第12章气相色谱分析课件

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1、第12章 气相色谱分析12-1 气相色谱概述12-2 气相色谱法的基本原理12-3 色谱分离条件选择12-4 固定相及其择12-5 气相色谱检测器12-6 气相色谱定性分析12-7 气相色谱定量方法12-8 毛细管柱气相色谱法12-1 气相色谱法概述气相色谱法概述色谱法是一种分离技术。色谱法是一种分离技术。固定相：使混合物中各组分在两相间进行分配，其中固定相：使混合物中各组分在两相间进行分配，其中 不动的一相。不动的一相。流动相：携带混合物流过此固定相的流体相。流动相：携带混合物流过此固定相的流体相。分离原理：分离原理： 依据不同物质在流动相中与固定相的依据不同物质在流动相中与固定相的相互相互

2、作用作用的不同而产生不同的分配率，经过多次分的不同而产生不同的分配率，经过多次分 配而达配而达到混合物的分离的目的。到混合物的分离的目的。色谱法分类：色谱法分类：1、按流动相的物态：气相色谱法，液相色谱法、按流动相的物态：气相色谱法，液相色谱法 按固定相的物态：气固色谱（固定相为固定吸附剂）按固定相的物态：气固色谱（固定相为固定吸附剂） 气液色气液色谱（固定相为涂在固体担体上的或毛细管壁上的液体）谱（固定相为涂在固体担体上的或毛细管壁上的液体） 液固色谱液固色谱 液液色谱液液色谱2、按固定相使用的形式：柱色谱，纸色谱，薄层色谱。、按固定相使用的形式：柱色谱，纸色谱，薄层色谱。 3、色谱分离过程

3、的机制、色谱分离过程的机制 吸附色谱吸附色谱 分配色谱分配色谱 离子交换色谱离子交换色谱 排阻色谱（凝胶色谱）排阻色谱（凝胶色谱）1、分离效能高 2、灵敏度高。 3、分析速度快。 4、应用范围广泛。 5、装置简单，操作方便。缺点：在缺乏标准样品的情况下，定性分析较困难， 对于高沸点，不能气化和热不稳定的物质不能 用气相色谱法分离和测定。色谱法的特点色谱法的特点12-2 气相色谱法的基本原理气相色谱法的基本原理一、气相色谱流程：一、气相色谱流程： 1、高压钢瓶 2、减压阀 3、载气净化干燥管 4、针形阀 5、流量剂 6、压力表7、进样器 8、色谱柱 9、检测器 10、记录仪图图2.1 气相色谱流

4、程图气相色谱流程图二、气相色谱仪的组成及各部分的作用：二、气相色谱仪的组成及各部分的作用：1、载气系统（包括气源、气体净化、气体流速、载气系统（包括气源、气体净化、气体流速 控制和控制和测测 量）量） 常用的载气，氨气、氮气常用的载气，氨气、氮气2、进样系统、进样系统 包括进样器和汽化室包括进样器和汽化室 微量注射器：微量注射器：0.1，1，5，10，50L 汽化室可控制温度为汽化室可控制温度为20400 汽化室的作用是将液体或固体样品瞬间气化为蒸气，汽化室的作用是将液体或固体样品瞬间气化为蒸气，并很快被载气带入色谱柱。并很快被载气带入色谱柱。3、分离系统、分离系统 色谱柱（心脏部分）、柱箱和

5、恒温控制装置色谱柱（心脏部分）、柱箱和恒温控制装置 色谱柱：填充柱、空心毛细管柱色谱柱：填充柱、空心毛细管柱填充柱：填充柱： 制备简单，可供使用的单体，固定液，吸附剂繁多，制备简单，可供使用的单体，固定液，吸附剂繁多，可解决各种分离分析问题。可解决各种分离分析问题。 填充柱外形有填充柱外形有U型，型，W型和螺旋型三种，内径均为型和螺旋型三种，内径均为26mm，长度在，长度在110m之间，通常之间，通常24m。不锈钢，。不锈钢，玻璃，聚四氟乙烯。玻璃，聚四氟乙烯。空心毛细管：空心毛细管： 分析速度快，内径为分析速度快，内径为0.10.5mm，长为，长为50300m，其，其 外形多为螺旋型，材料，

6、玻璃尼龙，不锈外形多为螺旋型，材料，玻璃尼龙，不锈钢。钢。 色谱柱放在恒温箱中：色谱柱放在恒温箱中： 柱恒温箱控温范围一般为柱恒温箱控温范围一般为15至至350 程序程序升温，升温， 温度自动控制温度自动控制4、检测系统：、检测系统： 检测器，控温装置检测器，控温装置 检测恒温箱中的温度，一般选择与柱温相同或略高检测恒温箱中的温度，一般选择与柱温相同或略高于柱温。于柱温。5、记录系统：、记录系统： 放大器和记录器，数据处理装置。放大器和记录器，数据处理装置。三、气相色谱分析的理论基础1、基本原理基本原理 气固色谱、气液色谱气固色谱、气液色谱 气气固色谱固色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分中

7、被分离物随着载气的流动，被测组分在吸附剂表面进行吸附，脱附，再吸附，再脱附在吸附剂表面进行吸附，脱附，再吸附，再脱附这样这样反复的过程不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分反复的过程不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。离的目的。 气气液色谱液色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分中被分离物随着载气的流动，被测组分在固定液中进行溶解，挥发，再溶解，再挥发在固定液中进行溶解，挥发，再溶解，再挥发的过程，的过程，使不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。使不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。 在一定温度下，组分在两相之间分配达到平衡时的在一定温度下，组分在两相

8、之间分配达到平衡时的浓度（浓度（gmL-1）比称为分配系数，以）比称为分配系数，以K表示。表示。 待测组分在固定相和流动相之间发生的吸附，脱附待测组分在固定相和流动相之间发生的吸附，脱附或溶解，挥发的过程叫做或溶解，挥发的过程叫做分配过程分配过程。待测组分在固定相。待测组分在固定相和流动相之间发生的吸附，脱附或溶解，挥发的过程叫和流动相之间发生的吸附，脱附或溶解，挥发的过程叫做做分配过程分配过程。 分配系数分配系数K是由组分及固定液的热力学性质决定的，是由组分及固定液的热力学性质决定的，随柱温，柱压变化，与柱中气相、液相的体积无关。随柱温，柱压变化，与柱中气相、液相的体积无关。当当K=1时，组

9、分在固定相和流动相中浓度相等；时，组分在固定相和流动相中浓度相等；当当K1时，组分在固定相中的浓度大于在流动相中的浓时，组分在固定相中的浓度大于在流动相中的浓度；度；当当K1时，组分在固定相中的浓度小于在流动相中的浓时，组分在固定相中的浓度小于在流动相中的浓度。度。 不同物质的分配系数相同时，它们不能分离。不同物质的分配系数相同时，它们不能分离。 色谱柱中不同组分能够分离的先决条件是其分配系色谱柱中不同组分能够分离的先决条件是其分配系数不等。数不等。 分配系数分配系数K小小的组分：在气相中停留时间的组分：在气相中停留时间短短，较，较早早流出色谱柱。流出色谱柱。 分配系数分配系数大大的组分：在气

10、相中的浓度较小，移动的组分：在气相中的浓度较小，移动速度速度慢慢，在柱中停留时间，在柱中停留时间长长，较迟流出色谱柱。，较迟流出色谱柱。 两组分分配系数相差两组分分配系数相差越大越大，两峰分离的就，两峰分离的就越好越好。2、气相色谱流出曲线和有关术语：、气相色谱流出曲线和有关术语： 图图12.2 色谱流出曲线色谱流出曲线（1）基线基线（base line） 当色谱柱中没有组分进入检测器时，在实验操当色谱柱中没有组分进入检测器时，在实验操作条件下，反应检测器系统噪声随时间变化的线称作条件下，反应检测器系统噪声随时间变化的线称为基线。为基线。（2）保留值保留值（retention value） 表

11、示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值，通常用时间或用将组分带处色谱柱所需载气的值，通常用时间或用将组分带处色谱柱所需载气的体积来表示。任何一种物质都有一定的保留值。体积来表示。任何一种物质都有一定的保留值。死时间死时间（dead time） 指不被固定相吸附或溶解的气体（如空气、甲烷）从指不被固定相吸附或溶解的气体（如空气、甲烷）从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需时间。进样开始到柱后出现浓度最大值时所需时间。保留时间保留时间（retention time）tR指被测样品从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时指被测样品从进样开始到柱后出现浓度最大值

12、时所需的时间间OB。调整保留时间调整保留时间（adjusted retention time）tR tR=tR-tm 某组分由于溶解或吸附与固定相，比不溶解或不被吸某组分由于溶解或吸附与固定相，比不溶解或不被吸附的组分在色谱柱中多只溜的时间。附的组分在色谱柱中多只溜的时间。 死体积死体积（dead volume）Vm 指色谱柱在填完后柱管内固定相颗粒间所剩留指色谱柱在填完后柱管内固定相颗粒间所剩留的空间。色谱仪中管路和连接头间的空间以及检的空间。色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。当后两项很小忽略不计时，测器的空间的总和。当后两项很小忽略不计时， Vm=tmF0 F0载气体积流

13、速，载气体积流速，mLmin-1保留体积（retention volume）VR VR= tRF0 载气流速大，保留时间相应降低，两者乘积仍为常数，因此VR与F0无关。调整保留体积（adjusted retention volume）VR VR=tRF0 或 VR=VR-Vm VR与载气流速无关 相对保留值（relative retention volume）r21 指某组分2的调整保留值与另一组分1的调整保留值之比。相对保留值的相对保留值的优点优点是：是： 只要柱温，固定相不变，即使柱径，柱长，填充情况及流动相流速有所变化，r21值仍保持不变，（重要参数）相邻两组分的tR相差越大，分离的越好

14、，r211两组分不能分离。（3）区域宽度（peak width） i 标准偏差（standardard deviation） 即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半（图中EF） ii 半峰宽度（peak width at half-height）Y1/2 峰高一半处的宽度（GH）它与标准偏差的关系为：易于测量，使用方便常用表示区域宽度。iii 峰低宽度（peak width at base）Y 自色谱峰两侧的转折点所作切线在基线上的截距IJ与标准偏差的关系为： Y=4利用色谱流出曲线可以解决以下问题： i 根据色谱峰位置（保留值）可以进行定性检测； ii 根据色谱峰面积或峰高可以进行定量测定；

15、iii 根据色谱峰位置及宽度可以对色谱柱分离情况进行评价。3、分配比与保留时间的关系，分配比、分配系数与保留分配比与保留时间的关系，分配比、分配系数与保留时间具有如下关系：时间具有如下关系： tR=tm(1k)推导过程见下： 若流动相（载气）在柱内的线速度为u，即一定时间里载气在柱中流动的距离（单位cms-1），由于固定相的作用（保留），所以组分在柱内的线速度us将小于u，则两速度之比称为滞留因子（retardation factor）Rs. Rs=us/u （2-11） Rs可用质量分数表示：组分和流动相通过长度为L的色谱柱所需时间分别 k可由实验测得。4、塔板理论（色谱分析的基本理论）塔板

16、理论（色谱分析的基本理论） 半经验理论：将色谱柱看成精馏塔，一定的柱长看作一个塔板，以精馏理论进行解释。塔板理论的假设：塔板理论的假设： （1）在一小段间隔内，气相平均组成与液相平均组成可以很快的达到分配平衡。这样达到分配平衡的一小段柱长称为塔板理论高度（height equivalent to theoretical plate）H；（2）载气进入色谱柱，不是连续的而是脉动式的，每）载气进入色谱柱，不是连续的而是脉动式的，每次进入为一个板体积；次进入为一个板体积；（3）试样开始时都加在）试样开始时都加在0号塔板上，且试样沿色谱柱号塔板上，且试样沿色谱柱方向的扩散（纵向扩散）可略而不计；方向的

17、扩散（纵向扩散）可略而不计；（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。 在气相色谱中，n值是很大的，约为 103106 ，流出曲线可趋近于正态分布曲线。流出曲线上的浓度c与时间t的关系可由下式表示:由塔板理论可导出n与色谱峰半峰宽或峰低宽度的关系： 式中L为色谱柱长度，tR及Y1/2或Y用同一物理量单位（时间或距离）。 由式（2-18）（2-19）可见，色谱峰越窄，塔板数色谱峰越窄，塔板数n越多，越多，理论塔板高度理论塔板高度H就越小，此时柱效能越高。就越小，此时柱效能越高。n，H可作为描述柱效能的一个指标。可作为描述柱效能的一个指标。 为使塔板数和塔板高度真实反应色谱柱分离

18、的好坏，将tM外的有效塔板数n有效和有效塔板高度H有效作为柱效能指标。计算公式为： 有效塔板数和有效塔板高度较为真实的反应了柱效能的好坏。 成功处：解释流出曲线的形状（呈正态分布）、浓度极大点的位置以及计算评价柱效能等方面。不足处：基本假设是不当 。5、速率理论、速率理论（rate theory）1956年由荷兰学者范第姆特提出 ：式中：A，B，C为三个常数 A为涡流扩散项 B为分子扩散项系数 C为传质阻力系数 u一定时，只有A，B，C较小时，H才能较小，柱效能才能较高。 气体碰到填充物颗粒时，形成类似“涡流”的流动，引起色谱峰扩张。 A=2dp 填充物颗粒直径dp（单位为cm） 填充的不均匀

19、性 使用适当粒度和颗粒均匀的单体，尽量填充均匀，可减少涡流扩散。 空心毛细管柱中，A项为零。（1）涡流扩散项）涡流扩散项A涡流扩散示意图涡流扩散示意图 由于进样在色谱柱内存在浓差而形成浓度梯度。 B2rDg r载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数（弯曲因子） Dg组分在气相中的扩散系数（单位为cm2s-1） （2）分子扩散项）分子扩散项B/u（纵向扩散）（纵向扩散） 纵向扩散与组分在柱内的保留时间有关，保留时间越长，分子扩散项对色谱峰扩张的影响就越显著。相对分子质量较大的载气（如氨气）可使B项降低。 Dg随柱温增高而增加，但反比与柱压。 弯曲因子r：空心毛细管柱r1、填充柱中扩散程度降低

20、r10时，k/k+1的改变不大，对R的改变不明显，反而分析时间大为延长。 k值的最佳范围是1k10，可得到大的R值。2、分离度与容量比的关系（容量因子）、分离度与容量比的关系（容量因子） 是柱选择性的量度，越大，柱选择性越好，分离效果越好。 表2-3（P19）列出了根据式（2-31）计算得到的一些结果。结果表明：分离度从1.0增加至1.5。对应于各值所需的理论塔板数大致增加一倍。 3、分离度与柱选择性的关系（选择因子）、分离度与柱选择性的关系（选择因子） 在一定分离度下，大的值可在有效理论塔板数小的色谱柱上实现分离。 当值为1时，分离所需的有效理论塔板数为无穷大。故分离不能实现。 当值相当小的

21、情况下，特别是1时，实现分离所需的有效理论塔板数很大，此时应当是增大值。 如果相邻两峰的值已足够大，即使色谱柱的理论塔板数较小，分离亦可顺利的实现。分离度、柱效和选择性参数的联系：三、分离操作条件的选择三、分离操作条件的选择1、载气及其流速的选择、载气及其流速的选择用在不同流速下测得的塔板高度H对了流速u作图，得Hu曲线图（图2-7）2-7 塔板高度与载气流速的关系 曲线的最低点，塔板高度H最小。此时，柱效最高。该点所对应的流速为最佳流速u最佳。u最佳及H最佳可由（2-22）微分求得。将式（234）代入式（222）得： 实际工作中，为了缩短分析时间，往往使流速稍高于最佳流速。 对于填充柱，N2

22、的最佳实用线速度为1012cms-1 H2为1520cms-1 载气流速习惯上用柱前的体积流速（mLmin-1），也可用皂膜流量计在柱后测量。 若色谱柱内径3mm，N2流速一般为4060mLmin-1 H2流速一般为6090mLmin-12、柱温的选择、柱温的选择柱温：重要的操作变数，直接影响分离效能和分析速度 。 柱温不能高于固定液的最高温度，否则挥发流失。柱温选择的原则： 在使最难分离的组分能尽可能好的分离前提下，尽可能采取较低的柱温，但以保留的时间为宜，峰形不脱尾为度。 对于高沸点混合物（300400）希望在较低温度下进行（低于沸点100200）分析柱温：重要的操作变数，直接影响分离效能

23、和分析速度 。 沸点不太高的混合物（200300）可在中等柱温下进行，固定液质量分数510柱温比平均沸点低100。 沸点在100200的混合物，柱温可选在其平均沸点2/3左右，固定液质量分数1015。 对于气体、气态烃等低沸点混合物，柱温选在其沸点及沸点以上，能在室温50以下分析。 固定液质量分数一般在1525。 对于沸点范围较宽的试样，宜采用程序升温。5、进样时间和进样量、进样时间和进样量 进样时间在一秒以内。时间过长，试样原始宽度变大，半缝宽必将变宽，甚至峰变形。 进样量一般：液体试样 0.15L 气体样 0.110mL 进样量太多，会使几个峰叠在一起，分离不好。 进样量太少，含量少的组分

24、因检测器灵敏度不够而不出峰。 最大进样量应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系。6、气化温度 进样后要有足够的气化温度，使液体试样迅速气化被载气带入柱中，在得证试样不分解的的情况下，适当提高气化温度对分离及定量有利。气化温度比柱温高3070。12-4 固定相及其选择 气相色谱分析中，某组分的完全分离取决于色谱柱的效能和选择性，后者取决于固定相的选择性。1、气、气固色谱固定相固色谱固定相 气固色谱法中常用固定相 非极性活性炭 弱极性氧化铝 强极性硅胶 常用吸附剂及其一般用途见表2-4（P25） （1）担体 载体应是一种化学惰性、多孔型的固体颗粒，它的作用是提供一个大的惰性表面，用以承担固定液，使

25、固定液以薄膜状态分布在其表面上。对担体的要求： 表面是化学惰性的，表面没有吸附性或很弱，更不能与被测物起化学反应； 多孔性，即表面积大，使固定液与试样接触面积大； 2、气液色谱固定相、气液色谱固定相热稳定性好，有一定的机械强度，不易破碎；对担体粒度的要求：均匀，细小（过细柱压增大）， 一般选用4060目，6080目，80100目。气液色谱中所用担体：可分为：硅藻土型 红色担体 白色担体 非硅藻土性 氟担体 玻璃微球 高分子多孔微球红色担体0201红色担体，2011红色担体，C-22保温砖等； 表面孔穴密集，孔径较小，表面积大（比表面积40cm2g-1），平均孔径1m。一般用于分析非极性或弱极性

26、物质。白色担体101白色担体 机械强度不如红色担体。表面孔径较大约89m，比表面积1.0cm2g1。一般适用于分析极性物质。硅藻土型担体表面含有相当数量的硅醇基团有吸附性，担体需加以钝化处理。处理方法：酸洗，碱洗，硅熔 。A、对固定液的要求挥发性小 操作温度下有较低蒸气压，以免流失；热稳定性好 操作温度下不发生分解；对试样各组分有适当的溶解能力。具有高的选择性 对沸点相同或相近的不同物质有尽可能高的溶解能力；化学稳定性好 不与被测物质起化学反应。（2）固定液）固定液B、固定液的分离特征、固定液的分离特征 被测组分在固定液中溶解度或分配系数的大小与被测组分和固定液两种分子之间相互作用力的大小有关

27、。分子间作用力静电力（定向力）诱导力色散力氢键例（不同固定液的分离性质用麦氏常数表征表2-6麦氏常数 ）固定液选择相似相溶原理选择固定液的基本原则：分离非极性物质 选用非极性固定液鲨鱼烷、甲基硅油、阿批松。被分离组分和固定液之间的作用力是色散力。各组分按沸点顺序先后流出色谱柱。沸点低的组分先流出，沸点高的组分后流出。如果被分离组分是同系物，由于色散力与分子量成正比，各组分按碳顺序分离。C、固定液的选择分离强极性样品 选用强极性固定液，氧二丙睛，聚丙二醇己二酸等。被分离组分和固定液之间的作用力主要是取向力（定向力），这时试样中的各组分主要按极性顺序分离，极性小的物质先流出色谱柱，极性大的后流出。

28、分离极性和非极性混合物时 可选用非极性固定液也可选用极性固定液，应视组分的性质而定。如果沸点为主要矛盾，则应选用非极性；若极性差别为主，应选极性固定液。分离中等极性样品 选择中等极性固定液邻苯二甲酸二壬酯、聚乙二醇己二酸、甲基硅油。被分离组分和固定液分子之间的作用力是色散力和诱导力，组分按沸点顺序分离。对于能形成氢键的组分 一般选用强极性和氢键型固定液，多元醇固定液。此时样品中各组分按和固定液之间形成氢键能力大小的顺序分离，不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的后流出。对于复杂的难分离的物质，可以选用两种或两种以上的混合物固定液。 固定液的性质对分离是起决定作用的。一般来讲，担体的表面积越大，固

29、定液用量可以越高，允许的进样量也就越多。 目前填充色谱柱盛行低固定液含量色谱柱。 固定液膜薄柱效能提高，并可缩短分析时间。 固定液量太低，液膜越薄，允许的进样量也就越少 固定液用量根据具体情况决定。 固定液的配比（固定液与担体质量比）： 一般用5：100到25：100，也有低于5：100的。3、固定液的性质和用量、固定液的性质和用量 担体的表面结构和孔径分布决定了固定液在担体上的分布以及液相传质和纵向扩散情况。要求担体表面积大表面和孔径分布均匀。 担体的粒度要求均匀、细小，有利于提高柱效。对36mm内径的柱，使用6080目的担体较为合适。4、担体的性质和粒度12-5 气相色谱检测器 检测器：将

30、色谱柱分离后的各组分按其特性及含量检测器：将色谱柱分离后的各组分按其特性及含量转换为相应转换为相应 的电讯号。的电讯号。 检测器分为：检测器分为：浓度型检测器 （concentration sensitive detector） 质量型检测器 （mass flow rate sensitive detector） 浓度型检测器：浓度型检测器：测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分浓度成正比。 质量型检测器：质量型检测器：测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的质量成正比 。1、热导池的结构、热导池的结构 双臂热导池 四臂热导池

31、 一、热导池检测器一、热导池检测器（thermal conductivity detector）TCD表示表示热导池由池体（不锈钢块）和热敏元件（铼钨合金 ）构成 。双臂热导池：一臂参比池；一臂测量池 四臂热导池：两臂是参比；两臂是测量2、热导池检测的基本原理、热导池检测的基本原理将电桥在未通入试样与通入试样后平衡性的差异（以电位差的形式来表现）记录下来，得到色谱峰，反映待测物浓度。（1）桥路工作电流一般桥路电流控制在100200mA左右。氮气作载气100150mA氢气作载气150200mA （2）热导池温度的影响一般池体温度不应低于柱温。3、影响热导池检测器灵敏度的因素、影响热导池检测器灵敏

32、度的因素 （3）载气的影响 载气与试样的热导数相差越大，则灵敏度越高。一般选择热导系数大的载气：H2、He（灵敏度较高）。 （4）热敏元件阻值的影响 选择阻值高、电阻温度系数大的热敏元件（钨丝） （5）热导池的死体积较大，灵敏度较低 应使用具有微型池体（2.5L）的热导池。二、氢火焰离子化检测器二、氢火焰离子化检测器（flame ionization detector）FID 对含碳有机化合物有很高的灵敏度。适用于痕量有机物的分析。特点：结构简单、灵敏度高、响应块、稳定性好、死体积小、线性范围宽。1、氢火焰检测器的结构、氢火焰检测器的结构 离子化室、火焰喷嘴、一对电极、外罩2、氢焰检测器作用原

33、机理、氢焰检测器作用原机理A A区：预热区区：预热区B B层：点燃火焰层：点燃火焰C C层：热裂解区：层：热裂解区：温度最高温度最高D D层：反应区层：反应区(1)当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在C层发生裂解反应产生自由基 ： CnHm CH(2)产生的自由基在D层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应： CH + O CHO+ + e(3)生成的正离子CHO+ 与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应： CHO+ + H2O H3O+ + CO(4)(4)化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流（约10-610-14

34、A）； (5) 在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器。 (6) 组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离。 (7)离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线（1）气体流量 载气流量 一般用氮气作载气，最佳载气流速 氢气流量 氢气流量与载气流量之比影响氢火焰的 温度及火焰中的电离过程。 H2：N21：11：1.5（最佳氢氮比） 空气流量 空气是助燃气 空气流量高于某一数值（400mLmin-1）对影响值 几乎没有影响。 一般 H2：空气1：10 3、操作条件选择、操作条件选择（3）极化电极 极化电压的大

35、小直接影响响应值。 一般选100V300V（4）使用温度 氢焰检测器的温度不是主要影响因素 80200灵敏度几乎相同。 80以下灵敏度显著下降。（水蒸气冷凝所致）三、电子捕获检测器（三、电子捕获检测器（electron capture detector）ECD它是一种具有选择性，高灵敏度的浓度型检测器。它对具有电负性的物质（卤素、硫、磷、氮、氧）有响应，电负性越强，灵敏度越高。能检测10-14gmL-1物质。电子捕获型检测器结构： 进入检测器的载气在放射源的照射下发生电离，产生的各种离子在恒定电场的作用下形成恒定的基流。当有电负性较大的试样进入时，会捕获带正电的离子，而使基流降低，形成倒峰，组

36、分浓度越高，倒峰愈大。 电子捕获型检测器，高灵敏度，高选择性，常用于痕量的具有特殊官能团的组分分析。食品，农副产品中农药残留量分析；大气、水中痕量污染物分析。注意：载气纯度应在4个9以上。 线性范围较宽 103左右 进样量不可超载。五、检测器的性能指标五、检测器的性能指标要求：响应快、灵敏度高、稳定性好、线性范围宽。1、灵敏度（响应值或应答值）、灵敏度（响应值或应答值） 一定浓度或一定质量的试样进入检测器后，就产生一定的相应信号R。如果以进样量Q对检测器作图，就可得到一直线。图中直线的斜率就是检测器的灵敏度。浓度型检测器的灵敏度： Sc浓度型检测器灵敏度 C1记录仪灵敏度(mVcm-1)； C

37、2记录仪纸速的倒数(mincm-1); F0流速； A峰面积； m进样量（mg） 浓度型检测器的灵敏度的单位是mVmLmg-1，即每毫升载气中有一毫克气试样时在检测器所能产生的相应信号，单位mV。若试样为气体，灵敏度单位是mVmLmL-1。质量型检测器灵敏度：2、检出限、检出限D（detection limit） 检出限也称敏感度。是指检测器恰能产生和噪声相鉴别的信号时，在单位体积或时间需向检测器进入的物质质量（单位为g） 通常认为恰能鉴别的响应信号重力应等于检测器噪声的3倍。检出限以D表示，则可定义为N为检测器噪声，指由于各种因素所引起的基线在段时间内左右偏差值（单位mv），S为检测器的灵敏

38、度。一般；D值越小说明仪器越敏感。3、最小检出量、最小检出量Q。（。（minimum detectable quantity） 指检测器恰能产生和噪声相鉴别的信号时所需进入色谱柱的最小物质量（或最小浓度），以Q。表示。对于质量型检测器：Q01.065Y1/2D （2-51）对于浓度型检测器：Q0=1.065Y1/2F0D （2-52）Q0与检测器的检出限成正比，但与检出限不同。Q0不仅与检测器性能有关，还与柱效率即操作条件有关。 所得色谱峰的半宽度越窄，Q0就越小。 要求检测器能够迅速的和真实的反应通过它的物质的浓度变化情况，即要求相应速度快。 检测器体积要小，电路系统的滞后现象尽可能小，一般

39、小于1s，记录仪的全行程时间要（1s）。4、响应时间（、响应时间（response time） 指试样量与信号之间保持线性关系的范围，用最大进样量与最小检出量的比值来表示，这个范围越大，越有利于准确定量。5、线性范围（、线性范围（linear range）12-6 气相色谱定性方法 应用气相色谱法进行定性分析还存在着一定的问题，发展方向：气相色谱质谱气相色谱红外一、根据色谱保留值进行定性分析一、根据色谱保留值进行定性分析 根据色谱保留值进行定性分析，但要求柱效要高 ，混合物组分简单，且已知，可一一分离。即使这样，也只能做其它定性方法的旁证。该方法采用的指标为保留指数。二、与其他方法结合的定性分

40、析方法。二、与其他方法结合的定性分析方法。 1、与质谱、红外等仪器联用； 2、一化学方法配合进行定性分析。三、利用检测器的选择性进行定性分析12-7 气相色谱定量方法 在一定操作条件下，分析组分i的质量（mi）或其在载气中的浓度是与检测器的响应信号（色谱图上表现为峰面积Ai或峰高hi）成正比。可写作： mi=fiAi （色谱定量分析的依据） 由上式可见：在定量分析中需要：（1）准确测量峰面积；（2）准确求出比例常数（定量校正因子）（3）根据上式正确选用定量计算方法，将测的组分的峰面积换算为质量分数。一、峰面积测量法1、峰高来求峰宽法、峰高来求峰宽法使用条件：色谱峰为对称峰依据： 等腰三角形的面

41、积计算方法。 A=hY1/2 这样测得的峰面积为实际峰面积的0.94倍，实际上峰面积应为： A=1.605hY1/2 绝对测量时，应乘以1.065，相对测量时1.065可约去。 此法简单、快速。在实际工作中常采用。（用于对称峰）2、峰高乘以峰底宽度法、峰高乘以峰底宽度法（作图求峰面积法） 这种作图法测得的峰面积约为真实面积的0.98倍，对于矮而宽的峰，此法更准确些。 3、峰高乘以平均峰宽法 对于不对称色谱峰使用此法可得较准确的结果，平均峰宽是指在峰高0.15和0.85处分别测缝宽，然后取其平均值： 4、峰高乘以保留值法、峰高乘以保留值法 使用条件使用条件：狭窄的峰 依据：依据：在一定操作条件下

42、，同系物的半峰宽与保留时间成正比。 A=hY1/2=hbtR 相对计算时，b可以约去，于是： A=hY1/2=htR5、积分仪、积分仪 积分仪或称数据处理机是测量峰面积最方便的工具，速度快，线性范围宽，精度一般可达0.22。数字电子积分仪能以数字的形式把峰面积和保留时间打印出来。二、定量校正因子二、定量校正因子 色谱定量分析是基于被测物质的量与其峰面积的正比关系。但由于同一检测器对不同的物质具有不同的响应值，所以两个相等量的物质出的峰面积往往不相等，这样就不能用峰面积来直接计算物质的量。 引入“定量校正因子”quantitative calibration foutor 一定操作条件下，进样量

43、（mi）与响应信号（峰面积Ai）成正比： 为绝对质量校正因子， 单位峰面积所代表物质的质量。主要由仪器的灵敏度所决定。 不易准确测定，无法直接应用。这是一种最常用的定量校正因子，即：（2-59） 式中下标i，s分别代表被测物和标准物质。 1、质量校正因子fm如果以摩尔数计量，则：如果以摩尔数计量，则：（2-60）式中Mi，Ms分别为被测物和标准物质相对分子量。2、摩尔校正因子、摩尔校正因子fM 如果以体积计量（气体试样）则体积校正因子就是摩尔校正因子，因为1mol任何气体在标准状态下其体积都是22.4L。 （2-61） 对于气体分析，使用摩尔校正因子可得体积分数 。3、体积校正因子、体积校正因

44、子fV 相对响应值是物质i与标准物质s的响应值（灵敏度）之比。单位相同时，它与校正因子互为倒数，即： S和f只与试样，标准物质以及检测器类型有关，而与操作条件和柱温，载气流速，固定液性质等无关。校正因子的测定方法： 准确称量被测组分和标准物质，混合后，在实验条件下进样分析，分别测量相应的峰面积，有式（2-59）、（2-60）计算质量校正因子，摩尔校正因子。4、相对响应值、相对响应值1、归一化法（mormalligation mathed） 要求：混合物各组分都可流出色谱柱，且在色谱图上显示色谱峰 。三、几种常用的定量计算方法三、几种常用的定量计算方法 假设试样中有n个组分，每个组分的质量分别为

45、m1，m2，mn各组分含量的总和m为100，其中组分i的质量i分数可按下式计算：fi为质量校正因子，得质量分数；如为摩尔校正因子，则得摩尔分数或体积分数（气体）。 若各组分的f值相近或相同，例如同系物中沸点接近的各组分，则上式可简化为： 对于狭窄的色谱峰，也有用峰高代替峰面积来进行定量测定。当各种条件保持不变时，在一定的进样量范围内，峰的半宽度是不变的，因为峰高就直接代表某一组分的量。 为峰高校正因子，此值常自行测定，测定方法用峰面积校正因子，不同的是用峰高代替峰面积。 当只需测定试样中某几个组分，而且试样中所有组分不能全都出峰时，可采用此法。 所谓内标法是将一定量的纯物质作为内标物，加入到准

46、确称取的试样中，根据被测物和内标物的重量及其在色谱图上相应的峰面积比，求出某组分的含量。例如要测定试样中组分i（质量为mi）的质量分数i，可于试样中加入质量为ms的内标物，试样质量为m，则：mi=fiAims=fsAs2、内标法（、内标法（internal stoundard methed）一般常以内标物为基准，则fs1，此时计算可化简为： 内标法主要优点：由于操作条件变化而引起的误差，都将同时反映在内标物及预测组分上而得到抵消，所以可以得到校准确的结果。 内标物的选择内标物的选择: （1）试样中不存在的纯物质； （2）加入量应接近于被测组分； （3）内标物色谱峰位被测组分色谱峰附近或几个被测

47、组 分峰中间； （4）注意内标物与预测组分的物理及物理化学性质相 近。内标物的选择3、内标标准曲线、内标标准曲线 简化的内标法。由式：得： 以i对Ai/As作图将得一直线制作标准曲线。取固定量的标准溶液和内标物混合后进样分析，测Ai和As，以Ai/As对标准溶液浓度作图。分析时，取和制作标准曲线时所用量同样的试样和内标物，测出其峰面积比，从标准曲线上量出被测物含量，若各组分相对密度比较接近，可用量取体积代替称量则方法更为简便。 此法不必测校正因子，消除某些操作条件的影响。也不需严格定量进样。 所谓外标法就是应用欲测组分的纯物质来制作标准曲线，这与在分光光度分析中的标准曲线法是相同的，此时用欲测

48、组分的纯物质加稀释剂配成不同质量分数的标准溶液，取固定量标准溶液进行分析，从所得色谱图上测出相应信号峰面积（或噪声），然后绘制相应信号（纵坐标）对质量分数（横坐标）的标准曲线。分析试样时，取和制作标准曲线时同样量的试样（固定进样量）测得该试样的响应信号，由标准曲线即可查出其质量分数。4、外标法（又称定量进样、外标法（又称定量进样标准曲线法）标准曲线法） 当被测试样中各组分浓度变化范围不大时，可不必绘制标准曲线，而用单点校正法。即配制一个和被测组分含量十分接近的标准溶液，定量进样，由被测组分和外标组分峰面积比或峰高比来求被测组分。 由于i与As均为已知，故可令Kis/As，得 i=AiKi 式中

49、Ki为组分i的单位面积质量分数校正值，此法假定标准曲线是通过坐标原点的直线，因此可由一点决定这条直线，Ki即直线的斜率，因而称之单点校正法。12-8 毛细管柱气相色谱法 毛细管柱气相色谱法是用毛细管柱作为气相色谱柱的一种高效、快速、高灵敏的分离分析法。 用内壁涂渍一层极薄而均匀的固定液膜的毛细管代替填充柱，解决组分在填充柱中由于受到大小不均匀载体颗粒的阻碍而造成的色谱峰扩展，柱效降低的问题。 这种色谱柱的固定液涂在内壁上，中心是空的，故称开管柱，可惯称毛细管柱。 由于毛细管柱具有相比大，渗透性好，分析速度快，总柱效高等优点，因此可以解决原来填充柱色谱法不能解决或很难解决的问题。 毛细管柱可由不

50、锈钢，玻璃等制成。 不锈钢毛细管柱由于惰性差，有一定的催化活性。加上不透明，不易涂渍固定液，已很少使用。 玻璃毛细管柱表面惰性较好，表面易观察，因此长期在使用，但易折断，安装较困难。 用熔融石英作柱子，这种色谱柱具有化学惰性，热稳定性及机械强度好，并具有弹性，占有主导地位。一、毛细管色谱柱一、毛细管色谱柱 毛细管柱按其固定液的涂渍方法可分为：（1）壁涂开管柱（WCOT）将固定液直接涂在毛细管内壁上，它是戈雷最早提出的毛细管柱。 由于管壁的表面光滑，润湿性差，对表面接触角大的固定液，直接涂渍制柱，重现性差，柱寿命短。现在的WCOT柱，减小表面接触角，再涂固定液。（2）多空层开管柱（PLOT）在管

51、壁上涂一层多孔性吸附剂固体颗粒，不再涂固定液，实际上是使用开管柱的气体色谱。（3）载体涂渍开管柱（SCOT）为了增大开管柱内固定液的涂渍量，先在毛细管内壁上涂一层很细的（2mm）多空颗粒，然后再在多空层上涂渍固定液，这种毛细管柱，液膜较厚，因此柱容量较WCOT柱高。（4）化学键合相毛细管柱将固定相用化学键合方法键合到硅胶涂敷的柱表面或经表面处理的毛细管内壁上。经过化学键合，大大提高了柱的热稳定性。（5）交联毛细管柱。由交联剂将固定相交联到毛细管管壁上。这类柱子具有耐高温，抗溶剂抽提，液膜稳定，柱效高，柱寿命长等特点。发展很快 二、毛细色谱柱的特点1、渗透性好，即载气流动阻力小。粒渗透性一般用比 渗透率B0表示 L柱长 载气粘质 载气平均线速 p为柱压降 j压力校正因子2、相比（）大，有利于实现快速分析。3、柱容量小，允许进样量少。4、总柱效高，分离复杂混合物的能力大为提高。三、毛细管柱的色谱系统（P59） 分流进样：是将液体试样注入进样器使其气化并与载气均匀混合，然后让少量试样进入色谱柱，大量试样放空。 放空的试样量与进入毛细管柱试样的比称为流比，通常控制在50:1，500：1 尚未能很好适用于痕量组分的定量分析以及定量求高的分析。 目前发展了多种进样技术，冷柱头进样等。返 回