《大学 化学(师范专业) 仪器分析 第二章气相色谱法课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学 化学(师范专业) 仪器分析 第二章气相色谱法课件（176页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第二章气相色谱分析,第一节 气相色谱法概述 第二节 气相色谱理论基础 第三节 色谱分离条件的选择 第四节 固定相及其选择 第五节 气相色谱仪 第六节 色谱定性、定量分析,Instrumental Analysis,第一节 气相色谱法概述 一、色谱法概述 二、气相色谱法概述,Instrumental Analysis,一、色谱法概述1、色谱法的起源,创立：1906年，俄国植物学家Tsweet 茨维特的实验,Instrumental Analysis,植物色素分离图示,思考:,为什么各种色素会被分离? 色素受两种作用力影响: （1）一种是CaCO3 吸附，使色素在柱中停滞下来; （2）一种是被石
2、油醚溶解，使色素向下移动; 各种色素结构不同，受两种作用力大小不同，经过一段时间洗脱后，色素在柱子上分开，形成了各种颜色的谱带。,Instrumental Analysis,思考:,这种方法有何优缺点? 优点：分离效果好 缺点：分离效率低;时间长.,Instrumental Analysis,2、色谱法的发展历史,30年代 茨维特分离绿叶色素，产生固液吸附色谱 40年代 液液分配色谱法、TLC、纸色谱 50年代 GC出现使色谱具备分离和分析功能 60年代 推出了色谱质谱联用技术（GC-MS） 70年代 HPLC出现使色谱分析范围进一步扩大 80年代 出现了超临界流体色谱法、毛细管电泳法 90年
3、代 电色谱法，兼有毛细管电泳法与微填充柱色谱法的优点 21世纪 色谱科学将在生命科学等的前沿发挥他不可替代的重要作用,Instrumental Analysis,Instrumental Analysis,3、色谱法的定义及原理,定义：色谱法 (chromatography)，是一种物理或物理化学的分离分析方法。 原理：利用物质在固定相和流动相中的分配系数不同，使混合物中的各组分分离。,4、色谱法的分类,（1）按两相分子的聚集状态分类,流动相 固定相 类型,超临界流体,超临界流体色谱法,Instrumental Analysis,色谱法分类（续前）,2按固定相的固定方式分类,3按分离机制分类,
4、分配色谱 吸附色谱 离子交换色谱 空间排阻色谱 毛细管电咏法 毛细管电色谱法,毛细管电泳,Instrumental Analysis,色谱法分类（图示）,色谱法简单分类,毛细管电泳法,Instrumental Analysis,5.色谱法的特点,（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(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 气相色谱：沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。 不
5、足之处： 被分离组分的定性较为困难。,Instrumental Analysis,二、气相色谱法概述 1、气相色谱仪的组成 2、色谱基本术语,Instrumental Analysis,1、气相色谱仪的组成 气相色谱流程：,Instrumental Analysis,1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-稳流计；5-流量计;6-压力表；7-进样器/气化室;8-色谱柱;9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪.,载气系统,进样系统,分离系统,检测系统,温控系统,气相色谱分离流程图,气体,色谱图,Instrumental Analysis,Instrumental An
6、alysis,2、色谱基本术语 （1）色谱流出曲线（色谱图）： 组分从色谱柱流出时，各个组分在检测器上所产生的信号随时间变化所形成的曲线。,Instrumental Analysis,2、色谱基本术语,（2）基线：色谱柱中仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录值。 稳定的基线应该是一条水平直线. 无样品时的电信号，反映仪器噪音的情况。,（3）色谱峰的高度 峰高h 色谱峰最高点与基线之间的距离，可用mV， mA ,mm表示。 峰高低与组分浓度有关。,Instrumental Analysis,（4） 色谱峰区域宽度 标准偏差： 峰高0.607倍处的色谱峰宽的一半。,Instrumental An
7、alysis,峰底宽Y： 色谱峰两侧拐点所作切线在基线上的距离。 Y =4 半峰宽度Y1/2 ：峰高一半处色谱峰的宽度。 Y1/2 =2 .35 ,Instrumental Analysis,Instrumental Analysis,（5） 色谱峰面积A 色谱峰与峰底所围的面积。 对称的色谱峰： A=1.065h Y1/2 非对称的色谱峰 ： A=1.065h(Y 0.15+Y0.85)/2,Instrumental Analysis,（6） 色谱保留值,组分在色谱柱中停留的数值，可用时间t 和所消耗流动相的体积来表示。 组分在固定相中溶解性能越好，或固定相的吸附性越强，在柱中滞留的时间越长
8、，消耗的流动相体积越大，固定相、流动相固定，条件一定时，组分的保留值是个定值。,定性的依据,Instrumental Analysis,死时间 tM ：不被固定相吸附或溶解的组分流经色谱柱所需的时间。 从进样开始到柱后出现峰最大值所需的时间。 气相色谱惰性气体（空气、甲烷等）流出色谱柱所需的时间。,（6） 色谱保留值定性的依据,Instrumental Analysis,保留时间tR：被测组分从进样开始到柱后出现色谱峰最大值时所需的时间。 是组分流经色谱柱时所需时间。 操作条件不变时，一种组分有一个tR定值，是定性参数。,Instrumental Analysis,调整保留时间tR ： 扣除了
9、死时间的保留时间。 tR=tR-tM又称校正保留时间，实际保留时间。 tR体现的是组分在柱中被吸附或溶解的时间。,Instrumental Analysis,保留值用体积表示： 死体积VM不被固定相滞留的组分流经色谱柱所消耗的流动相体积称死体积，色谱柱中载气所占的体积。 VM=t Mqv,0 qv,0柱后出口处流动相的体积流速(mL/min ),Instrumental Analysis,保留体积VR 组分从进样开始到色谱柱后出现最大值时所需流动相体积，组分通过色谱柱时所需流动相体积 VR =t Rq 0 调整保留体积VR扣除了死体积的保留体积，真实的将待测组分从固定相中携带出柱子所需的流动相
10、体积。 VR= tRq 0,Instrumental Analysis,*相对保留值 2，1在相同操作条件下，组分2对另一参比组分1的调整保留值之比。 其值只与柱温和固定相性质有关,与其他色谱操作条件无关 。 2，1值越大，表示固定相对组分的选择性越高，则两组分分离得越开. 2，1 =1时，两组分重叠 。,选择性系数,Instrumental Analysis,指出图中色谱流出曲线上各线段的名称与符号：,Instrumental Analysis,色谱图,Instrumental Analysis,思考：从色谱流出曲线上，能得哪些信息？,（l）根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数
11、 （2）根据色谱峰的保留值(或位置），可以进行定性分析 (3) 根据色谱峰的面积或峰高，可以进行定量分析 （4）根据色谱峰的保留值及其区域宽度，可评价色谱柱分离效能 （5）根据色谱峰两峰间的距离，可评价固定相(和流动相)选择是否合适,第二节 气相色谱理论基础,一、色谱分离原理 二、气相色谱基本理论 塔板理论、速率理论,Instrumental Analysis,一、色谱分离原理,（一）色谱分离的基本原理： 试样组分通过色谱柱时与固定相之间发生相互作用，这种相互作用大小的差异使各组分互相分离而按先后次序从色谱柱后流出。,气-固色谱,吸附脱附,气-液色谱,溶解挥发,气相色谱分配过程,当试样由载气携
12、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，或吸附、脱附的过程反复地进行。,（二)分配平衡,在一定温度下，组分在流动相和固定相之间所达到的溶解平衡叫分配平衡。 组分在两相中的分配行为常采用分配系数K和分配比k来表示。,1、分配系数 K(浓度分配系数),*一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢； 某组分的K = 0时，即不被固定相，最先流出。 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； 试样中各组
13、分具有不同的K值是分离的依据；选择适宜的固定相可改善分离效果；,在一定温度、压力下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度比，称为分配系数，用K 表示，即：,2.分配比 k,分配比是指：在一定温度、压力下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：,k 值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的容量大，因此又称容量比或容量因子。,因此分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的参数。,3. 容量因子与分配系数的关系,式中为相比。 填充柱相比：635； 毛细管柱的相比：501500。 容量因子越大，保留时间越长。 VM为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积； VS为固定相体积；,小结： 1、分配系数与分配比都
14、是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该组分的保留时间越长。 2、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，随柱温度、柱压的改变而变化。 3、当温度和压力一定时，分配系数只决定于组分和两相性质，与两相体积无关。分配比不仅决定于组分和两相性质，且与相比有关，亦即组分的分配比随固定相的量而改变 4、分配比可以由实验测得。,4、参数的应用： 气相色谱法中混合物中各组分能否被分离取决于： 各组分的分配系数不同,二、气相色谱基本理论,色谱理论需要解决的主要问题： 影响分离的因素 改进分离效果的途径 色谱理论： 塔板理论 速率理论,（一）塔板理论,1. 半经验理论 将色谱柱看成分馏塔
15、，一定的柱长看作一个塔板，以精馏理论进行解释。,板式精馏塔,2. 塔板理论的假设： (1)在一小段(塔板)间隔内，组分在气相与液相很快的达到分配平衡。这样达到分配平衡的一小段柱长称为理论塔板高度(H) (2)载气进入色谱柱，不是连续的而是脉动式的，每次进入为一个塔板体积； (3) 试样沿色谱柱方向的扩散可忽略； (4) 每次分配的分配系数相同 (分配系数在各塔板上是常数)。,假定色谱柱由5块塔板(n=5)组成,并以r表示塔板编号,r等于0、1、2、n-1， 某组分的分配比k=1，若对单位量的物质进行分配，在0号塔板上分配平衡后，因为k=1,所以mS=mM=0.5； 当有一个板体积的流动相进入并
16、达平衡之后，有0.5单位的物质进入1号塔板,且在流动和固定相中各占0.25单位的物质。(如下),在气相色谱中，理论塔板数n值是很大的，约为 103106 ，流出曲线可趋近于正态分布曲线。,流出曲线上的浓度c与时间t的关系可由下式表示:,在此塔板理论导出了色谱流出曲线方程，成功地解释了流出曲线的形状、浓度极大点的位置。,塔板理论相关参数: 理论塔板高度：H 理论塔板数：n 设色谱柱长：L 则三者的关系为： n = L / H 理论塔板高度H越小，在单位长度色谱柱中塔板数就越多，则分离效能就越好。,3、理论塔板数与色谱参数之间的关系为：,色谱峰越窄，塔板数n越多，理论塔板高度H就越小，此时柱效能越高。 n，
