第11章氣相色譜法.ppt

1、氣相色譜,Gas Chromatography,藥物分析教研室,第11章,概述 色譜法基本理論 固定相 氣相色譜儀 分離條件的選擇 分析方法 氣相色譜法的發(fā)展趨勢(shì) 應(yīng)用與示例,第一節(jié) 概述,定義：GC是以氣體為流動(dòng)相的柱色譜分離技術(shù)。 起源：GC是英國(guó)生物化學(xué)家 Martin A T P等人在研究液液分配色譜的基礎(chǔ)上，于1952年創(chuàng)立的一種極有效的分離方法，它可分離和分析復(fù)雜的多組分混合物。,按固定相分類(lèi)：,載體固定液相 GLC 表面活性吸附劑 GSC,柱色譜,氣相色譜法分類(lèi),按柱分類(lèi)：,填充柱 毛細(xì)管柱,空心毛細(xì)管柱,填充毛細(xì)管柱,GCMS聯(lián)用,儀器介紹,氣相色譜結(jié)構(gòu)流程圖,氣相色譜平面結(jié)構(gòu)

2、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)樣閥;8-分離柱;9-熱導(dǎo)檢測(cè)器；10-放大器；11-溫度控制器；12-記錄儀.,載氣系統(tǒng),進(jìn)樣系統(tǒng),色譜柱,檢測(cè)系統(tǒng),溫控系統(tǒng),優(yōu)點(diǎn),高選擇性 高靈敏度 高柱效 二少 一廣,第二節(jié) 色譜法基本理論,兩組分完全分離的條件：,兩組分的分配系數(shù)必須有差異 區(qū)域變寬的速度要小于區(qū)域分離的速度 在保證快速分離的前提下，提供足夠長(zhǎng)的色譜柱,最早由Martin等人提出塔板理論，把色譜柱比作一個(gè)精餾塔，沿用精餾塔中塔板的概念來(lái)描述組分在兩相間的分配行為，同時(shí)引人理論塔板數(shù)作為衡量柱效

3、率的指標(biāo)。,一 塔板理論（plate theory）,（i）在柱內(nèi)一小段長(zhǎng)度H內(nèi)，組分可以在兩相間瞬間達(dá)到平衡。這一小段柱長(zhǎng)稱(chēng)為理論塔板高度H。 （ii）以氣相色譜為例，載氣進(jìn)入色譜柱不是連續(xù)進(jìn)行的，而是脈動(dòng)式，每次進(jìn)氣為一個(gè)塔板體積（Vm）。 （iii）所有組分開(kāi)始時(shí)存在于第0號(hào)塔板上，而且試樣沿軸（縱）向擴(kuò)散可忽略。 （iv）分配系數(shù)在所有塔板上是常數(shù)，與組分在某一塔板上的量無(wú)關(guān)。,1. 基本假設(shè),2.色譜流出曲線方程,為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)色譜往由5塊塔板（n5，n為柱子的塔板數(shù)）組成，并以r表示塔板編號(hào)，r=1，2，nl；某組分的分配比k=1.,根據(jù)上述假定，在色譜分離過(guò)程中，該組分的分布可計(jì)

4、算如下： 開(kāi)始時(shí)，若有單位質(zhì)量，即m=1（例1mg或1g）的該組分加到第0號(hào)塔板上，分配平衡后，由于k=1，即ns=nm故nm=ns=0.5。當(dāng)一個(gè)板體積（lV）的載氣以脈動(dòng)形式進(jìn)入0號(hào)板時(shí)，就將氣相中含有nm部分組分的載氣頂?shù)?號(hào)板上，此時(shí)0號(hào)板液相（或固相）中ns部分組分及1號(hào)板氣相中的nm部分組分，將各自在兩相間重新分配。故0號(hào)板上所含組分總量為0.5，其中氣液（或氣固）兩相各為0.25而1號(hào)板上所含總量同樣為0.5氣液（或氣固）相亦各為0.25。以后每當(dāng)一個(gè)新的板體積載氣以脈動(dòng)式進(jìn)入色譜柱時(shí)，上述過(guò)程就重復(fù)一次(見(jiàn)下表)。,按上述分配過(guò)程，對(duì)于n=5，k=1，m=1的體系，隨著脈動(dòng)進(jìn)入

5、柱中板體積載氣的增加，組分分布在柱內(nèi)任一板上的總量（氣液兩相中的總質(zhì)量）,由塔板理論可建流出曲線方程：,m為組分質(zhì)量，Vr為保留體積，n為理論塔板數(shù)。 當(dāng)流動(dòng)相體積V=Vr 時(shí)，C值最大，即,3色譜流出曲線方程的討論,（1）t=tR時(shí) Cmax =h，當(dāng)一定時(shí)，h與m（進(jìn)樣量）成正比，即h是色譜定量分析的參數(shù)。 （2）當(dāng)t tR，t tR時(shí) ，c cmax或 h hmax （3）用峰面積A代表m，將W1/2 = 2.355代入可得A = 1.065 W1/2 hmax，即A是色譜定量分析的參數(shù)。,4. 柱效方程,當(dāng)色譜柱長(zhǎng)度一定時(shí)，塔板高度越小，塔板數(shù)越大，在該柱中進(jìn)行分配平衡的次數(shù)越多，柱效

6、越高； 當(dāng)tR一定時(shí)，如果色譜峰越窄，則n越大，說(shuō)明柱效越高。,若用tR代替tR，則計(jì)算出來(lái)n更能反映出色譜柱的實(shí)際效能，此時(shí)的n稱(chēng)為有效塔板數(shù)neff。,比較柱效時(shí)，必須表明組分的名稱(chēng)、固定相及含量、溫度、流動(dòng)相、流速等條件，不同組分在同一色譜柱上的n是不同的。 注意：計(jì)算n值時(shí)，保留值與W1/2單位必須要統(tǒng)一。,5.塔板理論的局限性,塔板理論用熱力學(xué)觀點(diǎn)形象地描述了溶質(zhì)在色譜柱中的分配平衡和分離過(guò)程，導(dǎo)出流出曲線的數(shù)學(xué)模型，并成功地解釋了流出曲線的形狀及濃度極大值的位置，還提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)。但由于它的某些基本假設(shè)并不完全符合柱內(nèi)實(shí)際發(fā)生的分離過(guò)程，例如，縱向擴(kuò)能解釋造成譜帶擴(kuò)張的

7、原因和影響板高的各種因素，也不能說(shuō)明為什么在不同流速下可以測(cè)得不同的理論塔板數(shù)，這就限制了它的應(yīng)用。,塔板理論的特點(diǎn)和不足,(1)當(dāng)色譜柱長(zhǎng)度一定時(shí)，塔板數(shù) n 越大(塔板高度 H 越小)，被測(cè)組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。,(2)不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)時(shí)，應(yīng)指明測(cè)定物質(zhì)。,(3)柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)K相同時(shí)，無(wú)論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無(wú)法分離。,(4)塔板理論無(wú)法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無(wú)法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。,二. 速

8、率理論,Van Deemter方程速率方程色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)理論速率理論,渦流擴(kuò)散項(xiàng) 分子擴(kuò)散項(xiàng) 傳質(zhì)阻力項(xiàng),板高流速曲線,載氣流速,1. 渦流擴(kuò)散項(xiàng),A=2dp ：填充不規(guī)則因子 dp：填料（固定相）顆粒的直徑 要減小渦流擴(kuò)散項(xiàng)和提高柱效，使用粒度細(xì)和顆粒均勻的填料，且需填充均勻。,2. 分析擴(kuò)散項(xiàng)縱向擴(kuò)散項(xiàng),B=2Dg ：氣體通道的彎曲因子，一般填充柱0.50.7，毛細(xì)管柱1 Dg：組分在氣相中的擴(kuò)散，與載氣及組分的性質(zhì)有關(guān)。,Dg與組分分子在載氣中停留的時(shí)間成正比，停留時(shí)間越長(zhǎng)，Dg越大，由縱向引起的峰擴(kuò)張也越大；Dg與載氣分子量的平方根成反比；溫度升高，Dg增大。 因此為了減小B項(xiàng)，可采

9、用較高的載氣流速，使用相對(duì)分子量較大的載氣（N2），控制較低的柱溫。,3. 傳質(zhì)阻力項(xiàng),C=Cg+CL,因?yàn)镈g很大，所以氣相傳質(zhì)Cg數(shù)值很小，可以忽略。 減小固定相液膜厚度df，增大組分在液相中擴(kuò)散系數(shù)DL可以降低CL，但k隨之變小，又會(huì)使CL增大。,因此，要減小C項(xiàng)常采用比表面積較大的載體來(lái)降低液膜厚度。增大DL，可通過(guò)提高柱溫來(lái)實(shí)現(xiàn)，但會(huì)使k值減小，為了保持適當(dāng)?shù)腃L值，應(yīng)該控制適宜的柱溫。,速率方程對(duì)于分離條件的選擇具有指導(dǎo)意義，它可以說(shuō)明：色譜柱填充均勻程度、擔(dān)體粒度、載體種類(lèi)、載氣流速、柱溫和固定業(yè)膜厚度對(duì)柱效、峰擴(kuò)張的影響.,液體固定相 固體固定相,第三節(jié) 固定相,（一）固定液

10、總體要求 使樣品中各組分呈良好分離，延長(zhǎng)柱使用壽命。,一、液體固定相,1.對(duì)固定液的要求,操作溫度下：a.蒸汽壓低；b.熱穩(wěn)定性好；c.與被測(cè)物和載氣無(wú)不可逆反應(yīng) 呈液態(tài)，越小越好 與載體之間有相當(dāng)?shù)淖饔昧Γ孕纬删鶆蚨喂痰囊耗?選擇性高，對(duì)被分離的物質(zhì)有一定的溶解度,2.固定液的分類(lèi),按固定液的相對(duì)極性：非極性、中等極性、極性、氫鍵型固定液，共200多種，常用20多種。 影響固定液選擇的主要作用力有極性、誘導(dǎo)極性、氫鍵作用力等。 按化學(xué)類(lèi)型：烴、硅氧烷、醇、醚、酯、腈、腈醚等。,固定液分類(lèi) 非極性固定液 種類(lèi)：飽和烴類(lèi)等，常用角鯊?fù)椋–30H62）、阿皮松（C36H74）、甲基硅酮(OV-

11、1)等。HP-1 、HP-5 主要作用力：色散力。用于分離非極性與弱極性物質(zhì)。 出峰順序：按沸點(diǎn)順序分離，沸點(diǎn)低先出峰。,中等極性固定液 種類(lèi)：苯基甲基硅酮（OV17）、601（環(huán)氧樹(shù)脂）、HP-35、HP-50 主要作用力：誘導(dǎo)力&色散力。最適用于中等極性物的分離。 出峰順序：按沸點(diǎn)順序分離，沸點(diǎn)低先出峰。沸點(diǎn)相同的極性和非極性組分，誘導(dǎo)力起主要作用，非極性組分先流出。,極性固定液 種類(lèi)：腈類(lèi)、氧二丙腈（CH2CH2CN）2O、 主要作用力：靜電力為主，誘導(dǎo)力、 色散力為次。用于分離極性化合物。 出峰順序：按極性大小順序分離，極性小先出峰。,氫鍵型固定液（強(qiáng)極性固定液） 種類(lèi)：聚乙二醇PEG

12、、三乙醇胺、HP-INNOWX 主要作用力：氫鍵 出峰順序：按形成氫鍵的能力大小順序分離，最不易形成氫鍵的最先出峰。,3.固定液選擇,相似相溶原則即按組分與固定液的極性與化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的原則選擇,按極性選擇,被分離物極性 非極性、弱極性化合物 弱極性、中等極性化合物 極性化合物 強(qiáng)極性化合物（能形成氫鍵的）,固定液極性 非極性固定液 中等極性固定液 極性固定液 氫鍵型固定液,按化學(xué)官能團(tuán)相似選擇,被分析物 酯 醇,固定液 酯類(lèi)或聚酯類(lèi)固定液 聚乙二醇類(lèi),按主要差別選擇,樣品各組分的沸點(diǎn)差別為主 選非極性固定液，按沸點(diǎn)大小出峰 樣品各組分的極性差別為主 選極性固定液，按極性大小出峰,例如：分離苯和

13、環(huán)己烷,苯 80.1 弱極性,環(huán)己烷 80.7 非極性,沸點(diǎn) 極性,b.p小 稍有差別,非極性固定液很難分離 中等極性固定液 鄰苯二甲酸二辛酯 tR苯1.5tR環(huán)己烷 強(qiáng)極性固定液（氫鍵型） 聚乙二醇400 tR苯3.9tR環(huán)己烷 ，氧二丙腈 tR苯6.3tR環(huán)己烷,（二）載體 作用： GSC 載體本身是固定相 GLC 僅作為液相的支持體,要求： 1.=A/m 大，具多孔性且孔徑均勻分布 2.化學(xué)惰性和固定液間有較強(qiáng)吸引力 3.顆粒大小均勻 4.有一定的機(jī)械強(qiáng)度 5.熱穩(wěn)定性好,分類(lèi) 硅藻土型 非硅藻土型,紅色擔(dān)體（非極性） 白色擔(dān)體（極性）,多孔 無(wú)孔,GDX 多孔玻璃 多孔硅珠,氟載體 洗

14、滌劑 玻璃微珠、素瓷,硅藻土載體的預(yù)處理 酸洗法 堿洗法 硅烷化法,二、固體固定相,固體固定相可為吸附劑、分子篩及高分子多孔微球等。 在藥物分析中，高分子多孔微球常用于乙醇量、水分和殘留有機(jī)溶劑的測(cè)定。 高分子多孔微球的分離機(jī)理一般認(rèn)為具有吸附、分配及分子篩三種作用。,氣路系統(tǒng),進(jìn)樣系統(tǒng),色譜分離系統(tǒng),檢測(cè)系統(tǒng),記錄及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),放空或分步收集,溫 控 系 統(tǒng),第四節(jié)氣相色譜儀,一、氣路系統(tǒng),氣路系統(tǒng),載氣由高壓氣瓶供給由減壓閥減壓后，經(jīng)凈化器脫水及凈化，由穩(wěn)壓閥調(diào)至適宜的流量而進(jìn)入進(jìn)樣器,色譜柱,到檢測(cè)器后排出。 當(dāng)用氫焰離子化檢測(cè)器時(shí),還需燃燒氣體-氫氣和助燃?xì)怏w-空氣。它們同樣由氣源調(diào)

15、壓后由管道輸出到檢測(cè)器。 氣相色譜所用氣體的純度要求在99.9以上。實(shí)驗(yàn)中需嚴(yán)格控制氣路的壓力和流量，以保證最佳的色譜條件和檢測(cè)器的工作條件。,載氣（carrier gas) 作用：推動(dòng)樣品沿柱方向運(yùn)動(dòng)，為樣品提供相 空間。 要求：化學(xué)上惰性。 常用載氣：He，H2 ，N2 ，Ar 。 選擇：據(jù)其對(duì)檢測(cè)器的靈敏度。,二、進(jìn)樣系統(tǒng),進(jìn)樣系統(tǒng)包括樣品導(dǎo)入裝置（如注射器、六通閥和自動(dòng)進(jìn)樣器等）和進(jìn)樣口。 （一）樣品導(dǎo)入裝置 氣相色譜法要求進(jìn)樣量適當(dāng)，進(jìn)樣速度快，進(jìn)樣方式簡(jiǎn)單易行。 氣體樣品常使用醫(yī)用注射器（一般為0.25、1、2、5mL）或氣體定量管（與六通閥連接）進(jìn)樣； 液體樣品多用微量注射器（常

16、用10、25、50、100、250L）進(jìn)樣；固體樣品用溶劑溶解后在用注射器進(jìn)樣。,（二）進(jìn)樣口,進(jìn)樣口主要由氣化室構(gòu)成。氣化室是將液體樣品瞬間氣化為蒸氣的裝置。為了讓樣品瞬間氣化而不被分解，要求氣化室熱容量大，溫度足夠高，而且無(wú)催化效應(yīng)。為了盡量減小柱前色譜峰的展寬，氣化室的死體積應(yīng)盡可能小。 氣化室實(shí)際上是一個(gè)大容量加熱器，可控溫度一般為50400。當(dāng)使用毛細(xì)管柱時(shí)，須使用專(zhuān)門(mén)制作的分流進(jìn)樣器，以防色譜超載。 氣化室的溫度選擇與樣品的沸點(diǎn)、進(jìn)樣量和檢測(cè)器的靈敏度有關(guān)。對(duì)高沸點(diǎn)和易分解的樣品，選擇的氣化溫度應(yīng)使樣品瞬間氣化而不分解。氣化溫度并不一定要高于被分離物質(zhì)的沸點(diǎn)，但應(yīng)比柱溫高50左右。

17、,進(jìn)樣口類(lèi)型,填充柱進(jìn)樣口 毛細(xì)管柱進(jìn)樣口,分流進(jìn)樣 不分流進(jìn)樣,三、分離系統(tǒng),分離系統(tǒng)由色譜柱組成，它是色譜儀的核心部件，其作用是分離樣品。色譜柱主要有兩類(lèi)：填充柱和毛細(xì)管柱。 1）填充柱 填充柱由不銹鋼或玻璃材料制成，內(nèi)裝固定相，一般內(nèi)徑為24 mm，長(zhǎng)13m。填充柱的形狀有U型和螺旋型二種。 2）毛細(xì)管柱 毛細(xì)管柱又叫空心柱，分為涂壁，多孔層和涂載體空心柱。涂壁空心柱是將固定液均勻地涂在內(nèi)徑0l0.5mm的毛細(xì)管內(nèi)壁而成，毛細(xì)管材料可以是不銹鋼，玻璃或石英。,涂壁開(kāi)口柱 WCOT 空心毛細(xì)管柱多孔層開(kāi)口柱 PLOT 涂膜薄層開(kāi)口柱 SCOT 填充毛細(xì)管柱,毛細(xì)管柱分類(lèi),柱箱,柱溫是氣相色

18、譜操作的重要參數(shù)之一，它與柱效和分離度直接相關(guān)。通常把色譜柱放在一個(gè)恒溫箱中，以提供可以改變的、均勻的恒定溫度。 恒溫箱使用溫度為0300或0500，要求箱內(nèi)上下溫差在3以?xún)?nèi)。,檢測(cè)器能連續(xù)地監(jiān)測(cè)從色譜柱餾出的氣體組成的變化，并把這種變化通過(guò)不同的方式轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)，通過(guò)對(duì)電信號(hào)的處理，可獲得色譜分析的定量和定性結(jié)果。,四、檢測(cè)系統(tǒng),檢測(cè)器的分類(lèi),1.按對(duì)信號(hào)統(tǒng)計(jì)方式分 積分式 微分式,2.按響應(yīng)特征分,濃度型 檢測(cè)組分濃度的瞬時(shí)變化，響應(yīng)信號(hào)取決于載氣中信號(hào)濃度。如:熱導(dǎo)、ECD 質(zhì)量型 檢測(cè)組分進(jìn)入檢測(cè)器的質(zhì)量流速變化，如:FID、FPD,3.按檢測(cè)物質(zhì)分,通用型 如TCD、MS、I

19、R 選擇型 如FID、ECD 通用型檢測(cè)器要求適用范圍廣； 選擇型檢測(cè)器要求選擇性好。,4.按對(duì)組分的破壞性分,破壞性 如FID 非破壞性 如TCD,一、檢測(cè)器的性能指標(biāo)及要求,對(duì)檢測(cè)器性能的要求： 靈敏度高 穩(wěn)定性好，噪音低 線性范圍寬 死體積小， 響應(yīng)快,性能指標(biāo),噪音（N）和漂移（d） 靈敏度（S） 檢測(cè)限（D、M）,噪音和漂移,檢出限,在檢測(cè)器恰能產(chǎn)生二倍于噪聲信號(hào)時(shí)的單位時(shí)間（單位：S）內(nèi)引入檢測(cè)器的樣品量，或單位體積載氣中所含的樣品量。 檢測(cè)限越小，檢測(cè)器的性能越好。,靈敏度,響應(yīng)值、應(yīng)答值 濃度型檢測(cè)器（Sc） 質(zhì)量型檢測(cè)器（Sm）,（二）常用的檢測(cè)器,熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD） 氫火

20、焰檢測(cè)器（FID） 電子捕獲檢測(cè)器（ECD）,熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）,1.檢測(cè)依據(jù)：不同的組分有與載氣不同的熱導(dǎo)系數(shù)，從而可檢測(cè)出組分的濃度變化. 2.適用對(duì)象：無(wú)機(jī)氣體和有機(jī)物,3.熱導(dǎo)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)及工作原理,4.優(yōu)點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍廣 穩(wěn)定性好 線性范圍寬 樣品不被破壞 5.缺點(diǎn) 靈敏度略低,氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）,1、依據(jù)：利用有機(jī)物在氫焰的作用下，化學(xué)電離而形成離子流，通過(guò)測(cè)定離子流強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。 2、應(yīng)用：能在氫焰中離子化的絕大多數(shù)有機(jī)物。,3、結(jié)構(gòu)與原理,4、優(yōu)點(diǎn) a.靈敏度高 b.響應(yīng)迅速 c.線性范圍寬 d.對(duì)T不敏感 e.操作穩(wěn)定，特別適合與毛細(xì)管柱配合進(jìn)行快速痕量分析

21、。 f.易于清掃,5.缺 點(diǎn),對(duì)稀有氣體、O2、N2、CO2等無(wú)信號(hào)。 對(duì)含N、S、P等分子量大的有機(jī)物信號(hào)低。,電子捕獲檢測(cè)器（ECD）,1、依據(jù) 在放射性物質(zhì)輻射線的作用下，間接使組分導(dǎo)電，形成離子流，通過(guò)測(cè)定離子流來(lái)確定組分濃度。,2、結(jié)構(gòu)與原理,捕獲機(jī)理可用以下反應(yīng)式表示,3、應(yīng)用 電負(fù)性組分、鹵素、O、S、N、P、金屬等有機(jī)物，適用于農(nóng)殘、環(huán)保、醫(yī)藥。,4、優(yōu)點(diǎn) 靈敏度高、選擇性強(qiáng) 5、缺點(diǎn) 線性范圍窄,氮磷檢測(cè)器（NPD） 對(duì)含氮、磷的有機(jī)物靈敏度高 火焰光度檢測(cè)器（FPD） 對(duì)含硫、磷的有機(jī)物靈敏度高,五、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),色譜工作站,控制溫度系統(tǒng),在氣相色譜測(cè)定中，溫度是重要的指標(biāo)

22、，它直接影響色譜柱的選擇分離、檢測(cè)器的靈敏度和穩(wěn)定性?？刂茰囟戎饕笇?duì)色譜柱爐，氣化室，檢測(cè)器三處的溫度控制。色譜柱的溫度控制方式有恒溫和程序升溫二種。對(duì)于沸點(diǎn)范圍很寬的混合物，往往采用程序升溫法進(jìn)行分析。程序升溫指在一個(gè)分析周期內(nèi)柱溫隨時(shí)間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達(dá)到用最短時(shí)間獲得最佳分離的目的。,第五節(jié) 分離條件的選擇,一、色譜柱的總分離效能指標(biāo)分離度,分離度又稱(chēng)分辨率，是指相鄰兩峰頂間距離與兩峰底寬平均值的比值。,Rs=1,基本達(dá)到分離,分離效果達(dá)到98% Rs=1.5 ,完全分離,即基線分離,分離效果99.7 % Rs=2,充分而完全分離,分離效果為99.9%,二、 色譜分離

23、方程式,a b c,a為柱效項(xiàng)， b為柱選擇項(xiàng)， c為柱容量項(xiàng),1.分離度與柱效的關(guān)系,可增加柱長(zhǎng)來(lái)增加塔板數(shù)，n大Rs增大，但會(huì)延長(zhǎng)分析時(shí)間。所以，設(shè)法降低板高H，才是增大n的最好辦法。,2. 分離度與選擇因子關(guān)系,的微小增大，都會(huì)使分離度得到較大的改善，當(dāng)2時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)組分就會(huì)完全分離。 若K1=K2，=1，則Rs=0，無(wú)法分離；K2和K1相差越大，增大，說(shuō)明色譜系統(tǒng)選擇性好，分離效果好。,3. 分離度與容量因子關(guān)系,k2為色譜圖上相鄰二個(gè)組分的第二個(gè)的容量因子。 增大容量因子項(xiàng)可以增加分離度, 當(dāng)k2從0增加到時(shí)，c項(xiàng)從0變到 1。所以k值通常選在110，適宜的 k2一般為27。,

24、三、分離操作條件的選擇,色譜柱的選擇：固定相、柱長(zhǎng) 柱溫的選擇： 載氣的選擇：峰擴(kuò)張、柱壓降 及對(duì)檢測(cè)器的靈敏度 進(jìn)樣量的選擇：盡量少 氣化溫度的選擇：樣品的揮發(fā)性、沸點(diǎn)及進(jìn)樣量,（1）載氣種類(lèi)：主要影響B(tài)項(xiàng)分子縱向擴(kuò)散項(xiàng)和C項(xiàng)傳質(zhì)阻力項(xiàng)。當(dāng)用填充柱且載氣流速較低時(shí)，宜選用分子量較大的載氣，可降低組分在流動(dòng)相（即載氣）中的擴(kuò)散系數(shù)從而降低分子縱向擴(kuò)散項(xiàng)；若要提高分析速度或載氣流速較高時(shí)，宜選用分子量較小的載氣，可縮短分析時(shí)間并減少傳質(zhì)阻力項(xiàng)。,1、載氣及其流速選擇,（2）載氣流速：影響B(tài)項(xiàng)和C項(xiàng)即分子縱向擴(kuò)散項(xiàng)和傳質(zhì)阻力項(xiàng)。載氣流速存在最佳流速，但實(shí)際工作常用實(shí)用流速，可以縮短分析時(shí)間。,柱溫

25、是改善分離的重要參數(shù)。主要影響B(tài)項(xiàng)分子縱向擴(kuò)散項(xiàng)和C項(xiàng)傳質(zhì)阻力項(xiàng)。溫度高可以升高固定液的擴(kuò)散系數(shù)，但會(huì)降低分配系數(shù)，綜合考慮各方面因素，在滿足分離的條件下，盡可能選用較低的柱溫，以改善分離，但會(huì)造成分析時(shí)間延長(zhǎng)。,2.柱溫的選擇,（1）恒溫,對(duì)于高沸點(diǎn)樣品（300400），柱溫可低于其沸點(diǎn)100200，為了改善液相傳質(zhì)阻力，應(yīng)選用低固定液配比（1% 3%）的填充柱或薄液膜毛細(xì)管柱，并采用高靈敏度檢測(cè)器。對(duì)于沸點(diǎn)低于300的樣品，柱溫可以在比各組分的平均沸點(diǎn)低50至平均沸點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)。,（2）程序升溫,即在同一個(gè)分析周期內(nèi)，柱溫按預(yù)定的加熱速度，隨時(shí)間作線性或非線性的變化。其優(yōu)點(diǎn)是能縮短分析周

26、期，改善峰形，提高檢測(cè)靈敏度。 一般來(lái)講，色譜柱的初始溫度應(yīng)接近樣品中最輕組分的沸點(diǎn)，而最終溫度則取決于最重組分的沸點(diǎn)。升溫速率則要依樣品的復(fù)雜程度而定。,第六節(jié) 分析方法,氣相色譜目的： 已知 易 定性 分離 分析 未知 難 定量 單純色譜分析定性不是強(qiáng)項(xiàng),定性依據(jù)： 根據(jù)保留值 應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)或物理吸附定性 利用選擇性檢測(cè)器定性 通過(guò)與其它檢測(cè)器聯(lián)用,一、利用保留值定性,在相同的固定相和操作條件下，分別測(cè)出已知物和未知物的保留值。兩者吻合則可判斷未知組分可能是該已知物。 前提： 必須有標(biāo)準(zhǔn)品 對(duì)樣品組分有一定了解,1.已知物對(duì)照法tR、tR、vR、vR,2.利用相對(duì)保留值定性,優(yōu)點(diǎn)：只決定于

27、組分的性質(zhì)、柱溫、固定液的性質(zhì)，可抵消某些操作因素的影響。 缺點(diǎn)：難以找到一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)物。,步驟：,查手冊(cè)，定標(biāo)準(zhǔn)物 實(shí)驗(yàn)測(cè)定 與手冊(cè)比較,雙柱定性,雙柱定性是在兩根不同極性的柱子上，將未知物的保留值與標(biāo)準(zhǔn)品的保留值或其在文獻(xiàn)上的保留值進(jìn)行對(duì)比分析。 在用雙柱定性時(shí)，所選擇的兩根柱子的極性差別應(yīng)盡可能大，極性差別越大，定性分析結(jié)果的可信度越高。,二、兩譜聯(lián)用定性,GC IR、UV MS 聯(lián)用 NMR 分離手段 定性工具,二、定量分析,定量依據(jù)：在一定操作條件下，被分析物質(zhì)的重量mi與檢測(cè)器上產(chǎn)生的信號(hào)（峰面積或峰高）成正比。 mifiAi 或mifihi,（一）定量校正因子,1、絕對(duì)定量校正

28、因子fi fimi/Ai 單位峰面積所代表的物質(zhì)量 各物質(zhì)在同一檢測(cè)器上響應(yīng)不同(A1/A2m1/m2) 缺點(diǎn)：需準(zhǔn)確知道進(jìn)樣量，較困難,2、相對(duì)校正因子fi fi mi/Ai i 樣品 fi fs ms/As s 標(biāo)準(zhǔn)物 將其它物質(zhì)峰面積都校正成相當(dāng)于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物的峰面積。后用校正的峰面積來(lái)計(jì)算物質(zhì)的含量。,定量校正因子測(cè)定,一般來(lái)說(shuō)，基準(zhǔn)物 TCD用苯， FID用正庚烷。,（二）定量分析方法,1、歸一化法 1）前提：樣品中所有組分都能流出柱且對(duì)檢測(cè)器都有響應(yīng)。 2）計(jì)算公式: mi Ai fi pi= 100%= 100% m A1f1 +A2f2 +Anfn,如果組分為同系物fi近似相同，

29、 則可簡(jiǎn)化為 Ai Pi= 100% A1+A2+ +An,3）優(yōu)點(diǎn)： a.簡(jiǎn)便，結(jié)果與進(jìn)樣量無(wú)關(guān),操作條件影響不大。 b.比其它方法易行。宜于進(jìn)樣量少不易測(cè)準(zhǔn)的液體樣品。 c.當(dāng)分析同系物時(shí)可不求f而直接把面積歸一化。,4）缺點(diǎn)： a. 含高沸點(diǎn)或不出峰的組分 b.檢測(cè)器上無(wú)信號(hào)的組分 c.無(wú)法求得f的組分（未定性或峰重疊）,2、外標(biāo)法 即以待測(cè)組分的標(biāo)準(zhǔn)品作對(duì)照物,與對(duì)照物對(duì)比求算待測(cè)組分含量的方法. 優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、計(jì)算方便 缺點(diǎn)：需嚴(yán)格控制進(jìn)樣體積，操作條件應(yīng)穩(wěn)定,標(biāo)準(zhǔn)曲線法,工作曲線法是用標(biāo)準(zhǔn)品配制一系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液確定標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出斜率（即絕對(duì)校正因子）、截距。在完全相同的條件下，準(zhǔn)確進(jìn)樣與標(biāo)準(zhǔn)溶液相同體積的樣品溶液，根據(jù)待測(cè)組分的信號(hào)，用線性回歸方程計(jì)算。,單點(diǎn)校正 前提：曲線過(guò)原點(diǎn) 配一與被測(cè)組分含量接近的標(biāo)樣Ps，進(jìn)樣量同分析樣品。 Ai Pi Ps=Ki Ai As