气相色谱法汇总课件

1、气相色谱法汇总课件气相色谱法汇总课件第十九章 气相色谱法定义：气相色谱法(gas chromatography)：以气体为流动相的色谱方法。 1952年，英国化学家James与英国生物化学家Martin（诺贝尔奖获得者）创立了气-液色谱法，用以分析脂肪酸、脂肪胺等混合物。随着仪器的发展，气相色谱已成为一门独立的新学科，是当代最重要的分析方法之一。已成为中药物杂质检查和含量测定、中药材研究、中药挥发油的分析、药物中有机溶剂残余量的测定、石油化工分析等，不可缺少的分析手段。第十九章 气相色谱法定义：气相色谱法(gas chromat第一节 气相色谱法的分类和一般流程一、气相色谱法的分类和特点 1.

2、 按固定相分 气-固色谱 气-液色谱 2. 按分离原理分 吸附色谱 分配色谱 3. 按柱子粗细分 填充柱色谱 毛细管柱色谱第一节 气相色谱法的分类和一般流程一、气相色谱法的分类和特特点： “三高” “一快” “一广” 应用：适于分析气体、易挥发的液体及固体 不适合分析不易气化或不稳定性物质样品的衍生化使应用范围进一步扩大占有机物20%特点： “三高” “一快” “一广” 适于分析气体、易挥发的二、气相色谱仪的组成 载气减压净化稳压 色谱柱检测器记录仪 进样载气系统 (carrier gas system) 进样系统 (sample injection system) 分离系统 (column

3、system) 检测系统 (detection system) 记录系统 (data system) 二、气相色谱仪的组成 载气减压净化稳压 第二节 气相色谱固定相和流动相二、气固色谱固定相三、流动相一、气液色谱固定相第二节 气相色谱固定相和流动相一、气液色谱固定相一、气-液色谱固定相（一）固定液1要求：（1）操作柱温下固定液呈液态（易于形成均匀液膜）（2）操作条件下固定液热稳定性和化学稳定性好（3）固定液的蒸气压要低（柱寿命长，检测本底低）（4）固定液对样品应有较好的溶解度及选择性2固定液的分类：化学分类法极性分类法固定相：载体+固定液一、气-液色谱固定相（一）固定液2固定液的分类：固定相：

4、载化学分类法A烃类：烷烃，芳烃B硅氧烷类：甲基硅氧烷、苯基硅氧烷、氟 烷基硅氧烷、氰基硅氧烷C醇类（氢键形固定液）：非聚合醇、聚合醇D酯类：非聚酯类、聚酯类化学分类法A烃类：烷烃，芳烃 极性分类法a相对极性法：, -氧二丙腈的相对极性为100，角鲨烷(鲨鱼烷)为0，其他固定液的相对极性用下式计算用苯与环己烷为样品，分别在对照柱,-氧二丙腈、角鲨烷和被测柱上测定它们的相对保留值的对数q1、q2及qx。 相对极性0100可分成5级，每20为1级非极性固定液： 0，+1 中等极性固定液： +2，+3极性固定液： +4，+5相对极性 极性分类法a相对极性法：, -氧二丙腈的相对极性为罗氏和麦氏特征常数

5、法罗氏常数（Rohreschneider)是用五种不同性质的组分来表征一种固定液的特性，五种组分是苯、乙醇、甲乙酮、硝基甲烷、吡啶。五种组分代表不同类型的作用力。麦氏常数（McReynolds）对罗氏常数又进行了改进，测定苯(x)、正丁醇(y)、戊酮-2(z)、硝基丙烷(u)、吡啶(s)五种组分。不除100。I=（I被测I角鯊烷 ）/100I=I被测I角鯊烷 = x罗氏和麦氏特征常数法罗氏常数（Rohreschneider)表191 常用固定液表191 常用固定液气相色谱法汇总课件3固定液的选择：（1）按相似相溶原则选择 a按极性相似原则选择：非极性组分选非极性固定液 按沸点顺序出柱，低沸点的

6、先出柱中等极性组分选中等极性固定液 基本按沸点顺序出柱强极性组分选极性固定液 按极性顺序出柱，极性强的后出柱注：对于中等极性组分，若沸点相同， 则按极性顺序出柱，极性较强的后出柱3固定液的选择：（1）按相似相溶原则选择 a按极性相似b按化学官能团相似选择：固定液与被测组分化学官能团相似，作用力强，选择性高酯类选酯或聚酯固定液醇类选醇类或聚乙二醇固定液b按化学官能团相似选择：酯类选酯或聚酯固定液（2）按组分性质的主要差别选择 组分的沸点差别为主 组分的极性差别为主例：苯（80.10C），环己烷（80.70C）选非极性柱 分不开；选中强极性柱 较好分离，环己烷先出柱（2）按组分性质的主要差别选择

7、组分的沸点差别为主例：苯（8（二）载体1作用：承载固定液的作用2要求： 比表面积大（多涂渍固定液） 无吸附性（不吸附被测组分） 化学惰性（不与固定液发生化学反应） 热稳定性好 一定的机械强度（二）载体1作用：承载固定液的作用2要求：（1）硅藻土类：具有一定粒度的多孔性固体微粒 红色：吸附力强，与非极性物质配伍 白色：吸附力弱，与极性物质配伍（2）非硅藻土类：玻璃微球，石英微球， 氟塑载体，含氟化合物4载体的处理方法钝化，减弱吸附性 酸洗：用于分析酸类和酯类 碱洗：用于分析胺类等碱性化合物 硅烷化：用于具有形成氢键能力的较强的化合物 3分类（1）硅藻土类：具有一定粒度的多孔性固体微粒4载体的处理

8、方二、气-固吸附色谱柱固定相：吸附剂硅胶，AL2O3（极性，吸附力强） 活性炭（非极性）分子筛吸附+分子筛高分子多孔微球GDX 有机合成高分子聚合物，由苯乙烯和二乙烯苯交联聚合而成。既可作吸附剂，又可作载体。分离机制为 吸附+分配。二、气-固吸附色谱柱固定相：高分子多孔微球GDX三、流动相流动相是气体，称为载气(carriergas).主要种类有氦气(helium)、氢气(hydrogen)、氮气(nitrogen)等 1氢气 要求其纯度在9999以上。灵敏度高，但不安全2氮气 其纯度也要求在9999以上。分子量较大，扩散系数小，使柱效比较高。但灵敏度低。3. 氦气 灵敏度高，而且安全，但价格

9、太贵三、流动相流动相是气体，称为载气(carriergas).主第三节 检测器检测器：是将流出色谱柱的被测组分的浓度 转变为电信号的装置浓度型检测器：测量组分浓度的变化，响应值与组分的浓度成正比(TCD、ECD) 质量型检测器：测量组分质量流速的变化，响应值与单位时间进入检测器的组分质量成正比(FID、FPD)第三节 检测器检测器：是将流出色谱柱的被测组分的浓度浓度型一、检测器的性能指标二、热导池检测器 三、氢焰离子化检测器 四、电子捕获检测器一、检测器的性能指标 三、氢焰离子化检测器一、检测器的性能指标（一）灵敏度（二）噪声与漂移 （三）检测限一、检测器的性能指标（一）灵敏度（一）灵敏度（响

10、应值，应答值）1浓度型检测器的灵敏度（Sc）灵敏度越高，噪音越大（一）灵敏度（响应值，应答值）1浓度型检测器的灵敏度（Sc2质量型检测器的灵敏度（Sm）2质量型检测器的灵敏度（Sm）（二）噪声与漂移1噪声：无样品通过时，由仪器本身和工作条件等 偶然因素引起基线的起伏称为噪声（以噪声带衡量）2漂移：基线随时间向一个方向的缓慢变化称为漂移 （以一小时内的基线水平变化来表示）（二）噪声与漂移1噪声：无样品通过时，由仪器本身和工作条件（三）检测限（敏感度）质量型检测器浓度型检测器组分峰高为噪音二倍时的灵敏度检测限小，仪器性能好（三）检测限（敏感度）质量型检测器浓度型检测器组分峰高为噪音比较灵敏度与敏感

11、度优劣：灵敏度未考虑噪音因素，衡量检测器好坏不全面敏感度考虑了噪音影响比较灵敏度与敏感度优劣：灵敏度未考虑噪音因素，衡量检测器二、热导检测器（TCD）1特点 2结构 3检测原理 4影响因素及注意事项 二、热导检测器（TCD）1特点 1特点：浓度型检测器 优点： 1）通用型，应用广泛 2）结构简单 3）稳定性好 4）线性范围宽 5）不破坏组分，可重新收集制备 缺点：与其他检测器比灵敏度稍低1特点：浓度型检测器 优点： 缺点：与其他检测器比灵敏度稍2结构 测量臂接在色谱柱后 通样品气体+载气，电阻为R1惠斯通电桥 参比臂接在色谱柱前 只通载气，电阻R2 两个等阻值电阻R3 = R42结构 3检测原

12、理依据组分与载气的热导率差别进行检测进样前：两臂均通载气时进样后：测量臂通样品气体+载气 参比臂通载气时3检测原理依据组分与载气的热导率差别进行检测进样后：测4影响因素及注意事项（1）桥流，灵敏度 （2），灵敏度，选大的做载气 H2 He N2选氢气做载气（3）T池，池体与热丝温差，灵敏度 保证T检 T柱，以免造成检测器污染（4）浓度型检测器， A 1/u， 以A定量，应保持u一定 （峰面积定量依据）4影响因素及注意事项（1）桥流，灵敏度 三、氢焰检测器（FID）1特点：质量型检测器优点：专属型检测器（只能测含C有机物） 灵敏度高（ TCD） 响应快 线性范围宽缺点：燃烧会破坏离子原形，无法回

13、收 （制备纯物质，不采用）三、氢焰检测器（FID）1特点：质量型检测器缺点：燃烧会破2结构图1952结构图1953检测原理和离子化机理检测原理：利用组分在氢焰中产生离子流进行检测 有机化合物离子对离子流流向阴、阳极放大记录离子化机理：化学电离理论 氢焰自由基正离子3检测原理和离子化机理检测原理：利用组分在氢焰中产生离子流四、电子捕获检测器电子捕获检测器是一种高选择性、高灵敏度的检测器。只对含有电负性强的元素的物质有响应，电负性越强，检测器的灵敏度越高。灵敏度为1014gml。 1. 结构 见图示2.测定原理：当载气(通常用高纯氮)进人检测室，在射线的作用下-发生电离，产生正离子和低能量的电子：

14、 N2 N2+e四、电子捕获检测器电子捕获检测器是一种高选择性、高灵敏度的检图196 电子捕获检测器示意图图196 电子捕获检测器示意图当含电负性强的元素的物质AB进入检测器时，捕获电子，产生带负电荷的分子或离子并释放出能量： AB+e AB-+E带负电荷的分子或离子和载气电离生成的正离子结合生成中性化合物，被载气带出检测室外，从而使基流降低，产生负信号，形成倒峰。组分浓度越高，倒峰越大。因此，电子捕获检测器是浓度型的检测器。3. 操作条件的选择 载气：高纯度的氮气(纯度99.999)流速: 40100m1/min当含电负性强的元素的物质AB进入检测器时，捕获电子，产生带负小 结1.气相色谱法

15、特点、分类及流程2. 固定液的分类 化学、极性分类3. 固定液的选择按极性相似、官能团相似原则 按组分主要性质差别4.载体硅藻土（红色、白色）、非硅藻土、钝化5.流动相载气：氢气、氮气、氦气等6.检测器：类型、性能（灵敏度、噪声、漂移、检测限）、原理、特点及注意事项 常用的检测器有：热导池（浓度型、通用型）、氢焰（质量型、破坏性、灵敏度高）、电子捕获（浓度型、高选择性）等小 结1.气相色谱法特点、分类及流程第四节 分离条件的选择一、气相色谱速率理论热力学理论：塔板理论平衡理论动力学理论：速率理论Van Deemter方程 理论基础涡流扩散项纵向扩散项传质阻抗项第四节 分离条件的选择一、气相色谱

16、速率理论热力学理论：塔板二、实验条件的选择主要选择固定液、柱温、载气，目的是提高柱效，降低板高，提高分离度。两组分完全分开，R1.5，才能有较好的精密度和准确性。柱选择项b柱容量项c柱效项a分离方程式二、实验条件的选择主要选择固定液、柱温、载气，目的是提高柱效k 影响峰位n 影响峰宽窄影响两峰间距k 影响峰位n 影响峰宽窄影响两峰间距如何根据具体情况改进分离度？太小，两组分未分开应改变固定相极性，降低柱温k 太小，n 也太小，应增大固定液用量，降低柱温n 太小，许多组分未分开应设法降低板高，提高柱效如何根据具体情况改进分离度？太小，两组分未分开k 太小，n（一）提高 和 k 影响峰的间距 ，主

17、要受固定相性质，以及柱温影响（一）提高 和 k 影响峰的间距 ，主要受固定相性质，讨论： 增大柱选择性是改善分离度的最有力手段 气相色谱中，柱选择性取决于固定相性质和柱温 选择合适的固定相使与不同组分的作用产生差别才能实现分离 一般说，降低柱温可以增大柱的选择性讨论： 增大柱选择性是改善分离度的最有力手段 容量因子k影响峰位，主要受固定相用量、柱温和载气流速的影响 容量因子k影响峰位，主要受固定相用量、柱温和载气流速讨论： 综合考虑分离度、分离时间和峰检测几项因素控制k的最佳范围 25GC中，增加固定液用量和降低柱温可以增加 k讨论： 综合考虑分离度、分离时间和峰检测几项因素控制k的最佳（二）

18、提高柱效nn影响色谱峰的宽窄，主要取决于色谱柱性能及载气流速。提高柱效的方法是： 采用粒度较小、均匀填充的固定相（A项) 分配色谱应控制固定液液膜厚度（C项） 适宜的操作条件： 流动相的性质和流速，柱温等等（B项） 选用分子量较大、线速度较小的载气N2气， 控制较低的柱温（二）提高柱效nn影响色谱峰的宽窄，主要取决于色谱柱性能及载1载气流速和种类在低流速时(0u最佳),Bu项起主导作用在高流速时(uu最佳)，Cu项起主导作用选择流速和载气应同时考虑对柱效和分析时间的影响1载气流速和种类在低流速时(0u最佳),Bu项起主导作2柱温的选择原则： 1）在能保证R的前提下，尽量使用低柱温，但 应保证适

19、宜的tR及峰不拖尾，减小检测本底 2）根据样品沸点情况选择合适柱温 柱温应低于组分沸点50100 宽沸程样品应采用程序升温2柱温的选择原则：程序升温好处： 改善分离效果 缩短分析周期 改善峰形 提高检测灵敏度程序升温好处：3.柱长和内径的选择 增加柱长，也可降低板高，提高柱效、改善分离度注：根据R1.5选择L，一般较短(0.66m)， 不可以无限延长柱子3.柱长和内径的选择 增加柱长，也可降低板高，提高柱效、练习例：两组分在1 m长柱子上的分离度为0.75， 问使用多长柱子可以使它们完全分离？解：练习例：两组分在1 m长柱子上的分离度为0.75，解：练习例：已知物质A和B在一根30.0cm长的

20、柱上的保留时间分别为 16.40和17.63min，不被保留组分通过该柱的时间为1.30min， 峰底宽为1.11和1.21min，试计算 （1）柱的分离度（2）柱的平均塔板数（3）塔板高度 （4）达1.5分离所需柱长解：练习例：已知物质A和B在一根30.0cm长的柱上的保留时间分气相色谱法汇总课件4其他条件的选择气化室温度一般稍高于样品沸点，不要超过500C以上；高于柱温30500C检测室温度应高于柱温进样量不可过大，否则造成拖尾峰注： 检测器灵敏度足够进样量尽量小 最大允许进样量使理论塔板数降低 10%的进样量4其他条件的选择气化室温度一般稍高于样品沸点，不要超过第五节 毛细管气相色谱法把

21、固定液直接涂在毛细管管壁上，叫空心毛细管柱(capillary column)，用毛细管柱分离的气相色谱叫毛细管气相色谱法。由于毛细管内是空心的，无涡流扩散影响，即A0，柱效高。第五节 毛细管气相色谱法把固定液直接涂在毛细管管壁上，叫空一、毛细管气相色谱法的特点和分类（一）毛细管气相色谱法的特点1. 分离效能高 柱长，n大，A=0，df小2.柱渗透性好 阻力小，分析速度快 3.柱容量小 进样量少，采取分流进样 4.易实现气相色谱质谱联用 载气流速小，易于维 持质谱仪的真空度5.应用范围广 适合痕量物质的分析一、毛细管气相色谱法的特点和分类（一）毛细管气相色谱法的特点（二）毛细管柱的分类 填充毛

22、细管柱 填充型 微型填充柱毛细管柱 涂壁毛细管柱 开管型 多孔层毛细管柱 涂载体毛细管柱 （二）毛细管柱的分类 二、毛细管色谱理论和实验条件选择（一）毛细管色谱速率理论方程式 Golay方程式 H=B/u+Cgu+Clu u, B/u ; Cgu . Dg ,选H2作载气。 B=2D， =1， B=2D Cg不可忽略，占主导地位r: 毛细管柱内半径, k: 容量因子二、毛细管色谱理论和实验条件选择（一）毛细管色谱速率理论方程（二）毛细管色谱操作条件的选择1.毛细管柱的直径 H2 内径越细，柱效越高 但要兼顾分析速度和容量因子因素，故目前多采用细内径、短毛细管柱进行快速分析。2.载气的选择：多用

23、氢气作载气 3.液膜厚度：df，H,柱效下降;df,K.为了增大柱容量，采用大口径和厚液膜柱。 （二）毛细管色谱操作条件的选择1.毛细管柱的直径 2.载三、毛细管气相色谱系统 (一)毛细管柱的制备清洗拉制成柱表面处理）固定液的涂渍(二)进样系统 采用分流进样，大部分气样放空，极微量的气样进入毛细管色谱柱中，这两部分称为分流比。1. 分流进样作用起始谱带窄 、控制样品进人色谱柱的量 2. 分流进样器3.分流比的测定 分流比Fc/Fu， 三、毛细管气相色谱系统 (一)毛细管柱的制备1. 分流进第六节 定性与定量分析一、定性分析方法二、定量分析方法第六节 定性与定量分析一、定性分析方法一、定性分析方

24、法1利用保留值定性已知对照物定性：定性专属性差相对保留值定性利用保留指数定性：唯一可靠、准确、重复性好2利用化学反应定性：收集柱后组分，官 能团反应定性鉴别（非在线）3利用两谱联用定性：GC-MS，GC-FTIR一、定性分析方法1利用保留值定性2利用化学反应定性：收集二、定量分析方法以峰高或峰面积定量（一）峰面积的测量（二）定量校正因子 （三）定量方法二、定量分析方法以峰高或峰面积定量（一）峰面积的测量（一）峰面积的测量2非正常峰（不对称峰） 1对于正常峰 3自动求和（自动积分仪或色谱工作站）： 直接给出A，h，W1/2注：当色谱操作条件一定时，在一定进样量范围内 （不超载），W1/2与进样量

25、无关（一）峰面积的测量2非正常峰（不对称峰） 1对于正常峰 （二）定量校正因子 （一）定量校正因子 有两种表示方法（二）定量校正因子 （一）定量校正因子 有两种表示方2相对校正因子的测定3注意事项：相对校正因子与待测物、基准物和检测器类型有关，与操作条件（进样量）无关基准物：TCD苯；FID丁庚烷以氢气和氦气作载气测的校正因子可通用 以氮气作载气测的校正因子与两者差别大2相对校正因子的测定3注意事项：（三）定量方法1归一化法2外标法 3内标法 4内标对比法 （三）定量方法1归一化法1归一化法依据：组分含量与峰面积成正比前提：试样中所有组分都产生信号并能检出色谱峰优点：简便，准确定量结果与进样量

26、、重复性无关（前提柱子不超载） 色谱条件略有变化对结果几乎无影响缺点：所有组分必须在一定时间内都出峰 必须已知所有组分的校正因子不适合微量组分的测定1归一化法依据：组分含量与峰面积成正比优点：简便，准确2外标法：以待测组分纯品为对照物，与试样中待测组分的响应信号相比较进行定量的方法 a工作曲线法：i纯品工作曲线，同体积样品与之比较 前提：进入检测器样品量与峰面积成正比 b外标一点法：一种浓度对照物对比样品中待测组分含量前提：截距为0，对照品浓度与待测组分浓度接近 c外标两点法： 前提：选 取两点对照品的浓度，需涵盖待测浓度 外标法特点： 1）不需要校正因子，不需要所有组分出峰 2）结果受进样量、进样重复性和操作条件影响大每次进样量应一致，否则产生误差2外标法：以待测组分纯品为对照物，与试样中待测组分的响应信backback3内标法 对内标物要求：a内标物须为原样品中不含组分b内标物与待测物保留时间应接近且R1.5c内标物为高纯度标准物质，或含量已知物质内标法优点：进样量不超量时，重复性及操作条件对结果无影响只需待测组分和内标物出峰，与其他组分是否出峰无关 适合测定微量组分内标法缺点： 制样要求高；找合适内标物困难；已知校正因子无待测