气相色谱图分析.ppt

第六章 气相色谱分析(P214)§ 概述 § 气相色谱的分离系统 § 气相色谱的检测系统 § 气相色谱的定性与定量6.1 概述一、色谱分析的应用概况在现代所有的分析仪器中，没有一种像色谱仪这样在实际中得到如此迅速和广泛的应用 目前，色谱分析广泛应用在食品学科，它通过对不同的物质分析、分离和组合，对物质进行定性和定量的分析 ，若色谱分析和质谱分析（MS）或核磁共振（NMR）联用，则能对物质进行立体结构的分析 二、色谱分析的发展方向1. 从宏观分析向微观分析方向发展2. 从体相到表相，不同层次的分析3. 从表观分析到分子内部结构变化的分析4. 从静态分析到动态分析5. 从定性到定量，出现食品分析的数据库和计算机化的局面此外，分析微生物学、菌种技术与色谱技术结合，可以确定菌种的选育、变性三、气相色谱气相色谱是用气体作为流动相的层析法根据固定 相状态的不同：目前，大部分气相色谱是以液体为固定相的气液色 谱 四、气相色谱分析的特点1.高效率2.高选择性 3.高灵敏度4.分析速度快 5.应用广泛 气相色谱法有上述优点，但也有它的缺点，即从色谱图上不能直接给出它定性的结果 五、流程在气相色谱中，作为流动相的气体称作载气。

载气→减压阀→净化干燥管→稳压阀→流量计→压力 表→进样口→气化室→色谱柱→检测器→记录仪→电子计算机积分仪 由记录仪得到的色谱图可进行定性或定量分析出峰顺序与物质性质有关，信号大小与物质的量有关 6.2 气相色谱的分离系统 一、分离原理1. 气固色谱气固色谱中的固定相是一种具有表面活性的吸附剂， 当样品随载气流过色谱柱时，由于吸附剂对各个组分的吸 附能力不同，经过反复多次的吸附与解吸的过程，使各组 分得以分离2. 气液色谱气液色谱中的固定相是在化学惰性的固体微粒（用来 支持固定液的，称作担体，支持剂）表面，涂上一层高沸 点有机物的液膜，这种高沸点有机化合物称作固定液在气液色谱柱内，被测物质中各组分的分离是基于各 组分在固定液中溶解度的不同（即分配系数K的不同）将 各组分分离的当载气携带样品进入柱中，气相中的被测物质就溶解 在固定液中载气连续流经色谱柱，溶解在固定液中的被 测组分会从固定液中挥发到气相中去随着载气流动，挥 发到气相中的被测组分又会溶解在前面的固定液中，这样 反复多次的溶解、挥发、再溶解、再挥发在固定液中溶 解度大的组分，较难挥发，K值大，随流动相移动速率小 ，后出柱；而K值小的组分先出柱。

组分分配彻底是因为 二、色谱柱形状有：U形、螺旋形材料有：玻璃、不锈钢、铝等色谱柱有两种： 三、流出曲线和有关术语试样中各组分经色谱柱分离后，依次流出色谱柱，经检测器转为电信号，然后由记录仪将各组分及浓度变化记 录下来而得到色谱图色谱图：① 反映分离的状况② 反映样品的运行状况③ 对物质进行定性、定量分析 1. 流出曲线： 色谱图以组分的变化（转变为电讯号，以mv或mA表 示）为纵座标，流出时间为横座标，这种曲线，即为流出 曲线现以某一组分的流出曲线来说明有关色谱术语 2. 有关术语⑴ 基线： 没有样品只有载气进入色谱柱，经检测器，在 记录仪上得出的线它反映检测器噪声随时间变化稳定 的基线是条直线，是仪器是否正常工作的指标⑵ 色谱峰：在操作条件下，样品进入色谱柱，经检测器 转变为相应的电信号，由记录仪反映出信号随时间变化的 曲线如图中CAD ⑶ 峰高h：峰的顶点与基线之间的距离如图中AB⑷ 半峰宽 ：指峰高一半处的峰宽度如图中GH ⑸ 拐点（扭转点）：流出曲线上二阶导数为零的两个点 如图中E、F点经计算拐点位于0.607h处，拐点间的距离 ⑹ 峰底宽 ：从峰两边的拐点作切线与基线相交部分 的宽度。

如图中IJ ⑺ 保留值：表示组分在色谱柱中停留的时间或者把组分带出色谱柱所需的载气体积 保留值有多种，现分别叙述① 死时间 ：惰性物质通过色谱柱到出现浓度极大点的时间② 保留时间 ：进样开始到样品中组分出峰最高点所用的时间③ 调整保留时间 （实际保留时间）：扣除死时间后组分的保留时间 ④ 死体积 ：色谱柱内气相的体积 式中： —载气流速—常压、室温条件下柱出口处载气流速⑤ 保留体积 ：对应于保留时间所流过的载气体积⑥调整保留体积 ：对应于调整保留时间所流过的体积 利用流出曲线可解决以下问题：① 根据色谱峰的位置可以进行定性鉴定② 根据色谱峰的面积或高度可以进行定量测定③ 根据色谱峰的位置及宽度，可以对色谱分离情况进行评价 四、色谱柱的分离效能色谱柱的主要作用在于使两种或两种以上组分的混合 物分离常用选择性、分辨率、柱效率等来表示色谱柱的 分离效能1. 分离因子 ：两组分保留值之比 。

也有用调整保留值之比 ，，只有 >> 时，它们才比较接近分离因子常用来表征柱子的选择性，其值较大时，一般分离较好但也有例外 2. 分离度R（分辨率）：相邻两组分色谱保留值之差与此 两组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值 分离度是描述混合物中相邻两组分在色谱柱中分离情 况的重要指标R=1.0时，两组分稍有重叠；R=1.5时，两组分基本上可以全分离；R>诱导力D.氢键力：是定向力的一种特殊类型含N、O、F的化 合物分子越大，氢键力越弱 ② 固定液的选择方法固定液的选择原则是相似相溶原则A.分离非极性组分：采用非极性固定液，两者间是色散 力各组分按沸点顺序彼此分离（沸点规律）B.分离极性组分：采用极性固定液，分子间主要是定向 力各组分按极性大小出峰（极性规律）C.分离极性组分与非极性组分混合物：采用极性固定液 ，按极性顺序出峰当样品组分复杂，用一种固定液不能达到分离要求 时，往往使用混合固定液D.氢键型物质的分离：可用氢键型固定液 ⑶ 柱温的选择每种固定液都有一定的使用温度柱温不能高于固定液的最高使用温度柱温影响到组分的分配系数、扩散系数等提高柱温可以改善气相和液相传质速率，有利于提高柱效能。

一般柱温选在试样各组分的平均沸点左右或比平均沸点稍低一些 ⑷ 进样温度、进样时间、进样量进样温度：指进样后汽化室的温度一般选择汽化温度比 柱温高30～70℃进样时间：进样速度必须很快，一般进样时，时间应在1秒以内进样量：进样量一般比较少液体样品一般0.1～5 ， 气体样品0.1～10ml六、填充色谱柱的制备1. 固定液的用量和涂渍用量：一般固定液：担体=5～25：100涂渍：固定液的涂渍一般采用静态法方法是：称取固定液，溶解在适当的有机溶剂中溶解时，将烧杯放入水浴中，然后加入担体，在一定温度 下摇动烧杯，让溶剂均匀挥发，挥发完后，即涂渍完毕 2. 装柱装柱要求担体填充均匀、紧密填充方法有三种：泵抽装填法：柱后接一真空泵抽气，使担体填充紧密适 用于长柱子填装振荡装填法：将色谱柱装在振荡器上，边装边振荡，使担 体填充紧密、均匀手工装填法：边装边敲击的手工填装法3. 色谱柱的老化填充完毕后，柱子不能马上使用，需做老化处理老化的目的：① 彻底除去填充物中的残余溶剂和某些挥发性杂质② 使固定液更均匀地、牢固地分布在担体表面老化的方法：把色谱柱安入色谱仪，用较低的载气流速， 在略高于操作时的柱温下，处理十几个小时，直至记录仪 上的基线平直。

6.3 气相色谱的检测系统一、检测器的分类及作用原理1. 作用原理作用：将经分离后的各组分按其特性及含量转换为响应的 点讯号原理：在一定条件下，检测器产生的信号大小E与进入检 测器某组分的量或浓度C成正比即： 式中：S—比例常数，称为响应值或灵敏度m↗，则E↗，不同的组分，有不同的响应值S2. 分类根据检测器原理不同，可将检测器分为浓度型检测器和质量型检测器两种浓度型检测器：测量载气中某组分浓度瞬间的变化，即响应值和组分的浓度成正比如：热导池检测器质量型检测器：测量载气中某组分进入检测器的速度变化，即响应值和单位时间内进入检测器某组分的量成正比如；氢火焰电离检测器 二、检测器的要求及特征对检测器总的要求是：灵敏度要高，敏感度要低，稳 定性要好，线性范围宽，响应速度快1. 响应值（灵敏度）S单位时间或单位体积内进入检测器的样品量所产生的 响应讯号即为响应值2. 敏感度（检测限度）检测器恰能产生二倍于噪声讯号时的单位时间引入的样品量（或单位体积载气中需含样品量）即为敏感度—敏感度 敏感度M的物理意义：使检测器产生恰好能够鉴别的讯号时，单位体积或单位时间引入检测器的最小物质量M越小，检测器越敏感，越能满足痕量分析的要求。

3. 线性范围检测器的线性范围就是在检测器呈线性时，最大和最 小进样量之比比值越大，即线性范围越宽，越有利于准 确定量～ 范围内准确 4. 漂移（ ）单位时间内，无给定样品通过检测器而由仪器本身和 工作条件所造成的记录笔单方向偏离原点之值常以 表示如右图：5. 响应速度（响应时间）要求检测器响应速度快，就要求检测器死体积小三、检测器1. TCD⑴ 结构热导池以铜或不锈钢作池体一般有四个槽，槽内有 四个热敏元件，组成惠斯登电桥的四个臂其中两个臂是 参考池，另两个臂是测量池⑵ 原理当通过热导池体的气体组成及浓度发生变化时，可引 起热敏元件上温度的变化，由此导致电阻值的变化，破坏 了平衡状态的电桥产生电流，测量其电流（讯号）的大小 ，根据讯号的大小，衡量组分的含量 ⑶ 操作条件① 工作电流（电桥电流）一般100～200mA载气：桥流100～150mA载气：桥流 150～200mA② 池体温度池体温度低，池体和钨丝温差就大，利于传热，使灵 敏度提高一般池体温度不低于柱温③ 载气载气与试样的导热系数越大，产生的越大，则灵敏度越高一般选用导热系数大的气体如 、 作载气。

2. FID⑴ 结构氢火焰电离检测器主要是一个离子室，一般用不锈钢 制成，内有气体入口，火焰喷嘴，一对电极⑵ 原理氢火焰离子化检测器是以 和空气的火焰为能源， 在氢火焰附近装置两个电极，两电极之间外加100～350v 的极化电压当分离的组分由载气携带与离子室的空气相 遇时，经过点火引燃而燃烧在氢火焰中的电离（离子化 ）效率很低，约每50万个碳原子中有一个碳原子电离 电离的程度与组分的性质有关，还与火焰温度、单位时间 内进入火焰的物质的数量有关（属质量型检测器）在直 流电场作用下，离子向电极移动产生电流，这微小的电流 经放大器后，输入记录器得出色谱图 ⑶ 操作条件① 气体流量一般用 作载气氢气流量与载气流量之比影响氢火焰的温度及火焰中 电离过程一般 ： =1：1～1.5空气是助燃气，空气量较小时，灵敏度较低当空气 大于某一数值后，对响应值几乎无影响一般 ：空气=1：10～15一般 ： ：空气=1：1：10② 极化电压一般极化电压 ③ 温度离子室温度应高于50℃，以防积水基始电流：氢焰点火后，没有样品进入检测器，记录器上观察到的电流信号。

它是由固定液的挥发，气体中微量杂质、汽化室中杂质产生的 6.4 气相色谱的定性与定量一、定性分析气相色谱定性分析的目的是确定试样的组成即确定每 个色谱峰各代表什么组分现介绍几种主要的定性方法1. 保留值定性保留值定性是一种最普遍、最方便的定性方法在一定的固定相和一定的操作条件下（柱温、柱长、 内径、载气 ），每种无都有一定的保留值（ 、 或、 ）故可以测得纯物质的保留值后与未。