GC-2010糧油食品學(xué)院

1、第十五章第十五章 色譜法引論色譜法引論 Chromatography 19011901年年 俄國植物學(xué)家俄國植物學(xué)家TswettTswett研究色素成分研究色素成分1930-401930-40年年 柱分配色譜和紙色譜柱分配色譜和紙色譜2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代年代 薄層色譜和氣相色譜法薄層色譜和氣相色譜法19791979年年 毛細管氣相色譜毛細管氣相色譜2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代 高效液相色譜高效液相色譜2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代后期年代后期 毛細管電泳毛細管電泳1 1 概述概述- -色譜法的發(fā)展色譜法的發(fā)展按固定相狀態(tài)分：按固定相狀態(tài)分：氣固氣固色譜和色譜和氣液氣液色譜色譜 液固液

2、固色譜和色譜和液液液液色譜色譜按固定相外形或相系統(tǒng)分：柱色譜和平面色譜按固定相外形或相系統(tǒng)分：柱色譜和平面色譜按分離機理分：吸附色譜、分配色譜、離子交換按分離機理分：吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜、尺寸排阻色譜、親和色譜等。色譜、尺寸排阻色譜、親和色譜等。2 2 色譜法的分類色譜法的分類15.2 15.2 色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語1 1 Chromatogram05101520Time (minutes)AbundanceABCDE色譜圖色譜圖色譜峰色譜峰保留時間保留時間峰高或峰面積峰高或峰面積定量分析定量分析在柱子的出口處，由檢測器檢測到的物質(zhì)的在柱子的出口處，由檢測器

3、檢測到的物質(zhì)的濃度隨時間變濃度隨時間變化化的曲線。的曲線。由檢測器輸出的電信號由檢測器輸出的電信號強度對時間強度對時間作圖，所得曲線稱為色作圖，所得曲線稱為色譜流出曲線。譜流出曲線。色譜圖色譜圖Chromatogram05101520Time (minutes)AbundanceABCDE色譜流出曲線上色譜流出曲線上突起的突起的部分。當(dāng)單個組份從柱中流出時，部分。當(dāng)單個組份從柱中流出時，檢測器響應(yīng)信號的記錄。檢測器響應(yīng)信號的記錄。色譜峰色譜峰如果如果進樣量很小進樣量很小，濃度很低濃度很低，在吸附等溫線的線性范圍內(nèi)，在吸附等溫線的線性范圍內(nèi)，色譜峰如果對稱色譜峰如果對稱，可用，可用GaussGa

4、uss正態(tài)分布函數(shù)正態(tài)分布函數(shù)表示表示tR根據(jù)根據(jù)色譜峰個數(shù)色譜峰個數(shù)，可以判斷樣品中所含，可以判斷樣品中所含組份的最少個數(shù)組份的最少個數(shù)。根據(jù)色譜峰的根據(jù)色譜峰的保留值保留值定性定性，峰面積峰面積（峰高）（峰高）定量定量。色譜峰的色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾缺Ａ糁导捌鋮^(qū)域?qū)挾?，是評價色譜柱，是評價色譜柱分離效能分離效能的依據(jù)。的依據(jù)。色譜峰色譜峰兩峰間的距離兩峰間的距離，是評價，是評價固定相（和流動相）選擇固定相（和流動相）選擇是否合適的依據(jù)。是否合適的依據(jù)。色譜流出曲線的用途色譜流出曲線的用途進樣進樣進樣進樣1 基線基線：在色譜分析中，當(dāng)在色譜分析中，當(dāng)只有流動相通過而沒有樣品只有流動相通過

5、而沒有樣品通通過檢測器時，記錄所得到的檢測信號隨時間變化的過檢測器時，記錄所得到的檢測信號隨時間變化的曲線，應(yīng)為曲線，應(yīng)為一條直線一條直線。2 2 基線漂移基線漂移3 3 基線噪音基線噪音基線基線4 4 峰高峰高( (h h):):色譜峰頂點與基線之間的垂直距離色譜峰頂點與基線之間的垂直距離5 5 峰面積峰面積( (A A) )h信號信號進進樣樣空空氣氣峰峰色色譜譜峰峰死時間死時間(t0):指不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)，從進樣開指不被固定相吸附或溶解的物質(zhì)，從進樣開 始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時所需時間。始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時所需時間。信號信號進進樣樣t06 6 保留值保留值 死體積死體積(V0

6、)= t0 F0 ：指柱子在填充后，色譜柱管內(nèi)固定指柱子在填充后，色譜柱管內(nèi)固定相顆粒間所剩留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的相顆粒間所剩留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測器的空間的總和?？臻g以及檢測器的空間的總和。 保留時間保留時間 (tr) ：指被測組分從進樣開始到柱后出現(xiàn)濃指被測組分從進樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時所需時間。度最大值時所需時間。信號信號進樣進樣trt0 調(diào)整保留時間（調(diào)整保留時間（t r）:扣除死時間后的保留時間扣除死時間后的保留時間tr=保留時間保留時間 ( (tr) ) 死時間死時間（t0）信號信號進進樣樣trt0tr 保留體積（保留體積（V Vr r）和

7、調(diào)整保留體積（）和調(diào)整保留體積（V Vr r） 相對保留值相對保留值（r r2,12,1）: :組分組分2 2與組分與組分1 1調(diào)整保留值調(diào)整保留值之比。之比。意義：兩組分意義：兩組分熱力學(xué)平衡分配差別熱力學(xué)平衡分配差別的度量。的度量。相對保留值僅與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)。相對保留值僅與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)。定性：一定色譜條件下定性：一定色譜條件下( (柱溫），兩組分的相對保留值是柱溫），兩組分的相對保留值是常數(shù)。常數(shù)。 r r2,12,1 值大，值大，t tr r大大 r r2,12,1 值小，值小，t tr r小小數(shù)理統(tǒng)計用 來度量Gaussian 曲線的寬度。 表達方式：標(biāo)準(zhǔn)偏差 半峰寬度

8、 峰底寬度區(qū)帶寬度區(qū)帶寬度/ /區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾?標(biāo)準(zhǔn)偏差（標(biāo)準(zhǔn)偏差（ ）：0.607h0.607h處一半的峰寬。處一半的峰寬。進進樣樣0.607h2 半峰寬度（半峰寬度（W1/2 ）: :峰高一半處的峰寬度峰高一半處的峰寬度W1/2 = 2(2ln2)1/2 =2.354 進進樣樣h1/2W1/2 峰底寬度（峰底寬度（W W）: :色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點所作切線在基線色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點所作切線在基線上的截距。上的截距。 W = 4 進進樣樣Y組分保留程度的量度組分保留程度的量度: : K 值小，先出柱子值小，先出柱子 K 值大，后出柱子值大，后出柱子影響影響因因素素：K K 只與固定相和溫度有關(guān)

9、，只與固定相和溫度有關(guān)， 與兩相體積、柱管特性和所用儀器無關(guān)。與兩相體積、柱管特性和所用儀器無關(guān)。 1 分配系數(shù)和分配比分配系數(shù)和分配比分配系數(shù)：在一定溫度下組分在固定相和流動相之間分配達到平衡時的濃度比15.3 15.3 色譜法基本原理色譜法基本原理不不同同K K 值值對對兩組份分兩組份分離離的的影影響響K 值比較小值比較小溫度較高溫度較高K K 值比較大值比較大溫度較低溫度較低分配比分配比k k/ /容量因子容量因子 在一定溫度、壓力下，在固定相和流動相間達到分配平衡時，組分在兩相中的質(zhì)量比。msnn量組分在流動相中物質(zhì)的量組分在固定相中物質(zhì)的ms smM M物理意義：物理意義：k k值越

10、大值越大，說明組分在固定相中的量越多，相，說明組分在固定相中的量越多，相當(dāng)于當(dāng)于柱的容量大柱的容量大，因此又稱，因此又稱分配容量分配容量或或容量因子容量因子。影響因素：影響因素：組分及固定相熱力學(xué)性質(zhì)。組分及固定相熱力學(xué)性質(zhì)。 柱溫、柱溫、 柱壓、流動相、固定相的體積。柱壓、流動相、固定相的體積。 相比率相比率：反映各種色譜柱型特點的參數(shù)反映各種色譜柱型特點的參數(shù) 例如：填充柱，其例如：填充柱，其值一般為值一般為6 63535； 毛細管柱，其毛細管柱，其值為值為6060600600。分配系數(shù)分配系數(shù)K K與分配比與分配比k k的關(guān)系的關(guān)系 色譜理論需要解決的問題：色譜分離過程的色譜理論需要解決

11、的問題：色譜分離過程的熱力學(xué)熱力學(xué)和和動力學(xué)動力學(xué)問題。影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑，問題。影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑，柱效與分離度的評價指標(biāo)及其關(guān)系。柱效與分離度的評價指標(biāo)及其關(guān)系。組分保留時間為何不同？色譜峰為何變寬？組分保留時間為何不同？色譜峰為何變寬？組分保留時間組分保留時間：色譜過程的熱力學(xué)因素控制；：色譜過程的熱力學(xué)因素控制； （組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）（組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）色譜峰變寬色譜峰變寬：色譜過程的動力學(xué)因素控制；色譜過程的動力學(xué)因素控制； （兩相中的運動阻力，擴散）（兩相中的運動阻力，擴散）兩種色譜理論：兩種色譜理論：塔板理論和速率理論塔板理論和

12、速率理論；2 色譜理論色譜理論 塔板理論的假設(shè)：塔板理論的假設(shè)： (1 1) 在柱內(nèi)一小段在柱內(nèi)一小段H內(nèi)，分配平衡可以迅速達到內(nèi)，分配平衡可以迅速達到(2) (2) 將載氣看作成脈動（間歇）過程（將載氣看作成脈動（間歇）過程（GCGC）；）；(3) (3) 試樣沿色譜柱方向的擴散可忽略；試樣沿色譜柱方向的擴散可忽略；(4) (4) 每次分配的分配系數(shù)相同。每次分配的分配系數(shù)相同。半經(jīng)驗理論：將色譜分離過程比擬作蒸餾過程，半經(jīng)驗理論：將色譜分離過程比擬作蒸餾過程，將連續(xù)的將連續(xù)的色譜分離過程分割成多次的平衡過程的色譜分離過程分割成多次的平衡過程的重復(fù)重復(fù) （類似于蒸餾塔塔板上的平衡過程）（類似

13、于蒸餾塔塔板上的平衡過程）塔板理論塔板理論設(shè)色譜柱由設(shè)色譜柱由5塊塔板（塊塔板（n5，n為柱子的塔板數(shù)）組成，以為柱子的塔板數(shù)）組成，以r表示塔板編號，表示塔板編號，r=0，1，2，nl；某組分的分配比某組分的分配比k=1.該組分的分布可計算如下：該組分的分布可計算如下：有單位質(zhì)量，即有單位質(zhì)量，即m=1（例（例1g）的該組分加到第）的該組分加到第0號塔板上，號塔板上，分配平衡后，由于分配平衡后，由于k=1，即，即ms=mm,故故mm=ms=0.5。 H 0 1 2 3 4n=01V2V5V10V氣相氣相液相液相 色譜柱長：色譜柱長：L 虛擬的塔板間距離：虛擬的塔板間距離：H 色譜柱的理論塔板

14、數(shù)：色譜柱的理論塔板數(shù)：n則有則有 n = L / H理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系：理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系：222/1)(16)(54. 5WtWtnRR 組分在組分在t0時間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。時間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。 引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：222/1)(16)(54. 5WtWtnRR理有效有效有效nLHWtWtnRR222/1)(16)(54. 5有效塔板數(shù)和有效塔板高度有效塔板數(shù)和有效塔板高度塔板理論描述了組分在柱內(nèi)的分配平衡和分離過程塔板理論描述了組分在柱內(nèi)的分配平衡和分離過程導(dǎo)出流出曲線的數(shù)學(xué)模型導(dǎo)出流出曲線的數(shù)學(xué)模型解釋了流出曲線形狀和

15、位置解釋了流出曲線形狀和位置提出了計算和評價柱效的參數(shù)提出了計算和評價柱效的參數(shù)( (n n 或或H)H) 塔板理論實際指導(dǎo)意義塔板理論實際指導(dǎo)意義(1)(1)柱效不能表示被分離組分的實際分離效果柱效不能表示被分離組分的實際分離效果，當(dāng)兩組分，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)的分配系數(shù)K K相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。法分離。(3)(3)塔板理論塔板理論無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實驗結(jié)果效不同的實驗結(jié)果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。效的途徑。(2)

16、(2)塔板理論的塔板理論的某些假定某些假定和色譜柱內(nèi)的和色譜柱內(nèi)的實際分離過程不相實際分離過程不相符合符合塔板理論的不足塔板理論的不足1. 1. 速率方程（也稱范第姆特方程式）速率方程（也稱范第姆特方程式） H = A + B/u + Cu H：理論塔板高度，：理論塔板高度， u：載氣的線速度：載氣的線速度(cm/s) 減小減小A、B、C三項可提高柱效；三項可提高柱效； 存在著最佳流速；存在著最佳流速； A、B、C三項各與哪些因素有關(guān)？三項各與哪些因素有關(guān)？速率理論速率理論A渦流擴散項渦流擴散項 A = 2dp dp：固定相的平均顆粒直徑：固定相的平均顆粒直徑：固定相的填充不均勻因子：固定相的

17、填充不均勻因子 固定相固定相顆粒越小顆粒越小dp，填充的，填充的越均勻越均勻，A，H，柱效柱效。表現(xiàn)在渦流擴散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)。表現(xiàn)在渦流擴散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，象減輕，色譜峰較窄色譜峰較窄。空心毛細管柱，不存在渦流擴散，空心毛細管柱，不存在渦流擴散，A=0A=0A渦流擴散項渦流擴散項B/u 分子擴散項分子擴散項B/u 分子擴散項分子擴散項 (1) 存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴散存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴散; (2) 擴散導(dǎo)致色譜峰變寬，擴散導(dǎo)致色譜峰變寬，H(n)，分離變差，分離變差; (3) 與流速有關(guān)，流速與流速有關(guān)，流速，滯留時間，滯留時間，擴散，擴散; (4) 擴散系數(shù)：擴散系

18、數(shù)：Dg (M載氣載氣)-1/2 ； M載氣載氣，B值值。 B = 2Dg ：彎曲因子：彎曲因子 Dg：試樣組分分子在流動相中的擴散系數(shù)：試樣組分分子在流動相中的擴散系數(shù)C u 傳質(zhì)阻力項傳質(zhì)阻力項氣相傳質(zhì)過程：氣相傳質(zhì)過程：指試樣組分從氣相移動到固定相表面的過程。這一過程中試樣組分將在兩相間進行質(zhì)量交換，即進行濃度分配。有的分子還來不及進入兩相界面，就被氣相帶走；有的則進入兩相界面又來不及返回氣相。這樣，使得試樣在兩相界面上不能瞬間達到分配平衡，引起滯后現(xiàn)象，從而使色譜峰變寬。氣相氣相液相液相載氣載氣氣相傳質(zhì)阻力與填充物氣相傳質(zhì)阻力與填充物粒度平方成正比粒度平方成正比、 與組分在載氣流中的與

19、組分在載氣流中的擴散系數(shù)成反比擴散系數(shù)成反比。意義：用意義：用粒度小的填充物粒度小的填充物, ,相對分子質(zhì)量小的氣體相對分子質(zhì)量小的氣體（如氫（如氫氣）做載氣，氣）做載氣，C Cg g減小，提高柱效。減小，提高柱效。對于填充柱，氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)對于填充柱，氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg液相傳質(zhì)阻力系數(shù)液相傳質(zhì)阻力系數(shù)C C1 1固定相的液膜厚度df薄，組分在液相的擴散系數(shù)D1大，則液相傳質(zhì)阻力就小。液膜厚度：液膜厚度：降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但k k值隨之變小，又會使值隨之變小，又會使C C1 1增大。當(dāng)固定液含量一增大。當(dāng)固定液含量一定時，定時，液膜厚

20、度隨載體的比表面積增加而降低液膜厚度隨載體的比表面積增加而降低，因此，一般采用因此，一般采用比表面積較大的載體比表面積較大的載體來降低液來降低液膜厚度，但比表面太大，由于吸附造成拖尾峰，膜厚度，但比表面太大，由于吸附造成拖尾峰，也不利分離。也不利分離。柱柱 溫：溫： 雖然雖然提高柱溫可增大提高柱溫可增大D Dl l，但會使，但會使k k值減小值減小，為了保持適當(dāng)?shù)臑榱吮３诌m當(dāng)?shù)腃 Cl l值，應(yīng)控制適宜的柱溫。值，應(yīng)控制適宜的柱溫。 減小擔(dān)體粒度減小擔(dān)體粒度，選擇，選擇小分子量的氣體作載氣小分子量的氣體作載氣，選擇，選擇比表面比表面積較大的液膜載體積較大的液膜載體，可降低傳質(zhì)阻力。，可降低傳質(zhì)

21、阻力。 傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力CL即：即： C =（Cg + CL）gpgDdkkC22)1 (01. 0lfLDdkkC22)1 (32 k為容量因子；為容量因子； Dg 、DL為擴散系數(shù)。為擴散系數(shù)。溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)氣相色譜結(jié)構(gòu)氣相色譜結(jié)構(gòu)氣相色譜儀由五大系統(tǒng)組成：氣相色譜儀由五大系統(tǒng)組成：選選 擇擇 原原 則：柱效、分析對象、檢測器。則：柱效、分析對象、檢測器。要要 求：求：氣密、流速穩(wěn)定、流量準(zhǔn)氣密、流速穩(wěn)定、流量準(zhǔn) 載氣載氣要求化學(xué)惰性，不與有關(guān)物質(zhì)反應(yīng)要求化學(xué)惰性，不與有關(guān)物質(zhì)反應(yīng)載載 氣氣 種種 類：類：氦氣、氫氣、氮氣。

22、氦氣、氫氣、氮氣。載氣的控制：載氣的控制：鋼瓶鋼瓶 減壓閥減壓閥 穩(wěn)壓閥穩(wěn)壓閥 穩(wěn)流閥穩(wěn)流閥 載氣流速的測量與校正載氣流速的測量與校正載氣選擇載氣選擇進樣裝置進樣裝置+ +氣化室氣化室進樣系統(tǒng)作用：定量引入樣品；進樣系統(tǒng)作用：定量引入樣品；加熱氣化，轉(zhuǎn)入柱內(nèi)加熱氣化，轉(zhuǎn)入柱內(nèi)進樣器：進樣器： 微量注射器微量注射器。 氣體進樣器用六通閥氣體進樣器用六通閥進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)色譜柱的作用：分離混合組分色譜柱的作用：分離混合組分分離柱種類：填充柱和毛細管柱。分離柱種類：填充柱和毛細管柱。構(gòu)構(gòu) 成：色譜柱成：色譜柱=固定相：擔(dān)體固定相：擔(dān)體/載體載體+固定液固定液分離系統(tǒng)分離系統(tǒng)-色譜柱色譜柱填充柱截面填

23、充柱截面毛細管柱截毛細管柱截面面氣氣-液色譜固定相液色譜固定相 固定液固定液 + 載體載體/擔(dān)體擔(dān)體1. 載體載體/擔(dān)體擔(dān)體 載體的作用載體的作用: 具有具有較大惰性表面積承載液膜。較大惰性表面積承載液膜。 載體的要求載體的要求: 比表面大比表面大; 粒度均勻，篩分范圍要窄粒度均勻，篩分范圍要窄; 機械強度好機械強度好 化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性好化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性好固定相及其選擇固定相及其選擇載體分類：載體分類： 紅色硅藻土：紅色硅藻土：201紅色擔(dān)體紅色擔(dān)體 白色硅藻土：白色硅藻土： 101白色擔(dān)體白色擔(dān)體 非硅藻土類：非硅藻土類： 玻璃微珠、氟載體等玻璃微珠、氟載體等2. 固定液的要求固定液

24、的要求熱穩(wěn)定性好熱穩(wěn)定性好蒸氣壓低蒸氣壓低粘度要低粘度要低；分配系數(shù)要適當(dāng)，組分選擇性要高；分配系數(shù)要適當(dāng)，組分選擇性要高；化學(xué)穩(wěn)定性要好化學(xué)穩(wěn)定性要好載氣與組分分子的作用：載氣與組分分子的作用：載氣惰性，組分在氣相中濃度很低，組分分子間作用載氣惰性，組分在氣相中濃度很低，組分分子間作用力很小，力很小，可忽略可忽略。組分與固定液分子間的作用：組分與固定液分子間的作用： 此作用力反映了組分在固定液中的熱力學(xué)性質(zhì)。作用此作用力反映了組分在固定液中的熱力學(xué)性質(zhì)。作用力大的組分，由于溶解度大，分配系數(shù)大。力大的組分，由于溶解度大，分配系數(shù)大。作用力形式：定向力、誘導(dǎo)力、色散力、氫鍵作用力；作用力形式：

25、定向力、誘導(dǎo)力、色散力、氫鍵作用力；形成化合物或絡(luò)合物的鍵合力。形成化合物或絡(luò)合物的鍵合力。2) 2) 固定液與組分分子間的作用固定液與組分分子間的作用3 3）固定液的分類）固定液的分類 固定液的極性固定液的極性 化學(xué)類型化學(xué)類型(1) (1) 按按固定液的極性分類固定液的極性分類固定液的特性：極性或選擇性，固定液的特性：極性或選擇性，作用：描述和區(qū)別固定液的分離特征。作用：描述和區(qū)別固定液的分離特征。表示：表示：相對極性相對極性 固定液特征常數(shù)固定液特征常數(shù)4）固定液的選擇：相似相溶）固定液的選擇：相似相溶出峰順序出峰順序（i）分離非極性物質(zhì)：）分離非極性物質(zhì)：用非極性固定液，試樣中各組分用

26、非極性固定液，試樣中各組分按沸點次序流出，沸點低的先流出，沸點高的后流按沸點次序流出，沸點低的先流出，沸點高的后流出。出。（ii）分離極性物質(zhì)：）分離極性物質(zhì)：用極性固定液，試樣中各組分按用極性固定液，試樣中各組分按極性次序分離，極性小的先流出。極性大的后流出。極性次序分離，極性小的先流出。極性大的后流出。（iii）分離非極性和極性混合物：）分離非極性和極性混合物：選用極性固定液，非極選用極性固定液，非極性組分先流出，極性組分后流出。性組分先流出，極性組分后流出。（vi）分離能形成氫鍵的試樣：）分離能形成氫鍵的試樣：用極性或氫鍵型固定液。試樣中各組分按與固定液分子間形成氫鍵能力大小先后流出，不

27、易形成氫鍵的先流出，最易形成氫鍵的最后流出。（v）復(fù)雜的難分離物質(zhì)：）復(fù)雜的難分離物質(zhì)：用兩種或兩種以上混合固定液。4 色譜分離條件的選擇色譜分離條件的選擇 塔板理論和速率理論都塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對的實際分離程度難以描述難分離物質(zhì)對的實際分離程度。即即柱效為多大時，相鄰兩組份能夠被完全分離柱效為多大時，相鄰兩組份能夠被完全分離。 難分離物質(zhì)對的分離度大小受色譜過程中兩種因素的綜合影響難分離物質(zhì)對的分離度大小受色譜過程中兩種因素的綜合影響： 保留值之差保留值之差色譜過程的熱力學(xué)因素；色譜過程的熱力學(xué)因素； 區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾壬V過程的動力學(xué)因素。色譜過程的動力學(xué)因素。 色譜分離

28、中的四種情況如圖所示：色譜分離中的四種情況如圖所示： 色譜分離中的四種情況的討論：色譜分離中的四種情況的討論： 柱效較高，柱效較高，K(分配系數(shù)分配系數(shù))較大較大,完全分離；完全分離； K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；柱效較低，柱效較低，K較大，但分離的不好；較大，但分離的不好； K小，小，柱效低，分離效果更差。柱效低，分離效果更差。R=0.8：兩峰的分離程度可達：兩峰的分離程度可達89%；R=1：分離程度：分離程度98%；R=1.5：達：達99.7%（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。12)1()2()(2WWtt

29、RRR令令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相鄰兩峰的峰底寬近似相等（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），），引入相對引入相對保留值和塔板數(shù)，可導(dǎo)出下式：保留值和塔板數(shù)，可導(dǎo)出下式：有效有效HaaRLaaRn2222)1(16)1(16)1(4effnR1. 柱長的選擇柱長的選擇 柱長的影響：柱長的影響：L，n ，W ，t 。 L ，R也不一定高。也不一定高。方法：選擇一根極性適宜，任意長度的色譜柱，測定兩組方法：選擇一根極性適宜，任意長度的色譜柱，測定兩組分的分離度，然后根據(jù)基本色譜分離方程式，確定分的分離度，然后根據(jù)基本色譜分離方程式，確定柱長是否適宜。柱長是否適宜。分離操作條件的選擇例在一根例在一根

30、1m1m長的色譜柱上測得兩組分的分離度為長的色譜柱上測得兩組分的分離度為0.68,0.68,要使它們完全分離要使它們完全分離 (R=1.5), (R=1.5), 則柱長應(yīng)為多少？則柱長應(yīng)為多少？解：根據(jù)根據(jù)分離度方程式，解：根據(jù)根據(jù)分離度方程式，在其它操作條件不變的條件下，色譜柱長要選擇在其它操作條件不變的條件下，色譜柱長要選擇5m5m左右才能左右才能使分離度達到使分離度達到R=1.5, R=1.5, 組分達到完全分離。組分達到完全分離。2121221)(LLnnRRmmmRRLL587.4)68.05 .1(1)(221212載氣流速高載氣流速高時：時： 傳質(zhì)阻力項是影響柱效的傳質(zhì)阻力項是影

31、響柱效的主要因素，主要因素，流速流速 ，柱效，柱效 。載氣流速低載氣流速低時：時： 分子擴散項成為影響柱效分子擴散項成為影響柱效的主要因素，的主要因素，流速流速 , ,柱效柱效 。H - u曲線與最佳流速：曲線與最佳流速： 以塔板高度以塔板高度H對應(yīng)載氣流速對應(yīng)載氣流速u作圖，曲線最低點的流作圖，曲線最低點的流速即為最佳流速。速即為最佳流速。作用：影響色譜柱的選擇分離和分析速度作用：影響色譜柱的選擇分離和分析速度柱溫：柱溫：影響分離的最重要的因素影響分離的最重要的因素。 依據(jù)依據(jù): 樣品待測物沸點樣品待測物沸點 對分離的要求。對分離的要求。原則原則: 柱溫通常要等于或略高于樣品的平均沸點柱溫通

32、常要等于或略高于樣品的平均沸點(分析時分析時間間20-30min)； 對寬沸程的樣品應(yīng)用程序升溫方法對寬沸程的樣品應(yīng)用程序升溫方法。 3 3 柱溫的選擇柱溫的選擇溫度控制方式：恒溫和程序升溫溫度控制方式：恒溫和程序升溫程序升溫程序升溫:色譜柱的色譜柱的溫度溫度按照組分沸程設(shè)置的程序連續(xù)地按照組分沸程設(shè)置的程序連續(xù)地隨時間線性或非線性逐漸升高隨時間線性或非線性逐漸升高，使柱溫與組分，使柱溫與組分的沸點相互對應(yīng)，以使低沸點組分和高沸點組的沸點相互對應(yīng)，以使低沸點組分和高沸點組分在色譜柱中都有適宜的保留、色譜峰分布均分在色譜柱中都有適宜的保留、色譜峰分布均勻且峰形對稱。勻且峰形對稱。保留溫度保留溫度

33、:在程序升溫中，某一組份的濃度極大值流出色在程序升溫中，某一組份的濃度極大值流出色譜柱時的柱溫，為該組分的保留溫度。譜柱時的柱溫，為該組分的保留溫度。 檢測組分的存在，并將組分的量定量地轉(zhuǎn)換為電信號，加以放大。1. 1. 熱導(dǎo)檢測器熱導(dǎo)檢測器( (TCDTCD););2. 2. 氫火焰離子化檢測器氫火焰離子化檢測器( (FIDFID) )3. 3. 電子捕獲檢測器電子捕獲檢測器( (ECDECD) )4. 4. 火焰光度檢測器火焰光度檢測器( (FPDFPD) )6 6 檢測器檢測器類型：類型：（l l）濃度型檢測器）濃度型檢測器: : （2 2）質(zhì)量型檢測器）質(zhì)量型檢測器: :測量的是載氣中

34、某組分濃度瞬間的測量的是載氣中某組分濃度瞬間的變化，即檢測器的響應(yīng)值和組分的變化，即檢測器的響應(yīng)值和組分的濃度成正比。濃度成正比。TCD和和ECD。測量的是載氣中某組分進入檢測器測量的是載氣中某組分進入檢測器的速度變化，即檢測器的響應(yīng)值和的速度變化，即檢測器的響應(yīng)值和單位時間內(nèi)進入檢測器某組分的量單位時間內(nèi)進入檢測器某組分的量成正比。成正比。FID和和FPD（1）原理：根據(jù)不同的物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)、）原理：根據(jù)不同的物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)、 組分組分與載氣導(dǎo)熱率的差異進行檢測與載氣導(dǎo)熱率的差異進行檢測（2）熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)：）熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)：池體和熱敏元件池體和熱敏元件構(gòu)成，四根金屬絲組成的構(gòu)成

35、，四根金屬絲組成的四臂熱導(dǎo)池四臂熱導(dǎo)池,二二臂為參比臂，另二臂為測量臂，將參比臂和測量臂接入臂為參比臂，另二臂為測量臂，將參比臂和測量臂接入惠惠斯頓電橋斯頓電橋，由恒定的電流加熱組成熱導(dǎo)池測量線路。，由恒定的電流加熱組成熱導(dǎo)池測量線路。1. 1. 熱導(dǎo)檢測器熱導(dǎo)檢測器（TCD）熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)特點：特點：TCDTCD結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，幾乎對所有物質(zhì)都有響幾乎對所有物質(zhì)都有響應(yīng)，通用性好應(yīng)，通用性好，而且線性范圍寬，價格便宜。，而且線性范圍寬，價格便宜。 缺點是靈敏度較低。缺點是靈敏度較低。適用范圍：適用范圍：與載氣導(dǎo)熱率不同的可氣化物質(zhì)與載氣導(dǎo)熱率不同的可氣化物質(zhì)

36、2.火焰離子化檢測器（火焰離子化檢測器（FID）（1）原理：）原理： 以氫氣和空氣燃燒的以氫氣和空氣燃燒的火焰作為能源火焰作為能源，利用，利用含含碳有機物在火焰中燃燒產(chǎn)生離子碳有機物在火焰中燃燒產(chǎn)生離子，在外加的，在外加的電場作用下，使離子形成離子流，根據(jù)離子電場作用下，使離子形成離子流，根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號強度，檢測被色譜柱分離出流產(chǎn)生的電信號強度，檢測被色譜柱分離出的組分。的組分。 C6H6裂解6CH3O2+6CH+ 6e6CHO+6CHO+6H2O6CO +6H3O+火焰離子化機理火焰離子化機理 可能是一個化學(xué)電離過程。有機物在火焰中先形成自可能是一個化學(xué)電離過程。有機物在火焰中先形成

37、自由基，然后與氧產(chǎn)生正離子，再同水反應(yīng)生成由基，然后與氧產(chǎn)生正離子，再同水反應(yīng)生成H H3 30 0+ +離子。離子。 如苯，在氫火焰中的化學(xué)電離反應(yīng)如下：如苯，在氫火焰中的化學(xué)電離反應(yīng)如下：含碳有機化合物在氫火焰含碳有機化合物在氫火焰中燃燒產(chǎn)生正離子，收集中燃燒產(chǎn)生正離子，收集這些離子并加以放大，得這些離子并加以放大，得到代表組分的電流。到代表組分的電流。接柱子接柱子（2）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)特特 點：點：靈敏度很高，比熱導(dǎo)檢測器的靈敏度高約靈敏度很高，比熱導(dǎo)檢測器的靈敏度高約10103 3倍；倍；檢出限低檢出限低，可達，可達1010-12-12g gS S-1-1；死體積小，響應(yīng)速度快，線性范圍也寬

38、，可達死體積小，響應(yīng)速度快，線性范圍也寬，可達10106 6結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，操作簡單；結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，操作簡單；適用范圍：大多數(shù)含碳有機化合物適用范圍：大多數(shù)含碳有機化合物。 不能檢測永久性氣體、不能檢測永久性氣體、H2O, CO2, SO2, NOx、硫化氫硫化氫3.3.電子捕獲檢測器電子捕獲檢測器(ECD)-(ECD)-選擇性的檢測器選擇性的檢測器(1)(1)適用范圍：適用范圍：電負性物質(zhì)（如含鹵素、硫、磷、氰等）電負性物質(zhì)（如含鹵素、硫、磷、氰等）（檢出限約（檢出限約1O1O-14-14g gcmcm-3-3）。）。 較多應(yīng)用于農(nóng)副產(chǎn)品、食品及環(huán)境中較多應(yīng)用于農(nóng)副產(chǎn)品、食品及環(huán)境中農(nóng)藥農(nóng)藥殘留量

39、殘留量的測定。的測定。(2)(2)缺缺 點：點：線性范圍窄線性范圍窄，只有，只有10103 3左右，且響應(yīng)易受左右，且響應(yīng)易受操作條件的影響，操作條件的影響，重現(xiàn)性較差重現(xiàn)性較差 對大多數(shù)烴類沒有響應(yīng)。(3)(3)電于捕獲檢測器的結(jié)構(gòu)與工作原理電于捕獲檢測器的結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)：兩個電極（不銹鋼棒作正極，在兩極施加直流或脈結(jié)構(gòu)：兩個電極（不銹鋼棒作正極，在兩極施加直流或脈沖電壓）沖電壓） 筒狀的筒狀的放射源（貼在陰極壁上）放射源（貼在陰極壁上）原理：一個能源和一個電場。能源多數(shù)用原理：一個能源和一個電場。能源多數(shù)用6363NiNi或或3 3H H放射源放射源，放射源的，放射源的射線將載氣（射線

40、將載氣（N N2 2或或ArAr）電離，產(chǎn)生次）電離，產(chǎn)生次級電子和正離子，在電場作用下，電子向正極方向級電子和正離子，在電場作用下，電子向正極方向移動，形成恒定基流。移動，形成恒定基流。載氣載氣載氣載氣放射源放射源電極電極放大器放大器記錄器記錄器池體池體當(dāng)載氣帶有電負性溶質(zhì)進入檢測器時，電負性溶質(zhì)就當(dāng)載氣帶有電負性溶質(zhì)進入檢測器時，電負性溶質(zhì)就能捕獲這些低能量的自由電子，形成穩(wěn)定的負離子，能捕獲這些低能量的自由電子，形成穩(wěn)定的負離子，負離子再與載氣正離于復(fù)合成中性化合物，使基流降負離子再與載氣正離于復(fù)合成中性化合物，使基流降低而產(chǎn)生負信號低而產(chǎn)生負信號倒峰倒峰 。捕獲機理可用以下反應(yīng)式表示：

41、捕獲機理可用以下反應(yīng)式表示：N2N2+ + eAB+ eAB-+ EAB-+ N2+N2+ A B4. 4. 火焰光度檢測器火焰光度檢測器(FPD)-(FPD)-質(zhì)量型檢測器質(zhì)量型檢測器（1 1）適用范圍：）適用范圍：含磷、硫有機化合物含磷、硫有機化合物 檢出限：檢出限：1010-12-12g gS S-1-1（P P）或）或1010-11-11g gS S-11-11（S S）（2 2）火焰光度檢測器的結(jié)構(gòu)）火焰光度檢測器的結(jié)構(gòu)（3 ） 火焰光度檢測器的工作原理火焰光度檢測器的工作原理 化合物中硫、磷在富氫火焰中被還原，激發(fā)后，輻射出化合物中硫、磷在富氫火焰中被還原，激發(fā)后，輻射出400、5

42、50 nm 左右的光譜，可被檢測；左右的光譜，可被檢測；（4）主要影響因素）主要影響因素 流速比；流速比； 硫的響應(yīng)受溫度影響大。硫的響應(yīng)受溫度影響大。1 1 用已知純物質(zhì)對照定性用已知純物質(zhì)對照定性 在一定操作條件下，各組分的保留時間是定值。在一定操作條件下，各組分的保留時間是定值。1）分別以試樣和標(biāo)準(zhǔn)物進樣分析）分別以試樣和標(biāo)準(zhǔn)物進樣分析各自色譜圖各自色譜圖2）對照：如果試樣中某峰的保留時間和標(biāo)樣中某峰重合，）對照：如果試樣中某峰的保留時間和標(biāo)樣中某峰重合，則可初步確定試樣中含有該物質(zhì)。則可初步確定試樣中含有該物質(zhì)。3）在樣品中加入標(biāo)準(zhǔn)物，看試樣中哪個峰增加）在樣品中加入標(biāo)準(zhǔn)物，看試樣中哪

43、個峰增加 來確定未來確定未知物中成分。知物中成分。色譜法定性分析色譜法定性分析: :保留值，標(biāo)準(zhǔn)樣品保留值，標(biāo)準(zhǔn)樣品1.甲醇甲醇2.乙醇乙醇3.正丙醇正丙醇4.正丁醇正丁醇5.正戊醇正戊醇2 2 用經(jīng)驗規(guī)律和文獻值進行定性分析用經(jīng)驗規(guī)律和文獻值進行定性分析當(dāng)沒有待測組分的純標(biāo)準(zhǔn)樣時，可用當(dāng)沒有待測組分的純標(biāo)準(zhǔn)樣時，可用文獻值定性文獻值定性，或用氣，或用氣相色譜中的相色譜中的經(jīng)驗規(guī)律經(jīng)驗規(guī)律定性。定性。1） 碳數(shù)規(guī)律碳數(shù)規(guī)律 在一定溫度下，在一定溫度下，同系物同系物的調(diào)整保留時間的的調(diào)整保留時間的對數(shù)與分子中碳原子數(shù)成對數(shù)與分子中碳原子數(shù)成線性關(guān)系線性關(guān)系，如果知道某一同系物中兩個或更多組分的調(diào)

44、整保留值，則如果知道某一同系物中兩個或更多組分的調(diào)整保留值，則可根據(jù)上式推知同系物中其它組分的調(diào)整保留值?？筛鶕?jù)上式推知同系物中其它組分的調(diào)整保留值。2） 沸點規(guī)律沸點規(guī)律 同族具有相同碳數(shù)碳鏈的異構(gòu)體化合物，同族具有相同碳數(shù)碳鏈的異構(gòu)體化合物，其調(diào)整保留時間的對數(shù)和它們的沸點呈線性關(guān)系，即其調(diào)整保留時間的對數(shù)和它們的沸點呈線性關(guān)系，即根據(jù)同族同數(shù)碳鏈異構(gòu)體中幾個已知組分的調(diào)整保留時間根據(jù)同族同數(shù)碳鏈異構(gòu)體中幾個已知組分的調(diào)整保留時間的對數(shù)值，可求得同族中具有相同碳數(shù)的其他異構(gòu)體的調(diào)的對數(shù)值，可求得同族中具有相同碳數(shù)的其他異構(gòu)體的調(diào)整保留時間。整保留時間。利用相對保留值定性比用保留值定性更為方

45、便、可靠。利用相對保留值定性比用保留值定性更為方便、可靠。在用在用保留值定性保留值定性時，必須使時，必須使兩次分析條件完全一致兩次分析條件完全一致。而用而用相對保留值定性相對保留值定性時，只要保持時，只要保持柱溫不變柱溫不變即可。即可。這種方法要求找一個這種方法要求找一個基準(zhǔn)物質(zhì)基準(zhǔn)物質(zhì)，一般選用苯、正丁烷、環(huán)，一般選用苯、正丁烷、環(huán)己烷等作為基準(zhǔn)物。所選用的基準(zhǔn)物的保留值盡量接近待己烷等作為基準(zhǔn)物。所選用的基準(zhǔn)物的保留值盡量接近待測樣品組分的保留值。測樣品組分的保留值。 保留指數(shù)又稱保留指數(shù)又稱Kovasts指數(shù)，根據(jù)所用固定相和柱溫直接指數(shù)，根據(jù)所用固定相和柱溫直接與文獻值對照，而與文獻值

46、對照，而不需標(biāo)準(zhǔn)樣品。不需標(biāo)準(zhǔn)樣品。保留指數(shù)保留指數(shù): 人為規(guī)定正構(gòu)烷烴的保留指數(shù)為其碳數(shù)乘人為規(guī)定正構(gòu)烷烴的保留指數(shù)為其碳數(shù)乘100, 如正己烷和正辛烷的保留指數(shù)分別為如正己烷和正辛烷的保留指數(shù)分別為600和和800。其他物質(zhì)的保留指數(shù)，采用兩個相鄰正構(gòu)烷烴其他物質(zhì)的保留指數(shù)，采用兩個相鄰正構(gòu)烷烴保留指數(shù)進行標(biāo)定。保留指數(shù)進行標(biāo)定。4 4 根據(jù)保留指數(shù)定性根據(jù)保留指數(shù)定性 5 5 雙柱、多柱定性雙柱、多柱定性 對于復(fù)雜樣品的分析，利用雙柱或多柱法更有效、可靠，使對于復(fù)雜樣品的分析，利用雙柱或多柱法更有效、可靠，使原來一根柱子上可能出現(xiàn)相同保留值的兩種組分，在另一柱上就原來一根柱子上可能出現(xiàn)相

47、同保留值的兩種組分，在另一柱上就有可能出現(xiàn)不同的保留值。有可能出現(xiàn)不同的保留值。 6 6 利用檢測器的選擇性定性利用檢測器的選擇性定性7 7 與其他方法結(jié)合與其他方法結(jié)合 氣相色譜與質(zhì)譜、氣相色譜與質(zhì)譜、FourierFourier紅外光譜、發(fā)射光譜等儀器聯(lián)用紅外光譜、發(fā)射光譜等儀器聯(lián)用是目前解決復(fù)雜樣品定性分析最有效工具之一。是目前解決復(fù)雜樣品定性分析最有效工具之一。氣相色譜定量分析氣相色譜定量分析 GC GC 分析是根據(jù)檢測器對待測物的分析是根據(jù)檢測器對待測物的響應(yīng)響應(yīng)（峰高或峰面積）（峰高或峰面積）與待測物的與待測物的量成正比量成正比的原理進行定量的。的原理進行定量的。通過色譜圖上通過色

48、譜圖上的面積或峰高，計算樣品中溶質(zhì)的含量。的面積或峰高，計算樣品中溶質(zhì)的含量。峰面積測量方法 峰面積: （l）對稱形峰面積的測量峰高乘半峰寬法 （2）不對稱峰面積的測量一峰高乘平均峰寬法 一個混合物中有2種組分，量大小是w1, w2, 由氣相測的信號分別是S1，S2 ，如果w1=w2, 那么S1 S2 如果A1=A2 ， w1 w2, 定量校正因子定量校正因子 由于檢測器對不同物質(zhì)的響應(yīng)不同，因而由于檢測器對不同物質(zhì)的響應(yīng)不同，因而兩個相同的峰面兩個相同的峰面積并不一定說明兩個物質(zhì)的量相等積并不一定說明兩個物質(zhì)的量相等！因此，在計算組！因此，在計算組分的量時，必須將峰面積分的量時，必須將峰面積 A A 進行進行“校正校正”。 原理：峰面積與組分的量成正比關(guān)系。但是原理：峰面積與組分的量成正比關(guān)系。但是 同一檢測器，不同物質(zhì)具有不同的響應(yīng)值。同一檢測器，不同物質(zhì)具有不同的響應(yīng)值。在計算時需將面積乘上一個換算系數(shù)