气相色谱分析及应用(第二版)(齐美玲 编著)思维导图

VR tM (1 k)Fc VM (1 k) VM KVS
4．分配系数K及分配比k与选择因子α的关系
21
t
R
(2)
t
R
(1)
k (2) k (1)
K (2) K (1)
上式表明：通过选择因子α把实验测量值k与
热力学性质的分配系数K直接联系起来，α对固定 相的选择具有实际意义。如果两组分的K或k值相 等，则α=1，两个组分的色谱峰必将重合，说明 分不开。两组分的K或k值相差越大，则分离得越 好。因此两组分具有不同的分配系数是色谱分离 的先决条件。
分配色谱: 利用各组分在两相中分配系数的不同而进行分离的 方法。气-液，液-液
吸附色谱: 利用各组分在吸附剂（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: 利用各组分在离子交换剂（固定相）上的亲和 力大小不同而达到分离的方法,（属 LC一种）
尺寸排阻色谱法: 利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择 (凝胶色谱法GPC) 渗透而达到分离的方法, （属LC一种） 亲和色谱法: 利用不同组分与固定相（固定化分子）的高专属
（二）有关色谱术语
* 用时间表示 单位: s或cm
（1）保留时间 tR
试样从进样开始到柱后出现峰极大点
时所经历的时间(O´B)
不（被2固）定死相时吸间附或t溶M 解的气体（如：空
气，甲烷）进入色谱柱时，从进样到出
现小极大峰所需的时间(O´A´)
流动相平均线速u： u L
tM
（3）调整保留时间 tR′
➢ 依据色谱峰的保留值(或位置）进行定性分析 ➢ 依据色谱峰的面积或峰高进行定量分析 ➢ 依据色谱峰的保留值以及峰宽评价色谱柱的分离效能

2. 分离条件的选择 ⑴ 担体的选择 气液色谱中的担体，是一种化学惰性的、多孔性的固 体颗粒。
红色担体：如6201红色担体，201红色担体等 红色担体：如6201红色担体，201红色担体等 硅藻土型 白色担体：由红色担体加Na 2 CO 3 煅烧而成。如：101，102 担体 氟担体 非硅藻土型 玻璃担体
保留值有多种，现分别叙述。 ① 死时间 t M ：惰性物质通过色谱柱到出现浓度极大点的 时间。 ② 保留时间 t R ：进样开始到样品中组分出峰最高点所用 的时间。 ′ ③ 调整保留时间 t R （实际保留时间）：扣除死时间后组 ′ 分的保留时间。 t R = t R − t M 。
④ 死体积 Vm ：色谱柱内气相的体积。 m = tM ⋅ FC′ 。 V 式中： FC —载气流速
2. 有关术语 ⑴ 基线： 没有样品只有载气进入色谱柱，经检测器，在 记录仪上得出的线。它反映检测器噪声随时间变化。稳定 的基线是条直线，是仪器是否正常工作的指标。 ⑵ 色谱峰：在操作条件下，样品进入色谱柱，经检测器 转变为相应的电信号，由记录仪反映出信号随时间变化的 曲线。如图中CAD。 ⑶ 峰高h：峰的顶点与基线之间的距离。如图中AB。 ⑷ 半峰宽Y12 ：指峰高一半处的峰宽度。如图中GH。
=
VR′2 VR′1
，
′ γ 12 ≠ γ 12 ，只有 tR >> tM 时，它们才比较接近。 分离因子常用来表征柱子的选择性，其值较大时，一
般分离较好。但也有例外。
2. 分离度R（分辨率）：相邻两组分色谱保留值之差与此 两组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值。 分离度是描述混合物中相邻两组分在色谱柱中分离情 况的重要指标。
三、气相色谱 气相色谱是用气体作为流动相的层析法。根据固定 相状态的不同：

● 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

19-1 气相色谱仪
一.GC工作过程
二.气路系统
三.进样系统
四.分离系统
分离系统由色谱柱组成，它是色谱仪的核心部件，其作用 是分离样品。色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。 1）填充柱 填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相， 一般内径为2～4 mm，长1～3m。填充柱的形状有U型和螺旋型 二种。
一.
(2).液体固定相
气液色谱固定相
载体(担体)和固定液组成气液色谱固定相 1. 载体(担体)
（l）对载体的要求 具有足够大的表面积和良好的孔穴结 构，使固定液与试样的接触面较大，能均匀地分布成一薄 膜，但载体表面积不宜太大，否则犹如吸附剂，易造成峰 拖尾；表面呈化学惰性，没有吸附性或吸附性很弱，更不 能与被测物起反应；热稳定性好；形状规则，粒度均匀， 具有一定机械强度。
－.热导检测器 （TCD） 热导检测器 是根据不同的物 质具有不同的热 导系数原理制成 的。热导检测器 由于结构简单， 性能稳定，几乎 对所有物质都有 响应，通用性好， 而且线性范围宽， 价格便宜，因此 是应用最广，最 成熟的一种检测 器。其主要缺点 是灵敏度较低。
2）毛细管柱 毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁，多孔层和 涂载体空心柱。涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0．l～ 0.5mm的毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢，玻璃或 石英。毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小，而柱子可以做到 长几十米。与填充往相比，其分离效率高（理论塔板数可达 106）、分析速度块、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的 灵敏度高，并且制备较难。
二．气固色谱固定相
1．常用的固体吸附剂 主要有强极性的硅胶，弱极性的氧化铝，非 极性的活性炭和特殊作用的分子筛等。使用时， 可根据它们对各种气体的吸附能力不同，选择 最合适的吸附剂 .（见表19-6） 2．人工合成的固定相

从1937年—1972年，色谱法先后在12次诺贝尔奖 获奖项目的研究工作中起过关键的作用。(化学-9； 生理学和医学-3)。
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三、色谱分析法的分类
一些定义：
分离柱：色谱法中起分离作用的柱。 固定相(stationary phase) ：固定在柱内的填充物。
在色谱分离中固定不动、对样品产生保留的一相。
右），可以实现几十种成分的同时分离与定量。
易于自动化：现在的色谱仪器已经可以实现从进
样到数据处理的全自动化操作。
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不足之处：

定性能力较差：没有待测物的纯品或相应的色谱 定性数据作对照时，不能从色谱峰给出定性结果。 为克服这一缺点，已经发展起来了色谱法与其他 多种具有定性能力的分析技术的联用。
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按固定相使用的方式分类：
柱色谱法：固定相装在色谱柱内。 纸色谱法：滤纸为固定相。 薄层色谱法：将吸附剂粉末制成薄层作为固定相。
按色谱动力学过程分类：
冲洗色谱法、顶替色谱法和迎头色谱法
按色谱技术分类：
程序升温色谱法、反应色谱法、裂解色谱法、 毛细管色谱法、多维色谱法、制备色谱法等
1903年，在华沙自然科学学会生物学分会会议上，茨维 特在其发表的文章（On a new category of adsorption phenomena and their application on Biochemical analysis）中提出应用吸附原理分离植物 色素的新方法。
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色谱分析法：色谱法应用于分析化学中，并与适当的检
测手段相结合时，就构成了色谱分析法。通常所说的色谱 法即指色谱分析法。

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11.2.2 气液色谱固定相
1. 气液色谱固定相 [ 固定液 + 担体(支持体) ] ：
(1) 固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度 下一定呈液体状态；
(2) 固定液的种类繁多，选择余地大； (3) 应用范围不断扩大。
4. 应用范围广
适用于沸点低于400℃的各种有机或无机试样的分析。
不足之处：
不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。
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11.1.3 气相色谱分析流程
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气相色谱流程（动画）
载气系统
进样系统
色谱柱
检测系统
温控系统
1. 载气系统：包括气源、气体净化、气体流速的控制 和测量； 2. 进样系统：包括进样器、气化室； 3. 色谱柱：柱体、固定相； 4. 检测系统：包括检测器、放大器、记录仪，有的还 带有数据处理装置。
气液色谱的分离机理： 气液两相间的反复多次分配过程。
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随着载气的流动，溶解、挥发,或 吸附、脱附的过程反复地进行。
（动画）
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分配系数（partition coefficient） 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或
溶解、挥发的过程叫做分配过程。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，用K 表示，即:
组分在固定相中的浓度 K 组分在流动相中的浓度
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分配系数 K 的讨论
组分在固定相中的浓度
K 组分在流动相中的浓度
(1) 一定温度下， K值最小的组分最先流出色谱柱，而 K值越大的组分，出峰越慢；

在进行实验之前，应仔细阅读实验指导手 册，了解实验步骤、注意事项和可能的风 险。
使用正确的实验器材
注意实验室通风
确保使用与实验要求相符的器材，如色谱 柱、进样针、检测器等，避免因器材不当 导致实验失败或安全事故。
在实验过程中，应确保实验室通风良好， 避免有害气体积聚。
废弃物处理及环保要求
分类收集废弃物
型。
根据分离要求选择
根据所需的分离度、分析时间 、峰形等要求选择合适的色谱 柱类型和规格。
根据仪器条件选择
根据仪器的型号、规格、操作 条件等选择合适的色谱柱类型 和规格。
根据经验和实践选择
根据实验室经验和实践，选择 常用的、性能稳定的色谱柱类
型和规格。
05
实验操作过程及注意事项
仪器启动与关闭流程
色谱分析(气相)PPT课件
目 录
• 色谱分析概述 • 气相色谱仪器组成及工作原理 • 样品前处理与进样技术 • 色谱柱类型与选择依据 • 实验操作过程及注意事项 • 结果评价与质量控制方法 • 实验安全规范与环保意识培养
01
色谱分析概述
色谱法定义与原理
定义
色谱法是一种物理分离技术，利用物质在固定相和流动相之间的分配平衡，实 现对复杂样品中各组分的分离与纯化。
鼓励使用可再生资源和可降解材料，减少对环境的负担。同时，实验 室也应积极推广循环经济和资源回收利用的理念。
THANK YOU
数据处理
对采集的数据进行定性定量分析，包括峰识 别、积分、校正等步骤。
注意事项
在数据采集和处理过程中要确保数据的准确 性和可靠性，避免误差的产生。
06
结果评价与质量控制方法
定性分析方法
保留时间定性

死体积（dead volume）Vm 指色谱柱在填完后柱管内固定相颗粒间所剩
留的空间。色谱仪中管路和连接头间的空间以及 检测器的空间的总和。当后两项很小忽略不计时，
Vm=tmF0 F0——载气体积流速，mL·min-1
保留体积（retention volume）VR
VR= tRF0
载气流速大，保留时间相应降低，两者乘积仍为 常数，因此VR与F0无关。
2、按固定相使用的形式：柱色谱，纸色谱，薄层色谱。 3、色谱分离过程的机制
吸附色谱 分配色谱 离子交换色谱 排阻色谱（凝胶色谱）
色谱法的特点
1、分离效能高 2、灵敏度高。 3、分析速度快。 4、应用范围广泛。 5、装置简单，操作方便。 缺点：在缺乏标准样品的情况下，定性分析较困难，
对于高沸点，不能气化和热不稳定的物质不能 用气相色谱法分离和测定。
§12-2 气相色谱法的基本原理
一、气相色谱流程：
1、高压钢瓶 2、减压阀 3、载气净化干燥管 4、针形阀 5、流量剂 6、压力表 7、进样器 8、色谱柱 9、检测器 10、记录仪
图2.1 气相色谱流程图
二、气相色谱仪的组成及各部分的作用：
1、载气系统（包括气源、气体净化、气体流速 控制和 测 量） 常用的载气，氨气、氮气
不动的一相。 流动相：携带混合物流过此固定相的流体相。 分离原理： 依据不同物质在流动相中与固定相的相互 作用的不同而产生不同的分配率，经过多次分 配而达 到混合物的分离的目的。
色谱法分类：
1、按流动相的物态：气相色谱法，液相色谱法 按固定相的物态：气固色谱（固定相为固定吸附剂） 气液色
谱（固定相为涂在固体担体上的或毛细管壁上的液体） 液固色谱 液液色谱
调整保留体积（adjusted retention volume）VR’ VR’=tR’F0 或 VR’=VR-Vm VR’与载气流速无关

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
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温控系统
三、气相色谱仪主要部件
main assembly of gas chromatograph
1. 载气系统
包括气源、净化干燥管和载气 流速控制；
常用的载气有：氢气、氮气、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、活性炭等）； 载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气 流速恒定。
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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； 常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器； 有关检测器原理、结构见第三节。
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5. 温度控制系统
温度是色谱分离条件的重要选择参数； 气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制 温度； 气化室：保证液体试样瞬间气化； 检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；
分离室：准确控制分 离需要的温度。当试样 复杂时，分离室温度需 要按一定程序控制温度 变化，各组分在最佳温 度下分离；
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
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温控系统
结构流程
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二、气相色谱结构流程
process of gas chromatograph

•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
气相色谱原理和分析方法图解
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•Leabharlann 28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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色谱柱：进行色谱分离用旳细长管。 固定相：（stationary phase） 管内保持固
定、起分离作用旳填充物。 流动相：（mobile phase）流经固定相旳空隙
或表面旳冲洗剂。
按固定相旳几何形式分类：
1.柱色谱法，
2.纸色谱法，
3.薄层色谱法 。
按两相所处旳状态分类 ： 气相色谱法 气-固色谱法
Ⅲ 分离系统：色谱柱、控温柱箱。
Ⅳ 检测系统：检测器、检测室。
Ⅴ 统计系统：放大器、统计仪、
色谱工作站。
国产气相色谱仪
A B KA>KB
图1 、色谱过程
图2、 色谱图
五、色谱图及常用术语
试样中各组分经色谱柱分离后，按先后顺序经过检测 器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变为相 应旳电信号，由统计仪所统计下旳信号——时间曲线 或信号——流动相体积曲线，称为色谱流出曲线，
二、分配平衡旳几种参数：
1、分配系数（distribution coefficient）
在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间 到达分配平衡时旳浓度比值，用K表达。 。 2、分配比（partition ratio）或容量因子 （capacity factor）
在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相
3.传质阻力项— C
组分在气相和液相两相间进行反复分配时，遇到阻力。 传质阻力涉及气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL ，液相
传质阻力不小于气相传质阻力。 即： C =Cg + CL
4. 速率理论旳要点
(1)组分分子在柱内运营旳多途径与涡流扩散、浓 度梯度所造成旳分子扩散及传质阻力使气液两 相间旳分配平衡不能瞬间到达等原因是造成色 谱峰扩展柱效下降旳主要原因。

5mL青霉素小瓶，取1mL试样（水、尿、血），加入 0.4内标物和约1g硫酸铵至饱和，加盖密封，置于80 C的恒 温器中30min，取0.6mL顶空的气样色谱分析。 色谱柱：2m× 2mm；80-100目；固定液 PEG 20M 柱温：110 C ，以10 C /min程序升温到110 C。
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pi = poiγixi poi为气相中组分i 的摩尔分数；xi为样品中组分i 的摩尔分数 ；γi为组分i 的活度系数。
Ai =fi pi= fiγixi poi 当系统平衡时：
Ai =fi pi= ki xi 通过顶空分析，可确定试样中的含量。
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应用1：
在职业病和法庭分析中，经常要测定体液等中的苯、 甲苯、二甲苯等有毒成分，采用顶空分析是一种有效、方 便、快速的方法。司法部司法鉴定科学技术学院制订了分 析水、尿、血中苯类化合物的静态顶空分析方法。 方法：
4. 裂解器
(1)管式炉裂解器 外壁加热的圆管，简单，易于控制。死体积大，二次反
应突出； (2) 热丝裂解器 样品放置在加热丝的螺旋管中； (3)居里点裂解器 利用电磁感应加热；铁磁性材料置于高频电场中，吸收
射频能量迅速升温，达到居里点温度时，变为顺磁质，不再 吸收能量，温度稳定在该点；样品放置在铁磁性材料制成的 加热元件上。不同组成的铁磁质合金具有不同居里点温度；
choice of chromatographic operating condition
第五节 气相色谱分析法的应用
application technology of gas chromatograph
第六节 毛细管色谱法
capillary gas chromatograph