GC-2010粮油食品学院

1、第十五章第十五章 色谱法引论色谱法引论 Chromatography n 19011901年年 俄国植物学家俄国植物学家TswettTswett研究色素成分研究色素成分n 1930-401930-40年年 柱分配色谱和纸色谱柱分配色谱和纸色谱n 2020世纪世纪5050年代年代 薄层色谱和气相色谱法薄层色谱和气相色谱法n 19791979年年 毛细管气相色谱毛细管气相色谱n 2020世纪世纪6060年代年代 高效液相色谱高效液相色谱n 2020世纪世纪8080年代后期年代后期 毛细管电泳毛细管电泳1 1 概述概述- -色谱法的发展色谱法的发展按固定相状态分：按固定相状态分：气固气固色谱和色谱和

2、气液气液色谱色谱 液固液固色谱和色谱和液液液液色谱色谱按固定相外形或相系统分：柱色谱和平面色谱按固定相外形或相系统分：柱色谱和平面色谱按分离机理分：吸附色谱、分配色谱、离子交换按分离机理分：吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、尺寸排阻色谱、亲和色谱等。色谱、尺寸排阻色谱、亲和色谱等。2 2 色谱法的分类色谱法的分类15.2 15.2 色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线及有关术语1 1 Chromatogram05101520Time (minutes)AbundanceABCDE色谱图色谱图色谱峰色谱峰保留时间保留时间峰高或峰面积峰高或峰面积定量分析定量分析在柱子的出口处，由检测器检测到的物质的

3、在柱子的出口处，由检测器检测到的物质的浓度随时间变浓度随时间变化化的曲线。的曲线。由检测器输出的电信号由检测器输出的电信号强度对时间强度对时间作图，所得曲线称为色作图，所得曲线称为色谱流出曲线。谱流出曲线。色谱图色谱图Chromatogram05101520Time (minutes)AbundanceABCDE色谱流出曲线上色谱流出曲线上突起的突起的部分。当单个组份从柱中流出时，部分。当单个组份从柱中流出时，检测器响应信号的记录。检测器响应信号的记录。色谱峰色谱峰如果如果进样量很小进样量很小，浓度很低浓度很低，在吸附等温线的线性范围内，在吸附等温线的线性范围内，色谱峰如果对称色谱峰如果对称，

4、可用，可用GaussGauss正态分布函数正态分布函数表示表示)(21exp220rttCCtR根据根据色谱峰个数色谱峰个数，可以判断样品中所含，可以判断样品中所含组份的最少个数组份的最少个数。根据色谱峰的根据色谱峰的保留值保留值定性定性，峰面积峰面积（峰高）（峰高）定量定量。色谱峰的色谱峰的保留值及其区域宽度保留值及其区域宽度，是评价色谱柱，是评价色谱柱分离效能分离效能的依据。的依据。色谱峰色谱峰两峰间的距离两峰间的距离，是评价，是评价固定相（和流动相）选择固定相（和流动相）选择是否合适的依据。是否合适的依据。色谱流出曲线的用途色谱流出曲线的用途进样进样进样进样1 基线基线：在色谱分析中，当

5、在色谱分析中，当只有流动相通过而没有样品只有流动相通过而没有样品通通过检测器时，记录所得到的检测信号随时间变化的过检测器时，记录所得到的检测信号随时间变化的曲线，应为曲线，应为一条直线一条直线。2 2 基线漂移基线漂移3 3 基线噪音基线噪音基线基线4 4 峰高峰高( (h h):):色谱峰顶点与基线之间的垂直距离色谱峰顶点与基线之间的垂直距离5 5 峰面积峰面积( (A A) )h信号信号进进样样空空气气峰峰色色谱谱峰峰死时间死时间(t0):指不被固定相吸附或溶解的物质，从进样开指不被固定相吸附或溶解的物质，从进样开 始到柱后出现浓度最大值时所需时间。始到柱后出现浓度最大值时所需时间。信号信

6、号进进样样t06 6 保留值保留值死体积死体积(V0)= t0 F0 ：指柱子在填充后，色谱柱管内固定指柱子在填充后，色谱柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。空间以及检测器的空间的总和。n 保留时间保留时间 (tr) ：指被测组分从进样开始到柱后出现浓指被测组分从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需时间。度最大值时所需时间。信号信号进样进样trt0调整保留时间（调整保留时间（t r）:扣除死时间后的保留时间扣除死时间后的保留时间tr=保留时间保留时间 ( (tr) ) 死时间死时间（t0）信号信号进进样

7、样trt0trn 保留体积（保留体积（V Vr r）和调整保留体积（）和调整保留体积（V Vr r） 相对保留值（相对保留值（r r2,12,1）: :组分组分2 2与组分与组分1 1调整保留值调整保留值之比。之比。意义：两组分意义：两组分热力学平衡分配差别热力学平衡分配差别的度量。的度量。相对保留值仅与柱温和固定相性质有关。相对保留值仅与柱温和固定相性质有关。定性：一定色谱条件下定性：一定色谱条件下( (柱温），两组分的相对保留值是柱温），两组分的相对保留值是常数。常数。 r r2,12,1 值大，值大，t tr r大大 r r2,12,1 值小，值小，t tr r小小数理统计用 来度量Ga

8、ussian 曲线的宽度。 表达方式：标准偏差 半峰宽度 峰底宽度区带宽度区带宽度/ /区域宽度区域宽度 标准偏差（标准偏差（ ）：0.607h0.607h处一半的峰宽。处一半的峰宽。进进样样0.607h2 半峰宽度（半峰宽度（W1/2 ）: :峰高一半处的峰宽度峰高一半处的峰宽度W1/2 = 2(2ln2)1/2 =2.354 进进样样h1/2W1/2 峰底宽度（峰底宽度（W W）: :色谱峰两侧的转折点所作切线在基线色谱峰两侧的转折点所作切线在基线上的截距。上的截距。 W = 4 进进样样Y组分保留程度的量度组分保留程度的量度: : K 值小，先出柱子值小，先出柱子 K 值大，后出柱子值大

9、，后出柱子影响影响因因素素：K K 只与固定相和温度有关，只与固定相和温度有关， 与两相体积、柱管特性和所用仪器无关。与两相体积、柱管特性和所用仪器无关。 msCCK溶质在流动相中的浓度溶质在固定相中的浓度1 分配系数和分配比分配系数和分配比分配系数：在一定温度下组分在固定相和流动相之间分配达到平衡时的浓度比15.3 15.3 色谱法基本原理色谱法基本原理不不同同K K 值值对对两组份分两组份分离离的的影影响响K 值比较小值比较小温度较高温度较高K K 值比较大值比较大温度较低温度较低分配比分配比k/k/容量因子容量因子 在一定温度、压力下，在固定相和流动相间达到分配平衡时，组分在两相中的质量

10、比。msnn量组分在流动相中物质的量组分在固定相中物质的ms smM M物理意义：物理意义：k k值越大值越大，说明组分在固定相中的量越多，相，说明组分在固定相中的量越多，相当于当于柱的容量大柱的容量大，因此又称，因此又称分配容量分配容量或或容量因子容量因子。影响因素：影响因素：组分及固定相热力学性质。组分及固定相热力学性质。 柱温、柱温、 柱压、流动相、固定相的体积。柱压、流动相、固定相的体积。 相比率相比率：反映各种色谱柱型特点的参数反映各种色谱柱型特点的参数 例如：填充柱，其例如：填充柱，其值一般为值一般为6 63535； 毛细管柱，其毛细管柱，其值为值为6060600600。分配系数分

11、配系数K K与分配比与分配比k k的关系的关系 kVVkVmVmCCKsmmmssms/ 色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学热力学和和动力学动力学问题。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径，问题。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径，柱效与分离度的评价指标及其关系。柱效与分离度的评价指标及其关系。组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保留时间组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制；：色谱过程的热力学因素控制； （组分和固定液的结构和性质）（组分和固定液的结构和性质）色谱峰变宽色谱峰变宽：色谱过程的动力学因

12、素控制；色谱过程的动力学因素控制； （两相中的运动阻力，扩散）（两相中的运动阻力，扩散）两种色谱理论：两种色谱理论：塔板理论和速率理论塔板理论和速率理论；2 色谱理论色谱理论 塔板理论的假设：塔板理论的假设： (1 1) 在柱内一小段在柱内一小段H内，分配平衡可以迅速达到内，分配平衡可以迅速达到(2) (2) 将载气看作成脉动（间歇）过程（将载气看作成脉动（间歇）过程（GCGC）；）；(3) (3) 试样沿色谱柱方向的扩散可忽略；试样沿色谱柱方向的扩散可忽略；(4) (4) 每次分配的分配系数相同。每次分配的分配系数相同。半经验理论：将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，半经验理论：将色谱分离过程比拟

13、作蒸馏过程，将连续的将连续的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复重复 （类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程）（类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程）塔板理论塔板理论设色谱柱由设色谱柱由5块塔板（块塔板（n5，n为柱子的塔板数）组成，以为柱子的塔板数）组成，以r表示塔板编号，表示塔板编号，r=0，1，2，nl；某组分的分配比某组分的分配比k=1.该组分的分布可计算如下：该组分的分布可计算如下：有单位质量，即有单位质量，即m=1（例（例1g）的该组分加到第）的该组分加到第0号塔板上，号塔板上，分配平衡后，由于分配平衡后，由于k=1，即，即ms=mm,故故mm=ms=0.5。

14、H 0 1 2 3 4n=01V2V5V10V气相气相液相液相 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：色谱柱的理论塔板数：n则有则有 n = L / H理论塔板数与色谱参数之间的关系：理论塔板数与色谱参数之间的关系：222/1)(16)(54. 5WtWtnRR 组分在组分在t0时间内不参与柱内分配。时间内不参与柱内分配。 引入有效塔板数和有效塔板高度：引入有效塔板数和有效塔板高度：222/1)(16)(54. 5WtWtnRR理有效有效有效nLHWtWtnRR222/1)(16)(54. 5有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度塔板理论

15、描述了组分在柱内的分配平衡和分离过程塔板理论描述了组分在柱内的分配平衡和分离过程导出流出曲线的数学模型导出流出曲线的数学模型解释了流出曲线形状和位置解释了流出曲线形状和位置提出了计算和评价柱效的参数提出了计算和评价柱效的参数( (n n 或或H)H) 塔板理论实际指导意义塔板理论实际指导意义(1)(1)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分，当两组分的分配系数的分配系数K K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。法分离。(3)(3)塔板理论塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱无法解释同一色谱柱在

16、不同的载气流速下柱效不同的实验结果效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。效的途径。(2)(2)塔板理论的塔板理论的某些假定某些假定和色谱柱内的和色谱柱内的实际分离过程不相实际分离过程不相符合符合塔板理论的不足塔板理论的不足1. 1. 速率方程（也称范第姆特方程式）速率方程（也称范第姆特方程式） H = A + B/u + Cu H：理论塔板高度，：理论塔板高度， u：载气的线速度：载气的线速度(cm/s) 减小减小A、B、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、B、C三项各与哪些因素有关？三项各与哪些因素

17、有关？速率理论速率理论A涡流扩散项涡流扩散项 A = 2dp 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 固定相固定相颗粒越小颗粒越小dp，填充的，填充的越均匀越均匀，A，H，柱效柱效。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，象减轻，色谱峰较窄色谱峰较窄。空心毛细管柱，不存在涡流扩散，空心毛细管柱，不存在涡流扩散，A=0A=0A涡流扩散项涡流扩散项B/u 分子扩散项分子扩散项B/u 分子扩散项分子扩散项 (1) 存在着浓度差，产生纵向扩散存在着浓度差，产生纵向扩散; (2) 扩散导致色谱峰变宽，扩散导致

18、色谱峰变宽，H(n)，分离变差，分离变差; (3) 与流速有关，流速与流速有关，流速，滞留时间，滞留时间，扩散，扩散; (4) 扩散系数：扩散系数：Dg (M载气载气)-1/2 ； M载气载气，B值值。 B = 2Dg ：弯曲因子：弯曲因子 Dg：试样组分分子在流动相中的扩散系数：试样组分分子在流动相中的扩散系数C u 传质阻力项传质阻力项气相传质过程：气相传质过程：指试样组分从气相移动到固定相表面的过程。这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换，即进行浓度分配。有的分子还来不及进入两相界面，就被气相带走；有的则进入两相界面又来不及返回气相。这样，使得试样在两相界面上不能瞬间达到分配平衡，引起

19、滞后现象，从而使色谱峰变宽。气相气相液相液相载气载气gpgDdkkC222)1(01.0气相传质阻力与填充物气相传质阻力与填充物粒度平方成正比粒度平方成正比、 与组分在载气流中的与组分在载气流中的扩散系数成反比扩散系数成反比。意义：用意义：用粒度小的填充物粒度小的填充物, ,相对分子质量小的气体相对分子质量小的气体（如氢（如氢气）做载气，气）做载气，C Cg g减小，提高柱效。减小，提高柱效。对于填充柱，气相传质阻力系数对于填充柱，气相传质阻力系数Cg液相传质阻力系数液相传质阻力系数C C1 1固定相的液膜厚度df薄，组分在液相的扩散系数D1大，则液相传质阻力就小。lflDdkkC22)1(3

20、2液膜厚度：液膜厚度：降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但k k值随之变小，又会使值随之变小，又会使C C1 1增大。当固定液含量一增大。当固定液含量一定时，定时，液膜厚度随载体的比表面积增加而降低液膜厚度随载体的比表面积增加而降低，因此，一般采用因此，一般采用比表面积较大的载体比表面积较大的载体来降低液来降低液膜厚度，但比表面太大，由于吸附造成拖尾峰，膜厚度，但比表面太大，由于吸附造成拖尾峰，也不利分离。也不利分离。柱柱 温：温： 虽然虽然提高柱温可增大提高柱温可增大D Dl l，但会使，但会使k k值减小值减小，为了保持适当的为了保持适当的C Cl

21、l值，应控制适宜的柱温。值，应控制适宜的柱温。 减小担体粒度减小担体粒度，选择，选择小分子量的气体作载气小分子量的气体作载气，选择，选择比表面比表面积较大的液膜载体积较大的液膜载体，可降低传质阻力。，可降低传质阻力。 传质阻力包括气相传质阻力传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力和液相传质阻力CL即：即： C =（Cg + CL）gpgDdkkC22)1 (01. 0lfLDdkkC22)1 (32 k为容量因子；为容量因子； Dg 、DL为扩散系数。为扩散系数。温控系统温控系统气相色谱结构气相色谱结构气相色谱仪由五大系统组成：气相色谱仪由五大系统组成：选选 择择 原原 则：柱效、分析对象

22、、检测器。则：柱效、分析对象、检测器。要要 求：求：气密、流速稳定、流量准气密、流速稳定、流量准 载气载气要求化学惰性，不与有关物质反应要求化学惰性，不与有关物质反应载载 气气 种种 类：类：氦气、氢气、氮气。氦气、氢气、氮气。载气的控制：载气的控制：钢瓶钢瓶 减压阀减压阀 稳压阀稳压阀 稳流阀稳流阀 载气流速的测量与校正载气流速的测量与校正载气选择载气选择进样装置进样装置+ +气化室气化室进样系统作用：定量引入样品；进样系统作用：定量引入样品；加热气化，转入柱内加热气化，转入柱内进样器：进样器：n 微量注射器微量注射器。n 气体进样器用六通阀气体进样器用六通阀进样系统进样系统色谱柱的作用：分

23、离混合组分色谱柱的作用：分离混合组分分离柱种类：填充柱和毛细管柱。分离柱种类：填充柱和毛细管柱。构构 成：色谱柱成：色谱柱=固定相：担体固定相：担体/载体载体+固定液固定液分离系统分离系统-色谱柱色谱柱填充柱截面填充柱截面毛细管柱截毛细管柱截面面气气-液色谱固定相液色谱固定相 固定液固定液 + 载体载体/担体担体1. 载体载体/担体担体 载体的作用载体的作用: 具有较大惰性表面积承载液膜。具有较大惰性表面积承载液膜。 载体的要求载体的要求: 比表面大比表面大; 粒度均匀，筛分范围要窄粒度均匀，筛分范围要窄; 机械强度好机械强度好 化学稳定性及热稳定性好化学稳定性及热稳定性好固定相及其选择固定相

24、及其选择载体分类：载体分类： 红色硅藻土：红色硅藻土：201红色担体红色担体 白色硅藻土：白色硅藻土： 101白色担体白色担体 非硅藻土类：非硅藻土类： 玻璃微珠、氟载体等玻璃微珠、氟载体等2. 固定液的要求固定液的要求热稳定性好热稳定性好蒸气压低蒸气压低粘度要低粘度要低；分配系数要适当，组分选择性要高；分配系数要适当，组分选择性要高；化学稳定性要好化学稳定性要好n载气与组分分子的作用：载气与组分分子的作用：载气惰性，组分在气相中浓度很低，组分分子间作用载气惰性，组分在气相中浓度很低，组分分子间作用力很小，力很小，可忽略可忽略。组分与固定液分子间的作用：组分与固定液分子间的作用： 此作用力反映

25、了组分在固定液中的热力学性质。此作用力反映了组分在固定液中的热力学性质。作用力大的组分，由于溶解度大，分配系数大。作用力大的组分，由于溶解度大，分配系数大。作用力形式：定向力、诱导力、色散力、氢键作用力；作用力形式：定向力、诱导力、色散力、氢键作用力；形成化合物或络合物的键合力。形成化合物或络合物的键合力。2) 2) 固定液与组分分子间的作用固定液与组分分子间的作用3 3）固定液的分类）固定液的分类 固定液的极性固定液的极性 化学类型化学类型(1) (1) 按固定液的极性分类按固定液的极性分类固定液的特性：极性或选择性，固定液的特性：极性或选择性，作用：描述和区别固定液的分离特征。作用：描述和

26、区别固定液的分离特征。表示：表示：相对极性相对极性 固定液特征常数固定液特征常数4）固定液的选择：相似相溶）固定液的选择：相似相溶出峰顺序出峰顺序（i）分离非极性物质：）分离非极性物质：用非极性固定液，试样中各组分用非极性固定液，试样中各组分按沸点次序流出，沸点低的先流出，沸点高的后流按沸点次序流出，沸点低的先流出，沸点高的后流出。出。（ii）分离极性物质：）分离极性物质：用极性固定液，试样中各组分按用极性固定液，试样中各组分按极性次序分离，极性小的先流出。极性大的后流出。极性次序分离，极性小的先流出。极性大的后流出。（iii）分离非极性和极性混合物：）分离非极性和极性混合物：选用极性固定液，

27、非极选用极性固定液，非极性组分先流出，极性组分后流出。性组分先流出，极性组分后流出。（vi）分离能形成氢键的试样：）分离能形成氢键的试样：用极性或氢键型固定液。试样中各组分按与固定液分子间形成氢键能力大小先后流出，不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的最后流出。（v）复杂的难分离物质：）复杂的难分离物质：用两种或两种以上混合固定液。4 色谱分离条件的选择色谱分离条件的选择 塔板理论和速率理论都塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度难以描述难分离物质对的实际分离程度。即即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。 难分离物质对的分离度大小受色谱过

28、程中两种因素的综合影响难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响： 保留值之差保留值之差色谱过程的热力学因素；色谱过程的热力学因素； 区域宽度区域宽度色谱过程的动力学因素。色谱过程的动力学因素。 色谱分离中的四种情况如图所示：色谱分离中的四种情况如图所示： 色谱分离中的四种情况的讨论：色谱分离中的四种情况的讨论： 柱效较高，柱效较高，K(分配系数分配系数)较大较大,完全分离；完全分离； K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；柱效较低，柱效较低，K较大，但分离的不好；较大，但分离的不好； K小，柱效低，分离效果更差。小，柱效低，分离

29、效果更差。R=0.8：两峰的分离程度可达：两峰的分离程度可达89%；R=1：分离程度：分离程度98%；R=1.5：达：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。（相邻两峰完全分离的标准）。12)1()2()(2WWttRRR令令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相邻两峰的峰底宽近似相等），引入相对（相邻两峰的峰底宽近似相等），引入相对保留值和塔板数，可导出下式：保留值和塔板数，可导出下式：有效有效HaaRLaaRn2222)1(16)1(16)1(4effnR1. 柱长的选择柱长的选择 柱长的影响：柱长的影响：L，n ，W ，t 。 L ，R也不一定高。也不一定高。方法：选择一根极性适宜，任意长度的

30、色谱柱，测定两组方法：选择一根极性适宜，任意长度的色谱柱，测定两组分的分离度，然后根据基本色谱分离方程式，确定分的分离度，然后根据基本色谱分离方程式，确定柱长是否适宜。柱长是否适宜。分离操作条件的选择例在一根例在一根1m1m长的色谱柱上测得两组分的分离度为长的色谱柱上测得两组分的分离度为0.68,0.68,要使它们完全分离要使它们完全分离 (R=1.5), (R=1.5), 则柱长应为多少？则柱长应为多少？解：根据根据分离度方程式，解：根据根据分离度方程式，在其它操作条件不变的条件下，色谱柱长要选择在其它操作条件不变的条件下，色谱柱长要选择5m5m左右才能左右才能使分离度达到使分离度达到R=1

31、.5, R=1.5, 组分达到完全分离。组分达到完全分离。2121221)(LLnnRRmmmRRLL587.4)68.05 .1(1)(221212载气流速高载气流速高时：时： 传质阻力项是影响柱效的传质阻力项是影响柱效的主要因素，主要因素，流速流速 ，柱效，柱效 。载气流速低载气流速低时：时： 分子扩散项成为影响柱效分子扩散项成为影响柱效的主要因素，的主要因素，流速流速 , ,柱效柱效 。H - u曲线与最佳流速：曲线与最佳流速： 以塔板高度以塔板高度H对应载气流速对应载气流速u作图，曲线最低点的流作图，曲线最低点的流速即为最佳流速。速即为最佳流速。作用：影响色谱柱的选择分离和分析速度作用

32、：影响色谱柱的选择分离和分析速度柱温：柱温：影响分离的最重要的因素影响分离的最重要的因素。 依据依据: 样品待测物沸点样品待测物沸点 对分离的要求。对分离的要求。原则原则: 柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点(分析时分析时间间20-30min)； 对宽沸程的样品应用程序升温方法对宽沸程的样品应用程序升温方法。 3 3 柱温的选择柱温的选择温度控制方式：恒温和程序升温温度控制方式：恒温和程序升温程序升温程序升温:色谱柱的色谱柱的温度温度按照组分沸程设置的程序连续地按照组分沸程设置的程序连续地随时间线性或非线性逐渐升高随时间线性或非线性逐渐升高，使柱温与组分，

33、使柱温与组分的沸点相互对应，以使低沸点组分和高沸点组的沸点相互对应，以使低沸点组分和高沸点组分在色谱柱中都有适宜的保留、色谱峰分布均分在色谱柱中都有适宜的保留、色谱峰分布均匀且峰形对称。匀且峰形对称。保留温度保留温度:在程序升温中，某一组份的浓度极大值流出色在程序升温中，某一组份的浓度极大值流出色谱柱时的柱温，为该组分的保留温度。谱柱时的柱温，为该组分的保留温度。 检测组分的存在，并将组分的量定量地转换为电信号，加以放大。1. 1. 热导检测器热导检测器( (TCDTCD););2. 2. 氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器( (FIDFID) )3. 3. 电子捕获检测器电子捕获检测器(

34、(ECDECD) )4. 4. 火焰光度检测器火焰光度检测器( (FPDFPD) )6 6 检测器检测器类型：类型：（l l）浓度型检测器）浓度型检测器: : （2 2）质量型检测器）质量型检测器: :测量的是载气中某组分浓度瞬间的测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。浓度成正比。TCD和和ECD。测量的是载气中某组分进入检测器测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和的速度变化，即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的量单位时间内进入检测器某组分的量成正比。成正比。FID和和FPD（1）原理：根据不同的物

35、质具有不同的热导系数、）原理：根据不同的物质具有不同的热导系数、 组分组分与载气导热率的差异进行检测与载气导热率的差异进行检测（2）热导池的结构：）热导池的结构：池体和热敏元件池体和热敏元件构成，四根金属丝组成的构成，四根金属丝组成的四臂热导池四臂热导池,二二臂为参比臂，另二臂为测量臂，将参比臂和测量臂接入臂为参比臂，另二臂为测量臂，将参比臂和测量臂接入惠惠斯顿电桥斯顿电桥，由恒定的电流加热组成热导池测量线路。，由恒定的电流加热组成热导池测量线路。1. 1. 热导检测器热导检测器（TCD）热导池的结构热导池的结构特点：特点：TCDTCD结构简单，性能稳定，结构简单，性能稳定，几乎对所有物质都有

36、响几乎对所有物质都有响应，通用性好应，通用性好，而且线性范围宽，价格便宜。，而且线性范围宽，价格便宜。 缺点是灵敏度较低。缺点是灵敏度较低。适用范围：与载气导热率不同的可气化物质适用范围：与载气导热率不同的可气化物质2.火焰离子化检测器（火焰离子化检测器（FID）（1）原理：）原理： 以氢气和空气燃烧的以氢气和空气燃烧的火焰作为能源火焰作为能源，利用，利用含含碳有机物在火焰中燃烧产生离子碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。的

37、组分。 C6H6裂解6CH3O2+6CH+ 6e6CHO+6CHO+6H2O6CO +6H3O+火焰离子化机理火焰离子化机理 可能是一个化学电离过程。有机物在火焰中先形成自可能是一个化学电离过程。有机物在火焰中先形成自由基，然后与氧产生正离子，再同水反应生成由基，然后与氧产生正离子，再同水反应生成H H3 30 0+ +离子。离子。 如苯，在氢火焰中的化学电离反应如下：如苯，在氢火焰中的化学电离反应如下：含碳有机化合物在氢火焰含碳有机化合物在氢火焰中燃烧产生正离子，收集中燃烧产生正离子，收集这些离子并加以放大，得这些离子并加以放大，得到代表组分的电流。到代表组分的电流。接柱子接柱子（2）结构）

38、结构特特 点：点：l 灵敏度很高，比热导检测器的灵敏度高约灵敏度很高，比热导检测器的灵敏度高约10103 3倍；倍；l 检出限低检出限低，可达，可达1010-12-12gSgS-1-1；l 死体积小，响应速度快，线性范围也宽，可达死体积小，响应速度快，线性范围也宽，可达10106 6l 结构不复杂，操作简单；结构不复杂，操作简单；l 适用范围：大多数含碳有机化合物适用范围：大多数含碳有机化合物。 不能检测永久性气体、不能检测永久性气体、H2O, CO2, SO2, NOx、硫化氢硫化氢3.3.电子捕获检测器电子捕获检测器(ECD)-(ECD)-选择性的检测器选择性的检测器(1)(1)适用范围：

39、适用范围：电负性物质（如含卤素、硫、磷、氰等）电负性物质（如含卤素、硫、磷、氰等）（检出限约（检出限约1O1O-14-14gcmgcm-3-3）。）。 较多应用于农副产品、食品及环境中较多应用于农副产品、食品及环境中农药农药残留量残留量的测定。的测定。(2)(2)缺缺 点：点：线性范围窄线性范围窄，只有，只有10103 3左右，且响应易受左右，且响应易受操作条件的影响，操作条件的影响，重现性较差重现性较差 对大多数烃类没有响应。(3)(3)电于捕获检测器的结构与工作原理电于捕获检测器的结构与工作原理结构：两个电极（不锈钢棒作正极，在两极施加直流或脉结构：两个电极（不锈钢棒作正极，在两极施加直流

40、或脉冲电压）冲电压） 筒状的筒状的放射源（贴在阴极壁上）放射源（贴在阴极壁上）原理：一个能源和一个电场。能源多数用原理：一个能源和一个电场。能源多数用6363NiNi或或3 3H H放射源放射源，放射源的，放射源的射线将载气（射线将载气（N N2 2或或ArAr）电离，产生次）电离，产生次级电子和正离子，在电场作用下，电子向正极方向级电子和正离子，在电场作用下，电子向正极方向移动，形成恒定基流。移动，形成恒定基流。载气载气载气载气放射源放射源电极电极放大器放大器记录器记录器池体池体n 当载气带有电负性溶质进入检测器时，电负性溶质就当载气带有电负性溶质进入检测器时，电负性溶质就能捕获这些低能量的

41、自由电子，形成稳定的负离子，能捕获这些低能量的自由电子，形成稳定的负离子，负离子再与载气正离于复合成中性化合物，使基流降负离子再与载气正离于复合成中性化合物，使基流降低而产生负信号低而产生负信号倒峰倒峰 。n 捕获机理可用以下反应式表示：捕获机理可用以下反应式表示：N2N2+ + eAB+ eAB-+ EAB-+ N2+N2+ A B4. 4. 火焰光度检测器火焰光度检测器(FPD)-(FPD)-质量型检测器质量型检测器（1 1）适用范围：）适用范围：含磷、硫有机化合物含磷、硫有机化合物 检出限：检出限：1010-12-12gSgS-1-1（P P）或）或1010-11-11gSgS-11-1

42、1（S S）（2 2）火焰光度检测器的结构）火焰光度检测器的结构（3 ） 火焰光度检测器的工作原理火焰光度检测器的工作原理 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400、550 nm 左右的光谱，可被检测；左右的光谱，可被检测；（4）主要影响因素）主要影响因素 流速比；流速比； 硫的响应受温度影响大。硫的响应受温度影响大。1 1 用已知纯物质对照定性用已知纯物质对照定性 在一定操作条件下，各组分的保留时间是定值。在一定操作条件下，各组分的保留时间是定值。1）分别以试样和标准物进样分析）分别以试样和标准物进样分析各自色谱图各自色谱图2）对

43、照：如果试样中某峰的保留时间和标样中某峰重合，）对照：如果试样中某峰的保留时间和标样中某峰重合，则可初步确定试样中含有该物质。则可初步确定试样中含有该物质。3）在样品中加入标准物，看试样中哪个峰增加）在样品中加入标准物，看试样中哪个峰增加 来确定未来确定未知物中成分。知物中成分。色谱法定性分析色谱法定性分析: :保留值，标准样品保留值，标准样品甲醇甲醇乙醇乙醇正丙醇正丙醇正丁醇正丁醇正戊醇正戊醇2 2 用经验规律和文献值进行定性分析用经验规律和文献值进行定性分析当没有待测组分的纯标准样时，可用当没有待测组分的纯标准样时，可用文献值定性文献值定性，或用气，或用气相色谱中的相色谱中的经验规律经验规

44、律定性。定性。1） 碳数规律碳数规律 在一定温度下，在一定温度下，同系物同系物的调整保留时间的的调整保留时间的对数与分子中碳原子数成对数与分子中碳原子数成线性关系线性关系，如果知道某一同系物中两个或更多组分的调整保留值，则如果知道某一同系物中两个或更多组分的调整保留值，则可根据上式推知同系物中其它组分的调整保留值。可根据上式推知同系物中其它组分的调整保留值。2） 沸点规律沸点规律 同族具有相同碳数碳链的异构体化合物，同族具有相同碳数碳链的异构体化合物，其调整保留时间的对数和它们的沸点呈线性关系，即其调整保留时间的对数和它们的沸点呈线性关系，即根据同族同数碳链异构体中几个已知组分的调整保留时间根

45、据同族同数碳链异构体中几个已知组分的调整保留时间的对数值，可求得同族中具有相同碳数的其他异构体的调的对数值，可求得同族中具有相同碳数的其他异构体的调整保留时间。整保留时间。利用相对保留值定性比用保留值定性更为方便、可靠。利用相对保留值定性比用保留值定性更为方便、可靠。在用在用保留值定性保留值定性时，必须使时，必须使两次分析条件完全一致两次分析条件完全一致。而用而用相对保留值定性相对保留值定性时，只要保持时，只要保持柱温不变柱温不变即可。即可。这种方法要求找一个这种方法要求找一个基准物质基准物质，一般选用苯、正丁烷、环，一般选用苯、正丁烷、环己烷等作为基准物。所选用的基准物的保留值尽量接近待己烷

46、等作为基准物。所选用的基准物的保留值尽量接近待测样品组分的保留值。测样品组分的保留值。 保留指数又称保留指数又称Kovasts指数，根据所用固定相和柱温直接指数，根据所用固定相和柱温直接与文献值对照，而与文献值对照，而不需标准样品。不需标准样品。保留指数保留指数: 人为规定正构烷烃的保留指数为其碳数乘人为规定正构烷烃的保留指数为其碳数乘100, 如正己烷和正辛烷的保留指数分别为如正己烷和正辛烷的保留指数分别为600和和800。其他物质的保留指数，采用两个相邻正构烷烃其他物质的保留指数，采用两个相邻正构烷烃保留指数进行标定。保留指数进行标定。4 4 根据保留指数定性根据保留指数定性 5 5 双柱

47、、多柱定性双柱、多柱定性 对于复杂样品的分析，利用双柱或多柱法更有效、可靠，使对于复杂样品的分析，利用双柱或多柱法更有效、可靠，使原来一根柱子上可能出现相同保留值的两种组分，在另一柱上就原来一根柱子上可能出现相同保留值的两种组分，在另一柱上就有可能出现不同的保留值。有可能出现不同的保留值。 6 6 利用检测器的选择性定性利用检测器的选择性定性7 7 与其他方法结合与其他方法结合 气相色谱与质谱、气相色谱与质谱、FourierFourier红外光谱、发射光谱等仪器联用红外光谱、发射光谱等仪器联用是目前解决复杂样品定性分析最有效工具之一。是目前解决复杂样品定性分析最有效工具之一。气相色谱定量分析气

48、相色谱定量分析 GC GC 分析是根据检测器对待测物的分析是根据检测器对待测物的响应响应（峰高或峰面积）（峰高或峰面积）与待测物的与待测物的量成正比量成正比的原理进行定量的。的原理进行定量的。通过色谱图上通过色谱图上的面积或峰高，计算样品中溶质的含量。的面积或峰高，计算样品中溶质的含量。峰面积测量方法 峰面积: （l）对称形峰面积的测量峰高乘半峰宽法 （2）不对称峰面积的测量一峰高乘平均峰宽法 一个混合物中有2种组分，量大小是w1, w2, 由气相测的信号分别是S1，S2 ，如果w1=w2, 那么S1 S2 如果A1=A2 ， w1 w2, 定量校正因子定量校正因子 由于检测器对不同物质的响应不同，因而由于检测器对不同物质的响应不同，因而两个相同的峰面两个相同的峰面积并不一定说明两个物质的量相等积并不一定说明两个物质的量相等！因此，在计算组！因此，在计算组分的量时，必须将峰面积分的量时，必须将峰面积 A A 进行进行“校正校正”。 原理：峰面积与组分的量成正比关系。但是原理：峰面积与组分的量成正比关系。但是 同一检测器，不同物质具有不同的响应值。同一检测器，不同物质具有不同的响应值。在计算时需将