气相色谱A(2011年3月)10-11-3

第十二章气相色谱法 第一节概述 气相色谱法 以气体为流动相的柱色谱分离技术 二 气相色谱仪的组成 分流进样顶空进样程序升温 顶空进样法使待测物挥发后进样 可免去样品萃取 浓集等步骤 还可避免供试品种非挥发组分对柱色谱的污染 但要求待测物具有足够的挥发性 对于液体 固体或液固混合物的样品分析 在常温或较高温度有一定蒸汽分压的挥发性组分 食用植物油中残留溶剂 GB5009 37 85 聚氯乙烯树脂及其成型品中氯乙烯单体 GB4615 84 GB5009 67 85 水中有机物污染物如苯系物 烷烃 醇 酯及挥发性氯代烃 GB5750 85 粮食中农药熏蒸剂 水果 饮料 蔬菜 化妆品 土壤 农作物 包装材料等气味及挥发性有机物的分析 以及各种样品挥发性有机物污染分析问题 均可采用本装置完成分析检测 一套进口的顶空进样要拾多万元 国产的要五万左右 续前 三 气相色谱法的特点和应用 三高 一快 一广 高选择性 高柱效 高灵敏度分析速度快应用范围广 第二节气相色谱法的基本原理 一 基本概念二 等温线三 塔板理论 平衡理论 四 速率理论 理论基础 一 基本概念 p436 讲空气峰测死时间 1 流出曲线和色谱峰2 基线 噪音和漂移3 保留值 色谱定性参数4 色谱峰的区域宽度 色谱柱效参数5 分离参数 1 流出曲线和色谱峰 流出曲线 色谱图 电信号强度随时间变化曲线色谱峰 流出曲线上突起部分 续前 对称因子 sysmmetryfactor 拖尾因子 fs在0 95 1 05之间 fs小于0 95 fs大于1 05 2 基线 噪音和漂移 基线 当没有待测组分进入检测器时 反映检测器噪音随时间变化的曲线 稳定 平直直线 噪音 仪器本身所固有的 以噪音带表示 仪器越好 噪音越小 漂移 基线向某个方向稳定移动 仪器未稳定造成 3 保留值 色谱定性参数 保留时间tR 从进样开始到组分出现浓度极大点时所需时间 即组分通过色谱柱所需要的时间死时间tm 不被固定相溶解或吸附的组分的保留时间 即组分在流动相中的所消耗的时间 或流动相充满柱内空隙体积占据的空间所需要的时间 又称流动相保留时间 调整保留时间tR 组分的保留时间与死时间之差值 即组分在固定相中滞留的时间 图示 续前 保留体积VR 从进样开始到组分出现浓度极大点时所消耗的流动相的体积 死体积Vm 不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流动相的体积 又指色谱柱中未被固定相所占据的空隙体积 即色谱柱的流动相体积 包括色谱仪中的管路 连接头的空间 以及进样器和检测器的空间 注意 不同组分死时间与死体积是一样的 续前 调整保留体积VR 保留体积与死体积之差 即组分停留在固定相时所消耗流动相的体积 相对保留值ri s 选择性系数 调整保留值之比 分配系数比 是分离的先决条件 不同组分在柱内有不同的迁移速度应有不同的K或k 续前 保留指数IX 指将待测物的保留行为换算成相当于正构烷烃的保留行为 已知范围内组分的定性参数 例 见书439 4 色谱峰的区域宽度 色谱柱效参数 p437 峰宽W 正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交的截距 标准差 正态分布色谱曲线两拐点距离的一半 对应0 607h处峰宽的一半注 小 峰 窄 柱效 高半峰宽W1 2 峰高一半处所对应的峰宽 注 除了用于衡量柱效 还可以计算峰面积 图示 5 分离参数 6 相平衡参数 容量因子 容量比 分配比 k 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 分配系数K 1 容量因子更容易测定2 容量因子为调整保留时间与死时间之比 更科学地表述保留情况 注 温度高 容量因子小 色谱过程方程 保留时间tR 从进样开始到某组分色谱峰顶 浓度极大点 的时间 即组分在色谱柱中的停留时间或组分流经色谱柱所需要的时间 死时间t0或tm 不被固定相滞留的组分的保留时间 或流动相到达检测器所需要的时间 又称流动相保留时间 一 色谱基本术语 参考 色谱图 chromatogram 检测器的响应信号对时间或流动相流出体积作图得到的曲线基线 当没有待测组分进入检测器时 反映检测器噪音随时间变化的曲线 稳定 平直直线 一 流出曲线和色谱峰 液相色谱流程图 输液泵 进样器 色谱柱 柱温箱 检测器 溶剂 数据处理 调整保留时间tR 组分的保留时间与死时间之差值 即组分在固定相中滞留的时间 续前 保留体积VR 从进样开始到组分出现浓度极大点时所消耗的流动相的体积 死体积Vm 不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流动相的体积 又指色谱柱中未被固定相所占据的空隙体积 即色谱柱的流动相体积 包括色谱仪中的管路 连接头的空间 以及进样器和检测器的空间 注 同一色谱条件下 不同组分的死时间 死体积相等 续前 调整保留体积VR 保留体积与死体积之差 即组分停留在固定相时所消耗流动相的体积 续前 分配系数K 平衡常数 partitioncoefficient 指在一定温度和压力下 组分在色谱柱中达分配平衡后 在固定相与流动相中的浓度比 色谱过程的相平衡参数 注 K为热力学常数与组分性质 固定相性质 流动相性质及温度有关实验条件固定 K仅与组分性质有关 四种色谱的分离机制各不相同 分别形成吸附平衡 分配平衡 离子交换平衡和渗透平衡 K分别为吸附系数 狭义分配系数 选择性系数和渗透系数 容量因子 容量比 分配比 capacityfactor k 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 色谱过程方程 组分在两相中保留时间的比值与其在两相中质量的比值相等 由上式知 1 容量因子更易测定2 容量因子更科学地表达保留情况 续前 讨论 色谱条件一定时 tR主要取决K或k的大小 tR 色谱法基本的定性参数 组分的容量因子大 表示组分有较长的保留时间 因此容量因子也是一定色谱条件下组分的定性参数 结论 色谱分离前提 各组分分配系数或容量因子不等 K不等于零 注 应选择合适分离条件使得难分离的组分K不等 2 色谱条件 s m T 一定时 K一定 tR一定 相对保留值ri s 选择性系数 分离因子 分配系数比 调整保留值之比 分离前提 注意 总以保留值大的除以保留值小的 越大 分得越开 两组分完全重叠 保留比R 衡量溶质分子在色谱柱上相对移行速度 二 等温线 指一定温度下 某组分在两相中分配达平衡时 在两相中的浓度关系曲线 1 线性等温线 理想 对称峰2 非线性等温线 1 凸形 拖尾峰 2 凹形 前沿峰 固定相表面活性吸附中心未达饱和 K一定 与溶质浓度无关 固定相表面吸附中心活性不均 K不同先占据强吸附中心再占据弱吸附中心 K随着溶质浓度的增加而减小 溶质与固定相作用 改变其表面性质K随着溶质浓度的增加而增加 图示 三 塔板理论 色谱柱每个H高度内有一块塔板 共有若干块塔板组分在每块塔板两相间分配达平衡 K小的先出柱多次分配平衡 K有微小差异组分仍可获较好分离 一 塔板理论四个基本假设 二 色谱峰的二项式分布 三 色谱峰的正态分布 四 理论板数和理论塔板高度的计算 假想 一 塔板理论的四个基本假设 1 在柱内一小段高度内组分分配瞬间达平衡 H 理论塔板高度 2 载气非连续而是间歇式 脉动式 进入色谱柱 每次进气一个塔板体积3 样品和载气均加在第0号塔板上 且忽略样品沿柱方向的纵向扩散4 分配系数在各塔板上是常数 二 色谱峰的二项式分布 N较少 逆流分布 萃取法 利用物质在互不相溶两相中溶解度的不同 图示 图示 三 色谱峰的正态分布 N 50次 近似对称分布 讨论 四 理论板数和理论塔板高度的计算 理论塔板高度H 为使组分在柱内两相间达到一次分配平衡所需要的柱长理论塔板数N 组分流过色谱柱时 在两相间进行平衡分配的总次数 图示 P444例题17 2纸速 续前 续前 注意 塔板数为整数 小数后数字直接舍弃 不修约 板高 mm 小结 1 塔板理论的贡献 从热力学角度解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大点的位置阐明了保留值与K的关系提出了评价柱效高低的n和H的计算式 在比较相似柱的柱效时有用须在给定条件 指定组分测定时才有意义 2 柱长不等不好比较组分不同不好比较 练习 例 在柱长为2m的5 的阿皮松柱 柱温为1000C 记录纸速度为2 0cm min的色谱条件下 测定苯的保留时间为1 5min 半峰宽为0 20cm 求理论塔板数 解 书上P444例自看 四 速率理论P445 一 塔板理论优缺点 二 VanDeemteer方程式 一 塔板理论优缺点 成功处 解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大值对应的tR阐明了保留值与K的关系评价柱效 n 存在问题 无法解释不同流速柱效不同 没有解释影响柱效的因素 1 做出了四个与实际不相符的假设忽略了组分在两相中传质和扩散的动力学过程2 只定性给出塔板高度的概念 却无法解释板高的影响因素3 排除了一个重要参数 流动相的线速度u 因而无法解释柱效与流速关系更无法提出降低板高的途径 热力学角度简单解释色谱分离过程 二 VanDeemteer方程式 吸收了塔板理论的有效成果 H 并从动力学角度较好地解释了影响柱效的因素 荷兰人 1956年提出著名的色谱速率理论 1 涡流扩散项 多径扩散项 A 产生原因 载气携样品进柱 遇到来自固定相颗粒的阻力 路径不同 涡流扩散next 影响因素 固体颗粒越小 填充越实 A项越小 讨论 注 颗粒太小 柱压过高且不易填充均匀填充柱 60 100目空心毛细管柱 0 1 0 5mm A 0 n理较高next 图示 back 2 纵向扩散项 分子扩散项 B u 产生原因 峰在固定相中被流动相推动向前 展开 两边浓度差 影响因素 讨论 扩散阻碍因子 续前 注 为降低纵向扩散 宜选用分子量较大的载气 控制较高线速度和较低的柱温 选择载气原则 兼顾分析时间和减小纵向扩散u较小时 选M较大的N2气 粘度大 u较大时 选M较小的H2气 He气 粘度小 3 传质阻抗项 C uP447 产