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1、色谱分析法,色谱法的分离原理,利用样品混合物中各组分理、化性质的不同以及在两相间分配系数的差异, 当两相相对移动时，各组分在两相中反复多次重新分配，结果使混合物得到分离。 两相中，固定不动的一相称固定相(Stationary phase)；移动的一相称流动相(Mobile phase)。,色谱法,气相色谱法,第一节 概述,气相色谱法：以气体为流动相的柱色谱分离技术,1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀； 5-流量计;6-压力表；7-进样器；8-色谱柱; 9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；,气相色谱仪,三、气相色谱法的特点和应用,“三高” “一快” “
2、一广”,第二节 气相色谱法的基本原理,一、基本概念 二、塔板理论（平衡理论） 三、速率理论,理论基础,一、基本概念,1流出曲线和色谱峰 2基线、噪音和漂移 3保留值：色谱定性参数 4色谱峰的区域宽度：色谱柱效参数,1流出曲线和色谱峰,流出曲线（色谱图）：电信号强度随时间变化曲线 色谱峰：流出曲线上突起部分,不对称因子,fs在0.951.05之间,fs小于0.95,fs大于1.05,2基线、噪音和漂移,基线：当没有待测组分进入检测器 时，反映检测器噪音随时间 变化的曲线（稳定平直直线） 噪音：仪器本身所固有的，以噪音 带表示（仪器越好，噪音越小） 漂移：基线向某个方向稳定移动 （仪器未稳定造成）
3、,3保留值：色谱定性参数,保留时间tR：从进样开始到组分出现浓度极大点时 所需时间，即组分通过色谱柱所需要的时间 死时间tm：不被固定相溶解或吸附的组分的保留时 间（即组分在流动相中的所消耗的时间），或流动 相充满柱内空隙体积占据的空间所需要的时间，又 称流动相保留时间,调整保留时间tR：组分的保留时间与死时间之差值， 即组分在固定相中滞留的时间,保留体积VR：从进样开始到组分出现浓度极大点时 所消耗的流动相的体积,死体积Vm：不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流 动相的体积，又指色谱柱中未被固定相所占据的空 隙体积，即色谱柱的流动相体积（包括色谱仪中的 管路、连接头的空间、以及进样器和检测器的
4、空间）,调整保留体积VR：保留体积与死体积之差，即组分 停留在固定相时所消耗流动相的体积,相对保留值ri,s（选择性系数）：调整保留值之比,分配系数,一定温度下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度比,K只与固定相和被分离物质的性质有关,K值的差别是分离的先决条件，差别越大，分离的可能性越大,K值大的组分后出峰,4色谱峰的区域宽度：色谱柱效参数,峰宽W：正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交 的截距,标准差：正态分布色谱曲线两拐点距离的一半 对应0.607h处峰宽的一半 注：小，峰窄，柱效高 半峰宽W1/2：峰高一半处所对应的峰宽,色谱曲线所提供的信息,色谱峰的个数 - 样品中所含组分的最
5、小个数,保留值 - 定性,面积（峰高）- 定量,峰间距 - 评价固定相（流动相）选择是否合适,5相平衡参数,容量因子（容量比，分配比）k：指在一定温度和压力下，组分在色谱柱中达分配平衡时，在固定相与流动相中的质量比更易测定,分配系数K ：,二、塔板理论,色谱柱每个H高度内有一块塔板，共有若干块塔板 组分在每块塔板两相间分配达平衡，K小的先出柱 多次分配平衡，K有微小差异组分仍可获较好分离,（一）塔板理论四个基本假设 （二）色谱峰的二项式分布 （三）色谱峰的正态分布 （四）理论板数和理论塔板高度的计算,假想：,（一）塔板理论的四个基本假设,1在柱内一小段高度内组分分配瞬间达平衡 （H理论塔板高度
6、） 2载气非连续而是间歇式（脉动式）进入色谱柱， 每次进气一个塔板体积 3样品和载气均加在第0号塔板上，且忽略样品 沿柱方向的纵向扩散 4分配系数在各塔板上是常数,（四）理论板数和理论塔板高度的计算,理论塔板高度H为使组分在柱内两相间达到 一次分配平衡所需要的柱长 理论塔板数N组分流过色谱柱时，在两相间 进行平衡分配的总次数,小结,塔板理论的贡献：从热力学角度 提出了评价柱效高低的n和H的计算式,塔板数 n是色谱柱的特征参数。当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小)，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。,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
7、的指标时，应指明测定物质。,柱效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。,四、速率理论,（一）塔板理论优缺点 （二）Van Deemteer 方程式,（一）塔板理论优缺点,成功处： 解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大值对应的tR 评价柱效（n，H）,存在问题: 1）做出了四个与实际不相符的假设 忽略了组分在两相中传质和扩散的动力学过程 2）只定性给出塔板高度的概念，却无法解释板高的 影响因素 3）排除了一个重要参数流动相的线速度u， 因而无法解释柱效与流速关系 更无法提出降低板高的途径,（二）Van Deemteer 方程式,吸收了塔
8、板理论的有效成果H， 并从动力学角度较好地解释了影响柱效的因素,1. 涡流扩散项（多径扩散项）：A,产生原因：载气携样品进柱，遇到来自固定相颗粒 的阻力路径不同涡流扩散 next,影响因素：固体颗粒越小，填充越实，A项越小,讨论：,注：颗粒太小，柱压过高且不易填充均匀 填充柱60100目 空心毛细管柱（0.10.5mm），A=0，n理较高 next,2. 纵向扩散项（分子扩散项）：B/u,产生原因： 峰在固定相中被流动相推动向前、展开 两边浓度差,影响因素：,讨论：,注：为降低纵向扩散，宜选用分子量较大的载气、 控制较高线速度和较低的柱温,选择载气原则：兼顾分析时间和减小纵向扩散 u 较小时，
9、选M较大的N2气（粘度大） u 较大时，选M较小的H2气，He气（粘度小）,3. 传质阻抗项：Cu,产生原因：样品在气液两相分配，样品未及溶解就 被带走，从而造成峰扩张,影响因素：,讨论：,注：固定液应完全覆盖载体表面，不可以太薄， 否则柱子寿命短，k太小； T不可以超过固定液最佳使用温度,小结：范氏方程说明了在色谱分离条件的选择中，填充 均匀程度、填充物的粒度、流动相的种类及流速、 固定相的液膜厚度等对柱效和峰展宽的影响,分离度,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
10、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。,1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：,令Wb(2)=Wb(1)=Wb（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：,结论：,增加柱效（n有效）是提高分离度的一个直接有效手段 提高柱效：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
11、、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N2气， 控制较低的柱温,第三节 气相色谱柱及分离条件的选择,色谱柱组成,一、气液分配色谱柱 二、气固吸附色谱柱,一、气-液分配色谱柱,固定相：载体+固定液,（一）载体 （二）固定液,（一）载体,1作用：承载固定液的作用,2要求： 比表面积大（多涂渍固定液） 无吸附性（不吸附被测组分） 化学惰性（不与固定液发生化学反应） 热稳定性好 一定的机械强度，不易破碎； 颗粒大小均匀、适度。一般常用6080目、80100目。,3分类： （
12、1）硅藻土类：具有一定粒度的多孔性固体微粒 红色：吸附力强，与非极性物质配伍 白色：吸附力弱，与极性物质配伍,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。,4载体的处理方法钝化，减弱吸附性 酸洗：用于分析酸类和酯类 碱洗：用于分析胺类等碱性化合物 硅烷化：用于具有形成氢键能力的较强的化合物 表面釉化,（2）非硅藻土类：玻璃微球，石英微球， 氟塑载体，含氟化合物,填充柱气液色谱
13、担体一览表,（二）固定液,1要求： （1）操作柱温下固定液呈液态（易于形成均匀液膜） （2）操作条件下固定液热稳定性和化学稳定性好 （3）固定液高沸点难挥发（柱寿命长，检测本底低） （4）固定液对样品应有较好的溶解度及选择性,2分类： 化学分类法 极性分类法,化学分类法,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）,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，,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”，选择性好 非极性组分
14、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,b按化学官能团相似选择： 固定液与被测组分化学官能团相似，作用力强， 选择性高 酯类选酯或聚酯固定液 醇类选醇类或聚乙二醇固定液,（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（80.10C），环己烷（80.70C） 选非极性柱 分不开； 选中
15、强极性柱 较好分离，环己烷先出柱,醇、胺、水等强极性和能形成氢键化合物的分离： 通常选择极性或氢键性的固定液。 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。,二、气-固吸附色谱柱,固定相： 1）吸附剂活性炭（非极性） 硅胶，AL2O3（极性，吸附力强） 2）分子筛：吸附+分子筛 3）高分子多孔微球GDX 有机合成高分子聚合物 吸附+分配机制,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O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4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。 硅胶：与活性氧化铝大致相同的分离性能，除
16、能分析上述物质外，还能分析CO2、N2O、NO、NO2等，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（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。,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； （2）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； （3）种类有限，能分离的对象不多； （4）使用方便。,分离条件的选择：,色谱条件包括分离条件和操作条件 分离条件是指色谱
