Lecture 6_气相色谱分析_1

2020/4/28
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；
结束
第四节 分离与操作条件选择
choice of chromatographic operating condition
第五节 气相色谱分析法的应用
applications technology of gas chromatograph
第六节 毛细管色谱法
capillary Gas chromatograph
2020/4/28
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。
2020/4/28
3. 色谱柱（分离柱）
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 液-液色谱：担体+固定液 柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大， 流速慢或将 柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。 有关固定液性质及其选择见下一节。
一、气相色谱仪器
gas chromatographic instruments

A、气固色谱分填充柱和毛细管柱两种：
填充柱（Packing column）：常用不锈钢制成，内径2～4 mm，柱长1～3m。填充吸附剂或覆盖
在载体上均匀固定液膜。
毛细管柱（Capillary column）：常用石英制成，内径0.1～0.5mm，柱长可达数十米。固定液直
接涂在毛细管内壁表面。
B、气相色谱固定相可分为：
1.2.2色谱分离的基本理论
柱效率可用理论塔板数（n）或理论塔板高度（H）表示。柱效率的高低能反映组分在柱内两相间的分配情况和组分通过色谱柱后峰加宽的程度，它与组分在气相中的扩散及在液相中的传质阻力有关。
1、塔板理论
塔板理论是将色谱柱比作蒸馏塔，柱内有若干“想象”的塔板。每两块塔板之间的距离称为板高，各组分就在这些塔板间隔的气液两相间进行分配，经过多次分配平衡后，分配系数小的组分先离开色谱柱，分配系数大的组分，后离开色谱柱。
C、按分离的原理分类
①吸附色谱：利用组分在固定相上的吸附能力强弱不同分离。
②分配色谱：利用组分在固定液中溶解度不同分离。
③凝胶（排阻）色谱：利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透分离
④离子交换色谱法：利用组分在离子交换剂上的亲和力大小不同分离
3、气相色谱仪组成
Ⅰ载气系统：气源、气体净化器、供气控制阀门和仪表；
（1）分配系数
在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比，称为分配系数。
式中—— ：组分在固定相中的浓度； ：组分在流动相中的浓度。
该组分与固定液分子间作用力 ；
空气在固定液中不溶解，其 ，故空气在柱子内的滞留时间最短，最先从色谱柱中馏出，因此，将空气的保留时间称之为死时间；
被测组分的 相差越大，越容易分离；

（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0 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
t0
（3）调整保留时间 tR′
某组份的保留时间扣除死时间后称为 该组份的调整保留时间，即
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
但是色谱过程不仅受热力学的因素影响，而且还与分子 的扩散、传质等动力学因素有关，塔板理论的某些基本 假设并不完全符合柱内实际发生的分离过程，只能定性 地给出板高的概念，却不能解释板高受哪些因素影响， 也不能说明为什么在不同的流速下，可以测得不同的理 论塔板数，因而限制了它的应用
（二）速率理论
1956年van Deemter等提出了色谱过程动力学理论 ——速率理论
* 相对保留值 r21 (也称 柱选择因子21) :
指组分2与组分1的调整保留值之比
r21

tR' 2 tR' 1

VR' 2 VR' 1
r21只与柱温及固定相的性质有关，而与操作条件如：柱径、 柱长、填充情况及流动相流速无关，它表示了色谱柱对这两组 分的选择性，是气相色谱中的重要定性参数．
必须注意:相对保留值不是两个组份保留时间或保留体积之比.

实验六、气相色谱的定性和定量分析一、实验目的：1. 熟练掌握气相色谱仪的使用方法和进样技术。

2. 了解氢火焰离子化检测器的基本结构和工作原理。

3. 熟练掌握定量校正因子的测定。

4. 熟悉用归一化法定量测定混合物各组分的含量。

二、实验原理在一定的色谱条件下，组分i 的质量m i 与检测器的响应信号峰面积A i ，成正比：i A i i A f m ⋅= (6-1)式中，A i f 称为绝对校正因子。

式(6-1)是色谱定量的依据。

不难看出，响应信号A 及校正因了的准确测量直接影响定量分析的准确度。

由于峰面积的大小不易受操作条件如柱温、流动相的流速、进样速度等因素的影响，故峰面积更适于作为定量分析的参数。

由式(6-1)，绝对校正因子可用下式表示：iiA i A m f =6-2 式中，m i 可用质量、物质的量及体积等物理量表示，相应的校正因子分别称为质量校正因子、摩尔校正因子和体积校正因子。

由于绝对校正因子受仪器和操作条件的影响很大，其应用受到限制，一般采用相对校正因子。

相对校正因子是指组分i 与基准组分s 的绝对校正因子之比，即：si iS A is m A m A f =6-3 因绝对校正因子很少使用，一般文献上提到的校正因子就是相对校正因子。

根据不同的情况，可选用不同的定量方法。

归一化法是将样品中所有组分含量之和按100%计算，以它们相应的响应信号为定量参数，通过下式计算各组分的质量分数：46%1001-⨯⋅==∑=n i iA isiA isi i A A m m ff总ϖ该法简便、准确。

当操作条件变化时，对分析结果影响较小，常用于定量分析，尤其适于进样量少而体积不易准确测量的液体试样。

但采用本法进行定量分析时，要求试样中各组分产生可测量的色谱峰。

三、主要仪器和试剂1.仪器：气相色谱仪GC1690(配FID ，杭州科晓)色谱柱：AT·SE-30 (30m×0.25mm×0.33μm)氮气钢瓶，氢气钢瓶，空气钢瓶5.0μL微量注射器5.0mL容量瓶2.试剂: 乙醇(HPLC)，乙酸乙酯(HPLC)环己烷（HPLC）正庚烷(HPLC)四、实验步骤1. 称样，准确称取乙醇、乙酸乙酯、环己烷和正庚烷各约1.0g (准确至小数点后四位)于容量瓶中，混匀，待测。