第十二章　氣相色譜法.ppt

1、第12章 氣相色譜分析,12-1 氣相色譜概述 12-2 氣相色譜法的基本原理 12-3 色譜分離條件選擇 12-4 固定相及其擇 12-5 氣相色譜檢測(cè)器 12-6 氣相色譜定性分析 12-7 氣相色譜定量方法 12-8 毛細(xì)管柱氣相色譜法,12-1 氣相色譜法概述,色譜法是一種分離技術(shù)。 固定相：使混合物中各組分在兩相間進(jìn)行分配，其中 不動(dòng)的一相。 流動(dòng)相：攜帶混合物流過(guò)此固定相的流體相。 分離原理： 依據(jù)不同物質(zhì)在流動(dòng)相中與固定相的相互作用的不同而產(chǎn)生不同的分配率，經(jīng)過(guò)多次分 配而達(dá)到混合物的分離的目的。,色譜法分類：,1、按流動(dòng)相的物態(tài)：氣相色譜法，液相色譜法 按固定相的物態(tài)：氣固色譜

2、（固定相為固定吸附劑） 氣液色譜（固定相為涂在固體擔(dān)體上的或毛細(xì)管壁上的液體） 液固色譜 液液色譜 2、按固定相使用的形式：柱色譜，紙色譜，薄層色譜。 3、色譜分離過(guò)程的機(jī)制 吸附色譜 分配色譜 離子交換色譜 排阻色譜（凝膠色譜）,1、分離效能高 2、靈敏度高。 3、分析速度快。 4、應(yīng)用范圍廣泛。 5、裝置簡(jiǎn)單，操作方便。 缺點(diǎn)：在缺乏標(biāo)準(zhǔn)樣品的情況下，定性分析較困難， 對(duì)于高沸點(diǎn)，不能氣化和熱不穩(wěn)定的物質(zhì)不能 用氣相色譜法分離和測(cè)定。,色譜法的特點(diǎn),12-2 氣相色譜法的基本原理,一、氣相色譜流程：,1、高壓鋼瓶 2、減壓閥 3、載氣凈化干燥管 4、針形閥 5、流量劑 6、壓力表 7、進(jìn)樣

3、器 8、色譜柱 9、檢測(cè)器 10、記錄儀,圖2.1 氣相色譜流程圖,二、氣相色譜儀的組成及各部分的作用：,1、載氣系統(tǒng)（包括氣源、氣體凈化、氣體流速 控制和測(cè) 量） 常用的載氣，氨氣、氮?dú)?2、進(jìn)樣系統(tǒng) 包括進(jìn)樣器和汽化室 微量注射器：0.1，1，5，10，50L 汽化室可控制溫度為20400 汽化室的作用是將液體或固體樣品瞬間氣化為蒸氣，并很快被載氣帶入色譜柱。,3、分離系統(tǒng) 色譜柱（心臟部分）、柱箱和恒溫控制裝置 色譜柱：填充柱、空心毛細(xì)管柱 填充柱： 制備簡(jiǎn)單，可供使用的單體，固定液，吸附劑繁多，可解決各種分離分析問(wèn)題。 填充柱外形有U型，W型和螺旋型三種，內(nèi)徑均為26mm，長(zhǎng)度在110

4、m之間，通常24m。不銹鋼，玻璃，聚四氟乙烯。,空心毛細(xì)管： 分析速度快，內(nèi)徑為0.10.5mm，長(zhǎng)為50300m，其 外形多為螺旋型，材料，玻璃尼龍，不銹鋼。 色譜柱放在恒溫箱中： 柱恒溫箱控溫范圍一般為15至350 程序升溫， 溫度自動(dòng)控制,4、檢測(cè)系統(tǒng)： 檢測(cè)器，控溫裝置 檢測(cè)恒溫箱中的溫度，一般選擇與柱溫相同或略高于柱溫。 5、記錄系統(tǒng)： 放大器和記錄器，數(shù)據(jù)處理裝置。,三、氣相色譜分析的理論基礎(chǔ),1、基本原理 氣固色譜、氣液色譜 氣固色譜中被分離物隨著載氣的流動(dòng)，被測(cè)組分在吸附劑表面進(jìn)行吸附，脫附，再吸附，再脫附這樣反復(fù)的過(guò)程不同物質(zhì)在色譜柱中的保留時(shí)間不同而達(dá)到分離的目的。 氣液色

5、譜中被分離物隨著載氣的流動(dòng)，被測(cè)組分在固定液中進(jìn)行溶解，揮發(fā)，再溶解，再揮發(fā)的過(guò)程，使不同物質(zhì)在色譜柱中的保留時(shí)間不同而達(dá)到分離的目的。,在一定溫度下，組分在兩相之間分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度（gmL-1）比稱為分配系數(shù)，以K表示。 待測(cè)組分在固定相和流動(dòng)相之間發(fā)生的吸附，脫附或溶解，揮發(fā)的過(guò)程叫做分配過(guò)程。待測(cè)組分在固定相和流動(dòng)相之間發(fā)生的吸附，脫附或溶解，揮發(fā)的過(guò)程叫做分配過(guò)程。,分配系數(shù)K是由組分及固定液的熱力學(xué)性質(zhì)決定的，隨柱溫，柱壓變化，與柱中氣相、液相的體積無(wú)關(guān)。 當(dāng)K=1時(shí)，組分在固定相和流動(dòng)相中濃度相等； 當(dāng)K1時(shí)，組分在固定相中的濃度大于在流動(dòng)相中的濃度； 當(dāng)K1時(shí)，組分在固定相中

6、的濃度小于在流動(dòng)相中的濃度。,不同物質(zhì)的分配系數(shù)相同時(shí)，它們不能分離。 色譜柱中不同組分能夠分離的先決條件是其分配系數(shù)不等。 分配系數(shù)K小的組分：在氣相中停留時(shí)間短，較早流出色譜柱。 分配系數(shù)大的組分：在氣相中的濃度較小，移動(dòng)速度慢，在柱中停留時(shí)間長(zhǎng)，較遲流出色譜柱。 兩組分分配系數(shù)相差越大，兩峰分離的就越好。,2、氣相色譜流出曲線和有關(guān)術(shù)語(yǔ)：,圖12.2 色譜流出曲線,（1）基線（base line） 當(dāng)色譜柱中沒(méi)有組分進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，在實(shí)驗(yàn)操作條件下，反應(yīng)檢測(cè)器系統(tǒng)噪聲隨時(shí)間變化的線稱為基線。 （2）保留值（retention value） 表示試樣中各組分在色譜柱中的滯留時(shí)間的數(shù)值，通常用

7、時(shí)間或用將組分帶處色譜柱所需載氣的體積來(lái)表示。任何一種物質(zhì)都有一定的保留值。,死時(shí)間（dead time） 指不被固定相吸附或溶解的氣體（如空氣、甲烷）從進(jìn)樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所需時(shí)間。 保留時(shí)間（retention time）tR 指被測(cè)樣品從進(jìn)樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所需的時(shí)間OB。 調(diào)整保留時(shí)間（adjusted retention time）tR tR=tR-tm 某組分由于溶解或吸附與固定相，比不溶解或不被吸附的組分在色譜柱中多只溜的時(shí)間。,死體積（dead volume）Vm 指色譜柱在填完后柱管內(nèi)固定相顆粒間所剩留的空間。色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測(cè)器的空間的

8、總和。當(dāng)后兩項(xiàng)很小忽略不計(jì)時(shí)， Vm=tmF0 F0載氣體積流速，mLmin-1,保留體積（retention volume）VR VR= tRF0 載氣流速大，保留時(shí)間相應(yīng)降低，兩者乘積仍為常數(shù)，因此VR與F0無(wú)關(guān)。 調(diào)整保留體積（adjusted retention volume）VR VR=tRF0 或 VR=VR-Vm VR與載氣流速無(wú)關(guān),相對(duì)保留值（relative retention volume）r21 指某組分2的調(diào)整保留值與另一組分1的調(diào)整保留值之比。,相對(duì)保留值的優(yōu)點(diǎn)是： 只要柱溫，固定相不變，即使柱徑，柱長(zhǎng)，填充情況及流動(dòng)相流速有所變化，r21值仍保持不變，（重要參數(shù)）相

9、鄰兩組分的tR相差越大，分離的越好，r211兩組分不能分離。,（3）區(qū)域?qū)挾龋╬eak width） i 標(biāo)準(zhǔn)偏差（standardard deviation） 即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半（圖中EF） ii 半峰寬度（peak width at half-height）Y1/2 峰高一半處的寬度（GH）它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為：,易于測(cè)量，使用方便常用表示區(qū)域?qū)挾取?iii 峰低寬度（peak width at base）Y 自色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)所作切線在基線上的截距IJ與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為： Y=4 利用色譜流出曲線可以解決以下問(wèn)題： i 根據(jù)色譜峰位置（保留值）可以進(jìn)行定性檢測(cè)； ii

10、 根據(jù)色譜峰面積或峰高可以進(jìn)行定量測(cè)定； iii 根據(jù)色譜峰位置及寬度可以對(duì)色譜柱分離情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。,3、分配比與保留時(shí)間的關(guān)系，分配比、分配系數(shù)與保留時(shí)間具有如下關(guān)系： tR=tm(1k)推導(dǎo)過(guò)程見下： 若流動(dòng)相（載氣）在柱內(nèi)的線速度為u，即一定時(shí)間里載氣在柱中流動(dòng)的距離（單位cms-1），由于固定相的作用（保留），所以組分在柱內(nèi)的線速度us將小于u，則兩速度之比稱為滯留因子（retardation factor）Rs.,Rs=us/u （2-11） Rs可用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示：,組分和流動(dòng)相通過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的色譜柱所需時(shí)間分別,k可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。,4、塔板理論（色譜分析的基本理論）,半經(jīng)驗(yàn)理論：將色譜

11、柱看成精餾塔，一定的柱長(zhǎng)看作一個(gè)塔板，以精餾理論進(jìn)行解釋。,塔板理論的假設(shè)： （1）在一小段間隔內(nèi)，氣相平均組成與液相平均組成可以很快的達(dá)到分配平衡。這樣達(dá)到分配平衡的一小段柱長(zhǎng)稱為塔板理論高度（height equivalent to theoretical plate）H；,（2）載氣進(jìn)入色譜柱，不是連續(xù)的而是脈動(dòng)式的，每次進(jìn)入為一個(gè)板體積； （3）試樣開始時(shí)都加在0號(hào)塔板上，且試樣沿色譜柱方向的擴(kuò)散（縱向擴(kuò)散）可略而不計(jì)； （4）分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。,在氣相色譜中，n值是很大的，約為 103106 ，流出曲線可趨近于正態(tài)分布曲線。 流出曲線上的濃度c與時(shí)間t的關(guān)系可由下式表示:,由

12、塔板理論可導(dǎo)出n與色譜峰半峰寬或峰低寬度的關(guān)系：,式中L為色譜柱長(zhǎng)度，tR及Y1/2或Y用同一物理量單位（時(shí)間或距離）。 由式（2-18）（2-19）可見，色譜峰越窄，塔板數(shù)n越多，理論塔板高度H就越小，此時(shí)柱效能越高。 n，H可作為描述柱效能的一個(gè)指標(biāo)。,為使塔板數(shù)和塔板高度真實(shí)反應(yīng)色譜柱分離的好壞，將tM外的有效塔板數(shù)n有效和有效塔板高度H有效作為柱效能指標(biāo)。計(jì)算公式為：,有效塔板數(shù)和有效塔板高度較為真實(shí)的反應(yīng)了柱效能的好壞。 成功處：解釋流出曲線的形狀（呈正態(tài)分布）、濃度極大點(diǎn)的位置以及計(jì)算評(píng)價(jià)柱效能等方面。 不足處：基本假設(shè)是不當(dāng) 。,5、速率理論（rate theory）,1956年

13、由荷蘭學(xué)者范第姆特提出 ：,式中：A，B，C為三個(gè)常數(shù) A為渦流擴(kuò)散項(xiàng) B為分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù) C為傳質(zhì)阻力系數(shù) u一定時(shí)，只有A，B，C較小時(shí)，H才能較小，柱效能才能較高。,氣體碰到填充物顆粒時(shí)，形成類似“渦流”的流動(dòng)，引起色譜峰擴(kuò)張。 A=2dp 填充物顆粒直徑dp（單位為cm） 填充的不均勻性 使用適當(dāng)粒度和顆粒均勻的單體，盡量填充均勻，可減少渦流擴(kuò)散。 空心毛細(xì)管柱中，A項(xiàng)為零。,（1）渦流擴(kuò)散項(xiàng)A,渦流擴(kuò)散示意圖,由于進(jìn)樣在色譜柱內(nèi)存在濃差而形成濃度梯度。 B2rDg r載體填充在柱內(nèi)而引起氣體擴(kuò)散路徑彎曲的因數(shù)（彎曲因子） Dg組分在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（單位為cm2s-1）,（2）分子擴(kuò)

14、散項(xiàng)B/u（縱向擴(kuò)散）,縱向擴(kuò)散與組分在柱內(nèi)的保留時(shí)間有關(guān)，保留時(shí)間越長(zhǎng)，分子擴(kuò)散項(xiàng)對(duì)色譜峰擴(kuò)張的影響就越顯著。相對(duì)分子質(zhì)量較大的載氣（如氨氣）可使B項(xiàng)降低。 Dg隨柱溫增高而增加，但反比與柱壓。 彎曲因子r：空心毛細(xì)管柱r1、填充柱中擴(kuò)散程度降低r1、硅藻土擔(dān)體r0.50.7,系數(shù)C包括氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)C1，對(duì)填充柱：,k容量因子,采用粒度小的填充物和分子量小的氣體（H2）作載氣可使Cg減小，提高柱效率。,（3）傳質(zhì)項(xiàng)Cu,液相傳質(zhì)阻力系數(shù)：,固定相液膜df薄，組分在液相的擴(kuò)散系數(shù)D1大，則液相傳質(zhì)阻力系數(shù)較小。,范第姆特方程,12-3 色譜分離條件的選擇,一、分離度（

15、resolution）,色譜柱的分離效能指標(biāo) ：分離度R,當(dāng)R1時(shí)，分離程度可達(dá)98 當(dāng)R1.5時(shí)，分離程度可達(dá)99.7（作為兩峰分開的標(biāo)志）,定義：相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩個(gè)組分色譜峰峰底寬度總和之半的比值。,當(dāng)兩組分色譜峰分離較差，峰低寬度難于測(cè)量時(shí)，可用半峰寬度代替峰低寬度：當(dāng)兩組分色譜峰分離較差，峰低寬度難于測(cè)量時(shí)，可用半峰寬度代替峰低寬度：,色譜分析中，在選擇合適的固定相及實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，對(duì)于難分離的物質(zhì)對(duì)，由于它們的保留值差別小，可合理的認(rèn)為：Y1=Y2=Y，k1=k2=k。由式（2-18）得：,二、色譜分離基本方程式,將上式及式（2-15）代入式（2-27）整理后可得：,（2-

16、29）,n與n有效（有效理論塔板數(shù)）的關(guān)系式：,（2-30）,有效理論塔板數(shù)表示的色譜分離基本方程：,（2-31）,1、分離度與柱效的關(guān)系（柱效因子） 分離度與n的平方根成正比。當(dāng)固定相確定，亦即被分離物質(zhì)對(duì)的確定，欲使達(dá)到一定的分離度，將取決于n。,k值大一些對(duì)分離有利，但并非越大越有利。表2-2數(shù)據(jù)（P18） k10時(shí)，k/k+1的改變不大，對(duì)R的改變不明顯，反而分析時(shí)間大為延長(zhǎng)。 k值的最佳范圍是1k10，可得到大的R值。,2、分離度與容量比的關(guān)系（容量因子）,是柱選擇性的量度，越大，柱選擇性越好，分離效果越好。 表2-3（P19）列出了根據(jù)式（2-31）計(jì)算得到的一些結(jié)果。 結(jié)果表明：

17、分離度從1.0增加至1.5。對(duì)應(yīng)于各值所需的理論塔板數(shù)大致增加一倍。,3、分離度與柱選擇性的關(guān)系（選擇因子）,在一定分離度下，大的值可在有效理論塔板數(shù)小的色譜柱上實(shí)現(xiàn)分離。 當(dāng)值為1時(shí)，分離所需的有效理論塔板數(shù)為無(wú)窮大。故分離不能實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)值相當(dāng)小的情況下，特別是1時(shí)，實(shí)現(xiàn)分離所需的有效理論塔板數(shù)很大，此時(shí)應(yīng)當(dāng)是增大值。 如果相鄰兩峰的值已足夠大，即使色譜柱的理論塔板數(shù)較小，分離亦可順利的實(shí)現(xiàn)。,分離度、柱效和選擇性參數(shù)的聯(lián)系：,三、分離操作條件的選擇,1、載氣及其流速的選擇,用在不同流速下測(cè)得的塔板高度H對(duì)了流速u作圖，得Hu曲線圖（圖2-7）,2-7 塔板高度與載氣流速的關(guān)系,曲線的最低點(diǎn)

18、，塔板高度H最小。此時(shí)，柱效最高。該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流速為最佳流速u最佳。u最佳及H最佳可由（2-22）微分求得。,將式（234）代入式（222）得：,實(shí)際工作中，為了縮短分析時(shí)間，往往使流速稍高于最佳流速。 對(duì)于填充柱，N2的最佳實(shí)用線速度為1012cms-1 H2為1520cms-1 載氣流速習(xí)慣上用柱前的體積流速（mLmin-1），也可用皂膜流量計(jì)在柱后測(cè)量。 若色譜柱內(nèi)徑3mm，N2流速一般為4060mLmin-1 H2流速一般為6090mLmin-1,2、柱溫的選擇 柱溫：重要的操作變數(shù)，直接影響分離效能和分析速度 。 柱溫不能高于固定液的最高溫度，否則揮發(fā)流失。 柱溫選擇的原則： 在使最

19、難分離的組分能盡可能好的分離前提下，盡可能采取較低的柱溫，但以保留的時(shí)間為宜，峰形不脫尾為度。 對(duì)于高沸點(diǎn)混合物（300400）希望在較低溫度下進(jìn)行（低于沸點(diǎn)100200）分析柱溫：重要的操作變數(shù)，直接影響分離效能和分析速度 。,沸點(diǎn)不太高的混合物（200300）可在中等柱溫下進(jìn)行，固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)510柱溫比平均沸點(diǎn)低100。 沸點(diǎn)在100200的混合物，柱溫可選在其平均沸點(diǎn)2/3左右，固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)1015。 對(duì)于氣體、氣態(tài)烴等低沸點(diǎn)混合物，柱溫選在其沸點(diǎn)及沸點(diǎn)以上，能在室溫50以下分析。 固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在1525。 對(duì)于沸點(diǎn)范圍較寬的試樣，宜采用程序升溫。,5、進(jìn)樣時(shí)間和進(jìn)樣量 進(jìn)樣時(shí)

20、間在一秒以內(nèi)。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，試樣原始寬度變大，半縫寬必將變寬，甚至峰變形。 進(jìn)樣量一般：液體試樣 0.15L 氣體樣 0.110mL 進(jìn)樣量太多，會(huì)使幾個(gè)峰疊在一起，分離不好。 進(jìn)樣量太少，含量少的組分因檢測(cè)器靈敏度不夠而不出峰。 最大進(jìn)樣量應(yīng)控制在峰面積或峰高與進(jìn)樣量呈線性關(guān)系。,6、氣化溫度 進(jìn)樣后要有足夠的氣化溫度，使液體試樣迅速氣化被載氣帶入柱中，在得證試樣不分解的的情況下，適當(dāng)提高氣化溫度對(duì)分離及定量有利。 氣化溫度比柱溫高3070。,12-4 固定相及其選擇,氣相色譜分析中，某組分的完全分離取決于色譜柱的效能和選擇性，后者取決于固定相的選擇性。,1、氣固色譜固定相 氣固色譜法中常用固定

21、相 非極性活性炭 弱極性氧化鋁 強(qiáng)極性硅膠 常用吸附劑及其一般用途見表2-4（P25）,（1）擔(dān)體 載體應(yīng)是一種化學(xué)惰性、多孔型的固體顆粒，它的作用是提供一個(gè)大的惰性表面，用以承擔(dān)固定液，使固定液以薄膜狀態(tài)分布在其表面上。對(duì)擔(dān)體的要求： 表面是化學(xué)惰性的，表面沒(méi)有吸附性或很弱，更不能與被測(cè)物起化學(xué)反應(yīng)； 多孔性，即表面積大，使固定液與試樣接觸面積大；,2、氣液色譜固定相,熱穩(wěn)定性好，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，不易破碎； 對(duì)擔(dān)體粒度的要求：均勻，細(xì)?。ㄟ^(guò)細(xì)柱壓增大）， 一般選用4060目，6080目，80100目。 氣液色譜中所用擔(dān)體： 可分為：硅藻土型 紅色擔(dān)體 白色擔(dān)體 非硅藻土性 氟擔(dān)體 玻璃微球

22、 高分子多孔微球,紅色擔(dān)體0201紅色擔(dān)體，2011紅色擔(dān)體，C-22保溫磚等； 表面孔穴密集，孔徑較小，表面積大（比表面積40cm2g-1），平均孔徑1m。 一般用于分析非極性或弱極性物質(zhì)。 白色擔(dān)體101白色擔(dān)體 機(jī)械強(qiáng)度不如紅色擔(dān)體。表面孔徑較大約89m，比表面積1.0cm2g1。一般適用于分析極性物質(zhì)。,硅藻土型擔(dān)體表面含有相當(dāng)數(shù)量的硅醇基團(tuán),有吸附性，擔(dān)體需加以鈍化處理。處理方法：酸洗，堿洗，硅熔 。,A、對(duì)固定液的要求 揮發(fā)性小 操作溫度下有較低蒸氣壓，以免流失； 熱穩(wěn)定性好 操作溫度下不發(fā)生分解； 對(duì)試樣各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰Α?具有高的選擇性 對(duì)沸點(diǎn)相同或相近的不同物質(zhì)有盡可能

23、高的溶解能力； 化學(xué)穩(wěn)定性好 不與被測(cè)物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。,（2）固定液,B、固定液的分離特征,被測(cè)組分在固定液中溶解度或分配系數(shù)的大小與被測(cè)組分和固定液兩種分子之間相互作用力的大小有關(guān)。分子間作用力 靜電力（定向力） 誘導(dǎo)力 色散力 氫鍵例 （不同固定液的分離性質(zhì)用麥?zhǔn)铣?shù)表征表2-6麥?zhǔn)铣?shù) ）,固定液選擇相似相溶原理 選擇固定液的基本原則： 分離非極性物質(zhì) 選用非極性固定液鯊魚烷、甲基硅油、阿批松。被分離組分和固定液之間的作用力是色散力。各組分按沸點(diǎn)順序先后流出色譜柱。沸點(diǎn)低的組分先流出，沸點(diǎn)高的組分后流出。如果被分離組分是同系物，由于色散力與分子量成正比，各組分按碳順序分離。,C、固定液的

24、選擇,分離強(qiáng)極性樣品 選用強(qiáng)極性固定液，氧二丙睛，聚丙二醇己二酸等。被分離組分和固定液之間的作用力主要是取向力（定向力），這時(shí)試樣中的各組分主要按極性順序分離，極性小的物質(zhì)先流出色譜柱，極性大的后流出。 分離極性和非極性混合物時(shí) 可選用非極性固定液也可選用極性固定液，應(yīng)視組分的性質(zhì)而定。如果沸點(diǎn)為主要矛盾，則應(yīng)選用非極性；若極性差別為主，應(yīng)選極性固定液。,分離中等極性樣品 選擇中等極性固定液鄰苯二甲酸二壬酯、聚乙二醇己二酸、甲基硅油。被分離組分和固定液分子之間的作用力是色散力和誘導(dǎo)力，組分按沸點(diǎn)順序分離。 對(duì)于能形成氫鍵的組分 一般選用強(qiáng)極性和氫鍵型固定液，多元醇固定液。此時(shí)樣品中各組分按和固

25、定液之間形成氫鍵能力大小的順序分離，不易形成氫鍵的先流出，最易形成氫鍵的后流出。 對(duì)于復(fù)雜的難分離的物質(zhì)，可以選用兩種或兩種以上的混合物固定液。,固定液的性質(zhì)對(duì)分離是起決定作用的。一般來(lái)講，擔(dān)體的表面積越大，固定液用量可以越高，允許的進(jìn)樣量也就越多。 目前填充色譜柱盛行低固定液含量色譜柱。 固定液膜薄柱效能提高，并可縮短分析時(shí)間。 固定液量太低，液膜越薄，允許的進(jìn)樣量也就越少 固定液用量根據(jù)具體情況決定。 固定液的配比（固定液與擔(dān)體質(zhì)量比）： 一般用5：100到25：100，也有低于5：100的。,3、固定液的性質(zhì)和用量,擔(dān)體的表面結(jié)構(gòu)和孔徑分布決定了固定液在擔(dān)體上的分布以及液相傳質(zhì)和縱向擴(kuò)散

26、情況。 要求擔(dān)體表面積大表面和孔徑分布均勻。 擔(dān)體的粒度要求均勻、細(xì)小，有利于提高柱效。對(duì)36mm內(nèi)徑的柱，使用6080目的擔(dān)體較為合適。,4、擔(dān)體的性質(zhì)和粒度,12-5 氣相色譜檢測(cè)器,檢測(cè)器：將色譜柱分離后的各組分按其特性及含量轉(zhuǎn)換為相應(yīng) 的電訊號(hào)。 檢測(cè)器分為：濃度型檢測(cè)器 （concentration sensitive detector） 質(zhì)量型檢測(cè)器 （mass flow rate sensitive detector）,濃度型檢測(cè)器：測(cè)量的是載氣中某組分濃度瞬間的變化，即檢測(cè)器的響應(yīng)值和組分濃度成正比。 質(zhì)量型檢測(cè)器：測(cè)量的是載氣中某組分進(jìn)入檢測(cè)器的速度變化，即檢測(cè)器的響應(yīng)值和單

27、位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器某組分的質(zhì)量成正比 。,1、熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu),雙臂熱導(dǎo)池 四臂熱導(dǎo)池,一、熱導(dǎo)池檢測(cè)器 （thermal conductivity detector）TCD表示,熱導(dǎo)池由池體（不銹鋼塊）和熱敏元件（錸鎢合金 ）構(gòu)成 。 雙臂熱導(dǎo)池：一臂參比池；一臂測(cè)量池 四臂熱導(dǎo)池：兩臂是參比；兩臂是測(cè)量,2、熱導(dǎo)池檢測(cè)的基本原理,將電橋在未通入試樣與通入試樣后平衡性的差異（以電位差的形式來(lái)表現(xiàn)）記錄下來(lái)，得到色譜峰，反映待測(cè)物濃度。,（1）橋路工作電流 一般橋路電流控制在100200mA左右。 氮?dú)庾鬏d氣100150mA 氫氣作載氣150200mA （2）熱導(dǎo)池溫度的影響 一般池體溫度不應(yīng)低于

28、柱溫。,3、影響熱導(dǎo)池檢測(cè)器靈敏度的因素,（3）載氣的影響 載氣與試樣的熱導(dǎo)數(shù)相差越大，則靈敏度越高。一般選擇熱導(dǎo)系數(shù)大的載氣：H2、He（靈敏度較高）。 （4）熱敏元件阻值的影響 選擇阻值高、電阻溫度系數(shù)大的熱敏元件（鎢絲） （5）熱導(dǎo)池的死體積較大，靈敏度較低 應(yīng)使用具有微型池體（2.5L）的熱導(dǎo)池。,二、氫火焰離子化檢測(cè)器（flame ionization detector）FID,對(duì)含碳有機(jī)化合物有很高的靈敏度。適用于痕量有機(jī)物的分析。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)塊、穩(wěn)定性好、死體積小、線性范圍寬。,1、氫火焰檢測(cè)器的結(jié)構(gòu),離子化室、火焰噴嘴、一對(duì)電極、外罩,2、氫焰檢測(cè)器作用原機(jī)

29、理,A區(qū)：預(yù)熱區(qū) B層：點(diǎn)燃火焰 C層：熱裂解區(qū)： 溫度最高 D層：反應(yīng)區(qū),(1)當(dāng)含有機(jī)物 CnHm的載氣由噴嘴噴出進(jìn)入火焰時(shí)，在C層發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)生自由基 ： CnHm CH (2)產(chǎn)生的自由基在D層火焰中與外面擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的激發(fā)態(tài)原子氧或分子氧發(fā)生如下反應(yīng)： CH + O CHO+ + e,(3)生成的正離子CHO+ 與火焰中大量水分子碰撞而發(fā)生分子離子反應(yīng)： CHO+ + H2O H3O+ + CO (4)化學(xué)電離產(chǎn)生的正離子和電子在外加恒定直流電場(chǎng)的作用下分別向兩極定向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生微電流（約10-610-14A）；,(5) 在一定范圍內(nèi)，微電流的大小與進(jìn)入離子室的被測(cè)組分質(zhì)量成正比，所以氫

30、焰檢測(cè)器是質(zhì)量型檢測(cè)器。 (6) 組分在氫焰中的電離效率很低，大約五十萬(wàn)分之一的碳原子被電離。 (7)離子電流信號(hào)輸出到記錄儀，得到峰面積與組分質(zhì)量成正比的色譜流出曲線,（1）氣體流量 載氣流量 一般用氮?dú)庾鬏d氣，最佳載氣流速 氫氣流量 氫氣流量與載氣流量之比影響氫火焰的 溫度及火焰中的電離過(guò)程。 H2：N21：11：1.5（最佳氫氮比） 空氣流量 空氣是助燃?xì)?空氣流量高于某一數(shù)值（400mLmin-1）對(duì)影響值 幾乎沒(méi)有影響。 一般 H2：空氣1：10,3、操作條件選擇,（3）極化電極 極化電壓的大小直接影響響應(yīng)值。 一般選100V300V （4）使用溫度 氫焰檢測(cè)器的溫度不是主要影響因素

31、 80200靈敏度幾乎相同。 80以下靈敏度顯著下降。（水蒸氣冷凝所致）,三、電子捕獲檢測(cè)器（electron capture detector）ECD,它是一種具有選擇性，高靈敏度的濃度型檢測(cè)器。 它對(duì)具有電負(fù)性的物質(zhì)（鹵素、硫、磷、氮、氧）有響應(yīng)，電負(fù)性越強(qiáng)，靈敏度越高。 能檢測(cè)10-14gmL-1物質(zhì)。,電子捕獲型檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：,進(jìn)入檢測(cè)器的載氣在放射源的照射下發(fā)生電離，產(chǎn)生的各種離子在恒定電場(chǎng)的作用下形成恒定的基流。當(dāng)有電負(fù)性較大的試樣進(jìn)入時(shí)，會(huì)捕獲帶正電的離子，而使基流降低，形成倒峰，組分濃度越高，倒峰愈大。,電子捕獲型檢測(cè)器，高靈敏度，高選擇性，常用于痕量的具有特殊官能團(tuán)的組分分析。

32、食品，農(nóng)副產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量分析；大氣、水中痕量污染物分析。 注意：載氣純度應(yīng)在4個(gè)9以上。 線性范圍較寬 103左右 進(jìn)樣量不可超載。,五、檢測(cè)器的性能指標(biāo),要求：響應(yīng)快、靈敏度高、穩(wěn)定性好、線性范圍寬。 1、靈敏度（響應(yīng)值或應(yīng)答值）,一定濃度或一定質(zhì)量的試樣進(jìn)入檢測(cè)器后，就產(chǎn)生一定的相應(yīng)信號(hào)R。如果以進(jìn)樣量Q對(duì)檢測(cè)器作圖，就可得到一直線。 圖中直線的斜率就是檢測(cè)器的靈敏度。,濃度型檢測(cè)器的靈敏度：,Sc濃度型檢測(cè)器靈敏度 C1記錄儀靈敏度(mVcm-1)； C2記錄儀紙速的倒數(shù)(mincm-1); F0流速； A峰面積； m進(jìn)樣量（mg） 濃度型檢測(cè)器的靈敏度的單位是mVmLmg-1，即每毫

33、升載氣中有一毫克氣試樣時(shí)在檢測(cè)器所能產(chǎn)生的相應(yīng)信號(hào)，單位mV。若試樣為氣體，靈敏度單位是mVmLmL-1。,質(zhì)量型檢測(cè)器靈敏度：,2、檢出限D(zhuǎn)（detection limit）,檢出限也稱敏感度。是指檢測(cè)器恰能產(chǎn)生和噪聲相鑒別的信號(hào)時(shí)，在單位體積或時(shí)間需向檢測(cè)器進(jìn)入的物質(zhì)質(zhì)量（單位為g） 通常認(rèn)為恰能鑒別的響應(yīng)信號(hào)重力應(yīng)等于檢測(cè)器噪聲的3倍。 檢出限以D表示，則可定義為,N為檢測(cè)器噪聲，指由于各種因素所引起的基線在段時(shí)間內(nèi)左右偏差值（單位mv），S為檢測(cè)器的靈敏度。 一般；D值越小說(shuō)明儀器越敏感。,3、最小檢出量Q。（minimum detectable quantity）,指檢測(cè)器恰能產(chǎn)生和

34、噪聲相鑒別的信號(hào)時(shí)所需進(jìn)入色譜柱的最小物質(zhì)量（或最小濃度），以Q。表示。 對(duì)于質(zhì)量型檢測(cè)器：Q01.065Y1/2D （2-51） 對(duì)于濃度型檢測(cè)器：Q0=1.065Y1/2F0D （2-52） Q0與檢測(cè)器的檢出限成正比，但與檢出限不同。 Q0不僅與檢測(cè)器性能有關(guān)，還與柱效率即操作條件有關(guān)。 所得色譜峰的半寬度越窄，Q0就越小。,要求檢測(cè)器能夠迅速的和真實(shí)的反應(yīng)通過(guò)它的物質(zhì)的濃度變化情況，即要求相應(yīng)速度快。 檢測(cè)器體積要小，電路系統(tǒng)的滯后現(xiàn)象盡可能小，一般小于1s，記錄儀的全行程時(shí)間要（1s）。,4、響應(yīng)時(shí)間（response time）,指試樣量與信號(hào)之間保持線性關(guān)系的范圍，用最大進(jìn)樣量與

35、最小檢出量的比值來(lái)表示，這個(gè)范圍越大，越有利于準(zhǔn)確定量。,5、線性范圍（linear range）,12-6 氣相色譜定性方法,應(yīng)用氣相色譜法進(jìn)行定性分析還存在著一定的問(wèn)題，發(fā)展方向： 氣相色譜質(zhì)譜 氣相色譜紅外 一、根據(jù)色譜保留值進(jìn)行定性分析,根據(jù)色譜保留值進(jìn)行定性分析，但要求柱效要高 ，混合物組分簡(jiǎn)單，且已知，可一一分離。即使這樣，也只能做其它定性方法的旁證。該方法采用的指標(biāo)為保留指數(shù)。,二、與其他方法結(jié)合的定性分析方法。 1、與質(zhì)譜、紅外等儀器聯(lián)用； 2、一化學(xué)方法配合進(jìn)行定性分析。 三、利用檢測(cè)器的選擇性進(jìn)行定性分析,12-7 氣相色譜定量方法,在一定操作條件下，分析組分i的質(zhì)量（mi

36、）或其在載氣中的濃度是與檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào)（色譜圖上表現(xiàn)為峰面積Ai或峰高h(yuǎn)i）成正比。 可寫作： mi=fiAi （色譜定量分析的依據(jù)） 由上式可見： 在定量分析中需要： （1）準(zhǔn)確測(cè)量峰面積； （2）準(zhǔn)確求出比例常數(shù)（定量校正因子） （3）根據(jù)上式正確選用定量計(jì)算方法，將測(cè)的組分的峰面積換算為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。,一、峰面積測(cè)量法,1、峰高來(lái)求峰寬法 使用條件：色譜峰為對(duì)稱峰 依據(jù)： 等腰三角形的面積計(jì)算方法。 A=hY1/2 這樣測(cè)得的峰面積為實(shí)際峰面積的0.94倍，實(shí)際上峰面積應(yīng)為： A=1.605hY1/2 絕對(duì)測(cè)量時(shí)，應(yīng)乘以1.065，相對(duì)測(cè)量時(shí)1.065可約去。 此法簡(jiǎn)單、快速。在實(shí)際工作中

37、常采用。（用于對(duì)稱峰）,2、峰高乘以峰底寬度法（作圖求峰面積法） 這種作圖法測(cè)得的峰面積約為真實(shí)面積的0.98倍，對(duì)于矮而寬的峰，此法更準(zhǔn)確些。,3、峰高乘以平均峰寬法 對(duì)于不對(duì)稱色譜峰使用此法可得較準(zhǔn)確的結(jié)果，平均峰寬是指在峰高0.15和0.85處分別測(cè)縫寬，然后取其平均值：,4、峰高乘以保留值法 使用條件：狹窄的峰 依據(jù)：在一定操作條件下，同系物的半峰寬與保留時(shí)間成正比。 A=hY1/2=hbtR 相對(duì)計(jì)算時(shí)，b可以約去，于是： A=hY1/2=htR,5、積分儀 積分儀或稱數(shù)據(jù)處理機(jī)是測(cè)量峰面積最方便的工具，速度快，線性范圍寬，精度一般可達(dá)0.22。數(shù)字電子積分儀能以數(shù)字的形式把峰面積和

38、保留時(shí)間打印出來(lái)。,二、定量校正因子,色譜定量分析是基于被測(cè)物質(zhì)的量與其峰面積的正比關(guān)系。但由于同一檢測(cè)器對(duì)不同的物質(zhì)具有不同的響應(yīng)值，所以兩個(gè)相等量的物質(zhì)出的峰面積往往不相等，這樣就不能用峰面積來(lái)直接計(jì)算物質(zhì)的量。 引入“定量校正因子”quantitative calibration foutor 一定操作條件下，進(jìn)樣量（mi）與響應(yīng)信號(hào)（峰面積Ai）成正比：,為絕對(duì)質(zhì)量校正因子， 單位峰面積所代表物質(zhì)的質(zhì)量。主要由儀器的靈敏度所決定。 不易準(zhǔn)確測(cè)定，無(wú)法直接應(yīng)用。,這是一種最常用的定量校正因子，即：,（2-59）,式中下標(biāo)i，s分別代表被測(cè)物和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。,1、質(zhì)量校正因子fm,如果以摩爾數(shù)

39、計(jì)量，則：,（2-60）,式中Mi，Ms分別為被測(cè)物和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)相對(duì)分子量。,2、摩爾校正因子fM,如果以體積計(jì)量（氣體試樣）則體積校正因子就是摩爾校正因子，因?yàn)?mol任何氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下其體積都是22.4L。,（2-61）,對(duì)于氣體分析，使用摩爾校正因子可得體積分?jǐn)?shù) 。,3、體積校正因子fV,相對(duì)響應(yīng)值是物質(zhì)i與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s的響應(yīng)值（靈敏度）之比。單位相同時(shí)，它與校正因子互為倒數(shù)，即： S和f只與試樣，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以及檢測(cè)器類型有關(guān)，而與操作條件和柱溫，載氣流速，固定液性質(zhì)等無(wú)關(guān)。 校正因子的測(cè)定方法： 準(zhǔn)確稱量被測(cè)組分和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，混合后，在實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)樣分析，分別測(cè)量相應(yīng)的峰面積，有式（2-59

40、）、（2-60）計(jì)算質(zhì)量校正因子，摩爾校正因子。,4、相對(duì)響應(yīng)值,1、歸一化法（mormalligation mathed） 要求：混合物各組分都可流出色譜柱，且在色譜圖上顯示色譜峰 。,三、幾種常用的定量計(jì)算方法,假設(shè)試樣中有n個(gè)組分，每個(gè)組分的質(zhì)量分別為m1，m2，mn各組分含量的總和m為100，其中組分i的質(zhì)量i分?jǐn)?shù)可按下式計(jì)算：,fi為質(zhì)量校正因子，得質(zhì)量分?jǐn)?shù)；如為摩爾校正因子，則得摩爾分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)（氣體）。,若各組分的f值相近或相同，例如同系物中沸點(diǎn)接近的各組分，則上式可簡(jiǎn)化為：,對(duì)于狹窄的色譜峰，也有用峰高代替峰面積來(lái)進(jìn)行定量測(cè)定。當(dāng)各種條件保持不變時(shí)，在一定的進(jìn)樣量范圍內(nèi)，峰的

41、半寬度是不變的，因?yàn)榉甯呔椭苯哟砟骋唤M分的量。,為峰高校正因子，此值常自行測(cè)定，測(cè)定方法用峰面積校正因子，不同的是用峰高代替峰面積。,當(dāng)只需測(cè)定試樣中某幾個(gè)組分，而且試樣中所有組分不能全都出峰時(shí)，可采用此法。 所謂內(nèi)標(biāo)法是將一定量的純物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)物，加入到準(zhǔn)確稱取的試樣中，根據(jù)被測(cè)物和內(nèi)標(biāo)物的重量及其在色譜圖上相應(yīng)的峰面積比，求出某組分的含量。例如要測(cè)定試樣中組分i（質(zhì)量為mi）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)i，可于試樣中加入質(zhì)量為ms的內(nèi)標(biāo)物，試樣質(zhì)量為m，則：,mi=fiAi ms=fsAs,2、內(nèi)標(biāo)法（internal stoundard methed）,一般常以內(nèi)標(biāo)物為基準(zhǔn)，則fs1，此時(shí)計(jì)算可化簡(jiǎn)為：

42、,內(nèi)標(biāo)法主要優(yōu)點(diǎn)：由于操作條件變化而引起的誤差，都將同時(shí)反映在內(nèi)標(biāo)物及預(yù)測(cè)組分上而得到抵消，所以可以得到校準(zhǔn)確的結(jié)果。 內(nèi)標(biāo)物的選擇: （1）試樣中不存在的純物質(zhì)； （2）加入量應(yīng)接近于被測(cè)組分； （3）內(nèi)標(biāo)物色譜峰位被測(cè)組分色譜峰附近或幾個(gè)被測(cè)組 分峰中間； （4）注意內(nèi)標(biāo)物與預(yù)測(cè)組分的物理及物理化學(xué)性質(zhì)相 近。內(nèi)標(biāo)物的選擇,3、內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線,簡(jiǎn)化的內(nèi)標(biāo)法。 由式：,得：,以i對(duì)Ai/As作圖將得一直線制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。取固定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液和內(nèi)標(biāo)物混合后進(jìn)樣分析，測(cè)Ai和As，以Ai/As對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度作圖。分析時(shí)，取和制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)所用量同樣的試樣和內(nèi)標(biāo)物，測(cè)出其峰面積比，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上量出被測(cè)物含量，若各組分相對(duì)密度比較接近，可用量取體積代替稱量則方法更為簡(jiǎn)便。 此法不必測(cè)校正因子，消除某些操作條件的影響。也不需嚴(yán)格定量進(jìn)樣。,所謂外標(biāo)法就是應(yīng)用欲測(cè)組分的純物質(zhì)來(lái)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，這與在分光光度分析中的標(biāo)準(zhǔn)曲線法是相同的，此時(shí)用欲測(cè)組分的純物質(zhì)加稀釋劑配成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，取