气相色谱法资料

气相色谱法GasChromatography一.概述1.色谱法：起源与发展：特点：分离分析技术；分析有色物质、无色物质。本质：色谱柱高选择性的高效分离作用与高灵敏度检测技术的结合。分类（流动相状态）：气相色谱、液相色谱、超临界色谱气相色谱法特点：①高效能性，组分在两相间反复多次的分配。毛细管柱柱效可达上百万个理论塔板。②高选择性，一次可解决一百多个组分的分离和分析。③高灵敏性：高灵敏度检测器；可达10-11~10-13，用于痕量物质的分析——广泛用于环保、农残④操作简单：分析速度快，通常一个试样可在几分或几十分钟完成。GC的选择性：易挥发或可转化为易挥发的液体和固体。沸点<500℃，热稳定性好。

层析理论1.塔板理论：将色谱过程比拟为蒸馏过程；色谱柱看作分馏塔，在每个塔板的间隔内，样品混合物在气液两相中达到平衡分配，经过多次分配平衡后，分配系数小的组分先达到塔顶。由于柱层析塔板相当多，分配系数微小差别，即可获得较好的分离效果。层析理论热力学理论：由平衡观点研究分离过程。—塔板理论动力学理论：速度研究动力学因素对柱效的影响—以VanDeemter方程式为代表层析理论三个重要参数：峰高、峰面积：定量峰位：定性峰宽：柱效率热力学理论假设条件：1.组分很快在两相中达到分配平衡（板高H）2.载气通过层析柱不是连续前进，而是间歇式的，每次进气是一个板体积。3.样品都是加在0号塔板上，纵向扩散忽略不计。4.分配系数在各塔板上是常数。理论塔板数的计算理论塔板高度和理论塔板数关系：

H=L/n

理论塔板数与半峰高的关系：

n=5.545（tR/Wh/2)2塔板理论的作用与不足作用：1.塔板理论方程式描述色谱流出曲线应该是正态分布函数，与实际记录的色谱流出曲线相符合，对色谱分配系统有指导意义。2.理论塔板数公式：n评价色谱柱是成功的。3.塔板理论提出了塔板高度对色谱峰区域宽度扩张的影响。不足：1.模拟假设条件提出，同实际情况有差异，所以色谱分配定量关系不准确。2.塔板理论不能解释H与色谱峰扩张关系。3.忽略了纵向扩散的作用。4.流速差异所造成不同的塔板数。动力学理论VanDeemter方程式：

H=A+B/u+Cuu为载气线速度。A、B、C为影响峰扩张的三项因素。A：多项扩散项（涡流扩散项）：填充均匀性引起的峰扩张。B：纵向扩散系数（分子扩散系数）：C：气相传质阻力相：气-液或气-固两相交换质量交换质量时，所达到的交换质量。在u一定时，A、B、C较小时，H才能较小，柱效才能较高，则峰锐；反之则柱效低，峰扩张。

u越小时，B/u项越大；而Cu项越小，因此在低速时（0~u最佳之间），B/u起主导作用，此时u增加则H降低，柱效增高。在高速时（u>u最佳）u越大，Cu越大；B/u越小，此时Cu项起主导作用，u增加，H增加，柱效率降低。气相色谱仪器1.气源系统：载气：流动相-携带分析试样在柱内运行的动力辅气：供检测器燃烧或吹扫2.进样系统：引入试样，并保证试样气化。3.柱系统：试样在柱内运行并得到所需要的分离。4.检测系统：被分离的组成进行检识。5.数据采集及处理系统：给出信息（定性、定量）6.温控系统：控制并显示进样系统、柱箱、检测器及辅助部分的温度。气相色谱基本单元进样系统温控系统柱系统检测系统数据采集及处理系统气源系统载气试样1.气路系统组成：气源系统+净化系统+阀门系统+应用系统气源系统：提供足够压力的气源—钢瓶、空气泵、气体发生器

H2、N2、空气净化系统：保证分析质量和分析结果的稳定性；延长柱寿命和减少检测器的噪声。除区气体中的水分、烃、氧

2.进样系统作用：试样引入色谱柱系统进样样品状态：液、气、固态进样设备：注射器、进样阀、裂解器进样方法：手动、自动进样方式分流进样：样品在加热的气化室内气化，蒸气大部分经分馏管道放空，只极小一部分被载气带入色谱柱。特点：适用于浓度较高的样品；沸程宽、浓度差异大、化学性质各异的样品不适用。无分流进样：进样时样品没有分流。适用于痕量分析；进样时间长，会造成初始谱带的扩展。-冷肼柱头进样：样品直接进入预处理柱或柱入口，进样部分温度很低，防止溶剂在进样时针头气化，样品在冷的柱壁上形成液膜，组分在液膜上实现气化。—编程操作，适用于不同样品的分析。顶空进样：采用气态进样。免除大量样品基体对柱系统的影响。适用于血中毒物、酒、饮料中挥发性香精、食品添加剂的残留溶剂、植物的芳香成分、聚合物中的挥发组分等。3.检测器3.1检测器的噪声：在没有组分进入检测器的情况下，因为检测器及色谱条件波动使基线在短时间内发生的信号为噪声（毫伏mV、毫安mA）漂移：极限在一段时间内产生的偏离（毫伏/小时mV/h或毫安/小时mA/h）3.2线性范围：载气中组分的浓度与响应值成正比的范围3.3检测器的灵敏度S和检测限D：是检测器敏感度的衡量指标。灵敏度：通过检测器物质的量变化△Q时，信号的变化率。浓度型S（mV.ml/ml）；质量型S（mV.ml/mg）检测器的检测限：检测器产生2倍噪声信号时，单位体积载气或单位时间内进入检测器的组分量来评价检测器的灵敏度，即检测限D。D=2N/S灵敏度和检测限从两个不同的角度表示检测器对物质灵敏程度的指标。灵敏度越大，检测限越小表示检测器的性能越好。检测器的最小检测量与最小检测浓度：产生2倍噪声信号时，进入检测器的物质量（g）或浓度（mg/ml）。浓度型检测器

mmin=1.065/60×Fd×Di×W1/2质量型检测器

mmin=1.065×Di×W1/2最小检测浓度

cmin=mmin/V

cmin=mmin/m氢火焰离子化检测器（FID）原理：质量型检测器，以氢气和空气燃烧生成的火焰为能源，当有机化合物进入燃烧的火焰，在高温下产生化学电离，电离产生离子，在高压电场定向作用下形成离子流，经过高阻放大，成为电信号。特点：1.结构简单、性能优异，稳定可靠、操作方便2.响应范围广—挥发性、烃类、杂原子3.灵敏度高（10-13~10-10g/s）、线性范围宽（106~107）死体积小（≤1μl），响应快（约1ms）。4.对气体流速、压力和温度变化不敏感。5.需要三种气源及其流速控制系统；对防爆有严格要求。热导检测器（TCD）原理：根据组分和载体热导率的不同；组分通过热导池时，从热敏元件上带走不同的热量，引起热敏元件阻值变化，通过电桥电压的不平衡被检测出。特点：浓度型检测器；结构简单、性能可靠、定量准确、价格低廉、经久耐用。对挥发性化合物有响应。易与其他检测器联用（毛细管柱）

电子俘获检测器（ECD）原理：选择性检测器；以放射源中的β射线为能源，产生大量低能量的热电子，形成基流，当负电性的组分进入ECD池，即俘获具有电负性官能团的有机化合物的电子产生信号。特点：灵敏度高（10-12~10-14g），选择性强—S、P、卤素等电负性化合物。主要用于环境样品中的痕量农药、多氯联苯等的分析。线性范围小（102~104）。0…………….0..4.判断样品可用气相色谱法的依据两个基本条件：流出峰窄两峰之间的距离足够大分离同系物时柱系统选择推荐规则（1）如果仅分离分子骨架不同的同系物混合物时（链状与环状），选择非极性相，利用构型差异进行分离（2）分子差异为2个H的同系物的混合物时，如果是非极性的具较低碳链长度化合物，则选择中等极性柱；如果是非极性的具有较高碳链长度的化合物，则选择极性柱；如果是极性化合物，选择极性柱。（3）对于分子式差异大于2个H的同系物的混合物，2个H的区别可以分开。（4）对于分子式无差异的同系物混合物（正构或异构），如果是非极性化合物，则选择中等极性相或非极性相；如果环大小有差异选择中等极性相；如果互为官能团异构体，参照（2）5.气相色谱定性和定量方法定性指标（1）保留时间t′R

t′R=tR—tM

（2）保留体积

VR=tR×FCFC–载气流量死体积：

VM=tM×FC

调整保留体积：V′R

V′R=VR—VM（3）相对保留值：以相对保留时间或相对保留体积为指标，与同时进行测定另外一种标准物质（参比组分）进行比较，取其比值。

α=t′R/tR=V

′R/VR（4）标准加入法：先测样品，再加入已知组分，相同条件测定，比较两次谱图，是否峰增高。—但是不够可靠定量分析方法（1）归一化法：适用于样品中所有组分都能从色谱柱流出并被检出、且在线性范围内，测定或查出所有组分相对校正因子的样品。（2）外标法：特点：操作简便，计算方便；但标准物的纯度要求高，组分之间完全分离。（3）内标法：将一种纯物质作为标准物加入到待测样品中，进行色谱定量。特点：准确，但操作复杂（浓度、保留时间）对于中药样品使用有局限性。影响气相色谱定量分析准确度的影响因素

1.样品的代表性和稳定性：把不能直接用气相色谱分析的预测组分转化成能用气相色谱分析——衍生化2.进样的重复性：进样方式精度（%）手动（1μl）5

手动（5μl）2.5

自动1.3气体进样阀0.53.柱内及色谱系统内的吸附和分解现象：预处理4.峰高和峰面积判断和测量的准确性：分离度低时用峰高；5.检测器及色谱条件的稳定性：柱温、载气流速、辅助气流速、检测器温度——流速精度、气体纯度的控制，全二维气相色谱法把分离机理不同而又互相独立的两支色谱柱以串联方式结合，两根色谱柱间装有调制器，起捕捉再传送的作用。经第一根色谱柱分离后的每一馏分，都需要进入调制器，进行聚焦后再以脉冲的形式送到第二根柱进行进一步分离，所有组分从第二根柱进入检测器，信号经数据处理系统处理，得到以柱1保留时间为第一横坐标，柱2保留时间为第二横坐标，信号强度为纵坐标的三维色谱图，或二维轮廓图。全二维GC发展历史和特点历史：90年代特点（1）分辨率高—为二柱各自分辨率平方加和的平方根、峰容量大—GC×GC（2）灵敏度高：>20~50倍（3）分析时间短：更易分离（4）增加可靠性：关键部件—调制器作用：定时浓缩从第一柱流出的分析物