第十三章色譜分析法“十二五”職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材第一節(jié)

概述第二節(jié)氣相色譜法理論基礎(chǔ)第三節(jié)氣相色譜固定相及其選擇第四節(jié)氣相色譜分離條件的選擇第五節(jié)氣相色譜檢測(cè)器第六節(jié)氣相色譜分析方法第七節(jié)高效液相色譜分析法簡(jiǎn)介第八節(jié)色譜分析法的應(yīng)用實(shí)例第十三章色譜分析法茨維特實(shí)驗(yàn)固定相——CaCO3顆粒流動(dòng)相——石油醚

色帶第一節(jié)色譜分析法一、色譜分析法的分類(lèi)（1）兩相的狀態(tài)分類(lèi)（2）固定相的形式分類(lèi)（3）分離原理分類(lèi)二、氣相色譜的分析流程圖13-2氣相色譜流程圖1.高壓載氣瓶；2.壓力調(diào)節(jié)器（a.瓶壓，b.輸出壓）3.凈化器；4.氣流調(diào)節(jié)閥

5.氣化室；6.檢測(cè)器；7.柱溫箱與色譜柱；8.色譜工作站四、色譜分析法的特點(diǎn)（1）分離效能高（2）靈敏度高（3）分析速度快（4）應(yīng)用范圍廣一、色譜流出曲線(xiàn)及有關(guān)術(shù)語(yǔ)色譜流出曲線(xiàn)的意義：色譜峰數(shù)——樣品中單組份的最少個(gè)數(shù)；色譜保留值——定性依據(jù)；色譜峰高或面積——定量依據(jù)；色譜保留值或區(qū)域?qū)挾取V柱分離效能評(píng)價(jià)指標(biāo)；色譜峰間距——固定相或流動(dòng)相選擇是否合適的依據(jù)第二節(jié)氣相色譜法理論基礎(chǔ)基線(xiàn)

1．基線(xiàn)：操作條件穩(wěn)定后，無(wú)樣品通過(guò)時(shí)檢測(cè)器所反映的信號(hào)一時(shí)間曲線(xiàn)。它反映檢測(cè)器系統(tǒng)噪聲隨時(shí)間變化。穩(wěn)定的基線(xiàn)是一條直線(xiàn)。2．色譜峰：從被測(cè)組分開(kāi)始進(jìn)入檢測(cè)器至完全流出檢測(cè)器所形成的峰型部分稱(chēng)色譜峰?；€(xiàn)與色譜峰組成了一個(gè)完整的色譜圖。色譜峰3．保留值

1、保留時(shí)間tR被測(cè)定組分從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰極大值時(shí)所需的時(shí)間稱(chēng)為保留時(shí)間。2、死時(shí)間tM不被固定相保留的組分從進(jìn)樣開(kāi)始到柱后出現(xiàn)峰極大值時(shí)所需的時(shí)間稱(chēng)為死時(shí)間，由于組分不被固定相溶解或吸附，因此它的流速與流動(dòng)相的流速相等。tM也可用下式來(lái)求得，即3、調(diào)整保留時(shí)間：某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間，它是組份在固定相中的滯留時(shí)間。（4）相對(duì)保留值r21某組分2的調(diào)整保留時(shí)間與組分1的調(diào)整保留時(shí)間之比稱(chēng)為相對(duì)保留值，存在下列關(guān)系相對(duì)保留值只與柱溫及固定相的性質(zhì)有關(guān)，與柱徑，柱長(zhǎng)，填充情況及流動(dòng)相流速無(wú)關(guān)。拐點(diǎn)寬度半峰寬Y1/2(3)峰底寬度(Peakwidth)Wb（5）區(qū)域?qū)挾葻崃W(xué)理論：塔板理論——平衡理論動(dòng)力學(xué)理論：速率理論——Vander方程二、氣相色譜法的基本理論一、塔板理論

塔板模型：將一根色譜柱視為一個(gè)精餾塔，即色譜柱是由一系列連續(xù)的、相等的水平塔板組成。每一塊塔板的高度用H表示，稱(chēng)為塔板高度。

塔板理論假設(shè)：在每一塊塔板上，溶質(zhì)在兩相間很快達(dá)到分配平衡，然后隨著流動(dòng)相按一個(gè)一個(gè)塔板的方式向前轉(zhuǎn)移。對(duì)一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的色譜柱，溶質(zhì)平衡的次數(shù)n稱(chēng)為理論塔板數(shù)。塔板理論要點(diǎn)當(dāng)溶質(zhì)在柱中的平衡次數(shù)，即理論塔板數(shù)n大于50時(shí)，可得到基本對(duì)稱(chēng)的峰形曲線(xiàn)。當(dāng)試樣進(jìn)入色譜柱后，只要各組分在兩相間的分配系數(shù)有微小差異，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的分配平衡后，仍可獲得良好的分離。n與半峰寬度及峰底寬的關(guān)系式為：

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。用不同物質(zhì)計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)。常用有效塔板數(shù)n有效表示柱效：

二、速率理論

速率方程（也稱(chēng)范.弟姆特方程式）

u為流動(dòng)相線(xiàn)速度；A，B，C為常數(shù)A—分別表示渦流擴(kuò)散系數(shù)；B—分子擴(kuò)散系數(shù)；C—傳質(zhì)阻力系數(shù)（包括液相和固相傳質(zhì)阻力系數(shù)）減小A、B、C三項(xiàng)可提高柱效1．渦流擴(kuò)散項(xiàng)

A=2λdp

dp：固定相的平均顆粒直徑λ：固定相的填充不均勻因子2．分子縱向擴(kuò)散項(xiàng)

B=2νDgν

：彎曲因子，填充柱色譜，ν<1。Dg：組分分子在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)（cm2·s-1）3．傳質(zhì)阻力項(xiàng)

k為容量因子；Dg、Ds為擴(kuò)散系數(shù)。三、分離度

1．色譜柱的總分離效能

(a)兩色譜峰距離近且峰形寬，彼此嚴(yán)重相重疊，柱效和選擇性都差；(b)雖能很好分離，但峰形很寬，表明選擇性好，但柱效低；(c)分離情況最為理想，既有良好的選擇性，又有高的柱效。

2.分離度(R)的表達(dá)式R值越大，表明兩組分的分離程度越高;R=1.0時(shí)，分離程度可達(dá)98％;R<1.0時(shí)兩峰有部分重疊;R=1.5時(shí)，分離程度達(dá)到99.7％;所以，通常用R=1.5作為相鄰兩色譜峰完全分離的指標(biāo)。

R=1.5R=0.75R=1.0響應(yīng)信號(hào)保留時(shí)間t,min第三節(jié)氣相色譜固定相及其選擇一、氣-固色譜固定相（吸附劑）1.活性炭2.氧化鋁3.硅膠4.化學(xué)鍵固定相5.分子篩6.聚合物固定相二、氣-液色譜固定相固定液類(lèi)型樣品類(lèi)型適宜的硅藻土載體備注非極性非極性未處理過(guò)的載體

非極性極性酸、堿洗或經(jīng)硅烷化處理的載體當(dāng)樣品為酸性時(shí)最好選用酸洗載體，樣品為堿性時(shí)使用堿性載體極性或非極性，弱極性，固定液含量＜5%時(shí)極性及非極性硅烷化載體

弱極性極性及非極性酸洗載體

極性極性及非極性酸洗載體極性化學(xué)穩(wěn)定性低硅烷化載體對(duì)化學(xué)活性和極性特強(qiáng)的樣品，可選用聚四氟乙烯等特殊載體二、氣-液色譜固定相固定液最高使用溫度常用溶劑相對(duì)極性分析對(duì)象非極性十八烷室溫乙醚0低沸點(diǎn)碳?xì)浠衔锝酋復(fù)?20乙醚0少于8碳?xì)浠衔锇⑵ニ桑?00苯，氯仿+1各類(lèi)高沸點(diǎn)有機(jī)化合物硅橡膠300丁醇：氯仿（+1各類(lèi)高沸點(diǎn)有機(jī)化合物中性極性癸二酸二辛酯120甲醇、乙醚+2烴、醇、醛、酮、酸、酯等有機(jī)物鄰苯二甲酸二壬酯130甲醇、乙醚+2烴、醇、醛、酮、酸、酯等有機(jī)物磷酸三苯酯130苯、氯仿、乙醚+3烴類(lèi)、酚類(lèi)異構(gòu)物、鹵化物丁二酸二乙二醇酯200丙酮、氯仿+4

極性苯乙腈常溫甲醇+4鹵代烴，芳烴3，一起分離烷烯烴二甲基甲酰胺0氯仿+4低沸點(diǎn)碳氧化合物有機(jī)皂土200甲苯+4芳烴、特別二甲苯異構(gòu)體有高選擇性β′-<100甲醇、丙酮+5分離低級(jí)烴、芳烴、含氧有機(jī)物氫鍵型甘油70甲醇、乙醇+4醇和芳烴，對(duì)水有強(qiáng)滯留作用季戊四醇150氯仿：丁醇（+4醇、酯、芳烴聚乙醇100乙醇、氯仿+4極性化合物聚乙醇250乙醇、氯仿+4極性化合物三、聚合物固定相

聚合物固定相是近年來(lái)出現(xiàn)的一種較為理想的新型固定相。國(guó)內(nèi)的商品有GDX系列，國(guó)外類(lèi)似的商品有以乙基苯乙烯與二乙烯苯為主題的Porapak系列和以苯乙烯與二乙烯苯為主體的Chromosorb系列。這類(lèi)高分子多空微球特別適用于有機(jī)物中痕量水的分析，也可用于多元醇、脂肪酸、腈類(lèi)、胺類(lèi)的分離分析。第四節(jié)氣相色譜分離條件的選擇一、載氣及其線(xiàn)速率u的選擇1、載氣種類(lèi)的選擇2、載氣線(xiàn)速度對(duì)的選擇二、柱溫的選擇三、柱長(zhǎng)和柱內(nèi)徑的選擇四、進(jìn)樣量和進(jìn)樣時(shí)間的選擇五、汽化溫度的選擇檢測(cè)器：將色譜柱分離后的各組分按其特性及含量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電訊號(hào)。第5節(jié)氣相色譜檢測(cè)器檢測(cè)器分類(lèi)1、根據(jù)檢測(cè)器的響應(yīng)原理，可將其分為濃度型和質(zhì)量型檢測(cè)器。2根據(jù)應(yīng)用范圍，分為通用型檢測(cè)器和選擇型檢測(cè)器通用型3、根據(jù)工作過(guò)程，分為破壞型檢測(cè)器和非破壞型檢測(cè)器常用的檢測(cè)器：熱導(dǎo)檢測(cè)器、氫火焰離子化檢測(cè)器、電子捕獲檢測(cè)器、火焰光度檢測(cè)器、氮磷檢測(cè)器，熱離子化檢測(cè)器。1、熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)

雙臂熱導(dǎo)池四臂熱導(dǎo)池一、熱導(dǎo)池檢測(cè)器（thermalconductivitydetector）TCD表示2、熱導(dǎo)池檢測(cè)的基本原理將電橋在未通入試樣與通入試樣后平衡性的差異（以電位差的形式來(lái)表現(xiàn)）記錄下來(lái)，得到色譜峰，反映待測(cè)物濃度。二、氫火焰離子化檢測(cè)器（flameionizationdetector）FID對(duì)含碳有機(jī)化合物有很高的靈敏度。適用于痕量有機(jī)物的分析。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)塊、穩(wěn)定性好、死體積小、線(xiàn)性范圍寬。1、氫火焰檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)

離子化室、火焰噴嘴、一對(duì)電極、外罩2、氫焰檢測(cè)器作用原機(jī)理A區(qū)：預(yù)熱區(qū)B層：點(diǎn)燃火焰C層：熱裂解區(qū)：溫度最高D層：反應(yīng)區(qū)(1)當(dāng)含有機(jī)物CnHm的載氣由噴嘴噴出進(jìn)入火焰時(shí)，在C層發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)生自由基：

CnHm──→·CH(2)產(chǎn)生的自由基在D層火焰中與外面擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的激發(fā)態(tài)原子氧或分子氧發(fā)生如下反應(yīng)：

·CH+O──→CHO++e(3)生成的正離子CHO+與火焰中大量水分子碰撞而發(fā)生分子離子反應(yīng)：

CHO++H2O──→H3O++CO(4)化學(xué)電離產(chǎn)生的正離子和電子在外加恒定直流電場(chǎng)的作用下分別向兩極定向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生微電流（約10-6～10-14A）；(5)在一定范圍內(nèi)，微電流的大小與進(jìn)入離子室的被測(cè)組分質(zhì)量成正比，所以氫焰檢測(cè)器是質(zhì)量型檢測(cè)器。(6)

組分在氫焰中的電離效率很低，大約五十萬(wàn)分之一的碳原子被電離。(7)離子電流信號(hào)輸出到記錄儀，得到峰面積與組分質(zhì)量成正比的色譜流出曲線(xiàn)三、電子捕獲檢測(cè)器（electroncapturedetector）ECD它是一種具有選擇性，高靈敏度的濃度型檢測(cè)器。它對(duì)具有電負(fù)性的物質(zhì)（鹵素、硫、磷、氮、氧）有響應(yīng)，電負(fù)性越強(qiáng)，靈敏度越高。能檢測(cè)10-14g·mL-1物質(zhì)。工作原理：在富氫火焰中，含硫、磷的有機(jī)物燃燒后分別發(fā)出特征的藍(lán)紫色(波長(zhǎng)為350~130nm，最大強(qiáng)度為394nm)和綠色光(波長(zhǎng)為480~560nm，最大強(qiáng)度為526nm)，經(jīng)濾光片(對(duì)硫?yàn)?94nm，對(duì)磷為526nm)濾光，再由光電倍增管測(cè)量特征光的強(qiáng)度變化，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，就可檢測(cè)硫或磷的含量。電子捕獲型檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：四、火焰光度檢測(cè)器火焰光度檢測(cè)器是對(duì)含S、P化合物具有高選擇性和高靈敏度的檢測(cè)器。因此，也稱(chēng)硫磷檢測(cè)器。主要用于SO2、H2S、硫醇、石油精餾物的含硫量、有機(jī)硫、有機(jī)磷的農(nóng)藥殘留物分析等。化合物中硫、磷在富氫火焰中被還原，激發(fā)后，輻射出400、550nm左右的光譜，可被檢測(cè)。特點(diǎn)：高靈敏度和高選擇性；對(duì)磷的響應(yīng)為線(xiàn)性；對(duì)硫的響應(yīng)為非線(xiàn)性。用于測(cè)含S，P化合物，信號(hào)約比C-H化合物大10000倍。用P濾光片時(shí)，P的響應(yīng)值/S的響應(yīng)值>20；用S濾光片時(shí)，S的響應(yīng)值/P的響應(yīng)值>10。檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：火焰光度檢測(cè)器由火焰燃燒噴嘴和發(fā)光檢測(cè)系統(tǒng)兩部分組成，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖13-8。工作原理：在富氫火焰中，含硫、磷的有機(jī)物燃燒后分別發(fā)出特征的藍(lán)紫色(波長(zhǎng)為350~130nm，最大強(qiáng)度為394nm)和綠色光(波長(zhǎng)為480~560nm，最大強(qiáng)度為526nm)，經(jīng)濾光片(對(duì)硫?yàn)?94nm，對(duì)磷為526nm)濾光，再由光電倍增管測(cè)量特征光的強(qiáng)度變化，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，就可檢測(cè)硫或磷的含量。硫、磷的機(jī)理有差異，相互間有一定干擾，所以使用火焰光度檢測(cè)器測(cè)定硫和磷時(shí)，應(yīng)選用不同的濾光片和不同的火焰溫度。第六節(jié)氣相色譜分析方法色譜定性分析:確定色譜圖上每一個(gè)峰所代表的物質(zhì)。依據(jù):在色譜條件一定時(shí)，任何一種物質(zhì)都有確定的保留時(shí)間。方法:在相同色譜條件下，通過(guò)比較已知物和未知物的保留值或在固定相上的位置，即可確定未知物是何種物質(zhì)。方法的發(fā)展:色譜與質(zhì)譜或其它光譜法聯(lián)用，是目