1、2023-5-131气相色谱法气相色谱法 Gas chromatography 2023-5-132第一节 概 述 按固定相的物态 按柱的情况 按分离机制1.分类分类GSCGLC填充柱毛细管柱吸附色谱法分配色谱法2023-5-1332.GC的一般流程的一般流程 气路系统检测器色谱柱进样系统显示系统2023-5-1343.方法特点方法特点 1、高分辨效能、高分辨效能 同系物同系物 顺反异构体顺反异构体 2、选择性好、选择性好 3、灵敏度高、灵敏度高 检出限可达检出限可达10-1110-13g4、分析速度快、分析速度快 几至十几分钟几至十几分钟5、应用范围广、应用范围广6、样品应易于气化、样品应易
2、于气化 2023-5-1354.应用和发展应用和发展 药物分析中：有关物质检查、原料药和制剂的含量药物分析中：有关物质检查、原料药和制剂的含量测定、中草药成分分析、药物的纯化、制备的一种测定、中草药成分分析、药物的纯化、制备的一种手段。手段。广泛应用于石油化学、化工、有机合成、医药、生广泛应用于石油化学、化工、有机合成、医药、生物化学、食品分析和环境监测等物化学、食品分析和环境监测等 发展发展 两谱联用仪两谱联用仪 气相色谱气相色谱质谱联用（质谱联用（GC-MS）气相色谱气相色谱傅立叶红外（傅立叶红外（GC-FTIR）2023-5-136第二节第二节 基本理论基本理论 一、基本概念一、基本概念
3、 1.色谱峰色谱峰 对称因子对称因子fs(symmetry factor)对称峰对称峰 fs：0.951.05 前延峰前延峰 fs：1.05 2023-5-1372.基线基线 tR retention time t0 dead time tRadjust retention time tR=tR t0 VR retention volume V0 dead volume VR adjust retention volume VR=VR-V0=Fc tR 3.保留值保留值2023-5-138保留指数（I）IX=100 Z+nlg tR（x）-lg tR（z）lg tR（z+n）-lg tR（z）
4、IX 为待测组分的保留指数，z 为正构烷烃的碳原子数。可为1、2，通常为1。人为规定正己烷、正庚烷及正辛烷等的保留指数分别为600、700及800，其它类推。多数同系物每增加一个CH2，保留指数约增加100。2023-5-139 说明乙酸正丁酯在说明乙酸正丁酯在Apiezon L柱上的保留行为柱上的保留行为相当于相当于7.756个碳原子的正构烷烃的保留行为。个碳原子的正构烷烃的保留行为。例 在Apiezon L柱上，柱温1000C，用正庚烷及正辛烷为参考物质对，测定乙酸正丁酯的保留指数。测定结果：t0=30.0”tR=204.0”乙酸正丁酯的tR=403.0”IX=100 7+1lg 310.
5、0-lg 174.0 lg 373.4-lg 174.0=775.62023-5-13104.色谱峰区域宽度色谱峰区域宽度 是色谱柱柱效参数是色谱柱柱效参数 标准差标准差 半峰宽半峰宽W1/2 峰宽峰宽WhW 1/212h2023-5-1311（1）标准差(X)=12e X22-（2）半峰宽 W1/2=0.355（3）峰宽 W=4 =1.699 W1/2 2023-5-13125.相平衡参数t0tR-t0=VSKVmVS tR=t0 K Vm2023-5-1313相平衡参数 tR K 容量因子容量因子 分离条件分离条件 VS tR=t0 K VmVSKVmtR=k t0 k1 k2 tR=t0
6、（k1-k2）2023-5-1314二、等温线（isotherm）在一定温度下，某组分在固定相和流动相间分配达到平衡时，该组分在两相中浓度的关系称为等温线。CsCmK=CsCm2023-5-1315三、塔板理论三、塔板理论（一）基本假设（一）基本假设 height equivalent to a theoretical plate HEPT or H 载气间歇式通过色谱柱载气间歇式通过色谱柱 样品和新鲜载气都加在样品和新鲜载气都加在0号板上，纵向扩散可略号板上，纵向扩散可略 分配系数分配系数K在各塔板上是常数在各塔板上是常数 2023-5-1316（二）二项式分布分配色谱过程模型 KA=2 K
7、B=0.5 01 A BA B N=0进样 1.000 1.000 分配平衡0.333 0.667 载气 0.667 0.333 固定液N=1进气 0.333 0.667 载气 0.667 0.333 固定液分配平衡0.222 0.2220.111 0.445 载气 0.445 0.1110.222 0.222固定液塔板号组分进气次数2023-5-1317进气进气N次后，在各塔板内溶质含量的分布符次后，在各塔板内溶质含量的分布符合二项式的展开式，故称为二项式分布：合二项式的展开式，故称为二项式分布：二项式分布 (p+q)N=1K=pq进气四次后，分配系数大的A组分的浓度最高峰在1号塔板（0.1
8、32+0.263）分配系数小的B组分的浓度最高峰在3号塔板（0.132+0.263）。说明分配系数小的组分迁移速度快。2023-5-1318例：用二项式定理计算进气三次后各塔板内例：用二项式定理计算进气三次后各塔板内的溶质含量：的溶质含量：(p+q)N =p3+3p2q+3pq2+q3 =(0.667+0.333)3 =0.297+0.444+0.222+0.037=12023-5-1319进气后第r号塔板中的含量NXr 可由下述通式求出：可由下述通式求出：NXr=N!r!(N-r)!pN-1 qr2023-5-1320例如：例如：N=3，r=0（0号塔板）的含量号塔板）的含量 N=3，r=3
9、（3号塔板）的含量号塔板）的含量3X0=3!0!(3-0)!0.6673-0 0.3330=0.2973X3=3!3!(3-3)!0.6673-3 0.3333=0.0372023-5-1321二项式分布曲线XN2023-5-1322（三）正态分布（三）正态分布 流出曲线的浓度流出曲线的浓度(C)与时间与时间(t)的关系的关系:C=C02e(t-tR)22 2-t=tR时，时，C=Cmax 2 Cmax=C02023-5-1323若用若用hmax表示，将表示，将W1/2=2.355 代入：代入：A=C0=1.065 W1/2 hmax C0=2 2.355W1/2hmax2023-5-1324
10、（四）理论塔板高度和理论塔板数（四）理论塔板高度和理论塔板数 用标准差表示用标准差表示 n=tR()2色谱峰越窄，色谱峰越窄，n越大，柱效越高越大，柱效越高 也可用半峰宽表示也可用半峰宽表示n=tRW1/2()25.54H=Ln2023-5-1325举例举例 在柱长2m、5%阿皮松柱、柱温1000C、记录纸速为2.0cm/min的实验条件下，测定苯的保留时间为1.5min，半峰宽为0.20cm。求理论塔板高度。n=tRW1/2()25.54=1.500.20/2.0()25.54=1.2 103H=Ln2000=1.2 103=1.7mm2023-5-1326四、四、Van Deemter 方
11、程方程 H=A+B/u+Cu 在低速时，在低速时，u H 柱效柱效 在高速时，在高速时，u H 柱效柱效 2023-5-1327影响塔板高度的因素影响塔板高度的因素 涡流扩散项涡流扩散项 A A=2 dp 纵向扩散系数纵向扩散系数 B B=2 Dg 传质阻抗项传质阻抗项 Cu2023-5-13281.涡流扩散 A=2 dp 填充不规则因子填充不规则因子dp 填料（固定相）颗粒的直径填料（固定相）颗粒的直径2023-5-13292.纵向扩散 B=2 Dg 与填充物有关与填充物有关 =1 无阻碍无阻碍 毛细管柱毛细管柱 Cg C Cl 2023-5-1331df 固定液液膜厚度固定液液膜厚度Dl组
12、分在固定液中的扩散系数组分在固定液中的扩散系数 Cl=23k(1+k)2df2Dl2023-5-1332小结：选择不同条件使柱效改善小结：选择不同条件使柱效改善 填充物填充物 粒度粒度 80100目目 均匀均匀 载气载气 种类种类分子量大分子量大 流速流速略大于最佳略大于最佳 流速流速 固定液固定液 类型类型粘度小粘度小 数量少数量少 35%柱温柱温 统筹考虑，一般选低温柱。统筹考虑，一般选低温柱。2023-5-1333第三节第三节 色谱柱色谱柱 按柱粗细分类分类 按分离机制2023-5-1334一、固定液2023-5-1335（二）固定液的分类（二）固定液的分类1.化学分类法化学分类法烃类烃
13、类硅氧烷类硅氧烷类醇类醇类酯类酯类非聚合酯非聚合酯 聚酯类聚酯类甲基硅氧烷甲基硅氧烷 氟烷基硅氧烷氟烷基硅氧烷苯基硅氧烷苯基硅氧烷 氰烷基硅氧烷氰烷基硅氧烷烃烃 芳烃芳烃 非聚合醇非聚合醇 聚合醇聚合醇2023-5-13362.极性分类法极性分类法 相对极性 特征常数罗氏特征常数法麦氏常数法都是以物质m在某一固定液和非极性固定液(通常是鲨鱼烷)中的保留指数之差作为该固定液相对极性强弱的度量。2023-5-1337（三）固定液的选择（三）固定液的选择1.相似性原则相似性原则 按极性相似原则选择按极性相似原则选择样品样品 固定液固定液非（弱）极性非（弱）极性 非极性非极性中等极性中等极性 中等极性
14、中等极性极性（强）极性极性（强）极性 极性极性极性强后出柱极性强后出柱低沸点先出柱低沸点先出柱低沸点先出柱低沸点先出柱出柱顺序出柱顺序2023-5-1338按化学官能团相似选择按化学官能团相似选择 固定液与组分的化学官能团相似时，相互作用力最强，选择性最高。按主要差别选择按主要差别选择 若组分沸点差别大，可选非极性固定液；若极性差别是主要矛盾，则选极性固定液。2023-5-1339例：例：分离苯与环己烷的混合物分离苯与环己烷的混合物沸点沸点 极性极性苯苯80.1 C，环己烷，环己烷80.7 C 苯（弱极性）苯（弱极性）二者相差二者相差0.6 C 环己烷（非极性环己烷（非极性）固定液：固定液：非
15、极性非极性 很难分开很难分开 DNP tR苯苯=1.5tR环己烷环己烷 PEG-400 tR苯苯=3.9tR环己烷环己烷2023-5-1340二二、载体（担体）、载体（担体）1.对载体的一般要求对载体的一般要求比表面积大比表面积大 孔穴结构好孔穴结构好表面无（或很弱）吸附表面无（或很弱）吸附不与被分离物质或固定液起化学反应不与被分离物质或固定液起化学反应热稳定性好，粒度均匀，有一定的机械强热稳定性好，粒度均匀，有一定的机械强度等度等2023-5-13412.载体的分类非硅藻土型硅藻土型红色载体红色载体与非极性固定液配伍白色载体白色载体与极性固定液配伍2023-5-13423载体的钝化载体的钝化
16、钝化是除去或减弱载体表面的吸附性能。碱洗法碱洗法酸洗法酸洗法硅烷化法硅烷化法除去载体表面的铁、铝等金属氧化物除去载体表面的铁、铝等金属氧化物除去表面的除去表面的Al2O3等酸性作用点等酸性作用点除去载体表面的硅醇基除去载体表面的硅醇基2023-5-1343三、气三、气固色谱填充柱固色谱填充柱 吸附剂 分子筛 高分子多孔微球 化学键合相等固定相固定相2023-5-1344四、毛细管色谱柱（一）毛细管色谱柱的分类 涂壁（WCOT）载体涂层（SCOT）开管毛细管柱填充毛细管柱2023-5-1345开管毛细管柱与一般填充柱的比较 柱渗透性好 一般用渗透率来表示色谱柱对气流的阻力，毛细柱比填充柱对气体的阻力小。因此其柱渗透率大，可使用较长的柱子，很高的载气流速，能达到快速分离的目的。柱效高 在同样条件下分析同一物质时，其理论塔板数比填充柱高10 100倍。柱容量小 固定液含量只有几十毫克，比填充柱要少几十倍至几百倍，因此进样量必须及其微少。易实现GC-MS联用 由于其载气流量小，较易维持质谱仪离子源的高真空。
