《现代气相色谱实践》第一章第一讲

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1、今天我来给大家讲现代气相色谱实践这本书的第一课。我首先来讲讲我为什么要写这本书。我写这本书的原因，是因为长期以来，我感到虽然在我们国内已经有不少有关气相色谱 方面的书，但总的来看，写的书中包罗万象的、泛泛的较多，而写实用技术内容的较少；写 得神秘玄乎的较多；写得浅显易懂的较少；写成走马观花，点到为止的较多，写得精深、能 灌入脑子的内容较少。因此，我的目的是要把气相色谱技术写得不神秘，不玄乎，浅显易懂， 让大家看了书后能在实际工作中能用上；我不准备包罗万象地写，因为世界上任何一种技术， 一种现象，您不可能都做到包罗万象的，写书的人应该把已经有过并且真正有实用意义的东 西写出来，而不应该把那些拍脑

2、袋想像而未证实的或还没有付诸实现的似是而非的东西灌输 给读者， 如果自己还未搞很清楚，还不知道它是否是真正的科学，以后是否真有实用意义 的东西，应该是不敢写出来让人看让人学的，所以对于这样的东西我想还是不写为好，以免 误人子弟。我是按这样的想法去写这本书的，但是否真达到了上面所说的目的，我还不敢说很成功， 这是因为看书的各位有各自的内涵和学识的差异，以及不同的思维方式和逻辑深度，所以仍 然可能会有不同的理解，这就是我写不到的地方，也就是今天我想为大家讲几节课的原因， 目的是让大家能更接近于理解书中的一些要点。在对这本书讲课前我要向大家声明一点的是，我这个讲课是为了帮助您更好地去理解书 中的内容

3、，并且引发您对这本书有点兴趣，因此凡是书中已经写得非常详细和明白的内容我 就不会再去重复一遍，否则我等于在这里再重写这本书了，有必要吗！所以您要看我讲这个课，您最好在用QQ看我发出来的字的同时，把我写的书打开，今 天讲第一章，就把书的第一章打开，否则您就会搞不清我讲到了哪儿。我们先从第一章开始。请您打开第一章的第一页，最先看到有一段文字是“气相色谱法是一种物理的分离分析方法，它可以分离、鉴定和定量测定沸点从-250 C 直到500 C左右的挥发性稳定化合物。它包含了许多其它分析测试手段难以比拟的优点： 快速、灵敏、操作简便，用样品量少而能得到精确的结果；特别是能够分离分析异构体、同 位素以及官

4、能团相同的同系物，在此技术出现以前，对这些物质的分离分析是极其困难的， 甚至是无能为力的。”这段文字是概括性地告诉您气相色谱法用的是什么方法，这种技术可以做些什么，所以 大家应该牢记，背住它。虽然这段文字很短很容易背住，但您完全理解了这段话吗？我相信大多数朋友是理解 了，但也许有个别的朋友还未完全理解，因为这里涉及到几个名词，例如挥发性、稳定是什 么意思？精确的结果究竟指怎样的精确？异构体、同位素是指什么？官能团是什么？同系物 又是指那些东西？其实大家在大学里都学过，也许好久不见这几个词，于是都忘了，所以今 天我需要在这里替大家回忆一遍。 挥发性：挥发是指物质在温度超过其冰点的情况下，由于液体

5、内的分子运动而导致 其分子从液体表既然挥发会增大空间内的蒸气压，因此当空间内的蒸气压大到一定程度时， 就会使得液体表面的分子再难以进入空间。所以我们可以想像：空间内的蒸气压越大，物质 的蒸发就越难进行，也就是挥发性会因此而减小，同时物质分子就会开始从空间返回液体内， 开始一种平衡。一个密闭的空间会在一定温度下很快达到这种平衡。既然挥发会增大空间内的蒸气压，因此当空间内的蒸气压大到一定程度时，就会使得液 体表面的分子再难以进入空间。所以我们可以想像：空间内的蒸气压越大，物质的蒸发就越 难进行，也就是挥发性会因此而减小，同时物质分子就会开始从空间返回液体内，开始一种 平衡。一个密闭的空间会在一定温

6、度下很快达到这种平衡。 稳定：这里的稳定是指化学性质的稳定。所谓化学性质的稳定就是一种物质在某个 温度范围内不会与其它物质发生化学反应而改变自身的性质。 精确：这是统计学中指数值精密而准确的意思。数值精密是指数值会保持在某个狭 小的范围内；而数值准确是指数值会与它的真值相接近。真值即真正的数值，但真值实际上 是不可能知道的，我们只能通过某些方法找到接近真值的数值，而不可能找到真正的真值。 例如我们说某种产品的纯度是95.98 %，这只是说明这个数值是在95.996.0 %之间，但它 究竟是 95.9 %多少我们是不可能知道的，因为这里面还存在着误差，误差越小，数值就越 接近真值，误差越大，数值

7、就越远离真值。可能您会说，您前面不是已经说这个产品的纯度是95.98%吗，这已经比95.996.0 % 要精确了，我可以告诉您，这个小数点后面第二位上的 8 这个数字是不可靠的非有效数字， 而有效数字是 95.996.0 %，没有这个8的，因为这个8仅仅是计算公式算出的数字，并 非真正的数字。 异构体：这是同分异构体的简称。所谓“同分异构体”是指有同样分子量但分子结 构不同的物质。在有机化合物中这种情况较多，虽然这些异构体有同样的分子和分子量，但 由于它们的分子结构的差异，就导致了它们具有不同的化学性质，因此这些异构体物质会有 不同的化学名称和特性。例如：乙苯与对二甲苯、间二甲苯和邻二甲苯这四

8、个物质就是同分异构体，它们包含的 原子数目和分子量都是相同的，但由于它们的分子结构的差异，它们的化学性质、沸点和化 学稳定性方面都有些差异。 同位素：指不同原子量的同种元素。虽然同位素都属于同种元素，并且由于它们的 最外层电子轨道上有同样数目的电子，因此有同样的化学性质，但由于它们的原子内核中含 有不同数目的中子，因此同种元素的不同同位素有它们不同的物理性质。例如氢元素就有三 种同位素，在原子内核中不含有中子的氢就是我们普通用到的氢气；在原子内核中含有一个 中子的氢元素我们称它为氘，是一种具有放射性的物质；在原子内核中含有两个中子的氢元 素我们称它为氚，它具有比氘更强的放射性。氘和氚与氧都能化

9、合成水，但这种水也是具有 放射性的，我们称它们为重水和超重水。 官能团：也称为基团。所谓的官能团就是指在化合物分子中能导致与其它物质发生 化学反应的分子部分，这个分子部分中所包含的所有原子在它们的共同作用下，在某种特定 的外部环境和条件下它们将会与某些其它化合物或元素的原子发生化学反应。我们称这个分 子部分为分子的官能团。例如无机物中的氢离子、氢氧根离子、氯离子、硫酸根离子、硝酸 根离子、氨离子等，有机物中的甲基、次甲基、羟基、羧基、醛基、醚基、硝基、胺基、苯 环、环烷基、异氰酸基、氯代甲酸基等。 同系物：由同几种官能团组合生成的一系列化合物被称为同系物。同系物具有相同 的化学性质，它们的差别

10、只是化学性质的强弱之分，而不是性质之分。例如直链醇类就是典 型的同系物，其中包括甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇等，它们的分子内除 甲醇外都包含有甲基、次甲基和羟基，直链醇类的化学性质是由羟基决定的，而化学性质的 强弱是由甲基和次甲基决定的。直链醇类的羟基决定了直链醇可以与酸反应生成酯，而直链 醇类的甲基决定了醇会有较强的氢键力，因为甲基可以为醇分子中的电负性氧原子提供电子 以满足其外层电子轨道对电子的需求，所以甲基才能与电负性氧原子结合到一起成为醇，同 时生成的醇分子的两端也就具有了电性，这种电性大小我们可以用偶极矩的数值来衡量它。 而当醇分子中含有次甲基时，次甲基也可以提供电子，

11、因此醇分子中含有的次甲基越多时， 越容易满足醇分子中电负性原子的对电子的需求，从而减弱了偶极矩，同时也就减弱了a- 氢原子的氢键力的极性引力。从甲醇的零个次甲基到高碳烷醇的多个次甲基，就形成了直链 醇的一系列直链醇的同系物，我们也就看到了甲醇具有最大的氢键力，从而在气相色谱中它 有最强烈的峰拖尾；而随着次甲基的增多，导致氢键力的减弱，从乙醇开始到高碳直链醇， 它们的氢键力逐渐减弱，以致于醇的碳数越大它们的拖尾越减轻，十二碳数以上的高碳醇几 乎能像烷烃那样给出非常对称的峰。于是，类似的有机化合物如各种芳烃，各种烯烃、炔烃、醛、酮、酸、酚、酯、胺、肼 脲、硝基物、氨基物等，都可以有它们自己类别的同

12、系物。以上这些无机化学和有机化学的知识是我们搞气相色谱搞各种分析的人员所决不能忘 记的，否则您将无法去理解或研究样品或固定液的性质以及在气相色谱法中出现的各种现 象，也就无法考虑定性和定量方面出现的各种问题。所以希望大家一定要牢记这些知识。气相色谱法与以前的化学分析不同的是它是一种物理的方法。大家知道，所谓的分析， 就是分离与剖析。我们搞化工生产，是一种化合，合成，把原子组合到一起，或者把不同分 子再反应生成新的分子；而分析是把分子拆散成原子或者更小的基团（或者叫做根或离子， 像酸根、金属离子等。），然后还要分离，如过滤、干燥、称重，这些操作都是属于分离方面 的技术。过去人们所用的分析方法，其

13、技术的原理大多是化学的，如加入一种试剂使与样品 产生沉淀、滴定使样品与标准溶液反应等，这些化学反应都需要在水溶液中进行和完成，只 有在分离时才用到些物理的办法，如过滤和干燥等，所以我们称它们为湿式分析；但在气相 色谱法中，我们只需要把样品加热气化，然后用气体推动这些样品的蒸气移动，样品中的包 含的各种成分自己在色谱柱中就分开了，一点儿化学反应都没有，也完全不需要在水溶液中 进行。所以我们说气相色谱法是一种干式分析而不是湿式分析，它不需要化学反应，只是单 纯的物理分离，因此完全保存了样品中各种组分的原来形象和性质。可能您会说样品组分由载气带到火焰电离检测器中不是被烧掉了吗？是的，但这是使用 了不

14、同检测器的缘故，如果您换个热导检测器或电子捕获检测器，您仍然可以在这些检测器 的出口去设法收集各个已经分离成高纯度的样品组分，所以说就样品分离而言，它是无须化 学反应过程的。那么气相色谱法从技术上来说它可以干什么用呢？诺。它可以分离、鉴定和定量测定沸点从-250C到500C间的挥发性稳定化合物。也就 是说在这个750C范围内，只要样品有点儿挥发性，并且是稳定的，它们都可以用气相色谱 法进行分析；但如果您想分析的样品的沸点太高了，超过了 500C,或者它是不稳定的物质， 也就是它遇热可能会分解，或者聚合，或者它根本没有一点儿挥发性，那么它根本无法用加 热的办法变成蒸气，于是它就无法进行气相色谱过

15、程，咱们这个气相色谱技术可能就无法分 析它了，所以气相色谱法也是有局限性的，而不是万能的。您看，从这点来看，气相色谱法与过去的化学分析是绝然不同的，在化学分析时如果样 品组分非常稳定而无法使它进行化学反应，那么这个分析就会失败，这样的特性正好是与气 相色谱法相反。我们一定要记住气相色谱法也是一种有局限性的技术，它不是万能的，注意您什么时候 也不能向人吹嘘“我们搞的是气相色谱法，这种方法什么样品都能分析。”然后有人问您， “我有一批食盐，您能不能用气相色谱法给我分析一下？”于是一下子就会把您问倒了。是 不是！这样您可能又会想，原来气相色谱法只能分析-250C到500C间的挥发性稳定化合物这 么点

16、范围的样品。您要知道，现在地球上人们已经发现有500多万种有机化合物，其中大部 分的沸点都在500C以下，即使除去不稳定的化合物，这个数目也够您干一辈子都干不完它 的百分之一呢。对于这里所说的-250C到500可能会引起一些人的怀疑：我们看到现在市场上能买到 的气相色谱仪能用的最高温度都只有400C呀！另外，市场上有买到的柱或固定液的最高使 用温度也只有350C呀！您不要在这里唬弄我们好不好。嗨！有关这个问题涉及到一个挥发 性物质的蒸气压的问题。要知道很多物质除非是中它处在冰点之下，否则都会有蒸气压的。 什么是蒸气压呢？凡是一种物质，只要它有那么一点点挥发性，它在任何情况下，只要温度 一超过冰点，它的表面的分子得到了温度的能量，似乎就会像小孩子吃饱了饭浑身有劲没地 方使，于是就会有些不老实起来，要窜到空间里去玩玩，转悠转悠，这种物体的分子离开原 来本体进入空间的行为我们称作为蒸发。蒸发出来的分子在空间里转悠的过程中，难免会出 现互相碰撞，这