气相色谱分析法讲义

《气相色谱分析法讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《气相色谱分析法讲义（92页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2018/9/19,1,第六章,气相色谱分析法,2018/9/19,2,目录,6-1 概述 6-2 气相色谱分析理论基础 6-3 固定相 6-4 气相色谱分离操作条件的选择 6-5 毛细管柱气相色谱法简介 6-6 气相色谱检测器 6-7 气相色谱定性鉴定方法 6-8 气相色谱定量测定方法 6-9 高效液相色谱分析法简介,2018/9/19,3,6-1 概述,一、色谱法简介(chromatography) 色谱法又名色层法、层析法，是一种用以分离、分析多组分混合物质的极有效的物理及物理化学分析方法。 原理：利用混合物中各组分在两相中具有不同的分配系数(或吸附系数，渗透性等)，当两相作相对运动时，

2、各组分在两相中进行多次反复地分配，以达到分离的目的。 色谱分析法：色谱法应用于分析化学中，并与适当的检测手段相结合时，就构成了色谱分析法。通常所说的色谱法即指色谱分析法。,2018/9/19,4,二、色谱法的发展史色谱法这种分离技术的应用已有一百多年的历史 了。意识到它对分离、分析的作用和意义的第一人是俄国植 物学家茨维特( Tswett )。 1901年，茨维特认识到色谱法对分离分析具有重大价值。 1903年，在华沙自然科学学会生物学分会会议上，茨维特在其发表的文章（On a new category of adsorption phenomena and their application

3、 on Biochemical analysis）中提出应用吸附原理分离植物色素的新方法。,2018/9/19,5,1906年，Tswett发表了他的实验结果，他为了分离植物色素，将植物绿叶的石油醚提取液倒入装有碳酸钙颗粒的玻璃管中，并用石油醚自上而下淋洗，由于不同的色素在碳酸钙颗粒表面的吸附力不同，随着淋洗的进行，不同色素向下移动的速度不同，形成一层层不同颜色的色带，使各色素成分得到了分离。他将这种分离方法命名为色谱法（chromatography）。1907年，茨维特在德国生物会议上第一次向人们公开展示了采用色谱法提纯的植物色素溶解液及其色谱图显示着彩色环带的柱管。,2018/9/19,6

4、,在此后的20多年里，几乎无人问津这一技术。 1931年，Kuhn(库恩)等用同样的方法成功地分离了胡萝卜素和叶黄素，从此，色谱法开始为人们所重视，此后，相继出现了各种色谱方法。 1955年，出现了第一台商业化的气相色谱仪。 在我国，气相色谱法起步于1954年；1960年研制并生产了最早的成型仪器；1980年大规模生产。,在分析化学领域，色谱法是一个相对年轻的分支学科。早期的色谱技术只是一种分离技术而已，与萃取、蒸馏等分离技术不同的是其分离效率高得多。 当这种高效的分离技术与各种灵敏的检测技术结合在一起后，才使得色谱技术成为最重要的一种分析方法，几乎可以分析所有已知物质，在所有学科领域都得到了

5、广泛的应用。 从1937年1972年，色谱法先后在12次诺贝尔奖获奖项目的研究工作中起过关键的作用。(化学-9；生理学和医学-3)。,2018/9/19,7,三、色谱分析法的分类名词术语： 分离柱：色谱法中起分离作用的柱。（色谱柱） 固定相(stationary phase) ：固定在柱内的填充物。在色谱分离中固定不动、对样品产生保留的一相。 流动相(mobile phase)：沿着柱流动的流体。与固定相处于平衡状态、带动样品向前移动的另一相。 液相色谱法：以液体作为流动相的色谱法。 气相色谱法：以气体作为流动相的色谱法。,2018/9/19,8,气相色谱,气液色谱：流动相为气体，固定相为液体

6、(涂在担体 上或毛细管壁上)。,气固色谱：流动相为气体，固定相为固体吸附剂。,液相色谱,液液色谱：流动相为液体，固定相为液体(涂在担体上或毛细管壁上)。,液固色谱：流动相为液体，固定相为固体吸附剂。,按使用的固定相和流动相的不同分类：,2018/9/19,9,按分离的原理分类： 吸附色谱法：利用吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能的差异进行分离；固定相为固体吸附剂。 分配色谱法：利用不同组分在两相中有不同的分配系数进行分离；固定相为液体液膜。 离子交换色谱法：利用离子交换原理；固定相为离子交换剂。 凝胶渗透色谱法：利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用；固定相为凝胶(又称排阻色谱，尺寸排阻色谱法

7、) 化学键合色谱法：通过化学反应将有机分子键合在载体表面形成的柱填充剂。 离子色谱法：由离子交换色谱法中产生出来的一种新型的离子多柱色谱技术(分离柱后增加一个抑制柱)。,2018/9/19,10,按固定相使用的方式分类： 柱色谱法：固定相装在色谱柱内。 纸色谱法：滤纸为固定相。 薄层色谱法：将吸附剂粉末制成薄层作为固定相。 按色谱动力学过程分类：冲洗色谱法、顶替色谱法和迎头色谱法 按色谱技术分类：程序升温色谱法、反应色谱法、裂解色谱法、毛细管色谱法、多维色谱法、制备色谱法等,2018/9/19,11,四、色谱分析法的特点高效，灵敏，快速和应用广泛 分离效率高：几十种甚至上百种性质类似的化合物可

8、在同一根色谱柱上得到分离，能解决许多其他分析方法无能为力的复杂样品分析。 分析速度快：一般而言，色谱法可在几分钟至几十分钟的时间内完成一个复杂样品的分析。 检测灵敏度高：随着信号处理和检测器制作技术的进步，不经过预浓缩可以直接检测10-9g级的微量物质。如采用预浓缩技术，检测下限可以达到10-12g数量级。,2018/9/19,12,样品用量少：一次分析通常只需数纳升至数微升的溶液样品。 选择性好：通过选择合适的分离模式和检测方法，可以只分离或检测感兴趣的部分物质。 多组分同时分析：在很短的时间内（20min左右），可以实现几十种成分的同时分离与定量。 易于自动化：现在的色谱仪器已经可以实现从

9、进样到数据处理的全自动化操作。,2018/9/19,13,不足之处： 定性能力较差：没有待测物的纯品或相应的色谱定性数据作对照时，不能从色谱峰给出定性结果。为克服这一缺点，已经发展起来了色谱法与其他多种具有定性能力的分析技术的联用。 不适用于沸点高于450的难挥发物质和热不稳定物质的分析。 现在： 近年来，气相色谱质谱、气相色谱红外光谱的联用使气相色谱的强分离能力和质谱、红外光谱的强定性能力得到完美的结合，为气相色谱分析开辟了新的途径。,2018/9/19,14,五、气相色谱分析流程 气相色谱仪,图6-1 双气路气相色谱仪流程图,2018/9/19,15,一般的气相色谱仪由五部分组成载气系统：

10、气源、气体净化、气体流速的控制和测量 进样系统：进样器、汽化室 分离系统：色谱柱、柱箱、温度控制装置 检测系统：检测器、温度控制装置 记录系统：放大器、记录仪（有的还带有数据处理装置） 气相色谱方法 气固色谱 气液色谱,2018/9/19,16,6-2 气相色谱分析理论基础,在整个色谱分离过程中，流动相始终是以一定的流速（或压力）在固定相间流动的，流动相将溶质带入色谱柱。溶质因分配、吸附等相互作用，在固定相中保留。同时，溶质又被流动相洗脱下来，进入流动相。与固定相作用越强的溶质在固定相中的保留时间就越长。色谱基础理论是从微观分子运动和宏观分布平衡探讨最大限度提高分离迁移和降低离散迁移（分布空间

11、扩散）的科学原理。包括色谱热力学、色谱动力学和色谱分离理论。,2018/9/19,17,一、气相色谱常用术语 气相色谱流出曲线试样中各组分经色谱柱分离，随载气先后流出色谱柱 ，经检测器转化为电信号，信号的大小随时间变化。以组分的浓度变化为纵坐标，流出时间为横坐标所得的曲线为色谱流出曲线，一般为高斯分布曲线。相应的谱图称为色谱图。,图6-2 色谱流出曲线图,色谱峰,2018/9/19,18,常用术语 基线：只有载气通过时的信号记录，直线。 基线漂移：基线随时间定向的缓慢变化。 基线噪声：有各种因素引起的基线起伏。 峰高h：色谱峰最高点与基线间距离。 峰面积A ：（定量中介绍）,h,2018/9/

12、19,19,区域宽度：色谱峰宽 标准偏差：0.607h 处色谱峰宽的一半。半峰宽 ：峰高一半处色谱峰的宽度。峰基宽度 ：通过曲线上的拐点所作的切线在基线上的截距。,图6-3 高斯曲线,E,G,F,H,I,J,2018/9/19,20,保留值：试样中各组分在色谱柱内停留时间的数值。用时间表示： 保留时间 ：待测组分从进样到柱后出现浓度最大值时所需的时间。 死时间 ：不与固定相作用的气体（如空气、甲烷）的保留时间。 调整保留时间 ：扣除死时间的保留时间。,tM,tR,tR,2018/9/19,21,用载气体积表示： 保留体积 ：从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时所通过的载气体积。死体积 ：色谱柱

13、内除了填充物固定相以外的空隙体积、色谱仪中管路和连接头间的空间、进样系统及检测器的空间总合。调整保留时间 ：扣除死体积的保留体积。,色谱柱出口处载气流速，mlmin-1,或,2018/9/19,22,用相对保留值表示：相对保留值 ：组分2与另一组分1 调整保留值之比，是一个量纲为1的量。只与柱温及固定相性质有关。 不随柱径、柱长、填充情况及FO变化。 表示柱色谱的选择性。 色谱定性的主要参数。,2018/9/19,23,气相色谱流出曲线应用 依据色谱峰的位置（保留值）可以进行定性测定。 依据色谱峰的面积或峰高可以进行定量测定。 依据色谱峰的位置（保留值）及其宽度，可以对色谱柱分离情况（分离效能

14、）进行评价。,2018/9/19,24,二、气相色谱分析理论基础 基本原理 色谱分离是一个非常复杂的过程，它是色谱体系热力学和动力学过程的综合表现。 热力学过程是指与组分在体系中分配系数相关的过程。 动力学过程是指组分在该体系两相间扩散和传质的过程。,2018/9/19,25,气-固色谱分析中的固定相是一种具有多孔性及大表面积的吸附剂颗粒。 在载气的推动下，被测组分在吸附剂表面进行反复的物理吸附、脱附过程。 由于各组分的性质不同，吸附力的差别，使各组分在柱中滞留时间不同，从而实现分离。,气-液色谱分析中的固定相是在化学惰性的固体颗粒表面涂上一层高沸点有机化合物的液膜。 组分在流动相的带动下，在

15、液膜上进行反复多次的溶解、挥发过程。 由于各组分的性质不同，溶解性的差异，使各组分在柱中滞留时间不同，从而实现分离。,2018/9/19,26,相比,分配过程：物质在固定相和流动相（气相）之间发生的吸附、脱附和溶解、挥发的过程。 分配系数K：一定温度下，组分在两相之间分配达到平衡时的浓度比。,气相色谱分析的分离原理：不同物质在两相间具有不同的分配系数。 分配比k：容量因子、容量比在一定的温度、压力下，组分在两相之间分配达到平 衡时，它在两相间的质量比。,色谱分离的依据,2018/9/19,27,讨论： K，k 均与组分及固定相的热力学性质有关，受T、P影响。 K与 、 无关，而 k 与 、 有

16、关。 组分的分离，对给定的色谱体系，最终决定于组分在两相中的相对量，而非相对浓度。因此 k 是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数。k值大，则保留时间长；k=0，t=tM 滞留因子 ：,流动相在柱内的线速度，cms-1,组分在柱内的线速度，cms-1,可由实验测得,2018/9/19,28,基本理论试样在色谱柱中分离过程的基本理论包括两方面： 试样中各组分在两相间的分配情况。这与K及组分、固定相、流动相的结构和性质有关，各色谱峰在柱后出现的时间（保留值）反映试样中各组分在两相间的分配情况，由色谱过程的热力学因素控制。 各组分在色谱柱中的运动情况。这与各组分在固定相和流动相之间的传质阻力有关，各色谱峰的半峰宽度反映了各组分在色谱柱中的运动情况，由色谱过程的动力学因素控制。,2018/9/19,29,塔板理论（plate theory）：1952年由马丁(Martin)提出。将色谱柱比作一个精馏塔，用塔板概念来描述组分在柱内的分配行为，是一种半经验理论。 塔板理论假设： 平衡 无分子扩散 K相同 脉冲进气,