分析化学第十三章 色谱分析法

死时间，由于组分不被固定相溶解或吸附，因此它的流速与流动相的流 速相等。tM也可用下式来求得，即
t 3、调整保留时间 R'：某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间，它是组 份在固定相中的滞留时间。
tR' tR tM
（4）相对保留值r21 某组分2的调整保留时间与组分1的调整保 留时间之比称为相对保留值，存在下列关系
(6) 组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之 一的碳原子被电离。
(7)离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质 量成正比的色谱流出曲线
三、电子捕获检测器（electron capture detector） ECD
它是一种具有选择性，高灵敏度的浓度型检测器。
它对具有电负性的物质（卤素、硫、磷、氮、氧）有
u 为流动相线速度； A，B，C为常数
A—分别表示涡流扩散系数； B—分子扩散系数； C—传质阻力系数（包括液相和固相传质阻力系数） 减小A、B、C三项可提高柱效
1．涡流扩散项
➢ A = 2λdp ➢ dp：固定相的平均颗粒直径 ➢ λ：固定相的填充不均匀因子
2．分子纵向扩散项
➢ B = 2νDg ➢ ν ：弯曲因子，填充柱色谱，ν<1。 ➢ Dg：组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1）
与色谱柱；8. 色谱工作站
四、色谱分析法的特点
（1）分离效能高 （2）灵敏度高 （3）分析速度快 （4）应用范围广
第二节 气相色谱法理论基础
一、色谱流出曲线及有关术 语
色谱流出曲线的意义： 色谱峰数——样品中单组份的最少个数； 色谱保留值——定性依据； 色谱峰高或面积——定量依据； 色谱保留值或区域宽度——色谱柱分离效能评价指标； 色谱峰间距——固定相或流动相选择是否合适的依据
“十二五”职业教育国家规划教材
第十三章 色谱分析法
第十三章 色谱分析法
第一节 概 述 第二节 气相色谱法理论基础 第三节 气相色谱固定相及其选择 第四节 气相色谱分离条件的选择 第五节 气相色谱检测器 第六节 气相色谱分析方法 第七节 高效液相色谱分析法简介 第八节 色谱分析法的应用实例
第一节 色谱分析法 茨维特实验
r 21 t'R2 t 'R1
相对保留值只与柱温及固定相的性质有关， 与柱径，柱长，填充情况及流动相流速无关。 Y1/2 2.354
(3)峰底宽度(Peakwidth)Wb
Wb 4
二、气相色谱法的基本理论
热力学理论：塔板理论——平衡理论 动力学理论：速率理论——Vander方程
3．传质阻力项
C
Cm
Cs
(0.1k )2 1 k
d
2 p
Dg
2k 3(1 k)2
d
2 f
Ds
k为容量因子； Dg 、Ds为扩散系数。
三、分离度
1．色谱柱的总分离效能
(a)两色谱峰距离近且峰形 宽，彼此严重相重叠，柱 效和选择性都差；
(b)虽能很好分离，但峰形 很宽，表明选择性好，但 柱效低；
第四节 气相色谱分离条件的选择
一、载气及其线速率u的选择 1、载气种类的选择 2、载气线速度对的选择 二、柱温的选择 三、柱长和柱内径的选择 四、进样量和进样时间的选择 五、汽化温度的选择
检测器：将色谱柱分离后的各组分按其特性及含量 转换为相应的电讯号。
检测器分类
1、根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型和质 量型检测器。
1、热导池的结构
双臂热导池
四臂热导池
2、热导池检测的基本原理
将电桥在未通入试样与通入试样后平衡性的差异（以电位差的形式 来表现）记录下来，得到色谱峰，反映待测物浓度。
二、氢火焰离子化检测器（flame ionization detector）FID
对含碳有机化合物有很高的灵敏度。适用于痕 量有机物的分析。 特点：结构简单、灵敏度高、响应块、稳定性好、 死体积小、线性范围宽。
性 二甲基甲酰胺
0
氯仿
有机皂土
200
甲苯
β′-
氢 甘油
键
季戊四醇
型
聚乙醇
聚乙醇
<100 70 150 100 250
甲醇、丙酮
甲醇、乙醇 氯仿：丁醇（
乙醇、氯仿 乙醇、氯仿
相对
分析对象
极性
0 低沸点碳氢化合物
0 少于8碳氢化合物 +1 各类高沸点有机化合物
+1 各类高沸点有机化合物
+2 烃、醇、醛、酮、酸、酯等有机物
n L H
塔板理论要点
➢ 当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数n大于50时，可得到基本 对称的峰形曲线。
➢ 当试样进入色谱柱后，只要各组分在两相间的分配系数有微小差异， 经过反复多次的分配平衡后，仍可获得良好的分离。
➢ n与半峰宽度及峰底宽的关系式为：
n 5.54 ( tR )2 16 ( tR )2
响应，电负性越强，灵敏度越高。
能检测10-14g·mL-1物质。
工作原理：在富氢火焰中，含硫、磷的有机物燃烧 后分别发出特征的蓝紫色(波长为350~130nm，最大强 度为394nm)和绿色光 (波长为480~560nm，最大强度 为526nm)，经滤光片 (对硫为394nm，对磷为526nm) 滤光，再由光电倍增管测量特征光的强度变化，转变 成电信号，就可检测硫或磷的含量。
W1/ 2
W
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。
➢ 常用有效塔板数n有效表示柱效：
n有效
5.54( t'R W1/ 2
)2
16( t'R W
)2
H 有效
L n有效
二、速率理论
速率方程（也称范.弟姆特方程式）
H A B Cu u
聚合物固定相是近年来出现的一种较为理想 的新型固定相。国内的商品有GDX系列，国外类似 的商品有以乙基苯乙烯与二乙烯苯为主题的 Porapak系列和以苯乙烯与二乙烯苯为主体的 Chromosorb系列。这类高分子多空微球特别适用 于有机物中痕量水的分析，也可用于多元醇、脂 肪酸、腈类、胺类的分离分析。
A区：预热区 B层：点燃火焰 C层：热裂解区： 温度最高 D层：反应区
(3)生成的正离子CHO+ 与火焰中大量水分子碰撞而发 生分子离子反应：
CHO+ + H2O ──→H3O+ + CO (4)化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场 的作用下分别向两极定向运动而产生微电流（约10-6～ 10-14A）； (5) 在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测 组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器。
二、气-液色谱固定相
固定液
最高使用 常用溶剂
温度
非
十八烷
室温
乙醚
极
角鲨烷
120
乙醚
性 阿匹松（
300
苯，氯仿
硅橡胶
300 丁醇：氯仿（
中 癸二酸二辛酯
120 甲醇、乙醚
性 邻苯二甲酸二壬酯 130
甲醇、乙醚
极 磷酸三苯酯
130 苯、氯仿、乙
性
醚
丁二酸二乙二醇酯 200 丙酮、氯仿
极 苯乙腈
常温
甲醇
硫、磷的机理有差异，相互间有一定干扰，所以使用 火焰光度检测器测定硫和磷时，应选用不同的滤光片 和不同的火焰温度。
第六节 气相色谱分析方法
色谱定性分析: 确定色谱图上每一个峰所代表的物质。 依据: 在色谱条件一定时，任何一种物质都有确定的保留时间。 方法: 在相同色谱条件下，通过比较已知物和未知物的保留值或 在固定相上的位置，即可确定未知物是何种物质。 方法的发展:色谱与质谱或其它光谱法联用，是目前解决复杂混合 物中未知物定性分析的最有效的技术。
+2 烃、醇、醛、酮、酸、酯等有机物
+3 烃类、酚类异构物、卤化物
+4
+4 卤代烃，芳烃3，一起分离烷烯烃 +4 低沸点碳氧化合物 +4 芳烃、特别二甲苯异构体有高选择
性 +5 分离低级烃、芳烃、含氧有机物
+4 醇和芳烃，对水有强滞留作用 +4 醇、酯、芳烃 +4 极性化合物 +4 极性化合物
三、聚合物固定相
一、塔板理论
塔板模型：将一根色谱柱视为一个 精馏塔，即色谱柱是由一系列连续的、 相等的水平塔板组成。每一块塔板的高 度用H表示，称为塔板高度。
塔板理论假设：在每一块塔板上，溶质在两相 间很快达到分配平衡，然后随着流动相按一个一个 塔板的方式向前转移。对一根长为L的色谱柱，溶 质平衡的次数n称为理论塔板数。
➢ 所以，通常用R=1.5作为相邻两色谱峰完全分离的指标。
响应信号
保留时间 t, min
R=0.75 R=1.0 R=1.5
第三节 气相色谱固定相及其选择
一、气-固色谱固定相（吸附剂） 1.活性炭 2.氧化铝 3.硅胶 4.化学键固定相 5.分子筛 6.聚合物固定相
二、气-液色谱固定相
固定液类型
固定相——CaCO3颗粒 流动相——石油醚
色带
一、色谱分析法的分类
（1）两相的状态分类 （2）固定相的形式分类 （3）分离原理分类
二、气相色谱的分析流程
图13-2 气相色谱流程图
1. 高压载气瓶；2. 压力调节器（a. 瓶压，b. 输出压）3. 净化器；4. 气流调节阀 5. 气化室；6. 检测器；7. 柱温箱
基线
1．基线：操作条件稳定后，无样品通过 时检测器所反映的信号一时间曲线。 它反映检测器系统噪声随时间变化。稳定 的基线是一条直线。
2．色谱峰：从被测组分开始进入检测器至完全流出检测器所形成的峰型 部分称色谱峰。基线与色谱峰组成了一个完整的色谱图。