第十四章 氣相色譜分析法

1、第十四章第十四章 氣相色譜法氣相色譜法Gas Chromatography14-1 氣相色譜法氣相色譜法概述概述分離分離化學(xué)工作者最基本的任務(wù)化學(xué)工作者最基本的任務(wù)經(jīng)典分離方法經(jīng)典分離方法沉降、澄清、萃取、晶化、沉降、澄清、萃取、晶化、吸附、過(guò)濾、蒸餾等吸附、過(guò)濾、蒸餾等色譜分離色譜分離柱層析、紙色譜、薄層色譜、柱層析、紙色譜、薄層色譜、氣相色譜、液相色譜、電泳氣相色譜、液相色譜、電泳 物化性相似物化性相似的復(fù)雜有機(jī)物的分離的復(fù)雜有機(jī)物的分離？ 同分同分（幾何、構(gòu)像幾何、構(gòu)像）異構(gòu)體異構(gòu)體的分離的分離？bp. 80.1 Cbp. 80.7 C色譜法色譜法 一種高效的、應(yīng)用范圍廣的分離分析技術(shù)，

2、可用于從小分子到大分子各種不同性質(zhì)物質(zhì)的分離，包括少量樣品的分析及大量樣品成分分離制備等。 由于儀器進(jìn)步及各個(gè)學(xué)科分離分析復(fù)雜物質(zhì)的需要，近幾十年來(lái)發(fā)展很快，是最有效的分離手段，涉及各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)之一。葉綠素的石油醚溶液流經(jīng)裝有CaCO3的柱子，然后 用 石 油 醚 淋 洗 。 CaCO3對(duì)葉綠素各成分吸附能力不同，而分離成為不同的色帶。固定相CaCO3流動(dòng)相石油醚葉綠素葉綠素b葉綠素葉綠素a葉黃素葉黃素胡蘿卜素胡蘿卜素茨維特色譜圖茨維特色譜圖 （1906，俄俄）色譜法的起源色譜法的起源色譜法發(fā)展的歷史色譜法發(fā)展的歷史1906茨維特茨維特創(chuàng)立創(chuàng)立（色譜名稱(chēng)來(lái)源色譜名稱(chēng)來(lái)源）

3、1941馬丁馬丁/ /辛格辛格液液分配色譜液液分配色譜1944康斯登康斯登/ /馬丁馬丁紙色譜紙色譜1952馬丁馬丁/ /辛格辛格氣相色譜、塔板理論氣相色譜、塔板理論1956斯塔爾斯塔爾薄層色譜薄層色譜1957戈雷戈雷毛細(xì)管柱毛細(xì)管柱（里程碑里程碑）1957霍梅斯霍梅斯GC-MS（提高鑒定能力提高鑒定能力）1966LOWGC-FTIR70年代年代HPLC80年代年代SPC、CCE90年代年代CEC與色譜技術(shù)相關(guān)的與色譜技術(shù)相關(guān)的Nobel獎(jiǎng)項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)年代年代獲獎(jiǎng)學(xué)科獲獎(jiǎng)學(xué)科獲獎(jiǎng)研究工作獲獎(jiǎng)研究工作1937化學(xué)化學(xué)類(lèi)胡蘿卜素化學(xué)、維生素類(lèi)胡蘿卜素化學(xué)、維生素A和和B1938化學(xué)化學(xué)類(lèi)胡蘿卜素化學(xué)類(lèi)胡

4、蘿卜素化學(xué)1938化學(xué)化學(xué)聚甲烯和高萜烯化學(xué)聚甲烯和高萜烯化學(xué)1950生理學(xué)、醫(yī)學(xué)生理學(xué)、醫(yī)學(xué)性激素化學(xué)及其分離、腎皮質(zhì)化學(xué)及其分離性激素化學(xué)及其分離、腎皮質(zhì)化學(xué)及其分離1950化學(xué)化學(xué)超鈾元素的發(fā)現(xiàn)超鈾元素的發(fā)現(xiàn)1951化學(xué)化學(xué)腦下腺激素的研究和第一次合成聚肽激素腦下腺激素的研究和第一次合成聚肽激素1958化學(xué)化學(xué)胰島素的結(jié)構(gòu)胰島素的結(jié)構(gòu)1961化學(xué)化學(xué)光合作用時(shí)化學(xué)反應(yīng)的確認(rèn)光合作用時(shí)化學(xué)反應(yīng)的確認(rèn)1970生理學(xué)、醫(yī)學(xué)生理學(xué)、醫(yī)學(xué)關(guān)于神經(jīng)元觸處遷移物質(zhì)的研究關(guān)于神經(jīng)元觸處遷移物質(zhì)的研究1970化學(xué)化學(xué)糖核苷的發(fā)現(xiàn)及其在生物合成碳水化合物中的作用糖核苷的發(fā)現(xiàn)及其在生物合成碳水化合物中的作用1

5、972化學(xué)化學(xué)核糖核酸化學(xué)酶結(jié)構(gòu)的研究核糖核酸化學(xué)酶結(jié)構(gòu)的研究1972生理學(xué)、醫(yī)學(xué)生理學(xué)、醫(yī)學(xué)抗體結(jié)構(gòu)的研究抗體結(jié)構(gòu)的研究色譜分離基本原理色譜分離基本原理 利用外力使含有樣品的流動(dòng)相通過(guò)一固定于柱或平板上、與流動(dòng)相互不相溶的固定相表面。樣品中各組份在兩相中進(jìn)行不同程度的作用。與固定相作用強(qiáng)的組份隨流動(dòng)相流出的速度慢；反之，與固定相作用弱的組份隨流動(dòng)相流出的速度快。由于流出的速度的差異，使得混合組份最終形成各個(gè)單組份的“帶(band)”或“區(qū)(zone)”，對(duì)依次流出的各個(gè)單組份物質(zhì)可分別進(jìn)行定性、定量分析。色譜法分類(lèi)色譜法分類(lèi)色色譜譜法法填充柱色譜填充柱色譜毛細(xì)管柱色譜毛細(xì)管柱色譜柱色譜柱色譜

6、毛細(xì)管電泳毛細(xì)管電泳經(jīng)典經(jīng)典高壓高壓平板平板薄層色譜薄層色譜紙色譜紙色譜固體吸附劑固體吸附劑 吸附吸附液體液體（固體固體） 分配分配鍵合相鍵合相 分配分配氣相色譜氣相色譜液相色譜液相色譜超臨界色譜超臨界色譜固體吸附劑固體吸附劑 吸附吸附離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 靜電靜電聚合物間隙聚合物間隙 篩分篩分液體液體（固體固體） 分配分配鍵合相分配鍵合相分配分配分配/ /親和親和吸附色譜吸附色譜離子色譜離子色譜排阻色譜排阻色譜分配色譜分配色譜親和色譜親和色譜色譜柱色譜柱：起分離作用的柱。固定相固定相：固定在柱內(nèi)的填充物。固定相可以是固體，也可以是附載在惰性固體物質(zhì)(擔(dān)體)上的液體(固定液)。流動(dòng)相流動(dòng)相

7、：沿著柱流動(dòng)的流體。色譜法的幾個(gè)基本概念色譜法的幾個(gè)基本概念液相色譜液相色譜：用液體作為流動(dòng)相的色譜法。氣相色譜氣相色譜：用氣體作為流動(dòng)相的色譜法。氣相色譜過(guò)程氣相色譜過(guò)程待測(cè)物樣品被蒸發(fā)為氣體并注入到色譜分離柱的柱頂，以惰性氣體（指不與待測(cè)物反應(yīng)的氣體，只起運(yùn)載蒸氣樣品的作用，也稱(chēng)載氣）將待測(cè)物樣品的蒸氣帶入柱內(nèi)分離。其分離原理是基于待測(cè)物在氣相和固定相之間的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。按固定相的不同可分為氣液色譜和氣固色譜。氣固色譜氣固色譜 (GSC)利用不同物質(zhì)在固體吸附劑上的物理吸附-解吸能力不同來(lái)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。由于活性（或極性）分子在這些吸附劑上的半永久性滯留(吸附-脫附過(guò)程為非線性的)，導(dǎo)致

8、色譜峰嚴(yán)重拖尾，因此,氣固色譜應(yīng)用十分有限，只適于較低分子量和低沸點(diǎn)氣體組分的分離分析。氣液色譜氣液色譜 (GLC)通常直接稱(chēng)之為氣相色譜。它是利用待測(cè)物在氣體流動(dòng)相和固定在惰性固體表面的液體固定相之間的分配原理實(shí)現(xiàn)分離。1941年，Martin和Synge提出氣液分配色譜的概念。11年后，即1952年，Jones 和 Martin通過(guò)實(shí)驗(yàn)展示了該方法；3年后，即1955 年，首臺(tái)氣相色譜儀問(wèn)世。1985年，估計(jì)有10萬(wàn)臺(tái)儀器投入使用！如今呢？說(shuō)不清！氣相色譜法特點(diǎn)氣相色譜法特點(diǎn)選擇性好，分離效能高：能分析分離很復(fù)雜的混合物(幾十或幾百個(gè)組分)或性質(zhì)相近的物質(zhì)(如同系物和異構(gòu)體等)。樣品用量少

9、，靈敏度高：10-11-10-13 g (高靈敏度的檢測(cè)器)。分析速度快：幾或幾十分鐘。應(yīng)用范圍廣：b.P.400 C。不足之處：不適用于高沸點(diǎn)、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定物質(zhì)及蛋白質(zhì)、核酸等生物樣品的分析。GC在各領(lǐng)域的主要應(yīng)用在各領(lǐng)域的主要應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域分析對(duì)象舉例環(huán)境水樣中芳香烴，殺蟲(chóng)劑、除草劑和銻形態(tài)等。石油原油成分、汽油中各種烷烴和芳香烴?；姎獍l(fā)動(dòng)機(jī)燃料中烴類(lèi)，石蠟中高分子烴。食品、水果、蔬菜植物精煉油中各種烯烴、醇和酯、亞硝胺，香料中香味成分，人造黃油中的不飽和十八酸，牛奶中飽和和不飽和脂肪酸等。生物植物中萜類(lèi)，微生物中胺類(lèi)、脂肪酸（酯）類(lèi)等。醫(yī)藥血液中汞形態(tài)，中藥中揮發(fā)油。法醫(yī)學(xué)血液中酒

10、精，尿中可卡因、安非它命，奎寧及其代謝物，火藥成分，縱火樣品中的汽油等。氣相色譜儀氣相色譜儀氣相色譜儀流程圖氣相色譜儀流程圖H2N2或或Ar氣路系統(tǒng)氣路系統(tǒng)進(jìn)樣進(jìn)樣系統(tǒng)系統(tǒng)分離系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)氣相色譜儀結(jié)構(gòu)示意圖氣相色譜儀結(jié)構(gòu)示意圖色譜柱色譜柱流量流量控制器控制器穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器空氣空氣氫氣氫氣載氣載氣分子分子篩脫篩脫水管水管固定固定限流限流器器進(jìn)樣口進(jìn)樣口檢測(cè)器檢測(cè)器電子部件電子部件PC1.氣源氣源：高壓鋼瓶或氣體發(fā)生器。常用載氣有氮?dú)?、氫氣、氦氣、氬氣等，要求純度高?.作用作用(提供動(dòng)力提供動(dòng)力):驅(qū)動(dòng)樣品在色譜柱中流動(dòng)，并把分離后的各組分推進(jìn)檢測(cè)器。3.載氣的選

11、擇載氣的選擇:氣路系統(tǒng)氣路系統(tǒng)檢測(cè)器種類(lèi)檢測(cè)器種類(lèi)載氣載氣凈化方式凈化方式分子篩、硅膠、活性炭分子篩、硅膠、活性炭去含碳有機(jī)物去含碳有機(jī)物去去H2O、O2進(jìn)樣器進(jìn)樣器：將樣品快速、準(zhǔn)確地加到色譜柱頭。氣樣：六通閥或注射器(0.25、1、2.5、10 mL)。液樣：注射器(0.5、1、2、10 L)。固樣：溶解或閃蒸。氣化室氣化室：將液(固)體樣品瞬間氣化。熱容大；死體積?。粺o(wú)催化效應(yīng)。溫度的選擇：樣品瞬間氣化而不分解；通常選在樣品沸點(diǎn)附近，高于柱溫1050 C即可。進(jìn)樣氣化系統(tǒng)進(jìn)樣氣化系統(tǒng)溫控系統(tǒng)包括對(duì)三個(gè)部分的控溫，即氣化室、色譜柱和檢測(cè)器。溫度控制是否準(zhǔn)確、升、降溫速度是否快速是市售色譜儀

12、器的最重要指標(biāo)之一?？販胤绞娇販胤绞剑汉銣睾统绦蛏郎?。溫度選擇溫度選擇:溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)14-2 氣相色譜固定相氣相色譜固定相氣固色譜固定相氣固色譜固定相:表面具有活性的吸附劑(活性炭、硅膠、氧化鋁、分子篩等)；吸附劑的性能與制備、活化條件有很大關(guān)系，重現(xiàn)性較差。氣液色譜固定相氣液色譜固定相: 擔(dān)體表面涂固定液。(1) 擔(dān)體擔(dān)體：一種化學(xué)惰性的多孔性固體顆粒。擔(dān)體的作用擔(dān)體的作用：提供惰性表面，使固定液以液膜狀態(tài)均勻地分布在其表面。 擔(dān)體的要求擔(dān)體的要求 表面積大，孔徑分布均勻。 化學(xué)惰性好。 熱穩(wěn)定性好，有一定的機(jī)械強(qiáng)度。 顆粒均勻、細(xì)小。擔(dān)體的種擔(dān)體的種類(lèi)類(lèi)非硅藻土擔(dān)體：玻璃球、聚乙烯硅藻

13、土擔(dān)體紅色擔(dān)體(非極性固定液)白色擔(dān)體(極性固定液)(2) 固定液固定液：高沸點(diǎn)的有機(jī)化合物，常溫下是固體或液體，可用作固定液的化合物有1000多種。固定液的要求固定液的要求： 揮發(fā)性小，熱穩(wěn)定性高 在操作溫度下呈液態(tài) 對(duì)試樣有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰潭ㄒ旱姆诸?lèi)固定液的分類(lèi)： 按化學(xué)類(lèi)型 按極性大小極性的規(guī)定極性的規(guī)定：角鯊?fù)?異三十烷)極性 P0 ,氧二丙腈極性 P100分離物質(zhì)對(duì)正丁烷丁二烯測(cè)定分離物質(zhì)對(duì)在上述兩種固定液和被測(cè)固定液上的保留值，計(jì)算相對(duì)極性。角鯊角鯊?fù)橥椋?q烷lgtR?(丁二烯）tR?(正丁烷）氧二丙氧二丙腈腈： q腈lgtR?(丁二烯）tR?(正丁烷）被測(cè)被測(cè)固定液固定液： q

14、xlgtR?(丁二烯)tR? (正丁烷)被測(cè)固定液的相對(duì)極性被測(cè)固定液的相對(duì)極性：Px100100(q腈 qx)q腈 q烷不同固定液的極性落在0100之間，每20個(gè)相對(duì)極性單位為一級(jí)，用“”表示。強(qiáng)極性： P4，5中等極性：P3弱極性： P1，214-3 氣相色譜分析理論基礎(chǔ)氣相色譜分析理論基礎(chǔ)基線基線: 只有載氣通過(guò)檢測(cè)器時(shí)響應(yīng)信號(hào)的記錄14-3-1 色譜流出曲線及相關(guān)術(shù)語(yǔ)色譜流出曲線及相關(guān)術(shù)語(yǔ)色譜帶色譜帶: 組分在柱內(nèi)的濃度分布構(gòu)型。色譜峰色譜峰: 檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)記錄在紙上?；€穩(wěn)定基線漂移基線(低頻)噪聲基線(高頻)噪聲色譜流出曲線色譜流出曲線進(jìn)樣進(jìn)樣St基線基線(噪音噪音)h/峰高峰

15、高(定量定量)A/峰面積峰面積(定量定量)保留值保留值: 試樣的各組份在色譜柱內(nèi)停留時(shí)間的數(shù)值. 常用時(shí)間或相應(yīng)的載氣體積表示。保留時(shí)間保留時(shí)間(retention time, tR): 待測(cè)組份從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃度最大值所需要的時(shí)間。死時(shí)間死時(shí)間(dead time, tM): 不與固定相作用的氣體(如空氣和甲烷)的保留時(shí)間。調(diào)整保留時(shí)間調(diào)整保留時(shí)間(adjusted retention time, tR): 扣除死時(shí)間的保留時(shí)間。 tR= tR tM 固定相一定固定相一定,在確定的實(shí)驗(yàn)條件下在確定的實(shí)驗(yàn)條件下,任何物質(zhì)都有一定的任何物質(zhì)都有一定的保留值保留值,它是色譜定性的基本參數(shù)。它是色

16、譜定性的基本參數(shù)。保留體積保留體積(retention volume, VR):從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)待測(cè)組份濃度最大值所通過(guò)的載氣體積。 VR= tR . F0死體積死體積(dead volume, VM): 色譜柱內(nèi)除了填充物固定相以外的空隙體積，色譜儀中管路和連接頭間的空間，進(jìn)樣系統(tǒng)及檢測(cè)器的空間總和。VM= tM . F0調(diào)整保留體積調(diào)整保留體積(adjusted retention volume, VR): 扣除死體積后的保留體積。 VR= VR - VM 或或 VR= tR . F0相對(duì)保留值相對(duì)保留值(relative retention value, r21): 組份2與組份1調(diào)整保

17、留值之比。12121212RRRRRRRR1 ,2VVttVVttr = = = 相對(duì)保留值只與柱溫及固定相性質(zhì)有關(guān)，與其它色譜相對(duì)保留值只與柱溫及固定相性質(zhì)有關(guān)，與其它色譜操作條件無(wú)關(guān)，它表示色譜柱對(duì)這兩種組份的選擇性。操作條件無(wú)關(guān)，它表示色譜柱對(duì)這兩種組份的選擇性。ABABrrKKkk)A(t)B(t= = = = 越大，越容易分離，越大，越容易分離， =1，分離不能實(shí)現(xiàn)。，分離不能實(shí)現(xiàn)。tSW2/1W 22/hh607. 0用于衡量用于衡量柱效柱效及反映色譜操作條件下的及反映色譜操作條件下的動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)因素因素 354. 2W4W2/1=區(qū)域?qū)挾葏^(qū)域?qū)挾?peak width): 色譜峰

18、寬度。從色譜流出曲線上可以得到什么信息從色譜流出曲線上可以得到什么信息？根據(jù)色譜峰個(gè)數(shù)可以判斷樣品中所含組分的最小個(gè)數(shù)。根據(jù)色譜峰的保留值可以進(jìn)行定性分析。根據(jù)色譜峰高或者峰面積可以進(jìn)行定量分析。根據(jù)色譜峰保留值和區(qū)域?qū)挾瓤梢栽u(píng)價(jià)色譜柱分離效率?？梢酝ㄟ^(guò)兩個(gè)色譜峰的距離評(píng)價(jià)固定相(流動(dòng)相)的選擇是否合適。 兩組份峰間距足夠遠(yuǎn) 由各組份在兩相間的分配系數(shù)決定，即色譜過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)決定。 每個(gè)組份峰寬足夠小 由組份在色譜柱中的傳質(zhì)和擴(kuò)散決定，即色譜過(guò)程動(dòng)力學(xué)性質(zhì)決定。 因此研究、解釋色譜分離行為應(yīng)從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面進(jìn)行。14-3-2 色譜柱效能色譜柱效能完全分離的條件完全分離的條件1. 分配

19、系數(shù)分配系數(shù)( Distribution constant, K): 描述組份在固定相和流動(dòng)相間的分配過(guò)程或吸附-脫附過(guò)程的參數(shù)。組分一定時(shí)，只與組分一定時(shí)，只與兩相兩相和溫度有關(guān)和溫度有關(guān)!描述分配過(guò)程的參數(shù)描述分配過(guò)程的參數(shù)msccK=溶質(zhì)在流動(dòng)相中的濃度溶質(zhì)在流動(dòng)相中的濃度溶質(zhì)在固定相中的濃度溶質(zhì)在固定相中的濃度2. 分配比分配比(Retention factor or capacity factor/k)反映了組分在柱中的遷移速率，又稱(chēng)反映了組分在柱中的遷移速率，又稱(chēng)保留因子保留因子mmssmsVcVcmmk=組分在流動(dòng)相中的質(zhì)量組分在流動(dòng)相中的質(zhì)量組分在固定相中的質(zhì)量組分在固定相中的

20、質(zhì)量 = = = = = =KVVccVVMVVMMMkmSmsmmSSSSmS填充柱：=635毛細(xì)管柱： =606003. K 與與 k 的關(guān)系的關(guān)系VVsm= = 詹姆斯詹姆斯/ /馬丁馬丁(1941)小室小室1小室小室2小室小室3小室小室4小室小室1小室小室2小室小室3小室小室4塔板理論塔板理論(Plate theory)-柱效能指標(biāo)柱效能指標(biāo)2R22/1RWt16Wt54. 5n = = = =理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)理論板高理論板高n/LH =2r22/1reffWt16Wt54. 5n=effeffn/LH=有效塔板數(shù)有效塔板數(shù)有效板高有效板高1. 塔板數(shù)塔板數(shù)(n)L()板高板高H說(shuō)

21、明柱效時(shí)，必須注明該柱效是針對(duì)何種物質(zhì)、固定液種類(lèi)及其含量、流動(dòng)相種類(lèi)及流速、操作條件等。應(yīng)定期對(duì)柱效進(jìn)行評(píng)價(jià)，以防柱效下降、延長(zhǎng)柱壽命。2. 塔板理論塔板理論貢獻(xiàn)貢獻(xiàn)用熱力學(xué)的觀點(diǎn)闡明了溶質(zhì)在色譜柱中的分配平衡和分離過(guò)程。解釋了流出曲線的形狀及濃度極大值的位置。提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)。3. 塔板理論塔板理論不足不足不能解釋造成譜帶擴(kuò)張的原因和影響板高的各種因素。不能說(shuō)明同一溶質(zhì)為什么在不同的流速下，可以測(cè)得不同的理論塔板數(shù)。Van Deemter/ 1956吸收了塔板理論中的吸收了塔板理論中的板高板高H概念，考慮了組分在兩概念，考慮了組分在兩相間的相間的擴(kuò)散擴(kuò)散和和傳質(zhì)傳質(zhì)過(guò)程過(guò)程, ,

22、從從動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)角度很好地解釋角度很好地解釋了影響板高了影響板高(柱效柱效)的各種因素的各種因素！速率理論速率理論(Rate theory)-影響柱效能的因素影響柱效能的因素H：?jiǎn)挝恢L(zhǎng)色譜峰形展寬的程度單位柱長(zhǎng)色譜峰形展寬的程度A：渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng)B：分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)C：傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)流動(dòng)相平均線速流動(dòng)相平均線速:uuCuBAH+ + += =1. 渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng) (多途路徑項(xiàng)多途路徑項(xiàng), A)減小減小A的途徑的途徑：使用粒度小并且均勻的柱料并使用粒度小并且均勻的柱料并均勻填充毛細(xì)管柱均勻填充毛細(xì)管柱？：填充物平均粒徑填充物平均粒徑 填充不規(guī)則因子填充不規(guī)

23、則因子ppd:d2Al ll l=2. 分子擴(kuò)散項(xiàng)分子擴(kuò)散項(xiàng)(縱向擴(kuò)散項(xiàng)縱向擴(kuò)散項(xiàng), B/u) 柱料均勻柱料均勻 柱溫柱溫 Dg ；柱壓柱壓 Dg 流動(dòng)相分子量流動(dòng)相分子量 ，Dg u , （B/u） LC中中Dm 較小，較小，B項(xiàng)可勿略項(xiàng)可勿略球狀顆粒球狀顆粒低溫低溫短柱短柱大分子量流動(dòng)相大分子量流動(dòng)相適當(dāng)增加流速適當(dāng)增加流速數(shù)：組分在流動(dòng)相擴(kuò)散系：彎曲因子ggDD2B =3. 傳質(zhì)阻力項(xiàng)傳質(zhì)阻力項(xiàng)(Cu) 物質(zhì)系統(tǒng)由于濃度不均勻而發(fā)生的物質(zhì)遷移過(guò)程，稱(chēng)為傳質(zhì)。影響這個(gè)過(guò)程進(jìn)行速度的阻力稱(chēng)為傳質(zhì)阻力。因傳質(zhì)阻力的存在，使分配不能“瞬間”達(dá)至平衡，因此產(chǎn)生峰形展寬。smCCC+=流動(dòng)相傳質(zhì)阻力

24、系數(shù)流動(dòng)相傳質(zhì)阻力系數(shù)固定相傳質(zhì)阻力系數(shù)固定相傳質(zhì)阻力系數(shù)塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)組份的實(shí)塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)組份的實(shí)際分離程度際分離程度：即柱效為多大時(shí)，相鄰兩組份能夠被完即柱效為多大時(shí)，相鄰兩組份能夠被完全分離全分離?色譜分離中的四種情況如圖所示：n較高，較高， 較大，完全分離較大，完全分離n較高，較高， 較小，基本分離較小，基本分離n較小，較小， 較大，分離不好較大，分離不好n、 均小，無(wú)法均小，無(wú)法分離分離14-3-3 分離度分離度(分辨率分辨率)保留值之差色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素區(qū)域?qū)挾壬V過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素)wW(699. 1)tt (2WW)tt (2R

25、)1(2/1)2(2/1)1(r)2(r12)1(r)2(r+=+=難分離物質(zhì)組份的分離度大小受色譜過(guò)程中兩難分離物質(zhì)組份的分離度大小受色譜過(guò)程中兩種因素的綜合影響種因素的綜合影響：分離度表達(dá)式分離度表達(dá)式：W1W2= 4R tR(2)tR(1)4 R1.0時(shí)，4分離，分離程度98%R1.5時(shí)，6分離，分離程度達(dá)99.7% 對(duì)于兩個(gè)面積相等的對(duì)稱(chēng)峰：響應(yīng)信號(hào)響應(yīng)信號(hào)保留時(shí)間保留時(shí)間 t/minR=1.0分離分離98%R=1.5 分離分離99.7%R=0.75不能分離不能分離完全分離之標(biāo)準(zhǔn)完全分離之標(biāo)準(zhǔn)1 是分離的前提 n ，R 應(yīng)用：（1）計(jì)算色譜體系所能達(dá)到的分離度（2）達(dá)到某一分離度所需的

26、柱長(zhǎng) -1（）41 k1+k nR（ ）2 ,12 ,1114rnr有 效=分配比分配比(k)、理論塔板數(shù)、理論塔板數(shù)(n)、分離因子、分離因子()與分與分離度離度(R)的關(guān)系的關(guān)系14-4 氣相色譜分離操作的選擇氣相色譜分離操作的選擇 流動(dòng)相的類(lèi)型及流速流動(dòng)相的類(lèi)型及流速常用流動(dòng)相：N2、H2、He、AruCuBAH+ + += =低時(shí)：u占主要地位，用分子量大的和ruB高時(shí)：占主要地位，用分子量小的H2和euCu為為縮短分析時(shí)間，通常選擇較縮短分析時(shí)間，通常選擇較u最佳最佳稍大的流速稍大的流速流速的選擇可參照Hu曲線板高板高HcmAoptHuHuCSuCmu/Boptu色譜柱材：不銹鋼、玻

27、璃柱內(nèi)徑填充柱：34 mm空心柱：0.250.3 mm柱溫影響：K、k、Dm、Ds、T、K柱長(zhǎng)填充柱: 13米空心柱: 數(shù)十米柱長(zhǎng)與柱徑柱長(zhǎng)與柱徑柱溫柱溫: 改善分離的重要操作參數(shù)柱溫選擇：接近或略低于組分的平均沸點(diǎn)，對(duì)寬沸點(diǎn)試樣可采用程序升溫(柱溫按設(shè)定的程序逐漸升高)進(jìn)樣量：液體0.15 L; 氣體0.110 mL進(jìn)樣時(shí)間：1s內(nèi)完成氣化溫度：使試樣能夠瞬間氣化又不分解固定液配比固定液配比: 決定于組分的k值和允許樣品量的大小。分配系數(shù)大的用低配比，分配系數(shù)小的用高配比進(jìn)樣條件進(jìn)樣條件作用：物質(zhì)量 mi 電信號(hào)E(電流、電壓、峰面積)類(lèi)型濃度型：E c，A1/u(熱導(dǎo)池、電子捕獲)質(zhì)量型：

28、E m，A與u無(wú)關(guān)(氫火焰)A 組分的峰面積u流動(dòng)相的流速14-5 氣相色譜檢測(cè)器氣相色譜檢測(cè)器結(jié)構(gòu)池體：不銹鋼、銅熱敏元件：錸鎢絲、鎢絲、鉑絲14-5-1 熱導(dǎo)池檢測(cè)熱導(dǎo)池檢測(cè)(TCD)熱導(dǎo)池?zé)釋?dǎo)池樣品池參比池?zé)峤z粗細(xì)、長(zhǎng)短、電阻值完全相同熱絲電阻值 R熱絲溫度t t不同物質(zhì)有不同的熱導(dǎo)系數(shù) 通過(guò)熱導(dǎo)池的氣體組成及濃度發(fā)生變化時(shí)， 熱絲的溫度變化，R變化未進(jìn)樣：R參、R測(cè)都通載氣，相同，兩池t相同R參R測(cè)R參R2R測(cè)R1電橋平衡EMN0，無(wú)信號(hào)輸出熱絲的電阻值變化用惠斯登電橋測(cè)量進(jìn)樣：參比池：載氣載樣品池：載氣樣品二元 載載二元二元 ，t參參 t測(cè)測(cè)，R參參 R測(cè)測(cè) R參參R2R測(cè)測(cè)R1，電

29、橋不平衡電橋不平衡EMN 0，有信號(hào)輸出有信號(hào)輸出 ERtC EC組分的與流動(dòng)相的不同時(shí)，均可產(chǎn)生信號(hào)，故熱導(dǎo)池檢測(cè)器是通用型檢測(cè)器。影響靈敏度因素有：橋路電流、池體溫度、載氣種類(lèi)結(jié)構(gòu)離子室：金屬圓筒離子頭：發(fā)射極、收集極、噴嘴氣體供應(yīng)14-5-2 氫火焰離子檢測(cè)器氫火焰離子檢測(cè)器(FID)有機(jī)物氫火焰燃燒裂解、電離正離子負(fù)極負(fù)離子正極10-610-14A電流微電流經(jīng)放大后，由高阻轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)記錄下來(lái)。FID只對(duì)電離勢(shì)低于H2的有機(jī)物產(chǎn)生響應(yīng)，對(duì)無(wú)機(jī)物、永久性氣體和H2O基本上沒(méi)有響應(yīng)。操作條件載氣流量：考慮分離效能 H2流量：考慮靈敏度空氣流量：一般H2空氣110依據(jù)依據(jù)：兩相及操作條件不變

30、時(shí)，物質(zhì)的tR或VR不變。前提條件前提條件：對(duì)樣品的組成比較清楚，操作條件穩(wěn)定，若相鄰兩峰的tR接近，且條件不易控制時(shí)，可把純物質(zhì)添加到試樣中。14-6 氣相色譜定性分析氣相色譜定性分析14-6-1 利用純物質(zhì)對(duì)照定性利用純物質(zhì)對(duì)照定性保留值定性保留值定性將標(biāo)樣和樣品在另一根極性相差較大的色譜柱進(jìn)樣分析，如果保留時(shí)間仍相同，則可以確定兩者為同一物質(zhì)。添加前添加前添加后添加后雙柱定性雙柱定性實(shí)質(zhì)色譜儀質(zhì)譜儀的進(jìn)樣裝置質(zhì)譜儀色譜儀的檢測(cè)器14-6-2 與質(zhì)譜、紅外光譜聯(lián)用定性與質(zhì)譜、紅外光譜聯(lián)用定性氣相色譜氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀質(zhì)譜聯(lián)用儀試樣試樣色譜柱色譜柱分子分離器分子分離器樣品分子離子源室離子源室

31、質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器載氣真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)離子檢測(cè)室離子檢測(cè)室總總離子流圖離子流圖質(zhì)譜圖質(zhì)譜圖大氣懸浮物中有機(jī)物的總離子流圖大氣懸浮物中有機(jī)物的總離子流圖桉葉油素質(zhì)譜圖桉葉油素質(zhì)譜圖氣相色譜氣相色譜紅外光譜聯(lián)用儀紅外光譜聯(lián)用儀ASimi14-7 氣相色譜定量分析氣相色譜定量分析定量分析的依據(jù)定量分析的依據(jù): 一定條件下，檢測(cè)器的相應(yīng)信號(hào)(峰面積或峰高)與進(jìn)入檢測(cè)器的組份量(質(zhì)量或濃度)成正比 miAiSifiAi定量分析的要求定量分析的要求: 準(zhǔn)確測(cè)量峰面積；求出定量校正因子；選擇定量方法AhW1/2=1.065 hW1/2 14-7-1 峰面積測(cè)量峰面積測(cè)量峰高乘半峰寬法峰高乘半峰寬法(峰對(duì)稱(chēng)

32、且不太窄峰對(duì)稱(chēng)且不太窄)A0.5h(W0.15 + W0.85) 峰高乘平均峰寬法峰高乘平均峰寬法(峰不對(duì)稱(chēng)峰不對(duì)稱(chēng))AhW1/2=hbtR峰高乘保留時(shí)間法峰高乘保留時(shí)間法(峰窄或峰寬的同系物峰窄或峰寬的同系物) 用峰高代替峰面積用峰高代替峰面積自動(dòng)積分儀或數(shù)據(jù)工作站自動(dòng)積分儀或數(shù)據(jù)工作站同一檢測(cè)器，對(duì)不同物質(zhì)的響應(yīng)值有差別。當(dāng)m1=m2時(shí)，A1A2。故不同物質(zhì)的fi值不同，其物理意義為單位峰面積所代表的物質(zhì)量A mi mifiAi14-7-2 定量校正因子定量校正因子定量校正因子定量校正因子fi的引入的引入fi =Si1fi =Aimi 存在進(jìn)樣誤差，fi不易準(zhǔn)確測(cè)量。實(shí)際中，以相對(duì)定量校正

33、因子fi代替絕對(duì)定量校正因子fi fiAsmiAims mi /Ai ms /As fi fs 相對(duì)校正因子fi是指某組分i與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s的絕對(duì)校正因子之比：Wi% A1f1+A2f2+Anfn fiAi100%對(duì)于對(duì)于狹窄狹窄的色譜峰，可用峰高的色譜峰，可用峰高h(yuǎn)代替代替AWi%100%h1f1+h2f2+hnfn fihi14-7-3 常用的定量方法常用的定量方法歸一化法歸一化法: 條件是樣品中所有組分都能出峰; 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、進(jìn)樣量準(zhǔn)確與否對(duì)結(jié)果沒(méi)有影響、操作條件的變動(dòng)對(duì)結(jié)果的影響也小。內(nèi)標(biāo)法：內(nèi)標(biāo)法：當(dāng)試樣中的組份不能全部出峰，或試樣各組份含量懸殊，或僅需測(cè)其中某個(gè)或幾個(gè)組份時(shí)。內(nèi)標(biāo)