分析化學 氣相色譜法

1、第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 氣相色譜法（氣相色譜法（gas chromatography, GCgas chromatography, GC）是以氣體）是以氣體為流動相的色譜法。當氣化的被測物質(zhì)隨載氣進入色譜為流動相的色譜法。當氣化的被測物質(zhì)隨載氣進入色譜柱時，基于被測物質(zhì)在氣相和固定相之間吸附柱時，基于被測物質(zhì)在氣相和固定相之間吸附- -解吸附解吸附（氣（氣- -固色譜）或分配（氣固色譜）或分配（氣- -液色譜）差異進行分離。液色譜）差異進行分離。氣固色譜氣固色譜：利用不同物質(zhì)在固體吸附劑上的物理吸附：利用不同物質(zhì)在固體吸附劑上的物理吸附-解吸能力不同實現(xiàn)物

2、質(zhì)的分離。解吸能力不同實現(xiàn)物質(zhì)的分離。氣液色譜氣液色譜：利用待測物在載氣和固定在惰性固體表面：利用待測物在載氣和固定在惰性固體表面的液體固定相之間的分配原理實現(xiàn)分離。的液體固定相之間的分配原理實現(xiàn)分離。第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法 氣相色譜優(yōu)缺點氣相色譜優(yōu)缺點 優(yōu)點：優(yōu)點：分離能力強：分離能力強： 理論板數(shù)理論板數(shù)103106靈敏度高：靈敏度高： 10-1110-13g選擇性高：可分離對映體等難分離物質(zhì)選擇性高：可分離對映體等難分離物質(zhì)快速：一次分析可在幾秒快速：一次分析可在幾秒幾十分鐘完成幾十分鐘完成可用于無發(fā)色團組分分析可用于無發(fā)色團組分分析缺點：缺點：1.1.只適用于熱穩(wěn)定性好

3、、易氣化的物質(zhì)分析只適用于熱穩(wěn)定性好、易氣化的物質(zhì)分析2.2.分析非揮發(fā)性物質(zhì)時需衍生化分析非揮發(fā)性物質(zhì)時需衍生化3.3.由于進樣量少，定量進樣有一定困難由于進樣量少，定量進樣有一定困難第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法氣相色譜儀氣相色譜儀第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法氣相色譜流程示意圖氣相色譜流程示意圖隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，氣相色譜儀的各種參數(shù)（溫度、載氣流速、自動進樣等）控制均已實現(xiàn)自動化第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法1. 載氣系統(tǒng)（載氣系統(tǒng)（gas supply system） 包括氣體鋼瓶或氣體發(fā)生器，壓力調(diào)節(jié)器，凈化管，流量控制器，包括氣體鋼瓶或氣體發(fā)生

4、器，壓力調(diào)節(jié)器，凈化管，流量控制器，等。等。 功能功能: 提供清潔、流量恒定的載氣提供清潔、流量恒定的載氣2. 進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)(sample injection system) 包括進樣器包括進樣器 (微量進樣針或自動進樣器微量進樣針或自動進樣器)、隔墊和氣化、隔墊和氣化室。室。功能功能: 將試樣引入將試樣引入GC系統(tǒng)并蒸發(fā)成氣體。系統(tǒng)并蒸發(fā)成氣體。第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法3. 色譜柱系統(tǒng)（Column system） 色譜柱，柱溫箱色譜柱，柱溫箱 色譜柱類型色譜柱類型: 填充柱（柱內(nèi)徑填充柱（柱內(nèi)徑 25mm) 毛細管柱毛細管柱 (柱內(nèi)徑柱內(nèi)徑0.10.53mm) 柱溫可按程

5、序改變（程序升溫）柱溫可按程序改變（程序升溫）4. 檢測和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（Detection and data system） 檢測器，數(shù)據(jù)獲取和處理裝置檢測器，數(shù)據(jù)獲取和處理裝置5. 控制系統(tǒng)（Control system） 溫度控制，載氣流量控制，（自動進樣控制），信號控制溫度控制，載氣流量控制，（自動進樣控制），信號控制 第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法一、氣-液色譜固定相（Gas-liquid stationary phase）氣-液色譜固定相由固定液(stationary liqiud,immobilized liquid) 和載體（ support）組成（一）固定液固定液一般為

6、高沸點物質(zhì) (1) 在使用溫度下蒸汽壓 He N24. 熱絲電阻值載氣 熱導率 載氣 熱導率 H2 224.3 CH4 45.8 He 175.6 propane 26.4 N2 31.5 ethanol 22.3 Air 31.5 acetone 17.6 第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法二、氫焰離子化檢測器（二、氫焰離子化檢測器（Flame ionization detector，F(xiàn)ID)u結構結構NoImageNoImage含碳有機物在含碳有機物在H2-Air火焰中燃燒產(chǎn)生碎片離子，在電場作用下形成火焰中燃燒產(chǎn)生碎片離子，在電場作用下形成離子流，根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號強度，檢測被色

7、譜柱分離的組分。離子流，根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號強度，檢測被色譜柱分離的組分。第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法 機理不十分清楚，化學離子化是可能的離子化機理機理不十分清楚，化學離子化是可能的離子化機理. 以苯為例以苯為例:C6H6裂解6CH3O2+6CH+ 6e6CHO+6CHO+6H2O6CO + 6H3O+影響影響FID靈敏度的因素靈敏度的因素： 1. 氣體流速比例: N2:H2 = 1:11:1.5；H2:Air = 1:10 2. 檢測器溫度: 100 （常用200-250 ）第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法FIDFID特點特點 質(zhì)量型檢測器質(zhì)量型檢測器 結構簡單、耐用結構簡

8、單、耐用 靈敏度高靈敏度高 (10-13 g/s) 響應動態(tài)范圍寬響應動態(tài)范圍寬 (107) 響應值與有機物中含碳原子的數(shù)目有關響應值與有機物中含碳原子的數(shù)目有關 對不可燃化合物（對不可燃化合物（H2O, CO2, SO2, CS2, NOx）無響應）無響應第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法三、電子捕獲檢測器（Electron capture detector，ECD）NoImage63Ni or 3H結構:檢測原理: 放射源發(fā)出的-電子使載氣分子離子化，在電場作用下形成穩(wěn)定的基流； 具有強電負性元素的有機分子捕獲-電子，使基流降低，形成倒峰。NoImage第十七章第十七章 氣相色譜法氣相

9、色譜法電子捕獲檢測器的特點電子捕獲檢測器的特點 對含電負性基團（鹵素、硝基、過氧化物）具有選擇性響應對含電負性基團（鹵素、硝基、過氧化物）具有選擇性響應 (10-15 g/s) 對胺、醇、碳氫化合物基本不敏感對胺、醇、碳氫化合物基本不敏感 響應動態(tài)范圍較窄響應動態(tài)范圍較窄 (102) 非線性響應非線性響應: 需用高純需用高純 N2 (99.999%) 作為載氣作為載氣Kceii0 非破壞性檢測非破壞性檢測第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法其他重要檢測器其他重要檢測器火焰光度檢測器火焰光度檢測器 (Flame photometric detector，F(xiàn)PD) 對含對含S和和P化合物具有選擇

10、性響應化合物具有選擇性響應 熱離子檢測器熱離子檢測器 (thermionic detector，TID）：也稱氮磷檢）：也稱氮磷檢測器（測器（Nitrogen phosphorus detector，NPD), 對含對含N和和 P化合物具有選擇性響應化合物具有選擇性響應 質(zhì)譜檢測器質(zhì)譜檢測器 (MSD) 傅里葉變換紅外檢測器（傅里葉變換紅外檢測器（FTIR）第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法第五節(jié)第五節(jié) 色譜條件選擇色譜條件選擇uDdkkuDdHlfgp2)1 (322222114kknR一、色譜條件選擇的依據(jù)Where is separation factor, k2 is retent

11、ion factor (capacity factor) of compound 2 which is retained stronger than compound 1. 第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法1. 固定相選擇固定相選擇 見第二節(jié)見第二節(jié).2. 柱溫柱溫 色譜柱選定后，柱溫是影響分離的最重要條件。柱溫降低，分離色譜柱選定后，柱溫是影響分離的最重要條件。柱溫降低，分離度提高，但峰寬增加，分析時間加長。度提高，但峰寬增加，分析時間加長。選擇原則選擇原則：在使難分離物質(zhì)對得到良好分離，分析時間適宜，峰形對：在使難分離物質(zhì)對得到良好分離，分析時間適宜，峰形對稱的前提下，盡量用低柱溫。

12、稱的前提下，盡量用低柱溫。 等溫等溫: 在分析過程中柱溫保持不變在分析過程中柱溫保持不變. 程序升溫程序升溫(temperature programming): 在一個分析周期中，柱溫按在一個分析周期中，柱溫按照一定程序改變，以利于性質(zhì)差異大的組分達到合適的分離度。該法照一定程序改變，以利于性質(zhì)差異大的組分達到合適的分離度。該法適用于復雜組分（如寬沸程樣品、極性差異大的樣品）分析。適用于復雜組分（如寬沸程樣品、極性差異大的樣品）分析。二、 實驗條件的選擇第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法NoImage例：等溫和例：等溫和程序升溫程序升溫對分離效對分離效果的影響果的影響第十七章第十七章 氣相

13、色譜法氣相色譜法3. 載氣 低線速時，用N2 高線速時，用H2或 He 用TCD時，使用H2或 He可提高靈敏度4. 其他條件(1)進樣口溫度：應保證樣品瞬間氣化(2)檢測器溫度: 高于柱溫20-50 第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法1. 分解法分解法 熱裂解法熱裂解法: 適用于高聚物等大分子分析適用于高聚物等大分子分析 水解法水解法: 將大分子水解成小分子將大分子水解成小分子,蛋白質(zhì)水解成氨基酸蛋白質(zhì)水解成氨基酸2. 衍生化法衍生化法 酯化酯化(esterification): -COOH-COOR 硅烷化硅烷化(silanization): -OH-O-Si(CH3)3 -COOH-

14、COOSi(CH3)3 -NHR-NRSi(CH3)3 酰化?；?acylation): -OH-OCOR -NN2-NHCOR 三、 樣品預處理第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法第六節(jié)第六節(jié) 定性分析和定量分析定性分析和定量分析一、系統(tǒng)適用性試驗一、系統(tǒng)適用性試驗 用規(guī)定的對照品溶液或系統(tǒng)適用性試驗溶液進行試驗，以判定所用色用規(guī)定的對照品溶液或系統(tǒng)適用性試驗溶液進行試驗，以判定所用色譜系統(tǒng)是否規(guī)定的要求。譜系統(tǒng)是否規(guī)定的要求。1色譜柱的理論板數(shù)（色譜柱的理論板數(shù)（n） 此參數(shù)用于評價色譜柱的分離效能。此參數(shù)用于評價色譜柱的分離效能。 2分離度（分離度（R）: 要求要求1.5 3重復性重復

15、性: 用于評價連續(xù)進樣中色譜系統(tǒng)響應值的重復性。用于評價連續(xù)進樣中色譜系統(tǒng)響應值的重復性。 4拖尾因子（拖尾因子（T） 用于評價色譜峰的對稱性。用于評價色譜峰的對稱性。 除另有規(guī)定外，除另有規(guī)定外，T應在應在0.951.05之間。之間。 105. 02dWTh第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法第六節(jié)第六節(jié) 定性分析和定量分析定性分析和定量分析二、定性分析二、定性分析 u已知對照品對照法已知對照品對照法u采用相對保留值定性采用相對保留值定性u用用Kovats保留指數(shù)定性保留指數(shù)定性1.以以GC-MS、GC-FTIR聯(lián)用法定性聯(lián)用法定性NoImageNoImageNoImage第十七章第十七章

16、 氣相色譜法氣相色譜法三、定量分析三、定量分析(一一) 校正因子校正因子iiiAmf ississiisigAmAmAmAmfff(二) 定量方法1.歸一化法（Normalization method） 100(%)()3(3)2(2)1(1)( ngngggigiifAfAfAfAfAw 所有組分均應被分離并被檢測到 對進樣量要求不嚴格第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法2. External standardization （外標法）（外標法）（2）外標一點法（one point external standard method）如校正曲線通過原點，可用外標一點法123452004006

17、008001000peak areaconcentration ( mg/mL)sisiiimAAm)()(（1）標準曲線法或校正曲線法 （Standard curve methodCalibration curve method）sisiiicAAc)()(Note: 進樣量必須嚴格準確第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法3.內(nèi)標法內(nèi)標法(Internal standard method)對內(nèi)標物的要求對內(nèi)標物的要求：（1）樣品中不存在的物質(zhì)（2）與被測組分完全分離，但保留時間接近；多種組分同時定量時，內(nèi)標峰最好處于幾個被測組分峰之間（3）純度高第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法3.內(nèi)

18、標法內(nèi)標法(Internal standard method)iiiAfm sssAfm sssiiimfAfAm100(%)mmfAfAwsssiii（1）內(nèi)標校正因子法（2）內(nèi)標校正曲線法123452004006008001000Ai/Asconcentration ci( mg/mL)該法需已知校正因子，或者先測定被測物相對于內(nèi)標物的校正因子。該法需已知校正因子，或者先測定被測物相對于內(nèi)標物的校正因子。在質(zhì)量為在質(zhì)量為m的樣品中加入質(zhì)量為的樣品中加入質(zhì)量為ms的內(nèi)標物，的內(nèi)標物，GC分析后根據(jù)下式計算：分析后根據(jù)下式計算： 配制一系列不同濃度的對照液，并加入相配制一系列不同濃度的對照液，并加入相同量的內(nèi)標物，進樣分析，測得同量的內(nèi)標物，進樣分析，測得Ai和和As，以以Ai/As對對照溶液濃度作圖，求回歸方程。對對照溶液濃度作圖，求回歸方程。供試液配制時也需加入與對照液相同量的供試液配制時也需加入與對照液相同量的內(nèi)標物，由校正曲線求得待測組分含量。