气相色谱法分析与应用36页PPT

2019/2/26
气固(液固)色谱的固定相: 多孔性的固体吸附剂颗粒。 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。 气液(液液)色谱的固定相: 由 担体和固定液所组成。 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。
气相色谱分离原理：P9 气固色谱的分离机理: 吸附与脱附的不断重复过程 气液色谱的分离机理： 气液(液液)两相间的反复多次分配过程。
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tR2 tR3 tR1
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在色谱法中： （1）将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相称为固定相。 （2）自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为流动相 。 （3）装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为色谱柱 。 当含有混合物样品的流动相（气体、液体或超临界流体） 经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和 结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因 此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不 同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。各个单组份物质 可分别进行定性、定量分析。 20世纪50年代，色谱发展最快（原因：1. 一些新型色谱技 术的发展；2. 复杂组分分析发展的要求。） 1937-1972年中有12 个Nobel奖是有关色谱研究的！
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4. 检测系统
色谱仪的眼睛 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：广普型——对所有物质均有响应；
专属型——对特定物质有高灵敏响应； 浓度型: 检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与 浓度成正比。 质量型: 检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响 应值与单位时间进入检测器的量成正比。

➢ 固定相——CaCO3颗粒 ➢ 流动相——石油醚
色带
1906 色谱法 1930 离子交换色谱法（IEC) 1938 薄层色谱法(TLC) 1941 分配色谱法(LLC) 1944 纸色谱(PC) 1952 气相色谱法(GC) 1959 凝胶色谱 (GPC) 1968 高效液相色谱法 (HPLC) 1988 超临界流体色谱(SFC)
气——液色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分 在固定液中进行溶解，挥发，再溶解，再挥发……的过程 ，使不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目 的。
二、气相色谱流出曲线和有关术语
图1 色谱流出曲线
气相色谱基本术语 1、基线（base line）
当色谱柱中没有组分进入检测器时，在实验操作条 件下，反应检测器系统噪声随时间变化的线称为基线 。
色谱法的起源和发展
茨维特(Tswett)的实验
茨维特：俄国植物学家主要 从事植物色素的研究工作 ，在1906 年发表的文章中 ，首次提出色谱的概念。
他用碳酸钙作固定相，石 油醚作移动相，在玻璃管 内分离叶绿素，使人们认 识到色谱技术对物质分离 和定性的潜力这通常被认 为是色谱学的开始
原理 使混合物中各组分 在两相间进行分配, 其中一相是不动的 (固定相),另一相 (流动相)携带混合 物流过此固定相,与 固定相发生作用,在 同一推动力下,不同 组分在固定相中滞 留的时间不同,依次 从固定相中流出,又 称色层法,层析法
4、调整保留时间（adjusted retention time）
tR’=tR-tm 某组分由于溶解或吸附与固定相，比不溶解或不被吸 附的组分在色谱柱中多只溜的时间。
三.气相色谱仪工作原理
气相色谱分离是利用试样中各组分在色谱柱中 的气相和固定相间的分配系数不同，当汽化后的 试样被载气带入色谱柱中运行时，组分就在其中 的两相间进行反复多次（103—106）的分配（吸附-脱附--放出）由于固定相对各种组分的吸附能力 不同（即保存作用不同），因此各组分在色谱柱 中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，变彼 此分离，顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离 子流信号经放大后，在记录器上描绘出各组分的 色谱峰。

的化合物 表面釉化
3、非硅藻土类：玻璃微球，石英微球， 氟塑载体，含氟化合物
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3.固定液
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
应对被分离试样中的各组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。
(2) 选择的基本原则
“相似相溶”，选择与试样性质相近的固定相。
例：苯（80.10C），环己烷（80.70C） 选非极性柱 —— 分不开； 选中强极性柱 —— 较好分离，环己烷先出柱
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第三节 气相色谱分析理论基础
一、气相色谱流出曲线及有关术语
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色谱理论
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。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途 径，柱效与分离度的评价指标及其关系。
例题
在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒和
100秒，要达到完全分离，即R=1.5 。计算需要多少块有 效塔板。若填充柱的塔板高度为0.1 cm，柱长是多少？
解：r21= 100 / 85 = 1.18
n有效 = 16R2 [r21/ (r21—1) ]2= 16×1.52×(1.18 / 0.18 )2
则按极性顺序出柱，极性较强的后出柱
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b．按化学官能团相似选择： 固定液与被测组分化学官能团相似，作用力强， 选择性高
酯类——选酯或聚酯固定液 醇类——选醇类或聚乙二醇固定液
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（2）按组分性质的主要差别选择
组分的沸点差别为主 —— 选非极性固定液 按沸点顺序出柱 沸点低的先出柱
组分的极性差别为主 —— 选极性固定液 按极性强弱出柱 极性弱的先出柱

血液中乙醇，麻醉剂及氨基酸的分析；某些挥发性药 品的分析
第二部分 气相色谱仪系统及功能
GC工作过程示意图
载气系统
分离系统
检测和 记录系统
进样系统
温控系统
一、载气系统
{ 气源
载气系统 净化干燥管
载气流速控制装置
常用载气：氮气、氦气、氢气及氩气
{ 载气选择依据 检测器 柱效
{
二、进样系统
进样系统
色谱柱的温度控制方式有： 恒温和程序升温 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。
恒温150 ℃
程序升温50~250℃， 8℃/min
正构烷烃恒温和程序升温色谱图比较
程序升温不仅可以改善分离，而且可 以缩短分析时间。
组分峰影响。
优点
准确度高
岛津GC-2014型
1 . 热导池检测器 (TCD)
A R1 R2 B 参比 测量
工作原理：纯载气是一条 直线，当有有试样气通过 时，由于导热系数与载气 不同，测量池中热敏电阻 上的温度发生变化，其阻 值随之改变，电桥平衡遭 破坏，AB两点间的电位 不再相等，记录仪上即出 现峰电位。待测组分的导 热系数越大，测量池中热 敏电阻上的温度变化越大， 其电阻值也越大。
V0 t0Fc
5 . 保留体积Vr
Vr tr Fc
6 .校正(调整)保留体积
三、峰高与峰面积－定量分析的依据
四、区域宽度－柱效
峰底宽度W
半峰宽W1/2 标准偏差σ
W 4 W1/2 2.35
五、 分离度 定义： R tr2tr1 2(tr2tr1) 12(W1W2) (W1W2) tr2, tr1: 组分2和组分1的保留时间 W2, W1: 组分2和组分1的峰底宽度

原理
基于样品中各组分在固定相和流动相 之间的分配平衡，利用不同组分在色 谱柱中的保留时间差异实现分离。
发展历程及应用领域
发展历程
自20世纪50年代问世以来，气相色谱法经历了从填充柱到毛细管柱、从热导检 测到各种高灵敏度检测器的发展历程。
应用领域
广泛应用于环境、食品、医药、化工等领域中挥发性有机物、气体样品的分析 。
进样口温度设置
根据样品的性质和色谱柱的要求设置进样口温度 ，避免样品分解或色谱柱过载。
ABCD
自动进样
使用自动进样器进行进样，需设置合适的进样参 数和序列。
进样量控制
根据色谱柱的容量和检测器的灵敏度控制进样量 ，避免色谱峰过宽或检测不到目标化合物。
案例分析：实际样品前处理与进样过程演示
样品前处理
以某农药残留检测为例，首先使用溶 剂萃取法将农药从农产品中萃取出来 ，然后使用固相萃取法进一步净化样 品。
内标法
在样品中加入已知量的内标物质，通过测量 内标物质和待测组分的色谱峰面积之比，计 算待测组分的含量。内标法可以消除实验操 作过程中可能引入的误差，提高定量分析的
准确性。
07
实验操作规范与安全注意事项
实验室安全规章制度解读
实验室准入制度
进入实验室前需接受安全培训，了解实验室安全规章制度和应急 处理措施。
01
数据采集
使用专业色谱数据工作站进行数 据采集，确保数据的准确性和完 整性。
数据存储
02
03
数据导出
将采集到的数据以特定格式存储 在计算机中，以便后续处理和分 析。
根据需要，将数据导出为常见的 数据格式，如CSV、Excel等，方 便数据共享和交换。
定性分析方法：保留时间法、峰面积法等

McReynolds常数表征的分离选择
常性数 化合物结构特征
代表性化合物
X 易极化，电子给予体化 芳烃、烯烃
合物
Y 含羟基、质子给予体， 醇、腈、酸、氯化物、
形成氢键化合物
氟化物
Z 含碳基，定向偶极距， 酮、醚、醛、酯、环
接受氢键化合物
氧化合物
U 含强极性基团的电子给 硝基化合物、腈类衍
予体化合物
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（4）、分子间作用力是一种较弱的分子间的吸引力，它不像分子内的化学 键那么强。 它包括有定向力、诱导力、色散力和氢键作用力4种。 前三种统称范德华力，都是由电场作用而引起的。 而氢键力是一种特殊的范德华力。 固定液与被分离组分间还可能存在形成化合物或配合物等的键合力。
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它们在上述2种固定液上的相对保留值。
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一般将其分为五级，每20单位为一级。
1）、相对极性在0～+l之间的叫非极 性固定液；
2）、 +2级为弱极性固定液；
3）、+3级为中等极性；
4）、+4～+5为强极性。
5）、非极性亦可用“－”表示。
下表列出了一些常用固 第24页/共81页 定液的相对极
（v）复杂的难分离物质：可选用两种或两种以上混合固定液。 对于样品极性情况未知的，一般用最常用的几种固定液做试验。表19-6列出了几种
最常用的固定液(p539)。
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2、 载体(担体)
•
1）、对载体的要求
•
（1）、具有足够大的表面积和良好的孔穴结构
•
目的：使固定液与试样的接触面较大，能均匀地分布成一薄膜，但载体表面

1μL；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。 气化室：将液体试样瞬间气化的装 置。无催化作用。
3、色谱柱（分离柱和柱温箱） 色谱柱：色谱仪的核心部件。 柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要 确定。 柱填料：粒度为60-80或80-100目的色谱固定相。 液-固色谱：固体吸附剂
B H A C u u


式中A、B、C为常数：A项称为涡流扩散项，B/ u 项称为分子 扩散项，C u 项称为传质项； u 为载气线速率，即一定时间内 载气在色谱柱中的流动距离，单位为cm/s。由式中关系可见， 当u 一定时，只有当A、 B/ u 、 C u 项较小时， H 才能有较 小值，才能获得较高的柱效能；反之，色谱峰扩张柱效能较低。
设柱长为L，理论塔板高度为H，则
在两相间很快达到分配平衡，每一段称为一块理论塔板。
L H n
（式中n为理论塔板数）

当理论塔板数（n）足够大时，色谱柱流出曲线趋近 于正态分布，理论塔板数（n）可以根据色谱图上所 得的保留时间tR和峰宽W或半高峰宽Wh/2计算：
tR n 16 W



要。。
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四．程序升温和衍生物制备
（一）程序升温技术的应用

柱温固定的色谱过程称为恒温色谱（IGC）或等温色谱。对于一个 样品中的各组分都有一个最佳柱温，对填充柱，大约为组分的平均沸 点；对毛细管柱，大约比沸点低50℃为最佳柱温，如果样品组分较少， 沸程范围不大，一般都采用恒温色谱，效果较好。

固定化固定相毛细管柱有下述优点：（1）可用溶剂洗涤；（2）减少 了固定相的流失；（3）可减少超载峰的拖尾；（4）固定相不易剥落。

求十算滴供 水试软液胶A中囊r樟中=脑樟2的脑1浓含1度量9的C4i（测8m定、g/mAl）s=215835，计算校正因子（保留四位有效数字） 。
108 X
X 5mg/ml=4.
f =(As/AR) X(MR / Ms )
求算供试液中樟脑的浓度Ci（mg/ml）
本品由樟脑、干姜、大黄、小茴香、肉桂、辣椒、桉油等七味中药制成，樟脑是其主成分之一，具升华性，故采用气相色谱法，以樟脑为对照品，薄荷脑为内标物，对其进行含量
算校正因子（保留四位有效数字） 。
108 X
X 5mg/ml=4.
7956g），置具塞试管中，用无水乙醇提取5次，每次4ml，分取乙醇提取液，合并，转移至25ml量瓶中，精密加入薄荷脑125mg，使溶解，加无水乙醇稀释至刻度，摇匀，作为供
试品溶液(i＋s)。
f =(As/AR) X(MR / Ms ) ④求算樟脑的含量。 ＝1.
算校正因子（保留四位有效数字） 。
f =(As/AR) X(MR / Ms )
f =(As/AR) X(MR / Ms ) = (215835/ 211948)/(50mg/50mg)
制作人 穆春旭、王 垚
解答问题 ①本法属于气液分配GC还是气固吸附GC？
色谱条件与系统适用性试验
检测系统
（平均粒重0.
②使用哪种载气？哪种检测器？
记录系统
解答问题 ①本法属于气液分配GC还是气固吸附GC？
②使用哪种载气？哪种检测器？
③采用的是外标法还是内标法？
④求算樟脑的含量。药典规定，本品每粒含樟脑不得少于53mg。
（平均粒重0.425g／粒）
求算校正因子（f）
f =(As/AR) X(MR / Ms ) = (215835/ 211948)/(50mg/50mg)