1、第第 二二 章章 气气 相相 色色 谱谱 分分 析析2-12-1色谱分析法概述色谱分析法概述 色谱法的最早应用是用于色谱法的最早应用是用于分离植物色素，其方法是这样分离植物色素，其方法是这样的：在一玻璃管中放入碳酸钙，的：在一玻璃管中放入碳酸钙，将含有植物色素（植物叶的提将含有植物色素（植物叶的提取液）的石油醚倒入管中。取液）的石油醚倒入管中。此时，玻璃管的上端立即出现几种颜色此时，玻璃管的上端立即出现几种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚冲洗，随着石的混合谱带。然后用纯石油醚冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断地向下移动，并逐渐油醚的加入，谱带不断地向下移动，并逐渐分开成几个不同颜色的谱带，继续冲洗
2、就可分开成几个不同颜色的谱带，继续冲洗就可分别接得各种颜色的色素，并可分别进行鉴分别接得各种颜色的色素，并可分别进行鉴定。色谱法也由此而得名。定。色谱法也由此而得名。1 1 色谱法（色层法、层析法）：色谱法（色层法、层析法）：是先将待分析样品的各组分进行分是先将待分析样品的各组分进行分离，然后顺序检出各组分含量的分析方离，然后顺序检出各组分含量的分析方法。法。可见色谱分析是先分离后测定。即可见色谱分析是先分离后测定。即利用物质的物理及物理化学性质将多组利用物质的物理及物理化学性质将多组分的混合物进行分离分的混合物进行分离,并测其含量。并测其含量。所以说色谱法是一种分离技术。所以说色谱法是一种分
3、离技术。2 2 色谱法分类色谱法分类 色谱法中存在两相色谱法中存在两相:固定相固定相:在柱内固定不动的固体或液体在柱内固定不动的固体或液体 流动相流动相:不断流过固定相的气体或液体不断流过固定相的气体或液体 色谱分析法有很多种类，从不同的角度色谱分析法有很多种类，从不同的角度可有不同的分类方法。可有不同的分类方法。1)1)按流动相和固定相状态分类：按流动相和固定相状态分类：流动相流动相:气体气体 气相色谱法气相色谱法 液体液体 液相色谱法液相色谱法 固定相固定相:固体固体 气气-固色谱固色谱 液液-固色谱固色谱 液体液体 气气-液色谱液色谱 液液-液色谱液色谱色谱法色谱法气相色谱法气相色谱法液
4、相色谱法液相色谱法气气-液色谱法液色谱法气气-固色谱法固色谱法液液-固色谱法固色谱法液液-液色谱法液色谱法流动相流动相气体气体液体液体方法名方法名称称气相色谱（气相色谱（GCGC）液相色谱（液相色谱（LCLC）固定相固定相固体吸附剂固体吸附剂液体液体固体吸附剂固体吸附剂液体液体分离依分离依据据吸附吸附分配分配吸附吸附分配分配方法名方法名称称气固色谱气固色谱（GSCGSC）气液色谱（气液色谱（G LCG LC）气液分配色谱气液分配色谱（GLPCGLPC）液固色谱液固色谱（LSCLSC）液液色谱液液色谱（LLCLLC）液液分配色谱液液分配色谱2)按分离原理（机制）分类：按分离原理（机制）分类：吸附
5、色谱：吸附色谱：利用吸附剂（固定相一般是固体）表面利用吸附剂（固定相一般是固体）表面对不同组分吸附能力的差别进行分离的方法。对不同组分吸附能力的差别进行分离的方法。分配色谱：分配色谱：利用不同组分在两相间的分配系数的差利用不同组分在两相间的分配系数的差别进行分离的方法。别进行分离的方法。离子交换色谱：离子交换色谱：利用溶液中不同离子与离子交换剂间利用溶液中不同离子与离子交换剂间的交换能力的不同而进行分离的方法。的交换能力的不同而进行分离的方法。空间排斥（阻）色谱：空间排斥（阻）色谱：利用多孔性物质对不同大小的分子的利用多孔性物质对不同大小的分子的排阻作用进行分离的方法。排阻作用进行分离的方法。
6、3)按操作形式分类：按操作形式分类：（1）柱色谱：）柱色谱：填充柱色谱：指将固定相填满在一根玻璃填充柱色谱：指将固定相填满在一根玻璃 或金属管内组成的色谱柱或金属管内组成的色谱柱.毛细管柱色谱：指固定相附着在一根毛细管毛细管柱色谱：指固定相附着在一根毛细管 内壁上，而管中心是空的。内壁上，而管中心是空的。（2）纸色谱：用色谱纸作固定相，将样品）纸色谱：用色谱纸作固定相，将样品 滴在纸上，用有机溶液展开。滴在纸上，用有机溶液展开。（3）薄层色谱：将粉状吸附剂调匀后涂在）薄层色谱：将粉状吸附剂调匀后涂在 玻动板上，样品总可用有玻动板上，样品总可用有 机溶剂展开。机溶剂展开。原理：基于不同组分的移动
7、速度不同而达到相原理：基于不同组分的移动速度不同而达到相 互分离。互分离。3 3 气相色谱法的特点气相色谱法的特点（1 1）高效能（分离效能高）高效能（分离效能高）能分析沸点十分接近的复杂混合物。如分析能分析沸点十分接近的复杂混合物。如分析4040150150O OC C汽油时，汽油时，110min110min内获得内获得168168个色谱峰。个色谱峰。（2 2）高灵敏度）高灵敏度 检测检测1010-11-111010-12-12g g（微量有害物质），需要样（微量有害物质），需要样品量极少。品量极少。（3 3）高选择性）高选择性（4 4）分析速度快）分析速度快 几分钟或几十分钟便可完成一个分
8、析周期。几分钟或几十分钟便可完成一个分析周期。（5 5）应用广泛）应用广泛 分析气体、易挥发的液体和固体。有机物分析气体、易挥发的液体和固体。有机物（摩尔质量小于（摩尔质量小于400400）及部分无机物（能分析几乎）及部分无机物（能分析几乎所有的化学物质）所有的化学物质）不足：不足：（1 1）不适用于沸点高于）不适用于沸点高于450450O OC C的难挥发物质和热不的难挥发物质和热不稳定物质的分析。稳定物质的分析。（2 2）对未知物的定性分析比较困难。）对未知物的定性分析比较困难。解决方法：方法联用解决方法：方法联用 如：色谱质谱；色谱红外；如：色谱质谱；色谱红外；色谱电化学等。色谱电化学等
9、。4 气相色谱流程气相色谱流程 气相色谱仪是完成气相色谱分析的主要气相色谱仪是完成气相色谱分析的主要工具，其流程示意图见（图工具，其流程示意图见（图2-12-1）P P5 5。气相色谱仪器气相色谱仪器:现在有近百厂家提供数百种型号的气相现在有近百厂家提供数百种型号的气相色谱仪。色谱仪。色谱仪器得到了极大的发展，这主要归色谱仪器得到了极大的发展，这主要归于：于：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；计算机技术对仪器各类参数的自动控制。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。如柱温、流速、自动进样等。H H2 2,N,N2 2或或ArAr
10、载气系统载气系统进样进样系统系统检测系统检测系统分离系统分离系统温控系统温控系统载气系统载气系统 载气：载气：是载送样品进行分离的惰性气体，是气是载送样品进行分离的惰性气体，是气相色谱的流动相。相色谱的流动相。有氢气、氮气、氩气、氦气和空气。有氢气、氮气、氩气、氦气和空气。要求：载气应不与固定液和被测物质起化学要求：载气应不与固定液和被测物质起化学反应。反应。进样系统进样系统 进样：进样：把被测样品快速而定量地加到色谱柱上把被测样品快速而定量地加到色谱柱上进行色谱分离。进行色谱分离。气体样品：用六通阀导入或注射器注入。气体样品：用六通阀导入或注射器注入。液体样品：用微量注射器注入。液体样品：用
11、微量注射器注入。mL-1六六通通阀阀分离系统分离系统 分离系统的核心是色谱柱，其功能是将分离系统的核心是色谱柱，其功能是将多组分样品分离为单个组分。多组分样品分离为单个组分。柱温是影响分离的最重要的因素。柱温是影响分离的最重要的因素。选择柱温主要是考虑样品待测物沸点选择柱温主要是考虑样品待测物沸点 和对分离的要求。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).20-30min).混合组混合组分的分分的分离过程离过程及检测及检测器对各器对各组份在组份在不同阶不同阶段的响段的响应。应。024681 01 2024681
12、 0024681 01 2024681 0024681 01 2024681 0分离过程分离过程分配系数：分配系数：KBKA B组分保留时间长，组分保留时间长，与固定相作用大，后出与固定相作用大，后出柱。柱。检测系统检测系统 分离后的组分顺序进入检测器。分离后的组分顺序进入检测器。检测器作用：检测器作用：是将各组分在载气中的浓度变化转变是将各组分在载气中的浓度变化转变为电信号。为电信号。检测器有如下几种检测器有如下几种:(1)(1)热导池检测器热导池检测器(TCD)(TCD)TCD TCD是一种应用较早的通用型检测器，是一种应用较早的通用型检测器，又称导热析气计又称导热析气计。应用：检测所有物
13、质，最广泛的。应用：检测所有物质，最广泛的。（2 2）氢火焰离子化检测器）氢火焰离子化检测器（FIDFID）又称氢焰离子化检测器。主要用于可在又称氢焰离子化检测器。主要用于可在H2-AirH2-Air火焰中燃烧的有机化合物火焰中燃烧的有机化合物(如烃类物质如烃类物质)的检测。的检测。（3 3）电子捕获检测器）电子捕获检测器(ECD)(ECD)ECD ECD主要对含有较大电负性原子的化合主要对含有较大电负性原子的化合物响应。它特别适合于环境样品中卤代农药物响应。它特别适合于环境样品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的分析。和多氯联苯等微量污染物的分析。（4 4）火焰光度检测器（）火焰光度检测器（F
14、PDFPD）FPD FPD 是是对含对含S S、P P化合物具有高选择性和高灵化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。因此，也称硫磷检测器。主要用敏度的检测器。因此，也称硫磷检测器。主要用于于SO2SO2、H2SH2S、石油精馏物的含硫量、有机硫、有石油精馏物的含硫量、有机硫、有机磷的农药残留物分析等。机磷的农药残留物分析等。(5(5）氮磷检测器（）氮磷检测器（NPDNPD）氮磷检测器也叫热离子检测器（氮磷检测器也叫热离子检测器（TIDTID）。）。NPDNPD的结构与的结构与FIDFID类似，只是在类似，只是在H2-AirH2-Air焰中燃焰中燃烧的低温热气再被一硅酸铷电热头加热至烧的低温热气
15、再被一硅酸铷电热头加热至600800oC600800oC，从而使含有，从而使含有N N或或P P的化合物产生更的化合物产生更多的离子。产生离子的机理目前仍不清楚。多的离子。产生离子的机理目前仍不清楚。应用：检测含硫、磷化合物。应用：检测含硫、磷化合物。记录或微机处理数据系统记录或微机处理数据系统5 色谱流出曲线和基线概念色谱流出曲线和基线概念 从载气带着组分进入色谱柱开始，从载气带着组分进入色谱柱开始，用检测器检测流出柱后的气体，并用记用检测器检测流出柱后的气体，并用记录仪记录信号随时间变化的曲线，此曲录仪记录信号随时间变化的曲线，此曲线就叫线就叫色谱流出曲线，色谱流出曲线，当待测组分流出当待
16、测组分流出色谱柱时，检测器就可检测到其组分的色谱柱时，检测器就可检测到其组分的浓度，在流出曲线上出现为峰状，叫浓度，在流出曲线上出现为峰状，叫色色谱峰。谱峰。如图所示为一色谱流出曲线：如图所示为一色谱流出曲线：色谱术语：色谱术语：1 1）基线：只有流动相进入检测器时的流出）基线：只有流动相进入检测器时的流出 曲线。曲线。基线漂移：指基线随时间定向的缓慢变化。基线漂移：指基线随时间定向的缓慢变化。基线噪声：指由各种因素所引起的基线起伏。基线噪声：指由各种因素所引起的基线起伏。2 2）色谱峰：由电信号强度对时间作图所）色谱峰：由电信号强度对时间作图所 绘制的曲线，曲线上突起部分绘制的曲线，曲线上突
17、起部分 称色谱峰。称色谱峰。色谱峰可由四个方面指标描述色谱峰可由四个方面指标描述:(1)(1)峰高或峰面积（用于定量）峰高或峰面积（用于定量）峰高：从峰顶点到基线的距离（峰高：从峰顶点到基线的距离（h h）；）；峰面积：峰与基线所夹面积（峰面积：峰与基线所夹面积（A A）；）；A=1.065A=1.065h hY Y1/21/2 h h、A A与进入检测器组分的量成正比。与进入检测器组分的量成正比。(2)(2)峰宽度（用于衡量柱效率）峰宽度（用于衡量柱效率）峰宽（峰底宽度）：色谱峰两边的转折点所峰宽（峰底宽度）：色谱峰两边的转折点所 画切线与基线相交的截画切线与基线相交的截 距（距（Y Y）。
18、）。半峰宽（区域宽度）：峰高一半处的峰宽度半峰宽（区域宽度）：峰高一半处的峰宽度 （Y Y1/21/2）。）。(3)(3)标准偏差：拐点间距离的一半（标准偏差：拐点间距离的一半（）。）。即峰高即峰高0.6070.607倍峰高处峰宽的倍峰高处峰宽的 一半。一半。三者之间的关系：三者之间的关系：Y=4Y=4 ；Y=1.699YY=1.699Y1/21/2；Y Y1/21/2=2.355=2.355 。(4)(4)峰位（用于定性）峰位（用于定性）峰位用保留值说明：峰位用保留值说明：保留值：是表示组分在色谱柱中停留时间保留值：是表示组分在色谱柱中停留时间 的数值，是定性的参数。的数值，是定性的参数。保
19、留时间（保留时间（t tR R）：）：从进样开始到样品的某组分的色谱峰最从进样开始到样品的某组分的色谱峰最高点出现时所需要的时间。高点出现时所需要的时间。死时间（死时间（t tM M）：）：组分在流动相中消耗的时间。即指不与组分在流动相中消耗的时间。即指不与固定相作用的气体的保留时间。固定相作用的气体的保留时间。（用空气测定死时间）（用空气测定死时间）调整保留时间（调整保留时间（t tR R）：）：组分通过色谱柱时，被固定相所滞留的组分通过色谱柱时，被固定相所滞留的时间。时间。t tR R =t tR R-t-tM M或或t tR R=t tR R +t tM M 保留体积（保留体积（V VR
20、 R）：）：从进样开始到样品的某组分色谱峰最高从进样开始到样品的某组分色谱峰最高点出现时所需流动相的体积。点出现时所需流动相的体积。V VR Rt tR RF F0 0 单位：单位：ml min ml/minml min ml/min F F0 0:载气流速载气流速 死体积（死体积（V VM M）：）：不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流不被保留的组分通过色谱柱所消耗的流动相的体积。动相的体积。V VM Mt tM MF F0 0 调整保留体积（调整保留体积（V VR R ）：）：组分停留在固定相时所消耗的流动相体组分停留在固定相时所消耗的流动相体积。积。V VR R V VR R V VM M
21、 t tR RF F0 0 注：注：t tR R、t tR R、t tM M 受受F F0 0影响；影响；V VR R 、V VR R 、V VM M与与F F0 0无关。无关。当当F0大时，大时，t tR R小，保留时间短，在柱小，保留时间短，在柱内停留时间短，出柱快；反之，内停留时间短，出柱快；反之，F0小，小，t tR R大，出柱就晚。大，出柱就晚。相对保留时间（相对保留时间（r21）：）：注注:柱温、固定相性质不变，柱温、固定相性质不变，r21不变；不变；r21表示色谱柱的选择性，表示色谱柱的选择性，r21越大，相邻越大，相邻两组分的两组分的tR相差越大，分离的就越好；相差越大，分离的
22、就越好；r211时，两个组分不能分离。时，两个组分不能分离。分配系数与保留时间的关系分配系数与保留时间的关系 分配系数：即组分在固定相与流动相中的浓度之比。设：一个分子在流动相中出现的几率R 一个分子在固定相中出现的几率1-R分子在流动相中出现的几率分子在流动相中出现的几率移相代入移相代入R:R:当当T T、t t0 0、V VS S、V VM M一一定时，定时，t tR RKK。说明：说明：K K大的组分大的组分t tR R就大，出峰就就大，出峰就晚。晚。k k越大，组分在柱内时间越长，柱容量就越大。越大，组分在柱内时间越长，柱容量就越大。令：令：k k：容量因子，也称质量分配系数。：容量因子，也称质量分配系数。K K不等是物质分离的先决条件。不等是物质分离的先决条件。如是如是A A、B B二组分分离，必须二组分分离，必须t tR R00。即：即：欲使二组分分离，欲使二组分分离，t tR R00，即，即k k2 2kk1 1，所以二组分所以二组分k k不等是分离的先决条件。不等是分离的先决条件。
