氣相色譜法的基本知識(shí)和應(yīng)用

1、第一講第一講氣相色譜法的基本知識(shí)及應(yīng)用氣相色譜法的基本知識(shí)及應(yīng)用本講主要學(xué)習(xí)氣相色譜的基本理論以及氣相色譜儀器和氣相色譜的基本應(yīng)用。一、 基本概念、分類及公式1、色譜法的定義及發(fā)展色譜法是一種分離方法，它利用物質(zhì)在兩相中分配系數(shù)的微小差異進(jìn)行分離。當(dāng)兩相做相對(duì)移動(dòng)時(shí)，使被測物質(zhì)在兩相之間進(jìn)行多次分配，這樣原來的微小差異產(chǎn)生了很大的效果，使各組分分離，以達(dá)到分離分析及測定一些物理化學(xué)常數(shù)的目的。例如，苯加氫生成環(huán)己烷的反應(yīng)，由于苯和環(huán)己烷的沸點(diǎn)只相差0.6 oC，一般的蒸餾方法很難分離，所以采用萃取蒸餾的方法分離。而用填充柱氣相色譜法，半米長的丁二酸乙二醇聚酯固定相填充柱上，二者可以實(shí)現(xiàn)很好的分

2、離，因?yàn)樗麄冊(cè)谶@種固定相上的分配系數(shù)差異較大，即使用其他的固定相，只要延長色譜柱的長度，也能夠?qū)崿F(xiàn)很好的分離。如何理解色譜法(Gas Chromatography )主要有2點(diǎn)：一是要 有兩相，二是要有差異。兩相：固定相和流動(dòng)相具體到氣相色譜：固定相就是色譜柱(column)，流動(dòng)相就是氣體或者稱為載氣(carrier gas )。差異就是指分配系數(shù)的差異。Gas Chromatography 下面可以用一個(gè)比較粗糙的例子來幫助理解色譜法。Gas Chromatography：海底的通道就如同色譜柱一樣，只對(duì)興趣的人有保留作用，這樣達(dá)到選擇性質(zhì)保留溶質(zhì)的效果，而保留差別的大小決定了分離的基礎(chǔ)。

3、換作另外一個(gè)通道，比如是植物類的，例如花，那么又對(duì)另外一類人又吸引力，那么在海底通道上沒有差別的人群也許在這個(gè)花的通道上能夠看出差別，總之，只要他們之間有差別，總能夠找到這個(gè)差別把他們區(qū)分開。色譜法發(fā)展的歷史：1906年俄國植物學(xué)家Tswett命名自己發(fā)明的分離植物色素的新方法為色譜法。因?yàn)樗⒉皇且粋€(gè)著名的學(xué)者，因此他發(fā)表出來的文章并沒有得到重視。1931年，德國的Kuhn和Lederer重復(fù)了Tswett的實(shí)驗(yàn)，得到很好的結(jié)果，色譜法因此得到很大的推廣。1940年，Martin和Synge提出了液液分配色譜法，又把塔板的 概念引入色譜法中，初步建立了塔板理論。1941年，他們提出了用氣體代

4、替流體做流動(dòng)相的可能性，在他們發(fā)展了完整的氣液色譜法之后，他們得了1952年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。隨后，1957年Golay開展了開管柱氣相色譜。上個(gè)世紀(jì)六十年代末把高壓泵和鍵合相固定相結(jié)合，出現(xiàn)了高效液相色譜。接著，出現(xiàn)了色譜法和其他檢測技術(shù)的聯(lián)用，例如GC-MS、GC-IR等。上個(gè)世紀(jì)八十年代，毛細(xì)管電泳出現(xiàn)，此后得到長足的發(fā)展，并不斷出現(xiàn)新的模式，一直成為研究的熱點(diǎn)。2、色譜法的分類a、按兩相物理狀態(tài)分類流動(dòng)相為氣體：固定相為固體Gas solid Chromatography 固定相為液體Gas-liquid Chromatography流動(dòng)相為液體：固定相為固體Liquid-solid C

5、hromatography 固定相為液體Liquid-liquid Chromatography流動(dòng)相為超臨界流體：Supercritical Fluid Chromatographyb、按分離原理分類吸附色譜（adsorption chromatography)分配色譜 (partition chromatography)離子交換色譜(ion-exchange chromatography)凝膠色譜(gel chromatography)絡(luò)合色譜(complexation chromatography)親和色譜(affinity chromatography)c、按色譜動(dòng)力學(xué)過程分類淋洗法(

6、elution method)流動(dòng)相與固定相的結(jié)合比樣品與固定相的結(jié)合弱分為等度淋洗和梯度淋洗。是目前色譜方法總最普遍的方法。置換法(displacement method)流動(dòng)相與固定相的結(jié)合比樣品與固定相的結(jié)合強(qiáng)前沿法(frontal method）樣品本身就是流動(dòng)相，固定相上吸附或者溶解力最弱的最先流出，后面的就是混合物了。d、按固定相形式分類平板色譜：薄層色譜，紙色譜柱色譜：填充柱GC，高效液相色譜3、基本參數(shù)及公式色譜圖：若干物質(zhì)的流出曲線，即在不同時(shí)間上的濃度或者響應(yīng)的大小。保留時(shí)間 retention time（tR）：樣品注入到色譜峰頂出現(xiàn)的時(shí)間。保留體積retention v

7、olume（VR）：從注射樣品到色譜峰值出現(xiàn)時(shí)，通過色譜系統(tǒng)的流動(dòng)相的體積。一般可以用保留時(shí)間乘流動(dòng)相線速度得到。死時(shí)間 dead time（tM）：不被保留的樣品通過色譜柱的時(shí)間。調(diào)整保留時(shí)間 adjusted retention time（tR）：保留時(shí)間減去死時(shí)間等于調(diào)整保留時(shí)間。色譜峰底寬W ：由色譜峰的兩邊拐點(diǎn)做切線，與基線交點(diǎn)的距離。半峰高寬度W ：色譜峰高一半處的峰寬。也稱為色譜峰半高寬度。理論塔板數(shù)和有效塔板數(shù) 理論塔板數(shù)和有效塔板數(shù)的區(qū)別是用保留值和調(diào)整保留值的關(guān)系，由于死體積中的保留時(shí)間與分配平衡無關(guān)，因此有效塔板數(shù)描述的更加準(zhǔn)確一些。221254. 516WtWtNeff

8、RRNeffLHeff 221254. 516WtWtNRR2221 RMRRRtttttNeffN理論塔板數(shù)或者有效塔板數(shù)是衡量色譜柱分離能力高低的重要指標(biāo)，買來一個(gè)色譜柱，一定先看它給出的柱效指標(biāo)，就是指N的大小，只有N比較大，對(duì)難分離的物質(zhì)才能夠給出滿意的結(jié)果。分離度R 峰底分離度：等于相鄰組分色譜峰保留值之差與色譜峰平均峰底之比。12121212221ttRRttRRWWttWWttR分離度R等于1時(shí)兩個(gè)色譜峰得到基本分離，R等于1.5時(shí)，兩峰得到完全分離。在定量分析中，要對(duì)色譜峰進(jìn)行積分時(shí)，最少要達(dá)到R為1，如果達(dá)到R1.5，保證積分中基本沒有誤差。二、氣相色譜儀器氣相色譜儀的組成氣

9、路系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)柱系統(tǒng)檢測系統(tǒng)1. 數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)氣路系統(tǒng)：氣源高壓鋼瓶氣體發(fā)生器氣路控制系統(tǒng)控制閥電子氣路控制（即EFC或EPC）進(jìn)樣系統(tǒng)：進(jìn)樣口（氣化室）手動(dòng)進(jìn)樣自動(dòng)進(jìn)樣特別說明的是關(guān)于氣體進(jìn)樣的問題：需要?dú)怏w進(jìn)樣閥（a） 載樣位置；（b） 進(jìn)樣位置；1、 載氣入口2、 接色譜柱3、 樣品注入口4、 放空5、 樣品定量管柱系統(tǒng)色譜柱：填充柱和毛細(xì)管柱柱溫箱溫度程序?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)填充柱與毛細(xì)管柱的比較參數(shù)內(nèi)徑mm 常見長度m 每米柱效N 柱材料 柱容量 程序升溫應(yīng)用 固定相填充柱 25 0.5-3 1000 玻璃、不銹鋼 mg級(jí) 基線漂移 載體固定相 毛細(xì)管柱0.1-0.5310-60 300

10、0 熔融石英 100ng 基線穩(wěn)定 固定液 毛細(xì)管柱的優(yōu)點(diǎn)：毛細(xì)管內(nèi)沒有固體填料，氣阻比填充柱小的多，可以采用較長的柱管和較小的內(nèi)徑，以及較高的載氣流速，既沒有渦流擴(kuò)散，又減小了縱向擴(kuò)散造成的譜帶展寬。較薄的液膜又在一定程度上抵消了由于載氣流速增大引起的傳質(zhì)阻力增大。缺點(diǎn)：柱容量小，進(jìn)樣量小，對(duì)進(jìn)樣技術(shù)要求更高。載氣流速的控制要求更加精確。對(duì)檢測器的靈敏度要求更高。毛細(xì)管柱的3種類型：壁涂開管柱WCOT：Wall Coated Open Tubular column載體涂漬開管柱SCOT：Support Coated Open Tubular column多孔層開管柱PLOT：Porous L

11、ayer Open Tubular column檢測系統(tǒng)火焰離子化檢測器FID：flame ionization detector熱導(dǎo)檢測器TCD：thermal conductivity detector電子俘獲檢測器ECD：electron capture detector氮磷檢測器NPD：nitrogen phosphor detector火焰光度檢測器FPD：flame photometric detector質(zhì)譜檢測器MSD：mass spectrometry detector主要介紹TCD和FID兩種檢測器TCD:thermal conductivity detector基本原理是每種物質(zhì)都有導(dǎo)熱能力，而且導(dǎo)熱的能力大小不同，通過一個(gè)熱敏電阻來測定與熱敏電阻接觸的氣體組成變化情況。這種檢測方式雖然不是最靈敏的，但是對(duì)所有樣品都有響應(yīng)，是通用型的檢測器。FID：flame ionization detector一般用的是氫火焰原理是在氫火焰燃燒時(shí)，在火焰的上方會(huì)有一個(gè)溫度很高的區(qū)域，樣品在這個(gè)區(qū)域被離子化，形成一些正負(fù)離子，在火焰的周圍加上一個(gè)電場，讓離子定向移動(dòng)，形成電流，經(jīng)過一系列放大后得到放大信號(hào)，也就是檢測到的信號(hào)。FID只對(duì)有機(jī)化合