第二章-气相色谱法PPT参考课件.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,*,第二章,气 相 色 谱 分 析,1,“,色谱法,”,名称的由来,石油醚,(,流动相,),碳酸钙,(,固定相,),色,谱,带,叶绿素,A,叶黄素,胡萝卜素,2.1,概述,1906,年，俄国植物学家茨维特,(M.Tswett),创立,色谱法是一种分离技术,2,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）称为,固定相,；,自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为,流动相,；,装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为,色谱柱,。,3,是利用混合物不同组分在,固定相,和,流动相,中分配系数,(,或吸附系数、渗透性等,),的差异，使不同组分在作相对运动的两相中进行反复分配，实现分离的分析方法。,色谱法,4,1.,根据固定相的外形分,柱色谱,平板色谱,平 板 色 谱,色谱法的分类,5,2.,根据分离机理,可分为,吸附色谱,分配色谱,离子交换色谱,排阻色谱,6,一般分类,分离方法,固定相,所用平衡,液相色谱,LC,液液分配,涂在载体表面的液体,不同溶液之间分配平衡,化学键合相,有机物被键合在载体表面,在液体与固定相表面的分配,液固吸附,固体吸附剂,吸附,离子交换,离子交换树脂,离子交换,尺寸排阻,凝胶,筛分,气相色谱,GC,（流动相为气体）,气、液,涂在载体表面的液体,分析物与固定,气,-,键相,有机物被键合在载体表面,气,-,固,固体吸附剂,吸附,超临界流体色谱,SFC,（流动相超临界流体）,固体表面键合的有机物,超临界流体与键合表面的分配,相间的相互作用,3.,按流动相不同分类,7,2.2,色谱流出曲线及有关术语,色谱图（,chromatogram,）,：,试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变为相应的电信号，由记录仪所记录下的信号,时间曲线或信号,流动相体积曲线，,称为色谱流出曲线，,8,基线：,在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器,时的流出曲线。,9,(,一）保留值,定性参数,1,死时间,t,M,(,或,t,0,),：,不被保留的样品通过色谱柱的时间,。,流动相,平均线速度,柱长,10,2,保留时间,t,R,（或,t,r,）,某组分从进样开始到柱后出现峰极大点,时所经历的时间，称为保留时间，它相应于,样品到达柱末端的检测器所需的时间,11,3,调整保留时间,t,R,(,或,t,r,),t,R,=,t,R,-,t,M,某组份的保留时间扣除死时间后称为该组份的,调整保留时间,12,由于组份在色谱柱中的保留时间,t,R,包含了,组份随流动相通过柱子所需的时间和组份在,固定相中滞留所需的时间，所以,t,R,实际上,是组份在固定相中停留的总时间保留时间,可用时间单位（如,s,）或距离单位（如,cm,）表,示。,保留时间是色谱法定性的基本依据，,但同一组,份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等参数进行定性检定,13,4,死体积,V,M,(,或,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而可忽略不计时，其值就相当于色谱柱内流动相的体积。死体积可由死时间与流动相体积流速,q,V,0,（,mL,min,-1,）,计算：,14,5,保留体积,V,R,(,或,V,r,),：,从进样开始到色谱峰最大值出现时所通过的流动相的体积，单位,mL,6,调整保留体积,V,R,(,或,V,r,),:,保留体积减去死体积，即组分停留在固定相时所消耗的流动相体积,或,15,7.,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。,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,。,16,在定性分析中，通常固定一个色谱峰作为标准（,s,），然后再求其它峰（,i,）对这个峰的相对保留值，此时可用符号,表示，即,=t,R,(i),/t,R,(s),式中,t,R,(i),为后出峰的调整保留时间，所以,总是大于,1,的。相对保留值往往可作为衡量固定相选择性的指标，又称选择性因子。,17,(,二,),区域宽度,柱效,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,。,18,（,1,）标准偏差,(,)：,即,0.607,倍峰高处色谱峰宽度的一半。,（,2,）半峰宽,(,Y,1/2,),：,色谱峰高一半处的宽度,Y,1/2,=2.354,（,3,）峰底宽,(,Y,),：,通过流出曲线的拐点所作的切线在基线上的截距,Y,=4,19,（三）峰高与峰面积,定量,峰高,h,：,从色谱峰顶点到基线的距离,峰面积,A,：,峰与基线延长线所包围的面积,A=1.065h,Y,1/2,20,1.,根据色谱峰的个数，可判断样品所含的最少组份数。,2.,根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析。,3.,根据色谱峰的面积或峰高,可以进行定量分析,4.,色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱分离效能的依据,5.,色谱峰两峰间的距离，,是评价固定相,(,或流动相,),选择是否合适的依据。,(,四）色谱流出曲线上的信息,21,色谱分析的,目的,是将样品中,各组分彼此分离,，,组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力学性质有关。,但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。因此，,要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。,2.3,色谱分析的基本原理,22,（一）分配系数,K,和分配比,k,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,。,23,组分在固定相中的浓度,组分在流动相中的浓度,分配系数定义,在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比值，用,K,表示。,24,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。,25,组分一定时，,K,主要取决于固定相性质,组分及固定相一定时,温度增加,K,减小,试样中的各组分具有不同的,K,值是分离的基础,选择适宜的固定相可改善分离效果,影响,K,的因素,固定相,温度,26,2.,分配比,(,容量因子,),k,组分在固定相中的质量,组分在流动相中的质量,在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达到平衡时的质量比，称为容量因子，也称分配比，用,k,表示。,27,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,与,k,都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数。,K,与,k,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。,k,可直接从色谱图上求得。,28,其中,称为相比率,，它是反映各种色谱,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,。,3.,分配系数,K,与分配比,k,的关系,29,结论,a.,分配系数,是组分在两相中的浓度之比，,分配比,则是组分在两相中分配总量之比,.,它们都与组分及固定相的热力学性质有关，并随柱温、柱压的变化而变化,.,b.,分配系数,只决定于组分和两相性质，与两相体积无关,.,分配比,不仅决定于组分和两相性质，且与相比有关，亦即组分的分配比随固定相的量而改变,.,30,c.,对于一给定色谱体系（分配体系），组分的分离最终决定于组分在两相中的相对量，而不是相对浓度，因此,分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数,.k,值越大，保留时间越长，,k,值为零的组分，其保留时间即为死时间,.,d.,若流动相（载气）在柱内的线速度为,u.,由于固定相对组分有保留作用，所以组分在柱内的线速度,u,s,将小于,u,，,则两速度之比称为,滞留因子,R,S,.,R,S,=u,s,/u,31,4.,保留值与,K,、,k,的关系,推导,1,：,当某一组分的色谱峰最高点出现时，说明该组分恰,好有一半的量随着,V,R,体积的流动相流出柱子，其余一半则留,在柱内，即留在柱内的流动相,(,体积为,V,M,),与固定相,(,体积为,V,s,),中。根据物料等衡原理得：,V,R,c,M,=,V,M,c,M,+V,S,c,S,V,R,=,V,M,+,V,S,c,S,/c,M,=,V,M,+K,V,S,即：,V,R,=,K,V,s,色谱过程的基本方程,V,R,=V,M,(1+,k,),和,t,R,=,t,M,(1+,k,),色谱基本保留方程,由 得，,k=KV,S,/,V,M,，,将代入得：,k,=,(,V,R,V,M,)/,V,M,=,V,R,/,V,M,=,t,R,/,t,M,=(,t,R,t,M,)/,t,M,k,=,V,R,/,V,M,=,t,R,/,t,M,32,推导,2,：,滞留因子,R,s,若用质量分数来表示,整理可得：,t,R,=,t,M,(1+,k,),色谱基本保留方程,变形可得：,33,5.,分离因子,与,分配系数,K,及,分配比,k,的关系,上式表明：,通过选择因子,把,实验测量值,k,与热力学性质的,分配系数,K,直接联系起来，,对固定相的选择具有实际意义。,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。,34,下图是,A,、,B,两组分沿色谱柱移动时，不同位置处的浓度轮廓。,浓度,沿柱移动距离,L,A,B,A,B,K,A,K,B,图中,K,A,K,B,，,因此，,A,组分在移动过程中滞后。随着两组分在色谱柱中移动距离的增加，两峰间的距离逐渐变大，同时，每一组分的浓度轮廓（即区域宽度）也慢慢变宽。显然，区域扩宽对分离是不利的，但又是不可避免的。若要使,A,、,B,组分完全分离，必须满足以下三点：,35,第一,，,两组分的分配系数必须有差异；,第二,，,区域扩宽的速率应小于区域分,离的速度；,第三,，,在保证快速分离的前提下，提,供足够长的色谱柱。,36,第一、二点是完全分离的必要条件。,而作为一个色谱理论，它不仅应说明组分在色谱柱中移动的速率，而且应说明组分在移动过程中引起区域扩宽的各种因素。因此引入了,塔板理论和速率理论,，二者均以色谱过程中分配系数恒定为前提，故称为线性色谱理论。,色谱法研究的核心,-,选择最适合的色谱体系和条件、在最短的时间达到最佳的分离效果,。,37,2.4,色谱理论,一、,塔板理论,柱分离效能指标,最早由,Martin,等人提出塔板理论，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，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,。,38,简单地认为：在每一块塔板上，溶质在两相间很快达到分配平衡，然后随着流动相按一个一个塔板的方式向前移动。对于一根,长为,L,的色谱柱,，溶质平衡的次数应为：,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。,39,该理论假定,：,（,i,）,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,。,（,ii,）,以气相色谱为例，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,）。,（,iii,）,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。,（,iv,）,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。,为简单起见，设色谱柱由,5,块塔板（,n,5,，,n,为柱子的塔板数）组成，并以,r,表示塔板编号，,r=1,，,2,，,n-1,；某组分的分配比,k=1.,40,*k,=1,41,塔板号,载气塔板体积数,0,1,2,3,4,柱出口,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,1,0.5,0.25,0.125,0.063,0.032,0.016,0.008,0.004,0.002,0.001,0,0,0,0,0,0,0,0.5,0.5,0.375,0.25,0.157,0.095,0.056,0.032,0.018,0.010,0.005,0.002,0.001,0,0,0,0,0,0.25,0.375,0.375,0.313,0.235,0.165,0.111,0.072,0.045,0.028,0.016,0.010,0.005,0.002,0.001,0.,0,0,0.125,0.25,0.313,0.313,0.274,0.22,0.166,0.094,0.070,0.049,0.033,0.022,0.014,0.008,0,0,0,0,0.063,0.157,0.235,0.274,0.274,0.247,0.207,0.151,0.110,0.08,0.057,0.040,0.027,0,0,0,0,0,0.032,0.079,0.118,0.138,0.138,0.124,0.104,0.076,0.056,0.040,0.028,0.020,42,塔板理论指出,：,第一,，当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数,n,大于,50,时,，可得到基本对称的峰形曲线。在色谱柱中，,n,值一般很大，如气相色谱柱的,n,约为,10,3,-10,6,，因而这时的流出曲线可趋近于正态分布曲线。,第二,，当样品进入色谱柱后，只要各组分在两相间的分配系数有微小差异，经过反复多次的分配平衡后，仍可获得良好的分离。,43,按上述分配过程，对于,n=5,，,k=1,，,m=1,的体系，随着脉动进入柱中板体积载气的增加，组分分布在柱内任一板上的总量（气液两相中的总质量）,由塔板理论可建流出曲线方程：,m,为,组分质量，,V,R,为保留体积，,n,为理论塔板数,。,44,当流动相体积,V=V,R,时，,C,值最大，即：,式中：,c,为流出曲线上某一点组分浓度；,m,为进样量；,V,R,为,保留体积。,由色谱流出曲线可知，,c,最大时，,t=t,R,。,因此，上式说明，色谱峰高度与进样量成,正比。,45,当塔板数,n,较少时，,组分在柱内达,分配平衡的次数较少,，流出曲线呈峰形，但,不对称,；当,塔板数,n50,时，峰形接近,正态分布,。色谱峰为正态分布时，,色谱流出曲线上的浓度与时间的关系为：,46,理论塔板数与色谱参数之间的关系为：,t,R,-,保留时间,Y-,色谱峰底宽,Y,1/2,-,色谱峰半峰宽,n-,理论塔板数,47,理论塔板数,理,论,塔,板,高,度,色谱柱长度,柱效能指标,当,色谱柱长度一定,时，塔板数,n,越,大,(,塔板高度,H,越,小,),，被测,组分,在柱内被,分配的次数,越,多,，,柱效能越高,，所得,色谱峰越窄,。,48,从上两式可以看出，色谱峰,Y,越小，,n,就越大，而,H,就越小，柱效能越高,。因此，,n,和,H,是描述柱效能的指标。,通常填充色谱柱的,n,10,3,，,H,1mm,。而,毛细管柱,n=10,5,10,6,，,H,0.5mm,由于死时间,t,M,包括在,t,R,中，而实际的,t,M,不,参与柱内分配，所计算的,n,值较大，,H,很小，,但与实际柱效能相差甚远。所以，提出把,t,M,扣除，采用,有效理论塔板数,n,eff,和有效塔板,高,H,eff,评价柱效能。,49,不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。,有效塔板数,有效板高,50,塔板理论的特点和不足,(1),当色谱柱长度一定时，塔板数,n,越大,(,塔板高度,H,越小,),，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。,(2),不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。,(3),柱效（,n,或,H,）不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数,K,相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。,(4),塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。,51,塔板理论,用,热力学观点,形象地,描述了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离过程，,导出流出曲线的数学模型，,并成功地解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置,，还,提出了计算和评价柱效的参数,。,但色谱过程不仅受热力学的影响，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了板高的概念，却,不能解释影响塔板高度的原因，也不能说明为什么在不同流速下可以测得不同的理论塔板数，更无法提出降低塔板高度的途径，,这就限制了它的应用。,52,1956,年荷兰学者,Van Deemter,等在研究,气液色谱时，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,中板高的,概念，并充分,考虑了组分在两相间的扩散,和,传质过程,，从而在动力学基础上较好地,解释,了影响板高的各种因素,。该理论模型对气相、,液相色谱都适用。,二、速率理论,影响柱效的因素,53,流动相,线速度,（范第姆特方程）,Van Deemter,方程的数学简化式为：,式中：,u,为流动相的线速度；,A,涡流扩散项系数、,B,分子扩散项系数、,C,传质阻力项系数。,54,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，形象地如图所示。,1),涡流扩散项,A,（动画）,55,d,p,：固定相的平均颗粒直径,：固定相的填充不均匀因子,固定相颗粒越小,d,p,，填充的越均匀，,A,，,H,，柱效,n,。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。,56,为了减少涡流扩散，提高柱效，,使用,细而均匀的颗粒,，并且,填充均匀,是十分必要的。,对于空心毛细管柱，不存在涡流扩散。因此,A,0,。,57,纵向分子扩散是由浓度梯度造成的。组,分从柱入口加入，其浓度分布的构型呈,“,塞,子,”,状。如图所示。它随着流动相向前推进，,由于存在浓度梯度，,“,塞子,”,必然自发地向,前和向后扩散，造成,谱带展宽。分子扩,散项系数为：,2),分子扩散项,B,/,u,(,纵向扩散项,),58,：,弯曲因子，填充柱色谱，,HeN,2,；,4.,热敏元件阻值,阻值高、电阻温度系数大的热敏元件，灵敏度高；,还取决于池体的体积和载气的纯度,125,综上：,较大的桥电流、较低的池体温度、低分子量的载气以及具有大的电阻温度系数的热敏元件可获得较高的灵敏度,适用范围,测量对象：,通用,色谱柱：,填充柱,126,1.,在发射极和收集极之间加,有一定的直流电压（,100,300V,）,构成一个外加电场。,2.,氢焰检测器需要用到三种气体：,N,2,：载气携带试样组分；,H,2,：为燃气；,空气：助燃气。,使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳。,2,）氢,火焰离子化检测器,(FID),质量型,结构,利用有机化合物在氢火焰中燃烧时能产生带电离子碎片，收集其荷电量进行测定。,127,A,区：预热区,B,层：点燃火焰,C,层：热裂解区：,温度最高,D,层：反应区,c.,生成的正离子,CHO+,与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：,b.,产生的自由基在,D,层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：,a.,当含有机物,CnHm,的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在,C,层发生裂解反应产生自由基：,氢焰检测器的原理,128,d.,化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流（约,10,-6,10,-14,A,）；,e.,在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器；,f,.,组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离；,g.,离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线。,129,FID,特点,1,）灵敏度高,2,）线性范围宽（,10,7,数量级）,3,）噪声低,4,）耐用且易于使用,5,）为质量型检测器，色谱峰高取决于单位时间内引入检测器中组分的质量。在样品量一定时，峰高与载气流速成正比。因此在用峰高定量时，应控制流速恒定。,6,）对无机物、永久性气体和水基本上无响应（不足？），因此,FID,特别适于水中和大气中痕量有机物分析或受水、,N,和,S,的氧化物污染的有机物分析。,7,）对含羰基、羟基、卤代基和胺基的有机物灵敏度很低或根本无响应。,8,）样品受到破坏。,130,影响氢焰检测器灵敏度的因素,各种气体流速和配比的选择：,N,2,流速的选择主要考虑分离效能，,N,2,H,2,=1,1,1,1.5,氢气,空气,=1,10,。,极化电压,正常极化电压选择在,100,300V,范围内。,131,3,）,电子捕获检测器,(ECD),浓度型,结构,:,在检测器池体内有一圆筒状,放射源（,63,Ni,或,3,H,）,作为负极，一个不锈钢棒作为正极,.,在此两极间施加,一直流或脉冲电压,.,132,电子,捕获机理,原理及工作过程：,从色谱柱流出的载气（,N,2,或,Ar,）被,ECD,内腔中的,放射源电离，形成次级离子和电子（此时,电子减速），在电场作用下，离子和电子发生迁移而形成电流（基流,10,-9,10,-8,A,）。当较大电负性有机物被载气带入,ECD,内时，将捕获已形成的低速自由电子，生成负离子并与载气正离子复合成中性分子，此时，基流下降形成“倒峰”。,133,饮用水中三卤甲烷色谱图,水,氯,氯仿,二氯溴甲烷,二溴氯甲烷,溴仿,ECD,主要对含有较大电负性原子的化合物响应。特别适合于环境样品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的分析。,卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度，检测下限,10,-14,g/mL,。,高选择性检测器,134,4,）,火焰光度检测器,(FPD),质量型,结构：,喷嘴,+,滤光片,+,光电管,原理：,待测物在低温,H,2,-Air,焰中燃烧产生,S,、,P,化合物的分解产物并发射特征分子光谱。测量光谱的强度则可进行定量分析。,135,响应机理,适用范围,:,FPD,对 含,S,、,P,化合物具有高选择性和高灵敏度，因此也称,硫磷检测器,。主要用于,SO,2,、,H,2,S,、石油精馏物的含硫量、有机硫、有机磷的农药残留物分析等。,含,P,化合物,含,S,化合物,136,三,九,一,一,乙拌磷,地亚农,倍硫磷,对硫磷,丙硫磷,乙硫磷,乙丙硫磷,谷硫磷,壤虫磷,丰索磷,蝇毒磷,马拉硫磷,一,0,五九,137,检测器,类型,最高操作温度,(),最低检测限,线性范围,主要用途,火焰离子化检测器（,FID,）,质量型，准通用型,450,丙烷：,5 pg,碳,/s,10,7,(,10,),各种有机化合物的分析，对碳氢化合物的灵敏度高,热导检测器（,TCD,）,浓度型，通用型,400,丙烷：,400 pg/ml,；壬烷：,20000 mv,ml/mg,10,4,（,5,）,适用于各种无机气体和有机物的分析，多用于永久气体的分析,电子俘获检测器（,ECD,）,浓度型，选择型,400,六氯苯：,10,4,适合分析含电负性元素或基团的有机化合物，多用于分析含卤素化合物,氮磷检测器（,NPD,）,质量型，选择型,400,用偶氮苯和马拉硫磷的混合物测定：,0.4 pg,氮,/s;10,5,适合于含氮和含磷化合物的分析,火焰光度检测器（,FPD,）,质量型，选择型,250,用十二烷硫醇和三丁基膦酸酯混合物测定：,20 pg,硫,/s,；,10,5,磷：,10,6,适合于含硫、含磷和含氮化合物的分析,脉冲,FPD,（,PFPD,）,质量型，选择型,400,对硫磷：,0.1 pg,磷,/s,；对硫磷：,1 pg,硫,/s,；硝基苯：,10 pg,氮,/s,磷：,10,5,硫：,10,3,氮：,10,2,同,FPD,常用,GC,检测器的性能,138,5,）质谱检测器,毛,细,管,柱,接口,离子源,离子检测器,加,热,器,温,度,传,感,器,动画,139,6,）原子发射光谱检测器,140,141,142,2.8,色谱分离操作条件的选择,根据,及,143,1.,色谱柱,固定相；,固定液液膜厚度；,柱长等,由分离度,R,的定义可得：,(R,1,/R,2,),2,=n,1,/n,2,=L,1,/L,2,即柱越长，理论塔板数越高，分离越好。但柱过长，分析时间增加且峰宽也会增加，导致总分离效能下降，因此柱长,L,要根据,R,的要求,(R=1.5),选择刚好使组分得到有效分离为宜。,144,2.,载气及其线速的选择,检测器,载气,柱效,u,较小时，选择分子量较大的载气（,N,2,，,Ar,）；,u,较大时，选择分子量较小的载气,(H,2,，,He),u,的选择,分析时间,u,大，,t,小,145,3.,柱温,的选择,改变柱温产生的影响,柱效,增加柱温可加快气相、液相的传质速率，有利于降低塔板高度，改善柱效；但同时又会加剧纵向扩散，从而导致柱效下降。,分离度,柱温升高，,K,减小，分离度下降。,分析时间,降低柱温，分析时间增加,146,柱温应控制在固定液的,最高使用温度,和,最低使用温度,范围,之内。,使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取适当低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。,柱温,一般选择在组分平均沸点左右。,组分复杂，沸程宽的试样，,采用程序升温。,选择原则,5.,气化室温度、检测室温度高于柱温,30-70,度,。,147,程序升温,50250,，,8,/,min,恒温,150,正构烷烃恒温和程序升温色谱图比较,程序升温不仅可以改善分离，而且可以缩短分析时间。,148,4.,进样量的选择,进样量,柱效,进样量过大，使色谱柱超载，柱效急剧下降，峰形变宽,检测器,进样量过大，峰高或峰面积与进样量的线性关系被破坏,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,149,2.9,气相色谱分析方法及应用,定性分析分析试样的前处理,GC,分析对象是在气化室温度下能生成气态的物质。为保护色谱柱、降低噪声、防止生成新物质（杂峰），需要在进样前对样品进行处理。,1,）水、乙醇和可能被柱强烈吸附的极性物质,柱效下降，需除去,2,）非挥发份,会产生噪声，同时慢慢分解,-,产生杂峰,3,）稳定性差得组分,生成新物质,杂峰,一、定性分析,150,定性分析方法,1,用已知纯物质,对照定性,保留值定性,峰高增加法定性,151,峰高加高法,进样量,“,低,”,152,2,用经验规律和文献值定性,(1),经验规律,碳数规律,在一定温度下，,同系物,的调整保留时间的对数与分子中碳数成线性关系,如果知道两种或更多同系物的调整保留时间，则可求出常数,A,和,C,。从色谱图查出未知物的 后，根据上式即可求出未知物的碳数。,153,(2),相对保留值,对于同族具有相同碳数碳链的异构体化合物，其调整保留时间的对数和它们的沸点呈线性关系,A,、,C,为常数，,T,b,为组分沸点,由此可见，根据同族同数碳链异构体中几个已知组分的调整保留时间的对数值，可求得同族中具有相同碳数的其它异构体的调整保留时间。,154,(3),保留指数,Z,Z,+1:,正构烷烃的碳原子数,进样,T,C,I,155,例：乙酸正丁酯在阿皮松,L,柱上的流出曲线如下图所示。由图中测得调整保留距离为：乙酸正丁酯,310.0 mm,，正庚烷,174.0 mm,，正辛烷,373.4 mm,。求乙酸正丁酯的保留指数。,在与文献值对照时，一定要重视文献值的实验条件，如固定液、柱温等。而且要用几个已知组分进行验证。,156,3.,与其他分析仪器联用的定性方法,小型化的台式色质联用仪（,GC-MS,；,LC-MS,）,色谱,-,红外光谱仪联用仪；,组分的结构鉴定,Sample,Sample,5890,1.0,DEG/MIN,HEWLETT,PACKARD,HEWLETT,PACKARD,5972A,Mass,Selective,Detector,D,C,B,A,A,B,C,D,Gas Chromatograph(GC),Mass Spectrometer(MS),Separation,Identification,B,A,C,D,157,GC/MS(,气相色谱,-,质谱,),例：川桂皮挥发油的化学成分分析,色谱柱：,SE,54(30m,0.25mm0.25,m),色谱操作条件,载气：氦气，流速,1mL/min,柱温：初温,60,保持,1min,，,8 /min,升温至,150,，,6 /min,升温至,190,，,8 /min,升温至,250,，保持,1min,158,总离子流色谱图,6,号峰的质谱图,159,GC/AES(,气相色谱原子发射光谱,),二甲基硒,烯丙基甲基硒,甲基亚磺基硒酸甲酯,二甲基二硒,2,丙稀硫硒酸甲酯,1,丙稀硫硒酸甲酯,双,(,甲硫,),硒,烯丙基甲基硫,二甲基二硫,二烯丙基硫,烯丙基甲基二硫,二甲基三硫,二烯丙基二硫,烯丙基甲基三硫,二烯丙基三硫,GC-AES,同时检测大蒜中碳、硫、硒化合物,Se(196.1 nm),C(193.1 nm),S(180.7 nm),160,4.,几种方法联合定性,化合物,GC-MS,色谱保留指数,质谱相似度,OV-101,柱,PEG 20M,柱,9,号峰定性数据,985,1149,-,蒎烯,934,981,1124,香叶烯,926,986,1156,质谱和保留指数两种鉴定方法的结果,例：缬草挥发油化学成分的研究,多种方法联合定性可大大提高鉴定的可靠性,161,气相色谱定量分析的依据：,检测器对溶质产生的响应信号,与溶质的量成正比。,通过色谱图上的面积或峰高，,计算样品中溶质的含量。,二、定量分析,RSD:1,3%,162,（一）,定量基础,或,f,i,：,待测物质定量校正因子,m,i,：,待测物质质量,A,i,：,待测物质色谱峰的积分面积,163,可见，进行色谱定量分析时需要：,（,1,）准确测量检测器的响应信号,峰面积或峰高；,（,2,）准确求得比例常数,校正因子；,（,3,）正确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。,164,1,、色谱峰的面积求法：,1,）、峰高乘半峰宽法,2,）、峰高乘平均峰宽法,3,）、峰高乘保留值法,4,）、电子积分法,在相对计算时，,b,可约去，于是：,A,=,ht,R,165,2,、定量校正因子,(,Quantitative calibration factor,),1,）绝对校正因子：,2,）相对校正因子：,用标准物质为参照物、求出待测物质与标准,物之间绝对校正因子的比值。对,热导池检测器,的,标准物,是,苯,、对,氢火焰离子化检测器,的标准,物是,正庚烷。,166,单位峰面积,(,或单位峰高,),的组分的量,定量校正因子,相对校正因子,167,各物质的量以摩尔数计，,M,i,、,M,s,分别表示被,测物与标准物质的相对分子质量（摩尔质量）,摩尔校正因子,质量校正因子,168,体积,校正因子,相对响应值,s,相对响应值是物质,i,与标准物质,s,的响应值（灵敏度）之比。单位相同时，它与校正因子互为倒数，即：,s,和,f,只与试样、标准物质以及检测器类型有关，而与操作条件如柱温、载气流速、固定液性质等无关，因而是,一个能通用的常数。,。,169,3,）相对校正因子的测量,凡文献查得的校正因子都是指相对校正因子，,可用,f,M,f,m,分别表示摩尔校正因子和质量校正因子（通,常把相对二字略去）。,由于以体积计量的气体样品，,lmol,任何气体在标,准状态下其体积都是,22,4L,（升），所以摩尔校正因,子就是体积校正因子。,相对校正因子只与试样、标准,物质和检测器类型有关，,与操作条件、柱温、载气流,速、固定液性质无关。,170,校正因子测定方法：,准确称量被测组分和标准物质，,混合后，在实验条件下进样分析（注意进样量应在线性范围之内），分别测量相应的峰面积，,通过公式计算校正因子，如果数次测量数值接近，可取其平均值。,171,（二）,常用的几种定量分析方法,(1),归一化法,试样中所有组分均须出峰,要求,操作条件如进样量、载气流速等变化时对结果的影响较小。,优点,172,组分,乙苯,对二甲苯,间二甲苯,邻二甲苯,峰面积,120,75,140,105,f,i,0.97,1.00,0.96,0.98,校正因子归一化定量结果,27.0,17.5,31.3,24.1,峰面积直接归一化定量结果,27.2,17.1,31.8,23.9,C,8,芳烃异构体归一化定量分析,173,(2),外标法,(,校准曲线法,),或,不使用校正因子,需准确控制进样量、,载气流速等,操作条件,适合测定大批量样品,174,(3),内标法,对内标物的要求：,（,a,）试样中不含有该物质；,（,b,）与被测组分性质比较接近；,（,c,）不与试样发生化学反应；,（,d,）出峰位置应位于被测组分附近，且无,组分峰影响。,准确度高,优点,试样配制：,准确称取一定量的试样,W,，加入一定量内标物,m,S,175,计算式：,176,内标法特点,(1),内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大。,(2),每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。,(3),若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定，则：,177,如果经常需要测定同一物质，可固定试样的称取量，并加入恒定量的内标物，此时,f,i,m,S,/f,s,m,为一常数故,：,w,i,A,i,/A,S,Figure,Internal working graph,适合于液体试,样的常规分析,若样品用量与加入标准物质量完全固定，则内标法的计算就可以简化为内标标准曲线法，它适用于工厂内成批样品的定量分析。,内标,标准曲线法,178,例,:,测定二甲苯氧化母液中乙苯和二甲苯含量，采用内标法。称取试样,1500 mg,，加入内标物壬烷,150 mg,，混合均匀后进样，测得如下数据：,组分,壬烷,乙苯,对二,甲苯,间二,甲苯,邻二,甲苯,峰面积,校正因子,98,1.02,70,0.97,95,1.00,120,0.95,80,0.98,计算样品中乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯的含量。,179,解：,180,三、,应用,（一）分离分析中的应用,气体、易挥发的物质及可转化为易挥发化合物的液体或固体物质,适用对象,181,（二）化学研究中的应用,1.,通过测定保留时间，研究某些化学平衡性质，如溶解热、活度系数、熵变及焓变等,2.,通过测定色谱峰柱后扩宽程度，研究某些动力学过程，如测定液体和气体的扩散系数、反应速率常数等,3.,根据保留体积或峰面积，测定相对分子质量、表面积、孔率分布及液膜厚度等物化性质,182,2.10,毛细管柱气相色谱法,(,Capillary column gas chromatography,),结构：空心柱、口径小、长度大,一、毛细管色谱柱种类：（,P56-P57,）,二、毛细管色谱柱特点,1.,渗透性好，可使用长色谱柱；,2.,相比（,）大