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1、气相色谱分析气相色谱分析 讲义讲义沈阳华光精密仪器有限公司沈阳华光精密仪器有限公司 第一章第一章 色谱分析导论色谱分析导论1.1 1.1 概述概述 色谱法也叫层析法，它是一种高效能的色谱法也叫层析法，它是一种高效能的物理分离技术，将它用于分析化学并配合物理分离技术，将它用于分析化学并配合适当的检测手段，就成为色谱分析法。由适当的检测手段，就成为色谱分析法。由俄国植物学家茨维特（俄国植物学家茨维特（TsweettTsweett）创立）创立.色谱法的最早应用是用于分离植物色谱法的最早应用是用于分离植物色素色素.1903年，茨维特做了一个植物色年，茨维特做了一个植物色素分离实验：素分离实验：在一玻璃
2、管中放入碳酸在一玻璃管中放入碳酸钙，将含有植物色素（植物叶的提取钙，将含有植物色素（植物叶的提取液）的石油醚倒入管中。液）的石油醚倒入管中。此时，玻璃此时，玻璃管的上端立即出现几种颜色的混合谱管的上端立即出现几种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚冲洗，随着石油带。然后用纯石油醚冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断地向下移动，并醚的加入，谱带不断地向下移动，并逐渐分开成几个不同颜色的谱带，继逐渐分开成几个不同颜色的谱带，继续冲洗就可分别接得各种颜色的色素，续冲洗就可分别接得各种颜色的色素，并可分别进行鉴定。色谱法也由此而并可分别进行鉴定。色谱法也由此而得名。得名。在茨维特提出色谱概念后的在茨维特提出色谱
3、概念后的2020多年里没有人关注这一伟大的发明，直到多年里没有人关注这一伟大的发明，直到19311931年德年德国的国的KuhnKuhn和和LedererLederer才重复了茨维特的某些实验，用氧化铝和碳酸钙分离了才重复了茨维特的某些实验，用氧化铝和碳酸钙分离了-，-，和和-，胡萝卜素，此后用这种方法分离了，胡萝卜素，此后用这种方法分离了6060多种这类色素。多种这类色素。MartinMartin和和SyngeSynge在在19401940年年提出液液分配色谱法提出液液分配色谱法(Lipuid-Lipuid Partition Chromatography),(Lipuid-Lipuid P
4、artition Chromatography),即固定相是吸附即固定相是吸附在硅胶上的水，流动相是某种有机溶剂，在硅胶上的水，流动相是某种有机溶剂，19411941年年MartinMartin和和SyngeSynge提出用气体代替液体作提出用气体代替液体作流动相的可能性，流动相的可能性，1111年之后年之后JamesJames和和MartinMartin发表了从理论到实践比较完整的气液色谱方发表了从理论到实践比较完整的气液色谱方法（法（GesLipuid ChromatographyGesLipuid Chromatography）因而获得了）因而获得了19521952年的诺贝尔化学奖。年的
5、诺贝尔化学奖。在此基础上在此基础上19571957年年GolayGolay开创了开管柱气相色谱法（开创了开管柱气相色谱法（Open-Tubular Column ChromatographyOpen-Tubular Column Chromatography）习惯）习惯上称为毛细管柱气相色谱法上称为毛细管柱气相色谱法(Capillary Column Chromatography)(Capillary Column Chromatography)。19561956年年 Van Van DeemterDeemter等在前人研究的基础上发展了描述色谱过程的速率理论等在前人研究的基础上发展了描述色谱
6、过程的速率理论，19651965年年GiddingsGiddings总结总结和扩展了前人的色谱理论，为色谱的发展奠定了理论基础，另一方面早在和扩展了前人的色谱理论，为色谱的发展奠定了理论基础，另一方面早在1944 1944 ConsdenConsden等就发展了纸色谱，等就发展了纸色谱，19491949年年MeclleanMecllean等在氧化铝中加入淀粉粘合剂制作薄层板等在氧化铝中加入淀粉粘合剂制作薄层板使薄层色谱法，（使薄层色谱法，（TLCTLC）得以实际应用，而在）得以实际应用，而在19561956年年StahlStahl开发出薄层色谱板涂布器之开发出薄层色谱板涂布器之后，才使后，才使
7、TLCTLC得到广泛地应用，得到广泛地应用，在在6060年代末把高压泵和化学键合固定相用于液相色谱，年代末把高压泵和化学键合固定相用于液相色谱，出现了高效液相色谱，（出现了高效液相色谱，（HPLCHPLC），），8080年代初毛细管超临界流体色谱（年代初毛细管超临界流体色谱（SFCSFC）得到发展，）得到发展，但在但在9090年代后才得到较广泛的应用，而在年代后才得到较广泛的应用，而在8080年代初由年代初由JorgensonJorgenson等集前人经验而发展起等集前人经验而发展起来的毛细管电泳，（来的毛细管电泳，（CZECZE），在），在9090年代得到广泛的发展和应用，同时集年代得到广泛
8、的发展和应用，同时集HPLCHPLC和和CZECZE优点优点的毛细管电色谱在的毛细管电色谱在9090年代后期受到重视，到年代后期受到重视，到2121世纪色谱科学已经在生命科学等前沿科世纪色谱科学已经在生命科学等前沿科学领域发挥它不可代替的重要作用。学领域发挥它不可代替的重要作用。一、色谱分离基本原理：一、色谱分离基本原理：在色谱法中存在两相，一相是固定不动的，我们把它叫做固定相；另一相在色谱法中存在两相，一相是固定不动的，我们把它叫做固定相；另一相则不断流过固定相，我们把它叫做流动相。则不断流过固定相，我们把它叫做流动相。色谱法的分离原理就是利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附色谱法的
9、分离原理就是利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行分离的。能力等亲和能力的不同来进行分离的。使用外力使含有样品的流动相（气体、液体）通过一固定于柱中或平板上、使用外力使含有样品的流动相（气体、液体）通过一固定于柱中或平板上、与流动相互不相溶的固定相表面。当流动相中携带的混合物流经固定相时，与流动相互不相溶的固定相表面。当流动相中携带的混合物流经固定相时，混合物中的各组分与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结混合物中的各组分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，随着流动相的构上的差异，与
10、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先后流出。与适当的柱后检测方法的时间不同，从而按一定次序由固定相中先后流出。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。结合，实现混合物中各组分的分离与检测。二、色谱分类方法：二、色谱分类方法：色色谱谱分分析析法法有有很很多多种种类类，从从不不同同的的角角度度出出发发可可以以有有不同的分类方法。不同的分类方法。（一）从两相的状态分类：（一）从两相的状态分类：色谱法
11、中，流动相可以是气体，也可以是液体，由此可分为色谱法中，流动相可以是气体，也可以是液体，由此可分为气相气相色谱法（色谱法（GC）和液相色谱法（和液相色谱法（LC）。固定相既可以是固体，也可固定相既可以是固体，也可以是涂在固体上的液体，由此又可将气相色谱法和液相色谱法分为以是涂在固体上的液体，由此又可将气相色谱法和液相色谱法分为气气-液色谱、气液色谱、气-固色谱、液固色谱、液-液色谱、液液色谱、液-固色谱。固色谱。(二二)按固定相的形式分类：按固定相的形式分类：按固定相的形式可分为：按固定相的形式可分为：柱柱 色色 谱谱：固定相装在色谱柱中；：固定相装在色谱柱中；纸纸 色色 谱谱：利用滤纸作载体
12、，吸附在纸上的水作固定相；：利用滤纸作载体，吸附在纸上的水作固定相；薄层色谱薄层色谱：将固体吸附剂在玻璃板或塑料板上制成薄层作固定相：将固体吸附剂在玻璃板或塑料板上制成薄层作固定相（三）按分离原理分类：（三）按分离原理分类：可分为：可分为：吸附色谱法吸附色谱法：利用吸附剂（固定相一般是固体）表面对不：利用吸附剂（固定相一般是固体）表面对不同组分吸附能力的差别进行分离的方法；同组分吸附能力的差别进行分离的方法；分配色谱法分配色谱法：利用不同组分在两相间的分配系数的差别进：利用不同组分在两相间的分配系数的差别进行分离的方法。行分离的方法。离子交换色谱离子交换色谱：利用溶液中不同离子与离子交换剂间的
13、交：利用溶液中不同离子与离子交换剂间的交换能力的不同而进行分离的方法。换能力的不同而进行分离的方法。空间排斥（阻）色谱法空间排斥（阻）色谱法：利用多孔性物质对不同大小的分：利用多孔性物质对不同大小的分子的排阻作用进行分离的方法。子的排阻作用进行分离的方法。从载气带着组分进入色谱柱起就用检测器检从载气带着组分进入色谱柱起就用检测器检测流出柱后的气体，并用记录器记录信号随时间测流出柱后的气体，并用记录器记录信号随时间变化的曲线，此曲线就叫色谱流出曲线，当待测变化的曲线，此曲线就叫色谱流出曲线，当待测组分流出色谱柱时，检测器就可检测到其组分的组分流出色谱柱时，检测器就可检测到其组分的浓度，在流出曲线
14、上表现为峰状，叫色谱峰。浓度，在流出曲线上表现为峰状，叫色谱峰。色谱图色谱图:试样中各组分经色谱柱分离后试样中各组分经色谱柱分离后,在柱在柱的末端收集各组分的末端收集各组分,经检测器转换为电信号经检测器转换为电信号,用纪用纪录仪将各组分浓度记录下来录仪将各组分浓度记录下来,得到色谱图。得到色谱图。1.2 1.2 色谱流出曲线（色谱图）及有关术语色谱流出曲线（色谱图）及有关术语如图所示为一色谱流出曲线：如图所示为一色谱流出曲线：色谱流出曲线的意义：色谱流出曲线的意义：色谱峰数色谱峰数-样品中单组份的最样品中单组份的最少个数；少个数；色谱保留值色谱保留值定性依据；定性依据；色谱峰高或面积色谱峰高或
15、面积定量依据；定量依据；色谱保留值或区域宽度色谱保留值或区域宽度色谱色谱柱分离效能评价指标；柱分离效能评价指标；色谱峰间距色谱峰间距固定相或流动相固定相或流动相选择是否合适的依据选择是否合适的依据色谱术语色谱术语1 1）基线：）基线：在实验条件下，色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线称为在实验条件下，色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线称为基线。基线在稳定的条件下应是一条水平的直线。它的平直与否可反应出实基线。基线在稳定的条件下应是一条水平的直线。它的平直与否可反应出实验条件的稳定情况。验条件的稳定情况。2 2）峰峰高高（h h）和和峰峰面面积积 ：色色谱谱峰峰顶顶点点与与基基线线
16、的的距距离离叫叫峰峰高高。色色谱谱峰峰与与峰峰底底基基线线所围成区域的面积叫峰面积。所围成区域的面积叫峰面积。3 3）保留值）保留值 a.a.死死时时间间(t(t0 0)：不不与与固固定定相相作作用用的的物物质质从从进进样样到到出出现现峰峰极极大大值值时时的的时时间间，它它与与色色谱谱柱柱的的空空隙隙体体积积成成正正比比。由由于于该该物物质质不不与与固固定定相相作作用用，因因此此，其其流流速速与与流动相的流速相近。据流动相的流速相近。据 t t0 0 可求出流动相平均流速可求出流动相平均流速b.b.保留时间保留时间trtr：试样从进样到出现峰极大值时的时间。试样从进样到出现峰极大值时的时间。它包括组份随流动相通过柱子的时间它包括组份随流动相通过柱子的时间t0t0和组份在固定相中和组份在固定相中滞留的时间。滞留的时间。c.c.调整保留时间调整保留时间tr tr：某组份的保留时间扣除死时间后某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间，它是组份在固定相中的滞留时间。即的保留时间，它是组份在固定相中的滞留时间。即 由于保留时间为色谱定性依据。但同一组份的保留时间与由于保留时间为色谱定性依据。但同一
