《仪器分析第八章-气相色谱分析法、液相和离子色谱课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仪器分析第八章-气相色谱分析法、液相和离子色谱课件（146页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院第八章第八章 气相色谱法气相色谱法School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院第一节第一节 概述概述 气相色谱法气相色谱法：以气体为流动相的柱色谱分离技术。以气体为流动相的柱色谱分离技术。 一、一、GC分类分类 1. 按固定相分：气固色谱、气液色谱按固定相分：气固色谱、气液色谱 2. 按分离原理分：吸附色谱、分配色谱按分离原理分：吸附色谱、分配色谱 3. 按柱子粗细分：填充柱色谱、毛细管柱色谱按柱子粗细分：填
2、充柱色谱、毛细管柱色谱School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院二、气相色谱仪的组成二、气相色谱仪的组成 载气载气载气载气减压减压减压减压净化净化净化净化稳压稳压稳压稳压 色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱检测器检测器检测器检测器记录仪记录仪记录仪记录仪 进样进样进样进样载气系统载气系统进样系统进样系统分离系统分离系统检测系统检测系统记录系统记录系统School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院三、气相色谱法的特点和应用三、气相色谱法的特点和应用占有机物占有机物
3、20% 适于分析气体、易挥发的液体及固体适于分析气体、易挥发的液体及固体 不适合分析不易气化或不稳定性物质不适合分析不易气化或不稳定性物质 样品的衍生化使应用范围进一步扩大样品的衍生化使应用范围进一步扩大School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院第二节第二节 气相色谱法的基本原理气相色谱法的基本原理一、基本概念一、基本概念二、塔板理论（平衡理论）二、塔板理论（平衡理论）三、速率理论三、速率理论热力学理论：塔板理论热力学理论：塔板理论平衡理论平衡理论 基础基础动力学理论：速率理论动力学理论：速率理论Vander方程方程 理
4、论基础理论基础School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院1色谱峰的区域宽度：色谱柱效参数色谱峰的区域宽度：色谱柱效参数峰宽峰宽W：正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交 的截距的截距标准差标准差：正态分布色谱曲线两拐点距离的一半正态分布色谱曲线两拐点距离的一半 对应对应0.607h处峰宽的一半处峰宽的一半注：注：小，峰小，峰窄，柱效窄，柱效高高半峰宽半峰宽W1/2：峰高一半处所对应的峰宽峰高一半处所对应的峰宽 注：除了用于衡量柱效，还可以计算峰面积注：除了用于衡量柱效，还可以计算峰面积S
5、chool of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院2 2流出曲线图流出曲线图School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院二、塔板理论二、塔板理论 色谱柱每个色谱柱每个H高度内有一块塔板高度内有一块塔板, 共有若干块塔板共有若干块塔板 组分组分, 在每块塔板两相间分配达平衡，在每块塔板两相间分配达平衡，K小的先出柱小的先出柱多次分配平衡，多次分配平
6、衡，K有微小差异组分仍可获较好分离有微小差异组分仍可获较好分离（一）塔板理论四个基本假设（一）塔板理论四个基本假设（二）色谱峰的二项式分布（二）色谱峰的二项式分布 （三）色谱峰的正态分布（三）色谱峰的正态分布 （四）理论板数和理论塔板高度的计算（四）理论板数和理论塔板高度的计算假想：假想：School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院（一）塔板理论的四个基本假设（一）塔板理论的四个基本假设1在柱内一小段高度内组分分配瞬间达平衡在柱内一小段高度内组分分配瞬间达平衡 （H理论塔板高度）理论塔板高度）2载气非连续而是间歇式（脉动式
7、）进入色谱柱，载气非连续而是间歇式（脉动式）进入色谱柱， 每次进气一个塔板体积每次进气一个塔板体积3样品和载气均加在第样品和载气均加在第0号塔板上，且忽略样品号塔板上，且忽略样品 沿柱方向的纵向扩散沿柱方向的纵向扩散4分配系数在各塔板上是常数分配系数在各塔板上是常数School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院（二）色谱峰的二项式分布（二）色谱峰的二项式分布 （N 较少）较少）逆流分布逆流分布 萃取法萃取法利用物质在互不相溶两相中溶解度的不同利用物质在互不相溶两相中溶解度的不同School of Chemical Engin
8、eering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院（三）色谱峰的正态分布（三）色谱峰的正态分布（N50次）次）近似对称分布近似对称分布讨论：讨论： School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院（四）理论板数和理论塔板高度的计算（四）理论板数和理论塔板高度的计算 理理论论塔塔板板
9、高高度度H为为使使组组分分在在柱柱内内两两相相间间达达到到 一次分配平衡所需要的柱长。一次分配平衡所需要的柱长。理理论论塔塔板板数数N组组分分流流过过色色谱谱柱柱时时，在在两两相相间间 进行平衡分配的总次数。进行平衡分配的总次数。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院小结小结1塔塔板板理理
10、论论的的贡贡献献：从从热热力力学学角角度度解解释释了了色色谱谱流流出出曲曲线线的的形形状状和和浓浓度度极极大大点点的的位位置置，阐阐明明了了保保留留值值与与K的的关系，提出了评价柱效高低的关系，提出了评价柱效高低的n和和H的计算式。的计算式。在比较相似柱的柱效时有用；在比较相似柱的柱效时有用；须在给定条件，指定组分测定时才有意义。须在给定条件，指定组分测定时才有意义。2 School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院例例:在在柱柱长长为为2m的的5%的的阿阿皮皮松松柱柱、柱柱温温为为1000C，记记录录纸纸速速度度为为2.0
11、cm/min的的色色谱谱条条件件下下，测测定定苯苯的的保保留留时时间间为为1.5min，半峰宽为半峰宽为0.20cm，求理论塔板数。求理论塔板数。解：解：School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院三、速率理论三、速率理论 （一）塔板理论优缺点（一）塔板理论优缺点（二）（二）Van Deemteer 方程式方程式School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院（一）塔板理论优缺点（一）塔板理论优缺点成功处：成功处：解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大值对应的
12、解释了色谱流出曲线的形状和浓度极大值对应的tR 阐明了保留值与阐明了保留值与K的关系的关系评价柱效（评价柱效（n，）存在问题存在问题:1）做出了四个与实际不相符的假设）做出了四个与实际不相符的假设 忽略了组分在两相中传质和扩散的动力学过程忽略了组分在两相中传质和扩散的动力学过程2）只定性给出塔板高度的概念，却无法解释板高的）只定性给出塔板高度的概念，却无法解释板高的 影响因素影响因素3）排除了一个重要参数）排除了一个重要参数流动相的线速度流动相的线速度u， 因而无法解释柱效与流速关系因而无法解释柱效与流速关系 更无法提出降低板高的途径更无法提出降低板高的途径School of Chemical
13、 Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院（二）（二）Van Deemteer 方程式方程式吸收了塔板理论的有效成果吸收了塔板理论的有效成果H，并从动力学角度较好地解释了影响柱效的因素并从动力学角度较好地解释了影响柱效的因素涡流扩散项涡流扩散项纵向扩散项纵向扩散项传质阻抗项传质阻抗项School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院流速与柱效的关系流速与柱效的关系School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院第三节第三节
14、气相色谱柱气相色谱柱色谱柱组成色谱柱组成 一、气液分配色谱柱一、气液分配色谱柱二、气固吸附色谱柱二、气固吸附色谱柱柱管柱管 填充剂填充剂填充柱：填充柱：24米柱长，米柱长，26mm内径内径毛细管柱：几十米毛细管柱：几十米几百米柱长几百米柱长 0.10.5mm内径内径固体吸附剂固体吸附剂气气-固吸附色谱柱固吸附色谱柱载体载体+固定液固定液气气-液分配色谱柱液分配色谱柱School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院一、气一、气- -液分配色谱柱液分配色谱柱固定相：载体固定相：载体+ +固定液固定液（一）载体（一）载体（二）固定液
15、（二）固定液School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院（一）载体（一）载体1 1作用：承载固定液的作用作用：承载固定液的作用2 2要求：要求： 比表面积大（多涂渍固定液）比表面积大（多涂渍固定液） 无吸附性（不吸附被测组分）无吸附性（不吸附被测组分） 化学惰性（不与固定液发生化学反应）化学惰性（不与固定液发生化学反应） 热稳定性好热稳定性好 一定的机械强度一定的机械强度School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院3分类：分类：（1）硅藻土类：具有一定
16、粒度的多孔性固体微粒）硅藻土类：具有一定粒度的多孔性固体微粒 红色：吸附力强，与非极性物质配伍红色：吸附力强，与非极性物质配伍 白色：吸附力弱，与极性物质配伍白色：吸附力弱，与极性物质配伍（2）非硅藻土类：玻璃微球，石英微球，）非硅藻土类：玻璃微球，石英微球， 氟塑载体，含氟化合物氟塑载体，含氟化合物4 4载体的处理方法载体的处理方法钝化，减弱吸附性钝化，减弱吸附性 酸洗：用于分析酸类和酯类酸洗：用于分析酸类和酯类 碱洗：用于分析胺类等碱性化合物碱洗：用于分析胺类等碱性化合物 硅烷化：用于具有形成氢键能力的较强的化合物硅烷化：用于具有形成氢键能力的较强的化合物 表面釉化表面釉化School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工业大学合肥工业大学 化工学院化工学院（二）固定液（二）固定液1要求：要求：（1）操作柱温下固定液呈液态（易于形成均匀液膜）操作柱温下固定液呈液态（易于形成均匀液膜）（2）操作条件下固定液热稳定性和化学稳定性好）操作条件下固定液热稳定性和化学稳定性好（3）固定液的蒸气压要低（柱寿命长，检测本底低）固定液的蒸气压要低（柱寿命长，检测本底低
