色譜分析法-分析化學(xué)課件

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氣相色譜分析法§11-1概述

色譜法簡(jiǎn)介色譜法特點(diǎn)氣相色譜分析流程

2023/9/511

氣相色譜分析法§11-1概述色譜法簡(jiǎn)介20231色譜法簡(jiǎn)介

色譜法是一種分離技術(shù)

俄國(guó)植物學(xué)家茨維特在1906年使用的色譜原型裝置，如圖。試樣混合物的分離過(guò)程也就是試樣中各組分在稱之為色譜分離柱中的兩相間不斷進(jìn)行著的分配過(guò)程。其中的一相固定不動(dòng)，稱為固定相；另一相是攜帶試樣混合物流過(guò)此固定相的流體（氣體或液體），稱為流動(dòng)相。（動(dòng)畫）2023/9/5色譜法簡(jiǎn)介色譜法是一種分離技術(shù)（動(dòng)畫）2023/8/32色譜法簡(jiǎn)介

當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，其與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強(qiáng)弱不同，隨著流動(dòng)相的移動(dòng)，混合物在兩相間經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時(shí)間不同，從而按一定次序由固定相中流出。與適當(dāng)?shù)闹髾z測(cè)方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測(cè)。

兩相及兩相的相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了色譜法的基礎(chǔ)（動(dòng)畫）2023/9/5色譜法簡(jiǎn)介當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，其與3色譜法分類

氣相色譜：流動(dòng)相為氣體（稱為載氣）。按分離柱不同可分為：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜；按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜2023/9/5色譜法分類氣相色譜：流動(dòng)相為氣體（4色譜法分類液相色譜：流動(dòng)相為液體（也稱為淋洗液）。按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。離子色譜：液相色譜的一種，以特制的離子交換樹脂為固定相，不同pH值的水溶液為流動(dòng)相。2023/9/5色譜法分類液相色譜：流動(dòng)相為液體（也稱為淋洗液）。2023/5色譜法分類薄層色譜和紙色譜：比較簡(jiǎn)單的色譜方法凝膠色譜法:超臨界色譜:高效毛細(xì)管電泳:九十年代快速發(fā)展、特別適合生物試樣分析分離的高效分析儀器。2023/9/5色譜法分類薄層色譜和紙色譜：凝膠色譜法:2023/8/363.氣相色譜法的特點(diǎn)（1）分離效率高：復(fù)雜混合物，有機(jī)同系物、異構(gòu)體。手性異構(gòu)體。（2）靈敏度高：可以檢測(cè)出μg.g-1(10-6)級(jí)甚至ng.g-1(10-9)級(jí)的物質(zhì)量.（3）分析速度快：一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個(gè)試樣的分析。（4）應(yīng)用范圍廣：適用于沸點(diǎn)低于400℃的各種有機(jī)或無(wú)機(jī)試樣的分析。不足之處：

不適用于沸點(diǎn)高于450℃的高沸點(diǎn)、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定物質(zhì)的分析。被分離組分的定性較為困難。2023/9/53.氣相色譜法的特點(diǎn)（1）分離效率高：2023/8/37氣相色譜分析流程1-載氣鋼瓶；2-減壓閥；3-凈化干燥管；4-針形閥；5-流量計(jì);6-壓力表；4-針形閥；5-流量計(jì);6-壓力表；7-進(jìn)樣器和汽化室；8-色譜柱9-熱導(dǎo)檢測(cè)器；10-放大器；11-溫度控制器；12-記錄儀；1.載氣系統(tǒng)：包括氣源、凈化干燥管和載氣流速控制;2.進(jìn)樣系統(tǒng)：進(jìn)樣器及氣化室；3.色譜柱：填充柱（填充固定相）或毛細(xì)管柱（內(nèi)壁涂有固定液）；4.檢測(cè)器：可連接各種檢測(cè)器，以熱導(dǎo)檢測(cè)器或氫火焰檢測(cè)器最為常見；5.記錄系統(tǒng)：放大器、記錄儀或數(shù)據(jù)處理儀；6.溫度控制系統(tǒng)：柱室、氣化室的溫度控制。2023/9/5氣相色譜分析流程1-載氣鋼瓶；2-減壓閥；3-凈化干燥管；48氣固色譜和氣液色譜氣相色譜分離過(guò)程是在色譜柱內(nèi)完成的。填充柱色譜:氣固色譜和氣液色譜，兩者的分離機(jī)理不同。氣固色譜的固定相:多孔性的固體吸附劑顆粒。

固體吸附劑對(duì)試樣中各組分的吸附能力的不同。氣固色譜的分離機(jī)理:

吸附與脫附的不斷重復(fù)過(guò)程；氣液色譜的固定相:由擔(dān)體和固定液所組成。

固定液對(duì)試樣中各組分的溶解能力的不同。氣液色譜的分離機(jī)理：

氣液兩相間的反復(fù)多次分配過(guò)程。2023/9/5氣固色譜和氣液色譜氣相色譜分離過(guò)程是在色譜柱內(nèi)完成的。2029氣固色譜和氣液色譜當(dāng)試樣由載氣攜帶進(jìn)入色譜柱與固定相接觸時(shí)，被固定相溶解或吸附。隨著載氣的不斷通入，被溶解或吸附的組分又從固定相中揮發(fā)或脫附，揮發(fā)或脫附下的組分隨著載氣向前移動(dòng)時(shí)又再次被固定相溶解或吸附。隨著載氣的流動(dòng)，溶解、揮發(fā)，或吸附、脫附的過(guò)程反復(fù)地進(jìn)行。（動(dòng)畫）2023/9/5氣固色譜和氣液色譜當(dāng)試樣由載氣攜帶進(jìn)入色譜柱與固定相接觸時(shí)，10分配系數(shù)K

組分在固定相和流動(dòng)相間發(fā)生的吸附、脫附，或溶解、揮發(fā)的過(guò)程叫做分配過(guò)程。在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度（單位：g/mL）比，稱為分配系數(shù)，用K表示，即：2023/9/5分配系數(shù)K組分在固定相和流動(dòng)相間發(fā)生的吸附、11分配系數(shù)K的討論

一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，出峰越慢；試樣一定時(shí)，K主要取決于固定相性質(zhì)；每個(gè)組份在各種固定相上的分配系數(shù)K不同；選擇適宜的固定相可改善分離效果；試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎(chǔ)；某組分的K=0時(shí)，即不被固定相保留，最先流出。2023/9/5分配系數(shù)K的討論一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，出峰越12分配比分配比(又稱容量因子或容量比)，以k

表示之。K是指在一定溫度、壓力下組分在兩相間達(dá)到分配平衡時(shí)，它在兩相間的質(zhì)量比。

ms--表示組分分配在固定相中的質(zhì)量

mM--表示組分分配在流動(dòng)相中的質(zhì)量2023/9/5分配比分配比(又稱容量因子或容量比)，以k表示之。K13分配比對(duì)于一定的色譜體系，組分的分離最終決定于組分在兩相中的質(zhì)量，而不是平衡濃度，因此分配比更能表征分配達(dá)到平衡時(shí)的分離情況。分配系數(shù)與分配比的關(guān)系為VM

為色譜柱中流動(dòng)相的體積，即柱內(nèi)固定相間的空隙體積Vs為色譜柱中固定相的體積。在氣液色譜中它為固定液體積；在氣固色譜中則為吸附劑表面容量VM

與Vs之比稱為相比以β表示2023/9/5分配比對(duì)于一定的色譜體系，組分的分離最終決定于組分在兩相中的1411

色譜分析法§11-2固定相氣固色譜固定相氣液色譜固定相2023/9/511

色譜分析法§11-2氣固色譜固定相2023/8/315固定相/氣固色譜固定相種類：

活性炭：有較大的比表面積，吸附性較強(qiáng)。

活性氧化鋁：有較大的極性。適用于常溫下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等氣體的相互分離。CO2能被活性氧化鋁強(qiáng)烈吸附而不能用這種固定相進(jìn)行分析。

硅膠：與活性氧化鋁大致相同的分離性能，除能分析上述物質(zhì)外，還能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能夠分離臭氧。2023/9/5固定相/氣固色譜固定相種類：2023/8/316固定相/氣固色譜固定相分子篩：

堿及堿土金屬的硅鋁酸鹽（沸石），多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子篩等（孔徑：埃）。常用5A和13X（常溫下分離O2與N2）。除了廣泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分離外，還能夠測(cè)定He、Ne、Ar、NO、N2O等。

高分子多孔微球（GDX系列）：

新型的有機(jī)合成固定相（苯乙烯與二乙烯苯共聚）。型號(hào)：GDX-01、-02、-03等。適用于水、氣體及低級(jí)醇的分析。2023/9/5固定相/氣固色譜固定相分子篩：2023/8/317氣固色譜固定相的特點(diǎn)（1）性能與制備和活化條件有很大關(guān)系；（2）同一種固定相，不同廠家或不同活化條件，分離效果差異較大；（3）種類有限，能分離的對(duì)象不多；（4）使用方便。2023/9/5氣固色譜固定相的特點(diǎn)（1）性能與制備和活化條件有很大關(guān)系；218氣固色譜固定相2023/9/5氣固色譜固定相2023/8/319氣固色譜固定相2023/9/5氣固色譜固定相2023/8/320氣液色譜固定相[固定液+擔(dān)體（支持體）]

固定液在常溫下不一定為液體，但在使用溫度下一定呈液體狀態(tài)。固定液的種類繁多，選擇余地大，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。擔(dān)體：化學(xué)惰性的多孔性固體顆粒，具有較大的比表面積。

可以作為擔(dān)體使用的物質(zhì)應(yīng)滿足以下條件：

比表面積大，孔徑分布均勻；化學(xué)惰性，表面無(wú)吸附性或吸附性很弱，與被分離組份不起反應(yīng)；具有較高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，不易破碎；顆粒大小均勻、適度。一般常用60~80目、80~100目。固定相/氣液色譜固定相2023/9/5氣液色譜固定相[固定液+擔(dān)體（支持體）]固定相/21擔(dān)體（硅藻土）紅色擔(dān)體：孔徑較小，表孔密集，比表面積較大，機(jī)械強(qiáng)度好。適宜分離非極性或弱極性組分的試樣。缺點(diǎn)是表面存有活性吸附中心點(diǎn)。白色擔(dān)體：煅燒前原料中加入了少量助溶劑(碳酸鈉)。顆粒疏松，孔徑較大。表面積較小，機(jī)械強(qiáng)度較差。但吸附性顯著減小，適宜分離極性組分的試樣。2023/9/5擔(dān)體（硅藻土）紅色擔(dān)體：2023/8/322擔(dān)體2023/9/5擔(dān)體2023/8/323擔(dān)體2023/9/5擔(dān)體2023/8/324擔(dān)體2023/9/5擔(dān)體2023/8/325固定液固定液：高沸點(diǎn)難揮發(fā)有機(jī)化合物，種類繁多。2023/9/5固定液固定液：高沸點(diǎn)難揮發(fā)有機(jī)化合物，種類繁多。2023/826對(duì)固定液的要求對(duì)試樣中各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰?；選擇性好，對(duì)各分離組分分配系數(shù)的差值要適當(dāng)；沸點(diǎn)高，揮發(fā)性小，熱穩(wěn)定性好；化學(xué)穩(wěn)定性好，不與被分離物質(zhì)發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)。2023/9/5對(duì)固定液的要求對(duì)試樣中各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰Γ?023/8/27固定液固定液分類方法如按化學(xué)結(jié)構(gòu)、極性、應(yīng)用等的分類方法。在各種色譜手冊(cè)中，一般將固定液按有機(jī)化合物的分類方法分為：脂肪烴、芳烴、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等，

最高最低使用溫度高于最高使用溫度易分解，溫度低呈固體；混合固定相對(duì)于復(fù)雜的難分離組分通常采用特殊固定液或?qū)煞N甚至兩種以上配合使用；2023/9/5固定液固定液分類方法2023/8/328固定液固定液的相對(duì)極性

規(guī)定：角鯊?fù)椋ó惾椋┑南鄬?duì)極性為零，β，β’—氧二丙睛的相對(duì)極性為100.2023/9/5固定液固定液的相對(duì)極性規(guī)定：角鯊?fù)椋ó惾椋?9麥?zhǔn)铣?shù)麥?zhǔn)铣?shù)：用x’、y’、z’、u’、s’表示，分別代表了極性分子間存在著的靜電力（偶極定向力）；極性與非極性分子間存在著的誘導(dǎo)力；非極性分子間的色散力；氫鍵等。也可以用五個(gè)數(shù)的總和來(lái)表示固定相的極性大小，如：β，β’—氧二丙睛五個(gè)常數(shù)的總和為4427，是強(qiáng)極性固定相。2023/9/5麥?zhǔn)铣?shù)麥?zhǔn)铣?shù)：用x’、y’、z’、u’、s’表示，分別代302023/9/52023/8/331固定液2023/9/5固定液2023/8/332固定液2023/9/5固定液2023/8/333固定液選擇的基本原則----

相似相溶----選擇與試樣性質(zhì)相近的固定相。2023/9/5固定液選擇的基本原則----相似相溶2023/8/334固定液的選擇分離非極性組分，一般選用非極性固定液。這時(shí)試樣中各組分按沸點(diǎn)次序流出色譜柱。低沸點(diǎn)組分先出峰例如用角鯊?fù)樽鞴潭ㄒ悍蛛x甲烷（沸點(diǎn)一161.5℃）、乙烷（沸點(diǎn)一88.6℃），丙烷（沸點(diǎn)一47℃）時(shí)。沸點(diǎn)較低的甲烷先出峰，沸點(diǎn)較高的丙烷則最后出峰。2023/9/5固定液的選擇分離非極性組分，一般選用非極性固定液。這時(shí)試樣中35固定液的選擇分離極性組分，選用極性固定液。各組分按極性大小順序流出色譜柱，極性小的先出峰。如用極性固定液聚乙二醇一600分析乙醛、丙烯醛混合物時(shí)，由于乙醛的極性較丙烯醛小，所以乙醛較丙烯醛先出峰。2023/9/5固定液的選擇分離極性組分，選用極性固定液。各組分按極性大小順