課件第五章 氣相色譜相關技術

第五章

氣相色譜有關技術2023/10/10第一節(jié)

程序升溫色譜法一、程序升溫特點二、程序升溫方式三、應用示例及設計思緒解析1/702023/10/10一、程序升溫特點程序升溫色譜法（PTGC）在氣相色譜中是一種主要色譜技術。它在樣品分析前審計好柱溫溫度變化程序，樣品進樣后，色譜柱溫度按照預先設定加熱程序，隨時間線性或非線性增加，使樣品中待測組分在其最佳柱溫（保存溫度）下流出色譜柱。2/702023/10/10組分復雜，沸程寬試樣，采取程序升溫可取得良好分離效果。3/702023/10/10優(yōu)點：可使低沸點組分和高沸點組分同步得到有效分離；改善了色譜峰峰形，提升了檢測敏捷度；縮短了分析時間；較快地除去柱中雜質(zhì)，便于下一種樣品分析。4/702023/10/10一、程序升溫方式（一）線性程序升溫圖5-2線性升溫示意圖T0——起始溫度(C)r

——升溫速率(C/min)t

——升溫時間(min)5/702023/10/10（二）非線性程序升溫1.線性升溫—恒溫圖5-3非線性升溫示意圖適用對象：適用于低沸點組分之間容量因子相差較大，而高沸點組分之間容量因子相差較小樣品。6/702023/10/102.恒溫—線性升溫圖5-3非線性升溫示意圖適用對象：適用于低沸點組分之間容量因子相差較小，而高沸點組分之間容量因子相差較大樣品。7/702023/10/103.恒溫—線性升溫—恒溫圖5-3非線性升溫示意圖適用對象：適用于低沸點組分與高沸點組分容量因子相差很大，而低沸點組分之間容量因子相差較小，而高沸點組分之間容量因子相差較小樣品。8/702023/10/104.多階程序升溫圖5-3非線性升溫示意圖適用對象：適用于組分很多且沸點范圍很寬樣品。9/702023/10/10（三）保存溫度在程序升溫中，當某同樣品組分在色譜柱后出現(xiàn)濃度極大值柱溫——保存柱溫，TR表達。一階保存柱溫計算：二階保存柱溫計算：

TR是程序升溫基本參數(shù)，可用于定性分析。升溫速率、載氣流速、柱長和起始溫度等對TR影響很小。10/702023/10/10三、應用示例及設計思緒解析（一）藥品復方制劑分析例5-1復方丁香吸入劑程序升溫填充柱GC分析處方主成分丁香400g丁香酚冰片170g龍腦、異龍腦（一對異構體）薄荷腦170g薄荷醇細辛200g吳茱萸100g11/702023/10/1012/702023/10/101.儀器及色譜條件儀器：日本島津ShimadzuGC-14A，F(xiàn)ID色譜條件:載氣：N2，45mL/min色譜柱：10%PEG-20M,80~100目，2m4mm（I.D.）氣化室溫度：240

C檢測器溫度：240

C柱溫：程序升溫起始溫度：140C，6min升溫速率：3C/min最后溫度：175C，10min13/702023/10/102.供試品溶液配制3.分離成果見Page78圖5-44.氣相色譜條件設計思緒（1）檢測器選擇

因四種成份在復方制劑中含量較高，均為揮發(fā)油類成份——FID14/702023/10/10（2）固定液選擇

因四種主要成份為含羥基中等極性化合物，在強極性或中等極性固定液上具有較大保存因子，有助于它們與樣品中干擾組分分離，也有助于彼此分離，同步可取得對稱色譜峰。第一，選擇極性固定液15/702023/10/10第二，選擇強極性還是中等極性固定液根據(jù)分子量大小確定選擇強極性還是中等極性固定液。若待測物分子量較大——中等極性固定液，由于強極性固定液會造成分子量大化合物保存時間過長，揮霍時間。若待測物分子量較小——強極性固定液16/702023/10/10（3）內(nèi)標物選擇FID為氣相色譜檢測器，其內(nèi)標物一般選擇選擇正構烷烴或正構醇。四種含羥基化合物——正構醇為內(nèi)標物丁香酚在聚乙二醇上保存時間大于薄荷醇、龍腦和異龍腦。而內(nèi)標物介于丁香酚和另外三種化合物之間，再根據(jù)三種化合物碳原子數(shù)，確定選擇正十一醇做內(nèi)標物。17/702023/10/10（4）程序升溫選擇薄荷醇、龍腦和異龍腦均為一種飽和六元環(huán)合一種醇羥基單萜類化合物，色譜保存強弱相同，需在恒定比較低柱溫下才能實現(xiàn)分離。丁香酚在聚乙二醇上保存時間大于薄荷醇、龍腦和異龍腦，較低柱溫會使丁香酚容量因子太大太大，造成保存時間過長，峰形展寬，因此應在較高柱溫下使丁香酚較快出峰。18/702023/10/10（4）程序升溫方式選擇采取恒溫—線性升溫—恒溫方式。19/702023/10/10（5）有關問題討論填充柱在程序升溫過程中會發(fā)生基線漂移，并且隨升溫速率加快，基線漂移越嚴重?？删徍突€漂移維持10min使丁香酚出峰維持在一種基線比較平穩(wěn)水平，提升測定精確度和精密度。毛細管柱氣相色譜在程序升溫過程中發(fā)生基線漂移現(xiàn)象并不嚴重。20/702023/10/10（二）體內(nèi)藥品分析例5-2程序升溫毛細管GC法測定人血漿中硝酸異山梨酯濃度硝酸異山梨酯為血管擴張藥。主要用于心絞痛預防。其氣霧劑給藥后最高血藥濃度10ng/mL下列。21/702023/10/101.儀器及色譜條件儀器：日本島津ShimadzuGC-14B，63Ni-ECD色譜條件:載氣：N2，1.25mL/min色譜柱：石英毛細管柱OV-01（25m0.25mmI.D.，0.22m）進樣口溫度：200

C檢測器溫度：250

C柱溫：程序升溫起始溫度：150C，9min升溫速率：40C/min最后溫度：200C，7min分流比：1﹕80尾吹：20mL/min22/702023/10/102.血漿樣品提取與測定精密量取血漿樣品1.0mL內(nèi)標物40L渦旋處理10s乙酸乙酯5mL渦旋提取3min離心(3500r/min)10min取有機相4.5mL殘渣加乙酸乙酯50LN2吹干取2L進樣分析23/702023/10/103.分離成果見Page81圖5-74.氣相色譜條件設計思緒（1）檢測器選擇考慮1：氣霧劑給藥后最高血藥濃度10ng/mL下列，要求檢測辦法定量限最少應達成0.1ng/mL——痕量分析24/702023/10/10考慮2：硝酸異山梨酯構造中具有兩個槍親電性基團——硝酸酯基，捕捉電子能力很強?；?和2，選擇ECD作為檢測硝酸異山梨酯檢測器。25/702023/10/10（2）色譜柱類型選擇考慮1：敏捷度要高——血漿中硝酸異山梨酯GC測定屬于痕量分析。由于毛細管柱效高于填充柱，出峰尖銳，敏捷度高。考慮2：選擇性要高——血漿樣品復雜，干擾組分多。由于毛細管分離效果高于填充柱。基于1和2，選擇毛細管柱作為檢測硝酸異山梨酯色譜柱。26/702023/10/10（3）內(nèi)標物選擇考慮1：樣品處理過程比較復雜，每一步都也許造成樣品損失，因此需要用內(nèi)標物一開始加入到樣品中校正每步處理過程中引發(fā)誤差?？紤]2：GC進樣誤差大，進行定量分析需要加內(nèi)標物校正進樣誤差?；?和2，硝酸異山梨酯GC法測定選擇內(nèi)標法。27/702023/10/10硝酸異山梨酯和3,5-二硝基氯苯構造中軍具有兩個硝基，同步它們脂溶性、揮發(fā)性和在OV-01固定液色譜保存相同——選擇3,5-二硝基氯苯為內(nèi)標物。28/702023/10/10（4）程序升溫選擇硝酸異山梨酯和3,5-二硝基氯苯保存溫度均為150C，保存時間分別為6.32和7.33min。后續(xù)升溫與樣品中待測無分離無關。其目標是洗脫出色譜柱中由本次進樣帶入色譜保存大于硝酸異山梨酯和3,5-二硝基氯苯物質(zhì)，方便為下一次進行分析做準備——樣品復雜性決定進行該步操作必要性。29/702023/10/10（5）程序升溫方式選擇采取恒溫—線性升溫—恒溫方式。30/702023/10/10（6）有關問題討論GC分析中一般氣化室溫度和檢測器溫度設在同一種溫度水平。本例例外原因：硝酸異山梨酯在高溫下不穩(wěn)定，進樣口溫度若設定200C則被破壞較多，造成敏捷度下降。進樣口溫度若設定200C下列則氣化不完全，也造成敏捷度下降。試驗證明250C檢測器對硝酸異山梨酯對應最大?！C合考慮選定試驗條件中設定溫度。31/70第五章

氣相色譜有關技術2023/10/10第二節(jié)

頂空氣相色譜法一、頂空氣相色譜法特點和分類二、頂空氣相色譜法原理三、靜態(tài)頂空分析四、動態(tài)頂空分析32/70第五章

氣相色譜有關技術2023/10/10第二節(jié)

頂空氣相色譜法五、頂空—固相微萃取技術六、頂空氣相色譜分析系統(tǒng)條件優(yōu)化七、頂空氣相色譜法在藥品分析中應用33/702023/10/10

頂空氣相色譜分析（GC-HS）是一種在密閉熱力學平衡系統(tǒng)中，對液體或固體頂部蒸汽相中有機揮發(fā)性成份進行氣相色譜分析一種測定辦法。頂空進樣技術——是一種特殊樣品采集技術，主要用于復雜基質(zhì)中痕量揮發(fā)性成份分析，如化學藥品溶劑殘留分析、主要制劑溶劑殘留分析、工業(yè)廢水中揮發(fā)性有機物分析、藥酒或食用酒中揮發(fā)性有機物分析等。34/702023/10/10特點只取氣相部分進行分析，大大減小了樣品基質(zhì)對分析影響。采取氣體進樣，分析速度快，敏捷度高。分析過程中無需有機溶劑提取，操作簡便。有多種模式，適用于分析多種樣品。35/702023/10/10分類靜態(tài)頂空分析——適用于分析揮發(fā)性成份含量較大樣品；動態(tài)頂空分析火吹掃捕集——適用于分析復雜基質(zhì)中揮發(fā)性較強組分。也適合分析難揮發(fā)或濃度較低組分；頂空-固相微萃取——適用范圍廣。實現(xiàn)樣品在線濃集和捕集，最大程度上避免離線溶劑提取和濃縮啰嗦。36/702023/10/10二、頂空氣相色譜法原理在一定條件下氣相和凝聚相（液相和固相）之間存在著分派平衡。因此,氣相組成能反應凝聚相組成。氣相（頂空）樣品相揮發(fā)性組分37/702023/10/10在頂空氣相色譜分析時當頂空瓶中樣品上面蒸氣壓相稱低時，峰面積（Ai）大小與樣品上面揮發(fā)性組分（i）蒸氣壓（Pi）成正比關系：Ci——常數(shù)，與物質(zhì)和檢測器有關38/702023/10/10對熱力學平衡抱負混合體系，由Raoult定律：Pi0——純組分蒸汽壓Xi——組分（i）摩爾分數(shù)對真實體系而言：γi——組分（i）活度系數(shù)，不但取決于i組分和其他組分性質(zhì)，也取決于所有組分摩爾系數(shù)，同步與為溫度和壓力有關。39/702023/10/10三、靜態(tài)頂空分析靜態(tài)頂空分析是指將被測樣品放入密閉恒溫體系中，待氣-液或氣-固兩相達成平衡時，抽取其與被測組分共存蒸汽相作為樣品進行氣相色譜分析。靜態(tài)頂空氣相色譜分析示意圖1:恒溫液出口；2:注射器入口；3:恒溫器；

4:放置樣品口；5:恒溫液入口；6:樣品（一）原理40/702023/10/10進樣模式（1）直接進樣模式（取樣針定量取氣相部分進樣)特點：適用性廣，易于清洗，但定量分析誤差大（2）平衡加壓采樣模式（對頂空瓶施加一定壓力將頂空氣體直接壓入載氣流中，依靠時間程序控制分析過程）特點：系統(tǒng)死體積小，重現(xiàn)性好，進樣誤差大（3）加壓定容采樣進樣模式（將頂空氣壓入流通閥定量環(huán)，在進入色譜柱）特點：重現(xiàn)性好，適合于定量分析，但管路和注射器溫度較高。41/702023/10/10（二）影響靜態(tài)頂空氣相色譜分析原因1.樣品性質(zhì)頂空氣體中個組分含量既與樣品本身揮發(fā)性有關，有與樣品基質(zhì)有關。尤其是在基質(zhì)中分派系數(shù)大組分，“基質(zhì)效應”更為顯著。減少“基質(zhì)效應”辦法鹽析作用——提升揮發(fā)性組分有機溶液中加水固體樣品粉碎42/702023/10/102.分派系數(shù)和平衡溫度平衡溫度與蒸汽壓直接有關，影響分派系數(shù)。平衡溫度↑，蒸汽壓↑，頂空氣體濃度↑，敏捷度↑待測組分沸點越低，對溫度越敏感。43/702023/10/10氣液相比（R）——在密閉恒溫氣-液平衡體系中，氣相體積與液相體積之比。在R比較大情況下，提升平衡溫度對增加頂空氣體中揮發(fā)性組分濃度意義不大。在R比較小情況下，提升平衡溫度可增加頂空氣體中揮發(fā)性組分濃度，有高達10倍。44/702023/10/10分派系數(shù)（K）——在恒溫平衡狀態(tài)下，揮發(fā)性組分在液相中濃度與在氣相中濃度之比。當K不大于5時，提升平衡溫度對提升頂空敏捷度意義不大。45/702023/10/103.平衡時間平衡時間本質(zhì)上取決于被測組分分子從樣品基質(zhì)到氣相擴散速度。溫度↑，黏度↓，擴散系數(shù)↑，平衡時間↓。46/702023/10/104.樣品瓶對樣品瓶要求：體積精確、能承受一定壓力、密封性能良好、對樣品無吸附作用。一般用硼硅玻璃制成樣品瓶。47/702023/10/10四、動態(tài)頂空分析動態(tài)頂空分析法（也稱吹掃-捕集分析法），是用惰性氣體通入液體樣品（或固體表面），把揮發(fā)性組分從基質(zhì)中吹掃出來，隨氣流進入捕集器，捕集再采取吸附劑或低溫冷阱（常用液氮）對吹掃出來樣品揮發(fā)性組分進行捕集，最后通過瞬間加熱捕集器，使分析成份進入色譜柱進行分析。（一）原理48/702023/10/10動態(tài)頂空吹掃捕集吸附劑捕集模式冷阱捕集模式該辦法較靜態(tài)頂空和頂空-固相微萃取具有更高敏捷度。49/702023/10/10動態(tài)頂空氣相色譜分析裝置1:載氣；2:吸附阱；3:毛細管柱；4:FID；

5:氣相色譜儀；6:滲入膜；7:加熱器；8:樣品

50/702023/10/10（二）動態(tài)頂空法操作條件選擇1.溫度吸附溫度——一般常溫，也可采取低溫冷凍捕集技術（針對不易吸附氣體）解吸溫度——一般200C左右吹掃溫度連接管溫度——一般80~150C51/702023/10/102.吹掃速度吹掃速度取決于樣品中待測組分濃度、揮發(fā)性、捕集器中吸附作用大小等原因。吹掃速度太大，影響樣品捕集器，造成組分損失。3.吹掃氣類型吹掃氣常為氮氣和氦氣。因氮氣在水中溶解度大，因此氮氣吹掃效果不如氦氣。52/702023/10/104.吹掃時間吹掃時間是動態(tài)頂空法主要參數(shù)之一。吹掃時間越長，重現(xiàn)性和敏捷度越高，但會影響分析時間。實際分析中，通過測定標準樣品回收率（一般為90%）來確定吹掃時間。53/702023/10/105.動態(tài)頂空法與靜態(tài)頂空法比較靜態(tài)頂空法長處儀器簡單、無需吸附裝置樣品基質(zhì)干擾小揮發(fā)性樣品組分不易丟失可連續(xù)取樣分析缺陷敏捷度稍低對高沸點組分較難分析54/702023/10/10動態(tài)頂空法長處可將揮發(fā)性組分所有萃取，并在捕集器上濃縮后進行分析，敏捷度高可分析沸點高組分缺陷樣品基質(zhì)也許干擾分析吸附和解吸也許造成樣品組分丟失55/702023/10/10五、頂空—固相微萃取技術56/702023/10/10六、頂空氣相色譜分析系統(tǒng)條件優(yōu)化57/702023/10/10七、頂空氣相色譜法在藥品分析中應用成份復雜含揮發(fā)性成份中藥質(zhì)量判定化學藥品和中藥制劑中殘留溶劑分析中藥成份分析有機溶劑殘留檢測違禁藥品檢測藥品代謝動力學研究58/70第五章

氣相色譜有關技術2023/10/10第三節(jié)

藥品衍生化氣相色譜法一、衍生化氣相色譜目標和意義二、氣相色譜法中常用衍生化反應種類與試劑59/702023/10/10一、衍生化氣相色譜目標和意義1.衍生化原因：難以直接進行氣相色譜分析——大多數(shù)藥品為高沸點或高熔點化合物，并具有羧基、氨基或酰胺基等極性基團；或難以氣化；或嚴重拖尾；或被吸附；或被熱解。將藥品先進行構造改造，再進行氣相色譜分析辦法——衍生化氣相色譜。60/702023/10/102.衍生化目標：（1）使本來揮發(fā)性差或不揮發(fā)被測組分轉(zhuǎn)變成具有一定揮發(fā)性化合物，減少其沸點以適應氣相色譜分離要求。（2）減少被測組分極性，減小或消除拖尾和吸附現(xiàn)象，改善其色譜行為。（3）變化樣品中被測組分或干擾組分理化性質(zhì)，以改善分離特性。61/702023/10/10（4）產(chǎn)生特殊性質(zhì)，使待測組分在特定檢測器上具有或提升檢測特性，以達成痕量分析目標。（5）在與其他儀器聯(lián)用技術中，利用各類衍生反應能夠取得更明確或特定信息。衍生化氣相色譜法大大擴展了氣相色譜在藥品分析中應