《仪器分析》课件-7.1气相色谱法原理

气相色谱法原理气相色谱法概述01气相色谱法

定义气相色谱法是以气体作流动相的色谱分离分析方法。

创立时间气相色谱法于1952年创立。

商品化仪器问世时间第一台商品化气相色谱仪器于1955年生产问世。气相色谱法的应用领域

多领域应用气相色谱法在医药卫生、生物工程、有机合成、环境科学、石油化工等领域获得了广泛的应用。

药物分析应用在药物分析中，气相色谱法已成为原料药和制剂的含量测定、杂质检查，中草药成分分析、药物的纯化、制备等方面的重要分离分析手段。气相色谱法的分类及特点02气相色谱法的分类方式气相色谱法的特点分离效能高可分离组成复杂、分配系数很接近的试样，如有机化合物的同分异构体、同位素等。一般填充柱的理论塔板数达数千，毛细管柱最高可达一百多万。灵敏度高试样用量少，液体试样一般进样量为几微升，气体试样进样量一般为几毫升，适合痕量分析。使用高灵敏的检测器可以检测10⁻¹³~10⁻¹⁰g的物质。分析速度快一个分析周期一般只需要几秒至几十分钟，如用毛细管柱色谱法一次可以检测出汽油中的一百多种组分。应用范围广能分析的有机物大约占总有机物的20%，部分无机离子、高分子和生物大分子化合物也可以采用气相色谱法分析。气相色谱法的分析流程03气相色谱仪的组成部分载气系统载气系统为气相色谱分析提供纯净、稳定的载气，是试样分离和传输的动力来源。进样系统进样系统负责将一定量的气体或液体试样准确注入气化室，使试样快速气化。分离系统分离系统核心是色谱柱，能根据各组分保留性能差异对试样进行分离。检测系统检测系统可将分离后的各组分特性和量的差异转化为电信号，实现对组分的检测。记录系统记录系统能对检测信号进行处理和记录，形成包含色谱流出曲线和相关参数的分析报告。气路系统的流路顺序

01气源载气最初从气源输出，常见载气有H₂、N₂、He、Ar等。

02减压阀减压阀对气源输出的载气进行减压，使其压力稳定在合适范围。

03气体净化装置该装置可去除载气中的杂质和水分，保证载气的纯净度。

04稳压阀稳压阀进一步稳定载气的压力，确保载气压力恒定。

05压力表压力表用于实时显示载气的压力，便于操作人员监控。

06载气流速控制器载气流速控制器可精确控制载气的流速，保证分析过程的稳定性。试样的进样与分离

进样一定量的气体或液体试样通过进样系统的进样口被注入气化室，液体试样一般进样量为几微升，气体试样进样量一般为几毫升。

气化试样在一定温度的气化室内转化为气体，为后续分离做准备。

载气推动气化后的试样在载气的携带、推动下，快速而定量地加到气相色谱仪分离系统的色谱柱顶端。

分离色谱柱对试样中各组分有不同的保留性能，试样中的各组分经色谱柱被分离。组分的检测与分析报告检测

被分离后的各组分在流动相的推动下按顺序先后进入检测系统的检测器，检测器把分离后的各组分根据其特性和量的不同转化成不同强度的电信号。信号处理

检测信号经数据处理与显示系统的放大器、记录仪或数据处理装置进行处理。分析报告形成

处理后的信号形成分析报告，分析报告提供试样的色谱流出曲线和可用于组分定性、定量分析的参数。分析报告参数

分析报告参数包括保留时间、峰高、峰面积、不对称性、容量因子、选择性因子、半峰宽、理论塔板数等。气相色谱法的固定相04固定相的类型

高沸点固定液气相色谱法中，一种固定相是涂敷在载体上的高沸点固定液，在操作温度下为液态，需在一定温度范围内使用。

固体吸附剂另一种固定相是固体吸附剂，例如硅胶、氧化铝等，在气相色谱分析中发挥着重要作用。固定液的分类方式

极性分类按固定液相对极性大小分类，规定非极性角鲨烷相对极性为0，极性β,β'-氧二丙腈为100，其他在0-100间，分五级。如0-+1为非极性，像角鲨烷；+2-+3为中等极性；+4-+5为极性，如聚乙二醇。

化学分类固定液按化学类型分为烃类、硅氧烷类等。烃类极性弱，如角鲨烷适用于非极性化合物；硅氧烷类应用广，可通过引入取代基改变极性，如甲基聚硅氧烷。固定液的选择原则极性相似原则分离极性试样选极性固定相，分离非极性试样选非极性固定相。如分离非极性烷烃，可选非极性的角鲨烷固定相。化学官能团相似原则固定相与试样组分化学官能团相似时选择性高。分离酯类试样，宜选酯类或聚酯类固定相；分离醇类试样，宜选醇类或聚乙二醇固定相。组分性质的主要差别原则若试样中组分沸点是主要差别因素，选非极性固定相；若极性是主要差别因素，选极性固定相。如分离苯和环己烷，因主要差别是极性，选中等极性色谱柱，极性弱的环己烷先出柱。载体的分类及选择

红色载体由天然硅藻土与黏合剂煅烧而成，含氧化铁呈淡红色。常与非极性固定液配伍，用于分析烷烃、芳香烃等非极性或弱极性物质。白色载体煅烧硅藻土时加碳酸钠，氧化铁生成无色铁硅酸钠配合物，使硅藻土呈白色。常与极性固定液配合，用于分析醇、酮等极性物质。吸附剂的特点与应用

常见吸附剂气相色谱的吸附剂有硅胶、氧化铝、活性炭、分子筛、高分子多孔微球等。

高分子多孔微球（GDX）特点具有疏水性强、选择性好、热稳定性好（最高使用温度200-300℃且无流失现象）、比表面积大、耐腐蚀性好、无有害吸附活性中心等特点。

高分子多孔微球（GDX）应用在药物分析中应用较多，可用于酊剂中醇或有机物中微量水的测定。气相色谱法的流动相05流动相的作用携带组分载气作为流动相，能够携带试样中的各组分在气相色谱仪的气路系统中移动，是组分得以在系统中传输的载体。推动分离载气推动着各组分在色谱柱中流动，由于色谱柱对不同组分有不同的保留性能，从而使各组分在载气的推动下实现分离。常用载气的种类

氢气（H₂）氢气是气相色谱常用载气之一，具有扩散系数大、传质阻力小等特点，能使分析速度加快。

氮气（N₂）氮气也是常用载气，它价格相对较低，化学性质稳定，适用于多种检测器和分析场景。

氦气（He）氦气具有良好的热导性和化学稳定性，常用于要求较高的分析中，但成本相对较高。

氩气（Ar）氩气在气相色谱中也有应用，其性质较为稳定，在特定的分析中能发挥独特作用。载气种类的选择因素

01不同的检测器对载气有不同的要求，例如热导检测器常用氢气或氦气，而电子捕获检测器常用氮气。

02载气的性质如扩散系数、黏度等会影响组分在色谱柱中的分离效果，选择合适的载气可提高分离效率。

03考虑成本因素，如氮气价格相对较低，在满足分析要求的情况下可优先选择以降低成本。

04某些载气如氢气具有易燃易爆性，使用时需考虑安全因素，确保实验安全进行。检测器要求分离效果影响经济性安全性不同检测器对应的常用载气

热导检测器（TCD）热导检测器常用氢气（H₂）和氦