第四章,色谱分析仪器与技术

序升温。
四、程序升温控制系统
（一）恒温控制系统
恒温是指在整个工作过程中温度始终控制在设定的范 围内。恒温控制系统是一种闭环负反馈自动控制系统 ，由恒温控制电路、恒温箱及测温、补偿等环节构成 。
（二）程序升温控制系统
程序升温就是指色谱柱的温度在分离的过程中按照预 定的程序逐步增加。
常用的程序升温方式有：
（二）色谱法的特点
– 应用范围广、样品用量少、选择性高、效能高和灵敏度 高。
三、色谱分析的常用术语和参数
检 测 器 响 应 R
2 空 气 峰 a
进 样 峰
基 线 b
1
进 样 峰 h
3
tRa
时间t(min) tR1
tR2 tR3
色谱图
三、色谱分析的常用术语和参数
1.色谱图
色谱分离分析过程中，所记录的检测器响应信号随时间变 化的曲线叫做色谱图。
载 气 源 减 压 阀 净 化 器 稳 压 阀 稳 流 阀 气 化 室 色 谱 柱 检 测 器 放 大 器 记 录 仪
温度控制系统
气相色谱仪方框图
一、气路系统
（一）载气源和减压阀
载气一般选用氦气、氮气、氢气或氩气。气体贮存在高 压罐中。 减压阀的作用是把气体的压强从10MPa～15MPa的高压 降低至0.2MPa～0.4MPa的工作压强。
五、气相色谱仪常用检测器
（1）浓度型检测器
浓度型检测器的输出信号与被分离的组分在载气中的浓度 成比例。色谱流出曲线上的每一点都对应于该瞬间组分在 载气中的浓度。
如上图,峰a为某组分的响应曲线。峰面积为A1组分全部质 量为M，系统工作在线性范围之内，即K1为一常数,则检
测器的响应为：
五、气相色谱仪常用检测器
5.保留参数
保留时间 、死时间和死体积
6.峰高
色谱峰顶点与基线之间的垂直距离称为峰高（peak height） ，单位为mV。
7.峰宽参数
峰底宽、半峰宽、标准偏差。
第二节 气相色谱仪
第二节 气相色谱仪
气相色谱仪主要由气路系统、进样系统、分离系统、检测 系统、温度控制系统、数据处理、记录系统及电源、电子 线路等构成。
线性程序（单阶线性升温） 非线性程序（多阶线性升温）
四、程序升温控制系统
1.线性程序
即柱温T随时间变化成比例地升高。可表示为T=T0＋rT ，式中T0为初温，℃ ；t表示时间，min ；r代表升温速 度，℃ / min。
2.非线性程序
线性－恒温 适于高沸点组分较多的样品的分离。 恒温－线性 适于低沸点组分较多的样品的分离。 恒温－线性－恒温 适于组分沸点范围很宽的样品。 多种升温速度 适于复杂样品。
第四章 色谱分析仪器与技术
谢国明
重点提示
1.色谱法的基本原理是什么？
2.色谱法的分类和特点是什么？ 3.色谱分析的常用术语和参数有哪些？ 4.气相色谱仪的基本结构是怎样的？ 5.气相色谱仪常用的检测器有哪些？
6.高效液相色谱仪的构造和工作原理是什么？
7.高效液相色谱仪常用的检测器有哪些？
目 录
第一节 色谱法的原理与分类 第二节 气相色谱仪
第三节 高效液相色谱仪HPLC
高压泵 储液槽
脱气装置
梯度装置
流量控制器
温控装置
进样装置
记录仪
数据处理器
检测器
分离柱
废液
高效液相色谱仪主要由溶剂输送系统、进样系统、分离系统（色谱柱） 、温度控制系统、检测系统和数据处理与显示系统等构成。
FID）
简称氢焰检测器，是电离检测器的一种，属第二类（质量 流速类）检测器。 由电极、电离室、离子源、极化电源、本底电流补偿环节 以及静电计、记录仪等构成。
热导检测器检测原理是载气和 样品各组分具有不同的导热系数。
工作 热导池
支承丝 电桥 载气 E 仪记 录 输出电阻
热敏元件
参比 热导池
热导检测器基本原理图
气相色谱仪的流程图
六、气相色谱仪的工作原理
• 气相色谱仪的参数选择 1.色谱柱和填料
所有新色谱柱使用前必须经老化处理以除去填料中的污 染物和减轻对检测器的污染。
2.色谱柱长
选择柱长的依据是分离度和分离速度。
3.载气流速
以兼顾灵敏度和分辨率为出发点。
六、气相色谱仪的工作原理
• 气相色谱仪的参数选择
（二）净化器
用于净化载气，去除其中的水分、有机烃类杂质，碳氢 化合物、二氧化碳和其他惰性气体。
（三）稳压阀和稳流阀
作用为控制载气流量和压强，保证载气的平稳性。
二、进样系统
（一）载气预热器、取样器
载气预热器用于载气加热，以防止气化后的样品遇到冷 的载气后被冷凝，影响样品的分离。 取样器通常使用微升注射器，将液体样品注入色谱柱。 常用5μl和10μl注射器。若为气态样品，则需气密注射 器。
五、气相色谱仪常用检测器
（一）气相色谱仪检测器分类 1.积分型检测器 积分型检测器的响应信号与分离出组分的总量成正比，色 谱图是一种阶梯状曲线。 一个阶梯表示一种物质从色谱柱中分离出来，阶梯的垂直 高度与该物质的总量成比例。
每一个峰代表一种物质的出现，峰与基线所界定的面积与 样品组分的含量成比例。 2.微分型检测器 微分型检测器的响应与已分离组分在载气中的浓度或质量 流速有关，记录仪记录下来的色谱图是常见的峰形曲线。 微分型检测器分为浓度检测器（第一类）和质量流速检测 器（第二类）。 .㎏/(m2•s)
（二）进样气化装臵
作用是接收样品后，立即使其气化。为使样品集中地成 一窄带状被带入色谱柱，要求死体积尽量小，峰扩展尽 量小。
接色谱柱
散热片（预热）
取样器
加热块
载气入口 汽化室示意图
三、气相色谱柱与温度控制
（一）气相色谱柱 1.固定相-----注：极性对极性
色谱柱是整个气相色谱系统的核心，样品各个组分的分离便在此 完成。优良的色谱柱应具有适当的尺寸和固定相。
4.进样器和检测器的温度 温度比恒温箱最高温度高出25～50℃，防止样品组分 冷凝。 5.恒温操作 温度一般要求比样品最高沸点低40℃左右。 原则是温度每上升1℃，保留时间缩短5%。温度每上 升30℃，分配系数下降一半，分析速度加快一倍。
6.程序操作 ，常用线性升温。
第三节 高效液相色谱仪
2.基线
表明纯流动相流过检测器时所产生的响应，反映了检测器 噪声随时间变化的情况。
3.色谱峰
样品中分离出的各组分进入检测器时，色谱流出曲线就会偏 离基线，检测器的输出信号根据流入组分的浓度或质量的变 化显示出的峰，即为色谱峰。
三、色谱分析的常用术语和参数
4.进样峰和空气峰
进样峰是进样时操作条件被干扰出现的，也可在进样时通过连 动装臵进行标记，是色谱分离过程中时间的起点。 空气峰是由于空气等物质不被固定相吸收，最先被流动相冲洗 出来到达检测器而形成的峰形。
第二节 气相色谱仪
电离室
电极
极 化 电 源－
＋ 离子源 E0 R0 记 录 仪
－
＋
本底电流 补偿环节
氢焰检测器基本原理图
五、气相色谱仪常用检测器
3.电子捕获检测器（electron capture detector，ECD ）
放射性电子捕获检测器，由一个阴极（内装圆筒状β放射源3H 或63Ni的池体）和一个不锈钢阳极组成，其离子化源为放射性 核素；
3.程序升温控制方式
电子式 机电式
四、程序升温控制系统
4．程序升温操作中须注意的问题
升温方式：根据样品的性质决定。 起始温度：根据样品中沸点最低组分的沸点决定， 起始温度在其附近或稍低一点均可。
升温速度:影响到分离效率和分析时间。
终止温度:取决于固定液的最高使用温度及高沸点组 分的沸点。可以以其中较低的温度为依据来确定终 止温度。
• 这是决定色谱最终分离结果好坏的基础。
色谱工作就是使用外力使含有样品的流动 相（气体、液体）通过一固定于柱中或平板 上、与流动相互不相溶的固定相表面。当流 动相中携带的混合物流经固定相时，混合物 中的各组分与固定相发生相互作用（分配、 吸附、离子交换等） 。由于混合物中各组分 在性质和结构上的差异，与固定相之间产生 的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的 移动，混合物在两相间经过反复多次的分配 平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同， 吸附力大的固着不动或移动缓慢，吸附力小 的被流动相溶剂洗下来随流动相向下流动， 从而按一定次序由固定相中先后流出。与适 当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组 分的分离与检测。
（2）质量流速检测器
质量流速检测器的输出信号与已分离组分流过检测器 的质量流速（单位时间内通过的组分质量）成比例。 色谱峰上的每一点都对应于分离物质该瞬时的质量流 速，系统工作在线性范围之内，即K2为一常数。
A2 =K2 M
五、气相色谱仪常用检测器
（二）气相色谱仪常用的检测器
1.热导检测器 （thermal conductivity detector，TCD） 由热导池、测量桥路、热敏元件、稳压电路、信号衰减及 基线调节等部分组成； 具有结构简单，线性、稳定性好，适用范围广等特点，还 可与其他检测器联用。 适用于有机化合物的检测 2.氢火焰离子化检测器 （hydrogen flame ionization detector，
第三节 高效液相色谱仪
第四节 色谱仪的数据处理系统 第五节 色谱仪在临床实验室的应用
第一节 色谱法的原理与分类
一、色谱法的基本原理
• 色谱分离中的两相:固定相和流动相
• 色谱法利用待分离的样品组分在两相中分配的差异而实现分离。 • 色谱分离的两要素是互不相溶的两相以及样品各组分在两相中 分配的差异。
三、气相色谱柱与温度控制