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1、气相色谱分析应用培训气相色谱分析应用培训 北京北分瑞利色谱中心北京北分瑞利色谱中心 应用技术部应用技术部 一 色谱法概述一 色谱法概述 二 色谱法的分类二 色谱法的分类 三 气相色谱法特点及应用三 气相色谱法特点及应用 第一节第一节 色谱法概述色谱法概述 一 一 色谱法概述色谱法概述 色谱法是一种分离技术 而且是分离技术中效能最高 应用最广的 一种技术 色谱法的创始人是俄国植物学家茨维特 因于1903年用于分离植物 色素而得名 在色谱法中 将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相 固体或 液体 称为固定相 自上而下运动的一相 一般是气体或液体 称 为流动相 装有固定相的管子 玻璃管或不锈钢管 称
2、为色谱柱 当流动相中携带的混合物流经固定相时就会与固定相发生相互作用当流动相中携带的混合物流经固定相时就会与固定相发生相互作用 由于混合物中各组分在性质和结构上的差异 与固定相之间产生 由于混合物中各组分在性质和结构上的差异 与固定相之间产生 的作用力的大小 强弱不同 随着流动相的移动 混合物在两相间的作用力的大小 强弱不同 随着流动相的移动 混合物在两相间 经过反复多次的分配平衡 使得各组分被固定相保留的时间不同 经过反复多次的分配平衡 使得各组分被固定相保留的时间不同 从而按一定次序由固定相中流出 与适当的检测方法结合 实现混从而按一定次序由固定相中流出 与适当的检测方法结合 实现混 合物
3、中各组分的分离与检测 合物中各组分的分离与检测 气相色谱 流动相为气体 称为载气 气相色谱 流动相为气体 称为载气 按固定相的不同又分为 气固色谱和气液色谱按固定相的不同又分为 气固色谱和气液色谱 按分离柱不同可分为 填充柱色谱和毛细管柱色谱按分离柱不同可分为 填充柱色谱和毛细管柱色谱 二 二 色谱法分类色谱法分类 1 1 分离效率高 分离效率高 复杂混合物 有机同系物 异构体 手性异构体 复杂混合物 有机同系物 异构体 手性异构体 2 2 选择性高 选择性高 可分离化学结构极为相近的化合物 可分离化学结构极为相近的化合物 3 3 灵敏度高 灵敏度高 可以检测出可以检测出 g g g g 1
4、1 10 10 6 6 级甚至 级甚至ng gng g 1 1 10 10 9 9 级的物质量 级的物质量 4 4 分析速度快 分析速度快 一般在几分钟或十几分钟内可以完成一个试样的分析 一般在几分钟或十几分钟内可以完成一个试样的分析 5 5 应用范围广 应用范围广 适用于沸点低于适用于沸点低于400 400 的各种有机或无机试样的分析 的各种有机或无机试样的分析 三 气相色谱法特点及应用三 气相色谱法特点及应用 第二节第二节 气相色谱基本理论气相色谱基本理论 一 气相色谱分离过程及流出曲线一 气相色谱分离过程及流出曲线 二 常用名词术语及定义二 常用名词术语及定义 三 塔板理论三 塔板理论
5、四 速率理论四 速率理论 一 气相色谱分离过程及流出曲线一 气相色谱分离过程及流出曲线 从色谱流出曲线上 可以得到许多重要信息从色谱流出曲线上 可以得到许多重要信息 l l 根据色谱峰的个数 可以判断样品中所合组份的根据色谱峰的个数 可以判断样品中所合组份的 最少个数 最少个数 2 2 根据色谱峰的保留值 根据色谱峰的保留值 或位置或位置 可以进行定性分 可以进行定性分 析 析 3 3 根据色谱峰下的面积或峰高 可以进行定量分析 根据色谱峰下的面积或峰高 可以进行定量分析 4 4 色谱峰的保留值及其区域宽度 是评价色谱柱分 色谱峰的保留值及其区域宽度 是评价色谱柱分 离效能的依据 离效能的依据
6、 5 5 色谱峰两峰间的距离 是评价固定相 色谱峰两峰间的距离 是评价固定相 和流动相和流动相 选择是否合适的依据 选择是否合适的依据 1 1 色谱图相关名词 色谱图相关名词 1 1 色谱峰 色谱峰 2 2 基线 基线 无试样通过检测器时 检测到的信号即为基线 无试样通过检测器时 检测到的信号即为基线 3 3 峰高 峰高 h h 从峰顶点到基线间的距离 从峰顶点到基线间的距离 4 4 峰拐点 流出曲线上二阶导数为零的两点 峰拐点 流出曲线上二阶导数为零的两点 0 6070 607h h 5 5 峰宽峰宽 WW b b 峰两侧拐点峰两侧拐点0 6070 607h h所作切线与基线相交两点所作切线
7、与基线相交两点 间的距离 间的距离 6 6 半峰宽半峰宽 Y Y1 2 1 2 色谱峰高一半处的宽度 色谱峰高一半处的宽度 7 7 峰面积峰面积 A A 色谱流出曲线与 色谱流出曲线与基线之间的面积 基线之间的面积 二 常用名词术语及定义二 常用名词术语及定义 2 2 常用保留值 常用保留值 1 1 时间表示的保留值 时间表示的保留值 保留时间 保留时间 t t R R 组分从进样到柱后出现浓度极大值组分从进样到柱后出现浓度极大值 时所需的时间 时所需的时间 死时间 死时间 t tM M 不被固定相滞留的组分 从进样到柱不被固定相滞留的组分 从进样到柱 后出现浓度极大值时所需的时间 后出现浓度
8、极大值时所需的时间 调整保留时间 调整保留时间 t t R R 扣除死时间后的保留时间扣除死时间后的保留时间 t t R R t t R R t tM M 2 2 用体积表示的保留值 用体积表示的保留值 保留体积 保留体积 V VR R 组分从进样到柱后出现浓度极大值时组分从进样到柱后出现浓度极大值时 流动相通过的体积 V V R R t tR R F F0 0 F F0 0 为色谱柱出口处的载气流量 单位 为色谱柱出口处的载气流量 单位 mL minmL min 死体积 死体积 V VM M 不被固定相滞留的组分 从进样到柱后 出现浓度极大值时流动相通过的体积 V V M M t t M M
9、 F F0 0 调整保留体积 调整保留体积 V VR R 扣除死体积后的保留体积 V V R R V VR R V VM M 3 3 分离因子 分离因子 在定性分析中 通常固定一个色谱峰作为标准 在定性分析中 通常固定一个色谱峰作为标准 s s 然后再求然后再求 其它峰 其它峰 i i 对这个峰的调整保留值之比 在多元混合物分析中 通对这个峰的调整保留值之比 在多元混合物分析中 通 常选择一对最难分离的物质对 将它们的相对保留值作为重要参数 常选择一对最难分离的物质对 将它们的相对保留值作为重要参数 在这种情况下 可用符号在这种情况下 可用符号 表示 表示 式中式中t tR2 R2 为后出峰的
10、调整保留时间 所以这时为后出峰的调整保留时间 所以这时 总是大于总是大于1 1的的 分离因子只与柱温及固定相的性质有关 而与柱径 分离因子只与柱温及固定相的性质有关 而与柱径 柱长 填充情况及流动相流速无关 一般用于表征柱子柱长 填充情况及流动相流速无关 一般用于表征柱子 的选择性 的选择性 3 3 平衡分配中的基本概念 平衡分配中的基本概念 1 1 分配系数 分配系数K K 如前所述 分配色谱的分离是基于样品组分在固定相如前所述 分配色谱的分离是基于样品组分在固定相 和流动相之间反复多次地分配过程 而吸附色谱的分离是和流动相之间反复多次地分配过程 而吸附色谱的分离是 基于反复多次地吸附 脱附
11、过程 这种分离过程经常用样基于反复多次地吸附 脱附过程 这种分离过程经常用样 品分子在两相间的分配来描述 而描述这种分配的参数称品分子在两相间的分配来描述 而描述这种分配的参数称 为分配系数 它是指在一定温度和压力下 组分在固定相为分配系数 它是指在一定温度和压力下 组分在固定相 和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值 即和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值 即 分配系数K与柱中固定相和流动相的体积无关 而取决于 组分及两相的性质 并随柱温 柱压变化而变化 2 2 分配比 容量因子 分配比 容量因子 k k 分配比又称容量因子 它是指在一定温度和压力下分配比又称容量因子 它是指在一定温度和压力下
12、 组分在两相间分配达平衡时 分配在固定相和流动相 组分在两相间分配达平衡时 分配在固定相和流动相 中的质量比中的质量比 即即 式中式中C C s s C C m m 分别为组分在固定相和流动相的浓度 分别为组分在固定相和流动相的浓度 V V m m 为柱中流动相的体积 近似等于死体积 为柱中流动相的体积 近似等于死体积 V V s s 为柱中固定相为柱中固定相 的体积 在各种不同的类型的色谱中有不同的含义 例的体积 在各种不同的类型的色谱中有不同的含义 例 如 在分配色谱中 如 在分配色谱中 V V s s 表示固定液的体积 在尺寸排阻色表示固定液的体积 在尺寸排阻色 谱中 则表示固定相的孔体
13、积 谱中 则表示固定相的孔体积 相比 相比 V VM M V V S S 反映各种色谱柱柱型及其结构特征反映各种色谱柱柱型及其结构特征 填充柱填充柱 6 35 6 35 毛细管柱毛细管柱 50 1500 50 1500 k k值越大 说明组分在固定相中的量越多 相值越大 说明组分在固定相中的量越多 相 当于柱的容量大 因此又称容量因子 它是衡量色当于柱的容量大 因此又称容量因子 它是衡量色 谱柱对被分离组分保留能力的重要参数 谱柱对被分离组分保留能力的重要参数 k k值也决定值也决定 于组分及固定相热力学性质 它不仅随柱温 柱压于组分及固定相热力学性质 它不仅随柱温 柱压 变化而变化 而且还与
14、流动相及固定相的体积有关变化而变化 而且还与流动相及固定相的体积有关 3 3 分配系数 分配系数K K及分配比及分配比k k与选择因子与选择因子 的关系的关系 该式表明 通过选择因子该式表明 通过选择因子 把实验测量值把实验测量值k k与热力学性与热力学性 质的分配系数质的分配系数K K直接联系起来 直接联系起来 对固定相的选择具有实对固定相的选择具有实 际意义 如果两组分的际意义 如果两组分的K K或或k k值相等 则值相等 则 1 1 两个组分的两个组分的 色谱峰必将重合 说明分不开 两组分的色谱峰必将重合 说明分不开 两组分的K K或或k k值相差越值相差越 大 则分离得越好 因此两组分
15、具有不同的分配系数是大 则分离得越好 因此两组分具有不同的分配系数是 色谱分离的先决条件 色谱分离的先决条件 三 塔板理论三 塔板理论 色谱柱长 色谱柱长 L L 虚拟的塔板间距离 虚拟的塔板间距离 HH 色谱柱的理论塔板数 色谱柱的理论塔板数 n n 则三者的关系为 则三者的关系为 n n L L HH 理论塔板数与色谱参数之间的关系为 理论塔板数与色谱参数之间的关系为 最早由最早由MartinMartin等人提出塔板理论 把色谱等人提出塔板理论 把色谱 柱比作一个精馏塔 沿用精馏塔中塔板的概念柱比作一个精馏塔 沿用精馏塔中塔板的概念 来描述组分在两相间的分配行为 同时引人理来描述组分在两相
16、间的分配行为 同时引人理 论塔板数作为衡量柱效率的指标 论塔板数作为衡量柱效率的指标 有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度 单位柱长的塔板数越多 表明柱效越高 单位柱长的塔板数越多 表明柱效越高 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数 组分在组分在t tM M时间内不参与柱内分配 需引入有效塔板数和有效塔板高度 时间内不参与柱内分配 需引入有效塔板数和有效塔板高度 塔板理论用热力学观点形象地描述了溶质在色谱柱中的分塔板理论用热力学观点形象地描述了溶质在色谱柱中的分 配平衡和分离过程 导出流出曲线的数学模型 并成功地解释配平衡和分离过程 导出流出曲线的数学模型 并成功地解释 了流出曲线的形状及浓度极大值的位置 还提出了计算和评价了流出曲线的形状及浓度极大值的位置 还提出了计算和评价 柱效的参数 但由于它的某些基本假设并不完全符合柱内实际柱效的参数 但由于它的某些基本假设并不完全符合柱内实际 发生的分离过程 例如 纵向扩能解释造成谱带扩张的原因和发生的分离过程 例如 纵向扩能解释造成谱带扩张的原因和 影响板高的各种因素 也不能说明为什么在不同
