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1、第十六章气相色谱法 色谱分析法是利用物质的物理及物理化学性质的差异，将多组分混合物进行分离和测定的方 法。第一节色谱分析法的原理及分类 色谱分析法是一种物理的分离方法，其分离原理是将被分离的组分在两相间进行分布，其中 一相是具有大表面积的固定相，另一相是推动被分离的组分流过固定相的惰性流体，叫流动 相。当流动相载带被分离的组分经过固定相时，利用固定相与被分离的各组分产生的吸附或 分配作用的差别，被分离的各组分在固定相中的滞留时间不同，使不同的组分按一定的先后 顺序从固定相中被流动相洗脱出来，从而实现不同组分的分离。实现色谱分离的先决条件是必须具备（固定相）和（流动相）。固定相可以是一种固体吸附
2、 剂或为涂渍于惰性载体表面上的液态薄膜，此液膜可称作固定液。流动相可以是具有惰性的 气体、液体或超临界流体，其应与固定相和被分离的组分无特殊的相互作用。第二节气相色谱法简介气相色谱法主要用于低分子量、易挥发有机化合物的分析。一、方法特点及应用范围 气相色谱法的主要特点：是选择性高、分离效率高、灵敏度高、分析速度快。二、气相色谱流出曲线的特征被分析的样品经气相色谱分离、鉴定后，由记录仪绘出样品中各个组分的流出曲线，即色谱 图。色谱图是以组分的流出时间（t）为横坐标，以检测器对各组分的电讯号响应值（mV）为纵坐 标。色谱图上可得到一组色谱峰，每个峰代表样品中的一个组分。（一）色谱峰的位置 从进样开
3、始至每个组分流出曲线达极大值所需的时间，可作为色谱峰位置的标志，此时间称 为保留时间，用tR表示。气相色谱流出曲线图中与横坐标保持平行的直线，叫做基线，它 表示在实验条件下，纯载气流经检测器时（无组分流出时）的流出曲线。基线反映了检测器 的电噪声随时间的变化。从进样开始到惰性组分（指不被固定相吸附或溶解的空气或甲烷）从柱中流出呈现浓度极大 值的时间，称为死时间。它反映了色谱柱中未被固定相填充的柱内死体积和检测器死体积的 大小，与被测组分的性质无关。从保留时间中扣除死时间后的剩余时间，称为调整保留时间，反映了被分析的组分因与色谱 柱中固定相发生相互作用，而在色谱柱中滞留的时间，其由被测组分和固定
4、相的热力学性质 所决定，因此调整保留时间从本质上更准确的表达了被分析组分的保留特性，它已成为气相 色谱定性分析的基本参数，比保留时间更为重要。（二）色谱峰的峰高或峰面积色谱峰的峰高是指由基线至峰顶间的距离。色谱峰的峰面积，是指每个组分的流出曲线和基 线间所包含的面积，对于峰形对称的色谱峰，可看成是一个近似等腰三角形的面积，可由峰 高乘以半峰宽（即峰高一半处的峰宽）来计算：峰高或峰面积的大小和每个组分在样品中的 含量相关，因此色谱峰的峰高或峰面积是气相色谱进行定量分析的重要依据。（三）色谱蜂的宽窄 在气相色谱分析中，通常进样量很小，可以获得对称的色谱峰形（四）色谱峰间的距离 在色谱图上，两个色谱
5、峰之间的距离大，表明色谱柱对各组分的选择性好；两个色谱蜂之间 的距离小，表明色谱柱对各组分的选择性差。第三节气相色谱仪 气相色谱法的简单测定过程： 气相色谱法操作时使用气相色谱仪，被分析样品（气体或液体气化后的蒸汽）在流速保持一 定的惰性气体（称为载气或流动相）的带动下进入填充有固定相的色谱柱，在色谱柱中样品 被分离成一个个的单一组分，并以一定的先后次序从色谱柱流出，进入检测器，转变成电信 号，再经放大后，由记录器记录下来，在记录纸上得到一组曲线图（称为色谱蜂），根据色 谱峰的峰高或蜂面积就可定量测定样品中各个组分的含量。 下面就分别介绍各部分设备的构造、性能及使用方法。一、载气流速控制及测量
6、装置（一）载气及其净化 载气是气相色谱的流动相，其作用是把样品输送到色谱柱和检测器。常用的载气有 H2、N2、 Ar、He、C02和空气等，这些气体一般都由高压气瓶供给，初始压力为1015 MPa。其中H2也可以由电解水的氢气发生器供给，空气可以由压缩空气泵供给。但是不论是载气 还是检测器需要的燃气（H2）或助燃气（空气），在使用前必须经过适当的（净化），并且要稳 定的控制它们的（压力）和（流量），这些都是气相色谱仪正常工作所必需的先决条件。 在气相色谱中所用载气的纯度主要取决于（色谱柱、检测器和分析的要求）。从色谱柱的角度看，要求把载气中的水分除掉或控制在一定的含量范围，因它影响色谱柱的 活
7、性、寿命和分离效率。为了除去水分，在室湿可用吸附剂硅胶和SA分子筛净化载气。有 时为了除去载气中的烃类化合物，也可使用活性炭净化。干燥荆硅胶、分子筛以及活性炭在 使用一定时间后，其净化效果降低，需要及时（更换）或（烘干）、（再生后）重新使用。（二）载气流速的控制为了保持气相色谱分析的准确度，载气的流量要求恒定，其变化小于1%,通常使用减压阀、 稳压阀、针形阀等，来控制气流的稳定性。1减压阀关闭高压气瓶的顺序是，先将减压阀的螺旋沿逆时针方向转动至低压室全关，再用活扳手沿 顺时针方向转动高压气瓶阀至全关，此时高压室压力表指针下降。再将减压阀的螺旋沿顺时 针方向转动至低压室开，此时低压室储存的气体即
8、放空，压力表指针指向零。最后再将螺旋 C 沿逆时针方向转动旋松即可。2 稳压阀 稳压阀用以稳定载气（或燃气）的压力3针形阀 针形阀是用来调节载气流量，也有些仪器用它来控制燃气和空气的流量。4稳流阀 当用程序升温进行色谱分析时，由于色谱柱温不断升高引起色谱柱阻力不断增加，也会使载 气流量发生变化。为了在气体阻力发生变化时，也能维持载气流速的稳定，需要使用稳流阀， 来自动控制载气的稳定流速。（三）载气流速的测量 载气流速是气相色谱分析的一个重要操作条件，正确的选择载气流速，可提高色谱柱的分离 效能，缩短分析时间。由于气相色谱分析中，所用气体流速较小，常用下述3种方法测量流 速。1转子流量计 转子流
9、量计是目前色谱仪中普遍采用的流速计，其结构简单、操作方便，使用时可靠、安全。2皂膜流速计 皂膜流速计是目前用于测量气体流速的基准方法，其结构简单。皂膜流速计由一根带有气体 进口的量气管和橡皮滴头组成。使用时先向橡皮滴头中注入肥皂水，挤动橡皮滴头就有皂膜 进入量气管。当气体自流量计底部进入时，就顶着皂膜沿管壁自下而上移动，用秒表测定皂 膜移动一定体积时所需的时间，就可计算出气体的流速(mL/min)。现在许多色谱仪中还使用弹簧式压力表或数字显示压力表来指示载气进入色谱柱前的压力， 即柱前压。3.电子气路控制(EPC)系统现在许多新型气相色谱仪已不使用转子流量计，而采用电子压力传感器或电子流量传感
10、器来 准确控制和调节载气、燃气与助燃气的流量。一、进样器和气化室(一) 进样器 用气相色谱法分析气体、可挥发的液体和固体时，进入分析系统的样品用量的多少、进样时 间的长短、进样量的准确度和重复性等都对气相色谱的定性、定量工作有很大影响。进样量 过大、进样时间过长，都会使色谱峰变宽甚至变形。通常要求进样量要适当，进样速度要快， 进样方式要简便、易行。1. 气体样品进样(1) 注射器进样此法优点是使用灵活方便.缺点是进样量的重复性差(一般相对误差为 2% 5%)。(2) 气体定量管进样常用六通阀连接定量管进样，常用的六通阀有两种。 平面六通阀平面六通阀由阀座和阀盖两部分组成。阀座上有6个孔，阀盖内
11、加工有3个通 道，在固定位置下阀盖内的通道将阀座上的孔两个两个地全部联通，这些孔和阀座上的接头 相通，再外接管路，当转动阀盖时，就可达到气路切换的目的。当阀盖在位置I时，可使气 样进入定量管，即为取样位置。当阀盖转动600达位置II时，载气就将定量管中的样品带入 色谱柱，即为进样位置。 拉杆六通阀拉杆六通阀由阀体和闽杆两部分组成。2. 液体样品进样液体样品多采用微量注射器进样，液体进样后，为使其瞬间气化，必须正确选择气化温度。 一旦样品气化不良就使色谱峰前沿平坦，后沿陡峭，成“伸舌头”形，此时色谱峰也相应变 宽。3. 固体样品进样 固体样品通常用溶剂溶解后，用微量注射器进样。(二) 气化室 气
12、化室的作用，是将液体样品瞬间气化为蒸气。气化室实际上是一个加热器。正确选择液体 样品的气化温度是获得对称色谱峰形的条件之一，尤其对离沸点样品和受热易分解样品，要 求在气化温度下，样品能瞬间气化而不分解。为防止样品与气化室金属内壁接触产生吸附或 催化分解反应，应在气化室内部插入一个由硬质玻璃或石英制作的衬管，以保证气化室内壁 有足够的惰性。此外由于使用硅橡胶材料制作的进样隔垫，在气化室高温作用下.会使其含有的残留溶剂或 低聚物挥发，或使硅橡胶发生部分降解，因此它们被载气带入色谱柱就会出现来历不明的“鬼 峰”(非样品峰)而影响分析结果。正确的选择液体样品的气化温度十分重要，尤其对高沸点和易分解的样
13、品，要求在气化温度 下，样品能瞬间气化而不分解。气化温度的选择与样品的沸点、进样量和鉴定器的灵敏度有 关。气化温度并不一定要高于被分离物质的沸点，但应比柱温高50100C。三、色谱柱及柱温控制色谱柱是气相色谱法的核心部分，许多组成复杂的样品，其分离过程都是在色谱柱内进行的。 色谱柱分为两类，（填充柱）和（毛细管柱），后者又分为（空心毛细管柱）和（填充毛细管 柱）两种。目前在工业分析中应用最广的是（填充柱），但毛细管柱的应用也日益增多。通 常把色谱柱内填充的固体物质叫做固定相，其作用是把样品中的混合组分分离成单一组分。 根据色谱柱内填充固定相的不同，可把气相色谱法分为两类：（气固色谱法）和（气液
14、色谱 法）。若色谱柱内填充的是具有活性的固体吸附剂，如分子筛、氧化铝、活性炭等，则此时进行的 分析就叫做气固色谱法。若色谱柱内填充的是一种惰性固体（通常叫做载体，其无吸附性、催化性，但有较大的比表 面和一定的机械强度）其表面涂上一层高沸点有机化合物的液膜（通常叫固定液），则此时 进行的分析叫做气液色谱法。色谱柱的分离效能主要是由柱中填充的固定相所决定的。但柱温也是影响分离效果的因素之 一。四、检测器 检测器是构成气相色谱仪的关键部件。其作用是把被色谱柱分离的样品组分，根据其物理的 或化学的特性，转变成电信号（电压或电流），经放大后，由记录仪记录成色谱图。检测器 能灵敏、快速、准确、连续的反映样
15、品组分的变化，从而达到定性和定量分析的目的。气相色谱仪所用检测器的种类很多，应用最广的是热导池检测器（TCD）和氢火焰离子化检测 器（FID）。检测器分为两类：一类是（浓度型检测器），即被测定组分和载气相混合，检测器的灵敏度 和被测组分的浓度成正比。如热导池检测器就属此类。另一类是（质量型检测器），当被测 组分被载气带入检测器时，检测器的灵敏度和单位时间进入检测器中组分的质量成正比。如 氢火焰离子化检测器就属此类。五、数据处理系统第四节固定相 在气相色谱分析中，填充柱装填的固定相或毛细管柱内壁涂渍的固定相可以分为两大类，即 气固色谱固定相和气液色谱固定相，下面分别予以介绍。一、气固色谱的固定相
16、在气固色谱中，色谱柱中填充的固定相是表面有一定活性的固体吸附剂，当样品随载气不断 通过色谱柱时，由于固体吸附剂表面对样品中各组分的吸附能力不同，于是就产生反复多次 的吸附和解吸过程（吸附和解吸是可逆的），根据各组分被吸附剂吸附的难易程度，表现出 易被吸附的组分后从色谱柱流出，不易被吸附的组分先从色谱柱流出，从而达到分离的目的。 在气固色谱中，常用的固定相，即固体吸附剂为活性炭、氧化铝、硅胶、分子筛、高分子多 孔小球等。第五节检测器一、检测器的性能指标 通常把纯载气进入检测器时，色谱图上记录的图线叫做“基线”（或叫底线）。基线走的平直 说明仪器工作稳定。由于载气流量的波动、恒温箱温度的波动，载气和固定相中杂质的影响、电路测量系统的稳 定性等因素，往往造成色谱图中的基线在高灵敏度时很难走成一条直线，色谱分析中把基线
