氣相色譜分析組成和基本原理

關(guān)于氣相色譜分析組成和基本原理氣相色譜儀1第2頁,共36頁，2024年2月25日，星期天氣相色譜儀2第3頁,共36頁，2024年2月25日，星期天一、分類按流動相物態(tài)分：氣相色譜、液相色譜第一節(jié)氣相色譜法概述

按系統(tǒng)特征分：柱色譜、薄層色譜、紙色譜按分離原理分：吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜、凝膠色譜第4頁,共36頁，2024年2月25日，星期天

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；7-進(jìn)樣器;8-色譜柱;9-熱導(dǎo)檢測器；10-放大器；11-溫度控制器；12-記錄儀；二、氣相色譜流程第5頁,共36頁，2024年2月25日，星期天

待測物樣品被蒸發(fā)為氣體并注入到色譜分離柱柱頂，以惰性氣體（指不與待測物反應(yīng)的氣體，只起運(yùn)載蒸汽樣品的作用，也稱載氣）將待測物樣品蒸汽帶入柱內(nèi)分離。三、分離過程第6頁,共36頁，2024年2月25日，星期天四、氣相色譜的組成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.檢測器：可連接各種檢測器，以熱導(dǎo)檢測器或氫火焰檢測器最為常見；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。第7頁,共36頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)氣相色譜分析理論基礎(chǔ)一、分離原理

不同的物質(zhì)在由兩相—固定相和流動相構(gòu)成的體系中，具有不同的分配系數(shù)。當(dāng)兩相做相對運(yùn)動時，這些物質(zhì)也隨流動相一起運(yùn)動，并在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次的分配。分配系數(shù)上有微小差別的物質(zhì)在移動速度上產(chǎn)生差別，從而使各組份達(dá)到分離。第8頁,共36頁，2024年2月25日，星期天二、分配系數(shù)、分配比與滯留因子⒈分配系數(shù)組分在色譜柱內(nèi)的固定相和流動相間發(fā)生的吸附、脫附或溶解、揮發(fā)的過程稱為分配過程。在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡時的濃度（單位：g/mL）的比值，稱為分配系數(shù)，用K表示。第9頁,共36頁，2024年2月25日，星期天⒉分配比在一定溫度、壓力下，在兩相間達(dá)到分配平衡時，組分在兩相中的質(zhì)量比，用k表示。分配比越大，保留時間越長；分配比為零，保留時間為死時間。第10頁,共36頁，2024年2月25日，星期天⒊滯留因子Rs組分與載氣在色譜柱內(nèi)的流速之比第11頁,共36頁，2024年2月25日，星期天三、塔板理論-柱分離效能指標(biāo)

把色譜分離過程比擬作蒸餾工程，直接引用處理蒸餾過程的概念、理論和方法來處理色譜分離過程，即把連續(xù)的色譜過程看作許多小段平衡過程的重復(fù)。第12頁,共36頁，2024年2月25日，星期天⒈理論塔板假定⑴在一小段間隔（H）內(nèi)，氣相平均組成和液相平均組成很快達(dá)到平衡；⑵載氣以脈動式進(jìn)入色譜柱，且每次進(jìn)氣為一個板體積；⑶試樣沿色譜柱方向縱向擴(kuò)散忽略不計(jì)；⑷分配系數(shù)在各板上是常數(shù)。第13頁,共36頁，2024年2月25日，星期天色譜柱長：L虛擬的塔板間距離：H色譜柱理論塔板數(shù)：n則三者的關(guān)系為：

n=L/H理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：第14頁,共36頁，2024年2月25日，星期天⒉有效塔板數(shù)和有效塔板高度單位柱長的塔板數(shù)越多，表明柱效越高。用不同物質(zhì)計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)。組分在tM時間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。需引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：第15頁,共36頁，2024年2月25日，星期天⒊根據(jù)塔板理論得出的結(jié)論（1）色譜柱的有效塔板數(shù)越多，表示組分在色譜柱內(nèi)達(dá)到平衡的次數(shù)越多，柱效越高，所得的色譜峰越窄，對分離有利;（2）如果兩組分在同一色譜柱上的分配系數(shù)相同，那么無論該色譜柱為它們提供的有效塔板數(shù)有多大，此兩組分仍無法分離;（3）由于不同物質(zhì)在同一色譜柱上分配系數(shù)不同，所以同一色譜柱對不同物質(zhì)的柱效能也不同，因此在用塔板數(shù)或塔板高度表示柱效能時，必須說明是對什么物質(zhì)而言。第16頁,共36頁，2024年2月25日，星期天四、分離度

塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對的實(shí)際分離程度。即柱效為多大時，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：保留值之差──色譜過程的熱力學(xué)因素；區(qū)域?qū)挾醛ぉどV過程的動力學(xué)因素。

第17頁,共36頁，2024年2月25日，星期天色譜分離中的四種情況如圖所示：①柱效較高，△K(分配系數(shù))較大,完全分離；②△K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；③柱效較低，，△K較大,但分離的不好；④△K小，柱效低，分離效果更差。第18頁,共36頁，2024年2月25日，星期天分離度的表達(dá)式：R=0.8：兩峰的分離程度可達(dá)89%；R=1.0：分離程度98%；R=1.5：達(dá)99.7%（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）第19頁,共36頁，2024年2月25日，星期天令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），引入相對保留值和塔板數(shù)，可導(dǎo)出下式：第20頁,共36頁，2024年2月25日，星期天五、分離操作條件的選擇⒈載氣及其流速的選擇塔板高度與載氣流速曲線第21頁,共36頁，2024年2月25日，星期天

傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素，流速

，柱效

,流速

，柱效

，由于流速對這兩項(xiàng)完全相反的作用，流速對柱效的總影響使得存在著一個最佳流速值，以塔板高度H對應(yīng)載氣流速u作圖，曲線最低點(diǎn)的流速即為最佳流速。第22頁,共36頁，2024年2月25日，星期天⒉柱溫的選擇

柱溫是影響分離的最重要的因素。選擇柱溫主要是考慮樣品待測物沸點(diǎn)和對分離的要求。

柱溫通常要等于或略高于樣品的平均沸點(diǎn)(分析時間20-30min)；對寬沸程的樣品，應(yīng)使用程序升溫方法。第23頁,共36頁，2024年2月25日，星期天恒溫：45oC程序升溫：30~180oC恒溫：145oC溫度低，分離效果較好，但分析時間長程序升溫，分離效果好，且分析時間短溫度高，分析時間短，但分離效果差第24頁,共36頁，2024年2月25日，星期天⒊固定液性質(zhì)和用量

固定液量越大，所容許的進(jìn)樣量越多，但色譜柱效能越低，分析時間越長。⒋擔(dān)體的性質(zhì)和粒度擔(dān)體表面積越大、表面和孔徑分布均勻，固定液涂覆均勻，液相傳質(zhì)越快，柱效較高；擔(dān)體粒度太細(xì)，阻力增加，對操作不利。第25頁,共36頁，2024年2月25日，星期天⒌氣化溫度

氣化溫度越高對分離越有利；一般選擇比柱溫高30～70℃。第26頁,共36頁，2024年2月25日，星期天⒍進(jìn)樣時間和進(jìn)樣量

一般在1秒內(nèi)完成，越快越好；進(jìn)樣時間長，會導(dǎo)致色譜峰變寬；

進(jìn)樣量適當(dāng)；進(jìn)樣太多，峰疊在一起，分離不好；進(jìn)樣太少，檢測器靈敏度不夠，不能出峰。第27頁,共36頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)固定相及其選擇一、氣固色譜固定相——固體吸附劑該類型色譜柱是利用其中固體吸附劑對不同物質(zhì)的吸附能力差別進(jìn)行分離。主要用于分離小分子量的永久氣體及烴類。第28頁,共36頁，2024年2月25日，星期天1.常用固體吸附劑：硅膠(強(qiáng)極性)、氧化鋁(弱極性)、活性炭(非極性)、分子篩(極性，篩孔大小)2.人工合成固體吸附劑：高分子多孔微球(GDX)：人工合成的多孔聚合物，其孔徑大小可以人為控制?？稍诨罨笾苯佑糜诜蛛x。第29頁,共36頁，2024年2月25日，星期天二、氣液色譜固定相—載體+固定液

氣液色譜固定相由載體和固定液構(gòu)成：載體為固定液提供大的惰性表面，以承擔(dān)固定液，使其形成薄而勻的液膜。第30頁,共36頁，2024年2月25日，星期天1.擔(dān)體(也稱載體)1）對載體的要求：

多孔性、比表面積大；表面是化學(xué)惰性的；熱穩(wěn)定性、有一定的機(jī)械強(qiáng)度；粒度均勻、細(xì)小。

第31頁,共36頁，2024年2月25日，星期天2）載體類型：分為硅藻土型和非硅藻土型，前者又分為白色擔(dān)體和紅色擔(dān)體。第32頁,共36頁，2024年2月25日，星期天3）載體表面處理：硅藻土含有硅醇基(—SiOH)、Al2O3、Fe等，也就是說，它具有活性而不完全化學(xué)惰性，需進(jìn)行化學(xué)處理。其處理過程如下：第33頁,共36頁，2024年2月25日，星期天2.固定液及其選擇1）對固定液的要求①熱穩(wěn)定性好、蒸汽壓低——流失少；②化學(xué)穩(wěn)定性好——不與其它物質(zhì)反應(yīng)；③對試樣各組分有合適的溶解能力（分配系數(shù)K適當(dāng)）；④對各組分具有良