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1、NK-TLLi,分析测试技术,NK-TLLi,现代监测分析仪器技术,色谱技术 光谱技术,NK-TLLi,NK-TLLi,气相色谱分析法 高效液相色谱分析法 离子色谱法 原子发射光谱法 原子吸收分光光度法 紫外可见分光光度法 红外吸收光谱分析法,NK-TLLi,气相色谱分析法,NK-TLLi,第一节 色谱法概述,NK-TLLi,色谱起源,色谱法的来由：色谱法是1906年俄国植物学家 Tsweet 创立的，又称色层法或层析法，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方法。,NK-TLLi,加入石油醚分层,胡萝卜素 叶黄素 叶绿素A、B,Chromatography,原理: 基于物
2、质在不同相之间具有不同的分配系数引起的分离,NK-TLLi,色谱原型装置，如图。 色谱法是一种分离技术， 试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为流动相。,NK-TLLi,色谱法,当流动相中携带的混合物流经固定相时，其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，从而按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检
3、测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础,NK-TLLi,例如，苯加氢生成环己烷的反应，由于苯和环己烷的沸点只相差0.6 oC，一般的蒸馏方法很难分离。而用填充柱气相色谱法，半米长的丁二酸乙二醇聚酯固定相填充柱上，二者可以实现很好的分离，因为他们在这种固定相上的分配系数差异较大，即使用其他的固定相，只要延长色谱柱的长度，也能够实现很好的分离。,NK-TLLi,如何理解色谱法(Gas Chromatography ) 主要有2点：一是要 有两相，二是要有差异。 两相：固定相和流动相 具体到气相色谱： 固定相就是色谱柱(column)，流动相就是气体或者
4、称为载气(carrier gas )。 差异就是指分配系数的差异。,NK-TLLi,Gas Chromatography 下面可以用一个比较粗糙的例子来帮助理解色谱法。,NK-TLLi,NK-TLLi,NK-TLLi,Gas Chromatography： 海底的通道就如同色谱柱一样，只对兴趣的人有保留作用，这样达到选择性质保留溶质的效果，而保留差别的大小决定了分离的基础。 换作另外一个通道，比如是植物类的，例如花，那么又对另外一类人又吸引力，那么在海底通道上没有差别的人群也许在这个花的通道上能够看出差别，总之，只要他们之间有差别，总能够找到这个差别把他们区分开。,NK-TLLi,2.色谱法分
5、类,NK-TLLi,a、按两相物理状态分类 流动相为气体：固定相为固体Gas solid Chromatography 固定相为液体Gas-liquid Chromatography 流动相为液体：固定相为固体Liquid-solid Chromatography 固定相为液体Liquid-liquid Chromatography 流动相为超临界流体：Supercritical Fluid Chromatography,NK-TLLi,b、按分离原理分类 吸附色谱（adsorption chromatography) 分配色谱 (partition chromatography) 离子交换色
6、谱(ion-exchange chromatography) 凝胶色谱(gel chromatography) 络合色谱(complexation chromatography) 亲和色谱(affinity chromatography),NK-TLLi,c、按色谱动力学过程分类 淋洗法(elution method) 流动相与固定相的结合比样品与固定相的结合弱 分为等度淋洗和梯度淋洗。是目前色谱方法总最普遍的方法。 置换法(displacement method) 流动相与固定相的结合比样品与固定相的结合强 前沿法(frontal method） 样品本身就是流动相，固定相上吸附或者溶解力最
7、弱的最先流出，后面的就是混合物了。,NK-TLLi,d、按固定相形式分类 平板色谱：薄层色谱，纸色谱 柱色谱：填充柱GC，高效液相色谱,NK-TLLi,NK-TLLi,NK-TLLi,液相色谱,液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。 按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。 离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同pH值的水溶液为流动相。,NK-TLLi,其他色谱方法,薄层色谱和纸色谱： 比较简单的色谱方法,凝胶色谱法: 超临界色谱: 高效毛细管电泳: 九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。,NK-TLLi,3.气相色谱法的特点,（1）分离效率高： 复
8、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： 适用于沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。 不足之处： 不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。 被分离组分的定性较为困难。,NK-TLLi,谱图基本参数,NK-TLLi,色谱图：以组分的浓度变化（信号）为纵坐标，组分流出时间为横坐标，所得曲线为色谱流出曲线； 基线 没有进样，只有流动相通过检测器时所得到的响应讯号，稳定的基线应该是一条水平直线 峰高 色
9、谱峰顶点与基线之间的垂直距离 h,NK-TLLi,保留时间 retention time（tR）： 试样（某一组分）从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间为试样中某一组分的保留时间 保留体积retention volume（VR）：从注射样品到色谱峰值出现时，通过色谱系统的流动相的体积。一般可以用保留时间乘流动相线速度得到,NK-TLLi,死时间 dead time（tM）：不被固定相吸附或保留的样品，从进样到出峰所需的时间。 调整保留时间 adjusted retention time（tR）：保留时间减去死时间等于调整保留时间。,NK-TLLi,色谱峰底宽W ：由色谱峰的两边拐点做切线
10、，与基线交点的距离。 半峰高宽度W ：色谱峰高一半处的峰宽。也称为色谱峰半高宽度。,NK-TLLi,色谱峰所能提供的重要信息 What can one get from the chromatogram,1 样品中所含组分的最少个数 2 保留值-定性分析 3 色谱峰面积（或峰高）-定量分析 4 色谱峰的保留值和区域宽度-评价色谱柱的分离效能 5 根据相邻色谱峰之间的距离来选择合适的色谱分离条件,NK-TLLi,二、气相色谱分离过程,气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 填充柱色谱: 气固色谱和气液色谱，两者的分离机理不同。 气固色谱的固定相: 多孔性的固体吸附剂颗粒。 固体吸附剂对试样中各组分
11、的吸附能力的不同。 气液色谱的固定相: 由 担体和固定液所组成。 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。 气固色谱的分离机理: 吸附与脱附的不断重复过程； 气液色谱的分离机理： 气液两相间的反复多次分配过程。,NK-TLLi,气相色谱分离过程,当试样由载气携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。,NK-TLLi,NK-TLLi,分配系数 K,组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程
12、叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数，用K 表示，即：,NK-TLLi,分配系数 K的讨论,一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢； 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； 选择适宜的固定相可改善分离效果； 试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础； 某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。,NK-TLLi,NK-TLLi,气相色谱仪,NK-TLLi,6890气相色谱仪内部结构,NK-TLLi,仪器装置,NK-TLLi,气相色谱流程,1-载气钢瓶；2-减压阀； 3-净化干燥管；4
13、-针形阀；5-流量计;6-压力表；9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；,1. 载气系统：包括气源、净化干燥管和载气流速控制; 2. 进样系统：进样器及气化室； 3. 色谱柱：填充柱（填充固定相）或毛细管柱（内壁涂有固定液）； 4. 检测器：可连接各种检测器，以热导检测器或氢火焰检测器最为常见； 5. 记录系统：放大器、记录仪或数据处理仪； 6. 温度控制系统：柱室、气化室的温度控制。,NK-TLLi,载气系统： 气源 高压钢瓶 气体发生器 净化干燥管 气路控制系统 控制阀 电子气路控制（即EFC或EPC）,NK-TLLi,常用的载气有：氢气、氮气、氦气；99.999%
14、 净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；单个浓度不能超过1-2mg/L 载气流速控制：压力表(4MPa)、流量计(1-3mL/min)、针形稳压阀，控制载气流速恒定。,NK-TLLi,进样系统： 进样口（气化室） 手动进样 自动进样,NK-TLLi,液体进样器：,不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。,气化室：将液体试样瞬间气化的装置。,NK-TLLi,进样口,NK-TLLi,色谱柱（分离柱）系统 色谱柱： 填充柱和毛细管柱 柱温箱 温度程序
15、实现的基础,NK-TLLi,色谱仪的核心部件。 柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。 填充柱柱填料：粒度为60-80或80-100目的色谱固定相。 气-固色谱：固体吸附剂 气-液色谱：担体+固定液 柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大，流速慢或将 柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。,色谱柱,NK-TLLi,毛细管柱,填充柱,NK-TLLi,填充柱与毛细管柱的比较,NK-TLLi,NK-TLLi,毛细管柱的优点：毛细管内没有固体填料，气阻比填充柱小的多，可以采用较长的柱管和较小的内径，以及较高的载气流速，既没有涡流扩散，又减小了纵向扩散造成的谱带展宽。较薄的液
16、膜又在一定程度上抵消了由于载气流速增大引起的传质阻力增大。,NK-TLLi,缺点：柱容量小，进样量小，对进样技术要求更高。 载气流速的控制要求更加精确。 对检测器的灵敏度要求更高。,NK-TLLi,检测系统,色谱仪的眼睛，通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成； 被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图； 检测器：广普型对所有物质均有响应； 专属型对特定物质有高灵敏响应；,NK-TLLi,火焰离子化检测器FID：flame ionization detector 热导检测器TCD：thermal conductivity detector 电子俘获检测器ECD：electron capture detector 氮磷检测器NPD：nitrogen phosphor detector 火焰光度检测器FPD：flame photometric detector 质谱检测器MSD：mass spectrometry detector,NK-TLLi,NK
