择性越好，分离效果越好，增大越大，柱选择性越好，分离效果越好，增大值是提高分离度的有效办法；值是提高分离度的有效办法；增加增加简便而有效的方法是通过改变固定相，简便而有效的方法是通过改变固定相，使各组分的分配系数有较大差别。使各组分的分配系数有较大差别。有效有效

38、；HRLRn221212221212)1(16)1(162022-7-21例题：例题：在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒和秒和100秒，要达到完全分离，问至少需要多少块有效塔板？若填充秒，要达到完全分离，问至少需要多少块有效塔板？若填充柱的塔板高度为柱的塔板高度为0.1 cm，柱长是多少？，柱长是多少？解：解：21 100/85 n有效有效 16R2 21 /(21 1)2 2(1.18/0.18)2 1547（块）（块）L有效有效 n有效有效H有效有效 15470.1 155 cm 即柱长为即柱长为1.55米时，两组分可以得到完全分离。

39、米时，两组分可以得到完全分离。2022-7-211、载气及其流速的选择、载气及其流速的选择载气的选择应考虑三个方面：载气对柱效的影响、载气的选择应考虑三个方面：载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质。检测器要求及载气性质。载气载气摩尔质量大摩尔质量大，可抑制试样的纵向扩散，提高柱，可抑制试样的纵向扩散，提高柱效；载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采效；载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用用较小摩尔质量较小摩尔质量的载气（如的载气（如H2，He），可减小传），可减小传质阻力，提高柱效。质阻力，提高柱效。（1 1）载气种类的选择）载气种类的选择二、分离操作条件的选择二、分离操作条件的选择

40、2022-7-21（2）载气流速的选择）载气流速的选择 由图可见存在最佳流速（由图可见存在最佳流速（uopt）。实际流速通）。实际流速通常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。CBuCuBuHuCuBAHopt20dd2022-7-21二、二、温度的选择温度的选择 choice of temperature1.气化室温度的选择气化室温度的选择色谱仪进样口下端有一气化室，液体试样进样后，色谱仪进样口下端有一气化室，液体试样进样后，在此瞬间气化；在此瞬间气化；气化室温度高于样品中沸点最高的组分气化室温度高于样品中沸点最高的组分1050，一般比柱子温度高一般比柱子温度高3

41、070；注意不能过高，防止气化温度过高造成试样分解。注意不能过高，防止气化温度过高造成试样分解。2022-7-212.柱温的选择柱温的选择 首先应使柱温控制在固定液的首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。柱温升高，分离度下降。柱温柱温升高，分离度下降。柱温，被测组分的，被测组分的挥发度挥发度，即被测组分在气相中的浓度，即被测组分在气相中的浓度，K，tR，低沸点组分峰易产生重叠。，低沸点组分峰易产生重叠。2022-7-

42、21 柱温柱温，分离度，分离度，分析时间，分析时间。对于难分离。对于难分离物质对，降低柱温虽然可在一定程度内使分离得物质对，降低柱温虽然可在一定程度内使分离得到改善，但是不可能使之完全分离，这是由于两到改善，但是不可能使之完全分离，这是由于两组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增加速度大于前者时，两峰的在增加，当后者的增加速度大于前者时，两峰的交叠更为严重。交叠更为严重。组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。2022-7-21所谓的所谓的程序升温程序升温，是指在一个分析周期内，温度随时间由低，

43、是指在一个分析周期内，温度随时间由低温向高温线性或非线性地变化，以使沸点不同的组分各在其温向高温线性或非线性地变化，以使沸点不同的组分各在其最佳柱温下流出，从而改善分离效果，缩短分析时间。最佳柱温下流出，从而改善分离效果，缩短分析时间。恒温：恒温：45oC程序升温：程序升温：30180oC恒温：恒温：120oC温度低，分离效果较好，但分析时间长温度低，分离效果较好，但分析时间长程序升温，分离效果好，且分析时间短程序升温，分离效果好，且分析时间短温度高，分析时间短，但分离效果差温度高，分析时间短，但分离效果差2022-7-213.检测器温度的选择检测器温度的选择一般来说，在恒定柱温操作时，检测器

44、的温一般来说，在恒定柱温操作时，检测器的温度应高于柱温度应高于柱温1025。气化室温度检测器温度柱温气化室温度检测器温度柱温所以选择的温度高低的一般顺序为：所以选择的温度高低的一般顺序为：2022-7-21三、三、担体和固定液的选择担体和固定液的选择 担体的表面结构和孔径分布决定了固担体的表面结构和孔径分布决定了固定液在担体上的分布以及液相传质和纵向定液在担体上的分布以及液相传质和纵向扩散的情况。扩散的情况。对担体粒度要求均匀细小，这样有利对担体粒度要求均匀细小，这样有利提高柱效。提高柱效。2022-7-21 固定液的性质对分离是起决定作用的。固定液的性质对分离是起决定作用的。固定液膜薄，柱效

45、能越高，并可缩短分固定液膜薄，柱效能越高，并可缩短分析时间。但固定液用量太低，液膜越薄，析时间。但固定液用量太低，液膜越薄，允许的进样量也就越少。允许的进样量也就越少。固定液的配比（指固定液与担体的质量固定液的配比（指固定液与担体的质量比）一般用比）一般用5:100到到25:100。2022-7-21 四、其它操作条件的选择四、其它操作条件的选择 液体试样采用色谱微量进样器进样，液体试样采用色谱微量进样器进样，规格有规格有1 L，5 L，10 L等。等。气体试样应采气体进样阀进样。气体试样应采气体进样阀进样。1.进样方式进样方式2022-7-21进样量应控制在柱容量允许范围及检测器进样量应控制

46、在柱容量允许范围及检测器线性检测范围之内。线性检测范围之内。进样要求动作快、时间短。进样要求动作快、时间短。2.进样量进样量2022-7-21选择内容选择内容：第一节第一节 气相色谱法概述气相色谱法概述generalization of gas chromatography第二节第二节 气相色谱理论基础气相色谱理论基础theoretical basis of gas chromatography第三节第三节 气相色谱的实验技术气相色谱的实验技术experimental technology of gas chromatography第四节第四节 气相色谱固定相气相色谱固定相Stationary

47、 phase of gas chromatography2022-7-21第二章气相色谱分析一、一、气固色谱固定相气固色谱固定相stationary phases in gas-solid chromatography二、气液色谱固定相二、气液色谱固定相stationary phases in gas-liquid chromatography 第四节第四节 气相色谱固定相气相色谱固定相Analysis of gas chromatography,GCstationary phases in gas chromatography 2022-7-21一、气固色谱固定相 stationary ph

48、ases in gas-solid chromatography1.种类种类（1）活性炭）活性炭 有较大的比表面积，吸附性较强。分离永久性气体，有较大的比表面积，吸附性较强。分离永久性气体，不适宜分离极性化合物。不适宜分离极性化合物。（2）活性氧化铝）活性氧化铝 弱极性。适用于常温下弱极性。适用于常温下CH4、C2H6、C2H4等烃类气等烃类气体的相互分离及有机异构物。体的相互分离及有机异构物。（3）硅胶）硅胶 强极性。适宜分离永久性气体及低级烃类化合物。强极性。适宜分离永久性气体及低级烃类化合物。2022-7-21（4）分子筛）分子筛 碱及碱土金属的碱及碱土金属的硅铝酸盐硅铝酸盐（沸石），多

49、孔性。如（沸石），多孔性。如3A、4A、5A分子筛等（孔径：埃）。常用分子筛等（孔径：埃）。常用5A（常温下分离（常温下分离O2与与N2）。广泛用于）。广泛用于H2、O2、N2、NO、CO等的分离外，还能等的分离外，还能够测定够测定He、Ne、Ar等惰性气体。等惰性气体。（5）高分子多孔微球（）高分子多孔微球（GDX系列）系列）新型的有机合成固定相（新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚苯乙烯与二乙烯苯共聚），），耐腐蚀和酸碱。适用于水、气体、多元醇及腈类物质的分耐腐蚀和酸碱。适用于水、气体、多元醇及腈类物质的分析。析。2022-7-212.气气固色谱固定相的特点固色谱固定相的特点（1）使

50、用方便；）使用方便；（2）其性能与制备和活化条件有很大关系；同）其性能与制备和活化条件有很大关系；同一种固定相，不同厂家或不同活化条件，分离效一种固定相，不同厂家或不同活化条件，分离效果差异较大；果差异较大；（3）种类有限，能分离的对象不多。）种类有限，能分离的对象不多。2022-7-21二、气液色谱固定相 stationary phases in gas-liquid chromatography 气液色谱固定相 载体（担体）固定液：固体颗粒表面涂渍上一薄层固定液。作为载体和固定液都有一定的要求。2022-7-211.作为载体的物质应满足的条件作为载体的物质应满足的条件 比表面积大，孔径分布

51、均匀；比表面积大，孔径分布均匀；化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组分不起反应；分离组分不起反应；具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；颗粒大小均匀、适度。一般常用颗粒大小均匀、适度。一般常用60100目。目。2022-7-212.载体（硅藻土）载体（硅藻土）红色载体红色载体：孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度好。孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度好。缺点是表面存有活性吸附中心点。与非极性固定液配合使缺点是表面存有活性吸附中心点。与非极性固定液配合使用，效果较好。故适宜分离非极性或弱极性

52、组分的试样。用，效果较好。故适宜分离非极性或弱极性组分的试样。白色载体白色载体：煅烧前原料中加入了少量助溶剂（碳酸钠）。煅烧前原料中加入了少量助溶剂（碳酸钠）。颗粒颗粒疏松，孔径较大。比表面积较小，机械强度较差。但吸附疏松，孔径较大。比表面积较小，机械强度较差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分的试样。性显著减小，适宜分离极性组分的试样。2022-7-21气液色谱担体2022-7-213.固定液固定液 固定液：高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多。固定液：高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多。（1）对固定液的要求对固定液的要求 应对被分离试样中的各组分具有不同的溶解能力，较好应对被分离试样中的各组

53、分具有不同的溶解能力，较好的热稳定性，并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应。的热稳定性，并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应。（2）固定液的最高和最低使用温度）固定液的最高和最低使用温度 高于最高使用温度易分解，温度低呈固体；高于最高使用温度易分解，温度低呈固体；（3）组分与固定液间的作用力）组分与固定液间的作用力 分子间的作用力主要包括分子间的作用力主要包括静电力、诱导力、色散力和氢静电力、诱导力、色散力和氢键的相互作用键的相互作用等。等。2022-7-21（4）固定液选择的基本原则）固定液选择的基本原则 “相似相溶相似相溶”，选择与试样性质（极性）相近，选择与试样性质（极性）相近的固定

54、相。的固定相。固定液的性质和被测组分有某些相似时，其溶解固定液的性质和被测组分有某些相似时，其溶解度就大，分配系数就大。也就是说，被测组分在度就大，分配系数就大。也就是说，被测组分在固定液中溶解度或分配系数的大小与被测组分和固定液中溶解度或分配系数的大小与被测组分和固定液两种分子之间相互作用力的大小有关。固定液两种分子之间相互作用力的大小有关。2022-7-21（5）固定液的相对极性）固定液的相对极性 规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零，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氧二丙睛的相对极性为100。2022-7-21 分离非极性物质，选非极性固定液，各组分按沸点次

55、分离非极性物质，选非极性固定液，各组分按沸点次序流出色谱柱，沸点低先出，高后出；序流出色谱柱，沸点低先出，高后出；分离极性物质，选极性固定液，各组分按极性次序分分离极性物质，选极性固定液，各组分按极性次序分离，极性小的先出，极性大的后出；离，极性小的先出，极性大的后出；分离非极性和极性混合物，选极性固定液，非极性先分离非极性和极性混合物，选极性固定液，非极性先出，极性组分后出；出，极性组分后出；对于能形成氢键的试样，选极性或氢键型的固定液，对于能形成氢键的试样，选极性或氢键型的固定液，不易形成氢键的先出，最易形成氢键的最后流出。不易形成氢键的先出，最易形成氢键的最后流出。色谱流出规律：色谱流出

56、规律：2022-7-21选择内容选择内容：第五节第五节 气相色谱检测器气相色谱检测器detector of gas chromatography第六节第六节 气相色谱定性定量分析气相色谱定性定量分析qualitative and quantitative analysis of GC第七节第七节 毛细管柱气相色谱法毛细管柱气相色谱法Capillary column gas chromatography2022-7-21一、概述一、概述 generalization二、热导检测器二、热导检测器thermal conductivity detector,TCD三、氢火焰离子化检测器三、氢火焰离子化

57、检测器flame ionization detector,FID四、电子捕获检测器四、电子捕获检测器electron capture detector,ECD五、火焰光度检测器五、火焰光度检测器flame photometric detector，FPD六、检测器的性能指标六、检测器的性能指标performance index of detector第五节第五节 气相色谱检测器气相色谱检测器detector of gas chromatography第二章第二章气相色谱分析气相色谱分析Analysis of gas chromatography,GC2022-7-211.作用作用 将经色谱柱分

58、离后的各组分按其特性及含量转换为相将经色谱柱分离后的各组分按其特性及含量转换为相应的电讯号。应的电讯号。2.分类分类 a.浓度型：浓度型：载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。应值和组分的浓度成正比。热导热导TCD；电子捕获；电子捕获ECD。b.质量型：质量型：载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测器响应值和组分的质量成正比。氢焰器响应值和组分的质量成正比。氢焰FID；火焰光度；火焰光度FPD。一、概述 generalization2022-7-21二、热导池检测器 thermal co

59、nductivity detector，TCD1.特点：特点：结构简单，灵敏度适宜，稳定性好。结构简单，灵敏度适宜，稳定性好。2.测量原理：测量原理：基于不同物质具有不同热导系数。基于不同物质具有不同热导系数。3.结构：结构：Fig2-9；2-10；类似于惠斯登电桥原理。；类似于惠斯登电桥原理。动画演示动画演示2022-7-21a.桥路工作电流：桥路工作电流：电流增强，电阻丝和热导池体电流增强，电阻丝和热导池体的温差加大，检测灵敏度提高。但是电流太大，的温差加大，检测灵敏度提高。但是电流太大，引起基线不稳，甚至将电阻丝烧坏。引起基线不稳，甚至将电阻丝烧坏。b.热导池体温度：热导池体温度：桥路电

60、流一定时，池体温度越桥路电流一定时，池体温度越低，二者温差越大，灵敏度越高。但是一般池体低，二者温差越大，灵敏度越高。但是一般池体温度不应低于柱温。温度不应低于柱温。c.载气性质：载气性质：载气与试样热导系数相差愈大，灵载气与试样热导系数相差愈大，灵敏度愈高，敏度愈高，故氢气或氦气作载气时比氮气的灵敏故氢气或氦气作载气时比氮气的灵敏度高。度高。4.影响热导池检测器灵敏度的因素：影响热导池检测器灵敏度的因素：2022-7-21热导检测器几乎对所有物质都有相应，属于广普热导检测器几乎对所有物质都有相应，属于广普型检测器，最适合型检测器，最适合无机气体和烃类有机物的分析。无机气体和烃类有机物的分析。

61、d.热敏元件阻值：热敏元件阻值：选阻值高，电阻温度系数大的。选阻值高，电阻温度系数大的。e.热导池的死体积：热导池的死体积：死体积越大，灵敏度越低，应死体积越大，灵敏度越低，应选用微型池体（）的热导池。选用微型池体（）的热导池。2022-7-21三、氢火焰离子化检测器 flame ionization detector，FID（1）典型的典型的质量型检测器质量型检测器；（2）结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速）结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速等特点；等特点；（3）比热导检测器的灵敏度高出近）比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，个数量级，检测下限可达检测下限可达 pgs-1。1.特点

62、特点2022-7-21主要部件是一个离子室，它一般用不锈钢制成，主要部件是一个离子室，它一般用不锈钢制成，包括气体入口，火焰喷嘴，一对电极和包括气体入口，火焰喷嘴，一对电极和 外罩。外罩。动画演示动画演示2.结构；结构；Fig 2-11对含对含-CH的的有机化合物有机化合物具有很高具有很高的灵敏度。对无机气体、水、的灵敏度。对无机气体、水、CO、CO2和四氯化碳等在火焰和四氯化碳等在火焰中不易解离的物质灵敏度低或中不易解离的物质灵敏度低或不响应。不响应。CnHm CH（自由基）（自由基）；CH O*2CHO+e-；CHO+H2O H3O+CO CHO+、H3O+往负极；往负极；e-往正极；往正

63、极；产生微电流经放大电路输出。产生微电流经放大电路输出。3.作用机理作用机理 2022-7-21a.气体流量气体流量 载气：一般用氮气；载气：一般用氮气；氢气：氢氢气：氢/载比对火焰及电离过程影响大；一载比对火焰及电离过程影响大；一般情况下维持在。般情况下维持在。空气：助燃气，氢气空气：助燃气，氢气/空气空气=1:10。b.极化电压：极化电压：直接影响响应值，选直接影响响应值，选100V 300V之间之间.c.使用温度：使用温度：不是主要影响因素。不是主要影响因素。4.操作条件的选择操作条件的选择2022-7-21四、电子捕获检测器 electron capture detector，ECD

64、高选择性检测器，高选择性检测器，仅对含有仅对含有卤素、磷、硫、卤素、磷、硫、氧等电负性元素氧等电负性元素的化合物有很高的灵敏度，对大的化合物有很高的灵敏度，对大多数烃类没有响应，检测下限多数烃类没有响应，检测下限10-14 g/mL。较多应用于较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。的测定。1.特点特点2022-7-212.结构结构 Fig2-14检测器池体内有一检测器池体内有一 圆筒状圆筒状放射源（放射源（63Ni 或或3H）作为阴极，一个作为阴极，一个 不锈钢棒作为阳极。在此两极不锈钢棒作为阳极。在此两极间施加一直间施加一直 流或脉冲电压。流或脉冲

65、电压。N2（高纯载气）进入；在（高纯载气）进入；在 射线作用下电离：射线作用下电离：N2 N2 e 分别向两极移动形成基流。分别向两极移动形成基流。当组分当组分AB进入；进入；AB e AB E 由于被测组分捕获电子，使基流降低，产生负由于被测组分捕获电子，使基流降低，产生负信号成倒峰，组分浓度越高，倒峰越大。信号成倒峰，组分浓度越高，倒峰越大。最终最终 AB N2 N2 AB 随载气流出检测随载气流出检测器。器。3.作用机理作用机理2022-7-21五、火焰光度检测器flame photometric dector，FPD1.特点特点对对含硫、磷化合物含硫、磷化合物的高选择性检测器。在大气污

66、的高选择性检测器。在大气污染和农药残留分析中应用较多。染和农药残留分析中应用较多。2.结构：结构：Fig 2-15化合物中硫、磷在富氢火焰中被还原，激发，分化合物中硫、磷在富氢火焰中被还原，激发，分别辐射出波长为别辐射出波长为394nm和和526nm的光，被检测。的光，被检测。RS空气空气O2 SO2 CO22SO2 8H 2S 4H2OS S S2*S2*S2 hv 发射出发射出=394nm的光。的光。含磷试样以含磷试样以HPO碎片的形式，碎片的形式，发射出发射出=526nm的特征光。的特征光。3.作用机理作用机理仪器的响应信号对进样量的变化率。S=R/Q六、检测器性能指标performance index of detector灵敏度高、稳定性好、线性范围宽等。1.灵敏度灵敏度S由于各种检测器作用机理不同，因此灵敏度的计算式和量纲也有所不同。2022-7-21R c R=Sc c Sc=F0 A/mF0是流动相的流速是流动相的流速mL/min，A是流出曲线的是流出曲线的面积面积mV min；m是进样量（是进样量（mg）。）。a.对浓度型检测器对浓度型检测器进样量与峰面积成正比，进样