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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 气相色谱分析,第一节 概述,色谱法是一种重要的分离分析方法。它是利用各物质在,两相,中进行,反复的分配,来达到,分离,的目的。,茨维特,与固定相作用,检测,固定相,分离过程,流动相,固定相：,在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液体）。,流动相：,携带混合物流经此固定相的流体（一般是气体或液体）。,色谱柱：,装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）。,原理：,当,流动相中样品混合物,经过,固定相,时，就会,与固定相发生作用,（由于,各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异），,因此在同一推动力的作用下，不同组分在,固定相滞留时间,长短不同，从而,按先后不同的次序从固定相中流出,。,从不同角度，可将色谱法分类如下：,1.按两相状态分类,流动相：,根据固定相是固体吸附剂还是固定液（附着在惰性载体上的一薄层有机化合物液体），又可分为,气固色谱（,GSC）,和气液色谱（,GLC）,。,气体,气相色谱（,GC）,液体,液相色谱（,LC）,同理液相色谱亦可分为,液固色谱（,LSC）,和,液液色谱（,LLC）,。,超临界流体,超临界流体色谱（,SFC）,。,通过化学反应将固定液键合到载体表面，这种化学键合固定相的色谱又称,化学键合相色谱（,CBPC）,。,9,气相色谱仪,(P5),主要包括：,载气系统,进样系统,分离系统,检测系统,数据处理系统,10,1,、载气系统,常用的载气有：氢气、氦气和氮气。,载气由压缩气体钢瓶供给，通过净化器除去水、氧等有害杂质，净化后的载气经减压阀、稳压阀控制压强和流速，由压强计指示气体压强，然后进入检测器，继而进入色谱柱。,11,气相色谱对,载气的基本要求,：,（,1,）纯净,通过活性炭或分子筛净化器，除去载气中的水分、氧等有害杂质。,（,2,）稳定,采用稳压阀,12,2,、进样系统,包括进样装置和汽化室,。,进样通常用微量注射器和进样阀将样品引入。液体样品引入后需要瞬间汽化。汽化在汽化室进行。,对,汽化室的要求,是：,（,1,）体积小；（,2,）热容量大；（,3,）对样品无催化作用,13,进样系统,汽化室示意图,载气入口,接色谱柱,散热片,加热块,14,3.,分离系统,分离系统由色谱柱组成，它是色谱仪的核心部件，其作用是分离样品。它包括管柱和固定相。,以填充柱为例：由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相。,15,4.,检测系统,检测器把进入的组分按时间及其浓度或质量的变化，转化成易于测量的电信号。,16,5.,数据处理系统,这个系统是指样品经色谱柱分离后，各成分按保留时间不同，顺序地随载气进入检测器，经检测器转换为电信号后，用数据记录系统记录下来。,早期采用记录仪，现采用积分仪或色谱工作站。,色谱流出曲线及有关术语,（一）色谱流出曲线和色谱峰,由检测器输出的,信号强度,对,时间,作图，所得曲线称为色谱流出曲线。,18,（一）基线,在实验操作条件下，色谱柱后没有样品组分流出时的流出曲线称为基线，稳定的基线应该是一条水平直线。,返回,基线,（二）保留值（试验中各组分在色谱柱中的滞留时间）,1.死时间,t,M,2.保留时间,t,R,3.调整保留时间,t,R,4.死体积,V,0,5.保留体积,V,R,6.调整保留体积,V,R,7.相对保留值,r,2,1,1.死时间,t,M,不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需的时间称为死时间，它正比于色谱柱的空隙体积,。,死时间,21,2.保留时间,t,R,试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，称为保留时间。,返回,保留时间,3.调整保留时间,t,R,某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的,调整保留时间,，即：,t,R,=t,R,t,M,组分在色谱柱中的保留时间,t,R,：组分随流动相通过柱子的时间,+,组分在固定相中滞留所须的时间,。,调整保留时间,23,保留时间是色谱法定性的基本依据，,但同一组分的保留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱工作者有时用保留体积来表示保留值。,24,4.死体积,V,0,指色谱柱在填充后，柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。当后两项很小可忽略不计时，,死体积可由死时间（,t,M,）与色谱柱出口的载气流量（,q,V,o,）计算,。,V,0,=t,M,q,V,o,5.保留体积,V,R,指从进样开始到被测组分在,柱后出现浓度极大点,时所通过的流动相的体积。保留时间与保留体积关系：,V,R,=t,R,q,V,o,26,6.调整保留体积,V,R,某组分的保留体积扣除死体积后，称为该组分的调整保留体积。,V,R,=V,R,V,0,=t,R,q,V,o,27,7.相对保留值,r,2,1,某组分2的调整保留值与组分1的,调整保留值之比,，称为相对保留值。,r,2,1,=t,R2,/t,R1,=V,R2,/V,R1,由于相对保留值,只与柱温及固定相性质,有关，而与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关，因此，它在色谱法中，特别是在气相色谱法中，广泛,用作定性的依据,。,28,(三)区域宽度,色谱峰的区域宽度是色谱流出曲线的重要参数之一，用于衡量柱效率及反映色谱操作条件的动力学因素。表示色谱峰区域宽度通常有,三种方法,。,29,1.标准偏差,-,即0.607倍峰高处色谱峰宽的一半。,2.半峰宽,Y,1/2,-,即峰高一半处对应的峰宽。它与标准偏差的关系为,Y,1/2,=2.354,3.,峰底宽度,Y,-,即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上截距间的距离。它与标准偏差,的关系是,Y=4,30,色谱分离是一个非常复杂的过程，它是色谱体系,热力学,和,动力学,过程的综合表现。,热力学过程：与组分在体系中,分配系数,有关的过程。,动力学过程：组分在该体系两相间,扩散和传质,的过程。,第二节 色谱分析理论基础,31,（一）分配过程,1.,分配系数,K,分配色谱的分离是基于样品组分在固定相和流动相之间反复多次的分配过程，而吸附色谱的分离是基于反复多次的,吸附-脱附,过程。,这种分离过程经常用样品分子在两相间的分配来描述，而描述这种分配的参数称为分配系数,K。,32,它（,K）,是指在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值，即,K=,溶质在,固定相,中的,浓度,/,溶质在,流动相,中的,浓度,=,C,s,/,C,m,33,分配系数是由组分和固定相的,热力学性质,决定的，它是每一个溶质的特征值，它仅与两个变量有关：,固定相和温度,。与两相体积、柱管的特性以及所使用的仪器无关。,流动相,固定相,组分,34,2.分配比,k,分配比又称,容量因子,，它是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的物质的量比。即,k,=,组分分配在,固定相,中的,质量 /,组分分配在,流动相,中的,质量,=,m,s,/,m,m,35,k,值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的容量大，因此又称,分配容量或容量因子,。,它是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数。,k,值也决定于组分及固定相热力学性质。,它不仅随柱温、柱压变化而变化,，而且,还与流动相及固定相的体积有关,。,k,=,m,s,/,m,m,=M,C,s,V,S,/M,C,m,V,m,=KV,S,/V,m,式中,c,s,c,m,分别为组分在固定相和流动相的浓度；,V,m,为色谱柱中流动相的体积，近似等于死体积。,Vs,为色谱柱中固定相的体积,，,在各种不同的类型的色谱中有不同的含义。,例如：在分配色谱中，,Vs,表示固定液的体积；在尺寸排阻色谱中，则表示固定相的孔体积。,37,分配系数,K,与分配比,k,的关系,K=,kV,m,/V,s,=,k.,其中,称为相比,，它是反映各种色谱柱柱型特点的又一个参数。例如，对填充柱，其,值一般为6-35；对毛细管柱，其,值为60-600。,38,滞留因子,Rs,分配比,k,值可直接从色谱图测得。设流动相在柱内的线速度为,u，,组分在柱内线速度为,u,s,由于固定相对组分有保留作用，所以,u,s,u,此两速度之比称为,滞留因子,Rs,。,组分和流动相通过长度为,L,的色谱柱，所需的时间分别为：,保留时间和死时间,39,Rs,若用质量分数表示，即,整理式以上公式，可得,40,如果两组分的,K,或,k,值相等，则,=1，,两个组分的色谱峰必将重合，说明分不开。,两组分的,K,或,k,值相差越大，则分离得越好,。,因此两组分具有不同的分配系数是色谱分离的先决条件。,（,一）塔板理论,把色谱柱比作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念来描述组分在两相间的分配行为。,色谱分离理论,塔板,（固定相）,流动相,.,1,2,3,4,5,.,.,.,.,n,同时引入理论塔板数作为衡量柱效率的指标,，即色谱柱是由一系列连续的、相等的水平塔板组成。每一块塔板的高度用,H,表示，称为,塔板高度,，简称板高。,塔板,（固定相）,流动相,.,1,2,3,4,5,.,.,.,.,n,H,塔板理论假设：,1.,在柱内一小段长度,H,内，组分可以在两相间迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度,H。,2.,载气进入色谱柱,不是连续进行的,，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（,V,m,）。,3.,所有组分开始时存在于第0号塔板上，而且,试样沿轴（纵）向扩散可忽略,。,4.,分配系数在所有塔板上是常数,，与组分在某一塔板上的量无关。,1.,流动相在往前移动（脉动式,Vm,）：迁移,2.,样品在流动相和固定相中分配：平衡（分配系数）,被固定相保留，分配系数为,1,不被固定相保留，分配系数为,0,进流动相,Vm,，前一个体积的流动相被推到第二块塔板上，而保留在固定相中的组分仍然在第一块塔板中。,2,、平衡,1,、迁移,组分被分开,浓度呈正态分布,48,柱效能,对于一根长为,L,的色谱柱，溶质平衡的次数应为：,n=L/H,n,称为理论塔板数,。与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板数,n,的增加而增加，随板高,H,的增大而减小。,由塔板理论可以推导出,n,与半峰宽及峰底宽的关系式为：,n=5.54(t,R,/Y,1/2,),2,=16(t,R,/Y),2,式中,t,R,与,Y,1/2,(,Y),应采用,同一单位,（时间或距离）。从公式可以看出，在,t,R,一定时，如果色谱峰很窄，则说明,n,越大，,H,越小，柱效能越高。,n=5.54(t,R,/Y,1/2,),2,=16(t,R,/Y),2,并不能充分地反映色谱柱的分离效能，,因为采用,t,R,计算时，没有扣除死时间,t,M,，,所以常用有效塔板数,n,有效,表示柱效：,n,有效,=5.54(,t,R,/Y,1/2,),2,=16(t,R,/Y),2,有效板高：,H,有效,=,L/n,有效,在相同的色谱条件下，对不同的物质计算的塔板数不一样，因此，在说明柱效时，除注明色谱条件外，还应指出用什么物质进行测量。,例：,已知某组分峰的峰底宽为40,s，,保留时间为400,s，,计算此色谱柱的理论塔板数。,解：,n=16(t,R,/Y),2,=16,（400/40）,2,=1600,块,塔板理论是一种半经验性理论。,它用热力学的观点,定量说明了溶质在色谱柱中移动的速率，解释了流出曲线的形状，并提出了计算和评价柱效高低的参数。,但是,，色谱过程不仅受热力学因素的影响，,而且还与分子的扩散、传质等动力学因素有关，,因此塔板理论只能定性地给出板高的概念，却,不能解释板高受哪些因素影响,；也不能说明为什么在不同的流速下，可以测得不同的理论塔板数，因而限制了它的应用。,van Deemter,方程,的数学简化式为,H=A+B/u+C u,式中,:u,为流动相的线速度；,A、B、C、,为常数，分别代表涡流扩散系数、分子扩散项系数、传质阻力项系数。,（二）速率理论,1.涡流扩散项,A,在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时，流动相由于受到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向，使组分分子在前进中形成紊乱的类似涡流的流动，故称,涡流扩散。,由于填充物颗粒大小的不同及填充物的不均匀性，使组分在色谱柱中路径长短不一，因而同时进色谱柱的相同组分到达柱口时间并不一致，引起了色谱峰的变宽。色谱峰变宽的程度由下式决定：,A=2d,p,d,p,：填充物的平均直径,：填充的不均匀性,使路径不同,要使柱效高怎么办？,2.,分子扩散项,B/u（,纵向扩散项）,分子扩散项系数为,B=2 D,g,D,g,：组分在流动相中的扩散系数。气相较大：,0.01 1 cm,2,/s,：弯曲因子,即扩散的受阻系数,由浓差引起,：反映了固定相颗粒的几何形状对自由分子扩散的阻碍情况。,：填充的不均匀性使得路径不同,要使,H,小，怎么办？,（,1,）,D,g,（,2,）,H=A+B/u+C u,u,B=2 D,g,B/u,（,1,）,D,g,与流动相及组分性质有关：,(,a),D,g,反比于流动相相对分子质量的平方根，所以,采用相对分子质量较大的流动相，可使,B,项降低,；,(,b),D,g,随柱温增高而增加，但反比于柱压。,（,2,）流速,纵向扩散与,组分在色谱柱内停留时间有关,，流动相流速小，组分停留时间长，纵向扩散就大。因此为降低纵向扩散影响，要加大流动相速度。,对于液相色谱，组分在流动相中纵向扩散可以忽略,。,3.传质阻力项,C,u,传质阻力系数,C,包括气相传质阻力系数,C,g,和液相传质阻力系数,C,1,两项。,气相传质过程是指试样组分从气相移动到固定相表面的过程,。,对于填充柱，,气相,传质阻力系数,C,g,为：,与填充物粒度,d,p,的平方成正比，与组分在载气流中的扩散系数,D,g,成反比。因此，,采用粒度小的填充物和相对分子质量小的气体（如氢气）做载气，可使,C,g,减小，提高柱效。,液相传质过程是指试样组分从固定相的气/液界面移动到液相内部，并发生质量交换，达到分配平衡,，然后又返回气/液界面的传质过程。这个过程也需要一定的时间，此时，气相中组分的其它分子仍随载气不断向柱口运动，于是造成峰形扩张。,液相,传质阻力系数,C,l,为：,固定相的液膜厚度,d,f,薄，组分在液相的扩散系数,D,1,大，则液相传质阻力就小。降低固定液的含量（降低液膜厚度），但,k,值随之变小，又会使,C,1,增大。,当固定液含量一定时，液膜厚度随载体的比表面积增加而降低，因此，一般采用比表面积较大的载体来降低液膜厚度。但比表面太大，由于吸附造成拖尾峰，也不利于分离。虽然提高柱温可增大,D,1,，,但会使,k,值减小，为了保持适当的,C,1,值，应控制适宜的柱温。,将上面式总结，即可得,气液色谱速率板高方程,它指出了色谱柱填充的均匀程度，填料颗粒的大小，流动相的种类及流速，固定相的液膜厚度等对柱效的影响,。,分离操作条件的选择,u,在上述方程各项中存在矛盾，因此，,应求出最佳值：,1.,载气及流速,H=A+B/u+C u,u,H,min,u,opt,B,占主导，采用相对分子质量大的载气（,N,2,Ar,）,C,占主导，采用相对分子质量小的载气（,He,，,H,2,）,H=A+B/u+C u,69,2.,柱温的选择,是最重要的色谱条件。直接影响分离效率和分析速度。,每一种固定液都有一定的使用温度。柱温不能高于固定液的使用温度，否则会造成固定液的流失。,柱温升高，可以改善气，液相的传质阻力提高柱效；但使分子扩散增加，柱效下降。降低柱温，提高选择性但常常使峰形变宽，柱效率下降。,70,3.,固定液的性质和用量,固定液的性质对分离起决定作用,固定液用量少，传质快，柱效高，分析时间短，但固定液含量越低，液膜越薄，允许的进样量少。,4.,其他条件选择,汽化温度，检测温度以及进样量和时间,第三节 分离度,塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。,难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：,保留值之差色谱过程的热力学因素；,区域宽度色谱过程的动力学因素。,色谱分离中的四种情况如图所示：,讨论：,色谱分离中的四种情况的讨论：,柱效较高，保留值差异较大，完全分离；,保留值差异不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；,柱效较低，保留值差异较大，但分离的不好；,保留值差异,小，,柱效低，分离效果更差。,R,值越大，表明相邻两组分分离越好。,R1,时，两峰有部分重叠；,R=1,时，分离程度可达98%,当,R=1.5,时，分离程度可达99.7%。,通常用,R=1.5,作为相邻两组分已完全分离的标志。,分离度,分离度：相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽总和之半的比值，即,R=2(t,R2,-t,R1,)/,（,Y,1,+Y,2,）,对于难分离物质对，由于它们的分配系数差别小，可合理地假设,k,1,k,2,=,k,，Y,1,Y,2,=Y。,由,得：,在实际应用中，往往用,n,eff,代替,n,处理上式可得,1.分离度与柱效的关系,分离度直接和有效塔板数有关，说明有效塔板数能正确地代表柱效能。当固定相确定，被分离物质对的,确定后，分离度将取决于,n。,这时，对于一定理论板高的柱子，分离度的平方与柱长成正比，即,说明用柱长的色谱柱可以提高分离度，但延长了分析时间。因此，提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的柱子，通过降低板高，以提高分离度。,2.分离度与选择因子的关系（,）,由基本色谱方程式判断，当,=1,时，,R=0,。,这时，无论怎样提高柱效也无法使两组分分离。显然，,大，选择性好。,一般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低柱温，可有效增大,值。,3.分离度与容量因子的关系,如果设,，,Q,那么：,R,=Q,（,k/,1,+k,）,对于,GC，,通过提高温度，可选择合适的,k,值，以改进分离度。,而对于,LC，,只要改变流动相的组成，就能有效地控制,k,值。,4,基本色谱分离方程式的应用,柱效,选择因子,分配比,例18-1有一根,1 m,长的柱子，分离组分1和2得到的色谱图。图中横坐标,l,为记录笔走纸距离。若欲得到,R=1.2,的分离度，有效塔板数应为多少？色谱往要加到多长？,解：,先求出组分2对组分1的相对保留值,r,2，1,（,即,值）,求有效塔板数,n,eff,n,eff,16（0.8）,2,1.1/(1.1-1),2,1239,若使,R=1.2,所需塔板数可计算,即,因此,欲使分离度达到1.2,需有效塔板数为2788块,则所需柱长为,L=2788/13291m=2.25m,87,第四节、气相色谱固定相,(1).,固体吸附剂,(2).,液体固定相,一、气液色谱固定相,气液色谱,填充柱,固定相由,担体,和,固定液,两部分组成。,气液色谱,毛细管柱,固定相就是涂布在毛细管内壁的,固定液,。,担体,固定液,毛细管柱,填充柱,固定相（实心）,毛细管柱,截面（空心）,二、气固色谱固定相：,气固色谱固定相主要是一些,吸附剂,。,各种吸附剂,:,硅胶,氧化铝,分子筛,活性炭,高分子多孔微球,分子筛,硅胶,氧化铝,活性炭,高分子多孔微球,90,（,l,）对载体的要求,具有足够大的表面积和良好的孔穴结构,，使固定液与试样的接触面较大，能均匀地分布成一薄膜，但载体表面积不宜太大，否则犹如吸附剂，易造成峰拖尾；,表面呈化学惰性,，没有吸附性或吸附性很弱，更不能与被测物起反应；,热稳定性好,；形状规则，粒度均匀，具有一定机械强度。,91,硅藻土载体是目前气相色谱中常用的一种载体，它是由称为硅藻的单细胞海藻骨架组成，主要成分是二氧化硅和少量无机盐，根据制造方法不同，又分为,:,红色载体,和,白色载体,。,（,2,）载体类型（大致可分为,硅藻土和非硅藻土两类,）,92,红色载体的,特点,：,表面孔穴密集、孔径较小、比表面积较大,。对强极性化合物吸附性和催化性较强，,适宜于分析非极性或弱极性物质,。,白色载体,的特点：,比表面积较小、吸附性和催化性弱，,适宜于分析各种极性化合物,。,93,（,3,）载体的表面处理,硅藻土载体表面不是完全惰性的，具有活性中心。如硅醇基,或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾。因此，使用前要进行化学处理，以改进孔隙结构，屏蔽活性中心。处理方法有,酸洗、碱洗、硅烷化,及添加减尾剂等。,94,2,固定液,（,l,）对固定液要求：,选择性好；,良好的热稳定性和化学稳定性；,对试样各组分有适当的溶解能力；,在操作温度下有较低蒸气压，以免流失太快。,95,（,2,）组分分子与固定液间的作用力,在气相色谱中，,载气是情性的，且组分在气相中浓度很低，组分分子间作用力很小，,可忽略。,在液相中，,主要存在的作用力是组分与固定液分子间的作用力,，这种作用力反映了组分在固定液中的热力学性质。作用力大的组分，由于溶解度大，分配系数大。,96,这种分子间作用力是一种较弱的分子间的吸引力，它不像分子内的化学键那么强。,静电力（定向力，极,-,极）,诱导力（极,-,非）,色散力（非,-,非）,氢键作用力,此外，固定液与被分离组分间还可能存在形成化合物或配合物等的键合力。,97,（,3,）固定液的选择,对固定液的选择并没有规律性可循。一般可按,“,相似相溶,”,原则来选择。在应用时，应按实际情况而定。,（,i,）分离非极性物质：,一般选用非极性固定液，这时试样中各组分按沸点次序流出，,沸点低的先流出,，,沸点高的后流出,。,98,（,ii,）分离极性物质：,选用极性固定液，试样中各组分按极性次序分离，极性小的先流出。极性大的后流出。,（,iii,）分离非极性和极性混合物：,一般选用极性固定液，这时非极性组分先流出，极性组分后流出。,99,（,vi,）分离能形成氢键的试样：,一般选用极性或氢键型固定液。试样中各组分按与固定液分子间形成氢键能力大小先后流出，不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的最后流出。,（,v,）复杂的难分离物质：,可选用两种或两种以上混合固定液。,100,3.,控制温度系统,在气相色谱测定中，温度是重要的指标，它直接影响色谱柱的选择分离、检测器的灵敏度和稳定性。控制温度主要,指对色谱柱炉，气化室，检测器,三处的温度控制。,色谱柱的温度控制方式有,恒温,和,程序升温,二种。,101,程序升温：,指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。,对于沸点范围很宽的混合物，往往采用,程序升温法,进行分析。,102,提高温度,程序升温,K,是热力学常数，随温度变化，温度越高，,K,值越小，因此保留时间越短，据此，可通过柱温调节分离程度。,103,4.,气相色谱检测器,气相色谱检测器是把载气里被分离的各组分的浓度或质量转换成电信号的装置。目前检测器的种类多达数十种。,分为,浓度型检测器和质量型检测器两种。,104,（,l,）浓度型检测器,检测器的响应值和组分的浓度成正比。,如热导检测器和电子捕获检测器。,（,2,）质量型检测器,检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的量成正比。,如火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。,对载气有响应,对载气无响应,目前仪器中都采用四根金属丝组成的四臂热导地。其中二臂为,参比臂,，另二臂为,测量臂,。,.,热导检测器（,TCD,）,热导检测器是根据不同的物质具有不同的热导系数原理制成的。,单位截面、长度的材料在单位温差下和单位时间内直接传导的热量,。,热导系数反映了物质的传热本领，热导系数大的组分，传热的本领大。,106,1,热导池的结构和工作原理,组成：池体,热敏元件：钨丝,参考臂：仅允许载气通过,测量臂：载气,+,组分,进样前：,参比池与测量池导热系数,相同，热丝温度相同，,R,测,R,参，,R1,R,参,R2/R,测，桥路平衡，无信号输出。,进样后：,不同，热丝温度不同，,R,测,R,参，桥路不平衡，有信号输出。浓度,C,越大，信号,Ei,越大。,107,2,影响热导检测器灵敏度的因素,（,l,）桥电流,桥电流增加，使钨丝温度提高，钨丝和热导池体的温差加大，气体就容易将热量传出去，灵敏度就提高。但电流太大会影响钨丝寿命。,（,2,）温度,池体温度降低，可使池体和钨丝温差加大，有利于提高灵敏度。但池体温度过低，被测试样会冷凝在检测器中。池体温度一般不应低于柱温。,108,（,3,）载气种类,载气与试样的热导系数相差愈大，则输出信号也越大。因此灵敏度愈高。一般物质的热导系数都较小。故,选择热导系数大的氢气或氦气作载气有利于灵敏度提高,。如用氮气作载气时，有些试样（如甲烷）的热导系数比它大就会出现倒峰。,（,4,）热敏元件的阻值,阻值高、电阻温度系数较大的热敏元件，温度有微小变化的时候就能引起电阻明显的变化。,109,热导检测器由于,结构简单,，,性能稳定，几乎对所有物质都有响应，通用性好，而且线性范围宽，价格便宜,，因此是应用最广，最成熟的一种检测器。其主要缺点是死体积较大、灵敏度较低。,110,二,.,氢火焰离子化检测器（,FID,）,以氢气和空气燃烧的火焰作为能源,含碳有机物,在火焰中燃烧产生离子,离子在外加的电场作用下，形成离子流,根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。,111,在火焰的燃烧下，被测有机组分电离成正负离子。在火焰附近设收集阳极和阴极。,在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。,112,1,火焰离子化机理,有机物在火焰中先形成自由基，然后与氧产生正离子，再同水反应生成,H,3,0,+,离子。,113,2.,火焰离子化检测器,能检测大多数含碳有机化合物；,死体积小，,响应速度快，,线性范围也宽，可达,10,6,以上；,而且结构不复杂，操作简单，,是目前,应用最广泛,的色谱检测器之一。,114,3.,影响操作条件的因素,气体流量,载气流量,(,主要考虑分离效能，一般用氮气,),氢气流量（影响火焰温度以及火焰中的电离过程）,空气流量（助燃气）,使用温度（不是主要影响因素）,115,其主要,缺点,是：不能检测在氢火焰中不电离的物质，如：永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。,116,三,.,电子捕获检测器,(ECD),对具有电负性物质,（如含卤素、硫、磷、氰等的物质）的检测有很高灵敏度（检出限约,1O,-14,gcm,-3,）。,117,电于捕获检测器的结构与工作原理,载气,捕获电子,电子数减少，基流下降，产生负信号形成倒峰,118,它是目前分析痕量电负性有机物最有效的检测器,。广泛应用于农药残留量、大气及水质污染分析，以及生物化学、医学、药物学和环境监测等领域中。,它的,缺点,是线性范围窄，只有,10,3,左右，且响应易受操作条件的影响，重现性较差。,119,四,.,火焰光度检测器,(FPD),火焰光度检测器，,又称硫、磷检测器,，它是一种对含磷、硫有机化合物具有高选择性和高灵敏度的质量型检测器。,可用于大气中痕量硫化物以及农副产品，水中的毫微克级有机磷和有机硫农药残留量的测定。,120,发出特征光,富氢,-,空气焰中燃烧,121,六,.,检测器的性能指标,一个优良的检测器应具以下几个性能指标：,灵敏度高，检出限低，死体积小，响应迅速，线性范围宽，稳定性好。,通用性检测器要求,适用范围广,；,选择性检测器要求,选择性好,。,122,1,灵敏度,以进样量,Q,对响应信号,(R),作图得到一条通过原点的直线。,直线的斜率就是检测器的灵敏度（,S,）,。因此，灵敏度可定义为信号（,R,）对进入检测器的组分量（,C,）的变化率,R,Q,Q,L,123,在实际工作中，我们常常从色谱图上测量峰的面积来计算检测器的灵敏度。,124,检出限,定义为：检测器恰能产生,三倍于噪声信号,时需向检测器中进入的样品量。,2,检出限（敏感度）,N,3N,D=3N/S,分类,浓度型检测器：,信号强度,(,电信号,),大小，决定于进入检测器的,物质浓度,大小。,质量型检测器：,信号强度,(,电信号,),大小，决定于,单位时间,进入检测器的,物质质量,大小。,126,3,线性范围,试样量和信号之间保持线性关系的范围，用最大和最小进样量之比表示。,4.,响应时间,要求检测器能,迅速,的和真实的反映通过它的物质的浓度变化。,第六节 色谱定性和定量分析,一、色谱的定性分析,各种物质在一定的色谱条件下均有确定的保留值，因此,保留值可作为一种定性指标,。,但是不同物质在同一色谱条件下，可能具有相似或相同的保留值。,（,一）利用纯物质对照定性,在一定的色谱条件下，,一个未知物只有一个确定的保留时间,。,纯物质对照法定性只适用于组分性质已有所了解。,（二）相对保留值法,它仅随固定液及柱温变化而变化，与其它操作条件无关（,柱长、固定液含量和载气流速,）。,（三）加入已知物增加峰高法,当未知样品中组分较多，所得色谱峰过密，用上述方法不易辨认时，或仅作未知样品指定项目分析时均可用此法。,t,t,信号强度,信号强度,样品色谱图,向样品中加入了某种纯物质以后的色谱图,二、定量分析,被测组分的质量（或浓度）与检测器给出的响应信号成正比,。,（1）,响应信号,峰面积或峰高；,（2）,比例常数,校正因子；,（3）,选择合适的定量计算方法，将测得的峰面积或峰高换算为组分的百分含量。,（,一）峰面积测量方法,将色谱峰视为等腰三角形，得到的面积为实际面积的,0.94,倍，故实际面积应为：（适合于对称峰）,A=1.065,h,Y,1/2,（相对计算可略去前面系数）,现在一般利用色谱分析软件直接积分测量色谱峰的峰面积。,（二）定量校正因子,由于检测器对物质有着不同的响应，因此两个相同含量的物质所出的峰面积往往不相等，这样就不能用峰面积来直接计算物质的含量。,f,i,=m,i,/A,i,(,进样量和响应信号成正比,),式中,f,i,值主要由于仪器的灵敏度所决定，既不易测定也无法直接应用。,校正因子分为,绝对校正因子,和,相对校正因子,。,相对校正因子,f,i,=,f,i,/,f,s,为,组分,i,与,标准物,质,s,的绝对校正因子之比。,2.,摩尔校正因子（以物质的量计算）,3.,体积校正因子（以体积计算）,（三）定量计算方法,1.归一化法：,所有组分都出峰,若各组份,f,接近,2.内标法,只需对样品中,某几个,出现色谱峰的组分进行定量时可采用内标法。,将一定量的,纯物质作为内标物,加入到准确称量的试样中，根据试样和内标物的质量以及被测组分和内标物的峰面积可求出被测组分的含量。,式中下标,s,代表内标物，,i,代表组分。若试样质量为,m,总,，则,一般以内标物质为基准，则,f,s,=1,，此时可简化为,3.,内标曲线法,以,w,i,%,对,A,i,/A,s,作图，则可得一条通过原点的直线,内标标准曲线。,用内标法待测组分含量计算式,若固定试样称取量，加入内标物也恒定，则有：,为常数,w,i,将待测组分的纯物质配置成一系列不同的浓度，固定内标物质的浓度，对峰面积之比做标准曲线。,4.,外标法（标准曲线法）,用待测组分的纯物质配制不同含量的标准溶液，测定相对应的响应值（峰高或峰面积），绘制含量,-,响应值曲线。在同样条件下测定待测组分的响应值，再从曲线上查得相应的含量。,A,C,C,1,C,2,C,3,C,样,C,4,C,5,A,4,A,5,A,样,A,2,A,3,A,1,谢谢！,141,
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