第二章气相色谱第三章高效液相色谱

1、第二章气相色谱第三章高效液相色谱第1页，共118页。21 气相色谱法概述气相色谱法概述一一. .概述概述 分离、分析分离、分析混合物混合物的的最有效方法。最有效方法。 俄国植物学家茨维俄国植物学家茨维特在特在19061906年使用的装年使用的装置是色谱原型装置，置是色谱原型装置，如右图。如右图。第2页，共118页。 现在的色谱法早已不局限于色素的分离，现在的色谱法早已不局限于色素的分离，其方法也早已得到了极大的发展，但其分离其方法也早已得到了极大的发展，但其分离的原理仍然是一样的的原理仍然是一样的，仍然仍然称称它它为为色谱分析。色谱分析。第3页，共118页。 色谱法是一种分离技术色谱法是一种分

2、离技术，试样混合物的分离过程也就，试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱分离柱中两相间不断进行着的分配是试样中各组分在色谱分离柱中两相间不断进行着的分配过程。其中的一相固定不动，称为过程。其中的一相固定不动，称为固定相固定相；另一相是携带；另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为流动相流动相。 与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的高效分与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的高效分离与灵敏检测。离与灵敏检测。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础。分离的两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础。分离的动力

3、为各组分在性质和结构上的差异导致其与固定相之间动力为各组分在性质和结构上的差异导致其与固定相之间作用力有强弱。作用力有强弱。第4页，共118页。三三. .色谱分类色谱分类 色谱分析法有很多种类，从不同的角色谱分析法有很多种类，从不同的角度出发可以有不同的分类方法。度出发可以有不同的分类方法。 1.1.从两相的状态分类：从两相的状态分类： 色谱法中，流动相可以是气体，也可以是液色谱法中，流动相可以是气体，也可以是液体，由此可分为气相色谱法（体，由此可分为气相色谱法（GCGC）和液相色谱法和液相色谱法（LCLC）。固定相既可以是固体，也可以是涂在固。固定相既可以是固体，也可以是涂在固体上的液体体上

4、的液体，分类情况如下：分类情况如下：第5页，共118页。色谱法色谱法液相色谱法液相色谱法气相色谱法气相色谱法气气- -液色谱法液色谱法气气- -固色谱法固色谱法液液- -固色谱法固色谱法液液- -液色谱法液色谱法第6页，共118页。 2.2.按固定相的按固定相的状态状态分类：分类：柱色谱：固定相装在色谱柱中；柱色谱：固定相装在色谱柱中；纸色谱：利用滤纸作载体，吸附在纸上的纸色谱：利用滤纸作载体，吸附在纸上的水作固定相；水作固定相；薄层色谱：将固体吸附剂在玻璃板或塑料板薄层色谱：将固体吸附剂在玻璃板或塑料板上制成薄层作固定相上制成薄层作固定相。 第7页，共118页。第8页，共118页。3.3.按

5、分离原理分类按分离原理分类： 1)1)吸附色谱法：利用吸附剂（固定相一般是固吸附色谱法：利用吸附剂（固定相一般是固体）表面对不同组分吸附能力的差别进行分离的体）表面对不同组分吸附能力的差别进行分离的方法；方法； 2)2)分配色谱法：利用不同组分在两相间的分配色谱法：利用不同组分在两相间的分配系数的差别进行分离的方法。分配系数的差别进行分离的方法。第9页，共118页。3)3) 离子交换色谱：利用溶液中不同离子与离子交换色谱：利用溶液中不同离子与离子交换剂间的交换能力的不同而进行分离离子交换剂间的交换能力的不同而进行分离的方法。的方法。4)4)空间排斥（阻）色谱法：利用多孔性物质对空间排斥（阻）色

6、谱法：利用多孔性物质对不同大小的分子的排阻作用进行分离的方法。不同大小的分子的排阻作用进行分离的方法。第10页，共118页。DetectorFlow or pressurecontrollerInjection valveand gasifyingColumnData station (Recorder)W四、气相四、气相色谱仪色谱仪的工作过程的工作过程第11页，共118页。进样系统进样系统色谱柱色谱柱检测系统检测系统温度控制温度控制载气系统载气系统进样系统进样系统色谱柱色谱柱检测系统检测系统温度控制温度控制载气系统载气系统记录处理系统记录处理系统第12页，共118页。1. 1. 气路系统气路

7、系统 包括气源、净化干燥管和载气流速控制包括气源、净化干燥管和载气流速控制；1-载气钢瓶；载气钢瓶；2-减压阀；减压阀；3-净化干燥管；净化干燥管；4-针形阀；针形阀；5-流量计流量计;6-压力表压力表；第13页，共118页。n气路系统将样品载入色谱柱分离后进入检测器测气路系统将样品载入色谱柱分离后进入检测器测定；定；n气路系统要求气密性好、载气流量稳定和测量流量气路系统要求气密性好、载气流量稳定和测量流量准确；准确；n气相色谱常用的载气为气相色谱常用的载气为氮气、氢气和氦气氮气、氢气和氦气等。等。载载气的选择主要由检测器性质及分离要求所决定；气的选择主要由检测器性质及分离要求所决定；n载气在

8、进入色谱仪前必须经过净化处理；载气在进入色谱仪前必须经过净化处理；去除载气去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；炭等）；n载气流量由稳压阀或稳流阀调节控制。载气流量由稳压阀或稳流阀调节控制。第14页，共118页。2 2、进样系统、进样系统n气化室的作用是将液体或固体样品瞬间气化而不分解气化室的作用是将液体或固体样品瞬间气化而不分解,后后进柱分离进柱分离n要求要求: 热容量较大热容量较大, , 死体积较小死体积较小, ,无催化效应无催化效应进样器进样器：液体样品的进样通常采用微量注射器，气体液体样品的进样通常采用微量注射器，气体样品的

9、进样通常采用医用注射器或六通阀。样品的进样通常采用医用注射器或六通阀。气化室：气化室： 进样装置进样装置：进样器进样器+气化室；气化室；第15页，共118页。3. 3. 分离分离系统系统 色谱柱色谱柱：色谱仪的核心部件。：色谱仪的核心部件。 柱材质柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据毫米。长度可根据需要确定。需要确定。 柱填料柱填料：粒度为：粒度为60-80或或80-100目的色谱固定相。目的色谱固定相。 液液-固色谱：固色谱：固体吸附剂；固体吸附剂；液液-液色谱：液色谱：担体担体+固定液固定液 柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力柱制备对柱效

10、有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大，流速慢或将柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。大，流速慢或将柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。第16页，共118页。第17页，共118页。4 4. . 检测系统检测系统 色谱仪的眼睛，色谱仪的眼睛， 通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度(浓度型，浓度型， 如如热导检热导检测器测器)或质量或质量(质量型，如质量型，如氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器)随时间的变化，随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱

11、图；转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图； 广普型广普型对所有物质均有响应；对所有物质均有响应；热导检测器；热导检测器；专属型专属型对特定物质有高灵敏响应；对特定物质有高灵敏响应；电子俘获检测器；电子俘获检测器； 第18页，共118页。 温度控制温度控制 温度是色谱分离条件的重要选择参数；温度是色谱分离条件的重要选择参数； 气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；均需控制温度； 气化室：气化室：保证液体试样瞬间气化而不分解保证液体试样瞬间气化而不分解（一般比柱温高（一般比柱温高10-50 C）；）； 检测器：检测器：保证被分

12、离后的组分通过时不在此冷凝，保证被分离后的组分通过时不在此冷凝，而且温度影响检测器灵敏度和稳定性，一般控温精度而且温度影响检测器灵敏度和稳定性，一般控温精度要求由于要求由于0.1 C第19页，共118页。 分离室：分离室：准确控制分离需要的温度。当试样为沸准确控制分离需要的温度。当试样为沸点范围很宽的混合物时，分离室温度需要按一定程序点范围很宽的混合物时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化（控制温度变化（程序升温程序升温），各组分在最佳温度下分离，），各组分在最佳温度下分离，从而改善分离效果，缩短分析时间。从而改善分离效果，缩短分析时间。5 5. . 记录和数据处理系统记录和数据处理系统色谱

13、工作站色谱工作站第20页，共118页。五、五、色谱流出曲线色谱流出曲线 从载气带着组分进入色谱柱起就用检测器检从载气带着组分进入色谱柱起就用检测器检测流出柱后的气体，并记录信号随时间变化的曲测流出柱后的气体，并记录信号随时间变化的曲线，此曲线就叫色谱流出曲线线，此曲线就叫色谱流出曲线。第21页，共118页。第22页，共118页。六、六、色谱术语色谱术语1 1. . 基线：在实验条件下，色谱柱后仅有纯流动相进入检基线：在实验条件下，色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线称为基线。基线在稳定的条件下应是一测器时的流出曲线称为基线。基线在稳定的条件下应是一条水平的直线。它的平直与否可反应出实验条

14、件的稳定情条水平的直线。它的平直与否可反应出实验条件的稳定情况。况。 2 2 峰高（峰高（h h）和峰面积：色谱峰顶点与基线的距离叫）和峰面积：色谱峰顶点与基线的距离叫峰高。色谱峰与峰底基线所围成区域的面积叫峰面峰高。色谱峰与峰底基线所围成区域的面积叫峰面积。积。第23页，共118页。3 3. . 保留值保留值 1)1)死时间死时间(t(tM M) ) ：不与固定相作用的物质不与固定相作用的物质（空（空气）气）从进样到出现峰极大值时的时间，它与从进样到出现峰极大值时的时间，它与色谱柱的空隙体积成正比。色谱柱的空隙体积成正比。 MtLu 柱长死时间第24页，共118页。2)2)保留时间保留时间t

15、 tR R：试样从进样到出现峰极大值时的时：试样从进样到出现峰极大值时的时间。它包括组份随流动相通过柱子的时间间。它包括组份随流动相通过柱子的时间t tM M和组份在和组份在固定相中滞留的时间。固定相中滞留的时间。3)3)调整保留时间调整保留时间t tR R ：某组份的保留时间扣除死时：某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间，它是组份在固定相中的滞留时间。间后的保留时间，它是组份在固定相中的滞留时间。即即 RRMttt第25页，共118页。4)4)死体积死体积V VM M：色谱柱管内固定相颗粒间空隙、色：色谱柱管内固定相颗粒间空隙、色谱仪管路和连接头间空隙和检测器间隙的总和。谱仪管路和连接头间

16、空隙和检测器间隙的总和。忽略后两项可得到忽略后两项可得到,0,0MMvvVt qq载气体积流量第26页，共118页。 5)5) 保留体积保留体积V VR R：指从进样到待测物在柱后出现：指从进样到待测物在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相的体积。浓度极大点时所通过的流动相的体积。 v 0qRRVt，6)6)调整保留体积调整保留体积V VR R ：某组份的保留体积扣除死体：某组份的保留体积扣除死体积后的体积。积后的体积。v,0qRRMRVVVt第27页，共118页。7)7)相对保留值相对保留值r r2,12,1（选择因子（选择因子 ）：组份：组份2 2的调的调整保留值与组份整保留值与组份1 1的

17、调整保留值之比。的调整保留值之比。22222,11111RRRRRRRRtVtVrtVtV第28页，共118页。 r2,1 1，两组分热力学性质相同不能分离，两组分热力学性质相同不能分离， r2,1 11是两组分能分离的前提。是两组分能分离的前提。n注意：注意： r r2,12,1 只与柱温和固定相性质有关，而只与柱温和固定相性质有关，而与柱内径、柱长与柱内径、柱长L L、填充情况及流动相流速无关，、填充情况及流动相流速无关，因此，在色谱分析中，尤其是因此，在色谱分析中，尤其是GCGC中广泛用于定中广泛用于定性的依据！性的依据！第29页，共118页。 用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法：

18、用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法：（1）标准偏差标准偏差( )：即：即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一倍峰高处色谱峰宽度的一半。半。（2）半峰宽半峰宽(Y1/2)：色谱峰高一半处的宽度色谱峰高一半处的宽度 Y1/2 =2.354 （3）峰底宽峰底宽(Wb)：Wb=4 4 4. . 区域宽度区域宽度第30页，共118页。色谱流出曲线的意义：色谱流出曲线的意义： 色谱峰数色谱峰数= =样品中单组份的最少个数；样品中单组份的最少个数； 色谱保留值色谱保留值定性依据；定性依据； 色谱峰高或面积色谱峰高或面积定量依据；定量依据； 色谱保留值或区域宽度色谱保留值或区域宽度色谱柱分离效色谱柱分离效能

19、评价指标；能评价指标； 色谱峰间距色谱峰间距固定相或流动相选择是固定相或流动相选择是否合适的依据。否合适的依据。第31页，共118页。22 气相色谱分析理论基础气相色谱分析理论基础一一. .分离过程分离过程色谱分离是色谱体系色谱分离是色谱体系热力学过程热力学过程和和动力学过程动力学过程的综合表现。的综合表现。 热力学过程热力学过程是指：与组分在体系中是指：与组分在体系中分配系数相关分配系数相关的过程；的过程； 动力学过程动力学过程是指：组分在该体系两相间是指：组分在该体系两相间扩散和传质扩散和传质的过程。的过程。 组分、流动相和固定相三者的热力学性质使不同组分在流动相和固定中组分、流动相和固定

20、相三者的热力学性质使不同组分在流动相和固定中具有不同的分配系数，分配系数的大小反映了组分在固定相上的溶解具有不同的分配系数，分配系数的大小反映了组分在固定相上的溶解-挥挥发发 或或 吸附吸附-解吸的能力。解吸的能力。 分配系数大的组分在固定相上溶解或吸附能力强，因此在柱内的移动速分配系数大的组分在固定相上溶解或吸附能力强，因此在柱内的移动速度慢；分配系数小的组分在固定相上溶解或吸附能力弱，因此在柱内的移度慢；分配系数小的组分在固定相上溶解或吸附能力弱，因此在柱内的移动速度快。动速度快。 经过一定时间后，由于分配系数的差别，使各组分在柱内形成差速经过一定时间后，由于分配系数的差别，使各组分在柱内

21、形成差速移行，达到分离的目的。移行，达到分离的目的。第32页，共118页。二二. . 分配系数（分配系数（partion factor） K K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数，比，称为分配系数，用用K 表示，即：表示，即：Ms ccK 组组分分在在流流动动相相中中的的浓浓度度组组分分在在固固定定相相中中的的浓浓度度分配系数不同是色谱分离的依据。

22、分配系数不同是色谱分离的依据。K 是一个无因次量，它是由组分及固定液的热力学性质决是一个无因次量，它是由组分及固定液的热力学性质决定的，只随柱温和柱压而变化，与色谱柱中气相和液相的体积定的，只随柱温和柱压而变化，与色谱柱中气相和液相的体积无关。无关。 第33页，共118页。 三三. . 分配比分配比k k 在一定温度和压力下，组份在两相间的分在一定温度和压力下，组份在两相间的分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量配达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量比，称为分配比。它反映了组分在柱中的迁移比，称为分配比。它反映了组分在柱中的迁移速率。又称保留因子。也叫容量因子或容量比。速率。又称保留因子

23、。也叫容量因子或容量比。 第34页，共118页。分配比分配比k与分配系数与分配系数K的关系为：的关系为：SsSSmmmmsmmcVmVKkmcmVV 式中式中为相比。为相比。填充柱相比：填充柱相比：6 63535；毛细管柱的相比：毛细管柱的相比：505015001500容量因子越大，保留时间越长。容量因子越大，保留时间越长。可由保留时间计算出容量因子，两者有以下关系：可由保留时间计算出容量因子，两者有以下关系：MRMMRtttttk第35页，共118页。三、塔板理论三、塔板理论- -柱分离效能指标柱分离效能指标色谱柱长：色谱柱长：L，虚拟的塔板间距离：虚拟的塔板间距离：H，色谱柱的理论塔板数：

24、色谱柱的理论塔板数：n，则三者的关系为：则三者的关系为： n = L / H理论塔板数与色谱参数之间的关系为：理论塔板数与色谱参数之间的关系为：222116545)()(./bRRWtYtn第36页，共118页。有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。 组分在组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数和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：有效塔板高度：222116545)()(./bRRWtYtn有效有效有效nL

25、HWtYtnbRR222/1)(16)(54. 5第37页，共118页。塔板理论的特点和不足：塔板理论的特点和不足： (1)(1)当色谱柱长度一定时，塔板数当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大越大(塔板高度塔板高度 H 越越小小) )，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。色谱峰越窄。 (2)(2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。 (3)(3)柱

26、效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数配系数 K 相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。 (4)(4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。的途径。第38页，共118页。四、速率理论四、速率理论- -影响柱效的因素影响柱效的因素 速率方程（也称范速率方程（也称范. .弟姆特方程式）弟姆特方程式）: : H = A

27、 + B/u + Cu H = A + B/u + Cu H H：理论塔板高度，：理论塔板高度，u u：载气的线速度：载气的线速度( (cm/s)cm/s) 减小减小A A、B B、C C三项可提高柱效；三项可提高柱效； 存在着最佳流速；存在着最佳流速； A A、B B、C C三项各与哪些因素有关？三项各与哪些因素有关？第39页，共118页。1. 1. 涡流扩散项涡流扩散项A A = 2dp d dp：固定相的平均颗粒直径固定相的平均颗粒直径：固定相的填充不均匀因子固定相的填充不均匀因子 固定相颗粒越小固定相颗粒越小d dp p，填充的越均匀，填充的越均匀，AA，HH，柱效，柱效n n。表现在

28、涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。第40页，共118页。2.2. 分子扩散项分子扩散项 B = 2 B = 2 DgDg ：弯曲因子，填充柱色谱，弯曲因子，填充柱色谱， 110k10，则，则R R的的增加不明显增加不明显, ,分析时间反而延长很多。通常分析时间反而延长很多。通常k k在在2-72-7之间。之间。 改变改变 k k 的方法有：的方法有：改变柱温改变柱温(GC)(GC)、改变相比。改变相比。第48页，共118页。3. 3. 分离度分离度R R与与选择选择因子因子 的关系的关系 越大，柱选择性越好，对分离有利。越大，

29、柱选择性越好，对分离有利。 的微小变的微小变化可引起化可引起 R R 较大改变。较大改变。如，当如，当 从从1.011.01增加至增加至1.10(1.10(增加增加9% )9% )时，时，R R 则增加则增加 9 9 倍倍( (但但 1.5, R1.5, R增加不大增加不大) ) 。 增加增加 最有效最有效的方法：改变固定相，使组分的分配系数的方法：改变固定相，使组分的分配系数有较大的差别。有较大的差别。 第49页，共118页。例题例题1： 在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒秒和和100秒，要达到完全分离，即秒，要达到完全分离，即R=1.

30、5 。计算需要多少块计算需要多少块有效塔板。若填充柱的有效塔板高度为有效塔板。若填充柱的有效塔板高度为0.1 cm，有效有效柱长是多少？柱长是多少？解：解： = 100 / 85 = 1.18 n有效有效 = 16R2 / ( 1) 2 = 161.52 (1.18 / 0.18 ) 2 = 1547（块）块）L有效有效 = n有效有效H有效有效 = 15470.1 = 155 cm 即柱长为即柱长为1.55米时，米时，两组分可以得到完全分离。两组分可以得到完全分离。第50页，共118页。例题例题2： 在在1m的色谱柱上，两组分的理论塔板数为的色谱柱上，两组分的理论塔板数为3600，两个，两个

31、组分的保留时间分别为组分的保留时间分别为12.2s和和12.8s，计算分离度。要达到计算分离度。要达到完全分离，所需要的柱长是？完全分离，所需要的柱长是？解：解：8533. 036008 .12448133. 036002 .12442211ntWntWRbRb分离度：分离度：72. 08133. 08533. 0)2 .128 .12(2RmLRRL34. 4172. 05 . 1212122塔板数增加一倍，分离度增加多少？塔板数增加一倍，分离度增加多少？第51页，共118页。三三. .分离操作条件的选择分离操作条件的选择1、载气及其流速的选择、载气及其流速的选择 载气种类：载气种类： u小

32、小，分子扩散项起主要作用，应尽量选相对分子质量，分子扩散项起主要作用，应尽量选相对分子质量大的载气，如：大的载气，如：N2,Ar u大大，传质阻力项起主要作用，应尽量选相对分子质量，传质阻力项起主要作用，应尽量选相对分子质量小的载气，如：小的载气，如：H2, He 同时考虑载气与同时考虑载气与检测器检测器的要求相适应（热导检测器：的要求相适应（热导检测器： H2, He ）；）；对一般的填充柱，对一般的填充柱，N2的最佳实用线速为的最佳实用线速为10-12 cm/s H2的最佳实用线速为的最佳实用线速为15-20 cm/s色谱分离的操作条件的色谱分离的操作条件的选择依据选择依据：基本色谱分离基

33、本色谱分离方程式方程式及及范氏理论范氏理论第52页，共118页。 载气流速载气流速在最佳流速时板高最小，但为缩短分析时间，往往选略高于在最佳流速时板高最小，但为缩短分析时间，往往选略高于最佳流速。最佳流速。2m inBCHA2B CBHAC uud HBCd uuu 最 佳第53页，共118页。2、柱温的选择柱温的选择 每种固定液都有最高使用温度，柱温不能高于此温度。每种固定液都有最高使用温度，柱温不能高于此温度。 提高柱温提高柱温各组分的挥发靠拢，不利于分离，但各组分的挥发靠拢，不利于分离，但柱温太低柱温太低时时组分的扩散变慢，分配平衡不能迅速建立，峰型变宽，组分的扩散变慢，分配平衡不能迅速

34、建立，峰型变宽，柱效较低，分析时间过长。柱效较低，分析时间过长。选择柱温要兼顾几方面的因素。一般原则是：选择柱温要兼顾几方面的因素。一般原则是：1）在使最难分离的组分有尽可能好的分离度前提下，）在使最难分离的组分有尽可能好的分离度前提下，采取适当低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾采取适当低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度；为度；第54页，共118页。2）对于宽沸程的多组分混合物，可采用程序升温法。）对于宽沸程的多组分混合物，可采用程序升温法。沸点较低的组分在低柱温下良好分离后最早流出。沸点较低的组分在低柱温下良好分离后最早流出。沸点较高的组分在较高柱温下良好分离后随即流出。沸点较高

35、的组分在较高柱温下良好分离后随即流出。3 3、固定液的用量、固定液的用量 固定液的用量和允许的进样量成正比。固定液的用量和允许的进样量成正比。 目前盛行低固定液含量的色谱柱，其柱效较高，但允许的进样目前盛行低固定液含量的色谱柱，其柱效较高，但允许的进样量也较小。量也较小。 固定液的用量同时和所采用的担体有关，担体表面积越大，固定液的用量同时和所采用的担体有关，担体表面积越大，固定液的含量可以高些，其配比一般在固定液的含量可以高些，其配比一般在5：100 25：100。第55页，共118页。4 4载载体体的选择的选择 担体担体均匀而细均匀而细小小，固定液薄而均匀，柱效就愈，固定液薄而均匀，柱效就

36、愈高。但粒度也不能太小，否则，阻力压急剧增大。高。但粒度也不能太小，否则，阻力压急剧增大。一般粒度直径为柱内径的一般粒度直径为柱内径的120l25为宜；为宜；5 5进样时间及进样量进样时间及进样量 进样时间要短进样时间要短（1s内）内），使试样进入色谱柱呈，使试样进入色谱柱呈“塞子塞子”状；状； 最大允许进样量应控制在使半峰宽基本不变，而峰最大允许进样量应控制在使半峰宽基本不变，而峰高与进样量成线性关系，如果超过最大允许进样量，高与进样量成线性关系，如果超过最大允许进样量，线性关系遭破坏。线性关系遭破坏。第56页，共118页。一一 热导检测器热导检测器 thermal conductivity

37、 detector,TCD25 气相色谱检测器气相色谱检测器第57页，共118页。1 1 热导检测器的结构热导检测器的结构池体池体（一般用不锈钢制成）（一般用不锈钢制成）热敏元件热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。的钨丝制成。参考臂参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。 测量臂：测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。分离柱出口处。2 2检测原理检测原理 平衡电桥。平衡电桥。 不同的气体有不同的热导系数。不

38、同的气体有不同的热导系数。第58页，共118页。第59页，共118页。钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值： R参参=R测测 ; R1=R2 则：则：R参参R1=R测测R2 无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。 进样后进样后: 载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，R参参R测测 则则

39、 R参参R2R测测R1 这时电桥失去平衡，这时电桥失去平衡，a、b两端存在着电位差，有电压信两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。间变化的峰状图形。第60页，共118页。3 3. . 影响热导检测器灵敏度的因素影响热导检测器灵敏度的因素 桥路电流桥路电流I ： I ，钨丝的温度，钨丝的温度 ，钨丝与池体之间，钨丝与池体之间的温差的温差 ，有利于热传导，检测器灵敏度提高。检测器，有利于热传导，检测器灵敏度提高。检测器的响应值的响应值S I3，但稳定性下降，基线不稳。桥路电流但稳定性下降，

40、基线不稳。桥路电流太高时，还可能造成钨丝烧坏。太高时，还可能造成钨丝烧坏。 池体温度：池体温度与钨丝温度相差越大，越有利于池体温度：池体温度与钨丝温度相差越大，越有利于热传导，检测器的灵敏度也就越高，但池体温度不能低于热传导，检测器的灵敏度也就越高，但池体温度不能低于分离柱温度，以防止试样组分在检测器中冷凝。分离柱温度，以防止试样组分在检测器中冷凝。第61页，共118页。 载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，在检测载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。器两臂中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。载气的热导系数大，传热好，通

41、过的桥路电流也可适当加载气的热导系数大，传热好，通过的桥路电流也可适当加大，则检测灵敏度进一步提高。大，则检测灵敏度进一步提高。表表 某些气体与蒸气的热导系数（某些气体与蒸气的热导系数（），），单位：单位：J / cms第62页，共118页。2 2 氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器 flame ionization detector, FID flame ionization detector, FID1 1） 特点特点 (1) 典型的典型的质量型检测器质量型检测器; (2) 对有机化合物具有很高的灵敏度对有机化合物具有很高的灵敏度; (3) 无机气体、水、四氯化碳等无机气体、水、四氯化碳

42、等含氢少或不含氢的物含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应质灵敏度低或不响应; (4) 氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速等特点响应迅速等特点; (5) 比热导检测器的灵敏度高出近比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，检测下个数量级，检测下限可达限可达10-12gg-1。第63页，共118页。 (1) 在发射极和收集极之在发射极和收集极之间加有一定的直流电压间加有一定的直流电压（100300V）构成一个外加构成一个外加电场。电场。 (2) N2 ：载气携带试样组分；：载气携带试样组分； H2 ：为燃气；：为燃气； 空气：助燃气。空气：

43、助燃气。 使用时需要调整三者的使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达比例关系，检测器灵敏度达到最佳。到最佳。2 2） 结构结构第64页，共118页。A A区：预热区区：预热区B B层：点燃火焰层：点燃火焰C C层：热裂解区层：热裂解区D D层：反应区层：反应区被测组分在热裂解区生成的正负离子，在被测组分在热裂解区生成的正负离子，在外加恒定直流电场的作用下分别向两极外加恒定直流电场的作用下分别向两极定定向向运动而产生微电流运动而产生微电流（约（约10-610-14A）；）；在一定范围内，微电流的大小与进入离子室在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比；的被测组分质量成正比

44、；离子电流信号输出离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线。的色谱流出曲线。3 3） 原理原理第65页，共118页。3 3 电子捕获检测器电子捕获检测器 electron capture detector, ECD electron capture detector, ECD 高选择性检测器，高选择性检测器， 仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度，检测下限度，检测下限1010-14 -14 g /mLg /mL， 对大多数烃类没有响应。对大多数烃类没有响应。 较多应用

45、于农副产品、食品及环境中农药残留较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。量的测定。4 4其它几种其它几种检测器检测器1) 火焰光度检测器火焰光度检测器(flame photometric detector, FPD)第66页，共118页。 化合物中硫、磷在富氢火焰中被还原，激发后，辐射出化合物中硫、磷在富氢火焰中被还原，激发后，辐射出400400、550 550 nm nm 左右的光谱，可被检测；左右的光谱，可被检测； 该检测器是对含硫、磷化合物的高选择性检测器；该检测器是对含硫、磷化合物的高选择性检测器；2)2)热离子检测器热离子检测器( (thermionic detector,

46、 TID)thermionic detector, TID) 氮、磷检测器；对氮、磷有高灵敏度；氮、磷检测器；对氮、磷有高灵敏度； 在在FIDFID检测器的喷嘴与收集极之间加一个含硅酸铷的检测器的喷嘴与收集极之间加一个含硅酸铷的玻璃球，含氮、磷化合物在受热分解时，受硅酸铷作用玻璃球，含氮、磷化合物在受热分解时，受硅酸铷作用产生大量电子，信号强；产生大量电子，信号强；3)3)定性检测器定性检测器( (联用仪器联用仪器) ) 将两种仪器结合；色将两种仪器结合；色- -质联用仪质联用仪第67页，共118页。一、色谱定性一、色谱定性分析分析1.1.利用纯物质定性的方法利用纯物质定性的方法 利用保留值定

47、性利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中位置。不的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。 利用加入法定性利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。的相对变化。25 气相色谱定性定量分析气相色谱定性定量分析第68页，共118页。 2.2.利用文献保留值定性利用文献保留值定性 相对保留值相对保留值r r2121：相对保留值相对保留值r r2121仅与

48、柱温和固定液性质仅与柱温和固定液性质有关。在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保有关。在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。留数据，可以用来进行定性鉴定。3.保留指数保留指数 又称又称KovatsKovats指数（指数（），是一种重现性较好的定性参数。），是一种重现性较好的定性参数。测定方法：测定方法： 将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为分子中碳原子个将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为分子中碳原子个数乘以数乘以100100（如正己烷的保留指数为（如正己烷的保留指数为600600）。）。第69页，共118页。4 4. .与其他分析仪器联用的定性方法与

49、其他分析仪器联用的定性方法 小型化的台式色质谱联用仪（小型化的台式色质谱联用仪（GC-MSGC-MS；LC-MSLC-MS）色谱色谱- -红外光谱仪联用仪；红外光谱仪联用仪；组分的结构鉴定组分的结构鉴定SampleSample 58901.0 DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMass Selective DetectorDCBA ABCDGas Chromatograph (GC) Mass Spectrometer (MS)SeparationIdentificationBACD第70页，共118页。 试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即：

50、试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即： m i = fi Ai 绝对校正因子绝对校正因子：比例系数：比例系数f i ，单位面积对应的物质量：，单位面积对应的物质量： f i =m i / Ai 定量校正因子与检测器响应值成倒数关系：定量校正因子与检测器响应值成倒数关系： f i = 1 / Si 相对校正因子相对校正因子f i ：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。对校正因子之比。ississiisiiAAmmAmAmfff/二二、色谱定、色谱定量分析量分析第71页，共118页。 当当mi、mS以摩尔为单位时，所得相对校正因子称为以摩尔为单

51、位时，所得相对校正因子称为相对摩尔校正因子（相对摩尔校正因子（f M）,用表示；当用表示；当mi、mS用质量单用质量单位时位时, 以（以（f m）,表示。表示。3. 3. 常用的几种定量方法常用的几种定量方法 （1）归一化法：归一化法：100100121niiiiiniiAfAfmmmmc)(%第72页，共118页。 特点及要求：特点及要求： 归一化法简便、准确；归一化法简便、准确；进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。第73页，共118页。（2 2）内标法）内

52、标法内标物要满足以下要求：内标物要满足以下要求：（1）试样中不含有该物质；）试样中不含有该物质；（2）与被测组分性质比较接近；）与被测组分性质比较接近；（3）不与试样发生化学反应；）不与试样发生化学反应；（4）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。试样配制：试样配制：准确称取一定量的试样准确称取一定量的试样W，加入一定量内标物加入一定量内标物mS计算式：计算式：SsiisiSsiisiAfAfmmAfAfmm; 100100100% SsiisSsiisiiAfAfWmWAfAfmWmc第74页，共118页。 （1 1） 内标法的准确性较高，

53、操作条件和进样量的内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大。稍许变动对定量结果的影响不大。 (2) (2) 每个试样的分析，都要进行两次称量，不适每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。合大批量试样的快速分析。 (3)(3)若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定，则：定，则：常数SiiAAc %特点：特点：第75页，共118页。 （3）外标法外标法外标法也称为标准曲线法。外标法也称为标准曲线法。特点及要求：特点及要求： 外标法不使用校正因子，准确性较高外标法不使用校正因子，准确性较高;操作条件变化对结果

54、准确性影响较大操作条件变化对结果准确性影响较大;对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的快速分析。样的快速分析。第76页，共118页。第77页，共118页。第三章第三章 高效液相色谱分析高效液相色谱分析Chapter Three High Performance Liquid Chromatography （HPLC）第78页，共118页。3 31 1 高效液相色谱法的特点高效液相色谱法的特点 一、一、高效液相色谱法高效液相色谱法概述概述 高效液相色谱法（高效液相色谱法（HPLCHPLC）在）在经典液相色谱经典液相色谱基基础上，采用了高压泵、

55、高效固定相和高灵敏度检础上，采用了高压泵、高效固定相和高灵敏度检测器，因而具备测器，因而具备速度快、效率高、灵敏度高、操速度快、效率高、灵敏度高、操作自动化的作自动化的特点，特点，因此得到迅猛的发展。因此得到迅猛的发展。目前已目前已成为应用极为广泛的化学分离分析重要手段。成为应用极为广泛的化学分离分析重要手段。第79页，共118页。 1 1高效液相色谱法与经典液相色谱法的比较高效液相色谱法与经典液相色谱法的比较 高速：高速：在分析速度上比经典液相色谱法在分析速度上比经典液相色谱法快数百倍快数百倍。由于经典。由于经典色谱是色谱是重力加料重力加料，流出速度极慢；而高效液相色谱配备了，流出速度极慢；

56、而高效液相色谱配备了高高压输液压输液设备，流速最高可达设备，流速最高可达 10103 3cmmincmmin-1-1. . 例如例如分离氨基分离氨基酸，用经典色谱法，柱长约酸，用经典色谱法，柱长约170cm170cm，柱径，柱径0.9cm0.9cm，流动相速，流动相速度为度为30cm30cm3 3hh-1-1，需用，需用2020多小时才能分离出多小时才能分离出2020种氨基酸；而种氨基酸；而用高效液相色谱法，只需用高效液相色谱法，只需lhlh之内即可完成；之内即可完成；高效：高效：其柱效可达其柱效可达3 3万塔板万塔板/ /米以上（气相色谱约米以上（气相色谱约2000 2000 塔板塔板/ /

57、米），分离效率大大提高了。米），分离效率大大提高了。第80页，共118页。2 2高效液相色谱法与气相色谱法的比较高效液相色谱法与气相色谱法的比较 （l l）气相色谱法气相色谱法分析对象只限于气体和沸点较低的化合分析对象只限于气体和沸点较低的化合物，它们仅占有机物总数的物，它们仅占有机物总数的2020。对于占有机物总数近。对于占有机物总数近8080的那些高沸点、热稳定性差、离子型化合物及摩尔质量大的的那些高沸点、热稳定性差、离子型化合物及摩尔质量大的物质，目前主要采用物质，目前主要采用高效液相色谱法高效液相色谱法进行分离和分析；进行分离和分析； 第81页，共118页。 (2)气相色谱采用流动相是

58、惰性气体，它与组分不产生相互作气相色谱采用流动相是惰性气体，它与组分不产生相互作用力，仅起运载作用。而高效液相色谱法中流动相对组分用力，仅起运载作用。而高效液相色谱法中流动相对组分可产生一定亲和力，并参与固定相对组分作用的剧烈竞争，可产生一定亲和力，并参与固定相对组分作用的剧烈竞争，流动相对分离起很大作用，因此，可选用不同极性的液体，流动相对分离起很大作用，因此，可选用不同极性的液体，选择余地大，相当于增加了一个控制和改进分离条件的参选择余地大，相当于增加了一个控制和改进分离条件的参数，这为选择最佳分离条件提供了极大方便；数，这为选择最佳分离条件提供了极大方便； （3）气相色谱一般都在）气相色

59、谱一般都在较高温度较高温度下进行的，而高效液相色谱下进行的，而高效液相色谱法则经常可在法则经常可在室温条件室温条件下工作；下工作； 高效液相色谱法的仪器设备费用昂贵，操作严格，这是高效液相色谱法的仪器设备费用昂贵，操作严格，这是它的主要它的主要缺点缺点。 第82页，共118页。 3 32 2 影响液相色谱分离的因素影响液相色谱分离的因素 气相色谱所讨论的气相色谱所讨论的基本概念及基本理论基本概念及基本理论，如：保留，如：保留值，分配系数，分配比，分离度，塔板理论，速率理值，分配系数，分配比，分离度，塔板理论，速率理论等论等与液相色谱一致与液相色谱一致，但液相色谱流动相为液体，其，但液相色谱流动

60、相为液体，其扩散系数，粘度，密度等与气体均有很大的扩散系数，粘度，密度等与气体均有很大的差别差别，都，都将对色谱分析过程产生影响。将对色谱分析过程产生影响。 第83页，共118页。 要提高液相色谱的分离效率，装柱的均匀性要提高液相色谱的分离效率，装柱的均匀性和减小固定相（目前常用和减小固定相（目前常用5 m）的粒径是关键。另）的粒径是关键。另外，降低流动相的黏度也可加快传质，提高柱效，流外，降低流动相的黏度也可加快传质，提高柱效，流速对板高的影响和气相色谱一样存在最佳流速。速对板高的影响和气相色谱一样存在最佳流速。 HPLC的最小板高比的最小板高比GC的板高小一个数量级，的板高小一个数量级，说