第气相色谱法
(完整版)第11章 气相色谱法和高效液相色谱法
VM = tM F 0
▪ 调整保留值: 1) 调整保留时间：扣除死时间后的保留时间。
tR =׳tR – tM 2) 调整保留体积：扣除死体积后的保留体积。
VR = ׳VR – VM 或 VR = ׳tR ׳F0 ▪ 相对保留值（relative retention）
§11-1 色谱分析理论基础
一、 概述
▪ 色谱法又名色层法、层析法。 ▪ 色谱法的产生：由Tsweet于1906年创立。Tsweet在
研究植物叶色素成分时，得名“色谱法”的分离方 法。到了1931年，Kuhn等用同样的方法成功地分 离了胡萝卜素和叶黄素，开始为人们所重视。 ▪ 现在，“色谱法”已广泛用于无色物质的分离， “色谱”已失去了它原来“色”的含义，但其名称 一直沿用至今。
四、色谱柱效能
1、塔板理论（ Martin and Synge 1941）
▪ 塔板理论认为，一根柱子可以分为n段，在每段 内组分在两相间很快达到平衡，把每一段称为一块理 论塔板。设柱长为L，理论塔板高度为H，则
WD = 4σ
Wh/2=2.355σ W0.607h=2σ
▪ 保留值:
1) 保留时间 ：从进样至被测组分出现浓度最大值 时所需时间tR。
2) 保留体积 ：从进样至被测组分出现最大浓度时 流动相通过的体积，VR。 死时间：
不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度最大 值时所需的时间称为死时间(dead time)，tM。 ▪ 死体积:
▪ 容量因子k （容量比，分配比；实际应用中常用）： 指在一定温度和压力下，组分在色谱柱中达分配平衡 时，在固定相与流动相中的质量比——更易测定。
气相色谱法
2.进样系统
作用:试样引入色谱柱系统 进样样品状态:液,气,固态 进样设备:注射器,进样阀,裂解器 进样方法:手动,自动
进样方式
分流进样:样品在加热的气化室内气化,蒸气大部分经分馏管道 放空,只极小一部分被载气带入 色谱柱. 特点:适用于浓度较高的样品;沸程宽,浓度差异大,化学性质 各异的样品不适用. 无分流进样:进样时样品没有分流.适用于痕量分析;进样时间 长,会造成初始谱带的扩展.-冷肼 柱头进样:样品直接进入预处理柱或柱入口,进样部分温度很低, 防止溶剂在进样时针头气化,样品在冷的柱壁上形成液膜,组分 在液膜上实现气化.—编程操作,适用于不同样品的分析. 顶空进样:采用气态进样.免除大量样品基体对柱系统的影响. 适用于血中毒物,酒,饮料中挥发性香精,食品添加剂的残留溶 剂,植物的芳香成分,聚合物中的挥发组分等.
�
色谱柱选择:第一根柱子是非极性,较大内径(甲基硅氧烷) 第二根柱子是中等极性或极性 检测器:FID,ECD 应用:石油样品,环境样品,农残,中药挥发油
气相色谱联用技术——GC-MS
MS:利用电磁学原理将样品分子转换为带电荷的气态离子,并按 照核质比将其分离并记录下来,从而获得分子结构的方法. 质谱单元:真空部分,电离源,质量分析器,检测器 气质联用:接口单元—色谱仪柱出口压力为105Pa,质谱仪必须保 证在高真空度下运行.为了解决压力的不协调性—接口. 接口方式:开口分流法—通入保护气流(He),使色谱柱的末端 保持常压,而不会降低系统的分离效率.限阻管具有适当的阻力, 仅有一小部分被引入质谱(大部分被放空). 分子分离器:通过分馏技术,使进入质谱的气流获得 富集,以保证较高的灵敏度. 直接连接法:毛细管柱内径细,柱流量小,即使色谱 出来的所有气流全部流入质谱系统,真空系统仍可以维持较好的 状态.
气相色谱法
第七章 气相色谱法
7-2 气相色谱固定相
一 气-固色谱固定相 二 气-液色谱固定相
7-3 气相色谱检测器 7-4 气相色谱法的实验技术
一 分离操作条件的选择 二 样品衍生化方法
7-1 气相色谱仪的基本组成：
关键部件： 色谱柱：是混合物中各组分能否分离的关键。 （色谱仪的“心脏” （色谱仪的“心脏”） 检测器：决定分离后的组分能否产生信号。 （色谱仪的“眼睛” （色谱仪的“眼睛”） 因此，色谱仪的核心是分离系统和检测系统。 →☆←
7-2 气相色谱固定相
一 、气-固色谱固定相 、气固定相：多孔性的较大表面积的固体吸附 剂颗粒。（易吸潮失活，使用前需活化） 分离对象：永远性气体及低分子量，低沸 点的烃类等。 →☆←
二、 气-液色谱固定相
１．载体（又称担体）
固定相：涂在载体表面上的固定液。
作用：提供一个具有较大表面积的惰性表面，使固定液 显均匀薄膜状地牢固保留在其表面上。 载体要求：（1 载体要求：（1）表面多孔且分布均匀； （2）表面积大； （3）化学惰性好； （4）热稳定性好； （5）机械强度好。 一般使用硅藻土载体。由天然硅藻土经锻炼制得，按制 造方法不同，可分为红色载体和白色载体。 →☆←
一般选择气化室温度高于样品中沸点最高的 组分的沸点10-50℃。以保证样品在气化室中瞬 组分的沸点10-50℃。以保证样品在气化室中瞬 间气化。但温度不能高于各组分的化学稳定温度。 （2）柱温的选择 通常情况，比各组分平均沸点稍低。 柱温不能高于固定液的最高使用温度。防止 固定液挥发流失。 柱温提高时：组分的保留时间缩短，扩散时 间减少，柱效提高，但各组分保留时间靠近，分 离度降低。 →☆←
3 衍生物的制备
衍生化试剂一般活性很高，需在无水条件进行 反应，且通常在密封体系内完成。 衍生反应结束后，可直接取样分析，必要时可 用干燥惰性气体吹去副产物及过量试剂。有时衍生 反应不能计量地转化，给定量分析带来误差。 可采用下列方法补救： 让衍生试剂大大过量，推动平衡向生成物方向 移动。 加入一个与样品性质接近的标准物，让两者都 与衍生试剂反应，假定两者转化率相同，由于衍生 前后二者比例不变，根据类比，进行定量。 →☆←
气相色谱法
气相色谱法的机理及其在环境监测中的应用一．气相色谱法的概述气相色谱法（gas chromatography 简称GC）是色谱法的一种，它是俄国学者茨威特于1906年首先提出的。
色谱分析是一种对多组分混合物的分离、分析工具，它主要利用物质的理化性质不同进行分离并测定混合物中各组分的含量。
色谱法中有两个相，一个相是流动相，另一个相是固定相。
如果用液体作流动相，就叫液相色谱，用气体作流动相，就叫气相色谱。
气相色谱法有不同的分类方法。
由于所用的固定相不同，可以将其分为两种，用固体吸附剂作固定相的叫气固色谱，用涂有固定液的担体作固定相的叫气液色谱。
按色谱分离原理来分，气相色谱法亦可分为吸附色谱和分配色谱两类，在气固色谱中，固定相为吸附剂，气固色谱属于吸附色谱，气液色谱属于分配色谱。
按色谱操作形式来分，气相色谱属于柱色谱，根据所使用的色谱柱粗细不同，可分为一般填充柱和毛细管柱两类。
一般填充柱是将固定相装在一根玻璃或金属的管中，管内径为2～6毫米。
毛细管柱则又可分为空心毛细管柱和填充毛细管柱两种。
空心毛细管柱是将固定液直接涂在内径只有0.1～0.5毫米的玻璃或金属毛细管的内壁上，填充毛细管柱是近几年才发展起来的，它是将某些多孔性固体颗粒装入厚壁玻管中，然后加热拉制成毛细管，一般内径为0.25～0.5毫米。
在实际工作中，气相色谱法是以气液色谱为主。
二．气相色谱法所用仪器的结构机理及流程2.1结构机理气相色谱法所用的仪器为气相色谱仪。
气相色谱是以气体做流动相的色谱过程，它包括气-固色谱(即气-固吸附色谱)和气-液色谱(即气-液分配色谱)。
用气体做流动相的主要优点是气体的粘度小，因而在色谱柱内流动的阻力小；同时因为气体的扩散系数大，因此组分在两相间的传质速度快，有利于高效、快速地分离。
和气-固色谱相比，气-液色谱由于它可供选择的固定液多，它的应用范围更为广泛。
目前，气相色谱已广泛用于沸点在500℃以下、热稳定的各种组分的分离和测定。
《分析化学》(十七)气相色谱法
《分析化学》(十七)气相色谱法一、教学内容本节课的教学内容来自于《分析化学》第十七章，主要讲述气相色谱法的基本原理、仪器设备及其在分析化学中的应用。
具体包括气相色谱法的定义、原理、分类，气相色谱仪的结构、操作步骤，以及气相色谱法在环境、医药、食品等领域的应用实例。
二、教学目标1. 使学生了解气相色谱法的基本原理和仪器设备，掌握气相色谱法的操作步骤。
2. 培养学生运用气相色谱法分析实际问题的能力。
3. 提高学生对分析化学实验的兴趣，培养学生的实验操作技能。
三、教学难点与重点1. 气相色谱法的原理及其在实际分析中的应用。
2. 气相色谱仪的结构及操作步骤。
3. 气相色谱法的实验操作技能。
四、教具与学具准备1. 教具：多媒体教学设备、气相色谱仪模型、实验仪器等。
2. 学具：实验报告册、实验试剂、实验仪器等。
五、教学过程1. 实践情景引入：介绍气相色谱法在环境监测、医药、食品等领域的应用实例，激发学生的学习兴趣。
2. 知识讲解：讲解气相色谱法的基本原理、分类，气相色谱仪的结构及操作步骤。
3. 例题讲解：分析实际案例，讲解气相色谱法的应用。
4. 随堂练习：学生自主完成气相色谱法的实验操作，巩固所学知识。
5. 板书设计：绘制气相色谱法的原理图，突出重点内容。
6. 作业设计：（2）思考题：针对本节课的内容，提出思考题，引导学生深入思考。
六、板书设计1. 气相色谱法原理图2. 气相色谱仪结构图3. 气相色谱法操作步骤七、作业设计1. 实验报告：（1）实验目的：掌握气相色谱法的操作步骤，分析实际样品。
（2）实验原理：气相色谱法的基本原理。
（3）实验步骤：气相色谱法的操作步骤。
（4）实验结果及分析：对实验数据进行处理和分析。
2. 思考题：（1）气相色谱法在实际分析中的应用有哪些？（2）气相色谱仪的主要组成部分是什么？（3）如何优化气相色谱法的实验条件？八、课后反思及拓展延伸2. 拓展延伸：介绍气相色谱法在其他领域的应用，如气象学、化学品的检测等，激发学生的学习兴趣。
气相色谱法 第六、七章(94)
5) 数据处理系统
化学
将检测器输出的模拟信号随时间的变化曲线， 即色谱图绘制。 记录仪 自动积分仪 色谱工作站
6) 数据处理系统
柱箱
汽化室
检测器
分离效能
灵敏度
稳定性
（二） 微量注射器的使用
化学
1.进样量
进样量过大
峰形不对称 峰形变宽 分离度变小 保留值发生变化 峰高和峰面积与进样量 不呈线性关系
Title 检测限
响应时间
响应时间越小，检测性能越好。
（4）影响氢火焰检测器灵敏度的因素
化学
①各种气体流速和配比：载气流速影响检测限，
一般载气流速以低些为妥。 痕量分析：氮氢比在1:1响应值最大 常量分析：增大氢气流速，氮氢比降至 0.43～0.72范围内。
空气作为助燃气，流速过小，供氧量不足，响应值低。流 速过大，火焰不稳，易出现噪声峰。300-500ml ／min
第七章 气相色谱法
化学
第七章
气相色谱法
化学
7.1 色谱法及其分类、特点 7.2 气相色谱分析流程 7.3 色谱图及相关术语 7.4 气固色谱及分离原理 7.5 氢火焰离子化检测器 7.6 气相色谱仪的结构与使用 7.7 气液色谱及分离原理 7.8 踏板理论及柱效能指标 7.9 速率理论 7.10 热导池检测器 7.11 色谱操作条件的选择
3) 分离系统
化学
分离系统
柱箱 精密恒温箱 参数：柱箱尺寸 和柱箱控温参数 色谱柱（核心） 组成：柱管和固定相 分类：填充柱和毛细 管柱
4) 检测系统
化学
作用：将分离后样品组分的信息转变为易于测量的电信号， 然后对被分离物质的组成和含量进行鉴定和测量。
热导池检测器
第十八章气相色谱法(83)
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组分与固定相间作用力：静电力：永久偶极，极性分子 与极性固定液；诱导力：具有永久偶极的极型分子使其它分 子产生偶极距，分离非极性和可极化的组分，如苯和环己烷 偶极距为零，但苯的共轭体系易极化。色散力：非极性分子 中，正负电荷瞬间相对位移，非极性固定液分离非极性组 分；氢键力：含有易产生氢键的基团的固定液分离含有电负 性强的元素的化合物；分子间特殊作用力：形成弱配位键。
按沸点顺序，沸点低者先出 柱。相同沸点的极性组分先 出。
中等极性
中等极性 诱导力和色散力 按沸点顺序。相同沸点的极 性组分后出柱。
极性
极性
能形成氢键的 试样
氢键型
静电力 氢键力
按极性顺序出柱。非极性组 分先出柱。
按形成氢键的能力大小分布均匀；表面吸附性很弱；热稳 定性、化学稳定性好；粒度均匀，有一定的机械强度。 种类和性能：硅藻土型载体： — 红色载体 含氧化铁，常与非极性固定液配伍。 — 白色载体 加碳酸钠作助熔剂，与极性固定液配伍。
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三、气相色谱分离条件选择 1.分离度(resolution)
当峰宽测定困难时：
近似为： R=1.5时，两峰分离程度为99.7%。
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2. R与n，r1/2，k的关系：
R定量描述了相邻两组分在色谱柱中的分离情况，概括 了影响色谱热力学和动力学因素。两组分保留时间的差值取 决于色谱分离的热力学性质，色谱峰的宽窄取决于动力学因 素，可作为评价柱总分离效能的指标。
20ml/min ～60ml/min，一般由实验确定。
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气相色谱法概述
• 测量臂：连接在色谱柱之后的一臂，电阻R1 • 参考臂：连接在色谱柱之前只通载气的一臂，电阻R2 • R1、R2与两个阻值相等的固定电阻R3、R4组成 桥式电路（惠斯敦电桥）
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气相色谱仪
2）热导检测器结构示意图
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气相色谱仪
3）热导检测器工作原理 • 当载气以恒定速度通入电导池，并以恒定电压给 热导池通电时，热丝温度升高。 • 产生的热量经载气带走，并以热传导方式传递给 池体 • 当热量的产生与散失建立动态平衡时，钨丝温度 恒定。若测量臂无样品气体通过，只通载气时， 两个钨丝温度相等，R1=R2。 • 根据惠斯敦电桥原理： R1/R2=R3/R4 →VAB=0 → 检流计G中无电流通 过（IG=0），检流计指针停在零点。
气相色谱仪
2. 进样系统（sample injection system） • 进样器：样品导入装置
-手动进样器 -自动进样器 微量注射器（液体试样） 六通阀（气体试样）
• 气化室：使样品瞬间气化
• 进样体积：
-填充柱：10μL -毛细管柱：1μL
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气相色谱仪
3. 分离系统（separation system） • 色谱柱 • 柱温箱
气相色谱仪
3）电子捕获检测器（ECD） 1. 检测依据 2. 结构及工作原理 3. 应用 4. 优点 5. 缺点 6. 使用注意事项
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气相色谱仪
1. 检测依据 放射性物质辐射线的作用下，间接使组分导电， 形成离子流，通过测定离子流确定组分浓度 选择型、浓度型
2. 结构及工作原理 1）电子捕获检测器构件 2）电子捕获检测器结构示意图 3）电子捕获检测器工作原理
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气相色谱仪
1）热导检测器(TCD）
气相色谱法
3）高分子多孔微球（GDX，苯乙烯、二乙烯基苯聚合交联而成： 常用于药物分析（乙醇量、水分、残留有机溶剂）定性、定量
有机合成高分子聚合物 吸附 + 分配 + 分子筛机制 4）化学键合相（化学键合多孔微球固定相） 稳定性好，分析极性和非极性组分 吸附 + 分配机制
一、 气相色谱速率理论
Van Deemter 等人在研究气液色谱时提出了速率理论，他在 塔板理论的基础上引入了影响板高的动力学因素，将色谱 过程与柱内组分的分子运动联系起来，认为影响板高的因 素有三，并建立了速率方程（范第姆特方程）。
RC
质量型检测器：测量组分质量的变化
响应值与单位时间进入检测器的组分质量成正比
[FID、FPD、NPD(TID)]
2、按对组分的选择性分
R dw dt
通用型检测器：TCD
专属型检测器：FID（含C、H）、FPD（含S、P ）、NPD
（含N、P ）、ECD（含电负性基团）
三、检测器的性能指标 噪音（noise；N）
适用范围：溶剂、一般气体和惰性气体，工业流程中气体， 药物中微量水分
3）使用注意事项 A、热导检测器为浓度型检测器，当进样量一定时，峰面积 与载气流速成反比，而峰高受流速影响较小。因此，用A定 量时，需严格保持流速稳定。 B、为避免热丝烧断，没有通载气时不能加桥电流，关仪器 时应先切断桥电流再关载气。 C、在热导池体温度与载气流速等实验条件恒定时，检测器 的灵敏度取决于载气与组分的热导率之差。在用TCD 检测 器时，用氮气为载气，灵敏度低、易出倒峰 一般选氢气为载气。 见 p255 表12-1 D、检测器温度不得低于柱温，通常检测器温度高于柱温 2050C。
第十一章 色谱分析法——气相色谱法分离理论
将色谱柱假想成一个精馏塔，塔内有很多塔板，样 品中的组分在每一块塔板上，在流动相和固定相中瞬间 达到一次分配平衡，然后随载气进入下一块塔板，多次 分配平衡后，可使不同的组分得以分离。
（二）理论塔板高度与理论塔板数 1、概念
在塔板理论中，把每一块塔板的高度，即组分在柱内 达成一次分配平衡所需要的柱长称为理论塔板高度，用H 表示。
1、涡流扩散项（A）：为了减少涡流扩散，降低H，提高柱效，应尽可能使用直 径小、粒度均匀的固定相，并尽量填充均匀。
2、分子扩散项（B/u） （1）采用相对分子质量较大的载气（如N2），可使B项降低； （2）柱温高，B项增大。
3、传质阻力项（Cu）：采用液膜薄的固定液。 要使柱效能提高，必须在分离操作条件上下下功夫。速率理论不仅指出了影
n有效
5.54( tR )2 W1/ 2
16( tR Wb
)2
L H有效 n有效
N和H的计算时需注意的问题：
n有效Leabharlann 5.54( tR )2 W1/ 2
16( tR Wb
)2
H 有效
L n有效
（1）Wb（或W1/2）要与tR单位一致。都用时间（s、min）或都用距离（cm、 mm）。
（2）W b（或W1/2）对应的系数不同。
假设整个色谱柱是直的，则当色谱柱长为L时，所得 理论塔板数n为：
n L H
（三）理论塔板数与色谱参数之间的关系
1、理论塔板数与理论塔板高度
n
5.54
tR W1/
2
2
16
tR Wb
2
HL n
tR越大，峰宽越小，则n越多，该 组分在色谱柱中分离的效果越好。
2、有效塔板数（n有效或neff） 组分在死时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数和有效塔板高度。