气相色谱法讲述课件

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1、Gas Chromatography14.1 概述气相色谱法（气相色谱法（GCGC）是英国生物化学家 Martin A T P等人在研究液液分配色谱的基础上，于1952年创立的一种极有效的分离方法，它可分析和分离复杂的多组分混合物。目前由于使用了高效能的色谱柱，高灵敏度的检测器及微处理机，使得气相色谱法成为一种分析速度快、灵敏度高、应用范围广的分析方法。如气相色谱与质谱（GCMS）联用、气相色谱与Fourier红外光谱(GCFTIR）联用、气相色谱与原子发射光谱（GCAES）联用等。是以气体为流动相的一种色谱法14.1 概述简介简介：由英国生物学家Martin等人创建， 1941年首次提出用气

2、体作流动相，1952年第一次分离复杂混合物，1955年第一台商用仪器问世，1956年速率理论出现，1957年诞生了毛细管色谱法，1959年Martin等人创建了裂解气相色谱法，60年代产生了气质联用法。 我国科学工作者早在1956年就展开了气相色谱的研究工作，并推广其应用，取得了比较好的成绩。14.1 概述气相色谱法的特点气相色谱法的特点： “三高三高” “一快一快” “一广一广” 高效能一般填充色谱柱n为几千，毛细管 为105106 高灵敏度可以检出10111013 g的物质； 高选择性可以分离异构体、同位素等； 分析速度快分析一个样品一般只需几分钟几十 分钟 应用广气体及易挥发物 14.1

3、 概述气相色谱也有一定的局限： （1）在没有纯标样条件下，对样品中未知物的定性和定量较为困难，往往需要与红外光谱、质谱等结构分析仪器联用； （2）沸点高、热稳定性差、腐蚀性和反应活性较强的物质，气相色谱分析比较困难。常采用化学衍生化技术，使之转化为可挥发物质，再进行分离、测定，如此即可扩大其应用范围总结：1.样品必须气化； 2.定性困难； 3.遇热易分解的物质不能应用； 4.高腐蚀样品，不如化学方法简便。14.2 气相色谱仪商品化有填充柱、毛细商品化有填充柱、毛细管柱和制备气相色谱仪管柱和制备气相色谱仪等三种。等三种。需要说明的是，先进的需要说明的是，先进的气相色谱仪往往兼具填气相色谱仪往往兼

4、具填充柱、毛细管柱，分析、充柱、毛细管柱，分析、制备等多种功能。制备等多种功能。 14.2.1 气相色谱法的一般流程 载气载气载气载气减压减压减压减压净化净化净化净化稳压稳压稳压稳压 色谱柱色谱柱色谱柱色谱柱检测器检测器检测器检测器记录仪记录仪记录仪记录仪 进样进样进样进样载气系统：包括气源、气体净化、气体流速控制和测量进样系统：包括进样器、气化室、加热系统色谱柱系统：包括恒温控制系统、色谱柱检测系统：包括检测器、控温装置记录系统：包括放大器、记录器、数据处理装置14.2.2 填充柱气相色谱仪1. 气路系统气路系统1. 载气瓶，2 减压阀，3 稳流阀，4 流量计，5分流阀，6注射器， 7 进样

5、器，8色谱柱，9 色谱炉(箱)，10皂膜流量计，11 检测器， 12 记录仪， 13静电计或电桥， 14 模数转换器， 15 数据系统。2.进样系统进样系统2.进样系统进样系统进样系统的作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱之前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中。进样的大小，进样时间的长短，试样的气化速度等都会影响色谱的分离效果和分析结果的准确性和重现性。（1）进样器）进样器 液体样品的进样一般采用微量注射器。 气体样品的进样常用色谱仪本身配置的推拉式六通阀或旋转式六通阀定量进样。（2）气化室）气化室 为了让样品在气化室中瞬间气化而不分解，因此要求气化室热容量大，无催化效应。为了尽量减少柱前

6、谱峰变宽，气化室的死体积应尽可能小。3. 分离系统分离系统 分离系统或色谱柱是气相色谱仪的心脏，安装在控温的柱箱或室内，填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装填固定相，一般内径为24mm，长13m,有U型和螺旋形两种。 4. 检测系统 检测系统主要为检测器，它是色谱仪的关键部件。检测系统将经色谱柱分离出的各个组分的浓度转变成被测量的电信号，如电压、电流，然后用记录器记录下来，详见 14.35. 温控系统控制温度主要指对色谱柱炉，气化室，检测器三处的温度控制。色谱柱的温度控制方式有恒温和程序升温二种。对于沸点范围很宽的混合物，往往采用程序升温法进行分析。程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高

7、温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。 6.放大与记录系统由检测器输出的信号常很弱，只有通过微电流放大器放大后，才能有足够的功率来带动记录装置的工作。记录仪是一种能自动记录电信号的装置。一般采用平衡式电子电位差计进行记录，绘制出色谱图。一些色谱仪设备有积分仪，可测出色谱峰的面积，直接提供定量分析的准确数据。14.3 检测器14.3.1 检测器的类型检测器：是将流出色谱柱的被测组分的浓度转变为电信号的装置气相色谱检测器分类：气相色谱检测器分类：气相色谱检测器分类：气相色谱检测器分类：按检测原理分按检测原理分(1)浓度型检测器浓度型检测器：测量组分浓度的变化响应值与组分 的浓度

8、成正比（TCD） 检测器的响应值决定于进入检测器组分的浓度。(2)质量型检测器质量型检测器：测量组分质量流速的变化响应值与单位时间进入检测器的组分质量成正比（FID） 检测器的响应值决定于单位时间内某组分进入检测器的质量14.3.2 常用的检测器一）热导检测器（一）热导检测器（TCDTCD） 1 1特点：浓度型检测器特点：浓度型检测器 优点：优点： 1）通用型，应用广泛 2）结构简单 3）稳定性好 4）线性范围宽 5）不破坏组分，可重新收集制备 缺点：缺点：与其他检测器比灵敏度稍低 （因大多数组分与载气热导率差别不大）2.结构 测量臂测量臂测量臂测量臂接在色谱柱后，接在色谱柱后，接在色谱柱后，

9、接在色谱柱后， 通样品气体通样品气体通样品气体通样品气体+ +载气，电阻为载气，电阻为载气，电阻为载气，电阻为R1R1惠斯通电桥惠斯通电桥惠斯通电桥惠斯通电桥 参比臂参比臂参比臂参比臂接在色谱柱前，只通载气，电阻接在色谱柱前，只通载气，电阻接在色谱柱前，只通载气，电阻接在色谱柱前，只通载气，电阻R2R2 两个等阻值电阻两个等阻值电阻两个等阻值电阻两个等阻值电阻R3 = R4R3 = R43 3检测原理：检测原理：检测原理：检测原理： 依据组分与载气的热导率差别进行检测依据组分与载气的热导率差别进行检测依据组分与载气的热导率差别进行检测依据组分与载气的热导率差别进行检测1 1）进样前：两臂均通载

10、气时）进样前：两臂均通载气时）进样前：两臂均通载气时）进样前：两臂均通载气时2 2）进样后：测量臂通样品气体）进样后：测量臂通样品气体）进样后：测量臂通样品气体）进样后：测量臂通样品气体+ +载气载气载气载气 参比臂通载气时参比臂通载气时参比臂通载气时参比臂通载气时4 4影响因素及注意事项影响因素及注意事项影响因素及注意事项影响因素及注意事项 (1）桥流桥流，灵敏度，灵敏度 灵敏度足够时，桥流应尽可能小（100200mA） 先通载气，再给桥流 ,否则热敏元件易烧坏（2），灵敏度灵敏度，选大的做载气 载 组，出正峰 载 = 组，不出峰 载 He N2选氢气做载气（3） T池，池体与热丝温差温差，

11、灵敏度，灵敏度 保证T检 T柱，以免造成检测器污染 （4）浓度型检测器， 在进样量一定时，A 1/u， 以A定量，应保持u一定 （峰面积定量依据）（二）火焰离子化检测器（二）火焰离子化检测器（二）火焰离子化检测器（二）火焰离子化检测器（FIDFID） 1 1特点：质量型检测器特点：质量型检测器特点：质量型检测器特点：质量型检测器 优点：优点：专属型检测器（只能测含C有机物） 灵敏度高（ TCD） 响应快 线性范围宽 缺点：缺点：燃烧会破坏离子原形，无法回收 （制备纯物质，不采用）2结构3 3检测原理和离子化机理检测原理和离子化机理检测原理和离子化机理检测原理和离子化机理检测原理：检测原理：利用

12、组分在氢焰中产生离子流进行检测 有机化合物离子对离子流流向阴、阳极放大记录 离子流强度与进入检测器中组分的量及分子中的含碳量有关，含量越大，产生的微电流就越大离子化机理：离子化机理：化学电离理论 氢焰自由基正离子4 4操作条件选择和注意事项操作条件选择和注意事项操作条件选择和注意事项操作条件选择和注意事项1）载气的选择： 载气N2气 燃气H2气 助燃气空气 通常N2:H2(燃气）1：11：1.5 H2:空气（助燃气）1：51：102）使用温度：高于柱温501000C续前续前3）注意问题：质量型检测器，h u， 以h定量，应保持u恒定（峰高与载气流速 成正比，峰面积定量与载气流速无关） 极化电压

13、150300v用硅油作固定相，需选用分子量较大的，并在较低的柱温下使用，否则硅油流失，在收集极表面形成一层绝缘层，不产生信号。（三）电子捕获检测器1 1特点：浓度型检测器特点：浓度型检测器特点：浓度型检测器特点：浓度型检测器优优点点：高选择性检测器（只能测含电负性强的元素的物质） 灵敏度高（1014g/ml）缺点：缺点：线性范围窄 响应易受操作条件影响，分析重现性差 2结构3检测原理 检测原理：检测原理：电子捕获检测器实际上是一种放射性离子化检测器。 放射源不断放出粒子，即初级电子。当载气（Ar或N2)分子进入内腔时，不断受到粒子轰击而离子化，形成次级电子和正离子。在电场作用下，次级和初级电子

14、一齐向阳极运动，并为阳极收集，产生约109108A的基流，在记录器上产生一条平直的基线。当电负性组分进入检测器时，立即捕获这些自由电子，使基流下降，产生信号。 Ar+ Ar+ +e AB + e =AB- AB + e=A + B（或 A- + B) Ie= I0 e-KAC4注意事项注意事项1）载气的选择： 载气N2气（纯度大于99.999），不应含有O2 、H2o 及其它电负性杂质。2）使用温度：高于柱温，但不能过高，否则，加速放射源的放射，寿命缩短。3）一般使用低于饱和基流所对应的极化电压，因极化电压低，电子能量小，分子捕获电子的可能性大，检测灵敏度高。4）检测器出口必须连接几米长金属或

15、塑料管道后，再与大气相通，以防止氧化反扩散进入检测器，使检测器污染。5) 载气流速通常为40100ml.min-1 火焰光度检测器，又称硫、磷检测器，它是一种对含磷、硫有机化合物具有高选择性和高灵敏度的质量型检测器，检出限可达10-12gS-1（对P）或10-11gS-11（对S）。这种检测器可用于大气中痕量硫化物以及农副产品，水中的毫微克级有机磷和有机硫农药残留量的测定。（四） 火焰光度检测器(FPD)1火焰光度检测器的结构 2火焰光度检测器的工作原理 根据硫和磷化合物在富氢火焰中燃烧时，生成化学发光物质，并能发射出特征波长的光，记录这些特征光谱，就能检测硫和磷以硫为例，有以下反应发生： 当

16、激发态S2*分子返回基态时发射出特征波长光max为394nm。对含磷化合物燃烧时生成磷的氧化物，然后在富氢火焰中被氢还原，形成化学发光的HPO碎片，并发射出max为526nm的特征光谱。这些光由光电信增管转换成信号，经放大后由记录仪记录。 14.3.3. 检测器的主要性能指标检测器的主要性能指标1.灵敏度灵敏度 气相色谱检测器灵敏度(S)定义为：通过检测器物质量变化(Q)与响应信号变化（R）之比： 浓度型检测器的灵敏度(Sc)： 质量型检测器灵敏度(Sm)： 14.3.3. 检测器的主要性能指标检测器的主要性能指标2.检出限检出限3.最小检测量和最小检测浓度最小检测量和最小检测浓度 14.3.

17、3. 检测器的主要性能指标检测器的主要性能指标4.线性范围线性范围14.1 气相色谱柱和固定相在色谱柱中只起分离作用而不能移动的物质称为固定相。一个混合物中的各组分能否完全分离主要取决于色谱固定相。气相色谱中所用的固定相可分为固体固定相、液体固定相或合成固定相三大类。14.4.1 固体固定相一般采用固体吸附剂 ，主要有强极性硅胶、中等极性氧化铝、非极性活性炭及特殊作用的分子筛。他们在色谱过程中的分离机制，主要是利用表面对混合物中不同的组分物理吸附能力的差异而使之分离的。固体吸附剂的优点：吸附容量大 热稳定性好 无流失现象 主要应用于永久性气体（氢气、氧气、氮气、甲烷等）和一些低沸点物质。（特别

18、是对烃类异构体的分离具有很好的选择性和较高的分离效率。）14.4.2 液体固定相 液体固定相是由载体和固定液两部分组成的。1.固定液 （1）固定液特点 组分在两相间的分配等温线多是线性的。种类繁多，适用的温度范围宽，选择余地大。用量可以改变呢，又易于涂渍 ，可制高效填充柱和毛细管柱。组分保留值的重现性好，色谱柱的寿命较长。 14.4.2 液体固定相（2）固定液的要求 在操作温度下气压要低，热稳定性要好。（确定固定液的最高使用温度）在操作温度下成液态，黏度要尽量低。（确定固定液的最低使用温度） 固定液对试样各组分有适当的溶解度且分配系数要适当。 具有高选择性 化学稳定性好 能牢固地附着于载体上。

19、14.4.2 液体固定相（3）固定液的作用 固定液直接影响色谱柱的分离效能。 组分是否分离决定于各组分在液相中的分配系数，而分配系数的大小决定于组分和固定液分子之间的作用力。 分子间作用力包括：静电力 诱导力 色散力 氢键作用力等14.4.2 液体固定相 （4） 固定液的分类 极性分类法相对极性法P： 规定： 非极性固定液角鲨烷相对极性为0 强极性固定液，氧二丙睛相对极性为100续前续前 测定方法： 选取一对物质：苯与环己烷或正丁烷与丁二烯，分别测定它们在以上选定的两种固定液和被测固定液上的相对保留值的对数，注：相对极性分为五级 P=020 “1” P=2140 “2” P=4160 “3”

20、P=6180 “4” P=81100 “5” 即式中q1 、q2和qx分别为苯和环己烷在，氧二丙睛、角鲨烷和待测固定液上的q值。14.4.2 液体固定相麦氏常数是在罗氏方法的基础上，1970年由McReynolds提出的改进方案。选用苯、正丁醇、2一戊酮、l一硝基丙烷、吡啶、2一甲基一2一戊醇、碘丁烷、2一辛炔、二氧六环、顺八氢化茚10种物质，在柱温120下分别测定它们在226种固定液和角鲨烷上的I值。归纳后发现前5种物质已足以表达固定液的相对极性，把该五项之和称为总极性。14.4.2 液体固定相 按固定液化学结构分类 这种分类方法是按固定液官能团的类型分类。便于按分离样品和固定液的化学结构、

21、按“相似相溶”的原则选择固定液。(1). 烃类(2). 醇和聚醇(3). 酯和聚酯(4). 聚硅氧烷类(5). 特殊选择性固定液：有机皂土、液晶、手性固定液。 14.4.2 液体固定相（5）固定液的选择 按欲分离组分的急性或化学结构与固定也相似的原则来选择固定液。 一般选用非极性固定液它对组分的保留作用主要靠色散力。分离式，试样中各组分一般按沸点从低到高的顺序先后流出色谱柱。 分力中等极性物质，应选用极性固定液 分离强极性物质，应选用极性固定液 分离非极性和极性混合组分时，一般选用极性固定液。 能形成氢键的式样，应选用氢键固定液。 对于高沸点式样，分离时不宜选用强极性固定液，宜选用极性较低的固

22、定液 对于含有异构体的式样，主要是含有芳香性异构的组分，可选用特殊保留作用的有机皂土或液晶固定液。14.4.2 液体固定相 2 载体 （1）载体的要求载体表面应为化学惰性热稳定性好，表面积大，表面多孔且分布均匀机械强度好，不易破碎载体粒度适当，颗粒均匀，形状规则 14.4.2 液体固定相 （2）载体类型）载体类型 按化学成分大致可分为硅藻土和非硅藻土两类。硅藻土载体是目前气相色谱中常用的一种载体，它是由称为硅藻的单细胞海藻骨架组成，主要成分是二氧化硅和少量无机盐，根据制造方法不同，又分为:红载体和白色载体红载体和白色载体续前红色载体红色载体是将硅藻土与粘合剂在900煅烧后，破碎过筛而得，因铁生

23、成氧化铁呈红色，故称红色载体，其特点是表面孔穴密集、孔径较小、比表面积较大。对强极性化合物吸附性和催化性较强，如烃类、醇、胺、酸等极性化合物会因吸附而产生严重拖尾。因此它适宜于分析非极性或弱极性适宜于分析非极性或弱极性物质物质。续前白色载体白色载体是将硅藻土与20的碳酸钠（助熔剂）混合煅烧而成，它呈白色、比表面积较小、吸附性和催化性弱，适宜于分析各种极性化合物分析各种极性化合物。101，102系列，英国的Celite系列，英国和美国的Chromosorb系列，美国的GasChrom A， CL， P， Q， S， Z系列等，都属这一类。 续前非硅藻土载体有有机玻璃微球载体，氟载体，高分子多孔微

24、球等。这类载体常用于特殊分析，如氟载体用于极性样品和强腐蚀性物质HF、Cl2。等分析。但由于表面非浸润性，其柱效低。14.4.3 液晶固定相液晶：即液态晶体，是晶态固体和各向同性的标准液体的中间体。液晶中分子比固体中分子运动自由，但逊色于液体中分子。 热变形液晶是将适当的固体熔融而成。按分子在液晶中的取向不同，热液晶可分为向列液晶、胆甾液晶和近晶液晶14.4.4 填充柱 填充色谱柱分离效能的高低，不仅与选填充色谱柱分离效能的高低，不仅与选择固定液和载体有关，而且还与固定液的择固定液和载体有关，而且还与固定液的涂泽和色谱柱的填充情况有密切关系。涂泽和色谱柱的填充情况有密切关系。制作步骤如下：制作

25、步骤如下： 14.4.4 填充柱1. 固定液涂渍固定液涂渍 首先按要求称取一定量的固定液，放在蒸发皿中，加入适当溶剂，失之溶解；然后把一定量经过预处理的载体放入其中，使固定液浸没载体，在红外灯下轻轻的摇动，让溶剂均匀的挥发以保证固定液在载体表面均匀分布，待溶剂完全挥发后即可封存备用。14.4.4 填充柱2. 色谱柱的填充色谱柱的填充 把清洗后的色谱柱的尾端塞上玻璃棉，接真空泵；另一端接上塑料漏斗在抽吸下加入固定相，至固定相不再进入为止。在填充过程中，要不断敲打色谱柱，使柱子填充的均匀紧密。 14.4.4 填充柱3. 色谱柱的老化色谱柱的老化 将柱的入口端与色谱仪的气化室出口连接，先断开检测器一

26、端，检漏；然后将柱箱温度调制固定夜最高使用温度以下2030c，同时以低载气流速通过色谱柱，老化48h。14.5 气象色谱分离条件的选择 14.5.1 载气及流速的选择对峰展宽、柱压降和检测器灵敏度的影响对峰展宽、柱压降和检测器灵敏度的影响对峰展宽、柱压降和检测器灵敏度的影响对峰展宽、柱压降和检测器灵敏度的影响 根据根据根据根据H=A+B/H=A+B/u+Cuu+Cu 可知可知可知可知U U,B/U,CU 低流速时（低流速时（低流速时（低流速时（0 0 0 0u u u u 最佳最佳最佳最佳），），），），B/UB/UB/UB/U起主导作用，选分子量大的载起主导作用，选分子量大的载起主导作用，选

27、分子量大的载起主导作用，选分子量大的载气气气气 高流速时（高流速时（高流速时（高流速时（u u u uu u u u 最佳最佳最佳最佳），），），），CUCUCUCU起主导作用，选分子量小的载起主导作用，选分子量小的载起主导作用，选分子量小的载起主导作用，选分子量小的载气气气气 对于较长的色谱柱，柱压大，宜用对于较长的色谱柱，柱压大，宜用对于较长的色谱柱，柱压大，宜用对于较长的色谱柱，柱压大，宜用H H H H2 2 2 2作载气，粘度小作载气，粘度小作载气，粘度小作载气，粘度小，柱压降低。低分子量的载气，有利于提高线速，实现，柱压降低。低分子量的载气，有利于提高线速，实现，柱压降低。低分子量

28、的载气，有利于提高线速，实现，柱压降低。低分子量的载气，有利于提高线速，实现快速分析。用热导检测器，应选快速分析。用热导检测器，应选快速分析。用热导检测器，应选快速分析。用热导检测器，应选H H H H2 2 2 2或氦气；对氢焰检测或氦气；对氢焰检测或氦气；对氢焰检测或氦气；对氢焰检测器，一般用器，一般用器，一般用器，一般用N N N N2 2 2 2 。 载气流速影响分离效率和分析时间。为获得高柱效，载气流速影响分离效率和分析时间。为获得高柱效，载气流速影响分离效率和分析时间。为获得高柱效，载气流速影响分离效率和分析时间。为获得高柱效，应选用最佳流速，但在此流速下，分析时间较长。为缩应选用

29、最佳流速，但在此流速下，分析时间较长。为缩应选用最佳流速，但在此流速下，分析时间较长。为缩应选用最佳流速，但在此流速下，分析时间较长。为缩短分析时间，一般载气流速要高于最佳流速，这样柱效短分析时间，一般载气流速要高于最佳流速，这样柱效短分析时间，一般载气流速要高于最佳流速，这样柱效短分析时间，一般载气流速要高于最佳流速，这样柱效下降很少，节省很多时间。常用载气流速为下降很少，节省很多时间。常用载气流速为下降很少，节省很多时间。常用载气流速为下降很少，节省很多时间。常用载气流速为2020202080ml/min80ml/min80ml/min80ml/min。14.5.2 14.5.2 柱温的选

30、择柱温的选择柱温的选择柱温的选择柱温是一个重要的操作参数，直接影响分离效能和分离度柱温是一个重要的操作参数，直接影响分离效能和分离度柱温是一个重要的操作参数，直接影响分离效能和分离度柱温是一个重要的操作参数，直接影响分离效能和分离度原则：原则： 1 1）在能保证）在能保证R R的前提下，尽量使的前提下，尽量使用低柱温，但应保证适宜的用低柱温，但应保证适宜的t tR R及峰不及峰不拖尾，减小检测本底拖尾，减小检测本底 2 2）根据样品沸点情况选择合适柱）根据样品沸点情况选择合适柱温温 柱温应低于组分沸点柱温应低于组分沸点50100501000 0C C 高沸点混合物（300400）：低于沸点10

31、0150，低配比（13），高灵敏度检测器沸点300的试样：比平均沸点低50至平均沸点的温度范围内选择，固定液配比525宽沸程样品应采用程序升温宽沸程样品应采用程序升温 程序升温好处：程序升温好处：程序升温好处：程序升温好处：改善分离效果、缩短分析周期 改善峰形、提高检测灵敏度14.5.3 色谱柱的长度和柱形选择色谱柱的长度主要取决于分离的需要在相同条件下，分离度与n（或柱长）的平方根成正比，故增加柱长对分离有利。但柱长增加，使组分的保留时间增大，延长分析时间，增大色谱柱的压力下降，因此在满足一些分离度（R=1.5）的条件下，应采用尽可能短的色谱柱。长度在26m为宜。选用内径小的柱管和较大的柱形

32、曲率半径，可获得较高的柱效率。柱内径一般在24mm14.5.4 载体粒度的选择 理论塔板高（H）和载体粒度（dp）与填充不规则因子有关。 要求：1）载体的粒度小而均匀 但也不能太小。2）固定液液膜应薄而均匀，以降低其传质阻力。14.5.5 其他条件的选择（1）气化室温度的选择 通常以气化室温度比柱温高3070 （2）检测温度的选择 应高于100，以免积水 （3）进样量和进样时间的选择 气体试样 一般为0.11.0ml；液体式样，一般为0.11.0ml 进样时间的长短 一般要求小于1s 14.6 毛细管气相色谱法14.6.1 概述（一）发展历史（一）发展历史19571957年高雷年高雷(Gola

33、y)(Golay)发表发表“涂壁毛细管气液分配色谱涂壁毛细管气液分配色谱理论和实践理论和实践”论文，首先提出毛细管速率方程，并论文，首先提出毛细管速率方程，并第一次实现了毛细管气相色谱分离。第一次实现了毛细管气相色谱分离。19581958年戈雷在阿姆斯特丹的国际气相色谱会议上发年戈雷在阿姆斯特丹的国际气相色谱会议上发表了著名的高雷方程，阐述了各种参数对柱性能的表了著名的高雷方程，阐述了各种参数对柱性能的影响。影响。 19791979年弹性石英毛细管开始应用年弹性石英毛细管开始应用, , 将毛细管气相色将毛细管气相色谱推上高潮。谱推上高潮。八十年代将固定液固定化。它大大提高了色谱柱的八十年代将固

34、定液固定化。它大大提高了色谱柱的稳定性稳定性, 延长了柱寿命延长了柱寿命, 并使液膜进一步增厚并使液膜进一步增厚, 提提高了色谱性能高了色谱性能 (如可在高温下使用如可在高温下使用)。1983 年年 惠普公司推出惠普公司推出 大孔径毛细管柱，可直接大孔径毛细管柱，可直接代替填充柱代替填充柱20世纪世纪90年代年代 Alltech 公司推出公司推出“集束毛细管柱集束毛细管柱”，919只内径为只内径为40um的毛细管柱的毛细管柱20世纪世纪90年代后期耐高温色谱柱、手性色谱柱年代后期耐高温色谱柱、手性色谱柱14.6 毛细管气相色谱法14.6.1 概述14.6 毛细管气相色谱法14.6.1 概述14

35、.6.2特点特点分离效能高分离效能高 板数一般在板数一般在20005000/m，总，总柱效可达柱效可达104106塔板数塔板数菖蒲油的色谱图菖蒲油的色谱图 （2）分析速度快）分析速度快 固定液膜薄而均匀。传固定液膜薄而均匀。传质交换加快，所以一个质交换加快，所以一个含十几只能够或更多组含十几只能够或更多组分的混合物分离，能在分的混合物分离，能在几十分钟甚至几十秒内几十分钟甚至几十秒内完成完成 苯乙烯杂质的色谱图苯乙烯杂质的色谱图34min7min操作条件严格操作条件严格 死体积很小，如果死体积很小，如果连接不当会影响柱连接不当会影响柱效效应用范围广应用范围广 红狐尿中挥发性化合物红狐尿中挥发性

36、化合物色谱图色谱图23-异戊基二甲硫；异戊基二甲硫；5乙酰苯；乙酰苯；7喹哪啶；喹哪啶；8栊牛基丙酮栊牛基丙酮（二）毛细管气相色谱柱的类型1. 填充型毛细管柱（1）填充毛细管柱： 近年很少使用。(2) 微填充柱： 目前应用不多。Packed Capillary2. 开管型毛细管柱2. 开管型毛细管柱（1）按内壁的状态分类 1）涂壁毛细管柱 2）多空层毛细管柱 3）涂载体开管柱（2）按内径分类 a.a.壁涂毛细管柱：简称壁涂毛细管柱：简称WCOTWCOT柱。目前多数为该种类型。柱。目前多数为该种类型。b.b.多孔层毛细管柱多孔层毛细管柱( Porous-Layer Open Tubular Co

37、lumn)( Porous-Layer Open Tubular Column)简称简称PLOTPLOT柱，这一类使用最多的是柱，这一类使用最多的是“载体涂层毛细管柱载体涂层毛细管柱”( ”( Support Coated Open Tubular Column) Support Coated Open Tubular Column) 简称简称SCOTSCOT柱。柱。（1）常规毛细管柱）常规毛细管柱 ：内径为：内径为0.10.3mm，一般为，一般为0.25mm左右左右Porous Layer Open Tubular Wall Coated Open Tubular （2）小内径毛细管柱）小内

38、径毛细管柱(Microbore Column)：内径是：内径是小于小于100m的弹性石英毛细管柱，多用来进行快速的弹性石英毛细管柱，多用来进行快速分析。分析。 (3) 大内径毛细管柱大内径毛细管柱(Megaobore Column)：内径为内径为320m和和530m，为了用这种色谱柱代替填充柱，为了用这种色谱柱代替填充柱，常做成厚液膜柱，如液膜厚度为常做成厚液膜柱，如液膜厚度为58m。14.6.4 毛细管气相色谱仪毛细管气相色谱仪1.分流进样器进样器进样器 进样器是样品的倒入部件，也已内插不同进样器是样品的倒入部件，也已内插不同规格的玻璃套管来完成毛细管柱的不同进规格的玻璃套管来完成毛细管柱的

39、不同进样方式样方式分流器分流器 包括分流比阀，针型阀和电磁阀等控制部包括分流比阀，针型阀和电磁阀等控制部件，用以完成不同进样方式的样品流。件，用以完成不同进样方式的样品流。 使样品瞬间气使样品瞬间气化并与载气混合，化并与载气混合，使小部分样品进使小部分样品进入色谱柱，大部入色谱柱，大部分放空。一般仪分放空。一般仪器是在气化室的器是在气化室的出口将载气分成出口将载气分成两路两路, 绝大部分绝大部分载气放空载气放空, 而极而极小部分载气流入小部分载气流入色谱柱。色谱柱。 分流进分流进样样毛细管分流/不分流进样系统不分流进样不分流进样利用分流进样器，将内插玻璃管套改用不利用分流进样器，将内插玻璃管套

40、改用不分流进样操作用的玻璃管套在进样前按分分流进样操作用的玻璃管套在进样前按分流进样操作的方式将分流比阀及电磁阀打流进样操作的方式将分流比阀及电磁阀打开。同分流进样相比，痕量组分的绝对进开。同分流进样相比，痕量组分的绝对进样量明显增加，峰行尖锐，检测灵敏度可样量明显增加，峰行尖锐，检测灵敏度可高出高出13个数量级，而且准确度也高。个数量级，而且准确度也高。 由由于于毛毛细细管管柱柱的的载载气气体体积积流流量量很很小小，进进入入检检测测器器后后发发生生突突然然减减速速，引引起起色色谱谱峰峰扩扩张张。为为了了减减少少谱谱带带扩扩展展，同同时时也也是是调调节节氢氢火火焰焰检检测测器器灵灵敏敏度度，使

41、使氢氢氮氮比比达达到到1 1左左右右，必必须须在在色色谱谱柱柱出出口口增增加加辅辅助助尾吹气。尾吹气。2.尾吹气路3.检测器由于毛细管色谱法的色谱峰形状尖而窄，由于毛细管色谱法的色谱峰形状尖而窄，因此一般用的检测器的灵敏度高，体积小因此一般用的检测器的灵敏度高，体积小的检测器，如氢火焰离子化检测器，电子的检测器，如氢火焰离子化检测器，电子捕获检测器，火焰光度检测器，热离子化捕获检测器，火焰光度检测器，热离子化检测器等。检测器等。14.6.5 毛细管气相色谱法的基本理论毛细管气相色谱法的基本理论在毛细管柱中，谱带展宽主要来自三方面：在毛细管柱中，谱带展宽主要来自三方面： 纵向扩散（纵向扩散（B）

42、 在流动相中传质阻抗引起的扩散（在流动相中传质阻抗引起的扩散（CG） 在固定相中传质阻抗引起的扩散（在固定相中传质阻抗引起的扩散（CL）涡流涡流扩散项（扩散项（A）1毛细管色谱的柱效 CGC的柱效可用理论塔板数n表示 n=5.54（Tr/W(h/2)两个相邻组分分离到一定分离度R所需理论塔板数为 eff 不考虑气体压缩效应，不考虑气体压缩效应，h1，h2和和h3的和的和是在是在毛细管空心柱中溶质峰扩张或板高的平均值为常毛细管空心柱中溶质峰扩张或板高的平均值为常见的见的Golay方程方程 在实践中，容易得到柱出口处在实践中，容易得到柱出口处(常压下常压下)溶质溶质在流动相的扩散系数在流动相的扩散

43、系数(DG0)。DG和与和与DG0和和u0的的关系式为关系式为 柱内径较大柱内径较大，柱长较短，柱进口流动相的压力，柱长较短，柱进口流动相的压力与出口压力相比差别不大，一般与出口压力相比差别不大，一般u0能近似用平能近似用平均速度表示均速度表示当柱内径减少当柱内径减少(200m)，柱长增加，柱长增加， 1960年年Giddings考虑到气体沿柱迁移时减考虑到气体沿柱迁移时减压作用引起峰扩张，引入塔板高度校正因子压作用引起峰扩张，引入塔板高度校正因子f（11.25），较为完整的平均板高方程式如下，为），较为完整的平均板高方程式如下，为内径内径0.2mm的的开管柱进行较为精确的理论评价。开管柱进行较为精确的理论评价。 14.7 气相色谱法在医药卫生中的应用在新药研究中的应用 新药结构分析 药物含量分析 药物质量控制分析 在药物代谢中的分析 毒物检测 临床检验毒物或违禁品的检测THANK YOU!