第四章色谱分析法.ppt

1、第四章色谱分析法,色谱柱及使用条件的选择 chromatographic columns and choice of operating condition 载气种类和流速的选择 classification of carrier gas and choice of flow rate 其它操作条件的选择 choice of other operating condition,气相色谱固定相及其选择,气相色谱固定相,对固定液的要求:,热稳定性好，在操作温度下，不发生聚合，分解或交链等现象，且有较低的蒸气压，以免固定液流失。 化学稳定性好，固定液与试样或载气不能发生不可逆的化学反应。 固定液的粘

2、度和凝固点要低，以便在载体表面能均匀分布。 各组分必须在固定液中有一定的溶解度，否则试样会迅速通过柱子，难以使组分分离。,色谱柱的选择性,气相色谱法的分离效率不但与组分的沸点有关，还与组分和固定液之间的作用力有关。这是气相色谱与蒸馏分离的本质区别。,与固定液作用力大的组分，将较迟流出 相反作用力小的组分则先流出。分子间的作用力主要包括静电力，诱导力，色散力和氢键作用力。此外，固定液与被分离组分之间还可能存在形成化合物或络合物的键合力等。,固定液的分类,按固定液的极性分类 按固定液的化学结构分类,固定液的选择,非极性的试样一般选用非极性的固定液。 中等极性的试样应首选中等极性固定液。 强极性试样

3、应选用强极性固定液。 具有酸性或碱性的极性试样，可选用带有酸性或碱性基团的高分子多孔微球。 能形成氢键的试样，应选择氢键型固定液，如腈醚和多元醇固定液等。 对于复杂组分性质不明的未知式样，一般首先在最常用的五种固定液上进行试验，观察未知物色谱图的分离情况，然后在12中常用固定液中，选择合适极性的固定液。,相似相容,载体,载体是固定液的支持骨架，固定液可在其表面上形成一层薄而匀的液膜，以加大与流动相接触的表面积。 特点: 具有多孔性，即比表面积大。 化学惰性，即不与试样组分发生化学反应。表面没有活性，但有较好的浸润性。 热稳定性好。,载体大致可分为两大类，即硅藻土类和非硅藻土类。,固体吸附剂,用

4、气相色谱分析永久性气体时，常用固体吸附剂作固定相，因为气体在一般固定液里的溶解度甚小，目前还没有一种满意的固定液能用于它们的分离。,合成固定相,高分子多孔微球 既是载体又起固定液作用，可以在活化后直接分离，也可以作为载体在其表面上涂渍固定液后再用于分离。 非极性的是由苯乙烯，二乙烯苯共聚而成的。 极性的是在苯乙烯，二乙烯苯共聚物中引入了极性官能团。 键合固定相,柱长和柱内径的选择,增加柱长对提高分离度有利（分离度R正比于柱长L2），但组分的保留时间tR ，且柱阻力，不便操作。 柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。 填充色谱柱的柱长通常为13米。 可

5、根据要求的分离度通过计算确定合适的柱长或实验确定。 柱内径一般为34厘米。,柱温的确定,首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。,柱温升高，分离度下降，色谱峰变窄变高。柱温，被测组分的挥发度，即被测组分在气相中的浓度，K，tR，低沸点组份峰易产生重叠。,柱温，分离度，分析时间。对于难分离物质对，降低柱温虽然可在一定程度内使分离得到改善，但是不可能使之完全分离，这是由于两组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增加速度大于前者时，两峰的交叠更为严重。,柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度

6、。 组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。,程序升温,载气种类和流速的选择 classification of carrier gas and choice of flow rate,1. 载气种类的选择 载气种类的选择应考虑三个方面：载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质。 载气摩尔质量大，可抑制试样的纵向扩散，提高柱效。载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用较小摩尔质量的载气（如H2，He），可减小传质阻力，提高柱效。 热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高检测灵敏度。在氢焰检测器中，氮气仍是首选目标。 在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性及来源是否广泛等因素。,2.

7、 载气流速的选择,由图可见存在最佳流速（uopt）。实际流速通常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。,其它操作条件的选择 choice of other operating condition,1.进样方式和进样量的选择 液体试样采用色谱微量进样器进样，规格有1L，5L，10L等。 进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范围之内。进样要求动作快、时间短。 气体试样应采气体进样阀进样。,2.气化温度的选择,色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在此瞬间气化； 气化温度一般较柱温高1050C 防止气化温度太高造成试样分解。,气相色谱分析方法及应用,定性分析:就是确定每个色谱峰代表何种物质。

8、具体说来，就是根据保留值或与其相关的值来进行判断，包括保留时间，保留体积，保留指数及相对保留值等。 1 用已知物对照进行定性分析 2 用经验规律和文献值进行定性分析 定量分析:气相色谱的检测信号峰高或峰面积，均可用于定量和半定量分析。在严格控制操作条件下，气相色谱定量分析的相对标准偏差可达 1% 3%。,毛细管气相色谱,分离效率高 分析速度快 色谱峰窄，峰形对称 一般采用氢焰检测器，灵敏度高。,当采用毛细管作为气相色谱分离柱时，柱内不装填料，空心柱管径0.2 mm 阻力小，长度可达百米。载气气流以单途径通过柱子，消除了组分在柱中的涡流扩散现象。此外，将固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大，涂

9、层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。,特点:,毛细管柱的种类,涂壁开管柱 wall coated open tubular, WCOT柱: 将固定液直接涂敷在管壁上。柱制作相对简单，但柱制备的重现性差，寿命短。 多孔层开管柱 porous layer open tubular, PLOT柱:在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒。构成毛细管气固色谱。 载体涂渍开管柱 support coated open tubular, SCOT柱:将非常细的担体微粒粘接在管壁上，再涂固定液。柱效较WCOT柱高。 化学键合或交联柱:将固定液通过化学反应键合在管壁上或交联在一起。使柱效和柱寿命进一步提高。这是

10、应用最广的毛细管柱。,毛细管色谱柱的制备,柱材料 固定液 涂壁层毛细管柱的制备 固定液的固载化,柱材料,好的毛细管柱材料应具有惰性，热稳定性，内表面光滑容易润湿及操作方便等特点。 随着玻璃毛细管柱改性方法的不断发展及石英毛细管柱的出现，毛细管柱的材料几乎都是以二氧化硅为主要成分的玻璃管和石英管。石英管具有纯度高，惰性好，柔性好，操作时不易断裂等优点。,固定液,聚硅氧烷。其中聚硅氧烷类高聚物的地位最突出，如，甲基和二甲基聚硅氧烷，苯基或二苯基，氯苯基甲基聚硅氧烷，三氟丙基聚硅氧烷等。 这类固定液因含有键能大的Si-O和Si-C键，故热稳定性和化学稳定性好，使用温度范围宽; 当取代不同数目的有机侧

11、基时，又可以设计合成出许多性能不同的聚硅氧烷; 此外，粘度系数小，易制备出性能稳定的高效柱，因此应用范围广。 非聚硅氧烷。有脂肪烃类，脂类，聚二醇类，氰类等。,涂壁层毛细管柱的制备,内壁改性。 主要是化学改性和物理改性。 化学改性主要包括沥滤，淋洗，脱水及改性去活等过程。 物理改性的目的是将内壁表面粗糙化，以增大其表面积，从而使固定液能均匀地在内壁形成一个液膜。 固定液的涂渍。 涂渍的方法分为动态涂渍和静态涂渍。,固定液的固载化,第一种是使固定液分子中的功能基团和柱内表面产生化学结合，形成一个稳定的液膜，称为固定液的键合。 第二种是使固定液分子之间结合，交联成一个网状的大分子覆盖在毛细管内表面

12、，成为不可抽提的液膜，称固定液的交联。 第三种是使固定液分子既与毛细管内表面形成化学结合，其自身又交联成网状大分子，称为键合交联。,毛细管柱的色谱系统,毛细管柱因内径很细，固定液的液膜厚度很小，相应进样量必须很小，液体样只需10-2 10-3 L, 气体试样为10-7 mL。 在毛细管柱色谱中，载气的流量一般很低，约为0.5 2 mLmin-1,加之进样量小，因此要求高灵敏度的检测器与之匹配。此外，要求检测器有快的响应时间。常用的是FID。 要求快速记录系统。,气相色谱与质谱联用GC-MS,主要有三部分组成: 色谱部分，质谱部分和数据处理系统。色谱部分和一般的色谱仪相同，包括有柱箱，汽化室和载

13、气系统，也带有进样系统，程序升温系统，压力，流量自动控制系统等，一般不再有色谱检测器，而是利用质谱仪作为色谱的检测器。在色谱部分，混合样品在合适的色谱条件下被分离成单个组分，然后进入质谱仪进行鉴定。,质谱分析法,质谱分析法是通过对被测样品分子产生气态离子，然后按质荷比 m/z 对这些离子进行分离和检测的一种分析方法。质谱法具有分析速度快，灵敏度高以及谱图解析相对简单的优点。,离子源类型,电子轰击离子源 electron ionization EI 化学电离源 chemical ionization CI 快原子轰击源 fast atom bombardment FAB 电喷雾离子源 elect

14、ron spray ionization ESI 大气压化学电离源 atmospheric presure chemical ionization APCI 激光解吸源 laser desorption LD,气相色谱法的应用,在分离分析中的应用 气相色谱具有分离效率高，灵敏度高及速度快的特点。它广泛地应用于分离分析气体和易挥发或可转化为易挥发的液体和固体。对于那些不易挥发和易分解的物质，可采用化学转化法，使其转化为易挥发稳定的衍生物后，再分析。 在化学研究中的应用 1 通过测定保留时间，研究某些化学平衡的性质，如相变热，溶解热，活度系数，分配系数，熵变和焓变等。 2 测定谱峰通过色谱柱后扩宽

15、的程度，研究某些动力学过程，如测定气体和液体的扩散系数，反应速率常数和吸附速率常数。 3 根据保留体积或者峰面积，测定物质的某些物化性质，如相对分子质量，表面积，液膜厚度及孔率分布等。,Applications,Acids Alcohols Amines Aromatics Environmental contaminants Fatty Acids Flavours and Fragrances Food Petroleum Pharmaceuticals Phthalates Polymers Solvents,Application,Analysis of Organic Acids,Application,Ana