大专本科分析化学第十九章气相色谱法

聚二醇类 • 聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）， carbowax
HO H2 C H2 C
PEG-6000
n
OH
PEG-20M
酯类
O R O O R O
R= octyl， DOP （dioctyl phthalate） R=nonyl， DNP （dinonyl phthalate）
第三节
柱类型
填充柱 • 玻璃或不锈钢材质 • 内径 2~4mm， 长 0.5~4m • 固定相颗粒： 60/80目 或 80/100目 • 常用载气流速： 20~60 ml/min • 柱效： 800~1000/m • 常规药物分析时常用
毛细管柱
• 石英材质， 外涂聚酰亚胺保护层。
• 内径 0.10~0.53mm，常用规格0.10、0.25、0.32、0.53mm。 • 常用类型：涂壁毛细管 （WCOT） 载体涂层毛细管 （SCOT） 交联毛细管（用于GC-MS） • 载气流速： 1~2 ml/min • 应用分流/不分流进样
第四节
检测器
• 浓度型检测器： TCD， ECD
• 质量型检测器： FID， FPD， NPD
性能指标 1.灵敏度 （S） • 每1 ml载气中携带 1mg被测组分进入检测器时产生的电 压值 （对浓度型检测器）， 或者每秒钟携带1mg被测 组分进入检测器时产生的电压值（质量型检测器）。
2.噪声 （N） 和漂移
有机化合物中微量水分。
例：废气成分检测
• 固定相：5A 分子筛;
• TCD检测器
三、载气（carrier gas）
• N2： 最常用的气相色谱载气；热导率低，用于热导检测
时的灵敏度 低。
• H2： 热导率高，使用热导检测器时常用该载气。 易燃， 需注意安全。 • He： 热导率高，常用于 GC-MS。
气相色谱优缺点
• 优点： 1. 分离能力强： 理论板数103~106
2. 灵敏度高： 10-13~10-11g 3. 选择性高：可分离对映体等难分离物质
4. 快速：一次分析可在几秒到几十分钟完成
5. 可用于无发色团组分分析
• 缺点：
1.只适用于热稳定性好、易气化的物质分析
2.分析非挥发性物质时需衍生化
3.检测限（D）： D=2N/S
一、热导检测器（Thermal conductivity detector， TCD）
Wheatstone 电桥
R1/R2=R3/R4， i=0
R1/R2≠R3/R4， i≠0
• 被测组分通过热导池时，由于其热导率与载气不同， 带走的热量不同，导致电桥不平衡，检流计中有电流 通过。将微电流通过电阻转换成电压，即为色谱信号。
毛细管柱 （柱内径0.1~0.53mm）
• 柱温可按程序改变（程序升温） 4. 检测和数据处理系统（detection and data system） • 检测器，数据获取和处理装置 5. 控制系统（control system） • 温度控制，载气流量控制，（自动进样控制），信号控制
第二节
•
选择固定液时，要重点关注被分离组分间的主要差异
是什么，据此选择合适的固定液。
例：不同固定液对分离的影响
（二）载体
比表面积大; 基本要求 化学惰性;
热稳定性好;
有一定机械强度 硅藻土 白色载体（Chromosorb W，101等）
类型
红色载体（Chromosorb P，6201等）
非硅藻土类 （玻璃微球，特氟龙）
色散力为主，按照沸点从低到高的顺序出峰
• 极性组分：选择极性固定液 偶极作用力为主，按照极性从小到大的顺序出峰
• 极性与非极性混合组分：选择极性固定液
非极性组分先出峰，极性组分按极性顺序出峰
• 氢键型组分：选择聚二醇类固定液
按照形成氢键能力大小顺序出峰
• 复杂组分混合物：可选混合固定液，采用混涂、混装、 串联方式。
酸洗（AW） 钝化方法
碱洗 （BW）
硅烷化 （DMCS， HMDS）
减弱载体表 面吸附活性
二、气-固色谱固定相
• 吸附剂： 石墨化炭黑，硅胶，氧化铝，用于分析低分子
量醇、烷烃和醛酮 • 分子筛： 用于分析 H2，O2， CO， N2， CO2， CH4等
• 高分子多孔微球（GDX）： 药物分析中常用语分析乙醇、
热导检测器的特点
• 属于通用性检测器，只要热导率与载气不同即可检测。 • 与其他检测器相比，灵敏度较低。
• 响应动态范围宽 （105）。
• 对被测组分无破坏性。
影响热导检测器灵敏度的因素 1.电桥电流 • 响应值与桥电流的3次方成正比，故增加桥电流可显著增 加响应信号，但桥电流不可任意增大， 载气N2时： 100~150mA， H2做载气时： 150~200 mA。 • 注意： 加桥电流前需先通载气，以免热丝烧断 2. 检测器温度 • 不得低于柱温，常比柱温高 20~50℃。
CH3
R=-CH3， methylsilicone， OV-1， OV-101， SE-30， non-polar R=94% methyl， 5% phenyl， 1% vinyl， SE-54， weakly polar R= 50% methyl， 50% phenyl， OV-17， middle polar R= 50% methyl， 25% cyanopropyl， 25% phenyl， OV-225， polar
二、实验条件的选择
1. 固定相选择
• 见第二节。
2. 柱温 • 色谱柱选定后，柱温是影响分离的最重要条件。柱温 降低，分离度提高，但峰宽增加，分析时间加长。 • 选择原则：在使难分离物质对得到良好分离，分析时 间适宜，峰形对称的前提下，尽量用低柱温。
• 等温： 在分析过程中柱温保持不变。
• 程序升温（temperature programming）： 在一个分析
• 功能： 提供清洁、流量恒定
的载气
2. 进样系统（sample injection system）
• 包括进样器 （微量进样针或自动进
样器）、隔垫和气化室。 • 功能： 将试样引入GC系统并蒸发成
气体。
3. 色谱柱系统（column system）
• 色谱柱，柱温箱
• 色谱柱类型： 填充柱（柱内径 2~5mm）
三、样品预处理
1. 分解法 • 热裂解法： 适用于高聚物等大分子分析 • 水解法： 将大分子水解成小分子，蛋白质水解成氨基酸
2. 衍生化法
• 酯化（esterification）： -COOH-----COOR
周期中，柱温按照一定程序改变，以利于性质差异大的 组分达到合适的分离度。该法适用于复杂组分（如宽沸 程样品、极性差异大的样品）分析。
例：等温和程 序升温对 分离效果 的影响
3. 载气 • 低线速时，用N2
• 高线速时，用H2或 He
• 用TCD时，使用H2或 He可提高灵敏度 4. 其他条件 （1）进样口温度：应保证样品瞬间气化 （2）检测器温度： 高于柱温20~50℃
固定相
一、气-液色谱固定相（gas-liquid stationary phase）
• 气-液色谱固定相由固定液（stationary liqiud，immobilized
liquid） 和载体（ support）组成。
（一）固定液
• 固定液一般为高沸点物质 要求
（1） 在使用温度下蒸气压 <10 Pa
• 含碳有机物在H2-Air火焰中燃烧产生碎片离子，在电场作
用下形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被
色谱柱分离的组分。
离子化机制
•
机制不十分清楚，化学离子化是可能的离子化机制。
•
以苯为例：
裂解 C6H6 3O2 + 6 CH 6 CH 6CHO+ + 6e 6CO + 6H3O+
6CHO+ + 6H2O
3. 载气 • 灵敏度正比于载气与被测组分的热导率差，H2> He> N2
载气 H2 He 热导率 224.3 175.6 载气 CH4 propane 热导率 45.8 26.4
N2
Air
31.5
31.5
ethanol
acetone
22.3
17.6
4. 热丝电阻值
二、氢焰离子化检测器（Flame ionization detector，FID）
三、电子捕获检测器（Electron capture detector，ECD）
结构
63Ni
or 3H
检测原理
• 放射源发出的β-电子使载气分子离子化，在电场作用下 形成稳定的基流； • 具有强电负性元素的有机分子捕获β-电子，使基流降低， 形成倒峰。
电子捕获检测器的特点
•
对含电负性基团（卤素、硝基、过氧化物）具有选择性
3.由于进样量少，定量进样有一定困难
气相色谱仪
气相色谱流程示意图
• 随着电子技
术和计算机 技术的发展，
气相色谱仪
的各种参数 （温度、载 气流速、自 动进样等） 控制均已实 现自动化。
1. 载气系统（gas supply system）
• 包括气体钢瓶或气体发生器，
压力调节器，净化管，流量控 制器，等。
q1 qx ) q1 q2
t， 或 q lg ,R丁二烯 t R正己烷
P 0-10，+1；21-40， +2;…; 81-100， +5。P值越大，极 性越强。
一些常用的固定液
固定液的选择
• 无严格规则，一般可按“相似性原则”（rule of similarity） • 非极性组分：选择非极性固定液