分析化学色谱法分析法

第一节概述色谱法（Chromatography）是一种分离分析方法，是目前科研和生产分析中广泛采用的一种重要工具。一句话，色谱法非常有用，必须掌握。一、色谱法简介色谱法是1901年由俄国植物学家茨维特（Tswett)）提出，最初的认识是在于它的分离价值，用于分离植物中的色素等有色物质。现代的色谱方法，不再局限于有色物质，也大量用于分离无色物质。第1页，共118页，2023年，2月20日，星期三俄国植物学家茨维特使用的装置：色谱原型装置如图，用来分离植物叶片中的色素。管子中的填充物，固定不动，称为固定相（碳酸钙）；将色素提取物置于管子上端，靠重力往下流，同时用石油醚淋洗；石油醚称为流动相（携带试样混合物流过固定相）。管子及填充物可以称为色谱柱。色谱三元素！叶绿素A叶黄素胡萝卜素第2页，共118页，2023年，2月20日，星期三色谱分离原理：

当流动相中携带的混合物流经固定相时，混合物中与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分在固定相中停留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础。第3页，共118页，2023年，2月20日，星期三

这种借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法。二、色谱法分类

1、按两相物理状态分类气相色谱（气体作流动相），气－固色谱、气－液色谱液相色谱（液体作流动相），液－固色谱、液－液色谱流动相状态固定相状态第4页，共118页，2023年，2月20日，星期三2、按固定相的形式分类柱色谱：固定相装在色谱柱中，分：填充柱色谱和毛细管色谱。纸色谱：以多孔滤纸为载体，以吸附在滤纸上的水为固定相薄层色谱：以涂渍在玻璃板或塑料板上的吸附剂粉末制成薄层作固定相第5页，共118页，2023年，2月20日，星期三3、按分离过程中物理化学原理分类吸附色谱：吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能差异分配色谱：不同组分在两相中有不同的分配系数离子交换色谱：利用离子交换原理排阻色谱：利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用按其它原理：凝胶色谱超临界流体色谱

高效毛细管电泳第6页，共118页，2023年，2月20日，星期三三、色谱法的特点（1）分离效率高

复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。（2）灵敏度高可以检测出10-6～10-9g的物质。（3）分析速度快

一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4）应用范围广几乎所有的化学物质。

不足之处：

被分离组分（未知物）的定性较为困难。第7页，共118页，2023年，2月20日，星期三三、气相色谱分离过程及有关术语1、气相色谱分离过程载气A＋B色谱柱检测器记录仪载气载气载气载气第8页，共118页，2023年，2月20日，星期三2、气相色谱常用术语色谱图（色谱流出曲线）试样中的各组分经色谱柱分离后，随载气依次进入检测器，检测器将各组分浓度的变化转换为电信号，在记录仪上记录为检测器响应随时间的变化的微分曲线，称为色谱流出曲线。第9页，共118页，2023年，2月20日，星期三（1）色谱峰组分从色谱柱流出，检测器对该组分的响应信号随时间变化所形成的峰形曲线。特点：当进样少，组分浓度低时，呈高斯分布第10页，共118页，2023年，2月20日，星期三（2）基线在正常操作条件下，仅用载气通过色谱柱时，检测器响应信号随时间变化的曲线称为基线。特点：稳定的基线应为平行于横轴的直线。Baseline第11页，共118页，2023年，2月20日，星期三（3）色谱峰高色谱峰顶点到基线的垂直距离（高度）称为色谱峰高。h第12页，共118页，2023年，2月20日，星期三（4）色谱峰的区域宽度色谱峰的区域宽度是组分在色谱柱中谱带扩张的函数，可以反映色谱柱的分离效能。在能够将组分分开的情况小，峰的区域宽度越窄越好。度量色谱峰的区域宽度通常有三种方法：（i）标准偏差σ：它是0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半(EF/2)0.607h2σEF第13页，共118页，2023年，2月20日，星期三（ii）半高峰宽W1/2：峰高一半处对应的色谱峰宽(GH)

W1/2＝2.354σ

GHh/2第14页，共118页，2023年，2月20日，星期三（iii）色谱峰底宽Wb：色谱峰两侧拐点作切线与基线交点间的距离(IJ)。

Wb＝4σIJWb第15页，共118页，2023年，2月20日，星期三（5）保留值试样各组分在色谱柱中保留行为的量度。它反映了组分与固定相之间相互作用的大小保留时间tR保留体积VR第16页，共118页，2023年，2月20日，星期三（i）保留时间tR：试样从进样开始到柱后出现峰极大值所需的时间。相应于试样到达柱末端的检测器所需的时间。第17页，共118页，2023年，2月20日，星期三（ii）死时间t0：不被固定相保留（吸附或溶解）的气体的组分（如空气和甲烷）从进样到色谱图上出现峰最大值所需的时间。t0第18页，共118页，2023年，2月20日，星期三（iii）调整保留时间tRˊ：扣除死时间后的保留时间tRˊ＝tR－t0(iv)保留体积VR：指从进样到出现某组分的色谱峰最大值时所通过载气的体积。若色谱柱出口处载气的流量为F0（ml/min），则VR＝tRF0（v）死体积V0：死时间内通过色谱柱载气的体积V0＝tMF0V0：实际上是色谱柱内载气所占的体积。第19页，共118页，2023年，2月20日，星期三（vi）调整保留体积VRˊ：VRˊ＝VR－V0（vii）相对保留值γ2.1：在相同操作条件下，两组分的调整保留值之比。第20页，共118页，2023年，2月20日，星期三讨论：γ2.1只与柱温及固定相的性质有关，而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关。色谱法中，特别是气相色谱法中，广泛使用的定性数据；γ2.1是调整保留值之比，而不是保留值之比；可表示色谱柱的选择性，γ2.1越大，两组分的tR’值相差越大，越易分离；当γ2.1＝1时，重叠。保留值又是色谱分离过程热力学性质的重要参数；第21页，共118页，2023年，2月20日，星期三从色谱流出曲线，可以得到许多重要信息（P211）（1）色谱峰数目——可以判断试样中所含组分的最少个数。（2）色谱峰保留值（或位置）——可以进行定性分析。（3）色谱峰下的面积或峰高——可以进行定量分析。（4）色谱峰的保留值及其区域宽度——是评价色谱柱分离效能的依据。（5）色谱峰两峰间的距离——是评价固定相和流动相选择是否合适的依据。第22页，共118页，2023年，2月20日，星期三第二节气相色谱理论基础第23页，共118页，2023年，2月20日，星期三色谱分离原理色谱法实质是一种物理化学的分离方法。它是根据混合物各组分在互不相溶的两相——固定相和流动相中具有不同的吸附能力、分配系数或其它亲和作用的性质作为分离依据，当两相作相对运动时，组分在两相中反复多次分配，这样就使得那些吸附能力或分配系数只有微小差别的物质，在移动速度上产生了较大差别，从而达到完全分离。色谱是一种分离技术，要把复杂的试样中各个组分分开为目的！第24页，共118页，2023年，2月20日，星期三如某A、B两个组分的试样ABBA要使两组分完全分开，必须满足（1）相邻两个组分分开的距离要明显，也就是说两个组分的保留值要有明显的区别。（2）色谱峰的区域宽度：要窄。区域扩宽的速率应小于区域分离的速率，第25页，共118页，2023年，2月20日，星期三BA作为一个色谱理论，应研究这两个方面：（1）组分在柱中移动的速率；（2）组分在移动过程中区域变宽的程度及其影响因素。第26页，共118页，2023年，2月20日，星期三一、塔板理论（platetheory)（以气－液色谱为例）1。分配平衡：塔板理论又称平衡理论，也就是说色谱过程可以看成是组分在流动相和固定相之间的分配平衡过程。AmobileAstationary（1）分配系数K：在一定温度、压力下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度比，称为分配系数，用K表示，即：第27页，共118页，2023年，2月20日，星期三分配系数一定温度下，组分的分配系数K越大，即在液相中的浓度大（在液相中停留的时间长），出峰越慢；试样一定时，K主要取决于固定相性质，选择适宜的固定相可改善分离效果；每个组份在各种固定相上的分配系数K不同，试样中的各组分具有不同的K值是色谱分离的基础；某组分的K=0时，即不被固定相保留，最先流出。第28页，共118页，2023年，2月20日，星期三（2）分配比k：在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相中的质量之比，称为分配比，用k表示，即：第29页，共118页，2023年，2月20日，星期三分配比k和分配系数K之间的关系：其中：l：液相；g：气相；m：质量；C：浓度；V：体积第30页，共118页，2023年，2月20日，星期三讨论：影响因素：柱温、柱压；K与V无关，而k与固定液的体积又关（Vl)；分配比k越大，组分在固定液中的量越多，相当于柱的容量越大，故k又称容量因子；与保留值的关系;

当某一组分的色谱峰最高点出现时，说明该组分恰好有一半的量洗脱在的流动相中刚好流出柱子（体积VR），其余一半则留在柱内，即留在柱内的流动相（体积为Vg）和固定相（体积为Vl）中，根据物料等衡原理：第31页，共118页，2023年，2月20日，星期三调整保留体积V’R与分配系数成正比。是色谱过程的基本方程，将反映色谱行为的保留值（VR、V0、VR’）与反映物质性质的热力学常数K联系起来。第32页，共118页，2023年，2月20日，星期三容量因子k是调整保留时间和死时间之比，即表示溶质分子花费在固定相中的时间比在流动相中长多少倍。某组分的k越大，保留时间越长，反之亦然。第33页，共118页，2023年，2月20日，星期三（3）色谱基本保留方程（气液色谱）：色谱柱确定后，Vg和Vl即为定值，分配系数K不同的组分保留值不同，因而在色谱图上有不同位置的色谱峰。第34页，共118页，2023年，2月20日，星期三2。塔板理论（platetheory)：（1）塔板模型：将色谱柱假想为一个精馏塔，色谱柱中的固定相形象化为一系列连续的、相等体积的塔板。每一块塔板的高度称理论塔板高度H（板高）。精馏塔模型第35页，共118页，2023年，2月20日，星期三将色谱分离过程比作蒸馏过程，直接引用处理蒸馏过程的概念、理论和方法来处理色谱过程，即将连续的色谱过程看作是许多小段平衡过程的重复。第36页，共118页，2023年，2月20日，星期三（2）塔板理论的假设：（i）在每一块塔板上被分离组分在两相（气液）间很快达到平衡，然后随载气一个塔板一个塔板的方式向前移动。对于一根柱长为L的色谱柱，则组分在柱中达到平衡的次数n为：n=L/H

n——称为理论塔板数，H为每一块塔板的高度。与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板数n的增加而增加，随板高H的增大而减小;第37页，共118页，2023年，2月20日，星期三（ii）载气（流动相）进入色谱柱，不是连续的而是脉动式的，每次进气为一个塔板体积；（iii）试样开始时都加在第0号塔板上，且试样沿色谱柱方向的扩散（纵向扩散）可忽略不计；（iv）分配系数在各塔板上是常数。第38页，共118页，2023年，2月20日，星期三（3）塔板理论的内容：（i）当组分在柱中的平衡次数，即理论塔板数n≥50时，可得到基本对称的峰形曲线。对于气相色谱，n约为103～106，流出曲线趋近正态分布曲线。（ii）试样进入色谱柱后，只要各组分在两相间的分配系数有微小差异，经过反复多次的分配平衡后，可获得良好的分离。（iii）由塔板理论可导出n与半峰宽度或峰底宽度的关系：第39页，共118页，2023年，2月20日，星期三讨论：（i）tR一定时，峰宽越小，说明n越大（H越小），色谱柱的效能越高（柱效）。（ii）同一色谱柱，采用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。（iii）在实际工作中，从上述两式计算出的n和H并不能充分反映柱效，因为采用tR，没有扣除死时间，因为组分在t0时间内不参与柱内分配。有时候n尽管很大，但色谱柱的分离效果并不好，需引入有效塔板数和有效塔板高度：第40页，共118页，2023年，2月20日，星期三注意：由于同一根色谱柱对不同组分的neff不一样，在评价色谱柱柱效时，要注明是什么物质，也要注明柱温、柱压。例1：已知某组分峰Wb＝40s，tR=400s。计算理论塔板数n.例2：已知一根1米长的色谱柱，neff＝1600块，组份A在柱上的调整保留时间为100s，试求A峰的半峰宽和Heff。第41页，共118页，2023年，2月20日，星期三（4）塔板理论的成功与局限：成功：（i）定量地说明了组分在色谱柱中的移动速率；（ii）解释了流出曲线的形状；（iii）提出了计算和评价柱效能高低的常数。局限：（i）只能定性地给出H的概念，不能解释H受哪些因素的影响;（ii）排除了一个重要参数——流动相的速度u，因而无法解释柱效与流速关系，更无法提出降低板高的途径（不能说明在不同流速下，可以测得不同的理论塔板数）。（iii）做出了四个与实际不相符的假设，没有考虑组分在柱中受到的动力学因素的影响：如扩散，传质阻力等，不能解释色谱峰变宽的原因。第42页，共118页，2023年，2月20日，星期三二、速率理论（rate

theory)：为了解决塔板理论所不能解决的问题，1956年荷兰学者范第姆特（VanDeemter）提出了速率理论。（气液色谱为例）。内容要点：吸收了塔板理论的概念，并把影响塔板高度的动力学因素结合进去，定量地解释了影响塔板高度的各种因素，导出了塔板高度H与载气线速度u的关系(u＝L/t0)：第43页，共118页，2023年，2月20日，星期三其中：A、B、C为常数，分别代表涡流扩散项、分子扩散系数和传质阻力系数。上式即为范第姆特方程式的简化式。由此式可见影响H的三项因素：涡流扩散项、分子扩散项和传质阻力项。在u一定时，只有A,B,C较小时，H才能较小，柱效才能较高，反之则柱效较低，色谱峰将扩张。第44页，共118页，2023年，2月20日，星期三1、涡流扩散项A什么叫涡流？无阻力－平流有阻力－涡流第45页，共118页，2023年，2月20日，星期三在填充柱中，当组分随流动相（载气）通过填充物向柱出口处迁移时，碰到填充物颗粒的阻碍，其流动方向不断地改变，形成类似“涡流”的流动。由于填充物的大小、形状不同及填充的不均匀性，使组分各分子在色谱柱中经过的通道直径和长度不等，造成它们在柱中的停留时间不同，使色谱峰变宽。第46页，共118页，2023年，2月20日，星期三结果：峰变宽。影响因素：（1）填充物的大小、形状（2）填充的均匀程度，空隙的规则dp：固定相的平均颗粒直径；λ：固定相的填充不均匀因子。固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓，H↓，柱效n↑。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47页，共118页，2023年，2月20日，星期三2、分子扩散项B/u：B为分子扩散项系数色谱柱的轴向样品被载气带入色谱柱后，是以“塞子”的形式存在于色谱柱内很小的一段空间。组分在轴向上（纵向）存在浓度梯度，导致组分分子产生浓差扩散，导致峰变宽。方向：沿色谱柱的轴向（纵向）B的影响因素：（1）柱内填充物（2）组分在气相中的扩散系数第48页，共118页，2023年，2月20日，星期三B=2γDgγ：弯曲因子，反映柱填充物对分子扩散的阻碍程度，一般γ<1。Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1）关于Dg：（1）不同组分的Dg不同（2）柱温和柱压变化会导致同一组分的Dg变化（3）与载气的相对分子质量有关：Dg∝（M载气）-1/2第49页，共118页，2023年，2月20日，星期三U：载气的线流速，即u＝L/t0U越小，组分在气相中停留的时间越长，B/u越大。解决：（1）采用相对分子质量较大的气体作流动相，如N2、Ar等（2）控制较低的柱温第50页，共118页，2023年，2月20日，星期三3、传质阻力项Cu什么叫传质？物质系统由于浓度不均匀而发生物质迁移过程称为传质。传质阻力：影响此过程进行速度的阻力称为传质阻力。气相传质阻力液相传质阻力传质阻力第51页，共118页，2023年，2月20日，星期三对于气相传质：试样组分从气相移动到液相表面的过程，在这一过程中试样组分在两相间进行质量交换，即进行浓度分配。此过程由于传质阻力的存在，使得试样在两相界面上不能瞬间达到分配平衡。未进入液相的组分分子随载气流出，超前于进入液相的分子，引起色谱峰扩张。对于填充柱，气相传质阻力系数Cg为气液界面气相液相载气第52页，共118页，2023年，2月20日，星期三气相传质阻力系数Cg为：K为容量因子（分配比）采取措施：（1）减小固定相颗粒度（2）由于Dg∝（M载气）-1/2，也就是Cg∝（M载气）1/2，采用

小分子量气体作流动相（H2、He）第53页，共118页，2023年，2月20日，星期三对于液相传质：组分从气液界面扩散到液相内部发生质量交换，达到分配平衡后，然后又返回气液界面的传质过程。在此过程中由于收到液相传质阻力，液相中的组分分子不能快速地到达气相，而气相中组分的其它分子仍随载气不断地向柱出口运动，导致组分分子在液相滞留，造成峰形扩张。液相传质阻力系数Cl为：：气液界面气相液相载气第54页，共118页，2023年，2月20日，星期三其中：df为固定液膜的厚度

Dl为组分在液相中的扩散系数解决方法：（1）减小液膜厚度（2）增大组分在液相中的扩散系数总的传质阻力相系数C＝Cl＋Cg第55页，共118页，2023年，2月20日，星期三4、载气流速u对H的影响载气流速的选择

作图求出最佳流速。以不同流速下的H对u作图，可得H-u关系曲线，图中的最低点，塔板高度最小（Hmin），柱效最高，该点所对应的流速即为最佳流速uopt。第56页，共118页，2023年，2月20日，星期三UoptHmin数学处理第57页，共118页，2023年，2月20日，星期三载气选择（1）当流速较小时，B/u项是主要影响因素，应选择M大的气体如N2、Ar等。（2）流速较大时，Cu项是主要影响因素，应选择M小的气体如H2、He等，可减小传质阻力，提高柱效。第58页，共118页，2023年，2月20日，星期三综合以上，气液色谱速率方程（VanDeemter方程）范第姆特方程式对于分离条件的选择具有指导意义。它可以说明，填充均匀程度、担体粒度、载气种类、载气流速、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩张的影响。第59页，共118页，2023年，2月20日，星期三速率理论的要点：1.被分离组分分子在色谱柱内运行的多路径、浓度梯度所造成的分子扩散及传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。2.通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。第60页，共118页，2023年，2月20日，星期三3.速率理论为色谱分离和操作条件的选择提供了理论指导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。4.各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。第61页，共118页，2023年，2月20日，星期三三、色谱基本分离方程1。柱效和选择性柱效指的是色谱柱的分离效能，用n或neff作为衡量指标。选择性指的是两组分能被色谱柱分开的程度。峰峰之间的距离越大，说明选择性越好。用保留值作为评价指标。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。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。第62页，共118页，2023年，2月20日，星期三色谱分离中的四种情况如图所示：①柱效较高，△K(分配系数)较大,完全分离；②△K不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上分离；③柱效较低，△K较大,但分离的不好；④△K小，柱效低，分离效果更差。第63页，共118页，2023年，2月20日，星期三从以上看出，单独使用n和tR都不能说明问题，为了判断相邻两组分在色谱柱中的分离情况，在色谱分析中，引入分离度（R）这一概念。第64页，共118页，2023年，2月20日，星期三2。分离度分离度（R）：相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度平均值之比。

第65页，共118页，2023年，2月20日，星期三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──色谱过程的热力学因素；区域宽度──色谱过程的动力学因素。R=0.8：两峰的分离程度可达89%；R=1：分离程度98%，两峰能明显分离；R=1.5：达99.7%，两峰已完全分离，相邻两峰完全分离的标准。第66页，共118页，2023年，2月20日，星期三3。色谱分离基本方程式通过上式可从色谱图计算R，当没有体现处γ2，1与及neff的关系。令Wb(1)=Wb(2)=Y（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：第67页，共118页，2023年，2月20日，星期三将R与柱效能参数neff，选择性参数γ2，1联系起来，这就是色谱分离方程式。第68页，共118页，2023年，2月20日，星期三可以继续推导：表明R随体系的热力学性质（γ2，1和k）的改变而变化，也与色谱柱条件（n）有关。第69页，共118页，2023年，2月20日，星期三例1：在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒和100秒，要达到完全分离，即R=1.5。计算需要多少块有效塔板。若填充柱的塔板高度为0.1cm，柱长是多少？解：γ2，1

=100/85=1.18

n有效=16R2[γ2，1/(γ2，1

—1)]2=16×1.52×(1.18/0.18)2

=1547（块）

L有效=n有效·H有效=1547×0.1=155cm

即柱长为1.55米时，两组分可以得到完全分离。第70页，共118页，2023年，2月20日，星期三例2：在根长为1米的填充柱上，空气的保留时间为5s，苯和环己烷的保留时间分别为45s和49s，环己烷色谱峰峰底宽为5s。欲得到R＝1.2的分离度，有效理论塔板数应为多少？需要的柱长应为多少？解：根据公式可求neff=16×R2×[γ2，1/(γ2，1

—1)]2=16×1.22×(1.1/0.1)2=2788块第71页，共118页，2023年，2月20日，星期三柱长L=neff×Heff，要求柱长，必须知道该柱的理论塔板高度Heff。该值应该与1m柱的理论塔板高度相等！因此，只要将1m柱的理论塔板高度求出即可。要求1m柱的塔板高度，要先求出1m柱的理论塔板数。根据可求1米色谱柱的neff＝16[(49-5)/5]2=1239故所需柱长L为：L＝2788/1239×1m＝2.25m第72页，共118页，2023年，2月20日，星期三第三节气相色谱法以气体作流动相，分气液和气固色谱两类第73页，共118页，2023年，2月20日，星期三一、气相色谱仪器第74页，共118页，2023年，2月20日，星期三第75页，共118页，2023年，2月20日，星期三流程图1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计；6-压力表；7-进样器；8-色谱柱；9-检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪第76页，共118页，2023年，2月20日，星期三

载气→减压→净化→稳压→

→色谱柱→检测器→记录仪

进样气路系统、进样系统、分离系统、检测和记录系统、温度控制系统。第77页，共118页，2023年，2月20日，星期三1、气路系统包括气源、净化干燥管和载气流速控制。第78页，共118页，2023年，2月20日，星期三要求：（1）密封性要好；（2）流速温度；（3）流量测量准确A、载气：常用的载气有：氢气、氮气、氦气、氩气。一般用高压瓶贮装，选用何种载气，主要取决于选用的检测器和其他一些具体因素。第79页，共118页，2023年，2月20日，星期三B、气路结构：单柱单气路适用于恒温分析双柱双气路适用于程序升温{C、净化器：除去载气中的水分、杂质D、稳压恒流装置：稳压阀第80页，共118页，2023年，2月20日，星期三2、进样系统包括进样器及气化室。其作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，快速定量地转入到色谱柱中。进样器第81页，共118页，2023年，2月20日，星期三气化室为了让试样在气化室中瞬间气化而不被分解，要求气化室热容量大，无催化效应。为了减小柱前色谱峰变宽，气化室的死体积应尽可能小。3、分离系统：色谱柱，色谱仪器的核心部件填充柱：固定相充满整个柱子，U型或盘管型毛细管柱：固定相涂在毛细管内壁上（中空）第82页，共118页，2023年，2月20日，星期三4、温控系统：柱室、气化室的温度控制试样必须以气体形式随载气进入色谱柱，而且在色谱柱中始终保持气体状态。温度对分配系数、组分的扩散系数等都有一定的影响方式：恒温法：空气恒温程序升温法：在一个分析周期内使柱温按预定的程序由低到高逐渐变化。适应于各组分沸点范围较宽的试样。第83页，共118页，2023年，2月20日，星期三5、检测与记录系统：指示并测量载气中各组分及其浓度变化的装置。气相色谱检测器：色谱仪的关键部件之一，种类较多，原理和结构各异。有的具有广谱性，如热导检测器；有的具有高选择性，仅对某类物质有高响应。（1）热导检测器（ThermalConductiveDetector）原理：根据载气和组分的导热系数差异进行检测适应范围：通用型/普适型检测器特点：可测所有物质，但灵敏度较差载气：H2、He导热系数比气体物质高，故选之第84页，共118页，2023年，2月20日，星期三（2）氢火焰离子化检测器（HydrogenFlameIonizationDetector）原理：有机物在氢火焰中发生电离产生正负离子，在电场中分别向两极定向移动，形成离子流（微电流）适应范围：含C有机物特点：结构简单，稳定性好，灵敏度高，比热导高100-10000倍，检测下限达10-12g·g-1。第85页，共118页，2023年，2月20日，星期三氢焰检测器的原理：（1）当含有机物CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在C层发生裂解反应产生自由基

CnHm──→·CH（2）产生的自由基在D层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应

·

CH+O──→CHO++e（3）生成的正离子CHO+与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：

CHO++H2O──→H3O++CO第86页，共118页，2023年，2月20日，星期三（3）电子捕获检测器（ElectronCaptureDetector）原理：电负性强的元素对电子捕获能力的强弱第87页，共118页，2023年，2月20日，星期三高选择性检测器.仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度，检测下限10-14g/mL.

对大多数烃类没有响应。较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。但选择性差，线性范围窄，重现性差第88页，共118页，2023年，2月20日，星期三（4）火焰光度检测器（硫磷检测器）原理：硫磷在富氢火焰中燃烧时，发射出特征波长的光。二、流动相和固定相1、流动相：载气（H2、He、Ar、N2）惰性，与组分无相互作用第89页，共118页，2023年，2月20日，星期三2、固定相：气固、气液色谱（1）固体固定相：一般为表面有活性的固体吸附剂，组分在固体吸附剂上的吸附系数差别较大常用：（i）活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强。（ii）活性氧化铝：有较大的极性。适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离。CO2能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析。（iii）硅胶：与活性氧化铝大致相同的分离性能，除能分析上述物质外，还能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能够分离臭氧。第90页，共118页，2023年，2月20日，星期三（iv）分子筛：碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子筛等（孔径：埃）。常用5A和13X（常温下分离O2与N2）。除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分离外，还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O等。（v）高分子多孔微球（GDX系列）：新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。型号：GDX-01、-02、-03等。适用于水、气体及低级醇的分析。第91页，共118页，2023年，2月20日，星期三特点：（i）性能与制备和活化条件有很大关系；（ii）同一种固定相，不同厂家或不同活化条件，分离效果差异较大；（iii）种类有限，能分离的对象不多；（iv）使用方便。第92页，共118页，2023年，2月20日，星期三（2）液态固定相气液色谱固定相[固定液+担体（载体）]：固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断扩大。1、载体化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比表面积。可以作为载体使用的物质应满足以下条件：第93页，共118页，2023年，2月20日，星期三比表面积大，孔径分布均匀；化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组份不起反应具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；颗粒大小均匀、适度。一般常用60~80目、80~100目。第94页，共118页，2023年，2月20日，星期三表填充柱气液色谱担体一览表第95页，共118页，2023年，2月20日，星期三2、固定液固定液：高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多。对固定液的要求：（i)有适当的溶解能力：对易挥发组分有足够的溶解能力；（ii）选择性好：对各组分分离能力强，即K/k差别大；（iii）挥发性小，避免流失（iv）热稳定性好，不分解（v）化学稳定性好，不与被分离组分发生不可逆的化学反应。第96页，共118页，2023年，2月20日，星期三固定液分类方法如按化学结构、极性、应用等的分类方法。在各种色谱手册中，一般将固定液按有机化合物的分类方法分为：脂肪烃、芳烃、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等。介绍一下按相对极性分类首先规定：非极性物质角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零，强极性物质β，β’—氧二丙睛的相对极性为100。其它固定液的极性可用下列方法计算。第97页，共118页，2023年，2月20日，星期三选择一对物质作为分离组分：如丁二烯和正丁烷（1）分别在氧二丙睛和角鲨烷柱上测定相应的相对保留值，并取其对数（2）然后在待测定极性的固定液柱上测定相应的保留值，并取其对数（3）根据以下方法计算待测固定液的相对极性第98页，共118页，2023年，2月20日，星期三氧二丙睛角鲨烷待测柱q1=lg[(tR’(丁二烯)/tR’(正丁烷)]q2=lg[(tR’(丁二烯)/tR’(正丁烷)]qx=lg[(tR’(丁二烯)/tR’(正丁烷)]待测柱的相对极性PxPx＝100－100(q1－qx)/(q1－q2)Px＝0～100第99页，共118页，2023年，2月20日，星期三固定液的选择基本原则“相似相溶”，选择与试样性质相近的固定相非中弱强第100页，共118页，2023年，2月20日，星期三具体考虑如下：（1）对非极性组分：一般选择非极性固定液，出峰顺序：按沸点由低到高（2）中等极性组分：选中等极性固定液，出峰顺序：沸点差别大，按沸点出峰；沸点差别小，按极性大小出峰（3）强极性：选择强极性固定液，出峰顺序按极性大小出峰（4）混合物：极性，出峰顺序：先非后极第101页，共118页，2023年，2月20日，星期三如：苯和环己烷，沸点相近，但苯含派键，易与极性组分作用，故选择极性固定液分离效果好三、定性定量方法1、定性分析－保留值色谱定性分析就是确定试样中的各组分（1）用已知物对照进行定性（i）单柱比较法待定性物质已知物质第102页，共118页，2023年，2月20日，星期三（ii）双柱比较法：两支极性完全不同的柱子待定性物质已知物质待定性物质已知物质第103页，共118页，2023年，2月20日，星期三（iii）峰高增量法：待定性物质待定性物质＋已知物质第104页，共118页，2023年，2月20日，星期三（2）用经验规律定性：没有纯物质的情况下（i）碳数规律：大量实验证明，在一定温度下，同系物保留值的对数值与其分子中的碳原子数成线性lgtR’＝A1n＋C1A1、C1为常数，n为碳数（n>=3）根据同系物中已知几个组分的保留值可推出同系物中其它组分的保留值。第105页，共118页，2023年，2月20日，星期三（ii）沸点规律：在一定色谱条件下，同族具有相同C数的异构体，其保留值的对数值与其沸点成线性。lgtR’＝A2Tb＋C2A2、C2为常数，Tb为组分的沸点（K）第106页，共118页，2023年，2月20日，星期三（3）根据文献保留值定性：没有纯物质的