仪器分析笔记《气相色谱分析》
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A、气固色谱分填充柱和毛细管柱两种:
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
第一章气相色谱分析
§1.1气相色谱法概述(掌握)
1.1.1色谱法概述
1、色谱法的定义及基本概念
定义:根据混合物中各组分在互不相溶的两相(固定相与流动相)中的吸附能力或分配系数或
其他亲和作用性能的差异作为分离依据的分析方法。
色谱法能解决那些在物理常数相近、化学性质类似的同系物、异构物及多组分混合物的分离分析。
图1-1-4 色谱流出曲线
从色谱流出曲线中,可解决以下问题:
①色谱峰个数:判断样品中所含组分最少个数;
②色谱保留值:定性分析;
③色谱峰面积或峰高:定量分析;
④色谱保留值及区域宽度:评价色谱柱分离效能;
⑤峰间距离:评价固定相和流动相选择是否合适。
§1.2气相色谱分析理论基础(理解)
1.2.1气相色谱分离的原因
Ⅴ记录系统:放大器、记录仪、色谱工作站。
图1-1-1气相色谱仪流程示意图
4、气相色谱分离过程及相关术语
A、B两组分组成的混合物,由载气携带进入色谱柱。由于A、B两组分在固定相和流动相之间分配系数不同,两组分随载气沿柱不断移动,产生差速迁移而逐渐分离。
图1-1-2 气相色谱分离过程示意图
色谱图是以组分的浓度变化引起的电信号为纵坐标,流出时间为横坐标的曲线,又称色谱流出曲线。现以色谱流出曲线介绍有关色谱术语:
A、保留时间 :指被测组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间,如图 ;
B、死时间 :不与固定相作用的物质(如空气、甲烷等)的保留时间,如图 ;
C、调整保留时间 :指扣除死时间后的保留时间(即 ),如图 。
D、死体积 :不被固定相滞留的组分,从进样到出现峰极大值所需要的载气体积,如图OA;
式中—— 表示校正到柱温柱压下载气在柱内的平均体积流速,单位mL·min—1。
(1)基线——仅有载气通过色谱柱时,检测响应信号随时间变化的曲线。
①基线漂移:基线随时间定向缓慢变化。
②基线噪声:各种因素引起的基线起伏。
图1-1-3 色谱流出曲线
(2)保留值——表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。常用时间或组分带出色谱柱所需载气的体积表示。保留值由色谱分析过程中的热力学因素决定,在一定的固定相和操作条件下,任何一种物质都有一确定的保留值,这样就可以作为定性参数。
※提供纯净的一定压力和流速的载气,由气源输出的载气通过装有催化剂或分子筛的净化器,
以除去水、氧等有害物质。
Ⅱ进样系统:进样器、汽化室;
※把样品快速而定量地加到色谱柱上端,以便进行分离。
Ⅲ分离系统:色谱柱、控温柱箱;
※试样各组分分离过程在色谱柱内进行。
Ⅳ检测系统:检测器、检测室;
※将组分的浓度或质量大小转变成电信号。
比,故降低柱温有利于提高柱效能。
②诱导力:如苯与环己烷沸点相近,且偶极矩均为零,但在极性固定液的作用下,苯易极化,环己烷不易极化,所以,苯与固定液分子能产生较大的诱导力,在柱内保留时间长,于是环己烷会先从色谱柱中馏出,苯后馏出,达到了分离检测的目的。
③色散力
④氢键:欲分离含F、O、N元素的样品时,可带有醇、胺、羧酸、酯等基团的固定液时被测组分与固定相分子之间形成氢键,可按形成氢键大小进行分离。
氢键强弱:F-H…F>O-H…O>O-H…N>N-H…N>O-H…Cl
⑤特殊的配位反应:分离含烯烃的低级烷烃样品时,往固定液中加入适量的AgNO3或AgClO4,烯烃上的π电子可与Ag+形成弱的配合物,即
| |
—C=C—
↑
Ag+
这样,烯烃就被选择性地保留,使同碳数的烷烃先从柱子馏出。
2、分配系数和分配比
组分的选择性,广泛用作色谱定性分析的依据。
相邻两组分的差值 色谱图中两峰相距 分离程度 ;
两组分不能被分离。
(3)区域宽度
A、标准偏差 :它是0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半,如图EF的一半;
B、半峰宽 或 :色谱峰高为一半处的宽பைடு நூலகம்,如图GH,其与标准偏差的关系为:
半峰宽与体积的关系:
C、峰底宽 :自色谱峰两侧的转折点所作切点在基线上的截距,如图IJ表示,其与标准偏差的关系为:
液-固色谱(LSC)
液-液色谱(LLC)
现代液相色谱多使用高压输液装置,常称:高效液相色谱(HPLC)
B、按固定相形状分类
①柱色谱:柱色谱又可分为填充柱(固定相填入不锈钢柱中)和毛细管柱(固定液涂渍在毛细
管柱内壁)
②纸色谱:以多孔滤纸为载体,吸附在滤纸上的水为固定相,各组分在滤纸上分开。
③薄层色谱(平板色谱):以涂渍在玻璃版上的吸附剂薄层为固定相。
『 反映了柱和仪器系统的几何特性,它与被测物的性质无关。』
E、保留体积 :从进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值时所通过的载气体积,即
VR与在载气流量无关。
F、调整保留体积 :扣除死体积后的保留体积,即
或
G、相对保留值 (又称选择因子 ):某组分2的调整保留值与组分1的调整保留值之比,即:
相对保留值只与柱温和固定相性质有关,与其他色谱操作条件无关,它表示了固定相对这两种
复杂组分混合物,在通过色谱柱后实现相互分离的原因如下:
①被测组分与固定相分子间的作用力;
②分配系数和分配比。
1、被测组分与固定相分子间的作用力
在气液色谱中被测组分与固定液之间表现为溶解作用,产生溶解作用的原因可能是因为存在下述作用力:
①取向力:被测组分的 分子直径 相互作用力 在色谱柱内保留时间
;同样地,固定液的极性大,它的选择性强。同时,由于取向力与温度成反
基本概念
色谱柱:进行色谱分离用的细长管;色谱柱分为填充柱和毛细管柱。
固定相:管内保持固定、起分离作用的填充物;
固定液:固定相中的液体,常为高沸点有机物。
流动相:流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。
2、色谱法的分类
A、按流动相和固定相的状态分类
①气相色谱(GC):流动相为气体
气-固色谱
气-液色谱
②液相色谱(LC):流动相为液体
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;
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
第一章气相色谱分析
§1.1气相色谱法概述(掌握)
1.1.1色谱法概述
1、色谱法的定义及基本概念
定义:根据混合物中各组分在互不相溶的两相(固定相与流动相)中的吸附能力或分配系数或
其他亲和作用性能的差异作为分离依据的分析方法。
色谱法能解决那些在物理常数相近、化学性质类似的同系物、异构物及多组分混合物的分离分析。
图1-1-4 色谱流出曲线
从色谱流出曲线中,可解决以下问题:
①色谱峰个数:判断样品中所含组分最少个数;
②色谱保留值:定性分析;
③色谱峰面积或峰高:定量分析;
④色谱保留值及区域宽度:评价色谱柱分离效能;
⑤峰间距离:评价固定相和流动相选择是否合适。
§1.2气相色谱分析理论基础(理解)
1.2.1气相色谱分离的原因
Ⅴ记录系统:放大器、记录仪、色谱工作站。
图1-1-1气相色谱仪流程示意图
4、气相色谱分离过程及相关术语
A、B两组分组成的混合物,由载气携带进入色谱柱。由于A、B两组分在固定相和流动相之间分配系数不同,两组分随载气沿柱不断移动,产生差速迁移而逐渐分离。
图1-1-2 气相色谱分离过程示意图
色谱图是以组分的浓度变化引起的电信号为纵坐标,流出时间为横坐标的曲线,又称色谱流出曲线。现以色谱流出曲线介绍有关色谱术语:
A、保留时间 :指被测组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间,如图 ;
B、死时间 :不与固定相作用的物质(如空气、甲烷等)的保留时间,如图 ;
C、调整保留时间 :指扣除死时间后的保留时间(即 ),如图 。
D、死体积 :不被固定相滞留的组分,从进样到出现峰极大值所需要的载气体积,如图OA;
式中—— 表示校正到柱温柱压下载气在柱内的平均体积流速,单位mL·min—1。
(1)基线——仅有载气通过色谱柱时,检测响应信号随时间变化的曲线。
①基线漂移:基线随时间定向缓慢变化。
②基线噪声:各种因素引起的基线起伏。
图1-1-3 色谱流出曲线
(2)保留值——表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。常用时间或组分带出色谱柱所需载气的体积表示。保留值由色谱分析过程中的热力学因素决定,在一定的固定相和操作条件下,任何一种物质都有一确定的保留值,这样就可以作为定性参数。
※提供纯净的一定压力和流速的载气,由气源输出的载气通过装有催化剂或分子筛的净化器,
以除去水、氧等有害物质。
Ⅱ进样系统:进样器、汽化室;
※把样品快速而定量地加到色谱柱上端,以便进行分离。
Ⅲ分离系统:色谱柱、控温柱箱;
※试样各组分分离过程在色谱柱内进行。
Ⅳ检测系统:检测器、检测室;
※将组分的浓度或质量大小转变成电信号。
比,故降低柱温有利于提高柱效能。
②诱导力:如苯与环己烷沸点相近,且偶极矩均为零,但在极性固定液的作用下,苯易极化,环己烷不易极化,所以,苯与固定液分子能产生较大的诱导力,在柱内保留时间长,于是环己烷会先从色谱柱中馏出,苯后馏出,达到了分离检测的目的。
③色散力
④氢键:欲分离含F、O、N元素的样品时,可带有醇、胺、羧酸、酯等基团的固定液时被测组分与固定相分子之间形成氢键,可按形成氢键大小进行分离。
氢键强弱:F-H…F>O-H…O>O-H…N>N-H…N>O-H…Cl
⑤特殊的配位反应:分离含烯烃的低级烷烃样品时,往固定液中加入适量的AgNO3或AgClO4,烯烃上的π电子可与Ag+形成弱的配合物,即
| |
—C=C—
↑
Ag+
这样,烯烃就被选择性地保留,使同碳数的烷烃先从柱子馏出。
2、分配系数和分配比
组分的选择性,广泛用作色谱定性分析的依据。
相邻两组分的差值 色谱图中两峰相距 分离程度 ;
两组分不能被分离。
(3)区域宽度
A、标准偏差 :它是0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半,如图EF的一半;
B、半峰宽 或 :色谱峰高为一半处的宽பைடு நூலகம்,如图GH,其与标准偏差的关系为:
半峰宽与体积的关系:
C、峰底宽 :自色谱峰两侧的转折点所作切点在基线上的截距,如图IJ表示,其与标准偏差的关系为:
液-固色谱(LSC)
液-液色谱(LLC)
现代液相色谱多使用高压输液装置,常称:高效液相色谱(HPLC)
B、按固定相形状分类
①柱色谱:柱色谱又可分为填充柱(固定相填入不锈钢柱中)和毛细管柱(固定液涂渍在毛细
管柱内壁)
②纸色谱:以多孔滤纸为载体,吸附在滤纸上的水为固定相,各组分在滤纸上分开。
③薄层色谱(平板色谱):以涂渍在玻璃版上的吸附剂薄层为固定相。
『 反映了柱和仪器系统的几何特性,它与被测物的性质无关。』
E、保留体积 :从进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值时所通过的载气体积,即
VR与在载气流量无关。
F、调整保留体积 :扣除死体积后的保留体积,即
或
G、相对保留值 (又称选择因子 ):某组分2的调整保留值与组分1的调整保留值之比,即:
相对保留值只与柱温和固定相性质有关,与其他色谱操作条件无关,它表示了固定相对这两种
复杂组分混合物,在通过色谱柱后实现相互分离的原因如下:
①被测组分与固定相分子间的作用力;
②分配系数和分配比。
1、被测组分与固定相分子间的作用力
在气液色谱中被测组分与固定液之间表现为溶解作用,产生溶解作用的原因可能是因为存在下述作用力:
①取向力:被测组分的 分子直径 相互作用力 在色谱柱内保留时间
;同样地,固定液的极性大,它的选择性强。同时,由于取向力与温度成反
基本概念
色谱柱:进行色谱分离用的细长管;色谱柱分为填充柱和毛细管柱。
固定相:管内保持固定、起分离作用的填充物;
固定液:固定相中的液体,常为高沸点有机物。
流动相:流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。
2、色谱法的分类
A、按流动相和固定相的状态分类
①气相色谱(GC):流动相为气体
气-固色谱
气-液色谱
②液相色谱(LC):流动相为液体
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;