第十四章氣相色譜法

1、第十四章氣相色譜法,Gas Chromatography（GC）,食品中有機氯農(nóng)藥的測定,人類食品中普遍存在有機氯農(nóng)藥的殘留，特別是脂肪含量高的動物性食品中蓄積較多有機氯農(nóng)藥，有機氯農(nóng)藥通過食物鏈進(jìn)入人體被吸收后，呈現(xiàn)慢性、累積性毒性。DDT、BHC(六六六)、林丹、艾氏劑、狄氏劑、氯丹、七氯和毒殺酚等，此外，以松節(jié)油為原料的莰烯類殺蟲劑、毒殺芬和以萜烯為原料的冰片基氯也屬于有機氯農(nóng)藥。有機氯農(nóng)藥是POPs。（持久性有機污染物（Per

2、sistent Organic Pollutants，簡稱POPs，指人類合成的能持久存在于環(huán)境中、通過生物食物鏈（網(wǎng)）累積、并對人類健康造成有害影響的化學(xué)物質(zhì)。它具備四種特性：高毒、持久、生物積累性、親脂憎水性，而位于生物鏈頂端的人類，則把這些毒性放大到了7萬倍。）,測定原理：樣品中有機氯農(nóng)藥經(jīng)有機溶劑提取、純化與濃縮后，注入氣相色譜。樣品在氣化室被汽化，在一定溫度下，汽化的樣品隨載氣通過色譜柱，由于樣品中組分與固定相間相互作用的強弱

3、不同而被逐一分離，當(dāng)?shù)竭_(dá)電子捕獲檢測器時，親電性的組分對檢測器發(fā)出的電子流中的一定能量的電子產(chǎn)生吸收，從而使電子流減弱，產(chǎn)生可檢測的電信號。根據(jù)色譜峰的保留時間定性，外標(biāo)法定量。,食品中有機氯農(nóng)藥的測定,內(nèi)容,概述色譜法術(shù)語色譜基本理論氣相色譜定性與定量方法氣相色譜法,重點：,1.色譜分離基本原理2.色譜流出曲線及相關(guān)術(shù)語3.塔板理論4.速率理論5.分離度6.氣相色譜固定相7.氣相色譜分離操作條件的選擇8.氣相色譜

4、檢測器9.氣相色譜定量檢測方法,難點：,1.塔板理論2.速率理論3.氣相色譜檢測器原理4.定量校正因子,14-1 色譜法概述,物化性相似的復(fù)雜有機物的分離同分（幾何、構(gòu)像）異構(gòu)體的分離,,色 譜 法,色譜法是利用不同物質(zhì)在流動相和固定相兩相中分配系數(shù)的不同，當(dāng)兩相作相對運動時，各組分在兩相中經(jīng)過反復(fù)多次的分配，使原來分配系數(shù)只有微小差異的物質(zhì)能夠得到分離。 色譜法是一種高效的、應(yīng)用范圍廣的分離分析技術(shù)，可用

5、于從小分子到大分子各種不同性質(zhì)物質(zhì)的分離，包括少量樣品的分析及大量樣品成分分離制備等。 由于儀器進(jìn)步及各個學(xué)科分離分析復(fù)雜物質(zhì)需要，近幾十年來發(fā)展很快。是最有效的分離手段，涉及各個學(xué)科領(lǐng)域，是現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)之一。,色譜法來由,起源葉色素的石油醚溶液流經(jīng)裝有CaCO3的柱子，然后用石油醚淋洗。 CaCO3對葉綠素各成分吸附能力不同，而分離成為色帶。,葉綠素b,葉綠素a,葉黃素,胡蘿卜素,茨維特色譜圖 （1906，俄

6、）,,固定相－CaCO3流動相－石油醚,色譜法分類,色譜法,填充柱色譜毛細(xì)管柱色譜,柱色譜,毛細(xì)管電泳(以高壓電場為驅(qū)動力),經(jīng)典高效,平板色譜,薄層色譜 紙色譜,氣液色譜法（GLC） 氣固色譜法（GSC）,,,,（以超臨界流體作流動相）,（GC）,（LC）,（TLC）,（PC）,（HPCE）,（CGC）,氣相色譜分析示意圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,色譜柱,進(jìn)樣口,載氣,檢測器,空氣,氫氣,,電子部件,PC,氣相色譜儀的組成:(1)載氣系統(tǒng)(2)進(jìn)樣系統(tǒng)(3)色譜柱（分離系統(tǒng)）(4)檢測器(5)記錄系統(tǒng)(6)溫控系統(tǒng),GC-7890氣相色譜儀,GC-7890氣相色譜儀,外觀,內(nèi)部結(jié)構(gòu),GC-9A氣相色譜儀內(nèi)部結(jié)構(gòu),6890 氣相色譜儀,毛細(xì)管柱色譜 （美國安捷倫科技公司 Agilent),Agilent

8、6890,6890氣相色譜儀內(nèi)部結(jié)構(gòu),14-2 色譜法術(shù)語,1.色譜流出曲線,,,,,,,,,,,色譜流出曲線（色譜圖）,,混合組分的分離過程及檢測器對各組份在不同階段的響應(yīng),柱后流出物通過檢測器產(chǎn)生的響應(yīng)信號對時間或流動相流出體積的關(guān)系曲線圖,A,B,A,B,色譜流出曲線,水質(zhì)苯系物的測定,色譜流出曲線,進(jìn)樣,基線（噪音）,,,,,h/峰高（定量）,,A/峰面積（定量）,以組分濃度（或質(zhì)量）（轉(zhuǎn)化為電信號用mv表示）為縱坐標(biāo)，流出

9、時間為橫坐標(biāo)，繪得的組分濃度（或質(zhì)量）隨時間變化的曲線稱色譜圖(色譜流出曲線)，色譜圖形狀：一組峰形曲線,,色譜峰：檢測器產(chǎn)生的信號記錄在紙上?；€：色譜柱只有流動相通過時檢測器的 記錄信號。,2.色譜圖有關(guān)參數(shù)及其色譜基本關(guān)系,,,,,,,,,,,區(qū)域?qū)挾扔糜诤饬恐Ъ胺从成V操作條件下的動力學(xué)因素,h,（1）峰高h(yuǎn)：從色譜峰頂?shù)交€之間的垂直距離。,（2）區(qū)域?qū)挾龋荷V峰的寬度。區(qū)域?qū)挾仍秸胶谩?標(biāo)準(zhǔn)偏差σ: 0.607倍峰高處

10、的一半。,半峰寬Y1/2:,峰底寬度Wb ：色譜峰兩側(cè)拐點(E、F)上 切線與基線的交點間的距離。,,,,,,,,,單個組分峰相關(guān)參數(shù),E,F,（3）保留值：表示試樣中各組分在色譜床（柱）中的停留情況的數(shù)值。 （常用時間或載氣體積表示）固定相一定，在確定的實驗條件下，任何物質(zhì)都有一定的保留時間，這是定性的基本參數(shù)。,① 用時

11、間表示,保留時間 tR: 被測組分從進(jìn)樣開始到出現(xiàn)最大檢測信號值時所需時間。死時間 tM：不與固定相作用的組分從進(jìn)樣開始到出現(xiàn)最大檢測信號值時所需時間。,,調(diào)整保留時間： tR'=tR-tM,保留值,,,,從色譜流出曲線上可以得到什么信息？,根據(jù)色譜峰個數(shù)可以判斷樣品中所含組分的最少個數(shù)根據(jù)色譜峰的保留值可以進(jìn)行定性分析根據(jù)色譜峰高或者峰面積可以進(jìn)行定量分析根據(jù)色譜峰保留值和區(qū)域?qū)挾瓤梢栽u價色譜柱分離效率可以

12、通過兩個色譜峰的距離評價固定相（流動相）的選擇是否合適,分配系數(shù)、分配比及其與保留值的關(guān)系,分配系數(shù)（ Distribution constant，K）:一定溫度一定壓力下，當(dāng)分配體系達(dá)到平衡時，組分在固定相和流動相中的濃度比。 描述組分在固定相和流動相間的分配過程或吸附-脫附過程的參數(shù)。,組分一定時， 只與兩相性質(zhì)、溫度有關(guān)!與組分的濃度無關(guān)！,描述分配過程的參數(shù)（2）,分配比（Retention factor or capa

13、city factor/k）,表示組分在兩相達(dá)到平衡時，分配在兩相中的質(zhì)量之比。與分配系數(shù)及兩相體積有關(guān)。,Vs：色譜柱中固定相的體積；VM：色譜柱中流動相的體積,k反映了組分在柱中的遷移速率，又稱保留因子或容量因子,分配系數(shù)K 與分配比 k 的關(guān)系,填充柱：?=6~35毛細(xì)管柱： ?=60~600,,(色譜保留方程),相鄰組分峰相關(guān)參數(shù),（1）相對保留值：某組分2的調(diào)整保留值與組分1的調(diào)整保留值之比。也叫分離比?，或分離因子。,

14、----重要定性指標(biāo)。表示了固定相對兩組分的選擇性大小，可以反映分離效率。,,1,2,（2）分離度R：相鄰兩色譜峰的組分的實際分離程度。,（在色譜基本理論中介紹）,1,2,14-3 色譜基本理論,1. 色譜分離基本過程,利用外力使含有樣品的流動相通過一固定于柱或平板上與流動相互不相溶的固定相表面。樣品中各組分在兩相中進(jìn)行不同程度的作用。與固定相作用強的組分隨流動相流出的速度慢；反之，與固定相作用弱的組分隨流動相流出的速度快。由于流出的速

15、度的差異，使得混合組分最終形成各個單組分的“帶（band）”或“區(qū)（zone）”，對依次流出的各個單組分物質(zhì)可分別進(jìn)行定性、定量分析。,色譜理論需要解決：（1）色譜分離過程的熱力學(xué)和動力學(xué)問題（2）影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑。（3）柱效與分離度的評價指標(biāo)及其關(guān)系。,2. 塔板理論（Plate theory）,—詹姆斯/馬?。?941）,?,?,??,假設(shè)：色譜柱比作分餾塔；若干個塔板；塔板間有一定距離；分離組分在兩相達(dá)平

16、衡。,塔板數(shù),,,,,,,理論塔板數(shù)n：,理論塔板高度：,有效塔板數(shù)：,有效塔板高度：,——柱效能指標(biāo),有效塔板數(shù)與容量因子k的關(guān)系,有關(guān)塔板數(shù)的說明,說明柱效時，必須注明該柱效是針對何種物質(zhì)、固定液種類及其含量、流動相種類及流速、操作條件等；應(yīng)定期對柱效進(jìn)行評價，以防柱效下降、延長柱壽命。,塔板理論（Plate theory）,貢獻(xiàn)用熱力學(xué)的觀點闡明了溶質(zhì)在色譜柱中的分配平衡和分離過程；解釋了流出曲線的形狀及濃度極大值的位置；

17、提出了計算和評價柱效的參數(shù)。不足不能解釋造成譜帶擴張的原因和影響塔板高的各種因素；不能說明同一溶質(zhì)為什么在不同的流速下，可以測得不同的理論塔板數(shù)。,3. 速率理論,—Van Deemter/ 1956,吸收了塔板理論中的塔板高度H概念，考慮了組分在兩相間的擴散和傳質(zhì)過程，從動力學(xué)角度很好地解釋了影響柱效能的各種因素！,H：塔板高度（單位柱長色譜峰形展寬的程度）A：渦流擴散項B：分子擴散項系數(shù)C：傳質(zhì)阻力項系數(shù)u：載氣線速

18、度,速率理論方程：（范·弟姆特方程）,渦流擴散項A（多途路徑項）,減小A的途徑：固定相使用粒度小并且均勻的柱料，并均勻填充毛細(xì)管柱無填料，A=0,,分子擴散項B/U（縱向擴散項）,柱溫?，Dg ?；柱壓?，Dg ? 流動相分子量?，Dg ? u?, 滯留時間短，（B/u）?LC中Dm 較小，B項可忽略,球狀顆粒低溫短柱大分子量流動相適當(dāng)增加流速,,由于組分分子在柱內(nèi)存在濃度梯度而導(dǎo)致軸向擴散引起峰擴寬。

19、,,傳質(zhì)阻力項Cu,物質(zhì)系統(tǒng)由于濃度不均勻而發(fā)生的物質(zhì)遷移過程，稱為傳質(zhì)。影響這個過程進(jìn)行速度的阻力稱為傳質(zhì)阻力。因傳質(zhì)阻力的存在，使分配不能“瞬間”達(dá)至平衡，因此產(chǎn)生峰形展寬。,氣相傳質(zhì)阻力系數(shù),液相傳質(zhì)阻力系數(shù),,,,,流動相線速度對塔板高度的影響,A與u無關(guān)u小時，B/u大，分子擴散占主導(dǎo)；u大時，Cu大，傳質(zhì)阻力占主導(dǎo)；板高最小時，對應(yīng)最佳流速；實際操作中，為了縮短時間，通常流速大于最佳流速。,(1) 分離度,塔板理論和速率理

20、論都難以描述難分離物質(zhì)對的實際分離度：即柱效為多大時，相鄰兩組分能夠被完全分離?,色譜分離中的三種情況如圖所示：,柱效較高，K （分配系數(shù)）較大，完全分離；兩峰間距離太小，即保留值差別小，無法完全分離；色譜峰太寬，分離不好。,4 .分離度與分離條件的選擇,難分離物質(zhì)對的分離度大小受色譜過程中兩種因素的綜合影響：保留值之差—色譜過程的熱力學(xué)因素區(qū)域?qū)挾取V過程的動力學(xué)因素分離度R表達(dá)式：相鄰兩色譜峰保留時間之差與兩色譜峰峰底寬

21、平均值的比值。,R=1.5,R=0.75,R=1.0,響應(yīng)信號,保留時間 t/min,分離達(dá)98%,分離達(dá)99.7%,完全分離之標(biāo)準(zhǔn),不能分離,分離度,當(dāng)兩峰峰形對稱且符合正態(tài)分布時，可從理論上證明：,,,,R的定義并未反映影響分離度的各種因素，也未與影響其大小的因素：柱效n、選擇因子?(r21) 等聯(lián)系起來,對于難分離物質(zhì)，可以合理的認(rèn)為Wb1=Wb2=Wb,(2)色譜分離基本方程式,——色譜分離基本方程式,1,2,得到：,——色譜分

22、離基本方程式,（3）分離度與柱效的關(guān)系,增加柱長，可提高分離度，但延長了分析時間，因此降低塔板高度，提高柱效，才是提高分離度的好方法。,設(shè)有兩個組分，它們的調(diào)整保留值為4.00min，3.20min。要使它們在色譜柱上完全分離（R＝1.5），需有效塔板數(shù)多少？應(yīng)使用多長的色譜柱？（設(shè)H有效＝0.1cm）,解：根據(jù)r2,1（相對保留值）為組分2與組分1的調(diào)整保留值之比:,例1：,L＝n有效 H有效 ＝90 cm,某色譜柱的有效塔板數(shù)為1

23、320，組分A和B在該柱上的調(diào)整保留時間為60秒和80秒，求其分離度。,解：,例2：,例3：用一根柱長為1 m的色譜柱分離A、B兩種物質(zhì)，其保留時間分別為14.4和15.4 min，對應(yīng)的峰底寬分別為1.07 min和1.16 min（死時間為4.2 min），試計算：?物質(zhì)A的理論塔板數(shù) ?分離度R ?選擇性因子? ?完全分離所需的柱長 ?完全分離所需的時間。,解：,,,,?,?,?,?,?,（4）色譜分離操作條件的選擇,柱長（ L

24、 ）—適度,柱越長，分離越好。但柱過長，分析時間增加，因此柱長L要根據(jù)R的要求(R=1.5)，選擇剛好使各組分得到有效分離為宜。,載氣及流速最佳流速： 最高柱效： u較小時，B/u為主，選擇分子量大的載氣(N2、Ar)u較大時，Cu為主，選擇分子量小的載氣（H2、He）為縮短分析時間，可選比u最佳稍大的載氣流速。柱溫的選擇 前提：不能高于固定液的最高使用溫度。柱溫低分離效果好，

25、但太低峰型會變寬，柱溫太高分離效果不好。一般原則：在使最難分離的組分有盡可能好的分離前提下，同時兼顧保留時間適宜，峰形不拖尾時，采取適當(dāng)?shù)偷闹鶞?，對于寬沸程的多組分混合物，可采用程序升溫法。,進(jìn)樣條件的選擇氣化室溫度：保證樣品迅速完全氣化又不致引起樣品分解，一般比柱溫高30～70℃。最大允許進(jìn)樣量：控制半峰寬基本不變，峰高與進(jìn)樣量成線性關(guān)系。 液體試樣量為0.1～5μL，氣體試樣量為0.1～10mL。進(jìn)樣器具：一般采

26、用微量注射器或氣體進(jìn)樣閥。進(jìn)樣速度：應(yīng)該快速，一般一秒以內(nèi)，以免原始區(qū)帶過寬，色譜峰也將變寬甚至變形，保留時間也會改變。檢測器的選擇根據(jù)分析對象和分析要求合理選擇。,14-4 氣相色譜定性和定量的方法,1. 定性分析,樣品的預(yù)處理GC分析對象是在氣化室溫度下能生成氣態(tài)的物質(zhì)。為保護(hù)色譜柱、降低噪聲、防止生成新物質(zhì)（雜峰），需要在進(jìn)樣前，對樣品進(jìn)行處理。水、乙醇和可能被柱強烈吸附的極性物質(zhì)—柱效下降，需除去非揮發(fā)分

27、—會產(chǎn)生噪聲，同時慢慢分解—產(chǎn)生雜峰穩(wěn)定性差的組分—生成新物質(zhì)—雜峰,定性分析方法,（1）利用已知純物質(zhì)對照的定性： 利用保留值和加入已知物增加峰高法（2）色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)定性： GC-MS，GC-IR，GC-MS-MS,用已知純物質(zhì)對照定性,利用保留值定性通過對比試樣中具有與純物質(zhì)相同保留值的色譜峰，來確定試樣中是否含有該物質(zhì)及在色譜圖中的位置。不適用于不同儀器上獲得的數(shù)據(jù)之間的對比。分離條件

28、選擇不好，會造成錯誤，可用雙柱法定性。。利用加入法定性(加入已知物質(zhì)增加峰高法 )將純物質(zhì)加入到試樣中，觀察各組分色譜峰的相對變化。（適用于樣品復(fù)雜，組分距離太近的情況）,用已知純物質(zhì)對照定性,2. 定量分析,定量分析依據(jù)：在一定的操作條件下，檢測器的響應(yīng)信號（色譜峰的峰面積或峰高）與進(jìn)入檢測器組分的量成正比。即：mi = fi Ai 或 mi = fi himi－組分的量 fi－比例常數(shù)，定量

29、校正因子峰面積的測量方法定量校正因子常用的定量計算方法,峰面積的測量方法,對稱形峰面積的測量—峰高乘半峰寬法不對稱峰面積的測量—峰高乘平均峰寬法自動積分儀法,定量校正因子,絕對校正因子,相對校正因子,TCD：苯FID：正庚烷,,(定義為組分的絕對校正因子與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的絕對校正因子之比),,常用的定量計算方法,歸一化（NORM）：全部組分都出峰外標(biāo)法（ESTD） ：分析條件和進(jìn)樣量必須重現(xiàn)。內(nèi)標(biāo)法（ISTD） ：內(nèi)標(biāo)物

30、是樣品中不存在的組分，其保留時間和定量校正因子應(yīng)該與待測物盡可能接近，且完全分離。,同系物,,,,當(dāng)試樣中的全部組分都出峰（即都反映在色譜圖上）時，可以從校正后每峰峰面積占全部色譜峰總面積的分?jǐn)?shù)，求得該組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。,（可以為質(zhì)量百分含量或摩爾百分含量）,（1）歸一化法,歸一法的特殊情況,若試樣中各組分的相對校正因子很接近（如同系物中沸點接近的組分），上式則可簡化為：,當(dāng)測量參數(shù)為峰高時，也可以用峰高歸一法計算組分含量。,歸一法具有簡

31、便、準(zhǔn)確的特點不足之處在于僅可使用于所有組分都出峰的情況,（2）內(nèi)標(biāo)法,A. 使用條件：試樣中各組分不能全部出峰、各組分含量懸殊、僅需測定其中部分組分,B. 操作步驟：,a. 準(zhǔn)確稱取一定量的試樣；b. 加入一定量的選定標(biāo)準(zhǔn)物（內(nèi)標(biāo)物）；c. 混勻后進(jìn)樣，進(jìn)行色譜分析；d. 根據(jù)內(nèi)標(biāo)物和試樣質(zhì)量以及色譜圖上相應(yīng)的峰面積，計算待測組分的量。,C. 含量計算式,內(nèi)標(biāo)法待測組分含量計算式如下（由前可推得）：,（各符號意義同上）

32、 內(nèi)標(biāo)法中常以內(nèi)標(biāo)物為基準(zhǔn)，即：f 's ＝ 1 ，也可用峰高代替峰面積，做法同上。,D. 注意事項,a.內(nèi)標(biāo)物應(yīng)是試樣中不存在的純物質(zhì)；b.加入的內(nèi)標(biāo)物量與試樣中待測組分量相近；c.內(nèi)標(biāo)物的色譜峰應(yīng)位于待測組分色譜峰附近或幾個待測組分色譜峰之間。,E. 內(nèi)標(biāo)法優(yōu)缺點,優(yōu)點：定量準(zhǔn)確，對試樣含有不出峰的組分情況 下，也不影響測定。 缺點：每次測定都必須準(zhǔn)確稱取樣品和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量，不適于快速分析。,內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲

33、線法,若以 W i %對 Ai / As作圖，則可得一條通過原點的直線——內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線。,用內(nèi)標(biāo)法待測組分含量計算式,若固定試樣稱取量，加入內(nèi)標(biāo)物也恒定，則有：,為一常數(shù)，上式則可化為：,內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制,將待測組分的純物質(zhì)配成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液（系列）；b. 取固定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液和內(nèi)標(biāo)物，混合后進(jìn)樣分析，測出 Ai 和 As；c. 用 Ai / As 對標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度作圖，可得一組通過原點的直線（內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線）。,樣品測定與組分定量

34、,稱取與繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線相同量的試樣和內(nèi)標(biāo)物，測出其峰面積比，由標(biāo)準(zhǔn)曲線即可查出待測組分的含量。內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法應(yīng)用在生產(chǎn)過程控制分析上，不須計算校正因子，對液體樣品也可量取體積，具有簡便快速的特點。,（3）外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法,a. 取被測組分的純物質(zhì)，配制成一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液；b. 分別取一定體積上述溶液注入色譜柱；c. 得到色譜圖后測出峰面積或峰高；d. 繪出峰面積（或峰高）對濃度的關(guān)系曲線——（標(biāo)準(zhǔn)曲線）。,A. 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪

35、制：,B. 樣品測定,a. 在同樣操作條件下注入同樣量（一般為體積）的未知試樣，從色譜柱上測得峰面積或峰高，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上即可查出待測組分的濃度。b. 外標(biāo)法也用于生產(chǎn)過程的控制分析，操作簡便，計算簡單，但分析結(jié)果準(zhǔn)確性取決于操作條件的穩(wěn)定性和進(jìn)樣的重現(xiàn)性。c. 當(dāng)試樣中待測組分濃度變化不大時，可不必作標(biāo)準(zhǔn)曲線，而用單點校正法。即配制一個與被測組分含量接近的標(biāo)準(zhǔn)樣，分別取相同量體積進(jìn)樣，測定標(biāo)準(zhǔn)樣和未知樣的峰面積，按下式計算組分含量

36、:,,,幾種定量方法的比較,例1,將環(huán)己烷與純苯配成混合試液，進(jìn)行氣相色譜分析，測得當(dāng)純環(huán)己烷注入量為0.685μg時的峰面積為6.8cm2，純苯的注入量為0.385μg時的峰面積為4.1cm2。求環(huán)己烷的定量校正因子。（注意：通常指的校正因子都是相對校正因子）解：,mi＝0.685μg，Ai＝6.8cm2 ms＝0.385μg，As＝4.1cm2,答：環(huán)己烷的相對定量校正因子為1.07。,答：環(huán)己烷的相對定量校正

37、因子為1.07。,例2,某混合物只含乙醇、環(huán)己烷、正庚烷和苯，用熱導(dǎo)檢測器進(jìn)行色譜分析，測得數(shù)據(jù)如下：,計算各組分的百分含量。,被測組分： 乙醇 環(huán)己烷 正庚烷 苯峰面積/cm2： 8.4 5.6 9.2 10.7校正因子fi： 0.64 0.68 0.73 0.78,解：,14-5 氣相色譜法,氣相色譜過

38、程,待測物樣品被蒸發(fā)為氣體并注入到色譜分離柱柱頂，以惰性氣體（指不與待測物反應(yīng)的氣體，只起運載蒸氣樣品的作用，也稱載氣）將待測物樣品蒸氣帶入柱內(nèi)分離。其分離原理是基于待測物在氣相和固定相之間的吸附-脫附（氣固色譜）和溶解（氣液色譜）來實現(xiàn)的，因此可將氣相色譜分為氣固色譜和氣液色譜。,氣固色譜（GSC）,利用不同物質(zhì)在固體吸附劑上的物理吸附-解吸能力不同實現(xiàn)物質(zhì)的分離。由于活性（或極性）分子在這些吸附劑上的半永久性滯留（吸附-脫附過程為非

39、線性的），導(dǎo)致色譜峰嚴(yán)重拖尾，因此氣固色譜應(yīng)用十分有限，只適于較低分子量和低沸點氣體組分的分離分析。,氣液色譜（GLC）,通常直接稱之為氣相色譜。它是利用待測物在氣體流動相和固定在惰性固體表面的液體固定相之間的分配原理實現(xiàn)分離。1941年，Martin和Synge（對液-液分配色譜也做了巨大貢獻(xiàn)）提出氣液分配色譜的概念。11年后，即1952年，Jones 和 Martin通過實驗展示了該方法；3年后，即1955 年，首臺氣相色譜儀問世。

40、1985年，估計有10萬臺儀器投入使用！,氣相色譜法特點,選擇性好，分離效能高樣品用量少，靈敏度高分析速度快應(yīng)用范圍廣：b.P.<400?C不足之處：不適用于高沸點、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定物質(zhì)及蛋白質(zhì)、核酸等生物樣品的分析。,GC在各領(lǐng)域的主要應(yīng)用,1. 氣相色譜儀,氣相色譜儀流程圖,氣相色譜儀的組成:(1)載氣系統(tǒng)(2)進(jìn)樣系統(tǒng)(3)色譜柱(4)檢測器(5)記錄系統(tǒng)(6)溫控系統(tǒng),氣相色譜儀結(jié)構(gòu)示意圖,H2N2或Ar,

41、,氣路系統(tǒng)（載氣系統(tǒng)）,,進(jìn)樣系統(tǒng),,分離系統(tǒng),,檢測系統(tǒng),溫控系統(tǒng),記錄系統(tǒng),氣路系統(tǒng),氣源：高壓鋼瓶或氣體發(fā)生器。常用載氣有氮氣、氫氣、氦氣、氬氣等，要求純度高作用動力：驅(qū)動樣品在色譜柱中流動，并把分離后的各組分推進(jìn)檢測器為樣品的分配提供一個相空間,載氣的選擇及凈化方式,流速測定,柱前（轉(zhuǎn)子流量計）；柱后（皂膜流量計）；許多現(xiàn)代儀器裝置有電子流量計，并以計算機控制其流速保持不變。恒溫色譜（穩(wěn)壓閥）程序升溫色譜（穩(wěn)壓閥

42、＋穩(wěn)流閥）,,,,進(jìn)樣氣化系統(tǒng),進(jìn)樣器：將樣品快速、準(zhǔn)確地加到色譜柱頭氣樣：六通閥或注射器（0.25、1、2.5、10 mL）液樣：注射器（0.5、1、2、10 ?L）固樣：溶解或閃蒸氣化室：將液（固）體樣品瞬間氣化 熱容大；死體積?。粺o催化效應(yīng)溫度的選擇：樣品瞬間氣化而不分解；通常選在樣品沸 點附近，高于柱溫30?70 ?C即可,溫控系統(tǒng),溫控系統(tǒng)包括對三個部分的控溫，即氣化室

43、、柱箱和檢測器。溫度控制是否準(zhǔn)確、升、降溫速度是否快速是市售色譜儀器的最重要指標(biāo)之一?？販胤绞剑汉銣睾统绦蛏郎販囟冗x擇：氣化室溫度高于柱溫30?70 ?C；柱溫一般比試樣中各組分的平均沸點低20?30 ?C，沸點范圍較寬的試樣，可采用程序升溫；檢測器的溫度不能低于柱溫。,2. 氣相色譜柱類型及固定相,色譜柱：通常是由玻璃、石英或不銹鋼制成的圓管，內(nèi)裝固定相,Packed GC column,Capillary GC column,

44、,,,填充柱,白色：玻璃柱 灰色： 不銹鋼柱,毛細(xì)管柱與填充柱,柱長由幾十到幾百米,毛細(xì)管柱與填充柱的區(qū)別,由于毛細(xì)管柱的內(nèi)徑很細(xì)，帶來了三個問題:允許通過的載氣流量很小柱容量很小，允許的進(jìn)樣量小，進(jìn)樣準(zhǔn)確度受影響。分流技術(shù)分流后，柱后流出的試樣組分量少、流速慢高靈敏FID檢測器；尾吹技術(shù)尾吹技術(shù)：減少死體積、擴散效應(yīng)，增加氮氫比，提高檢測器靈敏度。,分流比：50:1?200:1,毛細(xì)管柱內(nèi)沒有填充物，不

45、存在渦流擴散。,毛細(xì)管氣相色譜結(jié)構(gòu)示意圖,氣固色譜（GSC）,—分離小分子量的永久氣體及烴類占應(yīng)用的10%,氣固色譜固定相,永久性氣體的分離,氣液色譜（GLC）,,,,,,,,,固定液,,,,,,,,,,,,固定液,填充柱,毛細(xì)管柱壁涂開管柱 （WCOT）,,,載體（擔(dān)體）,較大的比表面積，分布均勻的孔徑，良好的機械強度、化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性，表面不與固定液和樣品起化學(xué)反應(yīng)，且吸附性和催化性能越小越好。,載體的選擇,載體的粒度越小，填

46、裝越均勻，柱效越高，但柱壓會增大，一般粒度直徑為柱內(nèi)徑的1/20?1/25為宜。,固定液,一般為高沸點有機物，均勻地涂在載體表面，在分析條件下呈液膜狀態(tài)要求： 選擇性好，在使用溫度下為液體，具有較低的蒸氣壓，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，對試樣各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰?，粘度低固定液的選擇性取決于其與組分分子間的作用力?靜電力?誘導(dǎo)力?色散力?氫鍵力,固定液的分類,按相對極性按化學(xué)結(jié)構(gòu),固定液的選擇,試樣中的組分與固定液分子間的作用力主

47、要包括靜電力、誘導(dǎo) 力、色散力和氫鍵力等。 色散力——非極性分子之間（瞬時偶極之間靜電吸引）；誘導(dǎo)力——極性與非極性分子之間（偶極與瞬時偶極之間靜電 吸引）；靜電力——極性與極性分子之間（偶極與偶極之間靜電吸引）；氫鍵力——強度介于化學(xué)鍵力和范德華力之間的靜電吸引，亦屬定向力。 前三種統(tǒng)屬范德華力，后者屬特殊范德華力。選擇原則：組分的極性與固定液的極性相似。（相似相溶）原則,固定液的選擇,

48、—相似相溶的原則,固定液的用量,固定液：擔(dān)體質(zhì)量 ＝ 5 : 100 ～ 25 : 100。 配比較低，形成薄液膜，傳質(zhì)阻力小，柱效高，分析速度也快，但負(fù)載量小， 允許進(jìn)樣小。,色譜柱的制備,選擇柱材料制備柱填料（固定液、載體的選取及涂漬）填充（或涂漬及鍵合）老化：通載氣，柱溫高于常用柱溫10?C，4?8小時作用：?去除殘留溶劑、低沸點雜質(zhì)、平穩(wěn)基線 ?老化溫度下，固定液再分布,3. 氣相色譜

49、檢測器,色譜檢測器：將色譜柱分離后的各試樣組分按其特性和含量轉(zhuǎn)變成電信號的裝置。 信號(E)的大小在一定范圍內(nèi)與進(jìn)入檢測器的物質(zhì)的質(zhì)量m (或體積)成正比： E=SmS——檢測器的響應(yīng)值，靈敏度、應(yīng)答值，表示單位質(zhì)量或單位體積的物質(zhì)通過檢測器時產(chǎn)生的響應(yīng)信號大小。信號(E)可用色譜圖的峰面積或峰高表示。,mi = fi Ai,E=Sm,,,,氣相色譜檢測器分類,,根據(jù)檢測原理不同,熱導(dǎo)池檢測器（TCD）電子捕獲檢

50、測器（ECD）,濃度型檢測器,,質(zhì)量型檢測器,氫火焰離子化檢測器（FID）火焰光度檢測器（FPD）,,,常用氣相檢測器的性能,氣相色譜檢測器,濃度型檢測器：測量的是載氣中組分濃度的瞬間變化，檢測器的響應(yīng)值與組分的濃度成正比，而峰面積與載氣流速成反比。如熱導(dǎo)池檢測器（TCD）、電子捕獲檢測器（ECD）。質(zhì)量型檢測器：測量的是載氣中某組分的質(zhì)量變化速度，檢測器的響應(yīng)值與單位時間內(nèi)某組分進(jìn)入檢測器的質(zhì)量成正比，峰面積與載氣流無關(guān)。如氫火焰

51、離子化檢測器（FID）、火焰光度檢測器（FPD）。,（1）熱導(dǎo)池檢測器TCD,—基于樣品與載氣的導(dǎo)熱系數(shù)差異,特點：對任何氣體均可產(chǎn)生響應(yīng)，不破壞樣品，通用性好，線性范圍寬、價格便宜、應(yīng)用范圍廣，但靈敏度較低。,熱導(dǎo)池檢測器TCD,熱導(dǎo)池檢測器結(jié)構(gòu)圖,結(jié)構(gòu)：1、池體用不銹鋼制成2、熱敏元件則用長短、粗細(xì)、電阻完全相同的鎢絲或鉑絲等來充當(dāng),熱導(dǎo)池檢測原理,熱導(dǎo)池檢測器檢測原理是基于不同的物質(zhì)有不同的熱導(dǎo)系數(shù)，通過惠斯登電橋?qū)崿F(xiàn)。熱

52、導(dǎo)檢測器電橋線路示意圖：,未進(jìn)樣時： （無信號輸出） R1=R2 R參=R測 R參×R2 ＝ R測×R1無電壓信號輸出；記錄儀走直線（基線）,進(jìn)樣后： （輸出信號） R參≠R測,R參×R2 ≠ R測×R1 電橋失去平衡，M、N兩端存在著電位差，有電壓信號輸出。信號與組分濃度相關(guān)。記錄儀記錄下組分濃度隨時間變化的峰狀圖形。,影響熱導(dǎo)池檢測器靈敏度的因素,橋電流：在允許的

53、工作電流范圍內(nèi)，工作電流越大，靈敏度越高，一般控制在100-200 mA左右池體溫度：鎢絲與池體溫差越大，靈敏度越高，但避免樣品在檢測器冷凝造成污染，一般不低于柱溫載氣：熱導(dǎo)系數(shù)大的載氣，靈敏度高，常用載氣熱導(dǎo)系數(shù)大小順序：H2>He>N2熱敏元件阻值：阻值高、電阻溫度系數(shù)大的熱敏元件，靈敏度高池體的體積：體積越大，靈敏度越低,（2）氫火焰離子化檢測器FID,氫火焰檢測器,結(jié)構(gòu)：離子室:不銹鋼外罩、發(fā)射極、收集極、噴

54、嘴、氣體供應(yīng)（載氣、燃?xì)夂椭細(xì)猓┑炔糠?空氣,載氣,氫焰檢測器結(jié)構(gòu),1.在發(fā)射極和收集極之間加有一定的直流電壓（100—300V）構(gòu)成一個外加電場。2.氫焰檢測器需要用到三種氣體：N2 ：載氣攜帶試樣組分；H2 ：為燃?xì)猓豢諝猓褐細(xì)?。使用時需要調(diào)整三者的比例關(guān)系，檢測器靈敏度達(dá)到最佳。,一般N2 :H2=1:1-1:1.5, H2 :空氣=1:10,氫火焰離子化檢測器檢測原理,FID是一個破壞性、質(zhì)量型檢測器?；?/p>

55、焰中生成大量碳正離子，被收集計算后形成檢測器信號。含低氧化態(tài)的碳數(shù)目最多的被分析物將會產(chǎn)生最大信號。,有機物質(zhì)在火焰中電離成含碳自由基，發(fā)生氧化作用形成正離子，在外加電場作用下定向運動產(chǎn)生微電流,FID的響應(yīng),響應(yīng)值與化合物中含有的碳-氫鍵個數(shù)成正比,FID的特點,典型的質(zhì)量型檢測器對有機化合物具有很高的靈敏度無機氣體、水、四氯化碳等含氫少或不含氫的物質(zhì)靈敏度低或不響應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)迅速比TCD的靈敏

56、度高出近3個數(shù)量級，檢測下限10-12 g·g-1樣品被破壞檢測器溫度：如果<150º C，火焰將無法點燃； 檢測器溫度應(yīng)高于柱溫 20º C,（3）電子捕獲檢測器ECD,（4）火焰光度檢測器FPD,—對含S、P有機化合物具有高選擇性 和高靈敏度的質(zhì)量型檢測器,,輻射出特征光譜,利用富氫火焰使硫、磷的有機化合物經(jīng)燃燒后被氫還原產(chǎn)生激發(fā)態(tài)分子,本章小結(jié)：,1.色譜分離基本原理2.色譜流出