第三章气相色谱(gaschromatograp.ppt

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,*,第三章 气相色谱,(gas chromatography),本章小节,3-1,概述,3-2,色谱理论简介,3-3,定性分析方法,3-4,定量分析方法,3-5,气相色谱,3-6,气相色谱仪,3-7,新型色谱仪简介,3-8,气相色谱检测器,3-9,联用技术,3-10,气相色谱的应用,返回,第三章,气相色谱,(gas chromatography),3-1,概述,第三章,气相色谱,(gas chromatography,),3-1,概述,(1),色谱的产生,：,1906,年，俄国植物学家,Tswett,发表了他的实验结果，他为了分离植物色素，将植物绿叶的石油醚提取液倒入装有碳酸钙粉末的玻璃管中，并用石油醚自上而下淋洗，由于不同的色素在碳酸钙颗粒表面的吸附力不同，随着淋洗的进行，不同色素向下移动的速度不同，形成一圈圈不同颜色的色带，使各色素成分得到了分离。他将这种分离方法命名为色谱法（,chromatography,）。,在此后的,20,多年里，几乎无人问津这一技术。到了,1931,年，,Kuhn,等用同样的方法成功地分离了胡萝卜素和叶黄素，从此，色谱法开始为人们所重视，此后，相继出现了各种色谱方法（见表,3-1,）。现在，“色谱法”已广泛用于无色物质的分离，“色谱”已失去了它原来“色”的含义，但其名称一直沿用至今。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-1,概述,图,3,1,Tsweet,分离叶绿素示意图,返回,表,7-1,色谱法的发展历史,年代,发明者,发明的色谱方法或重要应用,1906,Tswett,用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提出色谱概念。,1931,Kuhn,Lederer,用氧化铝和碳酸钙分离,a,-,、,b,-,和,g,-,胡萝卜素。使色谱法开始为人们所重视。,1938,Izmailov,Shraiber,最先使用薄层色谱法。,1938,Taylor,Uray,用离子交换色谱法分离了锂和钾的同位素。,1941,Martin,Synge,提出色谱塔板理论；发明液,-,液分配色谱；预言了气体可作为流动相（即气相色谱）。,1944,Consden,等,发明了纸色谱。,1949,Macllean,在氧化铝中加入淀粉黏合剂制作薄层板使薄层色谱进入实用阶段。,1952,Martin,James,从理论和实践方面完善了气,-,液分配色谱法。,1956,Van,Deemter,等,提出色谱速率理论，并应用于气相色谱。,1957,基于离子交换色谱的氨基酸分析专用仪器问世。,1958,Golay,发明毛细管柱气相色谱。,1959,Porath,Flodin,发表凝胶过滤色谱的报告。,1964,Moore,发明凝胶渗透色谱。,1965,Giddings,发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。,1975,Small,发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，采用抑制型电导检测的新型离子色谱法。,1981,Jorgenson,等,创立了毛细管电泳法。,表,3-1,色谱法的发展历史,色谱法起过关键作用的诺贝尔奖研究工作,表,3-2,色谱法起过关键作用的诺贝尔奖研究工作,年代,获奖学科,获奖研究工作,1937,化学,类胡萝卜素化学，维生素,A,和,B,1938,化学,类胡萝卜素化学,1939,化学,聚甲烯和高萜烯化学,1950,生理学、医学,性激素化学及其分离、肾皮素化学及其分离,1951,化学,超铀元素的发现,1955,化学,脑下腺激素的研究和第一次合成聚肽激素,1958,化学,胰岛素的结构,1961,化学,光合作用时发生的化学反应的确认,1970,生理学、医学,关于神经元触处迁移物质的研究,1970,化学,糖核苷酸的发现及其在生物合成碳水化合物中的作用,1972,化学,核糖核酸化学酶结构的研究,1972,生理学、医学,抗体结构的研究,在分析化学领域，色谱法是一个相对年轻的分支学科。早期的色谱技术只是一种分离技术而已，与萃取、蒸馏等分离技术不同的是其分离效率高得多。当这种高效的分离技术与各种灵敏的检测技术结合在一起后，才使得色谱技术成为最重要的一种分析方法，几乎可以分析所有已知物质，在所有学科领域都得到了广泛的应用。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-1,概述,(2),色谱的定义：,固定相,（,stationary phase,）,:,色谱法中，填入玻璃管内静止不动的一相（固体或液体）称为固定相。如离子交换树脂法中的树脂相。,流动相,(mobile phase):,自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为流动相,。,色谱柱,(chromatography column):,装有固定相的管子称为色谱柱,。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-1,概述,（,3,）,色谱的分离原理,：,流动相带着样品流经固定相，由于样品在固定相和流动相之间的溶解、吸附、渗透或离子交换等作用的不同，样品在两相间进行反复多次地分配过程，使得原分配系数具有微小差异的各组分，在固定相中的移动速度不同，经过一定长度的色谱柱后，彼此分离开来，先后流出色谱柱。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-1,概述,（,4,）,色谱法的分类（一）：按两相的物理状态分类,色 谱,气相色谱,液相色谱,气液色谱（,GLC,）：,固定相为液体,气固色谱（,GSC,）：,固定相为固体,（,GC,：,以气体为流动相,）,液液色谱（,LLC,）：,固定相为液体,液固色谱（,LSC,）：,固定相为固体,（,LC,：,以液体为流动相,）,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-1,概述,（,4,）,色谱法的分类（二）：按固定相存在状态分类,色 谱,柱色谱,：,将很细的固定相装入玻璃管或金属管内，流动相依靠自身的重力或外加压力通过固定相。,平板色谱,：,固定相是多孔的,滤纸,或固定相是均匀地铺在一块,玻璃板或塑料板,上，让流动相通过毛细现象或重力作用携带样品通过固定相。,纸上层析（,PC,）,薄层色谱（,TLC,）,气相色谱流程图,液相色谱流程图,柱色谱,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-1,概述,(4),色谱法的分类（三）：按照分离原理分类,方法名称,分离过程性质,测量单位,吸附色谱,吸附,吸附系数,分配色谱,萃取,分配系数,离子交换色谱,静电作用或扩散,电离常数和有效离子直径,凝胶色谱,扩张,有效分子尺寸,生物亲和色谱,与亲和剂的生物特征的相互作用,无通用单位,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-1,概述,(5),色谱分析法的优点：,分离效率高,:,几十种甚至上百种性质类似的化合物可在同一根色谱柱上得到分离，能解决许多其他分析方法无能为力的复杂样品分析。,分析速度快。,一般而言，色谱法可在几分钟至几十分钟的时间内完成一个复杂样品的分析,检测灵敏度高。,随着信号处理和检测器制作技术的进步，不经过预浓缩可以直接检测,10,-9,g,级的微量物质。如采用预浓缩技术，检测下限可以达到,10,-12,g,数量级。,样品用量少。,一次分析通常只需数纳升至数微升的溶液样品,选择性好。,通过选择合适的分离模式和检测方法，可以只分离或检测感兴趣的部分物质。,易于自动化。,现在的色谱仪器已经可以实现从进样到数据处理的全自动化操作。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-1,概述,（,6,）色谱的缺点,定性能力较差。,为克服这一缺点，已经发展起来了色谱法与其他多种具有定性能力的分析技术的联用,。,返回,第三章,气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,返回,在整个色谱分离过程中，流动相始终是以一定的流速（或压力）在固定相中流动的，并将溶质带入色谱柱。溶质因分配、吸附等相互作用，进入固定相后，即在固定相表面与功能层分子作用，从而在固定相中保留。同时，溶质又被流动相洗脱下来，进入流动相。与固定相作用越强的溶质在固定相中的保留时间就越长。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,从色谱柱流出的溶液（柱流出物）进入检测器连续测定，得到如,图,所示的色谱图，即柱流出物中溶质浓度随时间变化的曲线，直线部分是没有溶质流出时流动相的背景响应值，称作基线（,base line,）。,在基线平稳后，通常将基线响应值设定为零，再进样分析。溶质开始流出至完全流出所对应的峰型部分称色谱峰（,peak,），,基线与色谱峰组成了一个完整的色谱图（,chromatogram,）。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,1,）,色谱术语,：,基线与基线漂移,基线：在色谱操作条件下，仅有流动相通过检测器时，由记录仪得到的信号时间曲线。,基线漂移：基线随时间定向缓慢地变化。,基线,基线漂移,图,3,2,某物质的色谱图,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,1,）,色谱术语：色谱峰,流动相带着组分通过检测器时，由记录仪得到的信号时间曲线。,色谱峰,图,3,3,某组分的色谱图,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论概述,（,1,）,色谱术语：,峰高与峰面积,峰高（,peak,hight,）：,峰的顶点到峰底之间的垂直距离。,峰面积,（,peak area,）,：,峰与峰底之间的面积。,图,3,4,某组分的色谱图,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,1,）,色谱术语：死时间与死体积,死时间（,dead time,）：,不被固定相吸附或溶解的惰性组分，从进样到出峰的峰顶点之间测得的时间，以,t,M,表示。,死体积,（,dead volume,）：,死时间内流动相流经色谱柱的体积，又指色谱柱填充固定相后的空隙体积。,图,3,5,某组分的色谱图,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,1,）,色谱术语：,保留时间、调整保留时间、保留体积、调整保留体积,保留时间（,retention time,）,:,从进样到组分峰顶点之间测得的时间，用,t,R,表示。,调整保留时间（,adjusted retention time,）：,组分的保留时间扣除死时间后的时间。,保留体积（,retention volume,）：,从进样开始到监测器中样品浓度最大时，流动相流经色谱柱的体积。,调整保留体积（,adjusted retention volume,）,:,保留体积扣除死体积后的体积。,图,3,6,某组分的色谱图,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,1,）,色谱术语,：,相对保留因子,（,选择性系数,）,11.,相对保留因子,21,（,relative retention,walue,）：,组分,2,与组分,1,调整保留值之比：,r,21,=,t,R,2,/,t,R,1,=,V,R,2,/,V,R,1,两个组分达到分离的一个决定性参数就是两组分的相对保留值之比，也称作选择性系数，选择性系数主要由固定相的性质和柱温所决定与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。计算选择性系数 所需参数也可以从色谱图中获得。在高效液相色谱（,HPLC,）,中，选择性系数也受流动相组成的影响。当选择性系数,=1,时，则说明在给定的色谱条件下，两组分不存在热力学上的差异，无法实现相互分离。,12.,分配系数,k,组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：,g/,mL,）,比，称为分配系数，用,K,表示，即：,分配系数是色谱分离的依据,一定温度下，组分的分配系数,K,越大，出峰越慢；,试样一定时，,K,主要取决于固定相性质；,选择适宜的固定相可改善分离效果；,试样中的各组分具有不同的,K,值是分离的基础；,某组分的,K,=0,时，即不被固定相保留，最先流出。,13.,分配比,在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：,分配比也称：,容量因子,(capacity factor),；,容量比,(capacity factor),；,1.,分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。,2.,分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该组分的保留时间越长。,3.,分配比与保留时间关系：,4.,容量因子与分配系数的关系,式中,为相比。,填充柱相比：,6,35,；毛细管柱的相比：,50,1500,。,容量因子越大，保留时间越长。,V,M,为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；,V,S,为固定相体积，对不同类型色谱柱，,V,S,的含义不同；,气-液色谱柱：,V,S,为固定液体积；,气-固色谱柱：,V,S,为吸附剂表面容量；,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,1,）,色谱术语,：,色谱峰的区域宽度,色谱峰的区域宽度：,13.,标准偏差,：,0.607,倍峰高处的色谱峰宽的一半。,14.,半峰宽,Y1/2=2.354,：,峰高一半处色谱峰的宽度。,15.,峰宽或基线宽度,Y=4,：,通过峰两侧的拐点做切线与峰底相交的宽度。,图37,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,1,）,色谱术语,：,分离度,分离度也称分辨率。它是指相邻两色谱峰保留值之差与两峰底宽平均值之比,。,一般情况下，当,R,S,1,时，两峰总有部分重叠；当,R,S,1,时，两峰能明显分离；,R,S,1.5,时，两峰已完全分离。更大的,R,S,值，分离效果会更好，但会延长分析时间。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,2,）色谱理论,基本理论,塔板理论,-,热力学,速率理论,-,动力学,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,2,）,色谱理论：,塔板理论,(,一,),1941,年,James,和,Martin,提出塔板理论，塔板理论用,热力学观点,解释了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离过程，他们把色谱柱比作一个精馏塔，借用精馏塔中塔板的概念、理论来处理色谱过程，导出了流出曲线的模型，并引入,理论塔板数,（,the number of theoretical plates,）,N,和,理论塔板高度,（,theoretical plate height,）,H,作为,衡量柱效的指标,。,根据塔板理论，溶质进入柱入口后，即在两相间进行分配。对于正常的色谱柱，溶质在两相间达到分配平衡的次数在数千次以上，最后，,挥发度,最大（保留最弱）的溶质最先从,塔顶,（色谱柱出口）逸出（流出），从而使不同,挥发度,（保留值）的溶质实现相互分离。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,2,）,色谱理论：,塔板理论,(,一,),塔板理论把组分在流动相和固定相间的分配行为看作在精馏塔中的分离过程，柱中有若干块想象的塔板，一个塔板的长度称为理论塔板高度。在每一个小块塔板内，一部分空间被固定相占据，另一部分空间充满流动相。当组分随流动相，进入色谱柱后在每一块塔板内很快地在两相间达到一次分配平衡，经过若干个假想塔板的多次分配平衡，,分配系数小的组分先离开色谱柱,，,分配系数大的组分后离开色谱柱，,每一组分的流出曲线迄近于正态分布。可导出该曲线上的浓度,c,与时间,t,的关系式，即塔板理论方程。由塔板理论方程导出了理论塔板数与色谱峰参数的关系。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,2,）,色谱理论：,塔板理论,(,二,),理论塔板数,理论塔板数,N,可以从色谱图中溶质色谱峰的有关参数计算，常用的计算公式有以下两式：,理论塔高度,H,与理论塔板数,N,和柱长的关系如下：,H=L/n,从上式可见，色谱峰越窄，理论塔板数,n,越大，理论塔板高度,H,就越小，则柱效能就越高，分离能力就越强。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,2,）,色谱理论：,塔板理论,(,三,),有效理论塔板数,在实际应用中，经常出现计算出来的,n,值尽管很大，,H,很小，但色谱柱的分离能力却不高的现象。这是由于采用,计算时，并未扣除死时间，而死时间并不参与柱内的分配，因而提出了用扣除死时间后的,有效理论塔板数,和,有效理论塔板高度,作为柱效能的指标。,由于不同物质在同一色谱柱的分配系数不同，所以同一色谱柱对不同物质的柱效是不一样的。,因此在说明柱效时，除注明色谱条件外，还注明所用的物质,。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,2,）,色谱理论：,塔板理论,(,四,),特点,特点,：,塔板理论用热力学观点解释了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离过程，导出了流出曲线的模型，提出了计算和评价柱效的参数。,不足,：塔板理论只能定性地给出塔板高度的概念，却不能给出影响塔板高度的因素，无法解释造成色谱扩展使柱效能下降的原因及不同流速下可以测得不同理论塔板数的事实。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,2,）,色谱理论：,速率,(,一,),1956,年，荷兰学者提出了色谱过程动力学理论速率理论，他们吸收了塔板理论中塔板高度的概念，同时考虑了影响塔板高度的动力学因素，提出了塔板高度与载气线速度的关系，此关系式为速率理论方程。,H,=,A,+,B,/,u,+,c,u,H,：,理论塔板高度，,u,：,载气的线速度,(cm/s),，,A,为涡流扩散项系数，,B,为分子扩散项系数，,C,为传质阻力项系数。,从而较好的解释了影响板高 的各种因素。,第三章 气相色,谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,2,）色谱理论：,速率理论（二）,涡流扩散项：,当溶质随流动相流向色谱柱出口时，溶质和流动相受到填料颗粒的阻力，不断改变流动方向，致使同一溶质的不同分子在通过填料的过程中所走的路径不一样，所取路径最长和最短的溶质分子（离子）流出色谱柱的时间相差越大，则峰的展宽越严重。溶质分子在前进过程中形成的这种紊乱类似于“涡流”的流动，所以称之为涡流扩散。图,3,2,表示涡流扩散引起的色谱峰展宽。,填冲不规则因子,担体粒度,图,3,2,涡流扩散,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,2,）色谱理论：,速率理论（二）,涡流扩散,A,涡流扩散项,在填充色谱柱中，载有组分分子的流动相碰到填充物颗粒时，不断改变流动方向，使组份分子在前进中形成紊乱的类似“涡流”的流动，故称涡流扩散。涡流扩散使组份分子通过色谱柱时的路径长短不同，因而同时进入色谱柱的相同组分在柱内停留的时间不同，到达柱子出口的时间有先有后，导致色谱峰变宽，其变宽的程度由下式决定：,A,=2,dp,dp,：,固定相的,平均颗粒直径,：,固定相的,填充不均匀因子,dp,，,填充的越均匀，,A,，,H,，柱效,n,。,减小涡流扩散和提高柱效的措施：使用固定相颗粒小，粒度均匀的填充物且填充均匀。,第十三章 气相色谱,(gas chromatography),13-2,色谱理论简介,（,2,）色谱理论：,速率理论（三,）,分子扩散项,：是溶质分子在移动方向上向前和向后的扩散，即,x,轴方向的扩散。它是由浓度梯度所引起。样品从柱入口加入，样品带像一个塞子随流动相向前推进，由于存在浓度梯度，塞子必然会自发地向前和向后扩散，引起谱带展宽。纵向扩散引起的峰展宽的大小由下式决定：,图色谱柱中的分子扩散项,：,弯曲因子,，它反映了填充物颗粒的几何形状对自由分子扩散的阻碍程度。填充柱色谱，,1,。,Dg,：,试样组分分子在气相中的,扩散系数,（,cm2s-1,）,分子扩散,扩散导致,色谱峰变宽，,H(n,),，,分离变差。,引起分子扩散的因素有哪些？,分子扩散项与流速有关，,流速,，滞留时间，扩散，,扩散系数：,Dg,（,M,载气,）,-1/2,；,M,载气，,B,值,。,相对分子质量大的组分扩散不易，,Dg,小,。,柱温升高，,B,值,。,减小分子扩散项的措施,：,较高的流动相的线速度，使用相对分子质量较大的流动相，控制在较低的柱温。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-2,色谱理论简介,（,2,）色谱理论：,速率理论（四）,流动相传质阻力项,：溶质分子要从流动相转移到固定相中，就要从流动相主体扩散到气,-,液、气,-,固、液,-,液或液,-,固界面，阻碍这一扩散过程的阻力称流动相传质阻力。,C,m,与填充物颗粒,dp,的平方成正比，与组份在气相中的扩散系数成反比，因此采用颗粒小的填充物和相对分子质量小的气体作载气，可减小气相传质阻力，提高,柱效。,传质阻力项,固定相传质阻力项,：溶质分子到达两相界面后，将继续扩散到固定相内部达到分配平衡，然后又返回到两相界面。溶质在这一移动过程中的阻力称固定相传质阻力。,固定相的液膜厚度越薄，组分在液相中的扩散系数越大，则液相传质阻力就越小。降低固定液用量会采用比表面积较大的担体，可以降低液膜厚度，提高柱效,。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),13-2,色谱理论简介,（,2,）色谱理论：,速率理论（五）,色谱柱的总理论塔板高度,H,可以表示如下：,如果色谱条件已经确定，只有流速是变量时，表示,H,与,u,关系的上述,van,Deemter,方程式可以简写如下：,涡流扩散项,分子扩散项,传质阻力项,载气流速与柱效,-,最佳流速,载气流速高时,：,传质阻力项是影响柱效的主要因素，随着流速的提高，柱效下降。,载气流速低时：,分子扩散项成为影响柱效的主要因素，随着流速的增加，柱效提高,H-,u,曲线与最佳流速：,由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有一极小值。,以塔板高度,H,对应载气流速,u,作图，曲线最低点的流速即为最佳流速。,速率理论的要点：,1,、,被分离组分分子在色谱柱内运行的,多路径、浓度梯度所造成的分子扩散及传质阻力,使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。,2,、通过选择适当的,固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。,3,、速率理论为,色谱分离和操作条件,的选择提供了理论指导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。,4,、,各种因素相互制约,，如,载气流速,增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；,柱温升高,，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。,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：,，柱效较高，,K,(,分配系数,),较大,完全分离；,K,不是很大，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离；,柱效较低，,K,较大,但分离的不好；,K,小，,柱效低，分离效果更差。,分离度与柱效能、选择性的关系,分离度与柱效能、选择性的关系,R,=0.8,：,两峰的分离程度可达,89%,；,R,=1,：,分离程度,98%,；,R,=1.5,：达,99.7%,（相邻两峰完全分离的标准）。,令,W,b(2),=,W,b(1),=,W,b,（,相邻两峰的峰底宽近似相等,），,引入相对保留值和塔板数，可导出下式：,分离度定义式,分离度,：,相临两组分间峰顶间距离是峰底宽平均值的几倍,（衡量色谱分离条件优劣的参数）,讨论：,2,影响分离的因素（计算式）,前提,定义式基础上，相邻两组分的,n,一致（假设）,柱选择项,柱容量项,柱效项,a,柱效项及其影响因素：,影响色谱峰的宽窄,主要取决于色谱柱性能及载气流速,续前,讨论：,增加柱效是提高分离度的一个直接有效手段,提高柱效、改善分离的途径：增加柱长；降低板高,根据速率理论，降低板高、提高柱效的方法是：,1,）采用粒度较小、均匀填充的固定相（,A,项,）,2,）分配色谱应控制固定液液膜厚度（,C,项,）,3,）适宜的操作条件：,流动相的性质和流速，柱温等等（,B,项,）,选用分子量较大、线速度较小的载气,N,2,气，,控制较低的柱温,b,柱选择项及其影响因素：,影响峰的间距,主要受固定相性质，以及柱温影响,续前,讨论：,增大柱选择性是改善分离度的最有力手段,气相色谱中，柱选择性取决于固定相性质和柱温,选择合适的固定相使与不同组分的作用产生差别,才能实现分离,一般说，降低柱温可以增大柱的选择性,c,柱容量项及其影响因素：,影响峰位,主要受固定相用量、柱温和载气流速的影响,续前,讨论：,综合考虑分离度、分离时间和峰检测几项因素,控制,k,的最佳范围,25,GC,中，增加固定液用量和降低柱温可以增加,k,图示,k,影响峰位,n,影响峰宽窄,影响两峰间距,练习,如何根据具体情况改进分离度？,太小，两组分未分开,应改变固定相极性，降低柱温,k,太小，,n,也太小，,应增大固定液用量，降低柱温,n,太小，许多组分未分开,应设法降低板高，提高柱效,例题,在一定条件下，两个组分的保留时间分别为,85,秒和,100,秒，要达到完全分离，即,R,=1.5,。,计算需要多少块有效塔板。若填充柱的塔板高度为,0.1 cm,，,柱长是多少？,解：,r,21,=100/85=1.18,n,有效,=16,R,2,r,21,/(,r,21,1),2,=161.5,2,(1.18/0.18),2,=1547,（,块）,L,有效,=,n,有效,H,有效,=15470.1=155 cm,即柱长为,1.55,米时，,两组分可以得到完全分离。,二、实验条件的选择：,色谱条件包括分离条件和操作条件,分离条件是指色谱柱,操作条件是指载气流速、进样条件及检测器,1,色谱柱的选择,2,柱温的选择,3,载气与流速的选择,4,进样条件的选择,1,色谱柱的选择,（,1,）固定相的选择,（,2,）柱长的选择,气相色谱柱,色谱柱组成,柱管,填充剂,填充柱：,24,米柱长，,26mm,内径,毛细管柱：几十米,几百米柱长,0.10.5mm,内径,固体吸附剂,气,-,固吸附色谱柱,载体,+,固定液,气,-,液分配色谱柱,气相色谱固定相,1,气固色谱固定相,种类,：,活性炭,：,有较大的比表面积，吸附性较强。,活性氧化铝,：,有较大的极性。适用于常温下,O,2,、,N,2,、,CO,、,CH,4,、,C,2,H,6,、,C,2,H,4,等气体的相互分离。,CO,2,能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析。,硅胶,：,与活性氧化铝大致相同的分离性能，除能分析上述物质外，还能分析,CO,2,、,N,2,O,、,NO,、,NO,2,等，而且能够分离臭氧。,分子筛,：,碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。如,3A,、,4A,、,5A,、,10X,及,13X,分子筛等（孔径，：埃）。常用,5A,和,13X,（,常温下分离,O,2,与,N,2,）。,除了广泛用于,H,2,、,O,2,、,N,2,、,CH,4,、,CO,等的分离外，还能够测定,He,、,Ne,、,Ar,、,NO,、,N,2,O,等。,高分子多孔微球（,GDX,系列）,：,新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚），型号：,GDX-01,、,-02,、,-03,等。适用于水、气体及低级醇的分析。,特点：,性能与制备和活化条件有很大关系，,同一种固定相，不同厂家或不同活化条件，分离效果差异较大。,种类有限，能分离的对象不多。,2,气相色谱固定相,气液色谱固定相,：,固定液,+,担体（支持体,）,固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态。,固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断扩大。,担体：,化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比表面积。,可以作为担体使用的物质应满足以下条件：,比表面积大，孔径分布均匀；,化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组份不起反应；,具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；,颗粒大小均匀、适度。一般常用,6080,目、,80100,目。,硅藻土,红色担体,：,孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度好。适宜分离非极性或弱极性组分的试样。,缺点是表面存有活性吸附中心点。,白色担体,：,煅烧前原料中加入了少量助溶剂（碳酸钠）。颗,粒疏松，孔径较大,。,表面积较小，机械强度 较差。,但吸附性显著减小，适宜分离极性组分的试样。,表,3-5,填充柱气液色谱担体一览表,图示,固定液,：,高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多；,1,要求：,应对被分离试样中的各组分,具有不同的溶解能力,，较好的,热稳定,性，并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应；,2,选择的基本原则,：“,相似相溶,”，选择与试样性质相近的固定相；,3,分类方法,:,如按化学结构、极性、应用等的分类方法。在各种色谱手册中，一般将固定液按有机化合物的分类方法分为：脂肪烃、芳烃、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等，,4,最高最低使用温度,。高于最高使用温度易分解，温度低呈固体；,5,混合固定相：,对于复杂的难分离组分通常采用特殊固定液或将两种甚至两种以上配合使用；,6,固定液的相对极性,：规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零，,，,氧二丙睛的相对极性为,100,，,表,5-2,优选固定液,麦氏常数,：,x,、,y,、,z,、,u,、,s,表示，分别代表了极性分子间存在着的静电力（偶极定向力）；极性与非极性分子间存在着的诱导力；非极性分子间的色散力；氢键等。也可以用五个数的总和来表示固定相的极性大小，如：,，,氧二丙睛五个常数的总和为,4427,，是强极性固定相,。,续前,化学分类法,A,烃类：烷烃，芳烃,例,角鲨烷,标准的非极性固定液,B,硅氧烷类：,（,a,）,甲基硅氧烷：,弱极性,甲基硅油（,n400,）,甲基硅油,230,0,C,甲基硅橡胶（,n400,）,SE30,，,OV1,350,0,C,（,b,）,苯基硅氧烷：,极性稍强（随苯基，极性）,甲基苯基硅油（,n400,）,甲基苯基硅橡胶（,n400,）：,按苯基含量不同分,低苯基硅橡胶,SE54,含苯基,5%,，,350,0,C,中苯基硅橡胶,OV17,含苯基,50%,，,350,0,C,高苯基硅橡胶,OV25,含苯基,75%,，,350,0,C,（,c,）,氟烷基硅氧烷：中等极性,（,d,）,氰基硅氧烷：强极性,续前,C,醇类（氢键形固定液）,非聚合醇,聚合醇,聚乙二醇（,PEG-20M,250,0,C,）,D,酯类：中强极性固定液,非聚酯类,聚酯类,丁二酸二乙二醇聚酯（,PDEGS,或,DEGS,）,图示,极性分类法：,a,相对极性法,b,固定液常数法（罗氏特征常数法和麦氏常数法）,续前,3,固定液的选择：,（,1,）按相似相溶原则选择,（,2,）按组分性质的主要差别选择,（,1,）按相似相溶原则选择,a,按极性相似原则选择：,固定液与被测组分极性“相似相溶”，,K,大，选择性好,非极性组分,选非极性固定液，,按沸点顺序出柱，低沸点的先出柱,中等极性组分,选中等极性固定液，,基本按沸点顺序出柱,强极性组分,选极性固定液,按极性顺序出柱，极性强的后出柱,注：对于中等极性组分，若沸点相同，,则按极性顺序出柱，极性较强的后出柱,（,2,）按组分性质的主要差别选择,组分的沸点差别为主,选非极性固定液,按沸点顺序出柱,沸点低的先出柱,组分的极性差别为主,选极性固定液,按极性强弱出柱,极性弱的先出柱,例：苯（,80.1,0,C,），,环己烷（,80.7,0,C,）,选非极性柱,分不开；,选中强极性柱,较好分离，环己烷先出柱,2.,固定液配比（涂渍量）的选择,配比,：,固定液在担体上的涂渍量，一般指的是固定液与担体的百分比，配比通常在,5%,25%,之间。,配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越小，柱效越高，分析速度也越快。,配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量较小。分析工作中通常倾向于使用较低的配比。,.,3.,柱长的选择,增加柱长对提高分离度有利（分离度,R,正比于柱长,L,2,），,但组分的保留时间,t,R,，,且柱阻力,，不便操作。,柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。,填充色谱柱的柱长通常为,13,米，内径,34,厘米。,4.,柱温的确定,首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。,柱温升高，分离度下降，色谱峰变窄变高。柱温，被测组分的挥发度，即被测组分在气相中的浓度，,K,，,t,R,，,低沸点组份峰易产生重叠。,柱温，分离度，分析时间。对于难分离物质对，降低柱温虽然可在一定程度内使分离得到改善，但是不可能使之完全分离，这是由于两组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增加速度大于前者时，两峰的交叠更为严重。,柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。,组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。,柱温的选择,原则：,1,）在能保证,R,的前提下，尽量使用低柱温，,但应保证适宜的,t,R,及峰不拖尾，减小检测本底,2,）根据样品沸点情况选择合适柱温,柱温应低于组分沸点,50100,0,C,宽沸程样品应采用程序升温,续前,程序升温好处：,改善分离效果,缩短分析周期,改善峰形,提高检测灵敏度,二、,载气种类和流速的选择,1.,载气种类的选择,载气种类的选择应考虑,三个方面,：载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质,。,载气摩尔质量大，可抑制试样的纵向扩散，提高柱效。载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用较小摩尔质量的载气（如,H,2,，,He,），,可减小传质阻力，提高柱效。,热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高检测灵敏度。在氢焰检测器中，氮气仍是首选目标。,在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性及来源是否广泛等因素。,2.,载气流速的选择,作图求出最佳流速。实际流速通常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。,三、其它操作条件的选择,1.,进样方式和进样量的选择,液体试样采用色谱微量进样器进样，规格有,1L,，,5L,，,10L,等。,进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范围之内。进样要求动作快、时间短。,进样量,不可过大，否则造成拖尾峰,气体试样应采气体进样阀进样。,2.,气化温度的选择,色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在此瞬间气化,;,气化温度一般较柱温高,3070,防止气化温度太高造成试样分解。,3.,检测室温度,应高于柱温,3050,0,C,第三,章,气相色谱,(gas chromatography),3-3,色谱的定性分析,返回,第三章 气相色,谱,(gas chromatography),3-3,色谱的定性分析,色谱的定性分析,（,1,）将已知物直接和未知物对照进行定性,（,2,）利用文献的保留数据进行定性,（,3,）利用经验规律定性,（,4,）与化学方法结合定性,（,5,）与其它仪器连用进行定性,色谱的定性分析：是指确定试样的组成，即确定每个色谱峰代表什么组分。,第三章 气相色谱,(gas chromatography),3-3,色谱定性分析,（,1,）将已知