1、1第二節(jié)第二節(jié) 氣相色譜法氣相色譜法 色譜法早在1903年由俄國植物學(xué)家茨維特分離植物色素時采用。 他在研究植物葉的色素成分時，將植物葉子的萃取物倒入填有碳酸鈣的直立玻璃管內(nèi)，然后加入石油醚使其自由流下，結(jié)果色素中各組分互相分離形成各種不同顏色的譜帶。這種方法因此得名為色譜法。以后此法逐漸應(yīng)用于無色物質(zhì)的分離，“色譜”二字雖已失去原來的含義，但仍被人們沿用至今。2一一 概述概述（一）原理（一）原理不同的物質(zhì)在由兩相固定相和流動相構(gòu)成的體系中，具有不同的分配系數(shù)。當(dāng)兩相做相對運(yùn)動時，這些物質(zhì)也隨流動相一起運(yùn)動，并在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次的分配。分配系數(shù)上有微小差別的物質(zhì)在移動速度上產(chǎn)生差別，從而使各

2、組份達(dá)到分離。 3流動相方向流動相方向達(dá)到暫時平衡達(dá)到新的暫時平衡4（二）分類（二）分類 按流動相物態(tài)分：氣相色譜（GC） 、液相色譜（LC） 按系統(tǒng)特征分：柱色譜、薄層色譜、紙色譜 按分離原理分：吸附色譜、分配色譜、 離子交換色譜、凝膠色譜 5 利用組分在吸附劑（固定相）上的吸附能力強(qiáng)弱不同而得以分離的方法，稱為吸附色譜法吸附色譜法。 利用組分在固定液（固定相）中溶解度不同而達(dá)到分離的方法稱為分配色譜法分配色譜法。 利用組分在離子交換劑（固定相）上的親和力大小不同而達(dá)到分離的方法，稱為離子交換色離子交換色譜法。譜法。 利用大小不同的分子在多孔固定相中的選擇滲透而達(dá)到分離的方法，稱為凝膠色譜法

3、凝膠色譜法或排阻色譜排阻色譜法。法。67（三）、特點：（三）、特點：高分離效能，高選擇性，可分離異構(gòu)體，同位素高靈敏度，10-12-10-14g可檢出 分析速度快，幾分鐘至幾十分鐘應(yīng)用范圍廣：氣體、易揮發(fā)的液體和固體 8二二 色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語（一）色譜流出曲線和色譜峰（一）色譜流出曲線和色譜峰 由檢測器輸出的電信號強(qiáng)度對時間作圖，所得曲線稱為色譜流出曲線。曲線上突起部分就是色譜峰。 如果進(jìn)樣量很小，濃度很低，在吸附等溫線（氣固吸附色譜）或分配等溫線（氣液分配色譜）的線性范圍內(nèi)，則色譜峰是對稱的。9（二）基線（二）基線 在實驗操作條件下，色譜柱后沒有樣品組分流出時的流

4、出曲線稱為基線，穩(wěn)定的基線應(yīng)該是一條水平直線。（三）峰高（三）峰高 色譜峰頂點與基線之間的垂直距離，以（h）表示。10 色譜流出曲線l色譜流出曲線和色譜峰l基線（a）l峰高（h）信號進(jìn)樣空氣峰色譜峰ha11（四）保留值（四）保留值 1. 死時間死時間t0 溶劑或載氣通過相顆粒間所剩留的空間、管路空間的總和的時間，它正比于色譜柱的空隙體積，如下圖。信號進(jìn)樣t0122. 保留時間保留時間tR 試樣從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)峰極大點時所經(jīng)過的時間，稱為保留時間，如下圖。信號進(jìn)樣tR133. 調(diào)整保留時間調(diào)整保留時間tR l某組分的保留時間扣除死時間后，稱為該組分的調(diào)整保留時間，即 tR= tR t0 l由于組

5、分在色譜柱中的保留時間tR包含了組分隨流動相通過柱子所須的時間和組分在固定相中滯留所須的時間，所以tR實際上是組分在固定相中保留的總時間。l保留時間是色譜法定性的基本依據(jù)，但同一組分的保留時間常受到流動相流速的影響，因此色譜工作者有時用保留體積來表示保留值。144.4. 分配系數(shù)分配系數(shù)K K和分配比和分配比k k(1). 分配系數(shù)分配系數(shù)K 分配色譜的分離是基于樣品組分在固定相和流動相之間反復(fù)多次的分配過程，而吸附色譜的分離是基于反復(fù)多次的吸附-脫附過程。這種分離過程經(jīng)常用樣品分子在兩相間的分配來描述，而描述這種分配的參數(shù)稱為分配系數(shù)K。 它是指在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相之間分

6、配達(dá)平衡時的濃度之比值，即 K=溶質(zhì)在固定相中的濃度溶質(zhì)在固定相中的濃度 / 溶質(zhì)在流動相中的濃度溶質(zhì)在流動相中的濃度 = = C Cs s / / C Cm m 15(2).分配比分配比 k 分配比又稱容量因子，它是指在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配達(dá)平衡時，分配在固定相和流動相中的質(zhì)量比。即 k = 組分在固定相中的質(zhì)量 / 組分在流動相中的質(zhì)量 = ms / mm k值越大，說明組分在固定相中的量越多，相當(dāng)于柱的容量大，因此又稱分配容量或容量因子。它是衡量色譜柱對被分離組分保留能力的重要參數(shù)。k值也決定于組分及固定相熱力學(xué)性質(zhì)。它不僅隨柱溫、柱壓變化而變化，而且還與流動相及固定相的體

7、積有關(guān)。16氣相色譜儀結(jié)構(gòu)圖：載氣源減壓凈化進(jìn)樣色譜柱檢測器三三 儀器結(jié)構(gòu)儀器結(jié)構(gòu)17FlowControllerRegulatorsAirHydrogenCarrier GasMol-SieveTrapsFixedInjectionPortDetectorRestrictorsColumnHRESETor18191、載氣源：、載氣源：N2、H2、He、Ar 2、減壓閥、凈化劑、減壓閥、凈化劑 3、進(jìn)樣系統(tǒng)：六通閥、氣化室、進(jìn)樣系統(tǒng)：六通閥、氣化室 4、分離柱、分離柱A柱材料：金屬或玻璃管，毛細(xì)管20B 固定相擔(dān)體：硅藻土、玻璃球、氟塑料擔(dān)體應(yīng)具備的特點：多孔、比表面積大、化學(xué)惰性、熱穩(wěn)定性、

8、有一定的機(jī)械強(qiáng)度固定液：有機(jī)化合物21固定液：有機(jī)化合物固定液應(yīng)具備的特點：高沸點、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定、低凝固點和粘度，對分離組份有一定的溶解能力固定液的種類：常用：苯基甲基聚硅氧烷、聚乙二醇2000等固定液的選擇：相似相溶，考慮極性、酸堿性、氫鍵作用22 吸附劑：活性炭和分子篩，氧化鋁、硅膠、等 合成固定相：高分子多孔微球、既是擔(dān)體又起固定液作用235、檢測器、檢測器a. 熱導(dǎo)檢測器（TCD）：惠斯頓電橋測電導(dǎo)值的變化b. 氫火焰檢測器（FID）：色譜柱流出物在氫焰中燃燒形成離子，電場作用下離子流動，檢測離子流。c. 電子俘獲檢測器（ECD）：X、O、S、P等電負(fù)性的物質(zhì)捕獲載氣被電離后形成

9、的離子。d. 火焰光度（FPD）或稱硫磷檢測器：S、P的有機(jī)物燃燒發(fā)出特征光波 S：394nm，P：526nm 24l噪聲和漂移噪聲和漂移l靈敏度靈敏度l檢出限檢出限l最小檢測量最小檢測量l線性范圍線性范圍l響應(yīng)時間響應(yīng)時間四四 檢測器的性能指標(biāo)檢測器的性能指標(biāo)25五五 色譜定性和定量分析色譜定性和定量分析（一）、色譜的（一）、色譜的定性定性分析分析 色譜定性分析就是要確定各色譜峰所代表的化合物。由于各種物質(zhì)在一定的色譜條件下均有確定的保留值，因此保留值可作為一種定性指標(biāo)。 但是不同物質(zhì)在同一色譜條件下，可能具有相似或相同的保留值，即保留值并非專屬的即保留值并非專屬的。因此僅根據(jù)保留值對一個完

10、全未知的樣品定性是困難的。如果在了解樣品的來源、性質(zhì)、分析目的的基礎(chǔ)上，對樣品組成作初步的判斷，再結(jié)合下列的方法則可確定色譜峰所代表的化合物。261 利用純物質(zhì)對照定性利用純物質(zhì)對照定性 在一定的色譜條件下，一個未知物只有一個確定的保留時間。因此將已知純物質(zhì)在相同的色譜條件下的保留時間與未知物的保留時間進(jìn)行比較，就可以定性鑒定未知物。若二者相同，則未知物可能是已知的純物質(zhì)；不同，則未知物就不是該純物質(zhì)。 純物質(zhì)對照法定性只適用于組分性質(zhì)已有所了解，組成比較簡單，且有純物質(zhì)的未知物。272. 相對保留值法相對保留值法 相對保留值is 是指組分i與基準(zhǔn)物質(zhì)s調(diào)整保留值的比值 is = tri /

11、trS= Vri / Vrs 它僅隨固定液及柱溫變化而變化，與其它操作條件無關(guān)。 相對保留值測定方法：在某一固定相及柱溫下，分別測出組分i和基準(zhǔn)物質(zhì)s的調(diào)整保留值，再按上式計算即可。 用已求出的相對保留值與文獻(xiàn)相應(yīng)值比較即可定性。 通常選容易得到純品的，而且與被分析組分相近的物質(zhì)作基準(zhǔn)物質(zhì)，如正丁烷、環(huán)己烷、正戊烷、苯、對二甲苯、環(huán)己醇、環(huán)己酮等。28 3. 加入已知物增加峰高法加入已知物增加峰高法 當(dāng)未知樣品中組分較多，所得色譜峰過密，用上述方法不易辨認(rèn)時，或僅作未知樣品指定項目分析時均可用此法。首先作出未知樣品的色譜圖，然后在未知樣品加入某已知物，又得到一個色譜圖。峰高增加的組分即可能為這

12、種已知物。 29（二）定量分析（二）定量分析 定量分析的任務(wù)是求出混合樣品中各組分的百分含量。色譜定量的依據(jù)是，當(dāng)操作條件一致時，被測組分的質(zhì)量（或濃度）與檢測器給出的響應(yīng)信號成正比。即： i = fi Ai 式中i為被測組分i的質(zhì)量； Ai為被測組分i的峰面積； fi為被測組分i的校正因子。 可見，進(jìn)行色譜定量分析時需要：（1）準(zhǔn)確測量檢測器的響應(yīng)信號 峰面積或峰高；（2）準(zhǔn)確求得比例常數(shù) 校正因子；（3）正確選擇合適的定量計算方法，將測得的峰面積或 峰高換算為組分的百分含量。301. 峰面積測量方法峰面積測量方法 峰面積是色譜圖提供的基本定量數(shù)據(jù)，峰面積測量的準(zhǔn)確與否直接影響定量結(jié)果。對于

13、不同峰形的色譜峰采用不同的測量方法。（1）對稱形峰面積的測量 峰高乘以半峰寬法 對稱峰的面積 A = 1.065 h W1/2（2）不對稱形峰面積的測量 峰高乘平均峰寬法 對于不對稱峰的測量如仍用峰高乘以半峰寬，誤差就較大，因此采用峰高乘平均峰寬法。A = 1/2 h（W0.15 + W0.85）式中W0.15 和 W0.85分別為峰高0.15倍和0.85倍處的峰寬。 312. 定量校正因子定量校正因子 色譜定量分析的依據(jù)是被測組分的量與其峰面積成正比。但是峰面積的大小不僅取決于組分的質(zhì)量，而且還與它的性質(zhì)有關(guān)。即當(dāng)兩個質(zhì)量相同的不同組分在相同條件下使用同一檢測器進(jìn)行測定時，所得的峰面積卻不相

14、同。因此，混合物中某混合物中某一組分的百分含量并不等于該組分的峰面積在各組分峰面積總一組分的百分含量并不等于該組分的峰面積在各組分峰面積總和中所占的百分率和中所占的百分率。這樣，就不能直接利用峰面積計算物質(zhì)的含量。為了使峰面積能真實反映出物質(zhì)的質(zhì)量，就要對峰面積進(jìn)行校正，即在定量計算是引入校正因子。 通過相對校正因子，可以把各個組分的峰面積分別換算成與其質(zhì)量相等的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的峰面積，于是比較標(biāo)準(zhǔn)就統(tǒng)一了。這就是歸一法求算各組分百分含量的基礎(chǔ)。 校正因子分為絕對校正因子和相對校正因子。32相對校正因子的測定方法相對校正因子的測定方法 相對校正因子值只與被測物和標(biāo)準(zhǔn)物以及檢測器的類型有關(guān)，而與操作條

15、件無關(guān)。因此， fi 值可自文獻(xiàn)中查出引用。若文獻(xiàn)中查不到所需的fi 值，也可以自己測定。常用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，對熱導(dǎo)檢測器（TCD）是苯，對氫焰檢測器（FID）是正庚烷。 測定相對校正因子最好是用色譜純試劑。若無純品，也要確知該物質(zhì)的百分含量。測定時首先準(zhǔn)確稱量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和待測物，然后將它們混合均勻進(jìn)樣，分別測出其峰面積，再進(jìn)行計算。33（三）定量計算方法（三）定量計算方法1. 1. 歸一化法歸一化法 把所有出峰組分的含量之和按100%計的定量方法稱為歸一化法。其計算公式如下： Pi % = (mi / m) 100% = Aifi / (A1f1 + A2f2 + +Anfn) 100% 式中Pi

16、 %為被測組分i的百分含量； A1、A2 An為組分1 n的峰面積；f1、f2 fn為組分1 n的相對校正因子。 當(dāng)fi 為質(zhì)量相對校正因子時，得到質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；當(dāng)fi 為摩爾相對校正因子時，得到摩爾百分?jǐn)?shù)。34 歸一化法的優(yōu)點是簡單、準(zhǔn)確，操作條件變化時對定量結(jié)果影響不大。但此法在實際工作中仍有一些限制，比如，樣品的所有組分必須全部流出，且出峰。某些不需要定量的組分也必須測出其峰面積及fi 值。此外，測量低含量尤其是微量雜質(zhì)時，誤差較大。352. 2. 內(nèi)標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法 當(dāng)樣品各組分不能全部從色譜柱流出，或有些組分在檢測器上無信號，或只需對樣品中某幾個出現(xiàn)色譜峰的組分進(jìn)行定量時可采用內(nèi)標(biāo)法。 所謂

17、內(nèi)標(biāo)法，是將一定量一定量 的純物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)物加入到準(zhǔn)確準(zhǔn)確稱量的試樣稱量的試樣 中，根據(jù)試樣和內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量以及被測組分和內(nèi)標(biāo)物的峰面積可求出被測組分的含量。 由于被測組分與內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量之比等于峰面積之比，即 mi / ms =Aifi / Asfs所以 mi = ms Aifi / Asfs 式中下標(biāo)s代表內(nèi)標(biāo)物，i代表組分。若試樣質(zhì)量為m，則 Pi % = (mi / m) 100% = ms Aifi / Asfsm 100%36 內(nèi)標(biāo)法的關(guān)鍵是選擇合適的內(nèi)標(biāo)物，它必須符合下列條件： （1）內(nèi)標(biāo)物應(yīng)是試樣中原來不存在的純物質(zhì)，性質(zhì)與被測物相近，能完全溶解于樣品中，但不能與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 （2）內(nèi)標(biāo)物的峰位置應(yīng)盡量靠近被測組分的峰，或位于幾個被測物之峰的中間并與這些色譜峰完全分離。（3）內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量應(yīng)與被測物質(zhì)的質(zhì)量接近，能保持色 譜峰大小差不多。37 內(nèi)標(biāo)法的優(yōu)點：（1） 因為ms / m比值恒定，所以進(jìn)樣量不必準(zhǔn)確；（2）又因為該法是通過測量Ai / As比值進(jìn)行計算的，操作條件稍有變化對結(jié)