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气相色谱分析一、气相色谱法概述色谱法(chromatography)：以试样组分在固定相和流动相间的溶解、吸附、分配、离子交换或其他亲和作用的差异为依据而建立起来的各种分离分析方法称色谱法。色谱柱：进行色谱分离用的细长管。固定相：（stationary phase） 管内保持固定、起分离作用的填充物。流动相：（mobile phase）流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。1、色谱法分类按固定相的几何形式分类： 1.柱色谱法， 2.纸色谱法， 3.薄层色谱法 。按两相所处的状态分类：气相色谱法：气-固色谱法，气液色谱法液相色谱法：液固色谱、液液色谱 2、气相色谱的组成部分载气系统：气源、气体净化器、供气控制阀门和仪表。进样系统：进样器、汽化室。 分离系统：色谱柱、控温柱箱。 检测系统：检测器、检测室。记录系统：放大器、记录仪、色谱工作站。3、气相色谱中常用术语基线： 在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线。峰高与峰面积：色谱峰顶点与峰底之间的垂直距离称为峰高(peak height)。用h表示。峰与峰底之间的面积称为峰面积(peak area)，用A表示。峰的区域宽度： a、峰底宽 WD = 4=1.70 Wh/2 b、半高峰宽 Wh/2=2.355 c、标准偏差峰宽 W0.607h=2 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： 不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度最大值时流动相通过的体积称为死体积(dead volume) ，VM。（F0为柱尾载气体积流量）VM = tMF0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 tM2) 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）： 在相同的操作条件下，待测组分与参比组分的调整保留值之比。 4、色谱图（chromatogram）： 试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变为相应的电信号，由记录仪所记录下的信号时间曲线或信号流动相体积曲线，称为色谱流出曲线。二、气相色谱分析1、色谱分析的实验依据：（1）、根据色谱峰的位置（保留时间）可以进行定性分析。（2）、根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量分析。（3）、根据色谱峰的展宽程度，可以对某物质在实验条件下的分离特性进行评价。由此可知：相对保留值应该与柱长、柱径、填充情况、流动相流速等条件无关，而仅与温度、固定相种类有关。 当ri，s =1时两个组分不能分离。2、气相色谱分析的理论基础分配平衡的几个参数：1、分配系数（distribution coefficient） 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值，用K表示。2、容量因子（capacity factor） 在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达到平衡时的质量比，称为容量因子，也称分配比，用k表示。 cs、cm分别为组分在固定相和流动相的浓度(g/ml)；V m为色谱柱中流动相的体积，近似等于死体积， Vs为色谱柱中固定相的体积。 3、分配系数和分配比之间的关系分配系数K 与柱中固定相和流动相的体积无关，而取决于组分及两相的性质，并随柱温、柱压变化而变化。 容量因子k 决定于组分及固定相的热力学性质，随柱温、柱压的变化而变化，还与流动相及固定相的体积有关。理论上可以推导出： Phase ratio(相比，b): VM / VS, 反映各种色谱柱柱型及其结构特征填充柱（Packing column）：635 毛细管柱（Capillary column）：501500色谱分离的基本理论：（1）、塔板理论 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 H = L / n式中n为理论塔板数。理论塔板数（n）可根据色谱图上所测得的保留时间（tR）和峰底宽（w）或半峰宽（ wh/2 ）按下式推算： 有效塔板数（neff）的计算公式为； 通常用有效塔板数（neff）来评价柱的效能比较符合实际。 neff 越大或Heff越小，则色谱柱的柱效越高。 （2）、速率理论 速率理论认为，单个组分粒子在色谱柱内固定相和流动相间要发生千万次转移，加上分子扩散和运动途径等因素，它在柱内的运动是高度不规则的，是随机的，在柱中随流动相前进的速度是不均一的。范第姆特方程式(Van Deemter equation)A项为涡流扩散项；B/ u项为分子扩散项；C u为传质项，；u为载气线速度，单位为cm/s。三、气相色谱条件的选择1、分离度（resolution）相邻两色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度平均值之比，用R表示。分离度可以用来作为衡量色谱峰分离效能的指标。 R 越大，表明两组分分离效果越好保留值之差取决于固定液的热力学性质色谱峰宽窄反映色谱过程动力学因素及柱效能高低对于峰形对称且满足正态分布的色谱峰：R=1, 分离程度为98%； R=1.5，分离程度可达99.7%。 所以R=1.5时可认为色谱峰已完全分开。2、 色谱分离关系式设两相邻峰的峰宽相等，即w1=w2，则又知与柱效的关系（柱效因子）增加柱长：L过长，保留时间延长，分析时间延长，色谱峰扩展。减小塔板高度：使用性能优良的色谱柱，并选择最佳分离条件与容量因子的关系：k值增大，有利于分离，但k 10时，对R的增加不明显，也会显著增加分析时间 k的最佳范围：1 10与柱选择性的关系：R2,1越大，柱选择性越好，分离效果越好。如果两个相邻峰的选择因子足够大，则即使色谱柱的理论塔板数较小，也可以实现分离。 3、色谱条件的选择载气流速的选择（与分析时间、柱效有关）实际工作中，为了缩短分析时间，常使流速稍高与最佳流速。分离柱型的选择（与总柱效、分离度R有关）：柱温的选择（与ri，j有关）： 能使沸点最高的组分达到分离的前提下，尽量选择较低的温度。当然被测物的保留时间要短、峰形不能有严重拖尾。最好用程序升温方法，以实验优化选择的条件为工作条件。固定液与担体的选择（与相比有关） 由实验手册查出参考值，再由实验选择。汽化室与检测室温度（与被测对象的利用度有关）汽化温度、检测室温度高于柱温30-70度。进样量：（与柱容量有关）根据担液比及柱子形式决定进样量，进样方式为柱塞进样。四、气相色谱定量方法1、归一化法：若样品中所有的组分均能流出色谱柱且有较好的、可分辨的色谱峰时可用此法定量。2、内标法：若样品中除待测的几个色谱峰有良好分离，但其它所有的组分不能全部流出色谱柱或有不可分辨的色谱峰时可用此法定量。 3、内标标准曲线法：若样品用量与加入标准物质量完全固定，则内标法的计算就可以简化为内标标准曲线法，它适用于工厂内成批样品的定量分析。4、 外标法：所谓外标法就是应用欲测组分的纯物质来制作标准曲线。此时用欲测组分的纯物质加稀释剂(对