气相色谱定性分析 包含分离度、理论塔板数等概念

第二章 气相色谱分析gas chromatographic analysis,GC第二节 色谱理论基础fundamental of chromatograph theory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。

组分保留时间为何不同色谱峰为何变宽组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制；（组分和固定液的结构和性质）色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制；（两相中的运动阻力，扩散）两种色谱理论：塔板理论和速率理论；一、塔板理论-柱分离效能指标1.塔板理论（plate theory ）半经验理论；将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，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) 将载气看作成脉动（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。

色谱柱长：L ，虚拟的塔板间距离：H ，色谱柱的理论塔板数：n ，则三者的关系为：n = L / H 理论塔板数与色谱参数之间的关系为： 保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配!2.有效塔板数和有效塔板高度•单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。

•用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。

222116545)()(./bR R W t Y t n ==•组分在t M 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：3.塔板理论的特点和不足（1）当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小)，被测组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。

（2）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，应指明测定物质。

（3）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K 相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。

气相色谱的定性与定量分析一、 实验目的：1、 学习计算色谱峰的分享度2、 掌握根据纯物质的保留值进行定性分析3、 掌握用归一化法定量测定混合物各组分的含量4、 学习气相色谱信的使用方法二、 方法原理1、 柱效能的测定：色谱柱的分享效能，主要由柱效和分离度来衡量。

柱效率是以样品中验证分离组分的保留值用峰宽来计算的理论塔板数或塔板高度表示的。

22211654.5⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=bR RW t W t n 理论塔板数： nL H =理论塔板高度： 式中R t 为保留值（S 或mm ）：21W 为半峰宽（S 或mm ）：b W 为峰底宽（S 或mm ）：L 为柱长（cm ）。

理论塔板数越大或塔板高度越小，说明柱效率越好。

但柱效率只反应了色谱对某一组分的柱效能，不能反映相邻组分的分离度，因此，还需计算最难分离物质对的分离度。

分离度是指色谱柱对样品中相邻两组分的分离程度，对一个混合试样成功的分离，是气相色谱法完成定性及定量分析的前提和基础。

分离度R 的计算方法是：）（）（22112112W W t t R R R +-=或 2112)(2B b R R W W t t R +-=分离度数值越大，两组分分开程度越大，当R 值达到1.5时，可以认为两组分完全分开。

2、 样品的定性：用纯物质的保留值对照定性。

在一个确定的色谱条件下，每一个物质都有一个确定的保留值，所以在相同条件下，未知物的保留值和已知物的保留值相同时，就可以认为未知物即是用于对照的已知纯物质。

但是，有不少物质在同一条件下可能有非常相近的而不容易察觉差异的保留值，所以，当样品组分未知时，仅用纯物质的保留值与样品的组分的保留值对照定性是困难的。

这种情况，需用两根不同的极性的柱子或两种以上不同极性固定液配成的柱子，对于一些组成基本上可以估计的样品，那么准备这样一些纯物质，在同样的色谱条件下，以纯物质的保留时间对照，用来判断其色谱峰属于什么组分是一种简单而行方便的定性方法。

气相色谱各种分析条件是这样确定的！在气相色谱分析中,我们要快速有效的分离一个复杂的样品，并获得满意的结果，除了要选择一根最佳色谱柱以外，还要对分离操作条件进行仔细的选择。

色谱柱的好坏关系到分离的效果，而分离条件的设置又影响着色谱柱的分离。

色谱柱和分离操作条件之间是是相辅相成的关系。

本文将主要介绍气相分析操作条件的确定。

初始操作条件的确定确定初始操作条件；色谱柱形式的选择；分离条件优化；程序升温。

1、确定初始操作条件进样量要根据样品浓度、色谱柱容量和检测器灵敏度来确定。

样品浓度不超过mg/ml时填充柱的进样量通常为1~5μL，而对于毛细管柱，若分流比为50：1时，进样量一般不超过2μL。

如果这样的进样量不能满足检测灵敏度的要求，可考虑加大进样量，但以不超载为限。

进样口温度主要由样品的沸点范围决定，还要考虑色谱柱的使用温度。

即首先要保证待测样品全部气化，其次要保证气化的样品组分能够全部流出色谱柱，而不会在柱中冷凝。

原则上讲，进样口温度高一些有利，一般要接近样品中沸点最高的组分的沸点，但要低于易分解组分的分解温度，常用的条件是250~350℃。

实际操作中，进样口温度可在一定范围内设定，只要保证样品完全汽化即可，而不必进行很精确的优化。

注意，当样品中某些组分会在高温下分解时，就应适当降低汽化温度。

必要时可采用冷柱上进样或程序升温汽化（PTV）进样技术。

色谱柱温度的确定主要由样品的复杂程度和汽化温度决定。

原则是既要保证待测物的完全分离，又要保证所有组分能流出色谱柱，且分析时间越短越好。

组成简单的样品最好用恒温分析，这样分析周期会短一些。

特别是用填充柱时，恒温分析时色谱图的基线要经程序升温时稳定得多。

对于组成复杂的样品，常需要用程序升温分离，因为在恒温条件下，如果柱温较低，则低沸点组分分离得好，而高沸点组分的流出时间会太长，造成峰展宽，甚至滞留在色谱柱中造成柱污染；反之，当柱温太高时，低沸点组分又难以分离。

复习思考题第1章 绪论 了解一些基本概念第2章 色谱分析1、在气相色谱法中，用于定性的参数是什么？保留时间2、简要说明气相色谱分析的基本原理3、衡量色谱柱柱效能的指标是什么？用有效塔板数n 和有效塔板高度H 作为衡量柱效能的指标。

4. 在液相色谱中，范第姆特方程式中的哪一项对柱效的影响可以忽略不计？在液相色谱中，流动相为液体，组分的纵向扩散系数B 很小，流速 u 较高，故纵向扩散相B/u 可忽略不计。

Van Deemter 方程在HPLC 的表现形式： H=A+Cu5.为什么可用分离度R 作为色谱柱的总分离效能指标?分离度同时体现了选择性与柱效能，即热力学因素和动力学因素，将实现分离的可能性和现实性结合起来。

6、气相色谱分析中，理论塔板高度与载气线速u 间的关系？ 随u 的增加而出现一个最小值。

7、气相色谱法使用的热导池检测器，产生信号的原理，是利用组分与流动相之间的什么性质？热导系数不同。

8、用角鲨烷分离甲烷、乙烷、丙烷时，它们从色谱柱中流出的顺序。

甲烷、乙烷、丙烷。

9、分配比表示物质在两相中的什么之比。

有机相中被萃取物的总浓度与水相中被萃取物的总浓度之比10、范第姆特方程式可以说明的哪些方面。

它可以说明填充均匀程度、担体粒度、载气种类、载气流速、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩张的影响。

11、如果试样比较复杂，相邻两峰间距离太近或操作条件不易控制稳定，要准确测量保留值有一定困难的，可以采取什么方法。

用加入已知物以增加峰高的办法进行定性。

12、在色谱柱中，若某组分分配到固定相中的量为m s (单位:g),浓度为c s (g ⋅mL -1),分配到流动相中的量为m L (单位:g)浓度为c L (单位:g ⋅mol -1),则该组分的分配比k 是多少。

c s /c L13．理论塔板数n 的计算式为_________ 22211654.5⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=b R RW t b t n ____________________。

气相色谱条件实验及对卤代烃的定性分析指导老师：李建国实验人：王壮同组实验：陆潇、戈畅实验时间：2016.4.18一、实验目的1、熟悉理论塔板数及理论塔板高度的概念及计算方法；2、理解柱温的改变对组分保留行为的影响；3、掌握气相色谱仪操作方法与热导检测器的原理；4、熟悉气相色谱定性分析方法。

二、实验原理气相色谱方法是利用试样中各组份在气相和固定液相间的分配系数不同将混合物分离、测定的仪器分析方法，特别适用于分析含量少的气体和易挥发的液体。

当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组份就在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同，因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，按流出顺序离开色谱柱进入检测器被检测，在记录器上绘制出各组份的色谱峰——流出曲线。

根据塔板理论，则有：理论塔板数：22125.54()16()R R bt t n W W == 理论塔板高度：2221616()R R L l LW H t n t W=== （其中H —理论塔板高度；n —理论塔板数；R t —保留时间；W —峰底宽度；l —柱长）采用已知试样测得保留时间就可算出理论塔板高度。

理论塔板数越大或塔板高度越小，说明柱效率越好。

但柱效率只反应了色谱对某一组分的柱效能，不能反映相邻组分的分离度，因此，还需计算最难分离物质对的分离度。

分离度是指色谱柱对样品中相邻两组分的分离程度，对一个混合试样成功的分离，是气相色谱法完成定性及定量分析的前提和基础。

分离度R 的计算方法是：21122()R R b b t t R W W -=+ 或2111(1)(2)222()R R t t R W W -=+ 分离度数值越大，两组分分开程度越大，当R 值达到1.5时，可以认为两组分完全分开。

气相色谱仪由气路系统、进样系统、分离系统、温度控制系统、检测系统和信号记录系统等部分组成。

三、仪器与试剂仪器：GC7890T 型气相色谱仪、热导池检测器（TCD ）、氮气钢瓶、空气压缩机、微量注射器、Φ3mm x 200cm 的5-10%OV101不锈钢分离柱。

仪器分析复习资料名词解释与简答题名词解释1.保留值：表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。

通常用时间或用将各组分带出色谱柱所需载气的体积来表示。

2.死时间：指不被固定相吸附或溶解的气体（如空气、甲烷）从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间。

3.保留时间：指被测组分从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间。

4.相对保留值：指某组分2的调整保留值与另一组分1的调整保留值之比.5.半峰宽度：峰高为一半处的宽度。

6.峰底宽度：指自色谱峰两侧的转折点所作切线在基线上的截距.7.固定液：8.分配系数：在一定温度下组分在两相之间分配达到平衡时的浓度比。

9.分配比：又称容量因子或容量比，是指在一定温度、压力下，在两相间达到平衡时，组分在两相中的质量比.10.相比:VM与Vs的比值。

11.分离度：相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值.12.梯度洗提：就是流动相中含有多种（或更多）不同极性的溶剂,在分离过程中按一定的程序连续改变流动相中溶剂的配比和极性，通过流动相中极性的变化来改变被分离组分的容量因子和选择性因子,以提高分离效果。

梯度洗提可以在常压下预先按一定的程序将溶剂混合后再用泵输入色谱柱，这种方式叫做低压梯度，又叫外梯度，也可以将溶剂用高压泵增压以后输入色谱系统的梯度混合室，加以混合后送入色谱柱，即所谓高压梯度或称内梯度.13.化学键合固定相：将各种不同有机基团通过化学反应共价键合到硅胶（担体）表面的游离羟基上，代替机械涂渍的液体固定相,从而产生了化学键合固定相.14.正相液相色谱法：流动相的极性小于固定相的极性。

15.反相液相色谱法：流动相的极性大于固定相的极性。

16.半波电位：扩散电流为极限扩散电流一半时的电位。

17.支持电解质(消除迁移电位）：如果在电解池中加入大量电解质，它们在溶液中解离为阳离子和阴离子，负极对所有阳离子都有静电吸引力，因此作用于被分析离子的静电吸引力就大大的减弱了，以致由静电力引起的迁移电流趋近于零，从而达到消除迁移电流的目的。

气相色谱基本理论知识气相色谱理论可分为热力学和动力学理论两方面。

热力学理论是从相平衡观点来研究分离过程，以塔片理论为代表。

动力学理论是从动力学观点来研究各种动力学因素对柱效的影响，以Van Deemter 方程式为代表。

在叙述这两个理论前先介绍有关基本概念。

一、基本概念l.色谱峰(流出峰) 由电信号强度对时间作图所绘制的曲线称为色谱流出曲线。

流出曲线(图2-2)上的突起部分称为色谱峰。

正常色谱峰为对称形正态分布曲线，曲线有最高点，以此点的横坐标为中心，曲线对称地向两侧快速、单调下降。

不正常色谱峰有两种：拖尾峰及前延峰。

前沿陡峭，后沿拖尾的不对称色谱峰称为拖尾峰(tailing peak)，前沿平缓，后沿陡峭的不对称色峰与不正常色谱峰可用对称因子f s(symmetryfactor)或叫拖尾因子来衡量(图20-3)。

对称因子在0.95～1.05之间为对称峰，小于0.95为前延峰，大于1.05为拖尾峰。

f s = W0.05h/2A = (A+B)/2A (2.1)一个组分的色谱峰可用三项参数即峰高或峰面积(用于定量)、峰位(用保留值表示、用于定性)及峰宽(用于衡量柱效)说明。

2.基线在操作条件下，没有组分流出时的流出曲线称为基线。

稳定的基线应是一条平行于横轴的直线。

基线反映仪器(主要是检测器)的噪音随时间的变化。

3.保留值(滞留值) 是色谱定性参数。

(1)保留时间(t R)：从进样开始到某个组分的色谱峰顶点的时间间隔称为该组分的保留时间(retention time)，即从进样到柱后某组分出现浓度极大时的时间间隔。

图2-2中t R1及t R2分别为组分l及组分2的保留时间。

(2)死时间(t 0)：分配系数为零的组分的保留时间称为死时间(dead time)。

通常把空气或甲烷视为此种组分，用来测定死时间。

(3)调整保留时间(R t ')：某组分由于溶解(或被吸附)于固定相，比不溶解(或不被吸附)的组分在柱中多停留的时间称为调整保留时间(adjusted retention time)，又称为校正保留时间。

化学专业仪器分析考试模拟Last updated at 10:00 am on 25th December 2020模拟试题一一、单项选择题（每题1分，共30分）1、由于对气相色谱法作出杰出贡献而在1952的获得诺贝尔奖金的科学家是:A.茨维特；B.瓦尔西；C.马丁；D.海洛夫斯基2、只要柱温、固定相性质不变，即使柱径、柱长、填充情况及流动相流速有所变化，衡量色谱柱对被分离组分保留能力的参数可保持不变的是:A.保留值；B.调整保留值；C.相对保留值；D.分配比(或分配容量)3、提高柱温会使各组分的分配系数K值:A.增大；B.变小；C.视组分性质而增大或变小；D.呈非线性变化4、气-液色谱柱中，与分离度无关的因素是:A.增加柱长；B.改用更灵敏的检测器；C.较慢地进样；D.改变固定液的化学性质5、对原子吸收分光光度分析作出重大贡献，解决了测量原子吸收的困难，建立了原子吸收光谱分析法的科学家是:(本生)；(伍朗斯顿); (瓦尔西); (克希荷夫)6、在原子吸收分析中，影响谱线宽度的最主要因素是:A.热变宽；B.压力变宽；C.场致变宽；D.自吸变宽7、原子吸收光谱法常用的光源是:A.氢灯；B.火焰；C.电弧；D.空心阴极灯8、下列可提高Al元素的原子化效率的方法是:A.加快喷雾速度；B.降低火焰温度；C.待测溶液中加入消电离剂；D.用石墨管原子化器代器火焰原子化器9、饱和甘汞电极是常用的参比电极，当有微弱的电流通过饱和和甘汞电极时，其电极电位:A.变大；B.变小；C.为零；D.不变10、作为指示电极，其电位与被测离子浓度的关系为:A.与浓度的对数成正比；B.与浓度成正比；C.与浓度无关；D.符合能斯特方程的关系11、人眼能感觉到的光称为可见光，其波长范围是:~780nm;~400nm; ~600nm; ~700mm12、用紫外－可见分子吸收光谱进行定性分析的依据不包括3A 吸收峰的数目；B 吸收峰的形状；C 吸收峰的位置；D 最大波长处吸光度值的大小；13、原子发射光谱分析方法中，内标法主要解决了7。