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1、气相色谱基本知识一、概 述.起源：色谱分析法是一种分离技术.它是由俄国物理学家茨维特(Tswett)在1906年创立的,他在研究植物叶中的色素时,先用石油醚浸提植物中的色素,然后将浸提液注入到一根填充CaCO3的直立玻璃管的顶端(图a),再加入纯石油醚进行淋洗,淋洗结果使玻璃管内植物色素被分离成具有不同颜色的谱带(图b),他把这种分离方法称为色谱法;玻璃管称为色谱柱;管内填充物(CaCO3)是固定不动的,称为固定相;淋洗剂(石油醚)是携带混合物流过固定相的流体,称为流动相.2.原理使混合物中各组分在两相间进行分配,其中一相是不动的(固定相),另一相(流动相)携带混合物流过此固定相,与固 定相发
2、生作用,在同一推动力下,不同组分在固定相中滞留的时间不同,依次从固定相中流出,又称色层法,层析法3.分类(1)气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱(流动相) (2)柱色谱,纸(PC)色谱,薄层色谱(TLC)(固定相) (3)吸附色谱,分配色谱,离子交换色谱,排阻色谱(物理化学分 离原理)二、气相色谱的定义与分类定义：气相色谱法是以惰性气体(N2、e、Ar、H2等)为流动相的柱色谱分离技术,其应用于化学分析领域,并与适当 的检测手段相结合,就构成了气相色谱分析法。分类：根据固定相的状态不同，可将其分为气固色谱和气 液色谱。.气相色谱流程气相色谱法用于分离分析样品的基本过程如下图：气相色谱过程示意图
3、由高压钢瓶1供给的流动相载气。经减压阀2、净化器 3、流量调节器4和转子流速计5后，以稳定的压力恒定 的流速连续流过气化室6、色谱柱7、检测器8，最后放空。气相色谱仪由五大系统组成：气路系统、进样系统、分离系统、控温系统以及检测和记录系统。三、气相色谱仪的结构.气路系统气路系统是指流动相-载气连续运行的密闭系统,它包括气源钢瓶、净化器、气体流速控制和测量装 置。通过该系统，可以获得纯净的、流速稳定的载气。 它的气密性、载气流速的稳定性以及测量流量的准确性 ，对色谱结果均有很大的影响，因此必须注意控制。常用的载气有氮气和氢气，也有用氦气、氩气。载气的净化，需经过装有活性炭、分子筛或硅胶的净化 器
4、，以除去载气中的水、氧、油等不利的杂质。.进样系统组成：进样系统包括进样装置和汽化室两部分。作用：是将液体或固体试样，在进入色谱柱之前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中。进样的多少，进样时 间的长短，试样的气化速度等都会影响色谱的分离效果和 分析结果的准确性和重现性。1）进样器液体样品的进样一般采用微量注射器。气体样品的进样常用色谱仪本身配置的推拉式六通阀或 旋转式六通阀定量进样,也可采用气密性针进样(手动进样 )进样口类型：1)分流/不分流进样口 (SSI)2)隔垫吹扫填充柱进样口 (PPI)3)冷柱头进样口4)程序升温汽化进样口 (PTV):进样口的加热丝可程序升温，适合多组分难分离的
5、物质分离5)顶空进样6)微相固萃取进样SSI 分流模式流路图SSI 不分流模式流路图分流流量计算隔垫吹扫填充进样口对于毛细管柱:1.增加了隔垫吹扫的功能 隔垫吹扫的作用:由于要让进去的液体或固体样品在汽化室汽 化,这里必然 有高温,高温会使隔垫上的一些易挥发的物质出 来,同时由于进样针的插入,有可能会使垫圈上的物质脱落,若 没有隔垫吹扫,则会使色谱图上出现鬼峰,采用隔垫吹扫,这些 物质可以从隔垫吹扫气路吹走.2.增加了排放多余样品的阀和管路3.增加了尾吹气由于毛细管柱载气流速低，进入检测器后发生突然减速，会 引起色谱峰展宽，为此，在色谱柱出口加一个辅助尾吹气，以 加速样品通过检测器。当检测池体
6、积较大时，尾吹更是必要的 。 歧视效应:由于各种化合物的沸点不同,进入汽化室时,低沸点的完全气化, 而高沸点的未完全气化,已经气化的物质被载气带入色谱柱,从 而造成高沸点的物质回收率低,重现性差,且有拖尾,这种效应 叫歧视效应. 减少歧视效应的方法:1)采用分流/不分流技术 2)采用溶剂效应(即利用冷柱头进样技术/冷柱箱进样技术):把进 样口的温度设高,柱的起始温度设低(温度的设定依据所用的溶 剂而言,如丙酮的沸点56度,设定的温度应 低于丙酮的沸点), 这样丙酮到达柱头时,会凝结下来,样品会被丙酮溶解凝聚在柱 头,然后瞬时升温,温度要能够保证所有的样品成分及溶剂都挥 发,使其在同一起跑线上,
7、同时被载气带动,这样可以将歧视效 应降到最低.典型的进样口问题.污染：重复使用同一根针进样，会产生残留与污染，上一次 进样的物质会影响下一次进样，形成“记忆效应”。用洗针的方法来消除“记忆效应”。洗针：首先要根据化合物的性质选用不同的溶剂洗针， 并需要洗20次以上，再用样品液洗针，以免带来稀释效 应.针歧视 ：气相色谱进样针的针头为斜面，造成液体滑坡，从而 产生蒸馏效应，低沸点的更容易出来，从而带来的歧视 效应对低沸点的影响更大。通过快速自动进样(进样针 头为锥型)、增大进样量和/或使用沸点更高的溶剂来减 少针歧视。3.进样的速度1)对于有的样品,进样速度要快2)留针:对于粘滞的样品,先刺入隔
8、垫,进针2/3,推针不马上 进行,待升温使其溶解后再推针.4. 泄漏：进样垫和柱泄漏会改变保留时间和峰面积。样品可能从 泄漏处跑掉，空气会扩散入进样口造成柱损伤。定期更 换进样垫并在第一次发生问题时检查柱连接。.进样口温度、分流比等设置不正确#9#8#7#6#5#4#3#2#1分流比设置问题进样口的日常维护v更换隔垫v清洗或更换进样针v进行泄漏测试和维修v清洗或更换衬管/内插件v更换O-形环v清洗或更换分流平板和金属垫片(SSI).气化室为了让样品在气化室中瞬间气化而不分解，因此要求气化室热容量大，并不使样品分解。为了尽量减少柱前谱峰变宽，气化室的死体积应尽可能小。常用金属块制成汽化室、外套加
9、热块，为消除金属表面的催化作用，在汽化室管内有石英衬管,衬管有分流与不分流之分。衬管是可以清洗的。.分离系统：分离系统是指把混合样品中各组分分离的装置，它 由色谱柱组成色谱柱的分类：1)填充柱 由不锈钢、玻璃和聚四氟乙烯等材料制成，常 用的为不锈钢柱，柱管内径为2-mm，柱长1-m。柱 形有U型和螺旋型二种。2)毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁、多孔层和涂载体空心 柱。空心毛细管柱材质为玻璃或石英。内径一般为0.2- 0.5mm，长度30-300m，呈螺旋型。v与填充柱相比，毛细管柱的特点为：分离效能高 分析速度快 样品用量少，可在几十分钟 内分离出包含几百种化合物的汽油馏分，然而样品用量 仅有数
10、微克在快速分析方面，可在几分钟内分离含十几个组份的样 品。v用毛细管柱，有利于：提高色谱分离能力，加快色谱分析速度，促进色谱的应用都是十分必要的填充柱气相色谱v填充柱气相色谱的柱管通常内径宽 ，内径为不锈钢管，为节 省柱温箱空间而将柱管弯成环状。在管内壁涂渍液体物质（ 气-液色谱）或在管内填充固体吸附剂（气-固色谱）v气-液色谱气-液色谱的原理：v各溶质在气相（流动相）和液相（固定相）间分配系数 不同达到分离。v气-液色谱的固定相：涂渍在惰性多孔固体基质（载体或担体）上的液体物 质，常称固定液。使用过的气-液色谱固定液上千种，常用的固定液有聚甲基硅氧烷(非极性)、聚乙二醇(强极性)、含5 或2
11、0苯基的聚甲基硅氧烷(非极性/中等极性)、含 氰基和苯基的聚甲基硅氧烷(中极性)、50三氟丙基 聚硅氧烷(高极性)，另外，用于分离手性异构体的手 性固定相则主要有手性氨基酸的衍生物、手性金属配 合物和环糊精衍生物。v固定液的分类:1)非极性固定液:它们与待测物质分子的作用力以色散力为 主.组分在此类固定相上按沸点由低到高顺序流出, 适 用于非极性和弱极性化合物的分析. 2)中等极性固定液:它们与待测物质分子间的作用力以色散 力和诱导力为主,组分基本上按沸点顺序出峰, 适用于 弱极性和中等极性化合物的分析。 ）强极性固定液：含有较强的极性基团，它们与待测物 质分子间的作用力以静电力和诱导力为主，
12、组分按极性 由小到大的顺序出峰。适用于极性化合物的分析。 ）氢键型固定液：是强极性固定液中特殊的一类，与待 测物质分子间作用力以氢键力为主，组分按依次形成氢 键的难易程度出峰，不易形成氢键的组分先出峰。常用 的固定液有聚乙二醇，三乙醇胺等，适用于分析含、 、等的化合物。固定液的选择:固定液的选择一般根据“相似相溶”的原则，待测组分 分子与固定液分子的性质（极性、官能团）相似时，其 溶解度就大。 ）按极性相似原则选择： ）按官能团相似选择：若待测物质为酯类，则选用酯或 聚酯类固定液；若待测物质为醇类，可选用聚乙二醇固 定液。 ）按主要差别选择：若待测各组分之间沸点是主要矛盾 ，可选用非极性固定液
13、，若极性是主要矛盾，则选用极 性固定液 ）选择混合固定液：对于难分离的复杂样品，可选用两 种或两种以上的固定液。常用的基质：无机载体（如硅藻土、玻璃粉末或微球、金属粉末或微球、金属化合物）和有机载体（如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯）v2. 气-固色谱气-固色谱的固定相是固体吸附剂，分离是基于样品分 子在固定相表面的吸附能力的差异而实现的。常用的固体吸附剂有碳质吸附剂（活性炭、石墨化碳黑 、碳分子筛）、氧化铝、硅胶、无机分子筛和高分子小 球。气-固色谱不如气-液色谱应用广泛，主要用于永久性气 体和低沸点烃类的分析，在石油化工领域应用很普遍。毛细管柱毛细管柱是用熔融二氧化硅拉制的空心管，也叫
14、弹性 石英毛细管。柱内径通常为0.10.5 mm，柱长3050 m，绕成直径20cm左右的环状。用这样的毛细管作分离柱的气相色谱称为毛细管气相 色谱或开管柱气相色谱，其分离效率比填充柱要高得 多。 毛细管气相色谱在分流不分流进样口安装毛细管柱的步骤 ：.检查气体过滤器、载气、进样隔垫和衬管等.把毛细管柱螺母和垫圈安装于柱上。（毛细管端口朝下 ）.使用玻璃刻痕工具刻划柱。刻痕部位必须平直，确保裂 口整齐。 .用柱切割器的划痕部位的对面折断柱。用放大镜观察末 端，确保没有毛边或呈锯齿状。用滤纸擦毛细管柱壁， 去掉指纹和粉末 .在柱垫圈上端以上留出柱4-6mm，用打印机改正液在柱 螺母下作标记.将柱
15、插入进样口，把螺帽和垫圈上部的柱子滑向进样口 底部用手指拧紧柱螺帽直至柱被固定 .调节柱位置,使柱上改正液标记正好在柱螺帽底部. .拧紧螺帽1/4-1/2圈,用轻微的力部能将柱从接头上拉下 .在检测器上安装毛细管柱 其步骤与进样口相同，但是在柱垫圈上端以上留出的距离 不一样（：mm） 注意：如果在应用中系统所使用的是或是等 ，那么在老化色谱柱时，不接检测器。.进行气体检漏:当我们对进样口和检测器进行载气检漏时,使用电子检测计(Electronic Leak Detector)是最为有效的方法之一 .确定载气流量,再对色谱柱的安装进行检查 .色谱柱的老化：对色谱柱升温到一恒定温度，通常为其温度上
16、限。超 过温度上限，那样极易损坏色谱柱。升温速度一定要快 ，不要将程序升温的速度设太慢。当达到老化温度后， 记录并观察基线。比例放大基线，以便容易观察。毛细管柱问题 1 RT（保留时间） 和面积增大.峰宽变大.后面的峰变形差 原因：柱过载. 典型色谱图#9#8#7#6#5#4#3#2#1问题色谱图毛细管柱问题2 鬼峰：残留或柱污染典型色谱图#9#8#7#6#5#4#3#2#1问题色谱图毛细管柱问题3 RT 和面积完全不同：用错了柱子典型色谱图#9#8#7#6#5#4#3#2#1问题色谱图毛细管柱问题4 色谱完全变形：柱子已经被严重破坏或严重退化典型色谱图#9#8#7#6#5#4#3#2#1Time (min.)6810121416问题色谱图020406080100120温控系统是指对气相色谱的汽化室、色谱柱和检测器进行温度控制的装置，由于汽化室、色谱柱和检测器要求的适 合温度各有不同，所以要求配有三种不同的温控装置，以 便设
