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第六章 色谱分析导论 Gas Chromatography (GC) 色谱法名称起源：色谱法名称起源：19031903年年, ,俄国植物学家俄国植物学家Mikhail TswettMikhail Tswett 首先采用色谱法分离植物色素首先采用色谱法分离植物色素一、色谱法一、色谱法(Chromatography)(Chromatography)本质本质 色谱法本质是一种分离方法它是利用各物质在两相中色谱法本质是一种分离方法它是利用各物质在两相中 具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质 在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的 §6－1 色谱法概述色谱分析示意图•Tswett方法 (经典方法)•offline•固定相:不动的一相，流动相；携带样品流过固定相的流动体•现代色谱法•online二、色谱法分类二、色谱法分类A. 气相色谱气相色谱 (GC): 流动相为气体的色谱流动相为气体的色谱 气固色谱气固色谱(GSC): 固定相是固体吸附剂固定相是固体吸附剂 气液色谱气液色谱(GLC): 固定相是固定液固定相是固定液 B. 液相色谱液相色谱 (LC):流动相为液体的色谱流动相为液体的色谱 液固色谱液固色谱(LSC): 固定相是固体吸附剂固定相是固体吸附剂 液液色谱液液色谱(LLC): 固定相是固定液固定相是固定液 C. 超临界流体色谱超临界流体色谱(SFC): 流动相为超临界流体。

所谓超临流动相为超临界流体所谓超临 界流体，是指既不是气体也不是液体的一些物质，界流体，是指既不是气体也不是液体的一些物质， 它们的物理性质介于气体和液体之间它们的物理性质介于气体和液体之间1．按两相状态分类2．按分离机理分类分配色谱: 利用各组分在两相中分配系数的不同而进行分离的 方法气-液，液-液吸附色谱: 利用各组分在吸附剂〔固定相〕上的吸附能力强弱 不同而得以分离的方法气-固，液-固离子交换色谱: 利用各组分在离子交换剂〔固定相〕上的亲和 力大小不同而达到分离的方法〔属 LC一种）尺寸排阻色谱法: 利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择 (凝胶色谱法GPC) 渗透而达到分离的方法〔属LC一种）亲和色谱法: 利用不同组分与固定相〔固定化分子〕的高专属 性亲和力进行分离的技术称为亲和色谱法，常用 于蛋白质的分离〔LC一种）3．按操作形式的不同分类• 柱色谱 LCC：固定相装于柱内的色谱法。

• 填充柱色谱： 固定相填充满玻璃或金属管• 开管柱色谱： 固定相固定在管内壁的称为开管柱 • 色谱或毛细管柱色谱• 平板色谱 ：固定相呈平板状的色谱法• 它又可分为薄层色谱TLC和纸色谱PC§6-2 色谱流出曲线及有关术语 （一〕流出曲线 2. 保留值表示试样中各组分在色谱柱内停留时间的数值，通常用时间、走纸距离或相应的载气体积来表示 1. 基线〔底线） 柱中仅有流动相载气通过时，检测器响应讯号的记录值，即图中Ot线． （防止：基线噪声、基线漂移）（二〕有关色谱术语 * * 用时间表示用时间表示 单位单位: s: s或或cmcm（（1 1〕保留时间〕保留时间 tR tR 试样从进样开始到柱后出现峰极大点试样从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的时间时所经历的时间(O(O´ ´B)B) （（2 2〕死时间〕死时间 t0 t0不被固定相吸附或溶解的气体〔如：空不被固定相吸附或溶解的气体〔如：空气，甲烷〕进入色谱柱时，从进样到出气，甲烷〕进入色谱柱时，从进样到出现小极大峰所需的时间现小极大峰所需的时间(O(O´ ´A A´ ´) ) 流动相平均线速流动相平均线速u u：：（（1〕保留体积〕保留体积 VR   从进样开始到出现峰极大所从进样开始到出现峰极大所通过的载气体积。

通过的载气体积 VR=tRF0 F0:柱出口处载气流速柱出口处载气流速  mL/min（（2）） 死体积死体积 V0   指从进样口至检测器出口，指从进样口至检测器出口，整个一段里所具有的空隙体积整个一段里所具有的空隙体积        VM=t0F0（（3〕调整保留体积〕调整保留体积 VR’   扣除死体积后的保留体积扣除死体积后的保留体积.        VR=tRF0* * 用体积表示用体积表示 单位：单位：mLmL（（3〕调整保留时间〕调整保留时间 tR′  某组份的保留时间扣除死时间某组份的保留时间扣除死时间后称为后称为该组份的调整保留时间，即该组份的调整保留时间，即              tR′ = tR-t0   ( A’B)* * 相对保留值相对保留值 r21 ( r21 (也称也称 柱选择因子柱选择因子21) : 21) : r21 r21只与柱温及固定相的性质有关，而与操作条件如：柱径、只与柱温及固定相的性质有关，而与操作条件如：柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关，它表示了色谱柱对这两组柱长、填充情况及流动相流速无关，它表示了色谱柱对这两组分的选择性，是气相色谱中的重要定性参数．分的选择性，是气相色谱中的重要定性参数．必须注意:相对保留值不是两个组份保留时间或保留体积之比.指组分指组分2与组分与组分1的调整保留值之比的调整保留值之比3. 3. 峰高峰高 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h表示， （图中BA） 4、区域宽度1. 标准偏差标准偏差σ 即即0.607倍峰高处色谱峰宽的一半，图中倍峰高处色谱峰宽的一半，图中EF距离的一半距离的一半.2. 半峰宽半峰宽Y1/2 即峰高一半处对应的峰宽，如图中即峰高一半处对应的峰宽，如图中GH间的距离．它与间的距离．它与标准偏差标准偏差σ的关系是：的关系是：3. 基线宽度基线宽度Y 即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距，如图中即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距，如图中IJ的的间隔．它与标准偏差间隔．它与标准偏差σ的关系是：的关系是： W = 4σ色谱曲线之用途Ø根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组 份的最少个数Ø依据色谱峰的保留值(或位置〕进行定性分析Ø依据色谱峰的面积或峰高进行定量分析Ø依据色谱峰的保留值以及峰宽评价色谱柱的分离效能§§6-3 6-3 气相色谱分析基本原理气相色谱分析基本原理 色谱分离原理是基于样品组分在固定相/流动相之间反复多次地分配过程，即组分在固定相上的溶解--挥发或吸附--解吸过程, 这种分离过程可用样品分子在两相间的分配来描述，因而叫做分配色谱。

一、分配系数和分配比分配色谱的分离依据： 1、分配系数 K 指在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值Cs , Cm : g/mL分配系数与分离性能ØK决定于组分和两相的热力学性质在一定温度下，K小的组分在流动相中浓度大，先流出色谱柱；反之，后流出色谱柱两组分K值相差越大，色谱分离效果越好Ø分配系数与温度成反比，增加温度，分配系数变小在气相色谱分离中，柱温是一个很重要的操作参数，温度的选择对分离影响很大，而对液相色谱分离的影响小2 2、分配比、分配比 k ( k (容量因子容量因子) )    分配比是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配比是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的总质量比即分配在固定相和流动相中的总质量比即 K与k关系：相比3 3、滞留因子、滞留因子RsRs 设流动相在柱内的线速度为u，组分在柱内线速度为us，由于固定相对组分有保留作用，所以us＜u．此两速度之比称为滞留因子Rs 组分速度:流动相线速度:Rs若用质量分数表示，即若用质量分数表示，即                              所以因此，分配比k值可直接从色谱图测得。

表示组分保留时间与柱长、流动相速度、分配比、分配系数和两相体积之间的关系也可以用保留体积表示：4 4．分配系数．分配系数K K及分配比及分配比k k与选择因子与选择因子αα的关系的关系 上式表明：通过选择因子α把实验测量值k与热力学性质的分配系数K直接联系起来，α对固定相的选择具有实际意义如果两组分的K或k值相等，则α=1，两个组分的色谱峰必将重合，说明分不开两组分的K或k值相差越大，则分离得越好因此两组分具有不同的分配系数是色谱分离的先决条件1、塔板理论的几个假设1)在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间迅速达到分配平衡，这样的一小段柱长即称为“理论塔板”， H称为塔板高度，简称板高2)流动相〔载气〕进入色谱柱不是连续式加入，而是间隙式加入，每次进气为一个塔板体积3)塔板之间无分子扩散〔忽略试样的纵相扩散）4)组分在所有塔板上的分配系数保持常数精馏塔示意图二、色谱分离的基本理论（一〕塔板理论（一〕塔板理论2、塔板理论之推导结论1)当组分进入色谱柱后，在每块塔板上进行两相间的分配，塔板数越多，组分在柱内两相间达到分配平衡的次数也越多，柱效越高，分离就越好2) n50 流出曲线呈基本对称的峰形；当 n 达 103－106 流出曲线趋近于正态分布；2〕评价柱效的参数〕评价柱效的参数理论塔板高度〔H）理论塔板数(n)有效理论塔板数 本卷须知：（1〕n大，柱效高，分离好，前提是两组分分配系数K应有差 异，否则n无论多大，两组分将无法分离。

有效理论塔板高度（2〕同一色谱柱对不同的物质的柱效是不一样的，因此用n 表示柱效时必须注明对什么物质而言例例1：在：在1.0m柱上测得组分柱上测得组分A和非滞留组分的保和非滞留组分的保留时间分别为留时间分别为8.40min和和1.60min，组分，组分A峰的峰的峰底宽为峰底宽为4.5mm，记录纸速度为，记录纸速度为300mm/h计算该柱的有效理论塔板高度算该柱的有效理论塔板高度解：塔板理论之局限性Ø塔板理论是一种半经验性的理论，它用热力学的观点定量说明了溶质在色谱柱中分配平衡和分离过程，导出流出曲线的数学模型，并成功地解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置，还提出了计算和评价柱效的参数Ø但是色谱过程不仅受热力学的因素影响，而且还与分子的扩散、传质等动力学因素有关，塔板理论的某些基本假设并不完全符合柱内实际发生的分离过程，只能定性地给出板高的概念，却不能解释板高受哪些因素影响，也不能说明为什么在不同的流速下，可以测得不同的理论塔板数，因而限制了它的应用（二〕速率理论1956年van Deemter等提出了色谱过程动力学理论 ——速率理论式中：H为板高；u为流动相的线速度； A，B，C为常数，分别代表涡流扩散项系数、 分子扩散项系数、传质阻力项系数。

1 1、、van Deemtervan Deemter方程方程涡流扩散展宽因素Ø涡流扩散与填充物的平均直径dp和填充不规则因子λ有关，与流动相的性质、线速度和组分性质无关Ø为了减少涡流扩散，提高柱效，固定相应使用细而均匀的颗粒，并且应填充均匀空心毛细管，不存在涡流扩散A.A.涡流扩散项涡流扩散项(Eddy (Eddy diffusion) diffusion) 2 2、各项系数的物理意义、各项系数的物理意义 纵向分子扩散展宽因素1.为弯曲因子，它反映了固定相颗粒的几何形状对自由分子扩散的阻碍情况,一般小于1，阻碍越大， 越小2.Dg为组分在流动相中扩散系数(cm2·s-1) 3. Dg ：随柱温升高而增加；与柱压成反比;4. 与载气相对分子质量M成反比 因此，在GC中应选择载气相对分子质量大， 柱温低，载气流速大的条件 B. B. 纵向〔分子〕扩散项纵向〔分子〕扩散项（（longitudinal longitudinal diffusiondiffusion）） C. C. 传质阻力传质阻力 气相传质阻力：组分从气相扩散到固定相表面所受的传质阻力液相传质阻力：组分从固定相的气液界面扩散到液相内部所受 的传质阻力C=Cl+Cg因此，应该采用细颗粒的固定相和相对分子质量小的载气， 以增大Dg；低含量固定液，以减小固定液液膜厚度;选用 低粘度固定液，增大组分在固定液中的扩散系数;适当提 高柱温及降低流速 Cl ：液相传质阻力项Cg： 气相传质阻力项k：容量因子df：担体表面液膜厚度Dl：组分在液相中的 扩散系数由此得气液色谱速率板高方程 这一方程对选择色谱分离条件具有实际指导意义，它指出了色谱柱填充的均匀程度，填料颗粒的大小，流动相的种类及流速，固定相的液膜厚度等对柱效的影响。

由此可知:流动相线速u一定时，仅在A、B、C较小时，塔板高 度H才能较小，柱效才较高；反之柱效较低，色谱 峰将展宽 流动相线速度,分子扩散项和传质阻力项对板高的贡献H-u曲线最小塔板高度最佳线速影响谱带展宽的其他因素影响谱带展宽的其他因素 v非线性色谱非线性色谱 v等温线常为非线性等温线常为非线性, ,故分配系数不是常数，是浓度的函故分配系数不是常数，是浓度的函数，使谱带的高浓度区域〔中心附近〕和低浓度区域数，使谱带的高浓度区域〔中心附近〕和低浓度区域〔前沿和尾部〕的分子的移动速率不等，造成色谱峰〔前沿和尾部〕的分子的移动速率不等，造成色谱峰““拖尾〞或拖尾〞或““伸舌〞景象，从而使峰展宽伸舌〞景象，从而使峰展宽v活性中心的影响活性中心的影响 v载体表面不完全惰性载体表面不完全惰性v柱外效应柱外效应v柱前后死体积和与进样有关的技术柱前后死体积和与进样有关的技术三、分离度和色谱分离三、分离度和色谱分离 基本方程基本方程分分离离度度是是既既能能反反映映柱柱效效又又能能反反映映选选择择性性的的指指标标，，又又称称分分离离效效能能指标或分辨率指标或分辨率.1 1、分离度、分离度 或：定义为：•R值越大，表明相邻两组分分离越好。

•对于两个峰高相同的对称峰，达到基线分离时，R=1.5，此时，两组分的分离程度达99.87%,故常用R=1.5作为相邻两组分已完全分离的标志 •R＝1时，分离程度可达97.72％(两个峰高相同)•两峰的高度相差10倍，当R=1.0时，低含量组分的分离程度只有88%.如何判断完全分离?2、色谱分离基本方程1) 柱效的影响 柱长L∝n，柱长 R，但分析时间，且峰宽因此增高柱效，用减小塔板高度H的办法2) 分配比的影响 k, R, 但k值越大，分析时间越长，峰越展宽通常k值选在1-10范围内改变分配比的方法有：改变柱温或改变流动相性质和组成，或改变固定相的含量 3) 相对保留值 α越大，柱选择性越好，对分离越有利给定R下的塔板数: 例例: 有有一一根根 1m长长的的柱柱子子，，分分离离组组分分1和和2得得到到如如图图的的色色谱谱图图图图中中横横坐坐标标l为为记记录录笔笔走走纸纸距距离离若若欲欲得得到到 R=1.2的的分分离离度度，，有效塔板数应为多少？色谱柱要加到多长？有效塔板数应为多少？色谱柱要加到多长？解：先求出相对保留值2，1再求出组分2的分配比k原来柱长时组分2理论塔板数计算分离度R=1.2时所需要的理论塔板数： 因n∝L(H值不变)，则达到基线分离时的柱长： 第七章第七章 气相色谱法气相色谱法1、高分离效能：能分离分配系数很相近的多种化合物；、高分离效能：能分离分配系数很相近的多种化合物；2、高灵敏度：、高灵敏度：    可以检测低达可以检测低达0.1ng/g的物质；的物质；3、分析速度快：几分钟至几十分钟即可分析一个样品；、分析速度快：几分钟至几十分钟即可分析一个样品；4、用量少：、用量少：        液体样品仅需液体样品仅需1L、气体样品、气体样品1 5mL；；5、缺陷：、缺陷： 必须有纯物质或相应的定性数据作对照才能得出定必须有纯物质或相应的定性数据作对照才能得出定                   性结果；不适于沸点过高（性结果；不适于沸点过高（>450ºC〕的难挥发物及〕的难挥发物及                   热稳定性差的物质的测定。

热稳定性差的物质的测定气相色谱过程§7－－1 气相色谱仪气相色谱仪一、色谱仪各部件简介 五部分： 气路系统； 进样系统； 分离系统； 控温系统；检测和记 录系统；1、气路系统结构气路系统v气路系统的目的是将样品载入色谱柱分离后进入检测器测定；v气路系统要求气密性好、载气流量稳定和测量流量准确；v气相色谱常用的载气为氮气、氢气和氦气等载气的选择主要由检测器性质及分离要求所决定；v载气在进入色谱仪前必须经过净化处理；v载气流量由稳压阀或稳流阀调节控制2、进样系统v气化室的作用是将液体或固体样品瞬间气化而不分解,后进柱分离v要求: 热容量较大, 死体积较小,无催化效应进样器：液体样品的进样通常采用进样器：液体样品的进样通常采用微量注射器，气体样品的进样通常微量注射器，气体样品的进样通常采用医用注射器或六通阀采用医用注射器或六通阀气化室：气化室：3、分离系统Ø 分离系统〔即色谱柱〕是仪器的心脏部分, 可分为填充 Ø 柱和毛细管柱Ø 填充柱 由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相，一般内径为Ø 2～4 mm，长1～3m填充柱的形状有U型和螺旋型。

Ø 毛细管柱 又叫空心柱，将固定液均匀地涂在内径0.l～0.7mmØ 的毛细管内壁而成，毛细管材料为不锈钢/玻璃/石英Ø 毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小，柱子长达30 ～300mØ 分离效率高〔理论塔板数可达106）、分析速度快、样品用Ø 量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，制备较难 4、控制温度系统v色谱柱的温度控制方式有恒温和程序升温二种v程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高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 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5、检测器和数据处理系统检测器：把进入的组分按时间及其浓度或质量的变化，转化成易于测量的电信号，经过必要的放大传递给记录仪或计算机，最后得到该混合样品的色谱流出曲线及定性和定量信息常见的检测器有：热导检测器、火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器等 二、气相色谱固定相•气固色谱固定相为吸附剂，气液色谱填充柱固定相由固定液和载体组成；•由于使用惰性气体作流动相，可以认为组分与流动相分子之间基本没有作用力，决定色谱分离的主要因素是组分和固定相分子之间的相互作用力。

（一〕固体吸附剂（一〕固体吸附剂（气固色谱固定相）（气固色谱固定相） v炭：非极性吸附剂; 可分离醇、酸、酚、胺等多种极性化合物也可分离某些异构体；v氧化铝：中等极性吸附剂，热稳定性和机械强度都很好，主要用于分析C1-C4烃类及其异构体；v硅胶：强极性吸附剂, 用于分析硫化物；v分子筛：强极性吸附剂，人工合成的硅铝酸盐，可分析H2、O2、N2、CH4和CO；v高分子多孔微球：新型合成有机固定相, 可分析极性的多元醇、脂肪酸或非极性的烃、醚等分析有机物中的微量水要求:吸附容量大，热稳定性好，在使用温度下不发生催化活性（二〕气液色谱固定相：担体（二〕气液色谱固定相：担体+ +固定液固定液（1〕担体的要求: 化学惰性，无表面吸附作用,无催化活性； 孔穴均匀，比表面大，粒度细小均匀； 耐热性强，有一定机械强度和浸润性1 1、担体〔载体）、担体〔载体）（（2 2〕担体的类型和性能〕担体的类型和性能 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硅藻土又分成红色硅藻土和白色硅藻土红色硅藻土：孔穴密集，孔径小，比表面积大，机械强度大适宜涂布非极性固定液，用于分析非极性或弱极性物质；白色硅藻土：孔径较粗，比表面积小，机械强度小。

适宜涂布极性固定液，分析各种极性化合物非硅藻土载体:有机玻璃微球载体，氟载体，高分子多孔微球等这类载体常用于特殊分析，如HF、Cl2分析 硅藻土载体表面不是完全惰性的，具有活性中心如硅醇基或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾；因此，使用前要进行化学处理，以改进孔隙结构，屏蔽活性中心，减少峰的拖尾，或不可逆吸附，改进分离处理方法有酸洗、碱洗、硅烷化及添加减尾剂等 （（3〕担体的表面处理〕担体的表面处理（i〕酸洗：用3-6mol/L盐酸浸煮载体、过滤，水洗至中性甲醇淋洗，脱水烘干可除去无机盐、Fe、Al等金属氧化物；（ii〕碱洗：用5%或10%NaOH的甲醇溶液回流或浸泡，然后用水、甲醇洗至中性，除去氧化铝； (iii) 硅烷化：用硅烷化试剂与载体表面硅醇基反应，使生成硅烷醚，以除去表面氢键作用力如：3、固定液 气液色谱中使用的固定液是高沸点有机物，它涂布在惰性载体表面1〕固定液应满足如下要求：对被测组分化学惰性；热稳定性好，在操作温度下固定液的蒸气压很低，挥发性小，不易流失；对不同的物质具有一定的溶解度和较高选择性粘度小、凝固点低，从而可降低固定液的最低使用温度，扩大温度使用范围；对载体表面具有良好浸润性，易涂布均匀。

（（2 2〕组分与固定液分子间的作用力〕组分与固定液分子间的作用力 v固定液能将不同组分分离是由于组分在固定液中的溶解度不同，而溶解度的差别与组分和固定液分子间的相互作用力大小有关；v分子间的作用力主要有定向〔静电〕力、诱导力、色散力和氢键力等，这些作用力都与分子的极性有关 规定：非极性固定液角鲨烷的极性为0； 强极性固定液β，β′-氧二丙睛的极性为100． 选择一对物质〔如正丁烷一丁二烯，或环乙烷一苯），来进行试验分别测定它们在氧二丙腈1、角鲨烷2及欲测固定液x的色谱柱上的相对保留值，将其取对数后，得到:（i〕相对极性 P ：（（3 3〕固定液的极性〕固定液的极性 固定液的极性可用于描述和区别固定液的分离特征 目前大都采用相对极性和固定液特征常数表示（ⅱ）固定液特征常数 vKovats指数〔保留指数）v以正构烷烃系列为参比标准,表示一个组分的相对保留能力的大小,可用以定性分析；vRohrschneider和McReynolds常数〔罗氏和麦氏常数）v Rohrschneider和McReynolds常数表示固定液的v 相对极性,为选择合适的固定液提供参考(p138)。

Kovats保留指数以正构烷烃系列为参比标准,人为规定正构烷烃的保留指数为其碳数乘100，测定时将碳数为n和n+1的正构烷烃加于样品x中进行分析，若测得它们的调整保留时间分别为tr′(Cn)，tr′(Cn+1) 和tr′(x), 且tr′(Cn)＜tr′(x) ＜tr(Cn+1)时，则组分X的保留指数可按下式计算，即Rohrschneider和McReynolds常数 罗氏常数和麦氏常数都表示固定液的相对极性,用△I 表示△I值越大，表示固定液和组分之间的作用力越大罗氏常数：分别测定五种不同作用力的探测物在被测固定液和参比固定液角鲨烷〔非极性〕上的保留指数，并计算出在两种固定液上的保留指数差值，即△I麦氏常数：分别测定了十种探测物(常用前五种)在被测固定液和参比固定液角鲨烷〔非极性〕上的保留指数，并计算出在两种固定液上的保留指数差值，即△I△I值反映了固定液与不同功能团分子之间的作用,并提供了量化指标, 选择最佳的固定液 (p31)(4)(4)固定液的选择性固定液的选择性•两组分要获得良好选择性，必须满足：蒸汽压有足够差别或活度系数要有足够差别；•如两组分沸点接近，可通过选择与两者的作用力有足够大差别的固定液获得良好分离；•由于两种力交叉作用，且力的大小不可能量化，因此只有通过实验才知道正确流出的次序。

组分分子的蒸汽压和其与固定液分子之间的分子作用力决定了其流出色谱柱的次序固定液的选择原则〔相似相溶） •对非极性混合物一般选择非极性固定液，各组分按沸点顺序出峰；若非极性混合物中含有极性组分，则沸点相近的极性组分先流出；•对中等极性混合物一般选择中等极性固定液若诱导力很小，则组分基本上按沸点顺序出峰；•对强极性组分一般选择强极性固定液，各组分按极性顺序出峰，如果极性组分中含有非极性组分，则非极性组分最先流出；•对易形成氢键的组分应选用氢键型固定液或极性固定液，组分按形成氢键能力的大小顺序出峰三、 检测器（一〕检测器的分类1、按作用分类： 通用性检测器(如热导和火焰离子化检测器) 选择性检测器(如电子捕获和火焰光度)2、按原理分类: （1〕浓度型检测器 测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，如热导检测器和电子捕获检测器2〕质量型检测器 测量的是载气中某组分进入检测器的质量流速变化，如火焰离子化检测器和火焰光度检测器等GC检测器是把载气里被分离的各组分的浓度或质量转换成电信号的装置TCD是根据不同的物质具有不同的热导系数原理制成的属浓度型检测器特点：TCD结构简单，性能稳定，通用性好，几乎对所有物质都有响应，且线性范围宽，价格便宜，应用最广，最成熟的一种检测器。

缺陷：死体积大，灵敏度较低      1、热导检测器〔、热导检测器〔TCD））（二〕检测器原理及特点•桥电流桥电流  热导池的灵敏度与桥电流三次方成正比，桥电流热导池的灵敏度与桥电流三次方成正比，桥电流增加，灵敏度就提高，但电流太大会影响钨丝寿命，且增加，灵敏度就提高，但电流太大会影响钨丝寿命，且噪声加大噪声加大, 一般桥电流控制在一般桥电流控制在100～～200mA左右；左右；•载气载气   载气与组分的热导系数差别越大，相应的输出信号载气与组分的热导系数差别越大，相应的输出信号也越大也越大,一般采用热导系数大的载气如一般采用热导系数大的载气如H2或或He；；•温度温度   池体与热敏元件〔钨丝〕温差大，气体易将热量传池体与热敏元件〔钨丝〕温差大，气体易将热量传出去，灵敏度高，所以检测室温度较低为宜，但必须高出去，灵敏度高，所以检测室温度较低为宜，但必须高于柱温，以防止组分蒸汽在检测室中冷凝于柱温，以防止组分蒸汽在检测室中冷凝影响TCD灵敏度的因素2 2、氢火焰离子化检测器〔、氢火焰离子化检测器〔FIDFID）） ØFID工作原理：Ø 以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。

 ØFID能检测大多数含碳有机化合物(通用型)；Ø灵敏度高，比TCD高约103倍；Ø死体积小，响应速度快;Ø线性范围宽，可达106以上；Ø结构不复杂，操作简单，是目前应用最广泛的色谱检测器之一；(质量型检测器)Ø缺陷:不能检测永久性气体: 水、CO、CO2、NOX、H2S等FIDFID特点特点3 3、电子捕获检测器、电子捕获检测器(ECD) (ECD) 工作原理：放射源的β射线将载气电离，产生次级电子和正离子，并在电场作用下向电极移动，形成恒定基流当载气带有电负性溶质进入检测器时，电负性溶质就能捕获这些低能量的自由电子，形成稳定的负离子，负离子再与载气正离于复合成中性化合物，使基流降低而产生负信号——倒峰 Ø选择性很强的检测器，对具有电负性物质〔如含卤素、硫、磷、氰等物质〕的检测有很高灵敏度〔检出限约1O-14g·cm-3）；Ø浓度型检测器；Ø缺点是线性范围窄，只有103左右，且响应易受操作条件的影响，重现性较差ECD特点特点4 4、火焰光度检测器、火焰光度检测器(FPD) (FPD) 工作原理：当含硫〔或磷〕试样进入氢焰离子室后，发生反应，当激发态S2*分子返回基态时发射出特征波长光λmax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，生成的HPO碎片可化学发光(λmax=526nm)这些光由光电信增管转换成信号，经放大后由记录仪记录 FPDFPD特点特点1.对含磷、硫有机化合物具有高选择性,属选择性检测器,又称硫、磷检测器；2.高灵敏度检测器，检出限可达10-12g·S-1〔对P〕或10-11g·S-1〔对S）；3.质量型检测器；4.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（三〕检测器的性能指标（三〕检测器的性能指标v灵敏度高；灵敏度高；v检出限低；检出限低；v线性范围宽；线性范围宽；v稳定性好；稳定性好；v死体积小，响应迅速；死体积小，响应迅速；v通用性检测器要求适用范围广；选择性通用性检测器要求适用范围广；选择性检测器要求选择性好检测器要求选择性好检测器性能指标定义检测器性能指标定义单位物质量通过检测器时产生的信号大小浓度型检测器： (mV·mL·mg-1 ) C1:mV/cm ( mV·mL·mL-1) C2:min/cm m:进样量 A:峰面积质量型检测器： (mV·s·g-1 ) •灵敏度•检测限•当检测器产生的信号为2倍噪声时，所对应的单位体积/单位时间内进入检测器的最小物质量,是衡量检测器性能的指标•最小检测量 最小检测量:指产生2倍噪声峰高时，色谱体系〔即色谱仪〕所需的进样量。

质量型检测器的最小检测量 浓度型检测器的最小检测量 常见检测器性能比较§§7 7－－4 4 色谱分离操作条件的选择色谱分离操作条件的选择1 1．柱长．柱长 增加柱长可使理论塔板数增大，但同时使峰宽增加柱长可使理论塔板数增大，但同时使峰宽加大，分析时间延长因此，填充柱的柱长要选加大，分析时间延长因此，填充柱的柱长要选择适当一般情况下，柱长选择以使组分能完全择适当一般情况下，柱长选择以使组分能完全分离，分离度达到所期望的值为准；分离，分离度达到所期望的值为准；色谱分离的操作条件的选择依据：基本色谱分离方程式及范氏理论2 2、固定液及其配比、固定液及其配比 据不同的分析试样选择不同的固定液；据不同的分析试样选择不同的固定液； 固定液与担体的配比适当，液膜厚度尽量小同时又必须保证一固定液与担体的配比适当，液膜厚度尽量小同时又必须保证一 定的进样量定的进样量3 3．担体粒度及筛分范围．担体粒度及筛分范围 担体的粒度愈小，填装愈均匀，柱效担体的粒度愈小，填装愈均匀，柱效就愈高但粒度也不能太小否则，阻力压就愈高。

但粒度也不能太小否则，阻力压也急剧增大一般粒度直径为柱内径的也急剧增大一般粒度直径为柱内径的1 1／／2020～～l l／／2525为宜；为宜；4 4．进样时间及进样量．进样时间及进样量 进样时间要短，使试样进入色谱柱呈进样时间要短，使试样进入色谱柱呈““塞子塞子〞状；〞状； 最大允许进样量应控制在使半峰宽基本不变，最大允许进样量应控制在使半峰宽基本不变，而峰高与进样量成线性关系，如果超过最大而峰高与进样量成线性关系，如果超过最大允许进样量，线性关系遭破坏允许进样量，线性关系遭破坏5.5.载气及其流速的选择载气及其流速的选择 （（1〕载气种类：〕载气种类： u小，分子扩散项起主要作用，小，分子扩散项起主要作用，应尽量选相对分子质量大的应尽量选相对分子质量大的载气，如：载气，如：N2,Ar u大，传质阻力项起主要作用，大，传质阻力项起主要作用，应尽量选相对分子质量小的应尽量选相对分子质量小的载气，如：载气，如：H2, He 同时考虑载气与检测器的要求同时考虑载气与检测器的要求相适应〔热导检测器：相适应〔热导检测器： H2, He ）；）；（（2〕载气流速〕载气流速在最佳流速时板高最小，但为在最佳流速时板高最小，但为缩短分析时间，往往选略高于缩短分析时间，往往选略高于最佳流速。

最佳流速6 6．柱温的选择．柱温的选择 v提高柱温可使气相、液相传质速率加快，有利于降低塔板高度，改善柱效；v增加柱温同时又加剧纵向扩散，从而导致柱效下降；v较低柱温可改善分离，提高选择性，但会增长分析时间；v较高柱温会导致固定液流失，缩短柱子使用寿命；v因此，选择柱温要兼顾几方面的因素一般原则是：v1、在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取适当低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度；2、对于宽沸程的多组分混合物，可采用程序升温法对于宽沸程的多组分混合物，可采用程序升温法一、定性分析 （一〕利用保留值定性1.在相同条件下，如果标准物质的保留值与被测物中某色谱峰的保留值一致，可初步判断二者可能是同一物质；2.也可以在样品中加入一已知的标准物质，若某一峰明显增高，则可认为此峰代表该物质3. 有时应采用双柱或多柱法验证：即选择极性不同的二根或二根以上柱子再进行比较，若在二根极性不同的柱上，标准物质与被测组分的保留值相同，则可确定该被测组分的存在 §7－5 气相色谱分析方法和应用 （二） 利用相对保留值定性在用保留值定性时，必须使两次分析条件完全一致，有时不易做到。

而用相对保留值定性时，可根据所用固定相和柱温直接与文献值对照，而不需标准样品1、在无纯的标准物质时，可将得到的相对保留值ri,s与文献报道 的ri,s值比较，但所用固定相和柱温必须相同；2、利用保留指数（ Kovasts指数〕定性：该参数是一种重现性 较其它保留数据都好的定性参数 方法要求找2个保留值紧 靠待测未知物保留值的基准物质，一般选用正构烷烃作为基 准物来标定按下式计算保留指数，然后根据所用固定相和 柱温直接与文献值对照例：在阿皮松L柱上测得乙酸正丁酯调整保留距离为： 310.0mm，而正庚烷为174.0mm，正辛烷为 373.4mm，求乙酸正丁酯的保留指数〔柱温100℃） 解： 已知n=7即乙酸正丁酯的保留指数为775.6在与文献值对照时，一定要重视文献值的实验条件，如固定液、柱温等而且要用几个已知组分进行验证  （三〕与其他方法结合定性（三〕与其他方法结合定性1、气相色谱与质谱、红外光谱、核磁共振等仪器联用是目前解决复杂样品定性分析最有效工具之一；2、与化学方法配合定性：含有官能团的某些组分，可与特殊化学试剂作用，而出现颜色或析出沉淀等以此配合色谱结论进行定性。

二、定量分析 气相色谱定量分析是根据检测器对溶质产生的响应信号与溶质的量成正比的原理，通过色谱图上的面积或峰高，计算样品中溶质的含量 Ai:峰面积； fi’:比例常数也称定量校正因子 1. 1. 峰面积测量方法峰面积测量方法 （（l l〕对称形峰面积的测量〕对称形峰面积的测量————峰高乘半峰宽法峰高乘半峰宽法 对称峰的面积；对称峰的面积； A=1.065A=1.065××h h××Y1Y1／／2 2 相对计算时相对计算时 A=h A=h××Y1Y1／／2 2 （（2 2〕不对称峰面积的测量一峰高乘平均峰宽法〕不对称峰面积的测量一峰高乘平均峰宽法 对于不对称峰的测量，采用峰高乘平均峰宽法；对于不对称峰的测量，采用峰高乘平均峰宽法； A=1/2hA=1/2h〔〔Y0.15Y0.15＋＋Y0.85Y0.85））（（3 3〕对于同系物峰面积的测量一峰高乘保留时〕对于同系物峰面积的测量一峰高乘保留时间法间法 同系物的半峰宽与保留时间成正比〔同系物的半峰宽与保留时间成正比〔峰形较窄时）；峰形较窄时）； A=hA=h××Y1Y1／／2= h 2= h ×× b b ××tRtR 相对计算时相对计算时 A=h A=h ×× tR tR（（4 4〕由色谱仪配有电子积分仪或微处理机来自〕由色谱仪配有电子积分仪或微处理机来自动完成。

动完成 2. 2. 定量校正因子定量校正因子 （1〕定量校正因子fi 定义：单位峰面积的i组分的量 fi=mi/Ai 色谱定量分析是基于峰面积与组分的量成正比关系但由于同一检测器对不同物质具有不同的响应值，即对不同物质，检测器的灵敏度不同，所以两个相等量的物质得不出相等峰面积或者说，相同的峰面积并不意味着相等物质的量因此，在计算时需将面积乘上一个换算系数，使组分的面积转换成相应物质的量，此换算系数即为定量校正因子fi由于不易得到准确的绝对校正因子(仪器灵敏度变化等影响)，在实际定量分析中采用相对校正因子相对定量校正因子 fi’定义为：组分的绝对正因子fi和标准物的绝对校正因子fS之比即为该组分的相对定量校正因子：一般来说，热导池检测器标准物用苯，氢火焰离子检测器用正庚烷；（2〕相对定量校正因子•凡文献查得的校正因子都是指相对校正因子；•相对校正因子只与试样、标准物质和检测器类型有关，与操作条件、柱温、载气流速、固定液性质无关 质量校正因子fm 相对响应值S’几种相对校正因子：摩尔校正因子fM体积校正因子fV3 3、常用的定量计算方法、常用的定量计算方法 （（l l〕归一化法〕归一化法 归一化法是气相色谱中常用的一种定量方法。

其优归一化法是气相色谱中常用的一种定量方法其优点是简便准确，当操作条件如进样量、载气流速点是简便准确，当操作条件如进样量、载气流速等变化时对结果的影响较小；等变化时对结果的影响较小；适合于对多组分试样中各组分含量的分析前提条适合于对多组分试样中各组分含量的分析前提条件是试样中各组分必须全部在色谱图上出现色谱件是试样中各组分必须全部在色谱图上出现色谱峰归一化的计算公式同分异构体,其fi相同峰高峰面积v外标法是所有定量分析中最通用的一种方法，即所谓校准曲线法；v用被测组分的纯物质配制一系列不同含量的标准溶液，在一定色谱条件下分别进样分离，测得相对应的响应值〔峰高或峰面积），绘制含量——响应曲线，在同样条件下测得被测组分的响应值，再从曲线上查得相应的含量； v外标法简便，不需要校正因子，但进样量要求十分准确，操作条件也需严格控制它适用于日常控制分析和大量同类样品的分析2 2〕外标法〕外标法（（3 3〕内标法〕内标法Ø内标法:选择一种与样品性质相近的物质为内标物，加入到已知质量的样品中，进行色谱分离，测量样品中被测组分和内标物的峰面积，被测组分的质量分数可按下式计算： 在测定相对校正因子时，常以内标物本身作为标准物，则f’s=1。

式中，Ai和 As分别为样品中被测组分和内标物峰面积；fi为相对校正因子；m和ms分别为样品和内标物的质量 v样品中不含有内标物质；v峰的位置在各待测组分之间或与之相近；v稳定、易得纯品；v与样品能互溶但无化学反应；v内标物浓度恰当，使其峰面积与待测组分相差不太大内标物的要求三、气相色谱法的应用三、气相色谱法的应用 v气固色谱常用于永久性气体及低碳数化合物的分离其分离原理是基于不同的气体在固体表面的吸附能力不同；v气液色谱的应用更广泛,可分析几乎所有可气化而不分解的物质,还可通过化学衍生法分析热不稳定/难气化等物质；v选择良好的固定液及优化的操作条件可获得满意的分离分析结果；v分离比较简单的样品，可以用填充柱，分离比较复杂的样品应用开管柱，并采用程序升温方式柱:化学键合交联开管柱固定液:PEG-20M柱长30m，I.d. 0.25mm，thickness: 0.25μm采用程序升温方式香水的成分GC分析例例: 已知物质已知物质A和和B在一个在一个30.0cm柱上的保留时间分柱上的保留时间分别为别为16.40和和17.63分钟分钟.不被保留组分通过该柱的时不被保留组分通过该柱的时间为间为1.30分钟分钟.峰宽为峰宽为1.11和和1.21mm,计算计算: (1)   柱分辨本领柱分辨本领;(2)   柱的平均塔板数目柱的平均塔板数目;(3)   塔板高度塔板高度;(4)   达到达到1.5分离度所需的柱长度分离度所需的柱长度;(5)     在较长柱在较长柱(R=1.5)上把物质上把物质B洗脱所需要的时洗脱所需要的时间间.  解: (1) RS=2(17.63-16.40)/(1.11+1.21)=1.06 (2) nA=16(16.40/1.11)2=3493 nB=16(17.63/1.21)2=3397 nav=(3493+3397)/2=3445 (3) H=L/n=30.0/3445=8.71×10-3cm (4) n2=3445×1.52/1.062=6.90×103 （因 nR2） L=nH=6.90×103×8.71×10-3=60.1cm (5) tr2= tr1(RS2/RS1) =17.63×1.5/1.06 =24.95分钟思考题思考题思考题 1. 1. 1. 气相色谱的基本设备包括那几部分气相色谱的基本设备包括那几部分气相色谱的基本设备包括那几部分, ,,各有什么作用各有什么作用各有什么作用? ?? 2 2 2．试以塔极高度．试以塔极高度．试以塔极高度H HH做指标讨论气相色谱操作条件的选择。

做指标讨论气相色谱操作条件的选择做指标讨论气相色谱操作条件的选择 3. 3. 3. 试述速率方程式中试述速率方程式中试述速率方程式中A AA、、、B BB、、、C CC三项的物理意义三项的物理意义三项的物理意义 4. 4. 4. 为什么可用分辨率为什么可用分辨率为什么可用分辨率R RR作为色谱柱的总分离效能指标作为色谱柱的总分离效能指标作为色谱柱的总分离效能指标 5. 5. 5. 能否根据理论塔板数来判断分离的可能性？为什么？能否根据理论塔板数来判断分离的可能性？为什么？能否根据理论塔板数来判断分离的可能性？为什么？ 6. 6. 6. 对载体和固定液的要求分别是什么对载体和固定液的要求分别是什么对载体和固定液的要求分别是什么? ?? 7. 7. 7. 试比较红色担体和白色担体的性能试比较红色担体和白色担体的性能试比较红色担体和白色担体的性能, ,,它们各使用在哪些方面它们各使用在哪些方面它们各使用在哪些方面? ?? 8. 8. 8. 固定液可分为哪几类？为什么这样划分？如何选择固定液。

固定液可分为哪几类？为什么这样划分？如何选择固定液固定液可分为哪几类？为什么这样划分？如何选择固定液 9. 9. 9. 色谱定性的依据是什么，主要有哪些定性方法色谱定性的依据是什么，主要有哪些定性方法色谱定性的依据是什么，主要有哪些定性方法 10 10 10．色谱定量分析中为什么要用校正因子？在什么情况下可以不用．色谱定量分析中为什么要用校正因子？在什么情况下可以不用．色谱定量分析中为什么要用校正因子？在什么情况下可以不用? ??。