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1、第七章 色谱 色谱部分 第一节 色谱法概述 7.1.1 色谱法的特点、分类和作用 俄国植物学家茨维特在1906年使用的装置： 色谱原型装置，如图。 1、概述 n色谱法(chromatography)：以试样组分 在固定相和流动相间的溶解、吸附、分配、 离子交换或其他亲和作用的差异为依据而 建立起来的各种分离分析方法称色谱法。 有关名词： 固定相固定相（stationary phasestationary phase）: :色谱法中，填入柱管色谱法中，填入柱管 内静止不动的一相（固体或液体）称为固定相。如内静止不动的一相（固体或液体）称为固定相。如 离子交换树脂法中的树脂相。离子交换树脂法中的树
2、脂相。 流动相流动相( (mobile phasemobile phase): ):携带样品流过固定相的流体（一携带样品流过固定相的流体（一 般是气体或液体）称为流动相般是气体或液体）称为流动相。 色谱柱色谱柱( (chromatography columnchromatography column): ):装有固定相的管子称装有固定相的管子称 为色谱柱为色谱柱。 色谱法的共同特点： 任何色谱法都存在两个相，即流动相和固定 相；流动 相可以是气体或液体，固定相为固体或涂渍 在固体表 面的高沸点液体； 流动相对固定相作相对运动，它携带样品通过固定相 ； 被分离样品中各组分与色谱两相间具有不同的作
3、用力 ， 这种作用力一般表现为吸附力或溶解能力，正是这种 作用力的差异导致通过各组分通过固定相时达到彼此 分离。 2、色谱法分类 （1）气相色谱：流动相为气体（称为载气）。 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱 按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱 （2）液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。 按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。 (3)其他色谱方法：薄层色谱和纸色谱、凝胶色谱法、 高效毛细管电泳法等。 第二节 气相色谱法(GC) Gas Chromatography （1）分离效率高： 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。 （2） 灵敏度高： 可以检测出g.g-1(
4、10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量. （3） 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： 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： 不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。 被分离组分的定性较为困难。 1、气相色谱法的特点 7.2.1 概述 2 2、气相色谱分离过程、气相色谱分离过程 当试样由载气携带进入色谱柱与固 定相接触时，被固定相溶解或吸附 。 随着载气的不断通入，被溶解或吸 附的组分又从固定相中挥发或脱附 ， 挥发或脱附下的组分随着载气向前 移动时又再次被固定相溶解或吸附 。 随着载气的流动，溶解、挥发，
5、或 吸附、脱附的过程反复地进行。 3 3、分配系数、分配系数 K K 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（单位：g / mL）比，称为分配系数 ，用K 表示，即： 分配系数分配系数 K K的讨论的讨论 一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢； 试样一定时，K主要取决于固定相性质； 每个组份在各种固定相上的分配系数K不同； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础； 某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。 7.2.2 气相色谱仪 HP5890HP5890色谱仪
6、色谱仪 福立福立GC9790GC9790 色谱仪色谱仪 气相色谱仪通常由五部分组成：气相色谱仪通常由五部分组成： 载气系统：气源、气体净化器、供气控载气系统：气源、气体净化器、供气控 制阀门和仪表。制阀门和仪表。 进样系统：进样器、汽化室。进样系统：进样器、汽化室。 分离系统：色谱柱、控温柱箱。分离系统：色谱柱、控温柱箱。 检测系统：检测器、检测室。检测系统：检测器、检测室。 记录系统：放大器、记录仪、记录系统：放大器、记录仪、 色谱工作站。色谱工作站。 气路系统气路系统 载气载气: :气相色谱中常用的载气有氢气，氮气相色谱中常用的载气有氢气，氮 气，氦气和氩气。气，氦气和氩气。 气路结构气路
7、结构: :主要有两种气路形式主要有两种气路形式 单柱单气路，适用于恒温分析单柱单气路，适用于恒温分析 双柱双气路，适用于程序升温，并能补偿固定液双柱双气路，适用于程序升温，并能补偿固定液 的流失使其基线稳定。的流失使其基线稳定。 净化器净化器: :主要用来提高载气纯度。主要用来提高载气纯度。 稳压恒流装置稳压恒流装置: :稳定载气流速。稳定载气流速。 进样系统进样系统 Dissolved in an organic solvent.Dissolved in an organic solvent. Injected into the carrier gas flow by syringe or
8、valve.Injected into the carrier gas flow by syringe or valve. 包括进样装置和气化室 分离系统分离系统 气相色谱的分离系统是色谱柱，常 用的色谱柱有填充柱和毛细管柱两 种：填充柱是以固体吸附剂或涂渍 了固定液的载体颗粒填充到柱管内形成的柱子；毛细 管柱内没有填充颗粒，是将固定相涂渍或者以化学键 合方式附着到管内壁上。由于混合物各组分的分离在 这里完成，所以它是色谱仪中最重要的部件之一。 气液色谱填充柱的固定相通常由一种惰性多孔固体（称为担 体）及在其表面上涂渍一层较薄的高沸点有机物（称为固定 液）液膜构成。 1、担体 提供一个大的惰性
9、表面，以便使涂渍的固定液膜有足够的容量。担体应 具有化学稳定性好、热稳定性好、有一定的机械强度、合适的颗粒及均 匀的粒径。常用的有硅藻土类。 2、固定液 对色谱分离起着决定性作用。应具有化学稳定性、热稳定性好、蒸汽压 低、对分析样品有适合的溶解能力，并有高的选择性。固定液在操作温 度下是一种液体，柱温不能超过固定液的最高使用温度，否则会使它大 量随载气流失。 温控系统温控系统 温控系统是用来设定，控制，测量色谱柱炉、气化 室、检测室三处的温度。 气化室的温度应使试样瞬时气化而又不分解。在一 般情况下，气化室的温度一般应比试样中最高组分 沸点高20-30 C左右，比柱温高10 50C。 uu热导
10、池检测器热导池检测器 thermal conductivity detector, TCDthermal conductivity detector, TCD uu氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器 flame ionization detector, FIDflame ionization detector, FID uu电子捕获检测器电子捕获检测器 electron-capture detector, ECDelectron-capture detector, ECD uu热离子化检测器热离子化检测器 thermionic detector, TIDthermionic detector
11、, TID uu火焰光度检测器火焰光度检测器 flame photometric detector, FPDflame photometric detector, FPD 检测器检测器 热导池检测器热导池检测器 TCDTCD 工作原理：被分离的组分具有与 载气不同的热导系数，当检测器 的金属丝被加热并温度达到恒定 后，通过热导池的载气组成若发 生变化就会带走与载气不同的热量， 从而引起热敏元件阻值的变化。 氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器 FIDFID 工作原理：以氢气和空气的混合物燃烧火焰为能源，将进入检测 器的有机物离子化，生成许多离子对，带电离子被安装在检测器 上的电极吸引产生微弱的
12、电流，经放大被记录仪记录。对含碳物 质检测灵敏度高，而对不含碳物质无响应。 7.2.3 色谱理论基础 1 1、气相色谱流出曲线气相色谱流出曲线 流动相带着组分通过色谱柱到达监测器时，由记录仪流动相带着组分通过色谱柱到达监测器时，由记录仪 得到的信号时间曲线。得到的信号时间曲线。 uu基线：基线：无试样通过检测器时，检测到的信 号即为基线。 uu基线漂移基线漂移：基线随时间定向缓慢地变化。：基线随时间定向缓慢地变化。 基线 基线漂移 2、色谱术语 uu峰高峰高 h h （peak hight peak hight ）：峰的顶点到峰底之间的垂：峰的顶点到峰底之间的垂 直距离。直距离。 uu峰面积峰
13、面积A A （peak areapeak area） ：峰与峰底之间的面积。：峰与峰底之间的面积。 保留值 A、时间表示的保留值 保留时间（tR）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时 所需的时间 死时间（tM）：不与固定相作用的气体（如空气）的保 留时间。 调整保留时间（tR ）：tR= tRtM B、用体积表示的保留值 保留体积（VR）：VR = tRF0 （ F0为色谱柱出口处的载气流量， 单位：m L / min。） 死体积（VM）： VM = tM F0 调整保留体积（VR）： V R = VR VM 组分2与组分1调整保留值之比： r21 = tR2 / tR1= VR2 / V R1
14、 相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他 色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分 的选择性。 C. 相对保留值r21 色谱分析的实验依据：色谱分析的实验依据： 、根据色谱峰的位置（保留时间）可以进行 、根据色谱峰的位置（保留时间）可以进行 定性分析。定性分析。 2 2、根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量分、根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量分 析。析。 3 3、根据色谱峰的展宽程度，可以对某物质在、根据色谱峰的展宽程度，可以对某物质在 实验条件下的分离特性进行评价。实验条件下的分离特性进行评价。 3、色谱分析的基本理论 (1)(1)热力学理论热力学理论：塔板理论：塔板理论平衡理论平衡
15、理论 把色谱分离的过程模拟为精馏塔的分离过程，把色把色谱分离的过程模拟为精馏塔的分离过程，把色 谱柱比作一个精馏塔。谱柱比作一个精馏塔。 （2 2）动力学理论）动力学理论：速率理论：速率理论 4、色谱操作条件的选择 (1)、 固定相的选择 气液色谱，应根据“相似相溶”的原则 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。 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。 分离非极性和极性的（或易被极化的）混合物，一般选用极性固定液。此 时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极化的）组分后出峰。 醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物的分离，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。 (2)、柱长和柱内径的选择 增加柱长对提高分离度有利，但组分的保留时间 tR ，且柱阻力，不便操作。 柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下， 尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。 填充色谱柱的柱长通常为13米，内径34厘米。 (3)(3)、柱温的确定、柱温的确定 首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流 失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。 柱
