气相色谱分析

1、气相色谱分析气相色谱分析气相色谱简介和仪器气相色谱简介和仪器气相色谱检测器气相色谱检测器气相色谱固定相及其组成气相色谱固定相及其组成气相色谱分离条件的选择气相色谱分离条件的选择毛细管柱色谱毛细管柱色谱气相色谱的应用气相色谱的应用第一节第一节 气相色谱简介和仪器气相色谱简介和仪器 1952 Martin1952 Martin和和SyngeSynge气液分配色谱气液分配色谱 1955 1955 第一台商品化第一台商品化GCGC仪器推出仪器推出 1958 Golay1958 Golay 毛细管色谱柱毛细管色谱柱 随后几年，氢火焰检测器和电子捕获检测器随后几年，氢火焰检测器和电子捕获检测器 发展动向：

2、通用型仪器；专用型仪器；联用发展动向：通用型仪器；专用型仪器；联用技术技术气相色谱仪器构造气相色谱仪器构造1 1 气路系统气路系统 气路系统：气路系统：获得获得纯净、流速稳定纯净、流速稳定的载气，是一个的载气，是一个载气连续运行的密闭系统，包括压力计、流量计载气连续运行的密闭系统，包括压力计、流量计及气体净化装置及气体净化装置 载气的要求：载气的要求：要求要求化学惰性化学惰性，不与有关物质反应，不与有关物质反应 载气的种类：载气的种类：N N2 2,H,H2 2,He,Ar ,He,Ar 载气的作用：载气的作用：驱动力；提供相分配空间驱动力；提供相分配空间 载气的选择：载气的选择：因为载气的因

3、为载气的性质，纯度，流速性质，纯度，流速和压力和压力对对柱效，分析时间和检测器的灵敏度柱效，分析时间和检测器的灵敏度有很大的影响，所以一般根据其对有很大的影响，所以一般根据其对柱效柱效的影的影响以及与响以及与分析对象分析对象和所用和所用检测器的检测器的相匹配程相匹配程度选择合适的载气度选择合适的载气 净化器：净化器：多为多为分子筛分子筛和和活性碳管活性碳管的串联，可的串联，可除去除去水、氧气水、氧气以及以及其它杂质其它杂质 进样系统的作用进样系统的作用：将液体或固体试样，在进入：将液体或固体试样，在进入色谱柱之前色谱柱之前瞬间气化瞬间气化，然后，然后快速定量快速定量地转入到色谱地转入到色谱柱中

4、。柱中。进样量的大小，进样时间的长短，试样的气进样量的大小，进样时间的长短，试样的气化速度化速度等都会影响色谱的等都会影响色谱的分离效果分离效果和分析结果的和分析结果的准准确性和重现性确性和重现性（1 1）进样器：）进样器：液体试样：液体试样：微量进样器微量进样器人工或人工或自动自动进样进样固体试样：固体试样：先溶解在适当的溶剂中再用先溶解在适当的溶剂中再用微量进样器微量进样器气体试样：气体试样：可以用可以用针筒针筒，一般采用，一般采用六通阀六通阀进样进样2 2 进样系统进样系统载气入口接色谱柱接色谱柱散热片加热块加热块汽化室示意图汽化室示意图（2 2）气化室）气化室：为了让样品在气化室中：为

5、了让样品在气化室中瞬间气化而瞬间气化而不分解不分解，因此，因此要求要求：密封性好密封性好，体积小体积小，热容量热容量大大，对试样，对试样无催化无催化效应，一般由电加热的金属块效应，一般由电加热的金属块构成构成 进样要求：进样要求：进样量或体积适宜；进样量或体积适宜；“塞子塞子”式进样，式进样，一般一般柱分离柱分离进样体积在进样体积在十分之几至十分之几至20L20L ，对，对毛毛细管柱细管柱分离，体积约为分离，体积约为1010-3-3LL，此时应采用，此时应采用分分流流进样装置来实现。进样装置来实现。体积过大或进样过慢，将导体积过大或进样过慢，将导致分离变差致分离变差( (拖尾拖尾) ) 3 3

6、 柱分离系统柱分离系统 柱分离系统包括柱分离系统包括色谱柱，色谱炉（柱箱）和温度色谱柱，色谱炉（柱箱）和温度控制控制装置装置。柱材料包括。柱材料包括金属、玻璃、融熔石英、金属、玻璃、融熔石英、TeflonTeflon等等 填充柱：填充柱：多为多为U U形或螺旋形形或螺旋形，内径内径2 24 mm 4 mm ，长，长1 13m3m，内填固定相，内填固定相 开管柱：开管柱：分为分为涂壁、多孔层和涂载体涂壁、多孔层和涂载体开管柱。开管柱。内内径径 0.10.10.5mm 0.5mm ，长达，长达3030至至300m300m 。通常弯成直。通常弯成直径径101030cm 30cm 的螺旋状。开管柱因渗

7、透性好、传的螺旋状。开管柱因渗透性好、传质快，因而分离效率高质快，因而分离效率高(n(n可达可达10106 6) )、分析速度快、分析速度快、样品用量小样品用量小 色谱炉的作用色谱炉的作用：为样品各组分在柱内的分离提供：为样品各组分在柱内的分离提供合适的温度，色谱炉温度从合适的温度，色谱炉温度从300300500500o oC C连续可调，连续可调，可在任意给定温度保持可在任意给定温度保持恒温恒温，也可按一定的速率，也可按一定的速率程序升温程序升温 温度控制系统温度控制系统：设定，控制和测量：设定，控制和测量色谱炉，气化色谱炉，气化室和检测器室和检测器的温度的温度 柱温柱温：主要考虑：主要考虑

8、待测物沸点和对分离的要求待测物沸点和对分离的要求，柱，柱温通常要温通常要等于或略高于样品的平均沸点等于或略高于样品的平均沸点(t(t20-20-30min)30min)；对宽沸程的样品，应使用；对宽沸程的样品，应使用程序升温程序升温方法方法 第二节第二节 检测器检测器 功能：功能：把进入其中的把进入其中的各组分的量各组分的量转换成易于测量转换成易于测量的的电信号电信号的装置的装置 浓度型：浓度型：检测器测量的是载气中检测器测量的是载气中组分浓度组分浓度的瞬间的瞬间变化，即检测器的响应值正比于组分的变化，即检测器的响应值正比于组分的浓度浓度。如。如热导检测器（热导检测器（TCDTCD）、电子捕获

9、检测器（）、电子捕获检测器（ECDECD） 质量型：质量型：检测器测量的是载气中所携带的样品进检测器测量的是载气中所携带的样品进入检测器的入检测器的速度变化速度变化，即检测器的响应信号正比，即检测器的响应信号正比于单位时间内组分进入检测器的于单位时间内组分进入检测器的质量质量。如氢焰离。如氢焰离子化检测器（子化检测器（FIDFID）和火焰光度检测器（）和火焰光度检测器（FPDFPD）一个优良的检测器应具有以下几个性能指标：一个优良的检测器应具有以下几个性能指标： 灵敏度高灵敏度高 检出限低检出限低 死体积小死体积小 响应迅速响应迅速 线性范围宽和稳定性好线性范围宽和稳定性好 通用性检测器要求适

10、用范围广通用性检测器要求适用范围广 选择性检测器要求选择性好选择性检测器要求选择性好 1 1 热导池结构及原理热导池结构及原理参比池参比池测量池测量池原理：原理：由于由于被测组分被测组分与与载气载气的的热导系数热导系数不同，当不同，当它们到达热敏元件时，其散热情况就发生变化，它们到达热敏元件时，其散热情况就发生变化，使得两个池孔中两根钨丝的使得两个池孔中两根钨丝的电阻值电阻值之间有了差异，之间有了差异，此差异可以利用此差异可以利用电桥电桥测量出来，从而转化成测量出来，从而转化成电压电压信号信号 构成构成：池体和热敏：池体和热敏元件元件，通常将，通常将参比参比池和测量池池和测量池组成组成Whea

11、tstoneWheatstone电桥电桥工作过程工作过程1 1 只有只有载气载气通过时，由于载气的通过时，由于载气的热导热导作用，使得作用，使得钨丝的钨丝的温度下降温度下降，电阻减小电阻减小，此时热导池的两个，此时热导池的两个池孔中钨丝温度下降和电阻减小的数值都是相同池孔中钨丝温度下降和电阻减小的数值都是相同的，此时电桥处于的，此时电桥处于平衡状态平衡状态，无电压输出，无电压输出2 2 当当样品随载气样品随载气进入时，两池体中进入时，两池体中热丝散热情况热丝散热情况就发生变化就发生变化，使得两个池孔中两根钨丝的电阻值，使得两个池孔中两根钨丝的电阻值之间有了差异，之间有了差异，电桥失去平衡电桥失

12、去平衡，有电压输出，载，有电压输出，载气中待测组分的气中待测组分的浓度越大浓度越大 ，载气与组分的，载气与组分的导热系导热系数相差越大，信号强度越大数相差越大，信号强度越大影响热导池检测灵敏度的因素影响热导池检测灵敏度的因素桥路电流桥路电流：电流增加电流增加，使得钨丝温度提高，钨丝和池体，使得钨丝温度提高，钨丝和池体温差加大温差加大，气体就容易将热量散发出去，灵敏度就提高；，气体就容易将热量散发出去，灵敏度就提高；电流太大电流太大热丝处于灼热状态，基线不稳热丝处于灼热状态，基线不稳热导池体温度热导池体温度：如果：如果降低池体的温度降低池体的温度，将使得池体与钨，将使得池体与钨丝的温差变大，从而

13、可提高热导池检测器的灵敏度；但丝的温差变大，从而可提高热导池检测器的灵敏度；但是，是，池体温度应略高于柱温池体温度应略高于柱温，以防组分在检测器内冷凝，以防组分在检测器内冷凝载气载气：通常载气与样品的：通常载气与样品的导热系数相差越大导热系数相差越大，灵敏度越，灵敏度越高，由于被测组分的导热系数一般都比较小，故应选用高，由于被测组分的导热系数一般都比较小，故应选用导热系数高的载气。常用载气的导热系数大小顺序为导热系数高的载气。常用载气的导热系数大小顺序为H H2 2 He He N N2 2。因此在使用热导池检测器时，为了提高灵敏。因此在使用热导池检测器时，为了提高灵敏度，一般选用度，一般选用

14、H H2 2为载气为载气热敏元件阻值热敏元件阻值：选择阻值高，：选择阻值高，电阻温度系数较大电阻温度系数较大的热敏的热敏元件，当温度有一些变化时就能引起电阻的明显变化，元件，当温度有一些变化时就能引起电阻的明显变化，灵敏度就高灵敏度就高TCD TCD 特点特点 热导池检测器是一种结构简单，性热导池检测器是一种结构简单，性能稳定，能稳定，线性范围宽线性范围宽，对，对无机、有无机、有机物质机物质都有响应，都有响应，灵敏度适中灵敏度适中的检的检测器，因此在气相色谱中广泛应用测器，因此在气相色谱中广泛应用2 FID2 FID的结构和原理的结构和原理原理原理：含含碳碳化合物在火焰中燃烧产生碎片离子，化合

15、物在火焰中燃烧产生碎片离子，在在外加电场外加电场的作用下的作用下定向移动形成离子流定向移动形成离子流，根据，根据离子流的电信号强度检测被色谱柱分离的组分离子流的电信号强度检测被色谱柱分离的组分结构：结构：一个一个离子室离子室，一，一般用不锈钢制成，包括般用不锈钢制成，包括气体入口，火焰喷嘴，气体入口，火焰喷嘴，一对电极和外罩一对电极和外罩 工作过程工作过程：来自色谱柱的：来自色谱柱的有机物有机物与与H H2 2-Air-Air混合并混合并燃燃烧烧，产生，产生电子和离子碎片电子和离子碎片，这些带电粒子在，这些带电粒子在火焰火焰和和收集极间的电场收集极间的电场作用下（几百伏）形成作用下（几百伏）形

16、成电流电流，经放，经放大后测量电流信号（大后测量电流信号（1010-12-12 A A） 火焰离子化机理火焰离子化机理：有关机理并不十分清楚，但通常：有关机理并不十分清楚，但通常认为是认为是化学电离化学电离过程：有机物燃烧产生过程：有机物燃烧产生自由基自由基，自，自由基与由基与O O2 2作用产生作用产生正离子正离子，再与水作用生成，再与水作用生成H H3 3O O+ +，以，以苯为例：苯为例：操作条件的选择操作条件的选择载气种类和流量：载气种类和流量：实验表明，选用实验表明，选用氮气氮气灵敏度最高；灵敏度最高；载气流量的选择主要考虑载气流量的选择主要考虑分离效能分离效能氢气流量：氢气流量：氢

17、气流量氢气流量低低，不但，不但灵敏度低灵敏度低而且容易而且容易熄火熄火；流量太流量太高高，热噪音就大热噪音就大，氮气作载气时，氢氮比为，氮气作载气时，氢氮比为1:11:11:1.51:1.5空气流量：空气流量：当空气流量当空气流量较小较小时，对响应值影响较大，时，对响应值影响较大，流量很小时，流量很小时，灵敏度较低灵敏度较低。空气流量高于某一数值时。空气流量高于某一数值时如如400400毫升每分钟，此时对响应值没有影响。一般，氢毫升每分钟，此时对响应值没有影响。一般，氢气和空气的流量比为气和空气的流量比为1:101:10极化电压：极化电压：极化电压极化电压较低较低时，时，响应值随极化电压的增响

18、应值随极化电压的增加成正比增加加成正比增加，然后趋于一个饱和值，极化电压高于，然后趋于一个饱和值，极化电压高于饱和值时与响应值无关饱和值时与响应值无关使用温度：使用温度：8080200200o oC C，灵敏度几乎相同；，灵敏度几乎相同；8080o oC C以下，以下，灵敏度显著下降，由于灵敏度显著下降，由于水蒸气冷凝水蒸气冷凝造成的造成的FID FID 特点特点 FIDFID具有具有结构简单，灵敏度高，死体积小，结构简单，灵敏度高，死体积小，响应快，稳定性好的响应快，稳定性好的特点，是目前常用的特点，是目前常用的检测器之一。但是，它仅对检测器之一。但是，它仅对含碳有机化合含碳有机化合物有响应

19、物有响应，对某些物质，如，对某些物质，如永久性气体、永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢硫化氢等不产生信号或者信号很弱等不产生信号或者信号很弱3 ECD3 ECD结构和原理结构和原理原理及工作过程原理及工作过程：载气载气在在放射源放射源作用下电离形作用下电离形成成次级离子和电子次级离子和电子，在，在电场电场作用下离子和电子发作用下离子和电子发生迁移而形成生迁移而形成电流电流( (基流基流1010-9-9-10-10-8-8A)A)。组分进来后。组分进来后夺走电子生成夺走电子生成负离子负离子并并与载气正离子复合成中性与载气正离子复合成中性分子

20、分子，此时，此时，基流下降形成基流下降形成“倒峰倒峰”ECD ECD 特点特点 ECDECD在应用上仅次于热导池和氢火焰的检测在应用上仅次于热导池和氢火焰的检测器。它只对具有器。它只对具有电负性的物质电负性的物质，如含有如含有卤素、卤素、硫、磷、氮硫、磷、氮的物质有响应，且电负性越强，的物质有响应，且电负性越强，检测器灵敏度越高检测器灵敏度越高 ECDECD是一个具有是一个具有高灵敏度高灵敏度和和高选择性高选择性的检测的检测器，它经常用来分析器，它经常用来分析痕量痕量的具有电负性元素的具有电负性元素的组分，如的组分，如食品、农副产品的农药残留量，食品、农副产品的农药残留量，大气、水中的痕量污染

21、物大气、水中的痕量污染物等。电子捕获检测等。电子捕获检测器是浓度型检测器，其器是浓度型检测器，其线性范围较窄线性范围较窄 4 FPD4 FPD结构和原理结构和原理原理原理：根据根据硫、磷硫、磷化合物在富氢火焰中燃烧时，化合物在富氢火焰中燃烧时，生成生成化学发光物质化学发光物质，并能发射出，并能发射出特征频率特征频率的的光光，记录这些记录这些特征光谱特征光谱，即可检测硫、磷化合物，即可检测硫、磷化合物结构：结构：喷嘴喷嘴+ +滤滤光片光片+ +光电管光电管 含含S S、P P化合物在氢焰中的变化过程如下：化合物在氢焰中的变化过程如下： 含含S S化合物：化合物： 含含P P化合物：化合物：氧化氧

22、化还原还原激发激发FPD FPD 特点特点 FPDFPD又叫又叫硫磷硫磷检测器，它是一种仅对含检测器，它是一种仅对含硫、硫、磷磷的有机化合物具有的有机化合物具有高选择性高选择性和和高灵敏度高灵敏度的的检测器检测器5. 5. 氮磷检测器（氮磷检测器（NPDNPD） 氮磷检测器：氮磷检测器：也叫热离子检测器（也叫热离子检测器（TIDTID）或热发射检测）或热发射检测器。器。NPDNPD的结构与的结构与FIDFID类似，只是类似，只是在在H H2 2-Air-Air焰中燃烧的低焰中燃烧的低温热气再被一硅酸铷电热头（俗称铷珠）加热至温热气再被一硅酸铷电热头（俗称铷珠）加热至600600800 800

23、o oC C，从而使含有，从而使含有N N或或P P的化合物产生的化合物产生更多的离子流更多的离子流，灵敏度比灵敏度比FIDFID高数百倍，产生离子的机理目前仍不清楚高数百倍，产生离子的机理目前仍不清楚NPDNPD的特点的特点 1 1）对含）对含N N、P P 化合物具有化合物具有选择性选择性：对：对P P 的响应是对的响应是对N N的响应的的响应的1010倍倍，是对，是对C C原子的原子的10104 4-10-106 6倍倍 2 2）灵敏度高：与）灵敏度高：与FPDFPD对对N N、P P的检测灵敏度相比，的检测灵敏度相比，NPDNPD分别是分别是FPDFPD的的500500倍倍( (对对P

24、 P) )和和5050倍倍( (对对N N) )6 6 检测器的性能指标检测器的性能指标（一）噪声与漂移（一）噪声与漂移 （二）灵敏度（二）灵敏度（三）检测限（三）检测限（四）最小检出量（四）最小检出量（一）噪声与漂移（一）噪声与漂移1 1噪声：噪声：无样品通过时，由无样品通过时，由仪器本身仪器本身和和工作条工作条件件等等偶然因素偶然因素引起引起基线的起伏基线的起伏2 2漂移：漂移：基线随时间向一个方向的基线随时间向一个方向的缓慢变化缓慢变化，以一小时内的基线水平变化来表示以一小时内的基线水平变化来表示（二）灵敏度（响应值，应答值）（二）灵敏度（响应值，应答值）1.1. 灵敏度定义：灵敏度定义

25、：单位量的物质通过检测器时所单位量的物质通过检测器时所产生的信号大小产生的信号大小 m m最大最大为最大允许进样为最大允许进样量，超过此量时，进样量量，超过此量时，进样量与响应信号不呈线性关系与响应信号不呈线性关系S=R /mSc灵敏度灵敏度(mV mL/mg); A峰面积峰面积(cm2)Fo检测器体积流速检测器体积流速(mL/min); m进样量进样量(mg); C1记录仪纸速记录仪纸速(cm/min); C2记录仪灵敏度记录仪灵敏度(mV/cm)2 2浓度型检测器的灵敏度（浓度型检测器的灵敏度（S Sc c）Sc=AC1C2F0/m1mL1mL载气中含有载气中含有1mg1mg样品时检测器给

26、出的毫样品时检测器给出的毫伏数；进样量与峰面积成伏数；进样量与峰面积成正比正比；进样量一；进样量一定时，峰面积与流速成定时，峰面积与流速成反比反比3 3质量型检测器的灵敏度（质量型检测器的灵敏度（S Sm m）A峰面积峰面积(cm2)； m进样量进样量(mg)C1记录仪纸速记录仪纸速(cm/min); C2记录仪灵敏度记录仪灵敏度(mV/cm)Sm=60AC2/mC1 ; (mV s/g) 1s1s内有内有1g1g样品进入检测器时给出的毫伏样品进入检测器时给出的毫伏数；进样量与峰面积成数；进样量与峰面积成正比正比；进样量一；进样量一定时，峰面积与流速定时，峰面积与流速无关无关（三）（三） 检测

27、限检测限 定义：检测器恰能产生和噪声相鉴别的信号时定义：检测器恰能产生和噪声相鉴别的信号时（3 3倍倍噪声信号），在单位噪声信号），在单位体积体积或或时间时间需向检测需向检测器进入的物质的器进入的物质的质量质量浓度型浓度型:质量型质量型: D=3RN/SC;D=3RN/Sm检测限检测限决定于决定于灵敏度和噪声灵敏度和噪声，是衡量检测器或仪，是衡量检测器或仪器性能的综合指标；要降低仪器的检测限，必须器性能的综合指标；要降低仪器的检测限，必须在提高灵敏度的同时，最大限度的抑制噪音在提高灵敏度的同时，最大限度的抑制噪音 （四）最小检出量（四）最小检出量Q Q0 0 定义：定义：检测器恰能产生和噪声相

28、鉴别的信号检测器恰能产生和噪声相鉴别的信号（3 3倍倍噪声信号）时所需进入色谱柱的噪声信号）时所需进入色谱柱的最小物最小物质量或最小浓度质量或最小浓度，以，以Q Q0 0表示表示 质量型：质量型：Q01.065W1/2*D 浓度型：浓度型：Q01.065W1/2*F0*DQ Q0 0不仅与不仅与检测器性能检测器性能有关，还与有关，还与柱效率柱效率及及操操作条件作条件有关，色谱峰半宽度越窄，有关，色谱峰半宽度越窄，Q Q0 0就越小就越小检出限与最小检出量的异同点：检出限与最小检出量的异同点：相同点：相同点：产生和噪声相鉴别的信号（产生和噪声相鉴别的信号（3 3倍）倍）不同点：不同点：检出限检出

29、限是指是指柱效和操作条件一定柱效和操作条件一定的的情况下；情况下；最小检出量最小检出量是指是指柱效和操作条件柱效和操作条件可改变可改变的情况下的情况下（五）（五） 线性范围线性范围线性范围：线性范围：是指是指响应信号响应信号与被测组分与被测组分浓度浓度之间之间保持保持线性关系线性关系的范围，通常的范围，通常用最大进样量用最大进样量（指（指检测器的响应值在线性范围内的最大允许进样检测器的响应值在线性范围内的最大允许进样量）量）与最小检出限的比值表示与最小检出限的比值表示；其值越大，越；其值越大，越有利于定量有利于定量常见检测器的线性范围：常见检测器的线性范围：TCDTCD：10104 4 ；FI

30、DFID：10107 7 ；ECDECD：500500；FPDFPD：10103 3 第三节第三节 气相色谱固定相及其组成气相色谱固定相及其组成色谱柱组成色谱柱组成 柱管柱管 固定相固定相填充柱：填充柱：2 24 4米柱长，米柱长，2 26mm6mm内径内径毛细管柱：毛细管柱：几十米几百米柱长，几十米几百米柱长，0.10.10.5mm0.5mm内径内径气气- -液分配液分配色谱色谱载体载体+ +固定液固定液气气- -固吸附固吸附色谱色谱固体吸附剂固体吸附剂一一 气气- -固吸附色谱固定相固吸附色谱固定相用于用于小分子量的永久气体及烃类分离小分子量的永久气体及烃类分离1 1常用吸附剂常用吸附剂硅

31、胶（强极性），硅胶（强极性），ALAL2 2O O3 3（极（极性，吸附力强），活性炭（非极性），分子性，吸附力强），活性炭（非极性），分子筛（极性）筛（极性）2 2人工合成人工合成高分子多孔微球（孔径人为控制，高分子多孔微球（孔径人为控制，活化后可直接用于分离）活化后可直接用于分离）二二 气气- -液分配色谱固定相液分配色谱固定相固定相：固定相：载体载体+ +固定液固定液一）载体（担体）一）载体（担体）1 1定义：定义：是一种化学惰性的，多孔性的是一种化学惰性的，多孔性的固体颗粒固体颗粒，它的，它的作用就是提供一个大的惰性表面，用以作用就是提供一个大的惰性表面，用以承担固定液承担固定液，使，

32、使固定液以薄膜状态分布在其表面上固定液以薄膜状态分布在其表面上2 2要求：要求：比表面积大比表面积大（多涂渍固定液）（多涂渍固定液）; ;无吸附性无吸附性（不吸（不吸附被测组分）附被测组分）; ;化学惰性化学惰性（不与固定液发生化学反应）（不与固定液发生化学反应）; ;热稳定性好热稳定性好，一定的机械强度，一定的机械强度; ;均匀细小的粒度均匀细小的粒度, ,过细，过细，柱压增加，不利于操作柱压增加，不利于操作3 3载体分类载体分类4 4载体的处理方法（钝化，减弱化学活性）载体的处理方法（钝化，减弱化学活性）（二）固定液及其选择（二）固定液及其选择1 1对固定液的要求：对固定液的要求：（1 1

33、）操作柱温下操作柱温下固定液呈固定液呈液态液态（易于形成均匀液（易于形成均匀液膜）膜）（2 2）操作条件下固定液）操作条件下固定液热稳定性和化学稳定性好热稳定性和化学稳定性好（3 3）固定液的）固定液的蒸气压要低蒸气压要低（柱寿命长，检测本底（柱寿命长，检测本底低）低）（4 4）固定液对样品应有较好的）固定液对样品应有较好的溶解度及选择性溶解度及选择性 为了满足第一和第二两个要求，固为了满足第一和第二两个要求，固定液一般都是定液一般都是高沸点的有机化合物高沸点的有机化合物；为了满足其它的条件，就必须针对为了满足其它的条件，就必须针对被被测物质的性质测物质的性质选择合适的固定液选择合适的固定液

34、Problem? 1 固定液固定液为什么能牢固的为什么能牢固的附着附着在在载体表面载体表面上上而不被流动相所带走？而不被流动相所带走？ 2 为什么样品中为什么样品中各组分各组分通过色谱柱所用的时通过色谱柱所用的时间不同？间不同？ 这些都涉及到分子间的相互作用力，前者取这些都涉及到分子间的相互作用力，前者取决于决于载体分子与固定液分子间的载体分子与固定液分子间的作用力大小，作用力大小，后者则与后者则与组分，固定液分子间作用力组分，固定液分子间作用力不同有关。不同有关。分子间的作用力分子间的作用力是一种是一种极弱的吸引力极弱的吸引力2. 2. 固定液与组分的作用力固定液与组分的作用力 a) a)

35、色散力色散力非极性分子之间非极性分子之间( (瞬时偶极之瞬时偶极之间静电吸引间静电吸引) )； 色散力与沸点成正比色散力与沸点成正比 b) b) 诱导力诱导力极性与非极性分子之间极性与非极性分子之间( (偶极偶极与瞬时偶极之间静电吸引与瞬时偶极之间静电吸引) ) c) c) 取向力取向力极性与极性分子之间极性与极性分子之间( (偶极与偶极与偶极之间静电吸引偶极之间静电吸引) )；取向力与绝对温度成反取向力与绝对温度成反比比 d) d) 氢键力氢键力强度介于化学键力和范德华强度介于化学键力和范德华力之间的静电吸引，亦属取向力力之间的静电吸引，亦属取向力 分子间的分子间的相互作用力相互作用力与分子

36、的与分子的极性极性有关，因此要了解分子的有关，因此要了解分子的极性界定极性界定3. 3. 固定液的极性表示方法固定液的极性表示方法 相对极性相对极性P P：规定规定非极性固定液角鲨烷非极性固定液角鲨烷的极性的极性为为0 0，强极性固定液，强极性固定液，- -氧二丙腈的极性为氧二丙腈的极性为100100，以物质对，以物质对正丁烷正丁烷- -丁二烯丁二烯或或环已烷环已烷- -苯苯在角在角鲨烷、鲨烷、，- -氧二丙腈及待测固定液上分离得氧二丙腈及待测固定液上分离得到相对保留值，并取对数：到相对保留值，并取对数： 从下列公式求得待测固定液的相对极性从下列公式求得待测固定液的相对极性P Px x：其中其

37、中q q1 1，q q2 2，q qx x分别表示物质对在角鲨烷、分别表示物质对在角鲨烷、，- -氧二丙腈和待测固定液的相对保留值。氧二丙腈和待测固定液的相对保留值。P Px x在在0 0100100之间，每之间，每2020单位为一级，即将极性分为单位为一级，即将极性分为5 5级：级：0 01(1(非极性非极性) )；+1+1 +2(+2(弱极性弱极性) )；+3(+3(中中等极性）；等极性）；+4+4 +5(+5(强极性强极性) ) 4 4固定液的选择固定液的选择（1 1）按）按相似相溶相似相溶原则选择原则选择（2 2）按）按组分性质组分性质的主要的主要差别差别选择选择（1 1）按相似相溶原

38、则选择）按相似相溶原则选择a a固定液与被测组分极性固定液与被测组分极性“相似相溶相似相溶” 非极性组分非极性组分选非极性固定液，选非极性固定液， 按按沸点顺序沸点顺序出柱，低沸点的先出柱出柱，低沸点的先出柱 中等极性组分中等极性组分选中等极性固定液，选中等极性固定液， 基本按基本按沸点顺序沸点顺序出柱出柱 强极性组分强极性组分选极性固定液，选极性固定液， 按按极性顺序极性顺序出柱，极性强的后出柱出柱，极性强的后出柱 对于中等极性组分，若沸点相同，则对于中等极性组分，若沸点相同，则按极性顺序出柱，极性较强的后出柱按极性顺序出柱，极性较强的后出柱b b按化学官能团相似选择按化学官能团相似选择 固

39、定液与被测组分化学官能团相似，作用固定液与被测组分化学官能团相似，作用力强，选择性高力强，选择性高 酯类酯类选酯或聚酯固定液选酯或聚酯固定液 醇类醇类选醇类或聚乙二醇固定液选醇类或聚乙二醇固定液（2 2）按组分性质的主要差别选择）按组分性质的主要差别选择组分的组分的沸点差别沸点差别为主为主 组分的组分的极性差别极性差别为主为主选非极性固定液选非极性固定液按按沸点顺序出柱沸点顺序出柱沸点低的先出柱沸点低的先出柱选极性固定液选极性固定液按按极性强弱出柱极性强弱出柱极性弱的先出柱极性弱的先出柱例：苯（例：苯（80.180.10 0C C），环己烷（），环己烷（80.780.70 0C C）选非极性柱

40、选非极性柱 分不开；分不开；选中强极性柱选中强极性柱 较好分离，环己烷先出柱较好分离，环己烷先出柱 固定液的种类繁多，选择过程也是固定液的种类繁多，选择过程也是非常复杂的，一般非常复杂的，一般是是先根据理论先根据理论知知识识初步选择初步选择，然后用实验然后用实验加以加以验证验证，很大程度上要凭经验，很大程度上要凭经验 固定液与吸附剂相比有如下特点：固定液与吸附剂相比有如下特点：（1 1）在通常的操作条件下，组分在两相间的）在通常的操作条件下，组分在两相间的分配分配等温线是线性的等温线是线性的，因此能得到，因此能得到良好的对称峰良好的对称峰（2 2）固定液）固定液品种繁多品种繁多，使用，使用温度

41、范围宽温度范围宽，选择余，选择余地大，对某些特定的分析对象，很容易找到合适地大，对某些特定的分析对象，很容易找到合适的固定液的固定液（3 3）固定液的）固定液的用量用量可以改变，又易于涂渍，可制可以改变，又易于涂渍，可制成高效填充柱和毛细管成高效填充柱和毛细管（4 4）组分保留值的）组分保留值的重现性好重现性好，色谱柱的，色谱柱的寿命较长寿命较长 三三 色谱柱的制备色谱柱的制备填充柱的一般填充柱的一般制备步骤制备步骤如下：如下：（1 1）固定液的涂渍：）固定液的涂渍：将一定配比的固定液和载体采用将一定配比的固定液和载体采用一定的方法混合，使固定液均匀分布在载体上一定的方法混合，使固定液均匀分布

42、在载体上（2 2）色谱柱的填充：）色谱柱的填充：将涂渍好固定液的载体填充入色将涂渍好固定液的载体填充入色谱柱管中，要求填充均匀，紧密谱柱管中，要求填充均匀，紧密（3 3）色谱柱的老化：）色谱柱的老化：色谱柱填充完毕后，必须进行老色谱柱填充完毕后，必须进行老化处理化处理 填充柱填充柱是将固定相填充在一定的管中制成的，填是将固定相填充在一定的管中制成的，填充柱充柱柱效柱效的高低，不仅与的高低，不仅与固定液和载体固定液和载体的性质有关，的性质有关，而且与而且与固定液的涂渍固定液的涂渍和色谱柱的和色谱柱的填充填充情况密切相关。情况密切相关。 老化方法：老化方法：将色谱柱接入色谱仪，先断开检测器将色谱柱

43、接入色谱仪，先断开检测器一端，检漏，然后将柱温调至固定液的一端，检漏，然后将柱温调至固定液的最高使用最高使用温度以下温度以下20203030，加热，同时通入低流速载气，加热，同时通入低流速载气，老化，老化4 48 8小时小时老化目的老化目的：(1)(1)彻底除去填充物中的彻底除去填充物中的残余溶剂残余溶剂和某些和某些挥发性挥发性物质物质(2)(2)使固定液在载体表面有一个使固定液在载体表面有一个再分布再分布的过程，的过程，从而使固定液更加从而使固定液更加均匀、牢固均匀、牢固地分布在载体表地分布在载体表面上面上第四节第四节 气相色谱条件的选择气相色谱条件的选择色谱条件包括色谱条件包括分离条件分离

44、条件和和操作条件操作条件 操作操作条件条件柱温柱温载气流速载气流速进样条件进样条件 检测器检测器固定液固定液固定液配比固定液配比载体载体柱长柱长分离分离条件条件1 1 固定液的选择固定液的选择 1 1）按）按相似相溶相似相溶原则：原则：极性极性相似或相似或官能团官能团相似相似 2 2）按）按组分性质组分性质主要差别：主要差别：沸点沸点差别和差别和极性极性差别差别2 2 固定液配比的选择（固定液配比的选择（组分沸点和载体表面积组分沸点和载体表面积）高沸点组分高沸点组分 低固定液配比（低固定液配比（1%1%3%3%） 小比表面积载体小比表面积载体低沸点组分低沸点组分 高固定液配比（高固定液配比（5

45、%5%25%25%） 大比表面积载体大比表面积载体难分离组分难分离组分 毛细管柱毛细管柱一一 分离条件的选择分离条件的选择 3 3 载体的选择：粒度，分布，种类载体的选择：粒度，分布，种类 实验表明，实验表明，颗粒越细，板高越小颗粒越细，板高越小，受线速影响，受线速影响越小越小; ;然而然而粒度过小粒度过小, ,则阻力和柱压增加；则阻力和柱压增加；对填充对填充柱而言柱而言, ,粒度大小为柱内径的粒度大小为柱内径的1/20-1/251/20-1/25为宜为宜4 4 柱长的选择柱长的选择 L nL n，RR，峰宽，峰宽，柱压，柱压 (R(R1 1/R/R2 2) )2 2 =n =n1 1/n/n

46、2 2 =L =L1 1/L/L2 2 柱越长，理论塔坂数越高，分离越好。但柱柱越长，理论塔坂数越高，分离越好。但柱过长，分析时间增加且峰宽也会增加，导致过长，分析时间增加且峰宽也会增加，导致总分离效能下降，因此柱长总分离效能下降，因此柱长L L要根据要根据R R的要求的要求 (R=1.5)(R=1.5)，选择刚好使各组分得到有效分离为，选择刚好使各组分得到有效分离为宜宜 （二）操作条件的选择（二）操作条件的选择1 1 柱温的选择柱温的选择 （1 1）升温使各组分的）升温使各组分的挥发靠拢挥发靠拢，不利于分离，不利于分离，从从分离分离的角度考虑，宜采用较的角度考虑，宜采用较低低的柱温的柱温 （

47、2 2）但柱温太低，被测组分在两相中的）但柱温太低，被测组分在两相中的扩散速扩散速率率大为减小，分配不能迅速达到平衡，峰形变大为减小，分配不能迅速达到平衡，峰形变宽，柱效下降，并延长了宽，柱效下降，并延长了分析时间分析时间 因此选择因此选择柱温柱温应综合考虑应综合考虑柱选择性柱选择性和和柱效柱效两方面两方面 （3 3）柱温的选择原则柱温的选择原则：在保证：在保证最难分离最难分离的组分的组分得到尽可能得到尽可能好的分离度好的分离度的前提下，应的前提下，应尽可能选尽可能选择较低的温度择较低的温度，以实验测定保留时间适宜、峰，以实验测定保留时间适宜、峰形不拖尾为度。具体操作温度应根据不同的实形不拖尾

48、为度。具体操作温度应根据不同的实际情况由实验确定际情况由实验确定 对于不同的体系，可参考下面的方法对于不同的体系，可参考下面的方法 分析对象 柱温 固定液含量永久气体、低沸点烃 沸点以上 1525% 50 以下 沸点在100200 比平均沸点低 1015% 50100 沸点在200300 比平均沸点低 510% 50100 沸点在300400 低于沸点 小于3% 100200 沸点范围较宽的 程序升温技术多组分混合物 所谓所谓程序升温程序升温是指柱温按是指柱温按预定的加热速度预定的加热速度，随时间作随时间作线性或非线性的线性或非线性的增加，升温方式和速增加，升温方式和速度随体系而定度随体系而定

49、 采用程序升温时，因为开始时柱温较低，采用程序升温时，因为开始时柱温较低，沸点较低的组分可以得到良好分离，随着柱温沸点较低的组分可以得到良好分离，随着柱温增加，较高沸点的组分也能较快地流出，得到增加，较高沸点的组分也能较快地流出，得到分离良好的尖峰分离良好的尖峰 2 2 载气与流速的选择载气与流速的选择（测定）前提下和较短在保证足够大最佳utRR 当当u u较小较小时，时，B/uB/u占主要，占主要，此时选择此时选择分子量大分子量大的载气，的载气，使组分的扩散系数小使组分的扩散系数小 当当u u较大较大时，时，CuCu占主要，占主要，此时选择此时选择分子量小分子量小的载气，的载气，使组分的扩散

50、系数小，减使组分的扩散系数小，减小传质阻力项小传质阻力项Cu Cu 3 3 进样条件的选择进样条件的选择 气化室温度气化室温度保证样品迅速完全气化又不引起样品保证样品迅速完全气化又不引起样品分解，一般分解，一般比柱温高比柱温高303070700 0C C 检测室温度检测室温度 防止样品冷凝，应防止样品冷凝，应高于柱温高于柱温303050500 0C C 进样量进样量 太大，会使峰叠在一起，分离不好；太少，太大，会使峰叠在一起，分离不好；太少，会使含量少的组分因检测器灵敏度不够而不出峰，液会使含量少的组分因检测器灵敏度不够而不出峰，液体进样：体进样：0.1-50.1-5L L；气体进样：；气体进

51、样：0.1-10mL0.1-10mL 进样时间进样时间进样时间过长，试样原始宽度变大，半进样时间过长，试样原始宽度变大，半峰宽变宽甚至峰变形，在峰宽变宽甚至峰变形，在一秒一秒以内进样以内进样4 4 检测器的选择检测器的选择 依据：组分的性质，分析性能的要求依据：组分的性质，分析性能的要求一一 仪仪 器器 毛细管柱气相色谱仪是毛细管柱气相色谱仪是用毛细管柱作为气相用毛细管柱作为气相色谱柱色谱柱的一种色谱仪；与填充柱色谱仪类似，主的一种色谱仪；与填充柱色谱仪类似，主要的区别在于：要的区别在于：1) 1) 在进样口增加了在进样口增加了分流分流解决了解决了柱容量小柱容量小的的问题问题 2) 2) 以及

52、在柱后增加了一个以及在柱后增加了一个尾气吹扫气路尾气吹扫气路减减少了柱与检测器连结处的少了柱与检测器连结处的死体积过大死体积过大的问题；一的问题；一般检测器要求般检测器要求20mL/min20mL/min的载气流量才能的载气流量才能灵敏灵敏工作工作3) 3) 通常采用通常采用程序升温程序升温技术技术 第五节第五节 毛细管柱气相色谱仪毛细管柱气相色谱仪二二 毛细管柱的材质：不锈钢、玻璃、石英毛细管柱的材质：不锈钢、玻璃、石英 不锈钢不锈钢惰性差，有一定的催化活性，加上不惰性差，有一定的催化活性，加上不透明不易涂渍固定液，现已很少使用透明不易涂渍固定液，现已很少使用 玻璃玻璃虽然表面惰性好、透明易观察，但易折虽然表面惰性好、透明易观察，但易折断，安装困难，使用也在减少断，安装困难，使用也在减少 石英石英是现在广泛使用的柱子，它具有化学惰是现在广泛使用的柱子，它具有化学惰性、热稳定性及机械强度好并有弹性，易于安性、热稳定性及机械强度好并有弹性，易于安装使用装使用三三 毛细管柱的分类：毛细管柱的分类：（1 1）壁涂开管柱（）壁涂开管柱（ WCOTWCOT） 将固定液将固定液直接涂在直接涂在毛细管内壁上毛细管内壁上（由于内壁光滑，润湿性差，通常（由于内壁光滑，润湿性差，通常先要将内壁表面处理，增加润湿性，再涂固定液先要将内