分析化学课件第十二章-气相色谱分析法.ppt
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- 分析化学 课件 第十二 色谱 分析
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1、第十二章第十二章 气相色谱分析法气相色谱分析法12.1 概述概述12.2 固定相固定相12.3 气相色谱分析理论基础气相色谱分析理论基础12.4 气相色谱分离操作条件气相色谱分离操作条件 的选择的选择12.5 毛细管柱气相色谱法简介毛细管柱气相色谱法简介12.6 气相色谱检测器气相色谱检测器12.7 气相色谱定性鉴定方法气相色谱定性鉴定方法12.8 气相色谱定量测定方法气相色谱定量测定方法12.9 液相色谱法简介液相色谱法简介Gas Chromatography2022年7月20日0时23分2南华南华大学大学2022年7月20日0时23分气相色谱仪重要的现代分析工具2022年7月20日0时23
2、分3南华南华大学大学2022年7月20日0时23分12.1 概述12.1.1 色谱法简介色谱法简介1.1.概述概述 俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置:色谱法是一种分离技术色谱法是一种分离技术,试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。其中的一相固定不动,称为固定相;另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体 (气体或液体),称为流动相。(动画动画)2022年7月20日0时23分4南华南华大学大学2022年7月20日0时23分2.色谱法分类流动相为气体,固定相为固体吸附剂气相色谱气固色谱气液色谱流动相为气体,固定相为液体流动相为液体,固定相为固体吸附
3、剂。液相色谱液固色谱液液色谱流动相为液体,固定相为液体2022年7月20日0时23分5南华南华大学大学2022年7月20日0时23分12.1.2 气相色谱法的特点1.分离效率高分离效率高 复杂混合物、有机同系物、异构体及手性异构体。2.灵敏度高灵敏度高 可以检测出g.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。3.分析速度快分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。4.应用范围广应用范围广 适用于沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。不足之处:不足之处:不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。2022年7月20日0时23分6南华南华大学大学2022年7
4、月20日0时23分12.1.3 气相色谱分析流程2022年7月20日0时23分7南华南华大学大学2022年7月20日0时23分气相色谱流程(动画)1.载气系统载气系统:包括气源、气体净化、气体流速的控制和测量;2.进样系统进样系统:包括进样器、气化室;3.色谱柱色谱柱:柱体、固定相;4.检测系统检测系统:包括检测器、放大器、记录仪,有的还带有数据处理装置。载气系统进样系统色谱柱检测系统温控系统2022年7月20日0时23分8南华南华大学大学2022年7月20日0时23分12.1.4 气固色谱和气液色谱气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。气固色谱的固定相气固色
5、谱的固定相:多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗粒。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气液色谱的固定相气液色谱的固定相:由由 担体和固定液所组成。担体和固定液所组成。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。气固色谱的分离机理气固色谱的分离机理:吸附与脱附的不断重复过程;气液色谱的分离机理:气液色谱的分离机理:气液两相间的反复多次分配过程。2022年7月20日0时23分9南华南华大学大学2022年7月20日0时23分 随着载气的流动,溶解、挥发随着载气的流动,溶解、挥发,或或吸附、脱附的过程反复地进行。吸附、脱附的过程反复地进行。(动画)(动画)2022年7月20日0时23分10南
6、华南华大学大学2022年7月20日0时23分分配系数(partition coefficient)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(g/mL)比,称为分配系数,用K 表示,即:组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度K2022年7月20日0时23分11南华南华大学大学2022年7月20日0时23分分配系数 K 的讨论 组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度K(1)一定温度下,一定温度下,K值最小的组分最先流出色谱柱,而值最小的组分最先流出色谱柱,而 K值越大的组分,出峰越慢;值越大的组分,出峰越慢;(2)试
7、样一定时,试样一定时,K 主要取决于固定相性质;主要取决于固定相性质;(3)每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数 K 不同;不同;(4)选择适宜的固定相可改善分离效果;选择适宜的固定相可改善分离效果;(5)试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的 K 值是分离的基础;值是分离的基础;(6)某组分的某组分的 K=0时,即不被固定相保留,最先流出。时,即不被固定相保留,最先流出。2022年7月20日0时23分12南华南华大学大学2022年7月20日0时23分容量因子(capacity factor)k 亦称分配比(partition ratio)或容量比(cap
8、acity ratio)。定义:k 是指在一定温度、压力下组分在两相间达到分配平衡时,它在两相间的质量比。Msmmk 对于一定的色谱体系,组分的分离最终决定于组分在两相中的质量,而不是平衡浓度,因此分配比更能表征分配达到平衡时的分离情况。K与 k 的之间存在什么样的关联?2022年7月20日0时23分13南华南华大学大学2022年7月20日0时23分K与 k 的关系:VM:色谱柱中流动相的体积(空隙体积)Vs:色谱柱中固定相的体积。(1)在气液色谱中Vs为固定液体积;在气固色谱中为吸附剂表面容量。(2):相比(phase ratio)。填充柱的值为635,毛细管柱的为501500。kVVkV/
9、mV/mccsMMMssMs2022年7月20日0时23分14南华南华大学大学2022年7月20日0时23分分配比与分配系数分配比与分配系数 1.分配系数与分配比都是与组分及固定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。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,该组组分保留能力的参数,数值越大,该组分的保留时间越长。分的保留时间越长。3.分配比可以由实验测得。分配比可以由实验测得。2022年7月20日0时23分15南华南华大学大学20
10、22年7月20日0时23分12.2 固定相 (Stationary Phase)12.2.1 气固色谱固定相气固色谱固定相(吸附剂吸附剂)活性炭活性炭:有较大的比表面积,吸附性较强。活性氧化铝活性氧化铝: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。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,还能分析CO2、N2O、NO、NO2等,且能够分离臭氧。2022年7月20日0时23分16南华南华大学大学2022年7月20日0时23分分子筛分子筛: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。常用5A和1
11、3X(常温下分离O2与N2)。除了广泛用于H2,O2,N2,CH4,CO等的分离外,还能够测定He,Ne,Ar,NO,N2O等。高分子多孔微球(高分子多孔微球(GDX系列):系列):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。2022年7月20日0时23分17南华南华大学大学2022年7月20日0时23分气固色谱固定相的特点:(1)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;(2)同一种固定相,不同厂家或不同活化条件,分离)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;效果差异较大;(3)种类有限,能分离的对象不多;)种类有限,能
12、分离的对象不多;(4)使用方便。)使用方便。2022年7月20日0时23分18南华南华大学大学2022年7月20日0时23分12.2.2 气液色谱固定相1.气液色谱固定相气液色谱固定相 固定液固定液+担体担体(支持体支持体):(1)固定液在常温下不一定为液体,但在使用温度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;下一定呈液体状态;(2)固定液的种类繁多,选择余地大;固定液的种类繁多,选择余地大;(3)应用范围不断扩大。应用范围不断扩大。2022年7月20日0时23分19南华南华大学大学2022年7月20日0时23分2.担体化学惰性的多孔性固体颗粒,有较大的比表面积。担体应满足
13、以下条件:担体应满足以下条件:(1)比表面积大,孔径分布均匀;比表面积大,孔径分布均匀;(2)化学惰性,表面无吸附性或吸附性很弱,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;与被分离组份不起反应;(3)具有较高的热稳定性和机械强度,不易破碎;具有较高的热稳定性和机械强度,不易破碎;(4)颗粒大小均匀、适度。颗粒大小均匀、适度。一般常用一般常用6080目、目、80100目。目。2022年7月20日0时23分20南华南华大学大学2022年7月20日0时23分常用担体(硅藻土)红色担体红色担体:孔径较小,表孔密集,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:表面存有
14、活性吸附中心点。白色担体: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。2022年7月20日0时23分21南华南华大学大学2022年7月20日0时23分3.固定液 高沸点难挥发有机化合物,种类繁多。高沸点难挥发有机化合物,种类繁多。(1)对对固定液的固定液的要求要求 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,不与被分离组分发生不可逆的反应。(2)选择的基本原则选择的基本原则 “相似相溶”,选择与试样性质相近的固定相。(3)固定液的相对极性固定液的相对极性 角鲨烷的相对极性为零;,氧
15、二丙腈的为100。2022年7月20日0时23分22南华南华大学大学2022年7月20日0时23分(4)固定液分类方法 按化学结构、极性、应用等的分类方法。醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等。(5)固定液的最高与最低使用温度固定液的最高与最低使用温度 高于最高使用温度时,固定液易流失或分解;温度低于最低使用温度,最低使用温度,固定液呈固体,无分离作用。(6)混合固定相混合固定相 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。2022年7月20日0时23分23南华南华大学大学2022年7月20日0时23分(7)固定液用量固定液用量 应以能均匀覆盖担体表面形成薄的液膜为宜。(8)固
16、定液配比固定液配比 指固定液与担体的质量比:一般在525之间。低的固定液配比,柱效能高,分析速度快,但允许的进样量低。2022年7月20日0时23分24南华南华大学大学2022年7月20日0时23分4.固定液的选择总原则总原则:“相似相溶相似相溶 ”(1)分离非极性组分时分离非极性组分时 通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺序出峰,低沸点组分先出峰。(2)分离极性组分时分离极性组分时 一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱,极性小的先出峰。2022年7月20日0时23分25南华南华大学大学2022年7月20日0时23分(3)分离非极性和极性的混合物分离非极性和极性的混合物 一般选用
17、极性固定液。此时,非极性组分先出峰,极性的(或易被极化的)组分后出峰。(4)分离醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物分离醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物 通常选择极性或氢键性的固定液。(5)组成复杂、较难分离的试样组成复杂、较难分离的试样 通常使用特殊固定液,或混合固定相。2022年7月20日0时23分26南华南华大学大学2022年7月20日0时23分12.3 气相色谱分析理论基础12.3.1 气相色谱流出曲线及有关术语气相色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线,如何表征?色谱流出曲线,如何表征?2022年7月20日0时23分27南华南华大学大学2022年7月20日0时23分1.基线(ba
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