高效气相色谱仪工作原理课件.ppt

1、高效气相色谱仪工作原理高效气相色谱仪工作原理 气相色谱法是气相色谱法是2020世纪世纪5050年年代出现的一项重大科学技术成就。代出现的一项重大科学技术成就。一种新的分离、分析技术，它在工一种新的分离、分析技术，它在工业、农业、国防、建设、科学研究业、农业、国防、建设、科学研究中都得到了广泛应用。中都得到了广泛应用。 基本原理基本原理分离原理分离原理： 依据不同物质在流动相中与固定相的依据不同物质在流动相中与固定相的相互作用相互作用的不同的不同色谱法是一种分离技术色谱法是一种分离技术。固定相固定相：使混合物中各组分在两相间进行分配，其中不动的一相。：使混合物中各组分在两相间进行分配，其中不动的

2、一相。流动相流动相：携带混合物流过此固定相的流体相。：携带混合物流过此固定相的流体相。而产生不同的分配率，经过多次分而产生不同的分配率，经过多次分 配而达到混合物的配而达到混合物的分离的目的。分离的目的。基本原理基本原理气相色谱仪的组成及各部分的作用：气相色谱仪的组成及各部分的作用：2、进样系统进样系统（包括进样器和汽化室）（包括进样器和汽化室） 汽化室可控制温度为汽化室可控制温度为20400 汽化室的作用是将液体或固体样品瞬间气化为蒸气，汽化室的作用是将液体或固体样品瞬间气化为蒸气，1、载气系统载气系统（包括气源、气体净化、气体流速控制和测量）（包括气源、气体净化、气体流速控制和测量） 常用

3、的载气，常用的载气，氨气氨气、氮气氮气并很快被载气带入色谱柱。并很快被载气带入色谱柱。3、分离系统分离系统 色谱柱（色谱柱（心脏部分心脏部分）、柱箱和恒温控制装置）、柱箱和恒温控制装置 基本原理基本原理气相色谱仪的组成及各部分的作用：气相色谱仪的组成及各部分的作用：4、检测系统检测系统 检测器，控温装置检测器，控温装置 检测恒温箱中的温度，一般选择与柱温相同或略高检测恒温箱中的温度，一般选择与柱温相同或略高于柱温。于柱温。5、记录系统记录系统 放大器和记录器，数据处理装置。放大器和记录器，数据处理装置。基本原理基本原理载气源载气源进样口进样口色谱柱色谱柱检测器检测器样样 品品数据处理数据处理以

4、以气体气体作为流动相（载气）作为流动相（载气）分分 离离分分 析析输输 出出基基 本本 原原 理理进进 样样微量注射器：微量注射器：0.1，1，5，10，50 L自动进样器自动进样器1、进、进 样样 方方 式式进进 样样2、进、进 样样 系统系统（1）填充柱进样口）填充柱进样口进样口的设计和选择取决于色谱柱的进样口的设计和选择取决于色谱柱的直径直径和和类型类型 填充柱填充柱和和大口径毛细管柱大口径毛细管柱使用填充柱进样口；样品用注射器穿使用填充柱进样口；样品用注射器穿过隔垫注入到载气流中。加热的进样口使样品（如果是液体）气化，过隔垫注入到载气流中。加热的进样口使样品（如果是液体）气化，而后载气

5、将气化的样品带入色谱柱而后载气将气化的样品带入色谱柱进进 样样2、进、进 样样 系统系统（2）毛细进样口（分流）毛细进样口（分流/不分流模式）：适用于不分流模式）：适用于小口径的毛细管柱小口径的毛细管柱 分流模式分流模式：分流阀开启并一直维持此状态，样品被注射进衬管，：分流阀开启并一直维持此状态，样品被注射进衬管，同时被气化，气化的样品在色谱柱（气流阻力大）和分流放空口同时被气化，气化的样品在色谱柱（气流阻力大）和分流放空口 （气流阻力可调）之间分配（气流阻力可调）之间分配进进 样样2、进、进 样样 系统系统（2）毛细进样口（分流）毛细进样口（分流/不分流模式）：适用于不分流模式）：适用于小口

6、径的毛细管柱小口径的毛细管柱 不分流模式不分流模式：此模式特别适用于：此模式特别适用于低浓度低浓度的样品，它将样品捕集的样品，它将样品捕集在柱头，同时将残留在进样口的溶剂气体放空。在柱头，同时将残留在进样口的溶剂气体放空。色色 谱谱 柱柱色谱柱如何对混合物进行分离色谱柱如何对混合物进行分离？色色 谱谱 柱柱 当气化的组分与气相和固定相共存时，它就根据对两相相对当气化的组分与气相和固定相共存时，它就根据对两相相对吸附性能吸附性能的不同而在两相间进行分配。的不同而在两相间进行分配。 吸附性能吸附性能：可以是：可以是溶解度溶解度，挥发性挥发性，极性极性，特殊的化学相互作用，或，特殊的化学相互作用，或

7、其他任何存在于样品组分间的性质差异。其他任何存在于样品组分间的性质差异。 如果一相是固定的（涂层）而另一相是流动的（载气），组如果一相是固定的（涂层）而另一相是流动的（载气），组分将会以比流动相慢的速度迁移。迁移速度慢的程度取决于相互分将会以比流动相慢的速度迁移。迁移速度慢的程度取决于相互作用的大小；如果不同组分有不同的作用的大小；如果不同组分有不同的“吸附性能吸附性能”，它们将会随，它们将会随时间而被分离。时间而被分离。 色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分在色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分在吸附剂表面进行吸附剂表面进行吸附吸附，脱附脱附，再吸附再吸附，再脱附再脱附这样反复的过程，使

8、不同物质在色谱柱中的保留时这样反复的过程，使不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。间不同而达到分离的目的。 气气固色谱固色谱 色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分在色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分在固定液中进行固定液中进行溶解溶解，挥发挥发，再溶解再溶解，再挥发再挥发的的过程，使不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达过程，使不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。到分离的目的。 气气液色谱液色谱色色 谱谱 柱柱色色 谱谱 柱柱分离操作条件的选择分离操作条件的选择1、载气及其流速的选择、载气及其流速的选择 CuuBAH 用在不同流速下测得的塔板高度用在不同流速下测得的

9、塔板高度H对了流速对了流速 作图，作图，得得H 曲线图曲线图曲线的最低点，塔板高度曲线的最低点，塔板高度H最小。此时，最小。此时，柱效最高。该点所对应的流速为最佳流速柱效最高。该点所对应的流速为最佳流速最佳最佳。塔板高度与载气流速的关系图塔板高度与载气流速的关系图 实际工作中，为了缩短分析时间，往往使流速稍高于最佳流速实际工作中，为了缩短分析时间，往往使流速稍高于最佳流速 对于填充柱，对于填充柱，N2的最佳实用线速度为的最佳实用线速度为1012cms-1，H2为为1520cms-1 载气流速习惯上用柱前的体积流速（载气流速习惯上用柱前的体积流速（mLmin-1），也可用皂膜），也可用皂膜流量计

10、在柱后测量流量计在柱后测量 若色谱柱内径若色谱柱内径3mm，N2流速一般为流速一般为4060mLmin-1，H2流速一流速一般为般为6090mLmin-1色色 谱谱 柱柱分离操作条件的选择分离操作条件的选择2、柱温的选择柱温的选择柱温柱温：重要的操作变数，直接影响分离效能和分析速度：重要的操作变数，直接影响分离效能和分析速度 ； 柱温不能高柱温不能高于固定液的最高温度，否则挥发流失。于固定液的最高温度，否则挥发流失。柱温选择的原则柱温选择的原则：在使最难分离的组分能尽可能好的分离前提下，尽可：在使最难分离的组分能尽可能好的分离前提下，尽可能采取能采取较低较低的柱温，但以保留的时间为宜，峰形的柱

11、温，但以保留的时间为宜，峰形不脱尾不脱尾为度。为度。 色色 谱谱 柱柱分离操作条件的选择分离操作条件的选择3、进样时间和进样量进样时间和进样量 进样时间进样时间在一秒以内，时间过长，试样原始宽度变大，半峰宽必将变宽，甚在一秒以内，时间过长，试样原始宽度变大，半峰宽必将变宽，甚至峰变形；至峰变形； 进样量进样量一般：液体试样一般：液体试样 0.15 L；气体试样；气体试样 0.110 mL 进样量太多，会使几个峰叠在一起，分离不好；进样量进样量太多，会使几个峰叠在一起，分离不好；进样量太少，含量少的组分因检测器灵敏度不够而不出峰；太少，含量少的组分因检测器灵敏度不够而不出峰； 最大进样量最大进样

12、量应控制在峰面积或峰高与进样量呈应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系线性关系。色色 谱谱 柱柱分离操作条件的选择分离操作条件的选择4、气化温度气化温度 进样后要有足够的进样后要有足够的气化温度气化温度，使液体试样迅速气化，使液体试样迅速气化被载气带入柱中，在得证试样被载气带入柱中，在得证试样不分解不分解的的情况下，适的的情况下，适当提高气化温度对分离及定量有利。当提高气化温度对分离及定量有利。 气化温度比柱温高气化温度比柱温高3070。色色 谱谱 柱柱分离操作条件的选择分离操作条件的选择5、固定相及其选择固定相及其选择 气相色谱分析中，某组分的完全分离取决于色谱柱的效能和选择气相色谱分析中，

13、某组分的完全分离取决于色谱柱的效能和选择性，后者取决于固定相的选择性。性，后者取决于固定相的选择性。 （1 1）气液色谱固定相）气液色谱固定相 是涂渍在惰性多孔性颗粒（是涂渍在惰性多孔性颗粒（担体担体/ /载体载体）表面的高沸点液体）表面的高沸点液体（固定液固定液）；试样组分在载气与固定液两相中分配而达到分离）；试样组分在载气与固定液两相中分配而达到分离。 注：注：与样品发生作用的是与样品发生作用的是固定液固定液而不是而不是载体载体。色色 谱谱 柱柱分离操作条件的选择分离操作条件的选择5、固定相及其选择固定相及其选择（1 1）气液色谱固定相）气液色谱固定相 对担体的要求：对担体的要求：表面是化

14、学惰性的，表面没有吸附性或很弱，更不能与被测物起表面是化学惰性的，表面没有吸附性或很弱，更不能与被测物起化学反应；化学反应；多孔性，即表面积大，使固定液与试样接触面积大；多孔性，即表面积大，使固定液与试样接触面积大；热稳定性好，有一定的机械强度，不易破碎；热稳定性好，有一定的机械强度，不易破碎；对担体粒度的要求：均匀，细小（过细柱压增大），一般选用对担体粒度的要求：均匀，细小（过细柱压增大），一般选用4060目，目，6080目，目，80100目。目。 担体担体/载体载体应是一种化学惰性、多孔型的固体颗粒，它的作用是提供一个大应是一种化学惰性、多孔型的固体颗粒，它的作用是提供一个大的惰性表面，用

15、以承担固定液，使固定液以薄膜状态分布在其表面上。的惰性表面，用以承担固定液，使固定液以薄膜状态分布在其表面上。可分为：硅藻土型（红色担体可分为：硅藻土型（红色担体/ /白色担体）；白色担体）； 非硅藻土型（氟担体非硅藻土型（氟担体/ /玻璃微球玻璃微球/ /高分子多孔微球）；高分子多孔微球）；气液色谱中所用担体气液色谱中所用担体：色色 谱谱 柱柱分离操作条件的选择分离操作条件的选择5、固定相及其选择固定相及其选择 （1 1）气液色谱固定相）气液色谱固定相 固定液的选择固定液的选择原则原则：相似相溶相似相溶；为了利用为了利用“相似相溶相似相溶”原则选原则选择固定液，必须了解样品种各组分按极性分类

16、的情况择固定液，必须了解样品种各组分按极性分类的情况对固定液的要求：对固定液的要求：挥发性小挥发性小 ，操作温度下有较低蒸气压，以免流失；，操作温度下有较低蒸气压，以免流失；热稳定性好热稳定性好 ，操作温度下不发生分解；，操作温度下不发生分解；对试样各组分有适当的溶解能力。对试样各组分有适当的溶解能力。具有高的选择性，对沸点相同或相近的不同物质有尽可能高的溶解能力；具有高的选择性，对沸点相同或相近的不同物质有尽可能高的溶解能力；化学稳定性好，不与被测物质起化学反应。化学稳定性好，不与被测物质起化学反应。色色 谱谱 柱柱分离操作条件的选择分离操作条件的选择5、固定相及其选择固定相及其选择（1 1

17、）气液色谱固定相）气液色谱固定相 A、样品组分性质样品组分性质已知已知时固定液的选择时固定液的选择非极性组分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中等极性组分选中等极性固定液，基本按沸点顺序出柱选中等极性固定液，基本按沸点顺序出柱强极性组分强极性组分选极性固定液选极性固定液， 按极性顺序出柱，极性强的后出柱按极性顺序出柱，极性强的后出柱注注：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：对于中等极性组分，若沸点相同，则按极性顺序出柱，极性较强的后出柱出柱B、样品组分性质样品组分性质未未知知时固定液的选择

18、时固定液的选择用毛细管柱进行初分离用毛细管柱进行初分离尝试法尝试法可先用最常用的可先用最常用的3根色谱柱进行测试根色谱柱进行测试色色 谱谱 柱柱分离操作条件的选择分离操作条件的选择5、固定相及其选择固定相及其选择（2 2）气固色谱固定相）气固色谱固定相 A、固定相的特点、固定相的特点u性能与制备和活化条件有很大关系；性能与制备和活化条件有很大关系；u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；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；u种类有限，能分离的对象不多；种类有限，能分离的对象不多；u使用方便。使用方便。色色 谱谱 柱柱分离操作条件的选择分离操作条件的选择5、

19、固定相及其选择固定相及其选择（2 2）气固色谱固定相）气固色谱固定相 B、固定相的种类（填充柱）、固定相的种类（填充柱）u活性炭：活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强；有较大的比表面积，吸附性较强；u活性氧化铝：活性氧化铝：有较大的极性，适用于常温下有较大的极性，适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离；等气体的相互分离；CO2能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析；能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析；u硅胶：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，与活性氧化铝大致相同的分离性能，除能分析上述物质外，还能分析还能分析CO

20、2、N2O、NO、NO2等，且能够分离臭氧；等，且能够分离臭氧；u分子筛：分子筛：碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性除了广泛用碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性除了广泛用于于H2、O2、N2、CH4、CO等的分离外，还能够测定等的分离外，还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O等。等。u高分子多孔微球：高分子多孔微球：新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）；适用于水、气体及低级醇的分析。聚）；适用于水、气体及低级醇的分析。色色 谱谱 柱柱分离操作条件的选择分离操作条件的选择5、固定相及其选择固定相及其选择（2 2）气固色谱固定相）气固色谱固

21、定相 B、固定相的种类（毛细管柱）、固定相的种类（毛细管柱）DB-5MS：5%二苯基二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物二甲基硅氧烷共聚物，低流失，低流失，30m0.25mm0.25umHP-5MS：5%二苯基二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物二甲基硅氧烷共聚物，非极性，低流失，非极性，低流失，30m0.25mm0.25umDB-5HT： 5%二苯基二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物二甲基硅氧烷共聚物，非极性，非极性， 键合交联，可用溶剂清洗，键合交联，可用溶剂清洗，高温，高温，15m0.25mm0.10umDB-XLB：弱极性，聚硅氧烷类固定相，专利技术，弱极性，低：弱极性，聚硅氧烷类固定相，专利技

22、术，弱极性，低流失，键合交联，可用溶剂清洗，流失，键合交联，可用溶剂清洗，30m0.25mm0.25umHP-5：5%二苯基二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物二甲基硅氧烷共聚物，非极性，非极性， 30m0.32mm0.25um毛细色谱柱的特点：毛细色谱柱的特点： a a、渗透性好，即载气流动阻力小；、渗透性好，即载气流动阻力小； b b、相比（、相比（）大，有利于实现快速分析；）大，有利于实现快速分析； c c、柱容量小，允许进样量少；、柱容量小，允许进样量少； d d、总柱效高，分离复杂混合物的能力大为提高。、总柱效高，分离复杂混合物的能力大为提高。检检 测测 器器 检测器检测器：将色谱柱分离

23、后的各组分按其特性及含量转换为相：将色谱柱分离后的各组分按其特性及含量转换为相应的电讯号。应的电讯号。 浓度型检测器：浓度型检测器：测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的器的响应值和组分浓度成正比，响应值和组分浓度成正比，热导检测器热导检测器； 质量型检测器：质量型检测器：测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的质量成正比检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的质量成正比 ，氢火焰离子检测器氢火焰离子检测器。检检 测测 器器 检测器有多种类型的检测器

24、可供选择，但是所有的检测器的功能都是相同检测器有多种类型的检测器可供选择，但是所有的检测器的功能都是相同的：的： 当纯的载气当纯的载气( (没有待分离组分没有待分离组分) )流经检测器时，产生流经检测器时，产生稳定稳定的电信号的电信号( (基线基线) )； 当有待分离组分通过检测器时，产生当有待分离组分通过检测器时，产生不同不同的电信号。的电信号。热导检测器热导检测器氮磷检测器氮磷检测器电子捕获检测器电子捕获检测器火焰光度检测器火焰光度检测器原子发射检测器原子发射检测器火焰离子化检测器火焰离子化检测器质量选择性检测器质量选择性检测器热导率的差异热导率的差异含氮和含磷化合物含氮和含磷化合物电子电

25、子含磷和含硫化合物含磷和含硫化合物适用于多种元素适用于多种元素产生离子的任何物质，有机物产生离子的任何物质，有机物利用质谱图对组分进行鉴定利用质谱图对组分进行鉴定 当和气相色谱图联用时，成为当今最强当和气相色谱图联用时，成为当今最强有力的鉴定手段有力的鉴定手段检检 测测 器器氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器（flame ionization detector）FID 对含碳有机化合物有很高的灵敏度。适用于痕对含碳有机化合物有很高的灵敏度。适用于痕量有机物的分析；量有机物的分析； 特点：特点：结构简单、灵敏度高、响应块、稳定性结构简单、灵敏度高、响应块、稳定性好、死体积小、线性范围宽。好、死

26、体积小、线性范围宽。 结构：结构：离子化室、火焰喷嘴、一对电极、外罩离子化室、火焰喷嘴、一对电极、外罩检检 测测 器器氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器（flame ionization detector）FID作用机理：作用机理：(1) 当含有机物当含有机物CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在C层层发生裂解反应产生自由基：发生裂解反应产生自由基： CnHm CH(2) 产生的自由基在产生的自由基在D层火焰中与外面扩散进来的激发态原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：子氧或分子氧发生如下反应： CH + O CHO+ + eA A区：预热

27、区区：预热区 B B层：点燃火焰层：点燃火焰C C层：热裂解区：温度最高层：热裂解区：温度最高D D层：反应区层：反应区检检 测测 器器氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器（flame ionization detector）FID作用机理：作用机理：(3) 生成的正离子生成的正离子CHO+ 与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：CHO+ + H2O H3O+ + CO(4) 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（约产生微电流（约1

28、0-610-14A） (5) 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比，所以氢焰检测器是质量型检测器 (6) 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电离(7) 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色谱流出曲线检检 测测 器器氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器（flame ionization detector）FID操作条件选择：操

29、作条件选择：（1）气体流量：）气体流量：载气流量：载气流量：一般用氮气作载气，最佳载气流速一般用氮气作载气，最佳载气流速 氢气流量：氢气流量：氢气流量与载气流量之比影响氢火焰的氢气流量与载气流量之比影响氢火焰的 温度及火焰中的电离过程：温度及火焰中的电离过程：H2：N21：11：1.5（最佳氢氮比）（最佳氢氮比）（3）极化电极：）极化电极：极化电压的大小直接影响响应值，一般选极化电压的大小直接影响响应值，一般选100V300V（4）使用温度：）使用温度：氢焰检测器的温度不是主要影响因素，氢焰检测器的温度不是主要影响因素，80200灵敏度几乎相同；灵敏度几乎相同；80以下灵敏度显著下降（水蒸气冷

30、凝所致）以下灵敏度显著下降（水蒸气冷凝所致）（2）空气流量：）空气流量：空气是助燃气，空气流量高于某一数值（空气是助燃气，空气流量高于某一数值（400mLmin-1）对影）对影响值几乎没有影响，一般响值几乎没有影响，一般 H2：空气：空气1：10数数 据据 处处 理理v 良好的峰面积重现性，一般良好的峰面积重现性，一般RSD%在在0.53% （RSD：相对标准偏差）：相对标准偏差）v 工作曲线具有良好的线性工作曲线具有良好的线性v 峰形正常，避免拖尾峰和前沿峰峰形正常，避免拖尾峰和前沿峰(柱选择恰当、衬管无污染、温度及流量设定柱选择恰当、衬管无污染、温度及流量设定)v 色谱峰分离良好色谱峰分离

31、良好(分离度分离度1.5)一、数据可靠性判断一、数据可靠性判断数数 据据 处处 理理二、数据不良时的检查措施二、数据不良时的检查措施1. 检查是否漏气：用检漏液检查各连接部位，并确认峰面检查是否漏气：用检漏液检查各连接部位，并确认峰面积重现性积重现性2. 检查色谱柱是否良好：长时间使用，因吸附、固定液流检查色谱柱是否良好：长时间使用，因吸附、固定液流失、固定液分解及污染，造成柱劣化，更换新柱失、固定液分解及污染，造成柱劣化，更换新柱3. 检查衬管是否正常：认衬管有无破损、污染，确认石英检查衬管是否正常：认衬管有无破损、污染，确认石英棉的位置棉的位置4. 样品性质，是否易分解，对于不稳定的样品应

32、注意保存样品性质，是否易分解，对于不稳定的样品应注意保存温度，要避光并注意存放时间。温度，要避光并注意存放时间。数数 据据 处处 理理三、三、气相色谱定性分析方法气相色谱定性分析方法A、根据色谱保留值进行定性分析、根据色谱保留值进行定性分析 根据色谱保留值进行定性分析，但要求柱效要高根据色谱保留值进行定性分析，但要求柱效要高 ，混合物组分简单，且已，混合物组分简单，且已知，可一一分离。即使这样，也只能做其它定性方法的旁证。该方法采用的指知，可一一分离。即使这样，也只能做其它定性方法的旁证。该方法采用的指标为标为保留指数；保留指数；B、与其他方法结合的定性分析方法：、与其他方法结合的定性分析方法

33、： （1）与质谱、红外等仪器联用；）与质谱、红外等仪器联用； （2）与化学方法配合进行定性分析。）与化学方法配合进行定性分析。 C、利用检测器的选择性进行定性分析、利用检测器的选择性进行定性分析数数 据据 处处 理理四、四、气相色谱定量分析方法气相色谱定量分析方法A、面积归一法、面积归一法 各组分浓度以面积百分比表示，该结果可以确认大概的浓度，但各组分浓度以面积百分比表示，该结果可以确认大概的浓度，但 有误差；有误差；B、校准面积归一法、校准面积归一法用质量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前用质量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组

34、分都出峰，否则也有误差存在。提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。 这两种方法应用的这两种方法应用的必须条件必须条件是：是： 1）混合物各组分都可流出色谱柱，且在色谱图上显示色谱；混合物各组分都可流出色谱柱，且在色谱图上显示色谱； 2）所有峰面积计算必须准确。所有峰面积计算必须准确。数数 据据 处处 理理四、四、气相色谱定量分析方法气相色谱定量分析方法C、外标法、外标法该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。D、内标法

35、、内标法 在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。该方在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。该方法减小了进样误差对定量结果的影响。法减小了进样误差对定量结果的影响。内标物的选择：内标物的选择： v 内标物峰与试样中所有成分的峰完全分离；内标物峰与试样中所有成分的峰完全分离；v 内标物峰与目标成分峰保留时间不应差太远；内标物峰与目标成分峰保留时间不应差太远；v 内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。基基 本本 理理 论论1、塔板理论（色谱分析的基本理论）塔板理论（色谱分析的基本理论） 半经验理论：将色谱柱看成

36、精馏塔，一定的柱长看作一个塔板，半经验理论：将色谱柱看成精馏塔，一定的柱长看作一个塔板，以精馏理论进行解释。以精馏理论进行解释。塔板理论的假设：塔板理论的假设： （1）在一小段间隔内，气相平均组成与液相平均组成可以很快）在一小段间隔内，气相平均组成与液相平均组成可以很快的达到分配平衡。这样达到分配平衡的一小段柱长称为塔板理论的达到分配平衡。这样达到分配平衡的一小段柱长称为塔板理论高度高度H；（2）载气进入色谱柱，不是连续的而是脉动式的，每次）载气进入色谱柱，不是连续的而是脉动式的，每次进入为一个板体积；进入为一个板体积；（3）试样开始时都加在）试样开始时都加在0号塔板上，且试样沿色谱柱方向号塔

37、板上，且试样沿色谱柱方向的扩散（纵向扩散）可略而不计；的扩散（纵向扩散）可略而不计；（4）分配系数在各塔板上是）分配系数在各塔板上是常数常数。基基 本本 理理 论论1、塔板理论（色谱分析的基本理论）塔板理论（色谱分析的基本理论） 将色谱分离过程比拟作将色谱分离过程比拟作蒸馏过程蒸馏过程，引用了处理蒸馏，引用了处理蒸馏过程的理论和方法来处理色谱过程。把色谱柱比作一个过程的理论和方法来处理色谱过程。把色谱柱比作一个分馏塔，色谱柱可由许多假想的塔板组成（既色谱柱可分馏塔，色谱柱可由许多假想的塔板组成（既色谱柱可分成许多小段），在每一小段（塔板）内，一部分空间分成许多小段），在每一小段（塔板）内，一部

38、分空间为涂在担体上的液相占据，另一部分空间充满着载气为涂在担体上的液相占据，另一部分空间充满着载气（气相），载气占据的空间称为板体积（气相），载气占据的空间称为板体积V。当欲分离。当欲分离的组分随载气进入色谱柱后，就在两相间进行分配。的组分随载气进入色谱柱后，就在两相间进行分配。 由于流动相在不停地移动，组分就在这些塔板间隔的气液两由于流动相在不停地移动，组分就在这些塔板间隔的气液两相间不断地达到分配平衡。相间不断地达到分配平衡。基基 本本 理理 论论1、塔板理论（色谱分析的基本理论）塔板理论（色谱分析的基本理论） 简单地认为：在每一块塔板上，溶质在两相简单地认为：在每一块塔板上，溶质在两相间

39、很快达到分配平衡，然后随着流动相按一个一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。对于一根长为个塔板的方式向前移动。对于一根长为L的色谱的色谱柱，溶质平衡的次数应为：柱，溶质平衡的次数应为： n = L / H n称为理论塔板数称为理论塔板数。与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板。与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板数数n的增加而增加，随板高的增加而增加，随板高H的增大而减小。的增大而减小。基基 本本 理理 论论1、塔板理论（色谱分析的基本理论）塔板理论（色谱分析的基本理论） 为使塔板数和塔板高度真实反应色谱柱分离的好坏，将为使塔板数和塔板高度真实反应色谱柱分离的好坏，将

40、tM外的有效外的有效塔板数塔板数n和有效塔板高度和有效塔板高度H作为柱效能指标。计算公式为：作为柱效能指标。计算公式为： 成功处：成功处：解释流出曲线的形状（呈正态分布）、解释流出曲线的形状（呈正态分布）、浓度极大点的位置以及计算评价柱效能等方面。浓度极大点的位置以及计算评价柱效能等方面。 不足处：不足处：基本假设是不当基本假设是不当 。有效塔板数和有效塔板高度较为真实的反应了柱效能的好坏。有效塔板数和有效塔板高度较为真实的反应了柱效能的好坏。 基基 本本 理理 论论2、速率、速率理论理论1956年由荷兰学者范第姆特提出年由荷兰学者范第姆特提出 ：CuuBAH A为涡流扩散项系数为涡流扩散项系

41、数 气体碰到填充物颗粒时，形成类似气体碰到填充物颗粒时，形成类似“涡流涡流”的流动，引起色谱峰扩张；的流动，引起色谱峰扩张； 使用使用适当粒度适当粒度和和颗粒均匀颗粒均匀的单体，尽量的单体，尽量填充均匀填充均匀，可，可减少减少涡流扩散。涡流扩散。 B为分子扩散项系数为分子扩散项系数 分子扩散与组分在柱内的分子扩散与组分在柱内的保留时间保留时间有关，保留时间越长，分子扩散项对有关，保留时间越长，分子扩散项对色谱峰扩张的影响就越显著。相对分子质量较大的色谱峰扩张的影响就越显著。相对分子质量较大的载气载气（如氨气）可使（如氨气）可使B B项项降低降低。 C为传质阻力系数为传质阻力系数 系数系数C C

42、包括气相传质阻力系数包括气相传质阻力系数C Cg g和液相传质阻力系数和液相传质阻力系数C C1 1，采用，采用粒度小粒度小的填的填充物和充物和分子量小分子量小的气体（的气体（H H2 2）作载气可使）作载气可使C Cg g减小减小，提高柱效率。，提高柱效率。 式中：式中：A，B，C为三个常数为三个常数u一定时，只有一定时，只有A，B，C较小时，较小时，H才能较小，才能较小，柱效能才能较高。柱效能才能较高。基基 本本 理理 论论3、分离度（、分离度（色谱柱的分离效能指标色谱柱的分离效能指标） 相邻两组分色谱峰相邻两组分色谱峰保留值之差保留值之差与两个组分色谱峰与两个组分色谱峰峰底宽度总和之半峰

43、底宽度总和之半的比值。的比值。)YY(ttR)(R)(R211221当当R1时，分离程度可达时，分离程度可达98当当R1.5时，分离程度可达时，分离程度可达99.7（作为两峰分开的标志）（作为两峰分开的标志） 当两组分色谱峰当两组分色谱峰分离较差分离较差，峰底宽度，峰底宽度难于测量难于测量时，可用半峰宽时，可用半峰宽度代替峰底宽度：度代替峰底宽度：)(21)2(2/1) 1 (2/1) 1 ()2(YYttRRR基基 本本 理理 论论4、分配系数、分配系数 在一定温度下，组分在两相之间分配在一定温度下，组分在两相之间分配达到平衡达到平衡时的浓度（时的浓度（gmL-1）比称为）比称为分配系数分配

44、系数，以以K表示。表示。 待测组分在固定相和流动相之间发生的待测组分在固定相和流动相之间发生的吸附吸附，脱附脱附或或溶解溶解，挥发挥发的过程叫做的过程叫做分配过程分配过程。 分配系数分配系数K是由组分及固定液的热力是由组分及固定液的热力学性质决定的，随学性质决定的，随柱温柱温，柱压变化柱压变化，与，与柱中气相、液相的柱中气相、液相的体积无关体积无关。 不同物质的分配系数相同时，它们不能分离。不同物质的分配系数相同时，它们不能分离。 色谱柱中不同组分能够分离的先决条件是其分配系数不等。色谱柱中不同组分能够分离的先决条件是其分配系数不等。 分配系数分配系数K小小的组分：在气相中的浓度较的组分：在气

45、相中的浓度较大大，移动速度，移动速度快快，在柱中停留时间在柱中停留时间短短，较，较早早流出色谱柱。流出色谱柱。 分配系数分配系数K大大的组分：在气相中的浓度较的组分：在气相中的浓度较小小，移动速度，移动速度慢慢，在柱中停留时间在柱中停留时间长长，较，较迟迟流出色谱柱。流出色谱柱。 两组分分配系数相差两组分分配系数相差越大越大，两峰分离的就，两峰分离的就越好越好。基基 本本 理理 论论5、相关术语、相关术语（1）基线基线（base line） 当色谱柱中没有组分进入检测器时，在实验操作条件下，反应检测器系统噪声随当色谱柱中没有组分进入检测器时，在实验操作条件下，反应检测器系统噪声随时间变化的线称

46、为基线。时间变化的线称为基线。（2）保留值保留值（retention value） 表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值，通常用时间或用将组分带出色表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值，通常用时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积来表示。任何一种物质都有一定的保留值。谱柱所需载气的体积来表示。任何一种物质都有一定的保留值。（3）死时间死时间（dead time） tm 指不被固定相吸附或溶解的气体（如空气、甲烷）从进样开始到柱后出现浓度最大值指不被固定相吸附或溶解的气体（如空气、甲烷）从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需时间。时所需时间。（4）保留时间保留时间（retention

47、time）tR 指被测样品从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间。指被测样品从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间。（5）调整保留时间调整保留时间（adjusted retention time）tR tR=tR-tm 某组分由于溶解或吸附于固定相，比不溶解或不被吸附的组分某组分由于溶解或吸附于固定相，比不溶解或不被吸附的组分在色谱柱中多滞溜的时间。在色谱柱中多滞溜的时间。基基 本本 理理 论论5、相关术语、相关术语（6）死体积死体积（dead volume）Vm 指色谱柱在填完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指色谱柱在填完后柱管内固定相颗粒间所剩留的空间

48、。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。当后两项很小忽略不计时：以及检测器的空间的总和。当后两项很小忽略不计时： Vm=tmF0 F0载气体积流速，载气体积流速，mLmin-1（7）保留体积保留体积（retention volume）VR VR= tRF0 载气流速大，保留时间相应降低，两者乘积仍为常数，因此载气流速大，保留时间相应降低，两者乘积仍为常数，因此VR与与F0无关。无关。（8）调整保留体积调整保留体积（adjusted retention volume）VR VR=tRF0 或或 VR=VR-Vm VR与载气流速无关与载气流速无关（9）相对保留值相对保留值（relative retention volume）r21 指某组分指某组分2的调整保留值与另一组分的调整保留值与另一组分1的调整保留值之比。的调整保留值之比。) 1 ()2() 1 ()2() 1 ()2() 1 ()2(21RRRRRRRRvvttvvttr