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1、仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法第一节第一节 概述概述 气相色谱法（气相色谱法（gas chromatography, GCgas chromatography, GC）是以气体）是以气体为流动相的色谱法。当气化的被测物质随载气进入色谱为流动相的色谱法。当气化的被测物质随载气进入色谱柱时，基于被测物质在气相和固定相之间吸附柱时，基于被测物质在气相和固定相之间吸附- -解吸附解吸附（气（气- -固色谱）或分配（气固色谱）或分配（气- -液色谱）差异进行分离。液色谱）差异进行分离。气固色谱气固色谱：利用不同物质在固体吸附剂上的物理吸附：利用不同物质在固体吸附剂
2、上的物理吸附-解吸能力不同实现物质的分离。解吸能力不同实现物质的分离。气液色谱气液色谱：利用待测物在载气和固定在惰性固体表面：利用待测物在载气和固定在惰性固体表面的液体固定相之间的分配原理实现分离。的液体固定相之间的分配原理实现分离。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法气相色谱仪气相色谱仪仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法气相色谱流程示意图气相色谱流程示意图随着电子技术和计算机技术的发展，气相色谱仪的各种参数（温度、载气流速、自动进样等）控制均已实现自动化
3、仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法1. 载气系统（载气系统（gas supply system） 包括气体钢瓶或气体发生器，压力调节器，净化管，流量控制器，包括气体钢瓶或气体发生器，压力调节器，净化管，流量控制器，等。等。 功能功能: 提供清洁、流量恒定的载气提供清洁、流量恒定的载气2. 进样进样系系统统(sample injection system) 包括包括进样进样器器 (微量微量进样针进样针或自或自动进样动进样器器)、隔、隔垫垫和气化和气化室。室。功能功能: 将将试样试样引入引入GC系系统统并蒸并蒸发发成气体。成气体。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析
4、第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法3. 色谱柱系统（Column system） 色谱柱，柱温箱色谱柱，柱温箱 色谱柱类型色谱柱类型: 填充柱（柱内径填充柱（柱内径 25mm) 毛细管柱毛细管柱 (柱内径柱内径0.10.53mm) 柱温可按程序改变（程序升温）柱温可按程序改变（程序升温）4. 检测和数据处理系统（Detection and data system） 检测器，数据获取和处理装置检测器，数据获取和处理装置5. 控制系统（Control system） 温度控制，载气流量控制，（自动进样控制），信号控制温度控制，载气流量控制，（自动进样控制），信号控制 仪器分析仪器分析仪器分析仪
5、器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法第二节 固定相一、气-液色谱固定相（Gas-liquid stationary phase）气-液色谱固定相由固定液(stationary liqiud,immobilized liquid) 和载体（ support）组成（一）固定液固定液一般为高沸点物质 (1) 在使用温度下蒸汽压 He N24. 热丝电阻值载气 热导率 载气 热导率 H2 224.3 CH4 45.8 He 175.6 propane 26.4 N2 31.5 ethanol 22.3 Air 31.5 acetone 17.6 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章
6、 气相色谱法气相色谱法二、氢焰离子化检测器（二、氢焰离子化检测器（Flame ionization detector，FID)u结构结构含碳有机物在含碳有机物在H2-Air火焰中燃火焰中燃烧产烧产生碎片离子，在生碎片离子，在电场电场作用下形成离作用下形成离子流，根据离子流子流，根据离子流产产生的生的电电信号信号强强度，度，检测检测被色被色谱谱柱分离的柱分离的组组分。分。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法离子化机理离子化机理离子化机理离子化机理 机理不十分清楚，化学离子化是可能的离子化机理机理不十分清楚，化学离子化是可能的离子化机理. 以苯为例以苯为例:影响影
7、响FID灵敏度的因素灵敏度的因素： 1. 气体流速比例: N2:H2 = 1:11:1.5；H2:Air = 1:10 2. 检测器温度: 100 （常用200-250 ）仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法FIDFID特点特点 质量型检测器质量型检测器 结构简单、耐用结构简单、耐用 灵敏度高灵敏度高 (10-13 g/s) 响应动态范围宽响应动态范围宽 (107) 响应值与有机物中含碳原子的数目有关响应值与有机物中含碳原子的数目有关 对不可燃化合物（对不可燃化合物（H2O, CO2, SO2, CS2, NOx）无响应）无响应仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析
8、第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法三、电子捕获检测器（Electron capture detector，ECD）63Ni or 3H结构:检测原理: 放射源发出的-电子使载气分子离子化，在电场作用下形成稳定的基流； 具有强电负性元素的有机分子捕获-电子，使基流降低，形成倒峰。仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法电子捕获检测器的特点电子捕获检测器的特点 对含电负性基团（卤素、硝基、过氧化物）具有选择性响应对含电负性基团（卤素、硝基、过氧化物）具有选择性响应 (10-15 g/s) 对胺、醇、碳氢化合物基本不敏感对胺、醇、碳氢化合物基本不敏感 响应动态范围较
9、窄响应动态范围较窄 (102) 非线性响应非线性响应: 需用高纯需用高纯 N2 (99.999%) 作为载气作为载气 非破坏性非破坏性检测检测仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法其他重要检测器其他重要检测器火焰光度检测器火焰光度检测器 (Flame photometric detector，FPD) 对含对含S和和P化合物具有选择性响应化合物具有选择性响应 热离子检测器热离子检测器 (thermionic detector，TID）：也称氮磷检测）：也称氮磷检测器（器（Nitrogen phosphorus detector，NPD), 对含对含N和和 P化合
10、物具有选择性响应化合物具有选择性响应 质谱检测器质谱检测器 (MSD) 傅里叶变换红外检测器（傅里叶变换红外检测器（FTIR）仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法第五节第五节 色谱条件选择色谱条件选择一、色谱条件选择的依据Where is separation factor, k2 is retention factor (capacity factor) of compound 2 which is retained stronger than compound 1. 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法1. 固定相选择固定
11、相选择 见第二节见第二节.2. 柱温柱温 色谱柱选定后，柱温是影响分离的最重要条件。柱温降低，分离色谱柱选定后，柱温是影响分离的最重要条件。柱温降低，分离度提高，但峰宽增加，分析时间加长。度提高，但峰宽增加，分析时间加长。选择原则选择原则：在使难分离物质对得到良好分离，分析时间适宜，峰形对：在使难分离物质对得到良好分离，分析时间适宜，峰形对称的前提下，尽量用低柱温。称的前提下，尽量用低柱温。 等温等温: 在分析过程中柱温保持不变在分析过程中柱温保持不变. 程序升温程序升温(temperature programming): 在一个分析周期中，柱温按在一个分析周期中，柱温按照一定程序改变，以利于
12、性质差异大的组分达到合适的分离度。该法照一定程序改变，以利于性质差异大的组分达到合适的分离度。该法适用于复杂组分（如宽沸程样品、极性差异大的样品）分析。适用于复杂组分（如宽沸程样品、极性差异大的样品）分析。二、 实验条件的选择仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法例：等温和例：等温和程序升温程序升温对对分离效分离效果的影响果的影响仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法3. 载气 低线速时，用N2 高线速时，用H2或 He 用TCD时，使用H2或 He可提高灵敏度4. 其他条件(1)进样口温度：应保证样品瞬间气化(2)检测器温度:
13、高于柱温20-50 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法1. 分解法分解法 热裂解法热裂解法: 适用于高聚物等大分子分析适用于高聚物等大分子分析 水解法水解法: 将大分子水解成小分子将大分子水解成小分子,蛋白质水解成氨基酸蛋白质水解成氨基酸2. 衍生化法衍生化法 酯化酯化(esterification): -COOH-COOR 硅烷化硅烷化(silanization): -OH-O-Si(CH3)3 -COOH-COOSi(CH3)3 -NHR-NRSi(CH3)3 酰化酰化(acylation): -OH-OCOR -NN2-NHCOR 三、 样品预处理仪器
14、分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法第六节第六节 定性分析和定量分析定性分析和定量分析 一、系统适用性试验一、系统适用性试验 用规定的对照品溶液或系统适用性试验溶液进行试验，以判定所用色用规定的对照品溶液或系统适用性试验溶液进行试验，以判定所用色谱系统是否规定的要求。谱系统是否规定的要求。1色谱柱的理论板数（色谱柱的理论板数（n） 此参数用于评价色谱柱的分离效能。此参数用于评价色谱柱的分离效能。 2分离度（分离度（R）: 要求要求1.5 3重复性重复性: 用于评价连续进样中色谱系统响应值的重复性。用于评价连续进样中色谱系统响应值的重复性。 4拖尾因子（拖尾因子（T
15、） 用于评价色谱峰的对称性。用于评价色谱峰的对称性。 除另有规定外，除另有规定外，T应在应在0.951.05之间。之间。 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法第六节第六节 定性分析和定量分析定性分析和定量分析 二、定性分析二、定性分析 1.已知对照品对照法已知对照品对照法2.采用相对保留值定性采用相对保留值定性3.用用Kovats保留指数定性保留指数定性4.以以GC-MS、GC-FTIR联用法定性联用法定性仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法三、定量分析三、定量分析(一一) 校正因子校正因子(二) 定量方法1.归一化法（Nor
16、malization method） 所有组分均应被分离并被检测到 对进样量要求不严格仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法2. External standardization （外标法）（外标法）（2）外标一点法（one point external standard method）如校正曲线通过原点，可用外标一点法（1）标准曲线法或校正曲线法 （Standard curve methodCalibration curve method）Note: 进样量必须严格准确仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法3.内标法内标法(In
17、ternal standard method)对内标物的要求对内标物的要求：（1）样品中不存在的物质（2）与被测组分完全分离，但保留时间接近；多种组分同时定量时，内标峰最好处于几个被测组分峰之间（3）纯度高仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法3.内标法内标法(Internal standard method)（1）内标校正因子法（2）内标校正曲线法该该法需已知校正因子，或者先法需已知校正因子，或者先测测定被定被测测物相物相对对于内于内标标物的校正因子。物的校正因子。在在质质量量为为m的的样样品中加入品中加入质质量量为为ms的内的内标标物，物，GC分析后根据下式
18、分析后根据下式计计算：算： 配制一系列不同配制一系列不同浓浓度的度的对对照液，并加入相照液，并加入相同量的内同量的内标标物，物，进样进样分析，分析，测测得得Ai和和As，以以Ai/As对对对对照溶液照溶液浓浓度作度作图图，求回，求回归归方程。方程。供供试试液配制液配制时时也需加入与也需加入与对对照液相同量的照液相同量的内内标标物，由校正曲物，由校正曲线线求得待求得待测组测组分含量。分含量。 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法（3）内标对比法）内标对比法若内若内标标校正曲校正曲线线的截距近似的截距近似为为零，可用内零，可用内标对标对比法（已知比法（已知浓浓度度
19、试样对试样对照法）定量。在照法）定量。在对对照品溶液和待照品溶液和待测测溶液中，分溶液中，分别别加入相同量的内加入相同量的内标标物，物，配成配成对对照品液和供照品液和供试试液，分液，分别进样别进样，按下式，按下式计计算待算待测组测组分分浓浓度：度：仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法4.标准加入法(Standard addition method)在供在供试试液中加入一定量待液中加入一定量待测组测组分分i的的对对照品（照品（mi ），），测测定增加定增加对对照品后照品后组组分分i峰面峰面积积的增量（的增量（Ai ），按下式），按下式计计算算组组分分i的含量。的含量。 为为消除消除进样误进样误差，可在供差，可在供试试品色品色谱图谱图中中选择选择一个参比峰（一个参比峰（r），以），以Ai/Ar代替代替Ai，则则： 仪器分析仪器分析仪器分析仪器分析第十七章第十七章 气相色谱法气相色谱法谢谢！谢谢！
