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1、1,气相色谱,Gas Chromatography,药物分析教研室,2,主要内容,概述 色谱法基本理论 固定相 气相色谱仪 分离条件的选择 分析方法,3,本章层次,掌握：固定相的选择、 FID检测器、 选择气相色谱条件、定量分析 熟悉： 气相色谱仪的一般组成系统、ECD检测器 了解：TCD、定性分析、近代气相色谱法,4,第1节 概述,定义：GC是以气体为流动相的柱色谱分离技术。 起源：GC是英国生物化学家 Martin A T P等人在研究液液分配色谱的基础上，于1952年创立的一种极有效的分离方法，它可分离和分析复杂的多组分混合物。,5,按固定相分类：,载体固定液相 GLC表面活性吸附剂 G
2、SC,柱色谱,气相色谱法分类,6,按柱分类：,填充柱 毛细管柱,空心毛细管柱,填充毛细管柱,GCMS联用,7,气路系统,进样系统,色谱分离系统,检测系统,记录及数据处理系统,放空或分步收集,温 控 系 统,气相色谱的流程图,8,气相色谱仪,9,仪器介绍HP4890,10,优点,高选择性 高灵敏度 高柱效 二少 一广,11,第2节 色谱法基本原理 一.两组分完全分离的条件 二.塔板理论 三.速率理论,12,第3节 固定相 一、液体固定相 二、固体固定相,13,一、液体固定相,由固定液（stationary liquid）或固定液和载体（support）组成。 （一）固定液 （二）载体,14,（一
3、）固定液 总体要求使样品中各组分呈良好分离，延长柱使用寿命。,15,1.对固定液的要求,在操作温度下应呈液态，蒸气压应低。 对样品中各组分应具有足够的溶解能力。 对样品中各组分应具有较高的选择性，即对各组分的分配系数应有较大差别。 填充柱 1.10；毛细管柱， 1.05。 稳定性好。 黏度要小，凝固点要低。 对载体有良好浸润性，易形成均匀薄膜。,16,2.固定液的分类,按固定液的相对极性：非极性、中等极性、极性、氢键型固定液，影响固定液选择的主要作用力有极性、诱导极性、氢键作用力等。 按化学类型：烃、硅氧烷、醇、醚、酯、腈、腈醚等。,17,非极性固定液 种类：饱和烃类等，常用角鲨烷（C30H6
4、2）、阿皮松（C36H74）、甲基硅酮(OV-1)等。 主要作用力：色散力。用于分离非极性与弱极性物质。 出峰顺序：按沸点顺序分离，沸点低先出峰。,18,中等极性固定液 种类：苯基甲基硅酮（OV17） 主要作用力：诱导力&色散力。最适用于中等极性物的分离。 出峰顺序：按沸点顺序分离，沸点低先出峰。沸点相同的极性和非极性组分，诱导力起主要作用，非极性组分先流出。,19,极性固定液 种类：腈类、氧二丙腈（CH2CH2CN）2O 主要作用力：静电力为主，诱导力、 色散力为次。用于分离极性化合物。 出峰顺序：按极性大小顺序分离， 极性小先出峰。,20,氢键型固定液（强极性固定液） 种类：聚乙二醇PEG
5、、三乙醇胺 主要作用力：氢键 出峰顺序：按形成氢键的能力大小顺序分离，最不易形成氢键的最先出峰。,21,3.固定液选择,（1）按相似相溶原则 即按组分与固定液的极性与化学结构相似的原则选择 （2）按主要差别选择 （3）使用混合固定液,22,a.样品组分与固定液分子间作用力强则组分在固定液中溶解度大，分配系数大，tR长，后出峰。反之,先出峰。 b.如被分离的混合物是同类分子，它们与固定液之间的作用力大小相差不多，则它们按沸点大小或按其与固定液间的相互作用力强弱出峰. c.如被分离物是不同类型分子，则选择对某一类型分子作用力较强，而对另一类作用力较弱的固定液，使它们先后洗脱出峰。,规律：,23,按
6、极性相似选择,被分离物极性非极性 弱极性化合物 中等极性化合物 极性化合物 强极性化合物 （能形成氢键的）,固定液极性 非极性固定液 中等极性固定液 极性固定液 氢键型固定液,24,按化学官能团相似选择,被分析物酯醇,固 定 液 酯类或聚酯类固定液聚乙二醇类,25,按主要差别选择,样品各组分的沸点差别为主选非极性固定液，按沸点高低出峰 样品各组分的极性差别为主选极性固定液，按极性大小出峰,26,例如：分离苯和环己烷,苯80.1 弱极性,环己烷80.7非极性,沸点 极性,b.p小 稍有差别,27,非极性固定液很难分离 中等极性固定液 邻苯二甲酸二辛酯 tR苯1.5tR环己烷 强极性固定液（氢键型
7、） 聚乙二醇400 tR苯3.9tR环己烷 ，氧二丙腈 tR苯6.3tR环己烷,28,对难分离的样品采用混合固定液,对难分离的样品用混合固定液，调节比例 注意：要考虑最高和最低使用温度。最高使用温度要比混合固定液的沸点低150200。 一般固定液在P68.66Pa(0. 5mmHg)时固定液流失，影响柱寿命及数据稳定性。,29,(二)载体 作用： GSC 载体本身是固定相 GLC 仅作为液相的支持体,30,要求： 1.=A/m 大，具多孔性且孔径均匀分布 2.化学惰性和固定液间有较强吸引力 3.颗粒大小均匀 4.有一定的机械强度 5.热稳定性好,31,分类 硅藻土型非硅藻土型,红色担体(非极性
8、) 白色担体(极性),多孔无孔,GDX 多孔玻璃 多孔硅珠,氟载体 洗涤剂 玻璃微珠、素瓷,32,硅藻土载体的预处理酸洗法碱洗法硅烷化法,33,二、固体固定相,吸附剂 分子筛 高分子多孔微球,34,第4节 气相色谱仪,气路系统 进样系统 分离系统 检测系统 温控系统 数据处理系统,35,气路系统,起源 净化器 气流控制装置,36,进样系统,样品导入装置 进样口,37,分离系统,色谱柱 柱箱,38,色谱柱分类 (1)按柱体分类 (2)按固定相分类 (3)据柱管粗细分类,39,金属柱 玻璃柱 聚四氟乙烯,U形 螺旋型 直型,形状,柱体,(1)按柱体分类,40,(2)按固定相分类,气固色谱柱固体(吸
9、附剂)固定相缺点：峰拖尾严重、重现差、 应用范围少。 气液色谱柱液体固定相,41,(3)据柱管粗细分类,填充柱 分析用：直径26mm，长16m， 粒径80100目 制备用：直径6500mm，长2 6m， 粒径20目 毛细管柱直径：0.050.53mm，柱长几十 至几百米,42,涂壁开口柱 WCOT 空心毛细管柱 多孔层开口柱 PLOT涂膜薄层开口柱 SCOT 填充毛细管柱,毛细管柱分类,43,检测系统,检测器能连续地监测从色谱柱馏出的气体组成的变化，并把这种变化通过不同的方式转变为可测量的电信号，通过对电信号的处理，可获得色谱分析的定量和定性结果。,44,（一）检测器的分类 1.按对信号统计方
10、式分 2.按响应特征分 3.按检测物质分 4.按对组分的破坏性分,45,1.按对信号统计方式分 积分式 显示的信号是组分随时间的积累量，可直接得出组分的含量。通常用来连续测定色谱柱后流出物的总量。 微分式 显示的信号是组分随时间的瞬时量的变化，曲线上的各点表示该瞬时间某组分的量，整个峰面积才表明某组分的总量。,46,2.按响应特征分,浓度型 检测组分浓度的瞬时变化，响应信号取决于载气中信号浓度。如:TCD、ECD 质量型 检测组分进入检测器的质量流速变化，如:FID、FPD,47,3.按检测物质分,通用型 如TCD、MS、IR 选择型 如ECD,48,4.按对组分的破坏性分,破坏性 如FID
11、非破坏性 如TCD,49,（二）对检测器的要求,主要： 准确 a.足够的灵敏度b.线性范围宽c.最小检测量低d.稳定性好 及时、连续 a.死体积小b.响应迅速,50,次要： 造价低廉、使用方便 抗干扰或能确定特种官能团,通用型检测器要求适用范围广； 选择型检测器要求选择性好。,51,（三）常用的检测器,热导检测器（TCD） 氢火焰检测器（FID） 电子捕获检测器（ECD）,52,一）热导检测器(TCD） 1.检测依据 2.适用对象 3.结构及工作原理 4.优点和缺点 5.影响因素 6.使用注意事项,53,1.检测依据： 不同的组分有与载气不同的热导系数，从而可检测出组分的浓度变化. 2.适用对
12、象： 无机气体和有机物,54,3.结构及工作原理 1）热导检测器构件 2）热导检测器结构示意图 3）热导检测器工作原理,55,1）热导检测器构件 热导池：在一块不锈钢块上钻上孔道，装入热敏元件（热丝）构成。 热敏元件：电阻随温度的升高而增大，并且具有较大的温度系数，常用钨丝或铼钨丝。 钨丝的电阻温度系数为： 6.5103欧/（欧度）。,56,双臂热导池：将两个材质和电阻相同的热敏元件，装入一个双腔的池体中构成。 测量臂：连接在色谱柱之后的一臂。电阻R1 参考臂：连接在色谱柱之前，只通载气的一臂。电阻R2 R1、R2与两个阻值相等的固定电阻R3、R4组成桥式电路（惠斯敦电桥）。,57,2）热导检
13、测器结构示意图,58,3）热导检测器工作原理 当载气以恒定的速度通入电导池，并以恒定的电压给热导池通电时，热丝温度升高。 所产生的热量主要经载气由热传导方式传给温度低于热丝的池体；其余部分由载气的“强制”对流所带走；热辐射散失的热量较小，可忽略不计。,59,当热量的产生与散失建立热动平衡后，热丝的温度恒定。若测量臂无样品气体通过，即只通载气时，两个热丝的温度相等，R1=R2。 根据惠斯敦电桥原理： R1/R2=R3/R4 VAB=0 检流计G中无电流通过（IG=0），检流计指针停在零点。,60,当样品经色谱柱分离后，某组分被载气带入测量臂时，若组分与载气的热导率不等，则测量臂的热动平衡被破坏，
14、热丝的温度将改变。 若组分的热导率小于载气的热导率，则热传导散热减少，热丝温度升高，电阻R1增大。,61,R1R2；R1/R2R3/R4；VAB0；IG0，检流计指针偏转。 当组分完全通过测量臂后，指针又恢复至零点。 用记录器（电子毫伏计）代替检流计，则可记录mV-t曲线，即色谱流出曲线。,62,VAB的大小决定于组分与载气的热导率之差，以及组分在载气中之浓度。 在载气与组分一定时，峰高（VAB）与组分在载气中的浓度成正比。,63,四臂热导池 ：将电桥上两个固定电阻（R3、R4）也换成热敏元件则构成。 灵敏度在同样条件下是双臂热导池的两倍。,64,4.优点和缺点 优点：结构简单， 测量范围广
15、稳定性好 线性范围宽 样品不被破坏 缺点：灵敏度偏低,65,5.影响因素 （1）载气性质 （2）检测器温度,66,（1）载气性质 TCD的灵敏度取决于 载气 载气组分 增大，信号增大，灵敏度变大 常用H2（ 22.36） 或He（ 17.42）作为载气。 N2（ 3.14）较小，灵敏度小。 当样品 N2时，图谱会出现倒峰。,67,（2）检测器温度 灵敏度 T 3/2 ， T T热丝T池体 热导池温度上升，灵敏度降低 但若热导池温度过低，组分冷凝，污染池体。所以T检T柱能满足灵敏度即可。,68,二）氢火焰离子化检测器（FID） 1.检测依据2.适用对象3.结构及工作原理4.优点5.缺点6.使用注意事项,69,1、依据： 利用有机物在氢焰的作用下，化学电离而形成离子流，通过测定离子流强度进行检测。 2、应用： 能在氢焰中离子化的绝大多数有机物。,70,3.结构及工作原理 1）氢火焰检测器构件 2）氢火焰检测器结构示意图 3）氢火焰检测器工作原理,
