1、第一章第一节气相色谱法的分离原理一、气-液色谱第二节气相色谱的基础知识一、气相色谱的基本术语1.色谱流出曲线2.基线3.保留值4.峰高、峰面积5.区域宽度1.色谱流出曲线图1-1色谱流出曲线3.保留值(1)死时间tM从进样开始到惰性组分(指不被固定相吸附或溶解的空气或甲烷)从柱中流出，呈现浓度极大值时所需要的时间称为死时间，用tM表示。(2)保留时间tR从进样开始到出现待测组分信号极大值所需要的时间称为保留时间，用tR表示。(3)调整保留时间tR扣除死时间后的保留时间称为调整保留时间，以tR表示。(4)死体积VM、保留体积VR和调整保留体积VR保留时间受载气流速的影响。3.保留值(5)相对保留
2、值ris在一定实验条件下，组分i与另一标准组分s的调整保留时间之比，或组分i与另一标准组分s的调整保留体积之比，称为相对保留值，以ris表示。(6)选择性因子相邻两组分调整保留值之比称为选择性因子，以表示。4.峰高、峰面积(1)峰高(h)峰高指峰顶到基线的距离，用h表示。(2)峰面积(A)峰面积指每个组分的色谱流出曲线与基线间所包围的面积，用A表示。5.区域宽度(1)标准偏差()指0.607倍峰高处色谱峰宽度(见图1-1中EF段)的1/2，用表示。(2)半峰宽度(W1/2)指峰高1/2处色谱峰的宽度(见图1-1中GH段)，以W1/2表示。(3)峰底宽度(Wb)指通过色谱峰两侧拐点所作的切线在基
3、线上的截距，以Wb表示(见图1-1中CD段)。二、气相色谱的基本理论1.塔板理论2.速率理论1.塔板理论(1)理论塔板数n塔板理论是从实践中总结出来的一种半经验理论。1.塔板理论(2)有效理论塔板数n有效在实际应用中，常常出现计算出的n很大，但色谱柱的实际分离效能并不高的现象。1.塔板理论2.速率理论图1-2涡流扩散项示意图三、色谱柱的分离度第三节气相色谱仪的结构一、载气系统1.气路结构2.载气3.管路连接4.检漏5.载气流量的测定1.气路结构图1-3单柱单气路结构示意图1载气钢瓶2减压阀3净化器4气流调节阀5转子流量计6汽化室7色谱柱8检测器1.气路结构图1-4双柱双气路结构示意图1载气钢瓶
4、2减压阀3净化器4稳压阀5压力表6、6针形阀7、7转子流量计8、8进样汽化室9、9色谱柱10检测器2.载气图1-5净化管的结构a)非直通式b)直通式1干燥管2螺母3毛玻璃4干燥剂5载气出口6载气入口5.载气流量的测定图1-6流量计a)转子流量计b)皂膜流量计二、进样系统1.进样器2.汽化室1.进样器1)气体样品可以用平面六通阀(又称旋转六通阀)进样(见图1-7)。图1-7平面六通阀结构、采样和进样位置a)取样位置b)进样位置2)液体样品可以采用微量注射器进样。1.进样器图1-8微量注射器3)固体样品通常用溶剂溶解后，用微量注射器进样。2.汽化室图1-9汽化室结构示意图a)普通汽化室b)内衬石英
5、管的汽化室1载气和样品气出口2载气入口3进样口4硅橡胶垫5螺母6汽化室体7电热丝8保温材料9保温外壳10石英管11金属垫片三、柱分离系统1.填充柱2.毛细管柱(开管柱)四、检测系统1.热导池检测器2.氢火焰离子化检测器3.电子捕获检测器4.火焰光度检测器1.热导池检测器图1-10热导池构造a)双臂热导池b)四臂热导池1.热导池检测器图1-11热导池气路形式a)直通型b)半扩散型c)扩散型2.氢火焰离子化检测器图1-12氢火焰离子化检测器的结构示意图1离子室2点火线圈3极化极4收集极5高电阻6记录仪3.电子捕获检测器图1-13电子捕获检测器结构示意图3.电子捕获检测器图1-14火焰光度检测器结构
6、示意图1喷嘴2遮风槽3石英窗4滤光片5光电倍增管6放大器7记录仪第四节气相色谱固定相的选择和制备二、液体固定相1.固定液2.载体1.固定液(1)对固定液的要求固定液是高沸点有机物。1)在使用温度下为液体，蒸气压低，稳定性好。2)能溶解被分离混合物中的各组分，使各组分有足够的分离能力。3)粘度低，能在载体表面形成均匀的液膜。(2)固定液的种类及用途在气-液色谱中所使用的固定液已达1000多种，为了便于选择和使用，一般按固定液的“极性”大小进行分类。(3)固定液选择的原则选择固定液应根据不同的分析对象和分析要求进行。1)分离非极性物质可选用非极性固定液。2)分离极性物质建议按极性强弱来选相应极性固
7、定液。3)分离非极性和极性混合物时选用极性固定液。1.固定液4)能形成氢键的试样选用氢键型固定液(例如醇、酚、胺和水的分离)。5)对于复杂组分可选用两种或两种以上的固定液配合使用，以增加分离效果。6)对于含有异构体的试样(主要是含有芳香性异构部分)可选用特殊保留作用的有机皂土或液晶作固定液。2.载体(1)载体的分类1)硅藻土型载体。2)非硅藻土型载体。(2)载体的处理硅藻土型载体表面由于有硅醇(SiOH)和硅醚(SiOSi)基团，并有少量金属氧化物和Al2O3酸性作用点及Fe2O3碱性作用点，会引起对组分的吸附造成色谱峰的拖尾，因此使用前需要经过处理。1)酸洗法。2)碱洗法。3)硅烷化处理。4
8、)釉化处理。2.载体(3)载体的选择原则载体选择得适当，能提高色谱柱效能，有利于混合物分离。1)固定液用量大于5%(质量分数)时，可选用硅藻土白色载体或红色载体；若固定液用量小于5%(质量分数)时，可选用经过处理的载体。2)腐蚀性样品可选氟载体；而高沸点组分可选用玻璃微球载体。3)载体粒度一般选用6080目或80100目，高效柱可选用100120目。三、气-液色谱柱的制备1.色谱柱柱管的选择与清洗2.固定液的涂渍3.色谱柱的装填4.色谱柱的老化1.色谱柱柱管的选择与清洗(1)柱管的选择柱形、柱内径、柱长度都会影响柱的分离效果，一般直形管效果优于U形管和螺旋形管，但后者体积小，为一般仪器常用。(
9、2)柱管的试漏和清洗在选定色谱柱后，需要对色谱柱进行试漏和清洗，试漏方法是将色谱柱出口堵住，将色谱柱全部浸入水中，另一端通入气体，在高于使用时操作压力下，不应有气泡冒出，否则应更换色谱柱。2.固定液的涂渍(1)固定液用量的选择固定液的用量要视载体的性质及其他情况而定。(2)固定液的涂渍3.色谱柱的装填图1-15泵抽装柱示意图第五节检测器的工作原理和条件一、热导池检测器1.热导池检测器的工作原理2.热导池检测器操作条件的选择2.热导池检测器操作条件的选择(1)桥路电流的选择桥路电流指直流稳压电源供给测量电桥的电流，简称桥流。(2)池体温度的选择热导池置于可控恒温箱中，池体温度对检测灵敏度也有影响
10、。(3)载气的选择载气与样品的导热能力相差越大，检测器灵敏度越高。二、氢火焰离子化检测器1.氢焰检测器的检测原理2.影响氢焰检测器灵敏度的因素3.使用氢焰检测器的注意事项2.影响氢焰检测器灵敏度的因素(1)基流在氢火焰燃烧过程中，当没有样品组分进入检测器只有载气通过时，检测器产生的微弱电流(一般约为10-1210-11A)称为基流。(2)载气种类及气体流速实验证明，使用氢焰检测器时，以氮气作载气要比用其他气体(如H2、He、Ar)作载气时的灵敏度高，因此选择氮气作载气。(3)极化电压极化电压的大小会直接影响检测器的灵敏度。(4)电极形状和距离有机物在氢火焰中的离子化效率很低，因此要求收集极要有
11、足够大的表面积，这样可以收集更多的正离子，提高收集效率。3.使用氢焰检测器的注意事项1)为了避免水蒸气和样品在检测器内冷凝，要使检测器温度保持在100以上(常用150)。2)离子室内喷嘴和收集极在使用一定时间后，应采用无水乙醇进行清洗。三、电子捕获检测器1.电子捕获检测器的检测原理2.电子捕获检测器操作条件的选择1.电子捕获检测器的检测原理1.电子捕获检测器的检测原理图1-16电子捕获检测器产生的色谱图2.电子捕获检测器操作条件的选择(1)载气纯度及流速电子捕获检测器要求使用高纯度载气(纯度达99.99%)，若载气中含微量O2和H2O等负电性物质，对检测器的灵敏度影响很大。(2)进样量电子捕获
12、检测器是依据基流减小获得检测信号的，为了获得高分离度，进样量必须适当，通常希望产生的峰高不超过基流的30%。(3)极化电压及电极间距离当脉冲直流供电时，电子捕获检测器中正、负电极间距离以410mm为宜。(4)检测器的使用温度检测器的使用温度受所用的放射源的最高使用温度限制，对常用的镍源使用温度低于400，但要高于柱温。四、火焰光度检测器1.火焰光度检测器的检测原理2.火焰光度检测器操作条件的选择2.火焰光度检测器操作条件的选择(1)各种气体流速火焰光度检测器使用的是富氢火焰，因此当载气(N2)使用的是最佳流速时，氢气的流量要大。(2)检测器使用温度检测器使用温度应大于100，以防止氢气燃烧生成
13、的水蒸气冷凝在检测器中而增大噪声。(3)暗电流光电倍增管暗电流对检测器灵敏度影响很大，因而要求所用的光电倍增管暗电流要小。第六节气相色谱定性和定量方法一、定性分析1.标样对照定性2.利用相对保留值定性3.利用保留指数定性3.利用保留指数定性(1)保留指数定义保留指数是把物质的保留行为用紧靠近它的两个正构烷烃标准物来标定(要使这两个正构烷烃的调整保留时间一个在被测组分的调整保留时间之前，一个在其之后)。(2)保留指数的测定要测定某一物质的保留指数，只要与相邻两个正构烷烃混合在一起(或分别进行)，在相同色谱条件下进行分析，测出保留值(见图1-17)。3.利用保留指数定性图1-17保留指数测定示意图
14、正庚烷正辛烷i待测组分二、定量分析1.峰面积的测量2.定量校正因子3.定量分析方法二、定量分析1.峰面积的测量(1)手工测量法1)峰高乘以半峰宽法：当色谱峰形对称且不太窄时，可采用此法。1.峰面积的测量2)峰高乘以平均峰宽：当峰不对称时，可采用此法。1.峰面积的测量3)峰高乘以保留时间法：1.峰面积的测量(2)自动积分仪法自动积分仪法可自动测出一曲线所包围的真实面积，有效数字大于4位，精密度高(相对偏差可达0.2%2%)。(3)以峰高表示峰面积对一些对称的狭窄峰，可以直接以峰高代替峰面积的测量，这样既简便快速，又准确。2.定量校正因子(1)绝对校正因子(fi)(2)相对校正因子(fi)1)相对
15、质量校正因子是指组分质量以质量表示时的相对校正因子，用fm表示。2.定量校正因子2)相对摩尔校正因子是指组分质量以物质的量n表示时的相对校正因子，用fM表示，即3)相对体积校正因子是对于气体样品，以体积计量时，相应的相对校正因子称为相对体积校正因子，以fV表示。(3)相对响应值(s)相对响应值是物质i与标准物s的响应值(灵敏度)之比。2.定量校正因子(4)校正因子的测定方法相对校正因子数值可以从文献上查得，但实际工作中一般都是自行测得。3.定量分析方法(1)归一化法归一化法是以样品中被测组分经校正过的峰面积(或峰高)，占样品中各组分经校正过的峰面积(或峰高)之和的比例，来表示样品中各组分含量的
16、定量方法。3.定量分析方法(2)内标法内标法是将一定量选定的标准物(称内标物s)加入到一定量的试样中，混合均匀后，在一定操作条件下注入色谱仪，出峰后分别测量组分i和内标物s的峰面积(或峰高)，然后再按内标法公式计算组分的含量。3.定量分析方法3.定量分析方法1)内标物应是试样中不存在的纯物质。2)内标物的性质应与待测组分性质相近，以使内标物的色谱峰与待测组分色谱峰靠近并与之完全分离。3)内标物与样品应完全互溶，但不能发生化学反应。4)内标物加入量应接近待测组分含量。3.定量分析方法(3)外标法外标法也称为已知样校正法或标准曲线法。3.定量分析方法图1-18外标法定量3.定量分析方法(4)标准加
17、入法标准加入法又称为叠加法或内加法。图1-19标准加入法示意图3.定量分析方法第七节气相色谱操作条件的选择及操作一、操作条件的选择1.载气及其流速的选择2.柱长及柱内径的选择3.柱温的选择4.汽化室温度的选择5.进样量与进样时间的选择1.载气及其流速的选择(1)载气的选择气相色谱的载气是载送样品进行分离的惰性气体，是气相色谱的流动相。1)适应检测器的要求。2)有利于提高色谱柱效能和分析速度。(2)载气流速的选择最佳流速一般通过实验来选择。图1-20塔板高度H与载气流速v的关系2.柱长及柱内径的选择5.进样量与进样时间的选择1)用注射器取样时，应先用丙酮或乙醚抽洗56次后，再用被测试液抽洗56次
18、，然后缓慢抽取一定量试液(稍多于需要量)。2)取样后就立即进样。3)进样时要求操作稳当、连贯、迅速。二、气相色谱仪的操作1.热导气相色谱仪的操作2.氢焰色谱仪的操作1.热导气相色谱仪的操作(1)色谱柱安装和系统试漏色谱柱预先安装到色谱仪中，再进行试漏。(2)色谱条件的设置首先设置柱温、检测器温度和进样口温度。(3)色谱测定仪器稳定后，调节色谱仪输出零点，开始进样。(4)热导池检测器色谱仪的操作步骤1)开启载气钢瓶(N2或H2)将压力调至0.6MPa,用仪器面板上减压阀柱前压力为0.020.03MPa，以主机稳压调节所需气体流量为20mL/min。2)打开主机电源。3)开启温控器电源，调节汽化室
19、加热器，控制汽化温度为120。4)开启热导池检测器电源，转动热导池电流调节旋钮，调节电流在120mA,不可以调得太大，否则容易烧坏钨丝。1.热导气相色谱仪的操作5)半小时后开启记录仪，将衰减器置于1/1位置，调节平衡和调零电位器，使记录仪指针在零点附近，待基线走稳后进样。6)进样前进一步检查温度是否在所需控制的温度点上。7)仪器使用完后应将各种开关复位，将恒温室门打开，使其冷却，再关闭总电源和载气。2.氢焰色谱仪的操作(1)色谱条件的设置当分析微量的有机化合物或分析水溶液中微量的有机物时，热导检测器灵敏度不够，应该使用氢焰检测器，它的灵敏度较热导检测器高出10100倍，水不出峰，无干扰。1)温
20、度设置：柱炉温度、检测器温度、进样口温度的设置和热导色谱仪相似。2)气体流速的设置：氢焰检测器使用的气体比热导检测器复杂，除了载气外还有燃气和助燃气。(2)氢焰气相色谱仪的操作步骤1)安装色谱柱，进行检漏。2)设置柱炉温度、检测器温度和进样口温度。3)点火。4)进样。2.氢焰色谱仪的操作1.什么是气相色谱法？它主要分为哪两类？2.气相色谱仪由哪些部件组成？各有什么作用？3.热导池检测器的工作原理是什么？4.什么是色谱的保留时间？如何校正保留时间？5.什么是定量校正因子？色谱定量分析时为何要测定校正因子？6.气相色谱定性分析有哪些方法？7.气相色谱分析的定量计算主要有哪几种？8.气相色谱法分析只
21、含乙醇、正庚烷、苯和乙酸乙酯的混合样，测得各组分的相对质量校正因子及峰面积数据列于下表中，用归一化法计算样品中各组分的含量。2.氢焰色谱仪的操作表格组分峰面积/c相对质量校正因子乙醇500820正庚烷900900苯401000乙酸乙酯7010132.氢焰色谱仪的操作9.用内标法测定环氧丙烷中的水分含量，称取0.0115g甲醇作内标物，加到2.2679g样品中，进行两次色谱分析，得到下表数据：2.氢焰色谱仪的操作表格分 析 次 数水峰高/mm甲醇峰高/mm11501742148817232.氢焰色谱仪的操作10.在2m长的某色谱柱上分离a、b混合组分，得到下列数据：死时间为4s，a、b两组分的保留时间分别为12s和16s，两峰底宽度均为2s，计算：(1)a、b两组分在该色谱柱上的分离度R为多少？(2)当R=1.5时，所需要的柱长为多少米？(设H不变)11.在1.40m的某色谱柱上测得甲苯的半峰宽为1.10cm,保留时间为3min12s,死时间为30s,记录纸速为300cm/h，计算：(1)有效塔板数为多少块?(2)有效塔板高度为多少毫米?
