第二章 气相色谱法
第2章气相色谱法ppt课件
• 组分的保留时间受色谱过程的热力学因素控制 （温度及流动相和固定液的结构与性质），而 色谱峰变宽则受色谱过程的动力学因素控制 （组分在两相中的运动情况）。
3! 2! (3 2)!
0.333 (32)
0.667 2
0.444
34
组分B(kB=0.5)在n=5的色谱柱内及出口的分布
N r 0 1 2 3 4 柱出口
0100000
1
0.333 0.667 0
0
0
0
2
0.111 0.444 0.445 0
0
0
3 0.037 0.222 0.444 0.296 0 0
27
6．分离因子
• 分离因子（也称为选择因子）为两物质的调整保 留时间（或分配系数）的比值，可用来衡量两物 质的分离程度，用α表示。
K2 k2 t'R2
K1 k1 t'R1
• 分离因子仅考虑了色谱过程中的热力学因素，而 没有考虑分离过程中的动力学因素，即色谱峰的 变宽，故不能反映两物质的实际分离情况。
3.1 色谱法概述
混合物最有效的分离、分析方法。 俄国植物学家茨维特在1906年使用 的装置：色谱原型装置. 色谱法是一种分离技术. 试样混合物的分离过程也就是试样中 各组分在称之为色谱分离柱中的两相间 不断进行着的分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相 的流体（气体或液体），称为流动相。
Wb 4 Wb 1.699Y1 2
15
5．色谱峰高和峰面积 定量参数 ⑴ 峰高（h）组分在柱后出现浓度极大时的检
第二章+气相色谱法
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b. 流出曲线方程式
c c0
t tR
2
2
2
2
e
2-17
c. 由塔板理论可导出n、H、L间的关系
t R n = 5 .5 4 Y1 2 H t 16 R Y L n
2 2
( 2 -1 8 )
( 2 -1 9 )
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分配系数：指在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之
间分配达平衡时的浓度之比值，即
K=固定相中浓度/流动相中浓度= CS/CM 在一定温度下，各物质在两相之间的分配系数是不同的， 分配系数小的组分较早地流出色谱柱，分配系数大的组分后流 出色谱柱。由此可见，气相色谱分析的分离原理是基于不同物 质在两相间具有不同的分配系数。
准偏差σ的关系是：
Y1/2 = 2.354σ
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3. 峰底宽度Y
即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距，如图中 IJ的距离．它与标准偏差的关系是：
Y = 4σ
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从色谱流出曲线上，可以得到许多重要信息：
(l) 根据色谱峰的个数，可以判断样品中所合组份的最少个数 (2)根据色谱峰的保留值(或位置），可以进行定性分析． (3) 根据色谱峰下的面积或峰高，可以进行定量分析． (4) 色谱峰的保留值及其区域宽度，是评价色谱柱分离效能的
依据．
(5) 色谱峰两峰间的距离，是评价固定相 (和流动相)选择是否 合适的依据．
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第二节 气相色谱分析理论基础
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一、气相色谱法基本原理
1. 柱型： a. 填充柱 b. 毛细管柱 2. 分离过程 气固：吸附-脱附-吸附-脱附…… 气液：溶解-挥发-溶解-挥发…… 3. 分配过程 物质在固定相和流动相（气相）之间发生的吸附、脱附和 溶解、挥发过程，称为分配过程。
第二章 气相色谱法(2)
二、塔板理论
最早由Martin等人提出塔板理 论，把色谱柱比作一个精馏塔， 沿用精馏塔中塔板的概念来描述 组分在两相间的分配行为，同时
引入理论塔板数作为衡量柱效率
的指标。
该理论假定：
（i）在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间迅速达到平
衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H。 （ii）以气相色谱为例，载气进入色谱柱不是连续进行的， 而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（ΔVm）。 （iii）所有组分开始时存在于第0号塔板上，而且试样沿轴 （纵）向扩散可忽略。
m为组分质量，Vr为保留体积，n为理论塔板数。 当V=Vr 时，C值最大，即
Cmax
n m 2 Vr
由流出曲线方程可推出：
tr 2 tr 2 n 5.54( ) 16( ) W1/2 W
而理论塔板高度（H）即：
L H n
从上两式可以看出，色谱峰W越小，n就越大，而H就越
小，柱效能越高。因此，n和H是描述柱效能的指标。
分加到第0号塔板上，分配平衡后，由于k=1，即ns=nm故
nm=ns=0.5。当一个板体积（lΔV）的载气以脉动形式进入0 号板时，就将气相中含有nm部分组分的载气顶到1号板上， 此时0号板液相（或固相）中ns部分组分及1号板气相中的nm 部分组分，将各自在两相间重新分配。故0号板上所含组分总 量为0.5，其中气液（或气固）两相各为0.25而1号板上所 含总量同样为0.5．气液（或气固）相亦各为0.25。以后每
三、速率理论
1956年荷兰学者van Deemter等在研究气液色谱时，提出
了色谱过程动力学理论——速率理论。他们吸收了塔板理 论中板高的概念，并充分考虑了组分在两相间的扩散和传 质过程，从而在动力学基础上较好地解释了影响板高的 各种因素。该理论模型对气相、液相色谱都适用。 van Deemter方程的数学简化式为
第二章讲义气相色谱法
1903 年 发 表 文 章 ： On a new category of adsorption phenomena and their application to biochemical analysis ➢1906年Tswett 创立“chromatography”—“色谱法”新名词 ➢1907年在德国生物会议上第一次向世界公开展示显现彩色环带的柱管
液相色谱法
柱色谱法
LSC、SFC 高效液相色谱法HPLC
平面色谱法
薄层色谱法TLC 纸色谱PC、薄膜
RHPLC BPC
逆流分配色谱法 LLC
开口：CZE、MECC
毛细管电泳法CE
填充：CGE、CIEF
广义毛细管电泳法
毛细管电色谱法CEC 填充 CEC 微流控芯片分析MFC 壁处理 CEC
色谱法的特点
第二章气相色谱法
精品jing
§2-1 气相色谱法历史
俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置： 色谱原型装置，如图。 色谱法是一种分离、分析的技术。 试样混合物的分离过程也就是试样中各组 分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的 分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相。 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流 体（气体或液体），称为流动相。 混合物最有效的分离、分析方法。
➢1930年R.Kuhn用色谱柱分离出胡萝卜素；
➢1935年Adams and Holmes 发明了苯酚-甲醛型离子交换树脂，进一步发 明了离子色谱；
第二章气相色谱分析法作业
第二章气相色谱分析法一、简答题1.色谱内标法是一种准确度较高的定量方法。
它有何优点？2.分离度R是柱分离性能的综合指标。
R怎样计算？在一般定量、定性或制备色谱纯物质时，对R如何要求？3. 什么是最佳载气流速？实际分析中是否一定要选择最佳流速？为什么？4. 在色谱分析中，对进样量和进样操作有何要求？5. 色谱归一化定量法有何优点？在哪些情况下不能采用归一化法？6. 试析影响气相色谱仪的热导池检测器的灵敏度的主要因素。
7. 柱温是最重要的色谱操作条件之一。
柱温对色谱分析有何影响？实际分析中应如何选择柱温？8. 色谱柱的分离性能可用分离效率的大小来描述。
分离效率怎样表示？其大小说明什么问题？要提高分离效率应当怎么办？9. 在一根色谱柱上，欲将含 A、B、C、D、E 五个组分的混合试样分离。
查得各组分的分配系数大小如: K B> K A> K C> K D,K E=K A,试定性地画出它们的色谱流出曲线图，并说明其理由？10. 色谱固定液在使用中为什么要有温度限制？柱温高于固定液最高允许温度或低于最低允许温度会造成什么后果？11. 在气相色谱分析中为了测定下面组分，宜选用哪种检测器？为什么？⑴蔬菜中含氯农药残留量；⑵测定有机溶剂中微量水⑶痕量苯和二甲苯的异构体；⑷啤酒中微量硫化物12. 某一色谱柱从理论上计算得到的理论塔板数n很大，塔板高度H很小，但实际上分离效果却很差，试分析原因。
13. 根据Van Deemter方程，推导出A、B、C常数表示的最佳线速u opt和最小板高H min。
14. 已知：f i’、f s’、A i、A s分别为待测组分（i）和内标物质（s）的相对质量校正因子和色谱峰面积，m s、m分别为内标物的质量和待测试样的质量，请推导出计算i组分质量分数的色谱定量分析内标法公式。
15. 用热导池检测器时，为什么常用H 2和He 作载气而不常用氮气作载气？ 16. 简述根据色谱流出曲线可以解决那些问题？17. 什么是塔比板理论？它对色谱的贡献和它的局限性是什么？18.毛细管色谱柱与填充色谱柱有哪些主要差别？Van Deemter 方程式用于这两种色谱柱的表现形式有何差异？19. 气相色谱对用于固定相的固定液有哪些要求? 为什么？ 20.对于永久性气体的分离为什么常采用气—固色谱？ 二、计算题1.若在1m 长的色谱柱上测得分离度为0.68,要使它完全分离，则柱长至少应为多少米？2. 在2m 长的色谱柱上，测得某组分保留时间（t R ）6.6min ，峰底宽（Y ）0.5min ，死时间（t m ）1.2min ，柱出口用皂膜流量计测得载气体积流速（F c ）40ml/min,固定相（V s ）2.1mL,求：(提示：流动相体积，即为死体积)⑴ 分配容量k ⑵ 死体积V m⑶ 调整保留时间 ⑷ 分配系数 ⑸ 有效塔板数n eff ⑹ 有效塔板高度H eff3. 已知组分A 和B 的分配系数分别为8.8和10，当它们通过相比β=90的填充时，能否达到基本分离（提示：基本分离R s=1）4. X 、Y 、Z 三组分混合物min 5)(=X R t ，经色谱柱分离后，其保留时间分别为：min 5)(=X R t ，min 7)(=Y R t ,min 12)(=Z R t ,不滞留组分的洗脱时间m in 5.1=M t ，试求：(1)Y 对X 的相对保留值是多少？ (2) Z 对Y 的相对保留值是多少？ (3)Y 组分的色谱柱中的容量因子是多少？ (4)X 对Y 的容量因子之比是多少？5. 一试样经气相色谱分析，在6.5min 时显示一个色谱峰，峰的宽度为5mm ，记录纸移动的速度为101min mm -⋅，在柱长2m 的色谱柱中其理论塔板是多少？相应的理论塔板高度是多少？6. 有一气液色谱柱，长2m ，在不同线速时，相应的理论塔板数如下：u /cm ·s -14.0 6.0 8.0 n 323 308 253计算：（1）最佳线速；（2）在最佳线速时，色谱柱的理论塔板数。
仪器分析(第四版)第二章
3
塔板高度
H
2 1 A 0
L
L H n
P12例
n>50，对称的峰形曲线 气相色谱中，n约为103-106，呈趋于正态分布曲线
理论塔板数（n）可根据色谱图上所测得的保留
时间（tR）和峰底宽（Y）或半峰宽（ Y1/2 ）按下
4）k与保留时间的关系
若流动相在柱内线速度为u（一定时间内载气在柱内
流动的距离，若固定相对组分有保留作用，组分在
柱内的线速度us小于u，两者比值为滞留因子
R S uS / u
也可用质量分数表示：
mM RS w mS m M
1 1 mS 1 k 1 mM
推导：
组分和流动相通过长度为L的色谱柱，所需时间为：
理论上可以推导出：
VS 1 kK K VM
相比，: VM / VS, 反映各种色谱柱柱型及其结构特征 填充柱（Packing column）: 6~35 毛细管柱（Capillary column）: 50~1500
结论：
分在两相中质量比，均与组分及固定相的热力学性
1）分配系数是组分在两相中的浓度之比，分配比是组
试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测 器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变为相 应的电信号，由记录仪所记录下的信号——时间曲线 或信号——流动相体积曲线，称为色谱流出曲线，
常用术语：
基线： 在操作条件下，仅有纯流动相进入检 测器时的流出曲线。 稳定的基线为一直线
基线漂移：基线随时间定向缓慢变化
第二章气相色谱分析习题参考答案
第二章气相色谱分析课后习题参考答案（%页）1、简要说明气相色谱分析的分离原理。
借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离。
气相色谱就是根据组分与固定相与流动相的亲和力不同而实现分离。
组分在固定相与流动相之间不断进行溶解、挥发（气液色谱），或吸附、解吸过程而相互分离，然后进入检测器进行检测。
2、气相色谱仪的基本设备包括哪几部分？各有什么作用？气路系统、进样系统、分离系统、温控系统以及检测和记录系统。
气相色谱仪具有一个让载气连续运行，管路密闭的气路系统；进样系统包括进样装置和气化室。
其作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中；分离系统完成对混合样品的分离过程；温控系统是精确控制进样口、汽化室和检测器的温度；检测和记录系统是对分离得到的各个组分进行精确测量并记录。
3、当下列参数改变时：（1）柱长缩短，（2）固定相改变，（3）流动相流速增加，（4）相比减少，是否会引起分配系数的改变？为什么？分配系数只与组分的性质及固定相与流动相的性质有关。
所以（1）柱长缩短不会引起分配系数改变；（2）固定相改变会引起分配系数改变；（3）流动相流速增加不会引起分配系数改变；（4）相比减少不会引起分配系数改变。
4、当下列参数改变时：（1）柱长增加，（2）固定相量增加，（3）流动相流速减小，（4）相比增大，是否会引起分配比的变化？为什么？m S K V Mk 」一；而——，分配比除了与组分、两相的性质、柱温、柱压有关外，还与相比有关，m M B V S而与流动相流速、柱长无关。
故（1）不变化；（2）增加；（3）不改变；（4）减小。
5、试以塔板高度H做指标，讨论气相色谱操作条件的选择。
提示：主要从速率理论（范弟姆特Van Deemter）来解释，同时考虑流速的影响，选择最佳载气流速（P13-24）。
（1）选择流动相最佳流速。
（2）当流速较小时，可以选择相对分子质量较大的载气（如N2, Ar）,而当流速较大时，应该选择相对分子质量较小的载气（如H2, He）同时还应该考虑载气对不同检测器的适应性。
第二章 气相色谱法1PPT课件
10
四、气相色谱结构、操作简介
（一）气相色谱仪器主要系统
1. 载 气 系 统 2. 进 样 系 统
1- 载气钢瓶 2- 减压阀 3- 净化干燥管 4- 流量计 5- 压力表
6- 进样器 7- 气化室
5.温控系统
12-温度控制器 （共三个）
3. 分 离 系 统 4.检测记录系统
8- 色谱柱
9- 热导检测器 10- 放大器 11- 记录仪
5
色谱法的发展历史
1906 Tswett 用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提 出色谱概念。
1938 Izmailov, Shraiber 最先使用薄层色谱法。 1941 Martin, Synge 提出色谱塔板理论；预言了气体可
作为流动相（即气相色谱） 1944 Consden等 发明了纸色谱。 1956 Van Deemter等 提出色谱速率理论，并应用于气
有关色谱柱性质及其选择见第二节。
19
四、气相色谱结构、操作简介
（一）气相色谱仪器主要系统 4. 检测记录系统
检测元件 色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按
检
其浓度或质量随时间的变化，转化成相应
测 记
电信号。 常用检测器：热导检测器、氢火
录
焰离子化检测器。
系
统 放 大 器 电信号放大
显示记录 记录和显示 绘出色谱图
（一）气相色谱仪器主要系统
2. 进样系统
进样系统
①进样器 ②气化室
专用微量注射器 将液体试样瞬间气化
1〜10μL
无催化作用
15
常压气体样品可用医用注射器（100μL-5mL）进样。简单灵活； 缺点：误差大，偏差在5％左右→多用六通阀定体积进样操作方便、 进样迅速、结果准确，偏差较小 六通阀：试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的 试样气体进入分离柱；
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tR′= 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
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由于组份在色谱柱中的保留时间tR包含了
组份随流动相通过柱子所需的时间和组份在
固定相中滞留所需的时间，所以tR′实际上
是组份在固定相中停留的总时间．保留时间 可用时间单位（如s）或距离单位（如cm）
表 示。
保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组 份的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱 工作者有时用保留体积等参数进行定性检定．
时的流出曲线。
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(一）保留值－定性参数
1 死时间tM(或t0)：不被保留的样品通过色
谱柱的时间。
L 柱长 μ
tM
流动相 平均线速度
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2 保留时间tR （或tr ）
某组分从进样开始到柱后出现峰极大点 时所经历的时间，称为保留时间，它相应于 样品到达柱末端的检测器所需的时间．
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3 调整保留时间tR′ (或tr′)
5 保留体积VR (或Vr)：从进样开始到色谱峰
最大值出现时所通过的流动相的体积，单位mL
VRtRqV,0
6 调整保留体积VR′(或Vr′):保留体积减去
死体积，即组分停留在固定相时所消耗的流 动相体积
VR' tR '或qV,0
VR ' VRVM
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7.相对保留值r2,1 某组分2的调整保留值与组分1的调整保
• 自上而下运动的一相（一般是气体
或液体）称为流动相 ；
• 装有固定相的管子（玻璃管或不锈
钢管）称为色谱柱 。
精品课件Biblioteka 色谱法是利用混合物不同组分在固定相和流 动相中分配系数(或吸附系数、渗透 性等)的差异，使不同组分在作相对 运动的两相中进行反复分配，实现分 离的分析方法。
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色谱法的分类
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（1）标准偏差()：
即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。
（2）半峰宽(Y1/2)： 色谱峰高一半处的宽度 Y1/2 =2.354
（3）峰底宽(Y)：通过流出曲线的拐点所作的
切线在基线上的截距
Y=4
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（三）峰高与峰面积－定量
峰高h ：从色谱峰顶点到基线的距离 峰面积A：峰与基线延长线所包围的面积
第二章 气相色谱分析
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2.1 概述
1906年，俄国植物学家茨维特(M.Tswett)创
“立色谱法”
石油醚(流动相)
名称的由来
碳酸钙
(固定相)
色 ▲叶绿素A 谱 ▲叶黄素 带 ▲胡萝卜素
色谱法是一种分离技术精品课件
• 在色谱法中，将填入玻璃管或不锈 钢管内静止不动的一相（固体或液
体）称为固定相 ；
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2.3 色谱分析的基本原理
色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离 ，组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远 ，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定 的，即与色谱过程的热力学性质有关。
但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽， 以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是 由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色 谱过程的动力学性质有关。因此，要从热力学和动 力学两方面来研究色谱行为。
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（一）分配系数K和分配比k
1.分配系数K 分配色谱的分离是基于样品组分在固定相
和流动相之间反复多次的分配过程，而吸附 色谱的分离是基于反复多次的吸附-脱附过程 。
这种分离过程经常用样品分子在两相间的 分配来描述，而描述这种分配的参数称为分 配系数K。
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分配系数定义
在一定温度和压力下，组分在固定相和
= tR (i) / tR (s)
式中tR(i)为后出峰的调整保留时间，所 以总是大于1的。相对保留值往往可作为 衡量固定相选择性的指标，又称选择性因 子。
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(二) 区域宽度－柱效
色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的 重要参数之一，用于衡量柱效率及反映 色谱操作条件的动力学因素。表示色谱 峰区域宽度通常有三种方法。
超临界流体与键 合表面的分配
2.2 色谱流出曲线及有关术语
色谱图（chromatogram）： 试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过
检测器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变 为相应的电信号，由记录仪所记录下的信号——时间 曲线或信号——流动相体积曲线，称为色谱流出曲线，
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基线： 在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器
气、液 气-键相 气-固
超临界流体色 谱 SFC （ 流 动 相超临界流体）
固体吸附剂 离子交换树脂 凝胶 涂在载体表面的液体 有机物被键合在载体表面 固体吸附剂 固体表面键合的有机物
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所用平衡
不同溶液之间分 配平衡 在液体与固定相 表面的分配 吸附
离子交换
筛分
分析物与固定
相间的相互作用 吸附
{ 柱色谱
1.根据固定相的外形分
平板色谱
平板色谱
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吸附色谱
2.根据分离机理 分配色谱
可分为
离子交换色谱
排阻色谱
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3.按流动相不同分类
一般分类
分离方法 固定相
液相色谱LC
液液分配
涂在载体表面的液体
化学键合相 有机物被键合在载体表面
液固吸附
离子交换
尺寸排阻
气 相 色 谱 GC （流动相为气 体）
A=1.065hY1/2
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(四）色谱流出曲线上的信息
1. 根据色谱峰的个数，可判断样品所含的最少组 份数。 2. 根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析。 3. 根据色谱峰的面积或峰高, 可以进行定量分析 4. 色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱分 离效能的依据 5. 色谱峰两峰间的距离， 是评价固定相(或流动相) 选择是否合适的依据。
留值之比，称为相对保留值。
r21
t' R(2)
t' R(1)
V' R(2)
V' R(1)
由于相对保留值只与柱温及固定相性质有
关，而与柱径、柱长、填充情况及流动相
流速无关，因此，它在色谱法中，特别是
在气相色谱法中，广泛用作定性的依据。
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在定性分析中，通常固定一个色谱峰 作为标准（s），然后再求其它峰（i）对 这个峰的相对保留值，此时可用符号表 示，即
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4 死体积VM (或V0)
指色谱柱在填充后，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 小而可忽略不计时，其值就相当于色谱柱内 流动相的体积。死体积可由死时间与流动相
体积流速qV,0（mL · min-1）计算：
VMtMqV,0
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