1、氣相色譜分析氣相色譜分析Gas Chromatography (GC) 王魯梅王魯梅2015年年4月月13日日何為色譜法？何為色譜法？ 20世紀(jì)初，俄國(guó)植物學(xué)家茨維特（世紀(jì)初，俄國(guó)植物學(xué)家茨維特（Tsweet）將將碳酸鈣碳酸鈣放在豎立的放在豎立的玻璃試管玻璃試管中，從頂端倒入中，從頂端倒入植物色素植物色素的石油醚萃取液，并用的石油醚萃取液，并用石油醚石油醚沖洗，沖洗，在管的不同部位形成了色帶，每個(gè)色帶代表不在管的不同部位形成了色帶，每個(gè)色帶代表不同的色素物質(zhì)。這類方法被稱為同的色素物質(zhì)。這類方法被稱為色譜法色譜法。隨著。隨著色譜法的發(fā)展，不僅用于有顏色的物質(zhì)分離，色譜法的發(fā)展，不僅用于有顏色的

2、物質(zhì)分離，而且大量用于無(wú)色物質(zhì)的分離。雖然而且大量用于無(wú)色物質(zhì)的分離。雖然“色色”已已失去了意義，但色譜法名稱一直沿用至今。失去了意義，但色譜法名稱一直沿用至今。一、基本概念一、基本概念 固定相固定相CaCO3顆粒顆粒 流動(dòng)相流動(dòng)相石油醚石油醚 30、40年代相繼出現(xiàn)了年代相繼出現(xiàn)了紙色譜紙色譜和和薄層色譜薄層色譜。 50年代年代氣相色譜法氣相色譜法興起，把色譜法提高到興起，把色譜法提高到“分離分離”與與“在線分析在線分析”的新水平，奠定了色譜分析的理論基礎(chǔ)。的新水平，奠定了色譜分析的理論基礎(chǔ)。 1957年誕生了毛細(xì)管色譜分析法。年誕生了毛細(xì)管色譜分析法。 60年代推出了年代推出了氣相色譜氣相

3、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC/MS），有有效的彌補(bǔ)了色譜定性能力差的弱點(diǎn)。效的彌補(bǔ)了色譜定性能力差的弱點(diǎn)。 70年代年代高效液相色譜法高效液相色譜法崛起，為崛起，為難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定和高難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定和高分子樣品分子樣品的分析提供了有效手段。的分析提供了有效手段。 80年代初出現(xiàn)了年代初出現(xiàn)了超臨界流體色譜法（超臨界流體色譜法（SFC），兼有兼有GC和和HPLC的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。 80年代末，飛速發(fā)展起來(lái)的高效毛細(xì)管電泳色譜年代末，飛速發(fā)展起來(lái)的高效毛細(xì)管電泳色譜（HPCE），其柱效更高，對(duì)生物大分子的分離具有獨(dú)），其柱效更高，對(duì)生物大分子的分離具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。特優(yōu)勢(shì)。色譜法發(fā)展進(jìn)程色譜

4、法發(fā)展進(jìn)程 按兩相所處的狀態(tài)分類：按兩相所處的狀態(tài)分類：流動(dòng)相使用氣體（如氮?dú)?、氫氣或氦氣等）的色流?dòng)相使用氣體（如氮?dú)狻錃饣蚝獾龋┑纳V法稱之為氣相色譜法（譜法稱之為氣相色譜法（GC），流動(dòng)相使用液體（如），流動(dòng)相使用液體（如甲醇、乙腈等）的色譜法為液相色譜法（甲醇、乙腈等）的色譜法為液相色譜法（LC）。）。 流動(dòng)相流動(dòng)相氣體氣體流動(dòng)相流動(dòng)相液體液體固定相固定相固體固體液體液體固定相固定相 固體固體液體液體名稱名稱氣固色譜氣固色譜氣液色譜氣液色譜名稱名稱液固色譜液固色譜液液色譜液液色譜總稱總稱氣相色譜氣相色譜總稱總稱液相色譜液相色譜色譜法的分類色譜法的分類 按固定相形狀分類：按固定相形狀

5、分類： 柱色譜柱色譜 固定相裝在柱管內(nèi)，又固定相裝在柱管內(nèi)，又分為填充柱或毛細(xì)柱；分為填充柱或毛細(xì)柱； 紙色譜紙色譜 利用濾紙作為固定相，利用濾紙作為固定相，樣品溶液在紙上展開進(jìn)行分離；樣品溶液在紙上展開進(jìn)行分離； 薄層色譜薄層色譜 將固定相研成粉末，將固定相研成粉末，再壓成薄膜。再壓成薄膜。 按分離過程的機(jī)制分類：按分離過程的機(jī)制分類： 吸附色譜吸附色譜利用吸附劑表面對(duì)不同組利用吸附劑表面對(duì)不同組分物理吸附性質(zhì)的差別進(jìn)行分離；分物理吸附性質(zhì)的差別進(jìn)行分離； 分配色譜分配色譜利用不同組分在兩相中分利用不同組分在兩相中分配系數(shù)不同進(jìn)行分離；配系數(shù)不同進(jìn)行分離； 離子交換色譜離子交換色譜利用組分的

6、離子交換利用組分的離子交換能力不同來(lái)進(jìn)行分離；能力不同來(lái)進(jìn)行分離； 空間排斥色譜空間排斥色譜利用分子尺寸不同進(jìn)利用分子尺寸不同進(jìn)行分離（凝膠色譜）行分離（凝膠色譜） 。 依據(jù)分子大小、形狀而分離的依據(jù)分子大小、形狀而分離的液相色譜法液相色譜法。用化學(xué)惰性的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔性物質(zhì)作固定用化學(xué)惰性的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔性物質(zhì)作固定相，試樣組分按分子大小構(gòu)型進(jìn)行分離，其作用相，試樣組分按分子大小構(gòu)型進(jìn)行分離，其作用近似于分子篩效應(yīng)近似于分子篩效應(yīng)：試樣進(jìn)入色譜柱后，隨流動(dòng)試樣進(jìn)入色譜柱后，隨流動(dòng)相在凝膠外部間隙及凝膠孔穴旁流過，體積大的相在凝膠外部間隙及凝膠孔穴旁流過，體積大的分子不能滲透到凝膠縫隙

7、里去，而較早地被淋洗分子不能滲透到凝膠縫隙里去，而較早地被淋洗出來(lái)；中等體積分子產(chǎn)生部分滲透作用；小分子出來(lái)；中等體積分子產(chǎn)生部分滲透作用；小分子可以滲透到孔穴里去，因此較晚被沖洗出來(lái)，從可以滲透到孔穴里去，因此較晚被沖洗出來(lái)，從而達(dá)到分離的目的。而達(dá)到分離的目的。水或水溶液水或水溶液作流動(dòng)相的凝膠作流動(dòng)相的凝膠色譜稱為色譜稱為凝膠過濾色譜凝膠過濾色譜；有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑作流動(dòng)相的凝作流動(dòng)相的凝膠色譜稱為膠色譜稱為凝膠滲透色譜凝膠滲透色譜。色譜理論色譜理論 色譜理論需要解決的問題：色譜分離過程的色譜理論需要解決的問題：色譜分離過程的熱熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題。影響分離及柱效的因素與提高問題

8、。影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑，柱效與分離度的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其關(guān)系。柱效的途徑，柱效與分離度的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其關(guān)系。組分保留時(shí)間為何不同？色譜峰為何變寬？組分保留時(shí)間為何不同？色譜峰為何變寬？組分保留時(shí)間組分保留時(shí)間：色譜過程的熱力學(xué)因素控制；：色譜過程的熱力學(xué)因素控制； （組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）（組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)）色譜峰變寬色譜峰變寬：色譜過程的動(dòng)力學(xué)因素控制；：色譜過程的動(dòng)力學(xué)因素控制； （兩相中的運(yùn)動(dòng)阻力，擴(kuò)散）（兩相中的運(yùn)動(dòng)阻力，擴(kuò)散）兩種色譜理論兩種色譜理論：塔板理論和速率理論塔板理論和速率理論示意圖中有示意圖中有A、B兩種組分，固定相對(duì)兩種組分，固定相對(duì)A組分的組分的吸

9、附（或溶解）能力小于吸附（或溶解）能力小于B組分組分，A組分則從色譜組分則從色譜柱中率先流出。柱中率先流出。塔板理論的假設(shè)：塔板理論的假設(shè)： (1) 在每一個(gè)平衡過程間隔內(nèi)，平衡可以迅在每一個(gè)平衡過程間隔內(nèi)，平衡可以迅速達(dá)到；速達(dá)到；(2) 將載氣看作成脈動(dòng)（間歇）過程；將載氣看作成脈動(dòng)（間歇）過程；(3) 試樣沿色譜柱方向的擴(kuò)散可忽略；試樣沿色譜柱方向的擴(kuò)散可忽略；(4) 每次分配的每次分配的分配系數(shù)分配系數(shù)相同。相同。一、塔板理論一、塔板理論柱分離效能指標(biāo)柱分離效能指標(biāo)1.塔板理論（塔板理論（plate theory）半經(jīng)驗(yàn)理論；將色譜分離過程比擬作蒸半經(jīng)驗(yàn)理論；將色譜分離過程比擬作蒸餾過

10、程，將連續(xù)的色譜分離過程分割成餾過程，將連續(xù)的色譜分離過程分割成多次的平衡過程的重復(fù)（類似于蒸餾塔多次的平衡過程的重復(fù)（類似于蒸餾塔塔板上的平衡過程）。塔板上的平衡過程）。 色譜柱長(zhǎng)：色譜柱長(zhǎng)：L，虛擬的塔板間距離：虛擬的塔板間距離：H，色譜柱的理論塔板數(shù)：色譜柱的理論塔板數(shù)：n，則三者的關(guān)系為：則三者的關(guān)系為： n = L / H理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：222116545)()(./bRRWtYtn用來(lái)衡量色譜峰寬度的參數(shù)有三種表示方法：用來(lái)衡量色譜峰寬度的參數(shù)有三種表示方法：標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差：即即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半倍峰高處色譜峰寬

11、度的一半半峰寬半峰寬Y1/2：色譜峰高一半處的寬度色譜峰高一半處的寬度2.354峰底寬峰底寬Y（Wb）：）：4 2. 有效塔板數(shù)和有效塔板高度有效塔板數(shù)和有效塔板高度單位柱長(zhǎng)的塔板數(shù)越多，表明柱效越高。單位柱長(zhǎng)的塔板數(shù)越多，表明柱效越高。用不同物質(zhì)計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)。用不同物質(zhì)計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)。組分在組分在tM時(shí)間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。需引入有效塔時(shí)間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。需引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：板數(shù)和有效塔板高度：222/1)(16)(54. 5bRRWtYtn 理理有效有效有效有效有效有效nLHWtYtnbRR 222/1)(16)(54. 53.塔板理論的特點(diǎn)和不足塔板

12、理論的特點(diǎn)和不足(1)當(dāng)色譜柱長(zhǎng)度一定時(shí)，塔板數(shù)當(dāng)色譜柱長(zhǎng)度一定時(shí)，塔板數(shù) n 越大越大(塔板高度塔板高度 H 越小越小)，被測(cè)組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能，被測(cè)組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能則越高，所得色譜峰越窄。則越高，所得色譜峰越窄。(2)不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效指標(biāo)時(shí)，應(yīng)指效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效指標(biāo)時(shí)，應(yīng)指明測(cè)定物質(zhì)。明測(cè)定物質(zhì)。(3)柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)組分的分配系數(shù)K相同時(shí)，無(wú)論該色譜柱的塔

13、板數(shù)多相同時(shí)，無(wú)論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無(wú)法分離。大，都無(wú)法分離。(4)塔板理論無(wú)法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速塔板理論無(wú)法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無(wú)法指出影響柱效的因下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也無(wú)法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。素及提高柱效的途徑。二、速率理論二、速率理論-影響柱效的因素影響柱效的因素1. 1. 速率方程（也稱范速率方程（也稱范. .弟姆特方程式）弟姆特方程式） H = A + B/u + Cu H：理論塔板高度，：理論塔板高度， u：載氣的線速度：載氣的線速度(cm/s) 減小減小A、B、C三項(xiàng)可提高柱效；三項(xiàng)可提高柱效； 存在著最佳流速

14、；存在著最佳流速； A、B、C三項(xiàng)各與哪些因素有關(guān)？三項(xiàng)各與哪些因素有關(guān)？A渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng) A = 2dp dp：固定相的平均顆粒直徑：固定相的平均顆粒直徑：固定相的填充不均勻因子：固定相的填充不均勻因子 固定相顆粒越小固定相顆粒越小dp，填充的越均勻，填充的越均勻，A，H，柱效，柱效n。表現(xiàn)在渦流擴(kuò)散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜。表現(xiàn)在渦流擴(kuò)散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄。峰較窄。B/u 分子擴(kuò)散項(xiàng)分子擴(kuò)散項(xiàng) B = 2 Dg ：彎曲因子，填充柱色譜，彎曲因子，填充柱色譜，11。 D Dg g：試樣組分分子在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)（：試樣組分分子在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2s

15、-1） (1) 存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴(kuò)散存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴(kuò)散; (2) 擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，H(n)，分離變差分離變差; (3) 分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速，滯留時(shí)間，滯留時(shí)間，擴(kuò)散，擴(kuò)散; (4) 擴(kuò)散系數(shù)：擴(kuò)散系數(shù)：Dg (M載氣載氣)-1/2 ； M載氣載氣，B值值。k為容量因子；為容量因子； Dg 、DL為擴(kuò)散系數(shù)。為擴(kuò)散系數(shù)。 減小擔(dān)體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，可降低傳質(zhì)減小擔(dān)體粒度，選擇小分子量的氣體作載氣，可降低傳質(zhì)阻力。阻力。C u 傳質(zhì)阻力項(xiàng)傳質(zhì)阻力項(xiàng) 傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力包括氣相傳質(zhì)阻力Cg和液相傳質(zhì)阻

16、力和液相傳質(zhì)阻力CL，即：，即： C = Cg + CLgfgDdkkC22)1 (01. 0LfLDdkkC22)1 (32 df：固定液的液膜厚度、固定相膜的厚度。：固定液的液膜厚度、固定相膜的厚度。2.2.載氣流速與柱效載氣流速與柱效最佳流速最佳流速載氣流速高時(shí)：載氣流速高時(shí)： 傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素，流速主要因素，流速 ，柱效，柱效 。載氣流速低時(shí)：載氣流速低時(shí)： 分子擴(kuò)散項(xiàng)成為影響柱效分子擴(kuò)散項(xiàng)成為影響柱效的主要因素，流速的主要因素，流速 , ,柱效柱效 。H - u曲線與最佳流速：曲線與最佳流速： 由于流速對(duì)這兩項(xiàng)完全相反的作用，流速對(duì)柱效的總影由于流

17、速對(duì)這兩項(xiàng)完全相反的作用，流速對(duì)柱效的總影響便存在著一個(gè)最佳流速值，即速率方程式中塔板高度對(duì)流響便存在著一個(gè)最佳流速值，即速率方程式中塔板高度對(duì)流速的一階導(dǎo)數(shù)有一極小值。速的一階導(dǎo)數(shù)有一極小值。 以塔板高度以塔板高度H對(duì)應(yīng)載氣流速對(duì)應(yīng)載氣流速u作圖，曲線最低點(diǎn)的流速即作圖，曲線最低點(diǎn)的流速即為最佳流速。為最佳流速。3. 3. 速率理論的要點(diǎn)速率理論的要點(diǎn)(1)(1)組分分子在柱內(nèi)運(yùn)行的組分分子在柱內(nèi)運(yùn)行的多路徑與渦流擴(kuò)散多路徑與渦流擴(kuò)散、濃度梯度所造、濃度梯度所造成的成的分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散及及傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力使氣液兩相間的分配平衡不能瞬間使氣液兩相間的分配平衡不能瞬間達(dá)到等因素是造成色譜峰擴(kuò)展、

18、柱效下降的主要原因。達(dá)到等因素是造成色譜峰擴(kuò)展、柱效下降的主要原因。(2)通過選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載氣通過選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。流速可提高柱效。(3)(3)速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導(dǎo)。闡速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導(dǎo)。闡明了流速和柱溫對(duì)柱效及分離的影響。明了流速和柱溫對(duì)柱效及分離的影響。(4) 各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴(kuò)散項(xiàng)的影響各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴(kuò)散項(xiàng)的影響減小，使柱效提高，但同時(shí)傳質(zhì)阻力項(xiàng)的影響增大，又使柱減小，使柱效提高，但同時(shí)傳質(zhì)阻力項(xiàng)的影響增大，又使柱效

19、下降；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴(kuò)散的影效下降；柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴(kuò)散的影響，選擇最佳條件，才能使柱效達(dá)到最高。響，選擇最佳條件，才能使柱效達(dá)到最高。討論討論： 色譜分離中的四種情況的討論：色譜分離中的四種情況的討論： 柱效較高，柱效較高，K（分配系數(shù)）較大，完全分離；（分配系數(shù)）較大，完全分離； K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；柱效較低，柱效較低，K較大，但分離的不好；較大，但分離的不好； K小，小，柱效低，分離效果更差。柱效低，分離效果更差。分離度的表達(dá)式分離度的表達(dá)式：R=0.8：兩峰的分離程度可達(dá)：兩

20、峰的分離程度可達(dá)89%；R=1：分離程度：分離程度98%；R=1.5：達(dá)：達(dá)99.7%（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）。)(.)()()(/)(/)()()()()()(121221121212699122YYttWWttRRRbbRR氣相色譜法針對(duì)性及特點(diǎn)氣相色譜法針對(duì)性及特點(diǎn) 氣相色譜（氣相色譜（GCGC）主要用于低分子量（）主要用于低分子量（FM1000FM1000）、易）、易揮發(fā)、熱穩(wěn)定的有機(jī)化合物的分析。該方法具有：揮發(fā)、熱穩(wěn)定的有機(jī)化合物的分析。該方法具有：選擇性高選擇性高 對(duì)性質(zhì)極為相似的同分異構(gòu)體等有很強(qiáng) 的分離能力；分離效率高分離效率高 可以分離沸點(diǎn)十分

21、接近、且組成復(fù)雜 的混合物；靈敏度高靈敏度高 高靈敏度的檢測(cè)器可檢測(cè)出1011 1014g的痕量物質(zhì)；分析速度快分析速度快 通常完成一個(gè)分析僅需幾分鐘或幾十 分鐘，且樣品用量少，液體樣品僅需幾微升。 氣相色譜儀構(gòu)成（五部分）氣相色譜儀構(gòu)成（五部分） 氣源和流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)氣源和流量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和流量測(cè)量； 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng) 包括進(jìn)樣器、氣化室； 分離系統(tǒng)分離系統(tǒng) 包括色譜柱和柱箱溫度控制裝置； 檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng) 包括檢測(cè)器、信號(hào)放大器裝置等； 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 包括記錄儀或數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理軟硬件。自動(dòng)進(jìn)樣自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)系統(tǒng)分離系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處

22、理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Ne安捷倫安捷倫aligent 7890氣相色譜儀的基本流程N(yùn)eH2N2氣源和流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)氣源和流量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 氣相色譜法常用氣相色譜法常用H2、N2、He和和Ar作為載氣，以作為載氣，以He最為理想，但其成本昂貴。國(guó)內(nèi)多用最為理想，但其成本昂貴。國(guó)內(nèi)多用N2，國(guó)外則常用國(guó)外則常用H2。 根據(jù)檢測(cè)器的種類選用載氣，如選根據(jù)檢測(cè)器的種類選用載氣，如選FID檢測(cè)器，則檢測(cè)器，則載氣可選用載氣可選用He、H2或或N2；TCD檢測(cè)器，則可選用檢測(cè)器，則可選用He或或H2。進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng) 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng) 包括進(jìn)樣裝置和氣化室包括進(jìn)樣裝置和氣化室 手動(dòng)進(jìn)樣器手動(dòng)進(jìn)樣器 微量精密注射針微

23、量精密注射針 氣密式注射器氣密式注射器 針頭可換式注射器針頭可換式注射器 自動(dòng)進(jìn)樣裝置自動(dòng)進(jìn)樣裝置 分流裝置分流裝置 保證進(jìn)樣準(zhǔn)確。保證進(jìn)樣準(zhǔn)確。樣品與載氣混合樣品與載氣混合襯襯管過載管過載分離系統(tǒng)分離系統(tǒng) 色譜分離系統(tǒng)包括色譜分離系統(tǒng)包括色譜柱色譜柱和和柱溫箱溫度控柱溫箱溫度控制制兩大部分。兩大部分。 分離系統(tǒng)分離系統(tǒng) 色譜分離系統(tǒng)包括色譜柱和柱溫箱溫度控色譜分離系統(tǒng)包括色譜柱和柱溫箱溫度控制兩大部分。制兩大部分。1 1、色譜柱、色譜柱 在氣相色譜中，流動(dòng)相的選擇性比較小，欲得到在氣相色譜中，流動(dòng)相的選擇性比較小，欲得到滿意的分離效果，關(guān)鍵是選用合適的色譜柱。色譜柱滿意的分離效果，關(guān)鍵是選用

24、合適的色譜柱。色譜柱分為填充柱和毛細(xì)柱兩大類。分為填充柱和毛細(xì)柱兩大類。 填充柱：填充柱：不銹鋼或玻璃管材，根據(jù)組分有無(wú)特殊腐不銹鋼或玻璃管材，根據(jù)組分有無(wú)特殊腐蝕性選用。蝕性選用。 柱長(zhǎng)度：柱長(zhǎng)度：110m 柱內(nèi)徑：柱內(nèi)徑： 26mm 進(jìn)樣量：進(jìn)樣量：0.110 l色譜填充柱類型色譜填充柱類型不銹鋼和玻璃填充柱不銹鋼和玻璃填充柱色譜擔(dān)體色譜擔(dān)體 毛細(xì)柱毛細(xì)柱 石英玻璃管材，也有使用石英玻璃管材，也有使用不銹鋼管材的報(bào)道，但非常不銹鋼管材的報(bào)道，但非常罕見。罕見。 柱長(zhǎng)度：柱長(zhǎng)度：2060m 柱內(nèi)徑：柱內(nèi)徑： 0.0.20.53mmmm 進(jìn)樣量：進(jìn)樣量：0.010.2 l 目前，填充柱因進(jìn)樣體

25、積大多用于氣體樣品的目前，填充柱因進(jìn)樣體積大多用于氣體樣品的分析，如分析，如CHCH4 4、COCO2 2、SOSO2 2等；毛細(xì)柱則因柱長(zhǎng)、固定等；毛細(xì)柱則因柱長(zhǎng)、固定相類型等選擇范圍大而得到廣泛應(yīng)用。相類型等選擇范圍大而得到廣泛應(yīng)用。填充柱與毛細(xì)柱分離效果比較填充柱與毛細(xì)柱分離效果比較2 2、固定相及其選擇、固定相及其選擇 固定相是表面具有許多吸附中心的吸附劑，常用吸固定相是表面具有許多吸附中心的吸附劑，常用吸附劑硅膠表面的硅醇基為吸附中心。經(jīng)典液相柱色譜和附劑硅膠表面的硅醇基為吸附中心。經(jīng)典液相柱色譜和薄層色譜使用一般硅膠，高效液相色譜常用球型或無(wú)定薄層色譜使用一般硅膠，高效液相色譜常用

26、球型或無(wú)定型全多孔硅膠和堆積硅珠。型全多孔硅膠和堆積硅珠。（1 1）對(duì)吸附劑的要求）對(duì)吸附劑的要求 有大的表面積和足夠的吸附能力；有大的表面積和足夠的吸附能力； 對(duì)不同的化學(xué)成分有不同的吸附力，能較好地把混對(duì)不同的化學(xué)成分有不同的吸附力，能較好地把混合物分開；合物分開； 與流動(dòng)相、溶劑及樣品中各成分不起化學(xué)反應(yīng)；與流動(dòng)相、溶劑及樣品中各成分不起化學(xué)反應(yīng)； 在所用的溶劑及流動(dòng)相中不溶解；在所用的溶劑及流動(dòng)相中不溶解； 顆粒均勻，操作過程中不會(huì)碎裂。顆粒均勻，操作過程中不會(huì)碎裂。色譜柱選擇原則色譜柱選擇原則 色譜柱的選擇主要是選擇固定液或固定相，遵循色譜柱的選擇主要是選擇固定液或固定相，遵循“相似

27、相溶相似相溶”原理。基于此原理的色譜流出規(guī)律如下：原理?；诖嗽淼纳V流出規(guī)律如下： 分離非極性物質(zhì)：分離非極性物質(zhì)：一般選用非極性固定液，這時(shí)樣品一般選用非極性固定液，這時(shí)樣品中的各組分按沸點(diǎn)次序先后流出色譜柱，沸點(diǎn)低的先中的各組分按沸點(diǎn)次序先后流出色譜柱，沸點(diǎn)低的先流出，沸點(diǎn)高的后流出；流出，沸點(diǎn)高的后流出； 分離極性物質(zhì)：分離極性物質(zhì)：選用極性固定液，這時(shí)樣品中的各組選用極性固定液，這時(shí)樣品中的各組分主要按極性順序分離，極性小的先流出色譜柱，極分主要按極性順序分離，極性小的先流出色譜柱，極性大的后流出色譜柱；性大的后流出色譜柱； 分離非極性和極性混合物：分離非極性和極性混合物：一般選用

28、極性固定液，這一般選用極性固定液，這時(shí)非極性組分先出峰，極性組分（或易被極化的組分）時(shí)非極性組分先出峰，極性組分（或易被極化的組分）后出峰；后出峰； 對(duì)于易形成氫鍵的樣品：對(duì)于易形成氫鍵的樣品：如醇、酚、胺和水如醇、酚、胺和水等的分離，一般選擇極性或氫鍵性的固定液，等的分離，一般選擇極性或氫鍵性的固定液，這時(shí)樣品中各組分按固定液分子間形成氫鍵的這時(shí)樣品中各組分按固定液分子間形成氫鍵的能力大小先后流出，不易形成的先流出，最易能力大小先后流出，不易形成的先流出，最易形成氫鍵的最后流出。形成氫鍵的最后流出。通常認(rèn)為，大部分分析任務(wù)可由通常認(rèn)為，大部分分析任務(wù)可由三根毛細(xì)柱三根毛細(xì)柱實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)： 甲基

29、硅橡膠柱：甲基硅橡膠柱：非極性（非極性（I=217I=217） 三氟丙基甲基聚硅氧烷柱：三氟丙基甲基聚硅氧烷柱：中極性（中極性（I=1500I=1500） 聚乙二醇聚乙二醇-20M-20M柱：柱：中強(qiáng)極性柱（中強(qiáng)極性柱（I=2308I=2308） 這里，這里， I I為以標(biāo)準(zhǔn)非極性固定液角鯊?fù)闉榛鶞?zhǔn)時(shí)待測(cè)為以標(biāo)準(zhǔn)非極性固定液角鯊?fù)闉榛鶞?zhǔn)時(shí)待測(cè)固定液的相對(duì)極性固定液的相對(duì)極性 麥?zhǔn)铣?shù)麥?zhǔn)铣?shù)。 而而I I則為相對(duì)五種則為相對(duì)五種不同類型化合物的麥?zhǔn)铣?shù)之和，即總極性常數(shù)。不同類型化合物的麥?zhǔn)铣?shù)之和，即總極性常數(shù)。 氣相色譜分離過程氣相色譜分離過程 樣品中的各組分經(jīng)色譜柱分離后，隨載氣依次流出

30、色譜柱，經(jīng)檢測(cè)器轉(zhuǎn)化為電訊號(hào)，然后由記錄儀將組分的濃度變化記錄下來(lái)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理即得到如下色譜圖：色譜響應(yīng)值1 1、色譜柱溫度：、色譜柱溫度：提高柱溫可減小氣相、液相傳提高柱溫可減小氣相、液相傳質(zhì)阻力，改善色譜柱分離效果；但又可使分子質(zhì)阻力，改善色譜柱分離效果；但又可使分子擴(kuò)散加劇，影響柱效；并且溫度較低，則會(huì)使擴(kuò)散加劇，影響柱效；并且溫度較低，則會(huì)使分析時(shí)間延長(zhǎng)。分析時(shí)間延長(zhǎng)。 混合物沸點(diǎn)與柱溫選擇的經(jīng)驗(yàn)混合物沸點(diǎn)與柱溫選擇的經(jīng)驗(yàn) 混合物沸點(diǎn)（混合物沸點(diǎn)（ C C）參考柱溫（參考柱溫（ C C）氣體樣品室溫10020070120200300150180300400200300溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)柱

31、溫類型：柱溫類型：恒定柱溫和程序升溫兩種類型，即恒定柱溫和程序升溫兩種類型，即柱溫選擇依據(jù)：柱溫選擇依據(jù)： 單一物質(zhì)或簡(jiǎn)單混合物樣品，可優(yōu)先選用恒定柱溫，即恒溫在各組分的平均沸點(diǎn)附近。 對(duì)于寬沸程的混合樣品，可選用程序升溫，使低、高沸點(diǎn)的組分都能達(dá)到很好的分離。柱溫對(duì)分離效果的影響柱溫對(duì)分離效果的影響柱柱溫溫對(duì)對(duì)分分離離效效果果的的影影響響2 2、檢測(cè)器溫度控制、檢測(cè)器溫度控制 應(yīng)選擇高于色譜柱溫，可避免組分在檢測(cè)器端冷凝或產(chǎn)生其他問題。3 3、色譜柱維護(hù)、色譜柱維護(hù) 色譜柱使用一段時(shí)間后，應(yīng)進(jìn)行老化，老化溫度一般應(yīng)高于最高柱溫 510C，但低于色譜柱最高使用溫度10C；載氣流速控制在510m

32、l/min，維持410小時(shí)，以便把殘存溶劑、難揮發(fā)物質(zhì)等去除，并使固定液在載體表面有一個(gè)在分布過程，達(dá)到凈化色譜柱的目的。 進(jìn)樣隔墊使用前應(yīng)老化，并經(jīng)常更換。檢測(cè)器及其特性檢測(cè)器及其特性濃度型檢測(cè)器：濃度型檢測(cè)器： 測(cè)量的是載氣中通過檢測(cè)器組分濃度瞬間的變化，檢測(cè)信號(hào)值與組分的濃度成正比。如熱導(dǎo)檢測(cè)器TCD；質(zhì)量型檢測(cè)器：質(zhì)量型檢測(cè)器： 測(cè)量的是載氣中某組分進(jìn)入檢測(cè)器的速度變化，即檢測(cè)信號(hào)值與單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器組分的質(zhì)量成正比。如FID；通用通用性性檢測(cè)器檢測(cè)器： 對(duì)所有物質(zhì)有響應(yīng)，熱導(dǎo)檢測(cè)器TCD；選擇選擇性性檢測(cè)器檢測(cè)器： 對(duì)特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng)，如電子俘獲檢測(cè)器ECD熱導(dǎo)檢測(cè)器熱導(dǎo)檢測(cè)

33、器 TCD-thermal conductivity detector 通用型檢測(cè)器基本原理：熱導(dǎo)系數(shù)基本原理：熱導(dǎo)系數(shù) 當(dāng)被測(cè)組分與載氣混合后，混合物的熱導(dǎo)系數(shù)與純載氣的熱導(dǎo)系數(shù)大不相同，當(dāng)通過熱導(dǎo)池池體的氣體組成及濃度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起池體上熱敏元件的溫度變化，用惠斯頓電橋測(cè)量，就可由所得信號(hào)的大小求出該組分的含量。特別適于厭氧產(chǎn)氣中CO、CO2、CH4和H2S等的分析。 熱導(dǎo)檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)檢測(cè)器的結(jié)構(gòu) 池體池體（一般用不銹鋼制成） 熱敏元件熱敏元件：電阻率高、電阻溫度系數(shù)大、且價(jià)廉易加 工的鎢絲制成。參考臂：參考臂：僅允許純載氣通過，通常連接在進(jìn)樣裝置之前。測(cè)量臂測(cè)量臂：需要攜帶被分離

34、組分的載氣（H2）流過，則連接在緊靠近分離柱出口處。氫火焰離子化檢測(cè)器氫火焰離子化檢測(cè)器 FID - flame ionization detector特點(diǎn)特點(diǎn) (1) (1) 典型的質(zhì)量型檢測(cè)器典型的質(zhì)量型檢測(cè)器; ; (2) (2) 對(duì)有機(jī)化合物具有很高的靈敏度對(duì)有機(jī)化合物具有很高的靈敏度; ; (3) (3) 適用于含碳?xì)滏I的有機(jī)物分析。適用于含碳?xì)滏I的有機(jī)物分析。 (4) (4) 氫焰檢測(cè)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、靈敏度氫焰檢測(cè)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)迅速等特點(diǎn)高、響應(yīng)迅速等特點(diǎn); ; (5) (5) 比熱導(dǎo)檢測(cè)器的靈敏度高出近比熱導(dǎo)檢測(cè)器的靈敏度高出近3 3個(gè)數(shù)量級(jí)，

35、檢測(cè)個(gè)數(shù)量級(jí)，檢測(cè)下限可達(dá)下限可達(dá)1010-12-12g gg g-1-1。 氫火焰離子化檢測(cè)器（氫火焰離子化檢測(cè)器（FIDFID） 氫火焰離子化檢測(cè)器是應(yīng)用最廣泛的一種檢測(cè)器。它對(duì)大多數(shù)有機(jī)物有很高的靈敏度，較TCD的靈敏度高102104倍，能檢測(cè)低至109g級(jí)的痕量有機(jī)物。響應(yīng)速度快，線性范圍寬，對(duì)載氣流及溫度波動(dòng)不敏感。但對(duì)CO、CO2、H2S和NH3等氣體無(wú)響應(yīng)。 基本原理：化學(xué)電離或熱電離基本原理：化學(xué)電離或熱電離 在外加電場(chǎng)作用下，氫氣在空氣中燃燒，形成微弱的離子流。當(dāng)載氣帶著有機(jī)物樣品進(jìn)入氫火焰時(shí)，有機(jī)物與O2進(jìn)行化學(xué)電離化學(xué)電離反應(yīng)，所產(chǎn)生的正離子被外加電場(chǎng)的負(fù)極收集，電子被正

36、極捕獲，形成微弱的電流信號(hào)，經(jīng)放大器放大，由記錄儀繪出色譜峰。電子捕獲檢測(cè)器電子捕獲檢測(cè)器ECD ECD Electron Capture Detector, Electron Capture Detector, 高選擇性檢測(cè)器，高選擇性檢測(cè)器， 僅對(duì)含有鹵素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的靈僅對(duì)含有鹵素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的靈敏度，檢測(cè)下限敏度，檢測(cè)下限1010-14 -14 g /mLg /mL， 對(duì)大多數(shù)烴類沒有響應(yīng)。對(duì)大多數(shù)烴類沒有響應(yīng)。 較多應(yīng)用于農(nóng)副較多應(yīng)用于農(nóng)副產(chǎn)品、食品及環(huán)境中產(chǎn)品、食品及環(huán)境中農(nóng)藥殘留量的測(cè)定。農(nóng)藥殘留量的測(cè)定。Ni63 電子捕獲檢測(cè)器（電子捕獲

37、檢測(cè)器（ECDECD） 電子捕獲檢測(cè)器是一種選擇性檢測(cè)器，它僅對(duì)有電負(fù)性的物質(zhì)響應(yīng)信號(hào)。靈敏度很高，特別適用于分析痕量鹵代烴、硫化物、金屬離子的有機(jī)螯合物、農(nóng)藥等。 基本原理基本原理：載氣在射線的照射下，電離出電子，其中一部分被樣品中的電負(fù)性組分所捕獲，使得由于載氣電離而形成的基態(tài)電流減少。各組分的電負(fù)性及濃度不同，所捕獲的電子量也有所差異。所以，可以根據(jù)各組分所引起的電流減少量，獲得相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)。 ECD ECD 檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意 火焰光度檢測(cè)器（火焰光度檢測(cè)器（FPDFPD） 火焰光度檢測(cè)器是一種高靈敏度，僅對(duì)含硫、磷的有機(jī)物產(chǎn)生響應(yīng)的高選擇性檢測(cè)器，適用于分析含硫、磷的農(nóng)藥

38、及環(huán)境樣品中含硫、磷的有機(jī)污染物。 檢測(cè)原理：檢測(cè)原理：在富氫火焰富氫火焰（H2/O2=3/1）中，含硫、磷有機(jī)物燃燒后分別發(fā)出特征的藍(lán)紫色光和綠色光，經(jīng)濾光分光系統(tǒng)，再由光電倍增管測(cè)量特征光的強(qiáng)度變化，在394 nm或384nm可檢測(cè)硫的含量，在526nm可檢測(cè)磷的含量。 火焰光度檢測(cè)器火焰光度檢測(cè)器FPD-Flame Photometric Detector 其他檢測(cè)器其他檢測(cè)器熱離子檢測(cè)器熱離子檢測(cè)器( (thermionic detector, TIDthermionic detector, TID) ) 氮、磷檢測(cè)器；對(duì)氮、磷有高靈敏度； 在FID檢測(cè)器的噴嘴與收集極之間加一個(gè)含硅酸

39、銣的玻璃球，含氮、磷化合物在受熱分解時(shí)，受硅酸銣作用產(chǎn)生大量電子，信號(hào)強(qiáng)；定性檢測(cè)器定性檢測(cè)器( (聯(lián)用儀器聯(lián)用儀器) ) 將兩種儀器結(jié)合,如色-質(zhì)聯(lián)用儀 (通過分子分離器連接)檢測(cè)器性能評(píng)價(jià)指標(biāo)檢測(cè)器性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 響應(yīng)值（或靈敏度）響應(yīng)值（或靈敏度）S S ： 在一定范圍內(nèi)，信號(hào)E與進(jìn)入檢測(cè)器的物質(zhì)質(zhì)量m呈線性關(guān)系： E = S m E = S m S = E / m S = E / m 單位： mV/（mg / cm3） ；（濃度型檢測(cè)器） mV /（mg / s） ；（質(zhì)量型檢測(cè)器） S 表示單位質(zhì)量的物質(zhì)通過檢測(cè)器時(shí)，產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)的大小。S 值越大，檢測(cè)器（也即色譜儀）的靈敏度也就越

40、高。檢測(cè)信號(hào)通常顯示為色譜峰，則響應(yīng)值也可以由色譜峰面積（A）除以試樣質(zhì)量求得： S S = = A A / / m m最低檢測(cè)限（最小檢測(cè)量）最低檢測(cè)限（最小檢測(cè)量） 噪聲水平?jīng)Q定著能被檢測(cè)到的濃度（或質(zhì)量）。噪聲水平?jīng)Q定著能被檢測(cè)到的濃度（或質(zhì)量）。 如果要把信號(hào)從本底噪聲中識(shí)別出來(lái)，則組分的響應(yīng)值如果要把信號(hào)從本底噪聲中識(shí)別出來(lái)，則組分的響應(yīng)值就一定要高于就一定要高于N N。 檢測(cè)器響應(yīng)值為檢測(cè)器響應(yīng)值為2 2（1010）倍）倍噪聲水平時(shí)的試樣濃度（或噪聲水平時(shí)的試樣濃度（或質(zhì)量），被定義為最低檢測(cè)限（或該物質(zhì)的最小檢測(cè)量）。質(zhì)量），被定義為最低檢測(cè)限（或該物質(zhì)的最小檢測(cè)量）。最低檢出限最低檢出限= = 2 2（S S/N/N）？）？線性度與線性范圍線性度與線性范圍 檢測(cè)器的線性度定義：