分析化学 气相色谱法共44页

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数据处理与结果表达
色谱图处理
结果表达
包括基线校正、峰识别、峰面积或峰 高测量等步骤。
将分析结果以图表、表格或文字形式 清晰、准确地表达出来，以便读者理 解和比较。
数据统计与分析
对测量数据进行统计分析，如计算平 均值、标准偏差等，以评估结果的可 靠性和准确性。
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实验操作规范与安全注意 事项
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样品来源与制备方法
样品来源
包括气体、液体和固体等不同类型的 样品，如环境空气、工业废气、水、 土壤、食品等。
制备方法
根据样品类型和分析目的，选择合适 的制备方法，如溶解、萃取、蒸馏、 浓缩等。
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进样方式选择及操作技巧
进样方式
包括手动进样和自动进样两种方式，根据实验需求选择合适 的进样方式。
催化剂性能评价
通过对催化剂使用前后石油产品组成的变化进行分析，可 以评价催化剂的活性、选择性和寿命等性能指标。
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环境监测领域应用案例
大气污染监测
气相色谱法可用于大气中挥发性有机物（VOCs）的定性和定量分 析，如苯、甲苯、二甲苯等，为大气污染来源解析和治理提供依据 。
水质监测
利用气相色谱法可检测水体中的多种有机污染物，如农药、多环芳 烃等，评估水质的污染程度和生态风险。
气相色谱法概述
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气相色谱法定义与原理
要点一
气相色谱法（Gas Chromatography，GC…
一种利用气体作为流动相，通过色谱柱将混合物中的各组 分分离并检测的分析方法。
要点二
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。

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2.担体（硅藻土）
红色担体： 孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度好。
适宜分离非极性或弱极性组分的试样。缺点是表面存有活 性吸附中心点。 白色担体：
煅烧前原料中加入了少量助溶剂（碳酸钠）。 颗 粒疏 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。
三、气相色谱流动相与固定相
stationary phases in gas chromatograph
（一）流动相
种类：H2、N2、He、Ar 要求：不与组分作用，不被固定相吸附或溶解； 作用：①作为动力
②为样品在两相间的分配提供一个相空间； 选择：载气的性质、纯度、流速和压力对柱效率、分析时
间、灵敏度都有很大的影响，根据检测器选择合适 的载气。
二、色谱定量分析
quantitative analysis in chromatograph 求出混合样品中各组分的百分含量 W（%）
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（一）色谱定性分析方法 1.利用保留值定性的方法
保留值具有特征性，但不具备专属性。
〈1〉试样与标样比较： 通过对比试样与标样相同保留值 的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质，需严格控制操 作条件。
检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；
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5. 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； 常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器；
载气系统

③分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑ ④选择分子量大的载气(如N2)，以减小纵向扩散，增加柱效
速率理论
C ·u-传质阻力项
降低固定相液膜厚度，并增加组分在固定相中的扩散系数，可以减少传质 阻力，提高柱效。
塔板理论
将色谱分离过程比作蒸馏过程，将连续的色谱分离过程 分割成多次的平衡过程的重复（类似于蒸馏塔塔板上的平衡 过程）。 塔板理论的假设： （1）在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅速达到； （2）将载气看作成脉冲（间歇）过程； （3）试样沿色谱柱方向的扩散可忽略； （4）每次分配的分配系数相同。
其同分异构体，选择性地测定维生素E。 内标法为定量分析依据。
维生素E的含量测定
二、实验仪器及试剂： 仪器：气相色谱仪、HP-5石英毛细管色谱柱（30.0m×320 μm ）、火焰 离子化检测器（FID）和氢气钢瓶等； 试剂：正三十二烷、正己烷、维生素E对照品和维生素E软胶囊。
维生素E的含量测定
三、实验步骤： 1.测定的色谱条件与系统适应性试验：
4、标准溶液的配制： 精密称取维生素E对照品20mg，量取正三十二烷内标物10mL，定
容至100mL，得标准溶液； 5、供试液的制备： 精密称取维生素E胶丸20mg，加内标物10mL，定 容至100mL，得供试品溶液； 6、测定：待基线平直后，分取供试液和标准溶液各1-3 μL注入气相色 谱仪，记录峰面积，再计算含量。
色谱图
3.分配系数和分配比
分配系数 色谱过程中，处于动态平衡时组分在固定相与流动相中的
浓度之比为分配系数。
组分在固定相中的浓度 K = 组分在流动相中的浓度
= cs cm
K随温度变化而变化，与固定相、流动相的体积无关。
色谱图

● 对含有S、P的有机物有响应。
§8—2 气相色谱固定相及其选择 一、固体固定相——用于气固色谱：
活性炭 硅胶 固体吸附剂 氧化铝 分子筛
分析永久性 气体和一些 低沸点物质
新型合成固定相 ：高分子多孔微球、 键合固定相
二、液体固定相——用于气液色谱： 由载体和固定液组成。将高沸点的有机液体即 固定液涂渍在惰性支持物即载体表面而构成。
§8—1 气相色谱仪
●气相色谱法简称为GC。 ●应用最广泛的是气－液色谱。 一、气相色谱议的组成：
气路系统 进样系统 五大系统组成 分离系统 温控系统 检测记录系统
二、气相色谱仪的基本工作流程：
流动相（载气）：
高压钢瓶
减压 净化 计量 稳压 恒流
检测器
放空 检测器
气化室
色谱柱
样品：
进样
气化室
特
机械强度大、孔径小、比
点
表面积大、能涂渍较多的 固定液。表面吸附较强、
小、机械强度较差、表面 积较小、孔径较大。
微分型 质量型 火焰光度、氢火焰离子化检测器
2.性能指标：
① 灵敏度S： 定义：输入单位被测物组分时所引起的输出信号值：
② 检测限D： 定义：恰能产生相当于仪器噪音信号的二倍时，单位
时间内进入检测器的被测组分的质量或含量。
③ 线性范围： 定义：检测器信号与被测物质浓度成线性关系的范
围，以样品浓度的上、下限比值表示。
qlgtt'R 'R丁 正
二 烯
丁 l烷 g
P X1
0 100 q 0 氧 qX1 q 氧 q 角
0 q 0 Xq 角 q 氧 q 角
测得的固定液相对极性在0～100之间
② 固定液的分类： ●固定液的分类按其相对极性的大小进行分类。 ●按照Px每20单位为一级，用一个“＋”号表

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

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。
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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。
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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
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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

多维色谱技术的发展
结合不同分离机制，提高复杂样品的 分析能力。
联用技术的应用
如GC-MS、GC-FTIR等，扩展应用 领域并提高分析准确性。
智能化与自动化
实现仪器自动进样、智能优化实验条 件、远程监控等功能，提高分析效率 与便捷性。
THANKS
内Байду номын сангаас法应用实例
选择内标物
选择一个与被测组分相近且在色谱条 件下行为稳定的物质作为内标物。
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配制内标溶液
将内标物添加到已知浓度的标准溶液 和待测样品中。
01
注意事项
确保内标物与被测组分在色谱条件下 的行为相似，以减小误差。
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03
测定响应值
分别进样标准溶液和待测样品，测量 待测组分和内标物的响应值（如峰面 积或峰高）。
标准曲线法应用实例
绘制标准曲线
选择一系列已知浓度的标准溶液，分 别进样并测量其响应值（如峰面积或 峰高），以响应值为纵坐标，浓度为 横坐标绘制标准曲线。
测定样品浓度
注意事项
确保标准溶液与待测样品在色谱条件 下的行为一致，以减小误差。
将待测样品进样并测量其响应值，根 据标准曲线即可求出样品中待测组分 的浓度。
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定量分析方法及应用实例
定量分析方法概述
绝对定量法
通过测量样品中待测组分的绝对 量来进行定量分析，包括质量法
和体积法。
相对定量法
通过比较样品与标准品中待测组分 的响应值来进行定量分析，包括峰 面积法、峰高法和标准曲线法。
间接定量法
通过测量与待测组分相关的其他组 分的量来间接测定待测组分的含量， 如内标法和外标法。
衍生化处理
对某些难以直接分析的化 合物进行衍生化反应，以 便于后续的气相色谱分析。

正庚烷 9.0
苯 乙酸乙酯 4.0 7.0
相对校正因子 0.64 0.70 0.78 0.79
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第六节 定性定量分析
为测定混合样品中i组分的含量，称取1.80g样品，加入内 标物0.400g，混合进样后，其色谱峰面积分别为Ai=27.0cm2 ，As=27.0cm2，其相对校正因子分别为1.00和1.11，计算i组 分的含量。
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第三节 色谱柱与载气
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第三节 色谱柱与载气
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第三节 色谱柱与载气
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第三节 色谱柱与载气
例：苯与环己烷 (苯80.1℃，环己烷80.7℃) 。苯为弱极 性，环己烷为非极性，极性差别是主要矛盾。非极性固定液 很难分开。中等极性的固定液，如用邻苯二甲酸二壬酯，则 苯的保留时间是环己烷的1.5倍。
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第一节 概述
三、气相色谱仪的基本组成
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第一节 概述
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第一节 概述
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第一节 概述
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第一节 概述
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第一节 概述
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第一节 概述
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第一节 概述
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第一节 概述
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第二节 气相色谱基本理论
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第二节 气相色谱基本理论
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第二节 气相色谱基本理论
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第二节 气相色谱基本理论
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第三节 色谱柱与载气
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第三节 色谱柱与载气
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第三节 色谱柱与载气
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第三节 色谱柱与载气
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第四节 检测器
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第四节 检测器
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第四节 检测器
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第四节 检测器
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第四节 检测器

VR = VM + VS cS/ cM = VM + KVS ①
即： VR′= KVs
色谱过程的基本方程
由K k VM
VS
得，k=KVS/VM，将①代入得：
k= (VR – VM )/VM=VR′ /VM=tR′ /tM=(tR – 和 tR=tM(1+k)
k= VR′ /VM=tR′ /tM
c. 对于一给定色谱体系（分配体系），组分 的分离最终决定于组分在两相中的相对量 ，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重要参数.k值越大 ，保留时间越长，k值为零的组分，其保 留时间即为死时间.
d.若流动相（载气）在柱内的线速度为u .由 于固定相对组分有保留作用，所以组分在 柱内的线速度us将小于u ，
固体吸附剂 离子交换树脂 凝胶 涂在载体表面的液体 有机物被键合在载体表面 固体吸附剂 固体表面键合的有机物
所用平衡
不同溶液之间分 配平衡 在液体与固定相 表面的分配 吸附
离子交换
筛分
分析物与固定
相间的相互作用 吸附
超临界流体与键 合表面的分配
2.2 色谱流出曲线及有关术语
色谱图（chromatogram）： 试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过
= tR (i) / tR (s)
式中tR(i)为后出峰的调整保留时间， 所以总是大于1的。相对保留值往往可作 为衡量固定相选择性的指标，又称选择性 因子。
(二) 区域宽度－柱效
色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的 重要参数之一，用于衡量柱效率及反映 色谱操作条件的动力学因素。表示色谱 峰区域宽度通常有三种方法。
或液体）称为流动相 ；
• 装有固定相的管子（玻璃管或不锈

Fra bibliotek五、检测器
• 检测器是将通过色谱柱分离后的各组分的量转变为易于测量的电信 号的装置。
1. 热导检测器(Thermal conductivity detector, TCD); 2. 氢火焰离子化检测器(Flame ionized detector, FID); 3. 电子捕获检测器(Electron capture detector, ECD); 4. 火焰光度检测器(Flame photometric detector, FPD);
5. 氮磷检测器（NPD）也称热离子检测器(Thermionic detector, TID);
填充柱：多为U形或螺旋形，内径2－4 mm，长1 －3 m，内填固定相；
开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。内
径0.1－0.5 mm，长达几十至100 m。通常弯成直 径10－30 cm的螺旋状。
三、柱分离系统
• 柱温：是影响分离的最重要的因素。柱温通常要
等于或略高于样品的平均沸点(分析时间2030min)；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法。
第一节 气相色谱仪器
减压阀 气流调节阀
压力表
测量电桥
高压气瓶
净化干 燥管
热导池
皂膜流量计 记录仪
进样口 色谱柱
恒温箱
气相色谱仪
第一节 气相色谱仪器
载气: He (通常), N2, H2
Pinlet 10-50 psig F=25-150 mL/min packed
column
F=1-25 mL/min open tubular
第四章 气相色谱法
保留体积： VR = tR ×F；VM = tM ×F F 可以用肥皂泡计（一些气体溶解于肥皂溶液中）来估计在