1、5.1 方法原理方法原理5.2气相色谱仪气相色谱仪5.3 实验技术实验技术5.4 气相色谱法的应用实例气相色谱法的应用实例5.5 实验实验第五章第五章 气相色谱法气相色谱法第五章第五章 气相色谱法气相色谱法第五章第五章 气相色谱法气相色谱法毛细管毛细管柱柱进样器与进样器与柱的接口柱的接口第五章第五章 气相色谱法气相色谱法铭牌，记铭牌，记录柱子型录柱子型号号六通阀，六通阀，切换气路切换气路检测器检测器（TCD）调节柱前调节柱前压压第五章第五章 气相色谱法气相色谱法第五章第五章 气相色谱法气相色谱法 气相色谱法气相色谱法（GC）是从1952年后迅速发展起来的一种分离分分离分析方法析方法。其原理是：
2、基于不同物质物化性质的差异，在固定相基于不同物质物化性质的差异，在固定相（色谱柱色谱柱）和流动相和流动相（载气载气）构成的两相体系中具有不同的分配构成的两相体系中具有不同的分配系数系数（或吸附性能或吸附性能），当两相作相对运动时，这些物质随流动相一起迁移，并在两相问进行反复多次的分配（吸附脱附或溶解析出），使得那些分配系数只有微小差别的物质，在迁移速度上产生了很大的差别，经过一段时问后，各组分之问达到了彼此的分离。被分离的物质依次通过检测装置，给出每个物质的信息，一般是一个色谱峰。通过出峰的通过出峰的时时间间和和峰面积峰面积，可以对被，可以对被分离物质进行分离物质进行定性定性和和定量分析定量分
3、析。1、方法原理、方法原理u 气相色谱介析的介类气相色谱介析的介类 按固定相固定相的物态，分为气固色谱法(GSC)及气液色谱法(PLC)两类。按柱的粗细和填充粗细和填充情况，分为填充柱色谱法及毛细管柱色谱法两种。按分离机制分离机制，可分为吸附及分配色谱法两类。p 气液色谱法属于分配色谱法。在气固色谱法中，固定相常用吸附剂，因此多属于吸附色谱法。当固体固定相为分子筛时，分离是靠分了大小差异及吸附两种作用。1、方法原理、方法原理u 气相色谱介析的特点气相色谱介析的特点 气相色谱法具有分离效能高气相色谱法具有分离效能高；选择性好选择性好 (分离制备高纯物质，纯度可达分离制备高纯物质，纯度可达99%;
4、可分离性能可分离性能相近物质和多组分混合物相近物质和多组分混合物)；灵敏度高灵敏度高(可检测出可检测出10-13g 10-11g的物质的物质)；样品用量少样品用量少(进样量可在进样量可在1 mg以下以下)；分析速度快分析速度快(几几秒至儿十分钟秒至儿十分钟)；应用广泛应用广泛(易挥发的有机物和无机物易挥发的有机物和无机物)。据统计，能用气相。据统计，能用气相色谱法直接分析的有机物约占全部有机物的色谱法直接分析的有机物约占全部有机物的20%。n 色谱的专业术语 1.1.基线与基线漂移基线与基线漂移基线：基线：无试样通过检测器时，检无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。测到的信号即为基线。基线
5、漂移基线漂移：基线随时间向一个方基线随时间向一个方向的缓慢变化称为向的缓慢变化称为（以一小时内（以一小时内的基线水平变化来表示）的基线水平变化来表示）。电信号强度随时间变化曲线 流出曲线上突起部分噪声噪声：无样品通过时，由仪器无样品通过时，由仪器本身和工作条件等偶然因素引本身和工作条件等偶然因素引起基线的起伏称为起基线的起伏称为（以噪声带（以噪声带衡量）衡量）1、方法原理、方法原理2.保留值保留值 表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。（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（t R）：组分从进样到柱后出现浓度）：组分从进样
6、到柱后出现浓度极大值时所需的时间；极大值时所需的时间；死时间（死时间（t M）：不与固定相作用的气体（如空）：不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间；气）的保留时间；调整保留时间（调整保留时间（t R）t R=t Rt M（2-1）1、方法原理、方法原理（2）用体积表示的保留值 保留体积（保留体积（VR）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所通过的载气体积，即）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所通过的载气体积，即 VR =t R F0 ；VR =t R qv,0 F0(或qv,0),为柱出口处的载气体积流量，为柱出口处的载气体积流量，单位：单位：m L .min-1。死体积（死体积（VM）：
7、）：VM=t M F0 VM =t Mqv,0 调整保留体积调整保留体积(VR)：V R=t R.qv,0 或或 V R=VR VM 1、方法原理、方法原理3相对保留值(relative retention value)用r21（或）表示 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 R(2)/t R(1)=V R(2)/V R(1)tR(2)/tR(1)VR(2)/VR(1)相对保留值只与柱相对保留值只与柱温和固定相性质有关温和固定相性质有关，与其他色谱操作条，与其他色谱操作条件无关，它表示了固件无关，它表示了固定相对这两种组分的定相对这两种组分的选择性。选择性。1、方
8、法原理、方法原理4.区域宽度 用来衡量色谱峰宽度的参数，有三用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法：种表示方法：（1）标准偏差）标准偏差()：即即0.607倍倍峰高处色谱峰宽度的一半。峰高处色谱峰宽度的一半。（2）半峰宽）半峰宽(Y1/2)：色谱峰高色谱峰高一半处的宽度一半处的宽度 Y1/2=2.35 （3）峰底宽）峰底宽(Wb)：Wb=4 峰底宽峰底宽(Y)=4 1、方法原理、方法原理2、气相色谱仪、气相色谱仪 1.载气瓶载气瓶 2.压力调节器压力调节器 3.净化器净化器 4.稳压阀稳压阀 5.柱前压力表柱前压力表 6.转子转子流量计流量计 7.进样器进样器 8.色谱柱色谱柱 9.色谱柱恒
9、温箱色谱柱恒温箱 10.馏分收集口馏分收集口(柱后柱后分离阀分离阀)11.检测器检测器 12.检测器恒温箱检测器恒温箱 13.记录器记录器 14.尾气出口尾气出口n 气相色谱工作流程示图气相色谱工作流程示图2、气相色谱仪、气相色谱仪l 载气系统载气系统u 气相色谱的组成气相色谱的组成 载气系统包括气源、气体净化器、气路控制系统。载气是气相色谱过程的流动相，原则上说只要没有腐蚀性，且不干扰样品分析的气体都可以作载气。载气载气 气相色谱所用的流动相气相色谱所用的流动相-气体叫载气。常用的载气有氮气气体叫载气。常用的载气有氮气（N2，纯度为纯度为99.9995%），来自钢瓶或氮气发生器，由分离空气）
10、，来自钢瓶或氮气发生器，由分离空气来制得；氢气（来制得；氢气（H2，99.9999.9999%），来自钢瓶或氢气发生器），来自钢瓶或氢气发生器（电解（电解KOH或或NaOH溶液得到）；氦气溶液得到）；氦气(He)装有钢瓶；另外还装有钢瓶；另外还有氩气有氩气（Ar）,甲烷，乙烷和二氧化碳等。甲烷，乙烷和二氧化碳等。2、气相色谱仪、气相色谱仪l 进样系统进样系统 进样系统包括进样器和汽化室，它的功能是引入试样，并使试样瞬间汽化。2、气相色谱仪、气相色谱仪 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。试试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气样首先
11、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；体进入分离柱；2、气相色谱仪、气相色谱仪 分离系统主要由色谱柱组成，是气相色谱仪的心脏气相色谱仪的心脏，它的功能是使试样在柱内运行的同时得到分离。色谱柱基本有两类：l 分离系统分离系统 填充柱：填充柱：填充柱是将固定相填充在金属或玻璃管中(常用 内径4 mm)制成的填充柱。毛细管柱：毛细管柱：用熔融二氧化硅拉制的空心管（弹性石英毛细管），管内填充固定相。柱内径通常为0.l mm0.5 mm，柱长30 m50 m，绕成直径20 cm左右的环状。毛细管柱分离率要远高于填充柱毛细管柱分离率要远高于填充柱2、气相色谱仪、气相色谱仪l 检测器检测
12、器 检测器的功能是对柱后已被分离的组分的信息转变为便于记录的电信号，然后对各组分的组成和含量进行鉴定和测量，是色谱仪的眼睛。热导检测器属于浓度型检测器，即检测器的响应值与组分在载气中的浓度成正比。它的基本原理是基于不同物质具有不同的热导系数，几乎对所有的物质都有响应，是目前应用最广泛的通用是目前应用最广泛的通用型检测器。型检测器。由于在检测过程中样品不被破坏，因此可用于制备和其他联用鉴定技术联用鉴定技术。（1）热导检测器（）热导检测器（TCD）2、气相色谱仪、气相色谱仪 氢火焰离子化检测器利用有机物在氢火焰的作用下化学电离而形成离子流，借测定离子流强度进行检测。该检测器灵敏度高、线性范围宽、操
13、作条件不苛刻、噪声小、死体积小，是有机化合物检测常用的检测器。但是检测时样品被破坏检测时样品被破坏，一般一般只能检测那些在氢火焰中燃烧产生大量碳正离了的有机化合物。只能检测那些在氢火焰中燃烧产生大量碳正离了的有机化合物。（2）氢火焰离）氢火焰离子子化检测器化检测器(FID)火焰光度检测器对含硫和含磷含硫和含磷的化合物有比较高的灵敏度和选择性。其检测原理是，当含磷和含硫物质在富氢火焰中燃烧时，分别发射具有特征的光谱，透过干涉滤光片，用光电倍增管测量特征光的强度。（3）火焰光度检测器（）火焰光度检测器（FPD）2、气相色谱仪、气相色谱仪 电子捕获检测器是利用电负性物质捕获电了的能力，通过测定电子流
14、进行检测的。ECD具有灵敏度高、选择性好的特点。它是一种专属型检测器，是目前分析痕量电负性有机化合目前分析痕量电负性有机化合物最有效的检测器物最有效的检测器，元素的电负性越强，检测器灵敏度越高，对含卤素、硫、氧、羧基、氨基等的化合物有很高的响应。电子捕获检测器已广泛应用于有机氯和有机磷农药残留量、金属配合物、金属有机多卤或多硫化合物等的分析测定。它可用氮气或氢气作载气，最常用的是高纯氮高纯氮。（4）电子捕获检测器（）电子捕获检测器（ECD）3、实验技术、实验技术l 色谱的定性分析 色谱法是非常有效的分离和分析方法，同时还能将分离后的各种成分直接进行定性和定量分析。色谱定性分析的任务是确定色谱图
15、上每一个峰所代表的物是确定色谱图上每一个峰所代表的物质质。由于能用于色谱分析的物质很多，不同组分在同一固定相上色谱峰出现时问可能相同，仅凭色谱峰对未知物定性有一定困难。对于一个未知样品，首先要了解它的来源、性质、分析目的，在此基础上，对样品可有初步估计，再结合已知纯物质或有关的色谱定性参考数据，用一定的方法进行定性鉴定。3、实验技术、实验技术 在一定的色谱系统和操作条件下，各种组分都有确定的保留时问，可以通过比较已知纯物质和未知组分的保留时问定性。如待测组分的保留值与在相同色谱条件下测得的已知纯物质的保留时问相同，则可以初步认为它们是属同一种物质。为了提高定性分析的可靠性，还可以进一步改变色谱
16、条件(分离柱、流动相、柱温等)或在样品中添加标准物质，如果被测物的保留时问仍然与已知物质相同，则可以认为它们为同一物质。利用纯物质对照定性，首先要对试样的组分有初步了解，预先准备用于对照的物质(标准对照品)。已知纯该方法简便，是气已知纯该方法简便，是气相色谱定性中最常用的定性方法。相色谱定性中最常用的定性方法。（1）利用保留时间定性）利用保留时间定性3、实验技术、实验技术 在色谱柱后装T形分流器，将分离后的组分导入官能团试剂反应管，利用官能团的特征反应定性。也可在进样前将被分离化合物与某些特殊反应试剂反应生成新的衍生物，于是，该化合物在色谱图上的出峰位置的大小就会发生变化甚至不被检测。由此得到
17、被测化合物的结构信息。（2）柱前或柱后化学反应定性）柱前或柱后化学反应定性 对于气相色谱，可采用这种方法。保留指数法，又称为Kovats指数，与其他保留数据相比，是一种重现性较好的定性参数。（3）保留指数法）保留指数法 气相色谱定量法一、色谱定量公式：一、色谱定量公式：mi=fi Aimi ：待测物质质量：待测物质质量fi：待测物质定量校正因子：待测物质定量校正因子Ai ：待测物质色谱峰的积分面积：待测物质色谱峰的积分面积3、实验技术、实验技术二、色谱峰的面积求法：二、色谱峰的面积求法：1、峰高乘半峰宽法、峰高乘半峰宽法 2、峰高乘平均峰宽法、峰高乘平均峰宽法3、峰高乘保留值法、峰高乘保留值法
18、4、电子积分法、电子积分法0103hY1/2SignalthYAh 2/605.12)85.015.0YYhA （tbhYhARh 2/3、实验技术、实验技术三、定量校正因子三、定量校正因子 （Quantitative calibration factor）绝对校正因子：绝对校正因子：相对校正因子：用标准物质为参照物、求出待测物相对校正因子：用标准物质为参照物、求出待测物质与标准物之间绝对校正因子的比值。质与标准物之间绝对校正因子的比值。对热导池检对热导池检测器的标准物是苯、对氢火焰离子化检测器的标准测器的标准物是苯、对氢火焰离子化检测器的标准物是正庚烷。物是正庚烷。iiiAfm iiiAmf
19、 3、实验技术、实验技术siis)m(s)m(immAmAfff 2.摩尔摩尔校正因子（校正因子（Molar calibration factor fM）各物质的量以摩尔数计，各物质的量以摩尔数计，Mi ,Ms分别表示被测分别表示被测 物与标准物质的相对分子质量（摩尔质量）物与标准物质的相对分子质量（摩尔质量）ismisisis)M(s)M(iMMMfMmAMmAfff 1.质量校正因子（质量校正因子（Mass calibration factor fm）3、实验技术、实验技术四、定量计算方法四、定量计算方法1、归一化法：若样品中所有的组分均能流出色谱柱、归一化法：若样品中所有的组分均能流出色
20、谱柱且有较好的、可分辨的色谱峰时可用此法定量。且有较好的、可分辨的色谱峰时可用此法定量。3、实验技术、实验技术2、内标法：若样品中除待测的几个色谱峰有良好分、内标法：若样品中除待测的几个色谱峰有良好分离，但其它所有的组分不能全部流出色谱柱或有不离，但其它所有的组分不能全部流出色谱柱或有不可分辨的色谱峰时可用此法定量。可分辨的色谱峰时可用此法定量。3、实验技术、实验技术3、内标标准曲线法：若样品用量与加入标准物质量完全、内标标准曲线法：若样品用量与加入标准物质量完全固定，则内标法的计算就可以简化为内标标准曲线法，它固定，则内标法的计算就可以简化为内标标准曲线法，它适用于工厂内成批样品的定量分析。
21、适用于工厂内成批样品的定量分析。如果经常需要测定同一物质，可固定试样的如果经常需要测定同一物质，可固定试样的称取量，并加入恒定量的内标物，此时称取量，并加入恒定量的内标物，此时fi mS/fs m为一常数故：为一常数故：wi Ai /ASFigure Internal working graph适合于液体试适合于液体试样的常规分析样的常规分析3、实验技术、实验技术2、外标法：、外标法：所谓外标法就是应用所谓外标法就是应用欲测组分的纯物质来欲测组分的纯物质来制作标准曲线制作标准曲线。此时用欲测组分的纯物质加稀释剂。此时用欲测组分的纯物质加稀释剂(对对液体样品用溶剂稀释、气体样品用载气或空气稀释液
22、体样品用溶剂稀释、气体样品用载气或空气稀释)配配成不同含量成不同含量()标准溶液，标准溶液，取固定量标准溶液进样分析取固定量标准溶液进样分析，从所得色谱图上测出响应讯号，从所得色谱图上测出响应讯号(峰面积或峰高等峰面积或峰高等)、然、然后绘制响应信汛号后绘制响应信汛号(纵坐标纵坐标)对百分含量对百分含量(横坐标）的标准横坐标）的标准曲线。分析试样时，曲线。分析试样时，取和制作标准曲线时同样量的试样取和制作标准曲线时同样量的试样(固定量进样固定量进样)，测得该试样的响应讯号，由标准曲线即测得该试样的响应讯号，由标准曲线即可查出其百分含量。可查出其百分含量。SignalwiAiwi3、实验技术、实
23、验技术3、实验技术、实验技术（1）色谱柱的清洗）色谱柱的清洗u 仪器的日常维护仪器的日常维护 玻璃柱的清洗可选择酸洗液浸泡、冲洗。铜柱可用10%的HCl溶液浸泡、冲洗。对于不锈钢色谱柱可以用浓度为5%10%的NaOH热水溶液浸泡、冲洗，除去壁管上的油污。然后用白来水洗至中性，最后用蒸馏水冲洗儿次，在120 0C的烘箱中烘干后备用。对于已经用过的柱了，可选用能溶解固定液的溶剂来洗涤。3、实验技术、实验技术 担体主要是起承载固定液的作用，在实际使用中往往有不同程度的催化活性，当分离极性物质时，对组分有明显的吸附作用，其结果是造成色谱峰严重不对称，故而在使用前需经酸洗、碱洗和硅烷化，有时需要作釉化处
24、理。市售担体有些已经处理，过筛后即可使用，涂渍前将担体放在105 0C烘箱中烘4h6h，除去吸附在担体表面的水蒸气等。（2）担体处理及固定液涂渍）担体处理及固定液涂渍3、实验技术、实验技术（3）色谱柱的老化）色谱柱的老化 为了彻底清除固定相中残余的溶剂和易挥发物质，使固定液液膜变得更均匀，能牢固地分布在担体表面上，对填充的色谱柱必须进行老化。老化的方法是把柱子入口端(填充时接漏斗端)与汽化室出口相接，另一端放空，通入载气(N2、Ar、He)，流速为1520 mL/min，先在低柱温下加热1 h 2 h，然后慢慢将柱温升至固定液最高使用温度之下20300C为止。老化时间一般为8h12h。然后接入
25、检测器，观察记录的基线，平直的基线说明老化处理完毕。3、实验技术、实验技术 色谱仪工作一段时间后，在色谱柱与检测器之间的管路可能被污染，最好卸下来用乙醇浸泡冲洗几次，干燥后再接上。空气压缩机出口至色谱仪空气入口之间，经常会出现冷凝水，应将入口端卸开，再打开空气压缩机吹干。为清洗汽化室，可先卸掉色谱柱，在加热和通载气的情况下，由进样口注入乙醇或丙酮反复清洗，继续加热通载气使汽化室干燥。（4）气路的清洗）气路的清洗 色谱仪工作一段时间后发现离子室发黑、生锈、绝缘能力降低而发生漏电时，可卸下收集极、极化极和喷嘴，用乙醇浸泡擦洗，然后用吹风机吹干。再将陶瓷绝缘体用乙醇浸泡、冲洗、吹干。（5）氢火焰检测器的清洗）氢火焰检测器的清洗3、实验技术、实验技术 拆下色谱柱，换上一段干净的短管，通入载气，将柱箱及检测器升温到200-250 0C，从进样口注入2 mL乙醇或丙酮，重复几次，继续通载气至干燥。如果没清洗干净，可小心卸下检测器，用有机溶剂浸泡、冲洗。切勿将热丝冲断或使其变形切勿将热丝冲断或使其变形与与池体短路。池体短路。（6）热导池检测器的清洗）热导池检测器的清洗
