仪器分析(第四版版)第二章-气相色谱法课件.ppt

• 色谱理论需要解决色谱分离过程中的热力学和 动力学两个方面的问题，即影响分离及柱效的 因素与提高柱效的途径，柱效评价指标及柱效 与色谱参数间的关系等。
• 组分的保留时间受色谱过程的热力学因素控制 （温度及流动相和固定液的结构与性质），而 色谱峰变宽则受色谱过程的动力学因素控制 （组分在两相中的运动情况）。
3! 2! (3 2)!
0.333 (32)
0.667 2
0.444
34
组分B(kB=0.5)在n=5的色谱柱内及出口的分布
N r 0 1 2 3 4 柱出口
0100000
1
0.333 0.667 0
0
0
0
2
0.111 0.444 0.445 0
0
0
3 0.037 0.222 0.444 0.296 0 0
27
6．分离因子
• 分离因子（也称为选择因子）为两物质的调整保 留时间（或分配系数）的比值，可用来衡量两物 质的分离程度，用α表示。
K2 k2 t'R2
K1 k1 t'R1
• 分离因子仅考虑了色谱过程中的热力学因素，而 没有考虑分离过程中的动力学因素，即色谱峰的 变宽，故不能反映两物质的实际分离情况。
3.1 色谱法概述
混合物最有效的分离、分析方法。 俄国植物学家茨维特在1906年使用 的装置：色谱原型装置. 色谱法是一种分离技术. 试样混合物的分离过程也就是试样中 各组分在称之为色谱分离柱中的两相间 不断进行着的分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相 的流体（气体或液体），称为流动相。
Wb 4 Wb 1.699Y1 2
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5．色谱峰高和峰面积 定量参数 ⑴ 峰高（h）组分在柱后出现浓度极大时的检

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
• 柱色谱 – 填充柱色谱和开管柱色谱
• 平板色谱 – 薄层色谱和纸色谱
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。
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
.
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O—t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 O′A′
.
3. 保留时间tR
.
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

一个板体积 3.试样开始都加在0号板上，且试样沿色谱方向的扩 散（纵向扩散）忽略不计 4.分配系数在各塔板上是常数


3
塔板高度
H
2 1 A 0
L
L H n
P12例
n>50，对称的峰形曲线 气相色谱中，n约为103-106，呈趋于正态分布曲线
理论塔板数（n）可根据色谱图上所测得的保留
时间（tR）和峰底宽（Y）或半峰宽（ Y1/2 ）按下
4）k与保留时间的关系
若流动相在柱内线速度为u（一定时间内载气在柱内
流动的距离，若固定相对组分有保留作用，组分在
柱内的线速度us小于u，两者比值为滞留因子
R S uS / u
也可用质量分数表示：
mM RS w mS m M
1 1 mS 1 k 1 mM

推导：
组分和流动相通过长度为L的色谱柱，所需时间为：

理论上可以推导出：
VS 1 kK K VM
相比，: VM / VS, 反映各种色谱柱柱型及其结构特征 填充柱（Packing column）: 6~35 毛细管柱（Capillary column）: 50~1500

结论：
分在两相中质量比，均与组分及固定相的热力学性
1）分配系数是组分在两相中的浓度之比，分配比是组
试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测 器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变为相 应的电信号，由记录仪所记录下的信号——时间曲线 或信号——流动相体积曲线，称为色谱流出曲线，
常用术语：
基线： 在操作条件下，仅有纯流动相进入检 测器时的流出曲线。 稳定的基线为一直线
基线漂移：基线随时间定向缓慢变化

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柱出口质量分数－载气板体积数
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气相色谱分析法——基本原理
分配系数 K
组分在固定相中的浓度 K 组分在流动相中的浓度 分配系数：在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡 时的浓度（g / mL）比，称为分配系数。 一定温度下，分配系数K越大，出峰越慢； 不同组份，在不同固定相上的分配系数K不同 选择适宜的固定相可改善分离效果； 某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。
1.固定相状态 GLC——分离气态物质或低沸点化合物； GSC——选择性好，应用广泛； 2.色谱分离原理 分配色谱（GLC） 吸附色谱(GSC) 3.色谱柱操作形式 填充柱色谱和毛细管柱色谱。
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5
气相色谱分析法——气相色谱分析法概述
1.2 气相色谱法的特点 ♠ 高分离效能：能分离组分极为复杂的混合物. ♠ 高选择性：能分离结构相似的物质。 ♠ 高灵敏度：分析极微量的物质（10-12～10-14 g） ♠ 样品用量少：所用样品量一般以ng，甚至pg计。 ♠ 分析速度快：可在几分钟内完成测定。 不足之处：不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物
<400 弱极性 200~1000oC 活化
烃+有机异构物+H 同 位素
分子筛 XMO•yAl2O3 <400 极性 350~550oC 活化 •zSiO2•nH2O
永久气体+惰性气体
GDX
多孔聚合物
<200
不同极性 170oC 除水、通气活化
水+气体氧化 +CH4+低级醇
物
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常用色谱载体 diatomaceous

等）
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载气的选择
N2 He
H2
H / mm
u/cm.s-1
载气效应的Golay曲线
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液膜厚度
• 液膜厚度增加，塔板高度增加，但柱效会 下降
• 液膜厚度需按分析要求决定：
分析高挥发、保留值小的物质时，要求液 膜厚度大于１mm。
分离挥发性低、热稳定性差的物质时为降 低柱温和减少柱流失，采用薄膜液柱。对 快速分析液膜厚度可低至0.05 m。
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例：无水乙醇中微量水的测定
• 样品：无水乙醇100ml 79.39g • 内标：无水甲醇0.2572g • 色 谱 条 件 ： 401 有 机 载 体 (GDX-203) 柱
（2m） 柱温120C 气化室温度160C， 检测器TCD 载气：H2
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测得数据：
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相对校正因子
相对重量校正因子
fi'
fi = ———
mi /Ai
=
mi As
=
fs'
ms /As
ms Ai
•FID时，常用正庚烷作标准物质 •TCD时，常用苯作标准物质
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定量校正因子的测定
• 查手册 • 自己测定
精称待测物质 和标准物质
混合后 进样
得出峰 面积
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二、毛细管色谱速率理论和实验 条件的选择
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毛细管气相色谱速率方程
• Golay方程： H=B/u+Cgu+Clu
eddy diffusion
A=０

对分离较差，峰底宽度难于测量，则用下式表示分离度
R'
tR2 tR1
1 2
(Y12(1)

Y1 2
(
2)
)
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C
W G

色谱分离基本方程式
体系的热力 学性质
R 1 n ( 1) ( k )
4
k 1
n

(
k
k
1)
2

n有效
R1 4
n有效
( 1)
现现 代代 仪器分析 仪器分析
改变k的方法是：
改变柱温：影响分配系数 改变相比：即改变固定相的量及柱的死体积(采用细颗粒的固定相，
填充紧密且均匀)
分离度与柱选择性的关系
α是色谱柱选择性的量度， α越大，色谱柱选择性越好，分离效 果越好
通过改变固定相，使各组分的分配系数有较大的差别
L

16R
2
(
1)2
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W CG
现现 代代 仪器分析 仪器分析
B/u分子扩散项：“塞子”前后存在着浓度差
B 2Dg
弯曲因子
气相分子扩散系数

Dg
1
M 载气
摩尔质量大的载气可使B值变小，有利于分离
载气流速愈小，保留时间愈长，分子扩散项的影响也愈 大，从而成为色谱峰扩散的主要因素
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W CG
现现 代代 仪器分析 仪器分析
调VM整，保或留V体R’=积tRV’·RF’0：指扣除死体积后的保留体积：VR’=VR－
相对保留值r21
指组分2与另一组分1的调整保留值之比。相对保留值只与柱 温及固定相性质有关，与其它色谱操作条件无关，它表示了 色谱柱对这两种组分的选择性： r21相差越大，分离越好。 r21 ＝1，不能分离

质外，还能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能够分离臭氧。1
仪器分析-色谱分析法
(4)分子筛 碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。如3A、4A
、5A、10X及13X分子筛等（孔径：埃）。常用5A和13X（常 温下分离O2与N2）。除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO 等的分离外，还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O等。
特点及用途
生产厂家
适用于涂渍非极性固定液分析非极性物 质 由 201 釉 化而 成 ，性 能 介于 红 色与 白 色 硅藻土担体之间，适用于分析中等极性 物质
上海试剂厂 大连催化剂厂
白色
101 白 色 担 体
适用于涂渍极性固定液分析极性物质
上海试剂厂
硅 藻 土 117
仪器分析-色谱分析法
二、热导检测器（TCD，thermal conductivity detector)
1、结构（浓度型检测器）
池体（一般用不锈钢制成）
热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工 的钨丝制成。 参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。
测量臂：
需要携带被分离 组分的载气流过， 则连接在紧靠近 分离柱出口处。
（2）池体温度：
池体温度与钨丝温度相差越大，越有利于热传导，检测 器的灵敏度也就越高，但池体温度不能低于分离柱温度，以 防止试样组分在检测器中冷凝。
（3）载气种类：
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仪器分析-色谱分析法
载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂中产生 的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。载气的热导系 数大，传热好，通过的桥路电流也加大，则检测灵敏度进一 步提高。
♥分离能形成氢键的组分，选用极性的或氢键型的固定液， 各组分按与固定液分子间形成氢键的能力大小先后出峰， 不易形成氢键的最先出峰。

实验设计
确定检测目标
根据实际需求，确定需要检测 的物质种类和浓度范围。
选择色谱柱和检测器
根据目标物质的性质和浓度范 围，选择合适的色谱柱和检测 器。
设计实验流程
包括样品前处理、进样、色谱 分析、数据处理等步骤，确保 实验过程科学、合理。
数据处理与分析
对实验数据进行处理和分析， 得出结论，并评估实验结果的
总结词
气相色谱法是分析有机化合物的重要手段，尤其适用于沸点较低的有机化合物。
详细描述
通过气相色谱法，可以快速分离和测定有机化合物，如烃类、醇类、酯类等。该 方法广泛应用于化学工业、制药行业和食品工业等领域。
食品与农产品分析
总结词
气相色谱法在食品与农产品分析中具 有重要作用，可用于检测农药残留、 食品添加剂和营养成分等。
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样品气。
载气是携带样品通过色谱柱的介 质，需要保持纯净、稳定和连续。
样品气通过进样系统进入色谱柱， 其质量和稳定性对分析结果有重
要影响。
进样系统
01
进样系统是将样品引入色谱仪的 关键部件，其设计应尽量减少死 体积，提高进样效率。
02
进样方式有多种，包括直接进样 、分流进样和不分流进样等，应 根据样品特性和分析需求选择合 适的进样方式。
载气流速
载气流速是影响色谱分离效果的重要因素之一。通过调整载气流速，可 以改变组分的保留时间和分离度。根据待测组分的性质和分离要求，选 择合适的载气流速。
分离度的提高方法
01
02
03
优化色谱条件
通过调整色谱柱类型、固 定相、柱温、载气流速等 条件，可以提高分离度。
串联色谱柱