1、2022-3-20第第二二章章气相色谱分析气相色谱分析Gas chromatographic analysis ,GC教学目标及要求教学目标及要求1.掌握气相色谱仪的组成和分析流程；掌握气相色谱仪的组成和分析流程；2.掌握色谱分离原理及分离基本方程式；掌握色谱分离原理及分离基本方程式；3.掌握下列基本概念：色谱峰、基线、保留值、分离度、掌握下列基本概念：色谱峰、基线、保留值、分离度、分配系数和分配比；分配系数和分配比；4.掌握气相色谱法定性和定量的依据及分析方法；掌握气相色谱法定性和定量的依据及分析方法；5.掌握用相对极性法选择固定液；掌握用相对极性法选择固定液；6.了解四个常见检测器的构造及
2、特性；了解四个常见检测器的构造及特性；7.理解塔板理论和速率理论；理解塔板理论和速率理论；8.了解常用的气相色谱担体、固定相、固定液的种类及了解常用的气相色谱担体、固定相、固定液的种类及选择原则；选择原则；9.了解气相色谱分析操作条件的选择；了解气相色谱分析操作条件的选择；10.了解气相色谱法的应用。了解气相色谱法的应用。重点：重点： 1、色谱流出曲线和有关术语，相关计算。、色谱流出曲线和有关术语，相关计算。 2、气相色谱法的基本原理及分离基本方程式。、气相色谱法的基本原理及分离基本方程式。3、气相色谱定性分析方法。、气相色谱定性分析方法。4、定量分析方法中校正因子、归一化法及内标、定量分析方
3、法中校正因子、归一化法及内标法的计算。法的计算。难点：难点： 色谱流出曲线和有关术语，气相色谱定性、色谱流出曲线和有关术语，气相色谱定性、定量分析方法。定量分析方法。2022-3-20一、概述（由来、分类和作用一、概述（由来、分类和作用 ）Generalization二、气相色谱仪二、气相色谱仪Gas chromatographic instruments三、气相色谱仪流程三、气相色谱仪流程Process of gas chromatograph四、气相色谱主要部件四、气相色谱主要部件Main assembly of gas chromatograph五、基本概念五、基本概念Basic con
4、ception第一节第一节 气相色谱法概述气相色谱法概述Generalization of gas chromatographic instruments2022-3-20一、一、 色谱法的由来、分类和作用色谱法的由来、分类和作用 1.由来由来 色谱法是混合物最有效的分离、分析方法。色谱法是混合物最有效的分离、分析方法。 1906年由俄国植物学家年由俄国植物学家茨维特（茨维特（Tswett）创立的，他在创立的，他在研究植物叶子的色素成分时，将植物叶子的萃取物倒入填有研究植物叶子的色素成分时，将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内，然后加入石油醚使其自由流下，结碳酸钙的直立玻璃管内，然后
5、加入石油醚使其自由流下，结果色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。当时果色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。当时Tswett把这种色带叫做把这种色带叫做“色谱色谱”（Chromatography）这种方这种方法因此得名为色谱法（当时使用的色谱原型装置如下图）。法因此得名为色谱法（当时使用的色谱原型装置如下图）。以后此法逐渐应用于无色物质的分离，以后此法逐渐应用于无色物质的分离，“色谱色谱”二字虽已失二字虽已失去原来的含义，但仍被人们沿用至今。去原来的含义，但仍被人们沿用至今。 2022-3-20tR2tR1tR32022-3-20在色谱法中：在色谱法中：（1）将填入玻璃管或不锈钢
6、管内静止不动的一相称为）将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相称为固定相固定相。 （2）自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为）自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为流动相流动相 。（3）装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为）装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为色谱柱色谱柱 。 当当含有含有混合物混合物样品样品的流动相（气体、液体或超临界流体）的流动相（气体、液体或超临界流体）经过固定相时，就会经过固定相时，就会与固定相发生作用与固定相发生作用，由于各组分在性质和，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱
7、也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。各个单组份物质各个单组份物质可分别进行定性、定量分析。可分别进行定性、定量分析。 20世纪世纪50年代，色谱发展最快（原因：年代，色谱发展最快（原因：1. 一些新型色谱技一些新型色谱技术的发展；术的发展；2. 复杂组分分析发展的要求。）复杂组分分析发展的要求。） 1937-1972年中有年中有12个个Nobel奖是有关色谱研究的！奖是有关色谱研究的！ 在在Tswett提出色谱概念后的提出色谱概念后
8、的20多年里没有人关注多年里没有人关注这一伟大的发明。直到这一伟大的发明。直到1931年德国的年德国的Kuhn和和Lederer才重复了才重复了Tswett的某些实验，用氧化铝和碳酸钙分离的某些实验，用氧化铝和碳酸钙分离了了-，-，和，和-胡萝卜素，此后用这种方法分离了胡萝卜素，此后用这种方法分离了60多种这类色素。多种这类色素。 Martin和和Synge在在 1940年提出液液分配色谱法（年提出液液分配色谱法（LiquidLiquid Partition Chromatography），即固），即固定相是吸附在硅胶上的水，流动相是某种有机溶剂。定相是吸附在硅胶上的水，流动相是某种有机溶剂。
9、1941年年马丁马丁Martin和辛吉和辛吉Syngee提出用气体代替液体提出用气体代替液体作流动相的可能性，作流动相的可能性，11年之后年之后James和和Martin发表了发表了从理论到实践比较完整的气液色谱方法（从理论到实践比较完整的气液色谱方法（GasLiquid Chromatography），因而获得了），因而获得了1952年的诺年的诺贝尔化学奖。贝尔化学奖。 2022-3-202022-3-20 在此基础上，在此基础上，1957年年Golay开创了开创了开管柱气相色谱法开管柱气相色谱法（OpenTubular Column Chromatography），习惯上称为毛细管柱气相色
10、），习惯上称为毛细管柱气相色谱法（谱法（Capillary Column Chromatography ）。）。1956年年Van Deemter等在前人研究的基础上发展了描述色谱过程的速率理论，等在前人研究的基础上发展了描述色谱过程的速率理论，1965年年Giddings总结和扩展了前人的色谱理论，为色谱的发展奠总结和扩展了前人的色谱理论，为色谱的发展奠定了理论基础定了理论基础。另一方面早在。另一方面早在1944年年Consden等就发展了等就发展了纸色谱纸色谱(PC)，1949年年Macllean等在氧化铝中加入淀粉粘合剂制作薄层板等在氧化铝中加入淀粉粘合剂制作薄层板使使薄层色谱法（薄层色
11、谱法（TLC ）得以实际应用，而在得以实际应用，而在1956年年Stahl开发出薄开发出薄层色谱板涂布器之后，才使层色谱板涂布器之后，才使TLC得到广泛地应用。在得到广泛地应用。在60年代末把年代末把高压泵和化学键合固定相用于液相色谱，出现了高压泵和化学键合固定相用于液相色谱，出现了高效液相色谱（高效液相色谱（HPLC）。80年代初毛细管年代初毛细管超临界流体色谱（超临界流体色谱（SFC）得到发展，但得到发展，但在在90年代后未得到较广泛的应用。而在年代后未得到较广泛的应用。而在80年代初由年代初由Jorgenson等集等集前人经验而发展起来的前人经验而发展起来的毛细管电泳毛细管电泳(CE)，
12、在，在90年代得到广泛的发年代得到广泛的发展和应用。同时集展和应用。同时集HPLC和和CZE优点的优点的毛细管电色谱毛细管电色谱在在90年代后期年代后期受到重视。到受到重视。到21世纪色谱科学将在生命科学等前沿科学领域发挥世纪色谱科学将在生命科学等前沿科学领域发挥不可代替的重要作用。不可代替的重要作用。2022-3-202022-3-202. 色谱法分类色谱法分类 ：1. 按流动相和固定相的状态分类按流动相和固定相的状态分类 2. 按使用领域不同对色谱仪的分类按使用领域不同对色谱仪的分类2022-3-202. 气相色谱法分类气相色谱法分类 ： 气气-固色谱固色谱 1. 按固定相分按固定相分 气
13、气-液色谱液色谱 吸附色谱吸附色谱 2. 按分离原理分按分离原理分 分配色谱分配色谱 填充柱色谱填充柱色谱 3. 按柱子粗细分按柱子粗细分 毛细管柱色谱毛细管柱色谱2022-3-203.3.色谱分离过程色谱分离过程混合组分的分离过程及混合组分的分离过程及检测器对各组份在不同检测器对各组份在不同阶段的响应阶段的响应t0t2t12022-3-20混合组分的分离过程混合组分的分离过程及检测器对各组份在及检测器对各组份在不同阶段的响应不同阶段的响应2022-3-203.作用作用色谱分离过程色谱分离过程 色谱分离过程是在色谱柱内完成的。色谱分离过程是在色谱柱内完成的。 填充柱色谱填充柱色谱: 气固气固(
14、液固液固)色谱和气液色谱和气液(液液液液)色谱，两者的色谱，两者的分离机理不同。分离机理不同。 在色谱分离中，如果将样品注入色谱柱头，样品本身很在色谱分离中，如果将样品注入色谱柱头，样品本身很快就会在固定相和流动相之间达到分配平衡。当流动相流过快就会在固定相和流动相之间达到分配平衡。当流动相流过时，样品将在流动相和新的固定相上又达到分配平衡。时，样品将在流动相和新的固定相上又达到分配平衡。 同时，原来仍在固定相中的样品与新的流动相之间也会同时，原来仍在固定相中的样品与新的流动相之间也会形成新的分配平衡。随着流动相不断的流过，形成新的分配平衡。随着流动相不断的流过，它们就会携带发生分配平衡后而存
15、在于它们就会携带发生分配平衡后而存在于流动相的样品沿着柱子向前移动。流动相的样品沿着柱子向前移动。 气固气固(液固液固)色谱的固定相色谱的固定相: 多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗粒。 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气液气液(液液液液)色谱的固定相色谱的固定相: 由由 担体和固定液所组成。担体和固定液所组成。 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。气相色谱分离原理：气相色谱分离原理：P9气固色谱的分离机理气固色谱的分离机理: 吸附与脱附的不断重复过程吸附与脱附的不断重复过程气液色谱的分离机理
16、：气液色谱的分离机理： 气液气液(液液液液)两相间的反复多次分配过程。两相间的反复多次分配过程。2022-3-202022-3-20色谱法的特点色谱法的特点（1）分离效率高）分离效率高 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。（2） 灵敏度高灵敏度高 可以检测出可以检测出g.g-1(10-6)级甚至级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。级的物质量。（3） 分析速度快分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4） 应用范围广应用范围广 气相色谱：沸点低于气相色谱：沸点低于400
17、的各种有机或无机试样的分析。的各种有机或无机试样的分析。 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。 不足之处：不足之处： 被分离组分的定性较为困难。被分离组分的定性较为困难。2022-3-20二二.气相色谱仪气相色谱仪v现在，有近百厂家、提供数百种型号的气相色谱仪，价格在现在，有近百厂家、提供数百种型号的气相色谱仪，价格在几万到几十万。几万到几十万。v过去几十年内，色谱仪器得到了极大的发展，这主要归于：过去几十年内，色谱仪器得到了极大的发展，这主要归于：v1970s电子积分仪及计算机数据处理装置的发展；电子积分仪及计算机数据处理装置的发展
18、；v1980s计算机技术对仪器各类参数的自动控制。如柱温、计算机技术对仪器各类参数的自动控制。如柱温、流速、自动进样等。流速、自动进样等。 随着这些技术的发展，仪器性价比大幅提高。其中，随着这些技术的发展，仪器性价比大幅提高。其中，GC最最重要的发展是开管柱的引入，使含有数百种混合物样品得以重要的发展是开管柱的引入，使含有数百种混合物样品得以分离！分离！2022-3-20岛津岛津 GC-14C 气相色谱仪气相色谱仪2022-3-202022-3-20上海分析仪器厂上海分析仪器厂GC122型气相色譜仪型气相色譜仪2022-3-20色色- -质谱联用仪质谱联用仪2022-3-20三、气相色谱结构流
19、程三、气相色谱结构流程1-载气钢瓶；载气钢瓶；2-减压阀；减压阀；3-净化干燥管；净化干燥管；4-针形阀；针形阀；5-流量计流量计;6-压力表；压力表；7-进样器；进样器；8-色谱柱；色谱柱；9-热导检测器；热导检测器；10-放大器；放大器；11-温度控制器；温度控制器；12-记录仪；记录仪；载气系统载气系统进样系统进样系统色谱柱色谱柱检测系统检测系统温控系统温控系统2022-3-20结构流程结构流程2022-3-20四、气相色谱仪主要部件四、气相色谱仪主要部件 main assembly of gas chromatograph1. 载气系统载气系统(Carrier gas supply)气
20、路系统：获得纯净、流速稳定的载气路系统：获得纯净、流速稳定的载 气。包括压力计、流量计气。包括压力计、流量计 及气体净化装置。及气体净化装置。载气载气: 要求化学惰性，不与有关物质要求化学惰性，不与有关物质 反应。载气的选择除了要求考反应。载气的选择除了要求考 虑虑 对柱效的影响外，还要与分对柱效的影响外，还要与分 析对象和所用的检测器相配。析对象和所用的检测器相配。常用的载气有：氢气、氮气、氦气；常用的载气有：氢气、氮气、氦气；2022-3-20净化干燥管：净化干燥管：去除载气中的水、氧、有机物等杂质（依次通过去除载气中的水、氧、有机物等杂质（依次通过 分子筛、活性炭等）；分子筛、活性炭等）
21、；载气流速控制：载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。压力表：压力表：多为两级压力指示：多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力第一级，钢瓶压力(总是高于常压。对填充柱：总是高于常压。对填充柱：10-50 psi（Pounds per square inch ）；对开口毛细柱：；对开口毛细柱：1-25 psi)； 第二级，柱头压力指示；第二级，柱头压力指示；( 1psi=6894.76 pa)流量计流量计: 在柱头前使用转子流量计在柱头前使用转子流量计(Rotometer)，但不太准确。，但不太准确。 通常在柱后，以皂膜流量计通常在
22、柱后，以皂膜流量计(Soap-bubble meter)测流测流 速。许多现代仪器装置有电子流量计，并以计算机控制速。许多现代仪器装置有电子流量计，并以计算机控制 其流速保持不变。其流速保持不变。2022-3-202. 进样装置进样装置(Sample injection system) 进样装置：进样装置：进样器进样器+气化室；气化室； 气体进样器（六通阀）：气体进样器（六通阀）：推拉式和旋转式两种。推拉式和旋转式两种。 试样试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；进入分离柱；2022-3-20 常以微量注射器常以微量
23、注射器(穿过隔膜垫穿过隔膜垫)或六通阀将液体样品注入或六通阀将液体样品注入气化室气化室(汽化室温度比样品中最易蒸的物质的沸点高约汽化室温度比样品中最易蒸的物质的沸点高约50oC)，通常六通阀进样的重现性好于注射器。通常六通阀进样的重现性好于注射器。 进样要求：进样要求：进样量或体积适宜；进样量或体积适宜；“塞子塞子”式进样。一般柱分式进样。一般柱分离进样体积在十分之几至离进样体积在十分之几至20 L，对毛细管柱分离，体积约，对毛细管柱分离，体积约为为10-3 L，此时应采用分流进样装置来实现。，此时应采用分流进样装置来实现。体积过大或体积过大或进样过慢，将导致分离变差进样过慢，将导致分离变差(
24、拖尾拖尾)。2022-3-20 液体进样器液体进样器： 不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用1uL; 10L；毛细管色谱常用；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。程自动完成，一次可放置数十个试样。气化室气化室：将液体试样瞬间气化的装置。：将液体试样瞬间气化的装置。 无催化作用。无催化作用。2022-3-203. 色谱柱（分离柱）色谱柱（分离柱） 色谱柱：色谱柱：色谱仪的核心部件。色谱仪的核心部件。 柱材质：柱材质：不
25、锈钢管或玻璃管不锈钢管或玻璃管融熔石英等融熔石英等，内径，内径3-6毫毫 米。米。 长度可根据需要确定。长度可根据需要确定。 柱填料：柱填料：粒度为粒度为40-60、60-80或或80-100目的色谱固定相。目的色谱固定相。 气气-固色谱：固体吸附剂固色谱：固体吸附剂 气气-液色谱：担体液色谱：担体+固定液固定液 柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧、颗粒过细、使柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧、颗粒过细、使柱压降增大，对操作不利；反之空隙体积大，柱效低。柱压降增大，对操作不利；反之空隙体积大，柱效低。 填充柱：填充柱：多为多为U形或螺旋形，内径形或螺旋形，内径36 mm，长，长13m，内
26、，内 填固定相；填固定相；2022-3-20开管柱：开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。 内径内径0.10.5mm长长 达几十至达几十至 100m。通常弯成直径。通常弯成直径 1030cm的螺旋状。开管柱因渗透性好、传质的螺旋状。开管柱因渗透性好、传质 快，快， 因而分离效率高因而分离效率高(n可达可达 106)、分析速度快、样品用量、分析速度快、样品用量 小。过去是填充柱占主要，但现在，这种情况正在迅小。过去是填充柱占主要，但现在，这种情况正在迅 速发生变化，除了一些特定的分析之外，填充柱将会速发生变化，除了一些特定的分析之外，填充柱将会 被更高效、更快速
27、的开管柱所取代！被更高效、更快速的开管柱所取代！柱温：柱温： 是影响分离的最重要的因素。其变化应小是影响分离的最重要的因素。其变化应小0.xoC。选。选 择柱择柱 温主要是考虑温主要是考虑 样品待测物沸点和对分离的要求。样品待测物沸点和对分离的要求。 柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点(分析时间分析时间 20-30min)；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法。；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法。2022-3-204. 检测系统 色谱仪的眼睛色谱仪的眼睛 通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成； 被色谱柱分离
28、后的组分依次进入检测器，按其浓度或质被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；给出色谱图； 检测器：检测器：广普型广普型对所有物质均有响应；对所有物质均有响应； 专属型专属型对特定物质有高灵敏响应；对特定物质有高灵敏响应；浓度型浓度型: 检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与 浓度成正比。浓度成正比。质量型质量型: 检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响 应值与单位时间进
29、入检测器的量成正比。应值与单位时间进入检测器的量成正比。 2022-3-201. 热导检测器热导检测器(Thermal conductivity detector, TCD):是基于各种物质有不同的导是基于各种物质有不同的导热系数而设计的检测器。热系数而设计的检测器。 2. 氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器(Flame ionized detector, FID):是气相色谱中最常用的一是气相色谱中最常用的一种检测器。它的敏感度高，线性范围宽，易于掌握，应用范围广，特别适种检测器。它的敏感度高，线性范围宽，易于掌握，应用范围广，特别适合于毛细管气相色谱使用。合于毛细管气相色谱使用。 3.
30、电子捕获检测器电子捕获检测器(Electron capture detector, ECD):是一种用是一种用Ni或氖做放射源或氖做放射源的离子化检测器，它是气相色谱检测器中灵敏度最高的一种选择性检测器，的离子化检测器，它是气相色谱检测器中灵敏度最高的一种选择性检测器，在气相色谱仪中应用范围仅次于在气相色谱仪中应用范围仅次于TCD和和FID，占第三位。，占第三位。 4. 火焰光度检测器火焰光度检测器(Flame photometric detector, FPD):是基于样品在富氢火焰中是基于样品在富氢火焰中燃烧，使含硫、磷化合物经燃烧后又被氢还原而得到特征光谱的检测器燃烧，使含硫、磷化合物经
31、燃烧后又被氢还原而得到特征光谱的检测器 5. 氮磷检测器（氮磷检测器（NPD）也称热离子检测器也称热离子检测器(Thermionic detector, TID):是基于样是基于样品在富氢火焰中燃烧，使含硫、磷化合物经燃烧后又被氢还原而得到特征品在富氢火焰中燃烧，使含硫、磷化合物经燃烧后又被氢还原而得到特征光谱的检测器光谱的检测器 6. 原子发射检测器原子发射检测器(Atomic emission Detector, AED)7. 硫荧光检测器硫荧光检测器（Sulfur chemiluminescence Detector, SCD） 根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型和质量型检测器。根据
32、检测器的响应原理，可将其分为浓度型和质量型检测器。常用的常用的气相色谱的检测器：气相色谱的检测器：2022-3-205. 温度控制系统温度控制系统 温度温度是色谱分离条件的重要选择参数；是色谱分离条件的重要选择参数； 气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；温度； 气化室：气化室：保证液体试样瞬间气化；保证液体试样瞬间气化； 检测器：检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；保证被分离后的组分通过时不在此冷凝； 分离室：分离室：准确控制分准确控制分离需要的温度。当试样离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需复杂时，分离室温度需
33、要按一定程序控制温度要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温变化，各组分在最佳温度下分离；度下分离；2022-3-20程程序序升升温温与与恒恒温温对对分分离离的的影影响响比比较较恒温：恒温：45oC程序升温：程序升温：30180oC恒温：恒温：145oC温度低，分离效果较好，但分析时间长温度低，分离效果较好，但分析时间长程序升温，分离效果好，且分析时间短程序升温，分离效果好，且分析时间短温度高，分析时间短，但分离效果差温度高，分析时间短，但分离效果差2022-3-202022-3-20流出曲线流出曲线（色谱图）（色谱图）：电信号强度随时间变化曲线：电信号强度随时间变化曲线色谱峰：流出曲线上突起
34、部分色谱峰：流出曲线上突起部分2022-3-20不对称因子不对称因子ABAAWfhs2)(205. 0fs在0.951.05之间fs小于0.95fs大于1.052022-3-20 基线基线：当没有待测组分进入检测器：当没有待测组分进入检测器 时 ， 反 映 检 测 器 噪 音 随 时 间时 ， 反 映 检 测 器 噪 音 随 时 间 变化的曲线（稳定变化的曲线（稳定平直直线平直直线）噪音噪音：仪器本身所固有的，以噪音仪器本身所固有的，以噪音 带表示带表示（仪器越好，噪音越小）（仪器越好，噪音越小）漂移漂移：基线向某个方向稳定移动基线向某个方向稳定移动 （仪器未稳定造成）（仪器未稳定造成）202
35、2-3-20（1）时间表示的保留值）时间表示的保留值保留时间保留时间（retention time） tR：从从进样开始到组分出现浓度极大点时所需进样开始到组分出现浓度极大点时所需时间，即组分通过色谱柱所需要的时间时间，即组分通过色谱柱所需要的时间死时间死时间（dead time） tm：不被固定不被固定相溶解或吸附的组分的保留时间（即组相溶解或吸附的组分的保留时间（即组分在流动相中的所消耗的时间），或流分在流动相中的所消耗的时间），或流动相充满柱内空隙体积占据的空间所需要的时间，又称流动相保留动相充满柱内空隙体积占据的空间所需要的时间，又称流动相保留时间。时间。调整保留时间调整保留时间（ad
36、justed retention time） tR：组分的保留时间与组分的保留时间与死时间之差值，即组分在固定相中滞留的时间死时间之差值，即组分在固定相中滞留的时间mRRttt0tttRR或2022-3-20l保留体积保留体积（retention volume） VR：从进样开始到组分出现浓从进样开始到组分出现浓度极大点时所消耗的流动相的体积度极大点时所消耗的流动相的体积l死体积死体积（dead volume） Vm：不被保留的组分通过色谱柱所消不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流动相的体积，又指色谱柱中未被固定相所占据的空隙体耗的流动相的体积，又指色谱柱中未被固定相所占据的空隙体积，即色谱柱的
37、流动相体积（包括色谱仪中的管路、连接头的积，即色谱柱的流动相体积（包括色谱仪中的管路、连接头的空间、以及进样器和检测器的空间）。空间、以及进样器和检测器的空间）。0FtVmm001FtFVmm无关；为定值，与注：差，峰形，色谱峰扩展mV0FtVRR001FtFVRR无关；为定值，与注：VVVVm213（2）用体积表示的保留值）用体积表示的保留值F F0 0色谱柱出口的载气体积流量色谱柱出口的载气体积流量2022-3-20l调整保留体积（调整保留体积（adjusted retention volume） VR：保留体积与死体积之差，即组分停留在固定相时所消耗流动相的体积l相对保留值（相对保留值（
38、relative retention） ri,s（选择性系数）：调整保留值之比0FtVVVRmRR001FtFVRR无关；与注：12121212kkVVttrRRRR，121212kkKKr，2022-3-20（3）相对保留值相对保留值r21 : 衡量色谱柱选择性的指标衡量色谱柱选择性的指标 组分组分2与组分与组分1调整保留值之比：调整保留值之比： r21 = t R2 / t R1= V R2 / V R1 相对保留值只与相对保留值只与柱温和固定相性质柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件有关，与其他色谱操作条件无关，如柱径，柱长，填充情况及流动相的流速等无关。它表示了无关，如柱径，柱长，
39、填充情况及流动相的流速等无关。它表示了固定相对这两种组分的选择性固定相对这两种组分的选择性。是色谱中广泛使用的定性数据。是色谱中广泛使用的定性数据。选择因子选择因子212022-3-20l峰宽峰宽（peak width） W：正态分布色谱曲线两拐点切线与基线正态分布色谱曲线两拐点切线与基线相交的截距相交的截距l标准差标准差：对应对应0.607h处峰宽的一半处峰宽的一半.注：注：小，峰小，峰窄，柱效窄，柱效高高l半峰宽半峰宽（peak width at half height） W1/2：峰高一半处所对应的峰宽峰高一半处所对应的峰宽4W21699. 1WW 用来衡量色谱峰宽度的参数，用来衡量色谱
40、峰宽度的参数，有有三种表示方法三种表示方法：2022-3-205 色谱色谱流出曲线的数学描述流出曲线的数学描述)1(22)(022222RRVVnRtteVWnecc 色谱峰为色谱峰为正态分布（正态分布（n=103-106)时，由热力学推导，色谱时，由热力学推导，色谱流出曲线上的浓度与时间的关系为：流出曲线上的浓度与时间的关系为：c:色谱流出曲线上任意一点样品的浓度； n:理论塔板数； m:溶质的质量； VR:溶质的保留体积，即从进样到色谱峰极大点出现时通入色谱柱载气的体积； V:在色谱流出曲线上任意一点的保留体积。 2022-3-20从从色谱色谱流出曲线，可以得出许多信息流出曲线，可以得出许
41、多信息1.根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数。根据色谱峰的个数，可以判断样品中所含组分的最少个数。2.根据色谱峰的保留值（或位置），可进行定性分析。根据色谱峰的保留值（或位置），可进行定性分析。3.根据色谱峰下的面积和峰高可进行定量分析。根据色谱峰下的面积和峰高可进行定量分析。4.色谱峰的保留值和色谱峰的保留值和2022-3-20一、基本原理一、基本原理postulate 二、塔板理论二、塔板理论Plate theory三、速率理论三、速率理论Rate theory四、分离度四、分离度resolution第二节第二节 色谱理论色谱理论Basic theory 色谱分析的目的是将
42、样品中各组分彼此色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离，组分要达到完全分离，两峰间的距离分离，组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的距离是由组分在两相必须足够远，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力热力学性质学性质有关。但是两峰间虽有一定距离，如有关。但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。分开。 这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力动力学性质学性质
43、有关。因此，要从热力学和动力学两有关。因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。方面来研究色谱行为。 2022-3-201. 分配系数（分配系数（ partition factor） K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：分配达到平衡时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数，比，称为分配系数，用用K 表示，即：表示，即：Ms ccK 组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度组分
44、在固定相中的浓度分配系数是色谱分离的依据。分配系数是色谱分离的依据。基本原理基本原理P82022-3-20分配系数分配系数 K 的讨论的讨论 一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；越大，出峰越慢；试样一定时，试样一定时，K主要取决于固定相性质；主要取决于固定相性质；每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数K不同；不同；选择适宜的固定相可改善分离效果；选择适宜的固定相可改善分离效果；试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础；值是分离的基础；某组分的某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。时，即不被固定相保留
45、，最先流出。 组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓度 K2022-3-202.分配比分配比 （partition ratio）k 在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过在实际工作中，也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：平衡时的质量比：Ms mmk 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量 1. 分配系数与分配比都是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离柱温度、柱压温度、柱压的改变而变化。
46、2. 分配系数与分配比都是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该组分的保留时间越长。 3. 分配比可以由实验测得。分配比也称：分配比也称： 容量因子容量因子(capacity factor)；容量比容量比(capacity ratio)；2022-3-203. 容量因子与分配系数的关系容量因子与分配系数的关系 式中式中为相比为相比(phase ratio)。 填充柱相比：填充柱相比：635；毛细管柱的相比：；毛细管柱的相比：501500。 容量因子越大，保留时间越长。容量因子越大，保留时间越长。 VM为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；为流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积；
47、 VS为固定相体积，对不同类型色谱柱，为固定相体积，对不同类型色谱柱， VS的含义不同；的含义不同； 气气-液色谱柱：液色谱柱： VS为固定液体积；为固定液体积； 气气-固色谱柱：固色谱柱： VS为吸附剂表面容量；为吸附剂表面容量； KVVccVVMVVMMMkmSmsmmSSSSmS 2022-3-204. 分配比与保留时间的关系分配比与保留时间的关系P10 滞留因子滞留因子（retardation factor）：）：uuRSS us：组分在分离柱内的线速度；组分在分离柱内的线速度；u：流动相在分离柱内的线速流动相在分离柱内的线速度；两者速度之比为滞留因子度；两者速度之比为滞留因子RS，可
48、以用质量分数可以用质量分数表示：表示： 若组分和流动相通过长度为若组分和流动相通过长度为L的分离柱，需要的时间分的分离柱，需要的时间分别为别为tR和和tM，则：则：uLtuLt MSR;由以上各式，可得：由以上各式，可得： tR = tM(1+k)MRMMRtttttk 2022-3-20色谱理论色谱理论 色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学和动色谱理论需要解决的问题：色谱分离过程的热力学和动力学问题。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径，柱效力学问题。影响分离及柱效的因素与提高柱效的途径，柱效与分离度的评价指标及其关系。与分离度的评价指标及其关系。组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽
49、？组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？组分保留时间：组分保留时间：色谱过程的热力学因素控制；色谱过程的热力学因素控制； （组分和固定液的结构和性质）（组分和固定液的结构和性质）色谱峰变宽：色谱峰变宽：色谱过程的动力学因素控制；色谱过程的动力学因素控制； （两相中的运动阻力，扩散）（两相中的运动阻力，扩散）两种色谱理论：两种色谱理论：塔板理论和速率理论；塔板理论和速率理论；热力学理论：塔板理论热力学理论：塔板理论平衡理论平衡理论 动力学理论：速率理论动力学理论：速率理论Van Deemter方程方程 2022-3-20 塔板理论的四个假设：塔板理论的四个假设： (1)在每一个平衡过程间隔内，平
50、衡可以迅速达到；在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅速达到； (2)将载气看作成脉动（间歇）过程；每次进气一个将载气看作成脉动（间歇）过程；每次进气一个塔板体积。塔板体积。 (3)样品和载气均加在第样品和载气均加在第0号塔板上，且忽略样品沿号塔板上，且忽略样品沿柱方向的纵向扩散。柱方向的纵向扩散。 (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。一、塔板理论一、塔板理论-柱分离效能指标柱分离效能指标(1941,Martin、Synge提出提出) 1.塔板理论（塔板理论（plate theory）半经验理论；半经验理论； 将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，
