仪器分析_气相色谱分析
仪器分析笔记《气相色谱分析》
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；
仪器分析考试
第二章：气相色谱分析（GC ）色谱分析：色谱法是一种分析方法。
他利用物质在两相中分配系数的微小差异，当两相做相对移动时，是被测物质在两相之间进行反复多次分配，这样原来微小的分配差异产生了很大的效果，使各组分分离，以达到分离、分析以及测定一些物理化学常数的目的。
2．气相色谱仪的构成：1. 载气系统：气源、气体净化、气体流速控制部件；2. 进样系统：进样器、汽化室；3. 色谱柱和柱箱：管柱、固定相、温度控制装置；4. 检测系统：检测器、放大器、检测器的电源控温装置；5. 记录及数据的处理系统：记录仪、积分仪、色谱工作站。
5） 一些术语：● 保留值：表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值；● 死时间：指不被固定相吸附或溶解的气体从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间，死时间正比于色谱柱的空隙体积；● 保留时间：指被测组分从进样开始到柱后出现浓度的最大值所需的时间； ● 调整保留时间：指扣除死时间后的保留时间；● 相对保留值：指某组分2的调整保留值与另一组分1的调整保留值之比。
(2) 分配系数K ：在一定温度下组分在两相之间分配达到平衡时的浓度比称为分配系数KMC K Cs ==组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度 由此可见，气象色谱分析的基本原理是基于不同物质在两相间具有不同的分配系数。
(3) 分配比MR M M R t t t t t k '=-=(4) 塔板理论：● 理论塔板高度H● 在气相色谱中，塔板数n 值是很大的，约为6310~10●222/1)(16)(54.5n Yt Y t R R == ● n L H = ● 色谱峰越窄，塔板数n 越多，理论塔板高度H 就越小，此时柱效能越高5.速率理论：● u C uB A H ++= 其中A 称为涡流扩散项，B 称为分子扩散系数，C 为传质阻力系数 ● 使用适当细粒度和颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀，是减少涡流扩散，提高柱效的有效途径。
仪器分析：气相色谱分析的特点及应用范围
仪器分析
气相色谱分析的特点及应用范围
借在两相间分配远离而使混合物中各组分分法是采用气体作为流动相的一种色谱法。其中，载气（不与被测物 作用，用来载送试样的惰性气体，如氢气、氮气、氦气等）载着需分离的试样通 过色谱柱中的固定相，使试样中各组分分离，然后分别检测。
气相色谱法的分离效果高，选择性好，操作简单，分析快速。 可以应用于气体试样的分析，也可以分析易挥发或可转化为易挥发物质的液 体和固体，不仅可以分析有机物，也可以分析部分无机物。
仪器分析
气相色谱分析的特点及应用范围
气相色谱法能检测出超纯气体、高分子单体和高纯试剂中的质量分数为10-6甚 至10-10数量级的杂质；在环境监测上可用来直接检测（试样不需要实现浓缩）大气 中质量分数为10-6-10-9数量级的污染物；农药残留量的分析中可检测出农副产品、 食品、水质中质量分数为10-6-10-9数量级卤素、硫、磷化物等等。
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仪器分析
气相色谱分析的特点及应用范围
目
录
Contents
1 2 3
气相色谱分析的特点 气相色谱分析的应用范围 注意事项
仪器分析
气相色谱分析的特点及应用范围
色谱法是一种分离技术，这种分离技术应用于分析化学中，就是色谱分析。 它以其具有高分离效能、高检测性能、分析快速而成为现代仪器分析方法中应用 最广泛的一种方法。
仪器分析气相色谱分析
甲醇淋洗、烘干
酸。一些拖尾，可加 H3PO4 或 KOH 添加剂解决。
碱洗
5-10%NaOH 甲醇液回流， 水、甲醇淋洗、烘干
除 Al2O3 酸性作用点。用于胺类等碱性物质。
硅烷化 釉化
加入 DMCS 或 HMDS 等硅 烷化试剂，使与-SiOH 反应 2%Na2CO3 浸泡担体，过滤 得滤液再水稀 3 倍，用稀滤 液淋洗担体，烘干后再高温 处理
气固色谱：利用不同物质在固体吸附剂上的物理 吸附——脱吸能力不同实现物质的分离。只适于 较低分子量和低沸点气体组分的分离分析。
气液色谱：利用待测物在气体流动相和固定在惰 性固体表面的液体固定相之间的分配原理实现分 离。
第一节 气相色谱仪
102G型气相色谱仪
102型气相色谱仪 常用于学生实验
GC-7890气相色谱仪
350~550oC 活化
永久气体�
不同极性 170oC
除水、通气活化
水+气体氧 +CH4+低级醇
化
物
二 气液色谱固定相——载体+固定液 由载体和固定液构成； 载体为固定液提供大的惰性表面,以承担固定
液,使其形成薄而匀的液膜。 1. 载体 也称担体
惰性的,多孔性固体颗粒。 对载体的要求：稳、匀、大。 载体类型：分为硅藻土型和非硅藻土型,后硅藻土型
第3章 气相色谱分析
3.1、气相色谱仪 3.2、气相色谱流动相与固定相 3.3、气相色谱检测器 3.4、 气相色谱分离分析条件 3.5、气相色谱定性方法 3.6、气相色谱定量方法 3.7、 毛细管柱气相色谱法简介 3.8、气相色谱的应用
气相色谱过程：待测物样品被被蒸发为气体 并注入到色谱分离柱柱顶,以惰性气体 指不与 待测物反应的气体,只起运载蒸汽样品的作用, 也称载气 将待测物样品蒸汽带入柱内分离。 其分离原理是基于待测物在气相和固定相之 间的吸附——脱附 气固色谱 和分配 气液色 谱 来实现的。因此可将气相色谱分为气固色 谱和气液色谱。
仪器分析复习内容(重点)
第二章气相色谱分析1.简要说明气相色谱分析的基本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．3.试以塔板高度H做指标,讨论气相色谱操作条件的选择.解:提示:主要从速率理论(van Deemer equation)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。
（3）柱温不能高于固定液的最高使用温度，以免引起固定液的挥发流失。
在使最难分离组分能尽可能好的分离的前提下，尽可能采用较低的温度，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。
（4）固定液用量：担体表面积越大，固定液用量可以越高，允许的进样量也越多，但为了改善液相传质，应使固定液膜薄一些。
（5）对担体的要求：担体表面积要大，表面和孔径均匀。
粒度要求均匀、细小（但不宜过小以免使传质阻力过大）（6）进样速度要快，进样量要少，一般液体试样0.1~5uL,气体试样0.1~10mL.(7)气化温度：气化温度要高于柱温30-70℃。
4.试述速率方程中A, B, C三项的物理意义. H-u曲线有何用途?曲线的形状主要受那些因素的影响? 解:参见教材P14-16A 称为涡流扩散项,B 为分子扩散项，C 为传质阻力项。
下面分别讨论各项的意义：(1) 涡流扩散项A 气体碰到填充物颗粒时，不断地改变流动方向，使试样组分在气相中形成类似“涡流”的流动，因而引起色谱的扩张。
气相色谱分析法—气相色谱仪(食品仪器分析课件)
色谱仪的分离系统是安装在柱箱内的色谱柱。色 谱柱的入口与气化室相连，其出口连在检测器上，用 于分离样品，是色谱仪的核心部分。
色谱柱的安置
色谱柱主要有填充柱和毛细管柱两类。 一、填充柱
填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相，一般内径为 3~4mm，长1~10m。形状有U形和螺旋形两种，常用的是螺旋形的 。填充柱制备简单，可供选择的固定相种类多，柱容量大，分离效 能也足够高，应用很广泛。
净化干燥器
三、稳压、恒流装置 高压钢瓶气需经过减压后才能使用。载气的流速是影响色谱分
离和定性分析的重要参数之一，因此其流速必须稳定。载气流速由 稳压阀或稳流阀调节控制。稳压阀的作用是通过改变输出气压来调 节气体流量的大小，并稳定输出气压。在恒温色谱分析中，当操作 条件不变时，整个系统阻力不变，单独使用稳压阀便可使色谱柱入 口压力稳定，从而保持稳定的流速。但在程序升温色谱分析中，由 于柱内阻力随温度升高而不断增加，载气的流量逐渐减少，因此需 要在稳压阀后连接一个稳流阀，以保持恒定的流量。
一、气相色谱仪基本结构
气相色谱仪结构示意图
二、气相色谱仪的流程
在气相色谱分析中，由载气系统的高压钢瓶（或气体发生器） 提供的流动相气体即载气（如H2、He、N2及Ar等），经减压阀减压、 稳压，净化器净化、干燥，稳压阀或稳流阀精确调节其压力后，以 稳定的压力和流量连续流经进样系统的样品气化室，将从进样口注 入的气体样品（或在气化室瞬间气化的液体试样蒸气），运载进入 色谱柱进行分离。
二、毛细管柱 毛细管柱又叫空心柱，最常用的是石英毛细管柱。普通毛细管
柱的内径一般为0.32mm，大口径毛细管柱内径为0.53mm。毛细管 柱渗透性好，传质阻力小，柱长可长达几十米，甚至几百米。毛细 管柱分辨率高（理论塔板数可达1.0×106），分析速度快，样品用 量小。但柱容量小，对检测器的灵敏度要求高。
仪器分析气相色谱法
仪器分析气相色谱法气相色谱法（Gas Chromatography，GC）是一种常用的分析技术，在化学、生物、环境等领域中广泛应用。
该技术通过样品在气相色谱柱中的分离和检测，可以对复杂的混合物进行分析和定量。
本文将介绍气相色谱法的基本原理、仪器分析方法以及应用领域。
一、气相色谱法的基本原理气相色谱法是一种层析技术，原理是通过样品在一个固定相（色谱柱内涂层的液体或固体）和一个惰性气体流动的气相之间的分配来进行分离。
在气相色谱仪中，样品通过进样口被注入到气相色谱柱中，柱温控制使得样品能够在柱内发生分离。
分离后的组分通过检测器检测，得到相应的信号图谱。
气相色谱法的分离机理有吸附、分配、离子交换、凝聚相分离等方式。
其中最常用的是吸附分离，即通过固定相对不同组分的吸附性能进行选择性分离。
二、气相色谱仪的基本组成及原理气相色谱仪主要由进样系统、色谱柱、载气系统、检测器和数据处理系统等部分组成。
进样系统用于将样品引入到气相色谱柱中，色谱柱进行分离，载气系统用于将惰性气体送入色谱柱以推动样品的迁移，检测器用于检测组分的信号，数据处理系统则用于对检测信号进行分析和处理。
在气相色谱仪中，进样系统的关键部分是进样口、进样器和进样针。
色谱柱是气相色谱法中的核心装置，决定了样品的分离效果。
检测器根据不同的检测原理可以分为不同种类，如火焰光度检测器（FID）、电子捕获检测器（ECD）、氮磷检测器（NPD）等。
三、气相色谱法的应用领域气相色谱法广泛应用于化学、生物、环境等领域。
在化学领域，气相色谱法可用于研究化合物的结构和性质、分析有机物、无机物等；在生物领域，可以用于检测生物样品中的氨基酸、脂肪酸、激素等；在环境领域，可用于监测空气、水、土壤中的有机物、农药、挥发性物质等。
总之，气相色谱法是一种重要的分析技术，具有高分析效率、分辨率高、样品消耗少等优点，被广泛应用于各个领域。
通过不断改进仪器设备和方法，气相色谱法将在未来的研究中发挥更重要的作用。
仪器分析-气相色谱法
性质相近时，分子间的作用力就越大，分配系数大， 组分的保留时间长，有利于分离
➢被测组分为非极性:选用角鲨烷、阿皮松等非极性固定液， 出峰顺序为组分的沸点高低，低的先流出
➢分离强极性物质: 选用强极性固定液， 组分按极性从 小到大的顺序先后流出色谱柱
➢能形成氢键的试样，如醇、酚、胺和水等: 选用氢键型 固定液，如聚乙二醇—2000
1、柱长的选择
增加柱长可使理论塔板数增大，但同时使峰宽加 大，分析时间延长。柱长选择以使组分能完全分离， 分离度达到所期望的值为准。
2、载气及其流速的选择
曲线的最低点，塔板高度H最小，柱效最高，其相应 的流速是最佳流速。
3、柱温的选择
提高柱温可使气相、液相传质速率加快，有利于 降低塔板高度，改善柱效。
AC-1毛细管柱
色谱柱炉 气化室 检测器 温度控制方式:恒温 程序升温: 在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作
线性或非线性变化。
色谱柱分离后的组分按时间及其浓度或质量的变化， 转化成易于测量的电信号, 得到该混合样品的色谱流 出曲线及定性和定量信息。
菊酯类气雾杀虫剂色谱图
一、两组分的分配系数差异要大，填充柱γ2，1≥1.15 才能分开 二、稳定性好、沸点高、挥发性小，不气液色谱固定相
填充柱
2、毛细管柱——空心柱
涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0.l～0.5mm的 毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢，玻璃或石英。
毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小，而柱子可以做 到长几十米。与填充往相比，其分离效率高（理论塔板数 可达106）、分析速度快、样品用量小，但柱容量低、要求 检测器的灵敏度高，并且制备较难。
含碳有机物在氢气和空气火焰中燃烧产生离子，在 外加的电场作用下，使离子形成离子流，产生电信号。
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类型
组成
制备
特点及应用
红色担体：硅藻土+粘合孔穴密集、孔径小、比表面大。对强极性
硅藻土
单 细 胞 海 藻 骨剂 900oC 煅烧
化合物吸附和催化性较强，可使它们因吸
(SiO2+小量盐)
附而拖尾。只适于非极性或弱极性物质。 白 色 担 体 ： 硅 藻 土与红色担体性质和特点不同。白色担体适
热
水
蒸
汽
+ 永久气体、非极性烃
石墨炭黑 C
>500 非极性 同上
同上+高沸点有机物
硅胶 SiO2•xH2O <400 氢键型 H干C+l20浸0o+C水活洗化+1(使80用oC前烘) 永久气体、非极性烃
氧化铝 Al2O3 <400 弱极性 200~1000oC 活化
烃+有机异构物+H 同 位素
分子筛 XMO•yAl2O3 <400 极性 •zSiO2•nH2O
对气化室的要求：密封性好、体积小、热容 量大、对样品无催化效应。
进样量、进样速度和试样的气化速度都影响 色谱的分离效率以及分析结果的精密度和准确度。
三、分离系统（心脏部分） 作用： 把混合物样品中各组分进行分离的装置。 组成： 包括色谱柱、色谱炉（柱箱）和温度控制装置。 色谱柱： 填充柱和开管柱（或毛细管柱）。
第二节 气相色谱流动相与固定相
一、流动相（载气）
气相色谱常用的载气有氢、氮、氩和氦气等惰 性气体。选用何种气体及气体的纯度应根据检测器 的种类和分析要求而定。
在气相色谱分析中，载气是惰性的，与组分没 有亲和作用。
二、固定相 • 混合组分在色谱柱上能否分离，主要取决于所
用固定相，选择固定相是GC的关键问题。
带色谱工作站
GC-7890气相色谱仪
外观
内部结构
GC-9A气相色谱仪 日本 东京 Shimadzu
6890 气相色谱仪
毛细管柱色谱
（美国安捷伦科技公司 Agilent)
气路系统
进样 系统
检
测
系 统
记 录 系
统
H2,N2 或Ar
分离系统
一、气路系统(Carrier gas supply)－载气系统
作用：获得纯净、流速稳定的载气。 组成：包括气源、净化干燥管和气体流速控制. 要求：密封性好、流速稳定、流速控制方便和测量
准确等。
➢载气：要求化学惰性，不与有关物质反应。
常用的载气有：H2、N2、He
➢净化干燥管：去除载气中的水、O2、有机物等杂 质（依次通过分子筛、活性炭等）；
➢载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀， 控制载气流速恒定。
气相色谱过程：待测物样品被被蒸发为气体 并注入到色谱分离柱柱顶，以惰性气体（指 不与待测物反应的气体，只起运载蒸汽样品 的作用，也称载气）将待测物样品蒸汽带入 柱内分离。其分离原理是基于待测物在气相 和固定相之间的吸附——脱附（气固色谱） 和分配（气液色谱）来实现的。因此可将气 相色谱分为气固色谱和气液色谱。
压力表：多为两级压力指示：钢瓶压力；柱头压力指示；
流量计：柱头前使用转子流量计(Rotometer)，但不太准确 。通常在柱后，以皂膜流量计(Soap-bubble meter)测流速（ 现代有电子流量计，并以计算机控制其流速保持不变）。
二、进样系统(Sample injection system)
气相色谱柱可分为两类： 1）用于气固色谱的固定相：固体吸附剂； 2）用于气液色谱的固定相：固定液+载体。
（一）气固色谱固定相——固体吸附剂
是利用其中固体吸附剂对不同物质的吸附能力 差别进行分离。主要用于分离小分子量的永久气体 及烃类。 1. 常用固体吸附剂
硅胶（强极性）、氧化铝（弱极性）、活性炭（非极性） 、分子筛（极性，筛孔大小）
柱材料：金属、玻璃、融熔石英等。
➢填充柱：U形或螺旋形，内径2～4mm，长1～3m，内填固定
相；
➢开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。内径0.1～ 0.5mm，长达几十至100m。通常弯成直径10～30cm的螺旋状。
柱温：影响分离的最重要因素。其变化应小±0.x℃。
四、检测系统 作用：将各分离组分及其浓度的变化通过检测器转换成电信号，经
放大器放大后送到数据记录装置地得到色谱图。然后进行定 性和定量分析。占有重要地位 。
组成：检测器、放大器、检测器的电源控温装置。 理想的检测器要求：响应快、灵敏度高、噪声低、线性范围宽，
对各种物质均有响应，对流速和温度变化不敏感。
温度变化直接影响检测器的灵敏度和稳定性。
五、记录及数据处理系统
记录仪是一种能自动记录由检测器输出的电信 号的装置，是重要的附属设备。实际是一种电子电 位差计。
350~550oC 活化
永久气体+惰性气体
GDX
多孔聚合物
<200
不同极性 1703;CH4+低级醇
化
物
（二）气液色谱固定相——载体+固定液 由载体和固定液构成； 载体为固定液提供大的惰性表面，以承担固
定液，使其形成薄而匀的液膜。 1. 载体（也称担体）
惰性的，多孔性固体颗粒。 对载体的要求：稳、匀、大。 载体类型：分为硅藻土型和非硅藻土型，后硅藻土
作用：把试样快速而定量地加到色谱柱上端，以便进行 分离。
组成：进样器和气化室两部分。
进样要求：进样量或体积适宜；“塞子”式进样。一般
柱 分 离 进 样 体 积 在 十 分 之 几 至 20L ， 对 毛 细 管 柱，体积约为~10-3 L，此时应采用分流进样装
置来实现。
气化室的作用：将液体或 固体试样迅速、完全气化，以 保证色谱峰有较小的宽度（汽 化室温度比样品中最易蒸发的 物质的沸点高约50oC ）。
2. 人工合成固体吸附剂
高分子多孔微球（GDX）。可在活化后直接用于分离。
➢这类高分子多孔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、脂类等的分析。
气－固色谱法常用的集中吸附剂及其性能
吸附剂 主要成份 Tmax/oC 性质
活化方法简述
分离对象
活性炭
C
<300 非极性
苯浸+通过 180oC 烘干
气固色谱：利用不同物质在固体吸附剂上的物理 吸附——脱吸能力不同实现物质的分离。只适于 较低分子量和低沸点气体组分的分离分析。
气液色谱：利用待测物在气体流动相和固定在惰 性固体表面的液体固定相之间的分配原理实现分 离。
第一节 气相色谱仪
102G型气相色谱仪
102型气相色谱仪（常用于学生实验）
GC-7890气相色谱仪