第一章引言

內(nèi)容提要：儀器分析及化學(xué)分析的區(qū)分及聯(lián)系、儀揩分析方法的分類及發(fā)展趨勢。

重點(diǎn)難點(diǎn)：儀器分析方法的分類

一、儀器分析和化學(xué)分析

分析化學(xué)是探討物質(zhì)的組成、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的科學(xué)，它包括化學(xué)分析和儀器分析兩大部分.

化學(xué)分析是指利用化學(xué)反應(yīng)和它的計(jì)量關(guān)系來確定被測物質(zhì)的組成和含量的一類分析方法。

測定時(shí)需運(yùn)用化學(xué)試劑、天平和一些玻璃器皿。

儀器分析是以物質(zhì)的物理和物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)建立起來的一種分析方法，測定時(shí)，常常須

要運(yùn)用比較困難的儀器。儀器分析的產(chǎn)生為分析化學(xué)帶來革命性的變更，儀器分析是分析化

學(xué)的發(fā)展方向。

儀器分析的特點(diǎn)（及化學(xué)分析比較）

L級，甚至更低.適合于微量、痕量和超痕量成分的測定。g、靈敏度高，檢出限量可降

低：如樣品用量由化學(xué)分析的mL、mg級降低到儀器分析的

選擇性好：很多的儀器分析方法可以通過選擇或調(diào)整測定的條件，使共存的組分測定時(shí)，相

互間不產(chǎn)生干擾。操作簡便，分析速度快，簡潔實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化.

儀器分析的特點(diǎn)（及化學(xué)分析比較）

相對誤差較大?；瘜W(xué)分析一般可用于常量和高含量成分分析，精確度較高，誤差小于千分之

幾?多數(shù)儀據(jù)分析相對誤差較大,一般為5%,不適用于常量和高含量成分分折。須要價(jià)格比

較昂貴的專用儀器。

儀器分析及化學(xué)分析關(guān)系

儀器分析及化學(xué)分析的區(qū)分不是肯定的，儀器分析是在化學(xué)分析基礎(chǔ)上的發(fā)展。

不少儀器分析方法的原理、涉及到有關(guān)化學(xué)分析的基本理論；

不少儀器分析方法,還必需及試樣處理、分別及掩蔽等化學(xué)分析手段相結(jié)合，才能完成分析的

全過程。

儀器分析有時(shí)還須要采納化學(xué)富集的方法提高靈敏度；

有些儀器分析方法，如分光光度分析法，由于涉及大量的有機(jī)試劑和協(xié)作物化學(xué)等理論，所

以在不少書籍中，把它列入化學(xué)分析.

應(yīng)當(dāng)指出，儀器分析本身不是一門獨(dú)立的學(xué)科，而是多種儀器方法的組合.可是這些儀器方法

在化學(xué)學(xué)科中極其重要.它們已不單純地應(yīng)用于分析的目的，而是廣泛地應(yīng)用于探討和解決

各種化學(xué)理論和實(shí)際問題，因此，將它們稱為“化學(xué)分析中的儀器方法"更為準(zhǔn)確。

發(fā)展中的儀器分析

20世紀(jì)40~50年頭興起的材料科學(xué),60?70年頭發(fā)展起來的環(huán)境科學(xué)都促進(jìn)了分析化學(xué)學(xué)

科的發(fā)展.80年頭以來，生命科學(xué)的發(fā)展也促進(jìn)分析化學(xué)?次巨大的發(fā)展.儀器分析是分析化

學(xué)的重要組成部分，也隨之不斷發(fā)展，不斷地更新自己，為科學(xué)技術(shù)供應(yīng)更精確、更靈敏、

專一、快速、簡便的分析方法。

如生命科學(xué)探討的進(jìn)展，須要對多肽、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子進(jìn)行分析，對生物藥物分

析，對超微量生物活性物質(zhì),如單個(gè)細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)傳遞物質(zhì)的分析以及對生物活體進(jìn)行分析.

信息時(shí)代的到來，給儀器分析帶來了新的發(fā)展。信息科學(xué)主要是信息的采集和處理。計(jì)算機(jī)

及分析儀器的結(jié)合,出現(xiàn)了分析儀器的智能化，加快了數(shù)據(jù)處理的速度。它使很多以往難以

完成的任務(wù)，照試驗(yàn)室的自動(dòng)化，圖譜的快速檢索，困難的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)可輕而易舉得于完成.信

息的采集和變換主要依靠于各類的傳感器。這乂帶動(dòng)儀器分析中傳感器的發(fā)展，出現(xiàn)了光導(dǎo)

纖維的化學(xué)傳感器和各種生物傳感器。

聯(lián)用分析技術(shù)已成為當(dāng)前儀器分析的重要發(fā)展方向。將幾種方法結(jié)合起來，特殊是分別方法

（如色譜法）和檢測方法（紅外光譜法、質(zhì)譜法、核磁共振波譜法、原子汲取光譜法等）的結(jié)

合，匯合了各自的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的不足，可以更好地完成試樣的分析任務(wù)。

發(fā)展中的儀器分析

聯(lián)用分析技術(shù)：

氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）

2。氣相色譜一質(zhì)譜法一質(zhì)譜法（GC—MS—MS）

3.1氣相色譜一原子放射光譜法（GC-AED）

40液相色譜一質(zhì)譜法（HPLC—MS）

二、儀器分析方法的分類

依據(jù)測量原理和信號特點(diǎn)，儀器分析方法大致分為四大類

1.光學(xué)分析法

以電磁輻射為測量信號的分析方法，包括光譜法和非光譜法

2.電化學(xué)分析法

依據(jù)物質(zhì)在溶液中的電化學(xué)性質(zhì)而建立的分析方法

3.色譜法

以物質(zhì)在兩相間（流淌相和固定相）中安排比的差異而進(jìn)行分別和分析。

4.其它儀器分析方法

包括質(zhì)譜法、熱分析法、放射分析等。

其次章色譜分析法

本章是儀器分析傳統(tǒng)分類中的色譜分析部分，主要分析對象是有機(jī)化合物，該方法的運(yùn)

用范圍廣，好用價(jià)值強(qiáng),內(nèi)容包括氣相色譜和液相色譜，不僅介紹色譜分析方法的理論學(xué)問，

還強(qiáng)調(diào)它的實(shí)際應(yīng)用。

§2.1氣相色譜法概述

內(nèi)容提要：色譜介紹、氣相色譜介紹及色譜基本術(shù)語

重點(diǎn)難點(diǎn)：色譜基本術(shù)語

一、概述

1。定義3/：色譜法是一種分別技術(shù)，該分別技術(shù)應(yīng)用于分析化學(xué)中,就是色譜分析.它分別原

理是，使混合物中各組分在兩相間安排，其中一相不動(dòng)，稱為固定相，另一相攜帶混合物流

過固定相的流體,稱為流淌相。這種借兩相間安排原理使混合物各組分分別的技術(shù)叫色譜法.

各組分被分別后，可進(jìn)一步進(jìn)行定性和定量分析：

經(jīng)典：分別過程和其含量測定過程是禽線的，即不能連續(xù)進(jìn)行

現(xiàn)代：分別過程和其含黃測定過程是在線的，即能連續(xù)進(jìn)行

經(jīng)典色譜法：將潮濕的碳酸鈣擠出玻璃管，用刀將各色帶切下，用相宜的方法進(jìn)行分析；

現(xiàn)代色譜法：當(dāng)??個(gè)兩組分（A和B）的混合物樣品在時(shí)間H從柱頭加入，隨著流淌相不

斷加入，洗脫作用連續(xù)進(jìn)行，直至A和B組分先后流出柱子而進(jìn)入檢測器，從而使各組分濃

度轉(zhuǎn)變成電信號后在熒光屏上顯示出來。

依據(jù)峰的位置（出峰時(shí)間t）--定性

依據(jù)峰的面積A（或峰高h(yuǎn)）——定量

2、色譜法分類

（-）按兩相物理狀態(tài)分

1o氣相色譜法（gaschromatography簡稱GO用氣體作流淌相的色譜法.

氣-固色譜法GSC（固定相為固體吸附劑）

氣相色譜法

氣一液色譜法GLC（固定相為涂在固體或毛細(xì)管壁上的液體）

2.液相色譜法（liquidchromatography簡稱LC）用液體作流淌相的色譜法。

液一固色譜法LSC(固定相為固體吸附劑)

液相色譜法

液-液色譜法LLC(固定相為涂在固體載體上的液體)

3.超臨界流體色譜法(SFC)用超臨界狀態(tài)的流體作流淌相的色譜法。

超臨界狀態(tài)的流體不是?般的氣體或流體，而是臨界壓力和臨界溫度以上高度壓縮的氣

體，其密度比一般氣體大得多而及液體相像，故又稱為“高密度氣相色譜法"

(二)按固定相的形式

1.柱色譜法(columnchromatography):

固定相裝在柱中，試樣沿著一個(gè)方向移動(dòng)而進(jìn)行分別.

包括填充柱色譜法：固定相填充溢玻璃管和金屬管中

開管柱色譜法：固定相固定在細(xì)管內(nèi)壁(毛細(xì)管柱色譜法)

2.平板色譜法(planerchromatography)：

固定相呈平面狀的色譜法。

包括紙色譜法：以吸附水分的濾紙作固定相；

薄層色譜法：以涂敷在玻璃板上的吸附劑作固定相.

(三)按分別原理分

1o吸附色譜法(adsorptionchromatography)：

依據(jù)吸附劑表面對不同組分物理吸附實(shí)力的強(qiáng)弱差異進(jìn)行分別的方法.

如：氣一固色譜法、液一固色譜法一-吸附色譜

2.安排色譜法(partitionchromatography)：

依據(jù)不同組分在固定相中的溶解實(shí)力和在兩相間安排系數(shù)的差異進(jìn)行分別的方法。

如：氣-液色譜法、液-液色譜法一一安排色譜

3.而子交換色譜法(ionexchangechromatography)

依據(jù)不同組分別子對?固定相親和力的差異進(jìn)行分別的方法。

4.排阻色譜法(sizeexclusionchromatography):

又稱凝膠色譜法(gelchromatography),

依據(jù)不同組分的分子體積大小的差異進(jìn)行分別的方法。

其中：以水溶液作流淌相的稱為凝膠過濾色譜法；以有機(jī)溶劑作流淌相的稱為凝膠滲透色

譜法。

5。親合色譜法(affin計(jì)ychromatography)

利用不同組分及固定相共價(jià)鍵合的高專屬反應(yīng)進(jìn)行分別的方法。

3、氣相色譜介紹

主要包括五大系統(tǒng)

1.載氣系統(tǒng)：它是載氣連續(xù)運(yùn)行的密閉管路系統(tǒng)，要求是密封性好流速穩(wěn)定，運(yùn)用的載氣純

凈。一般用皂膜流量計(jì)測得柱后載氣流量F.

2.進(jìn)樣系統(tǒng)：包括進(jìn)樣器和氣化室。進(jìn)樣器是將試樣快速而定量的加到色譜柱頭上。液體：

Oo5、1、5、10、25、50mL(一般進(jìn)樣0。1~10mL);氣體:0.25~5mL注射器或六通閥(一

般進(jìn)樣0.1~10mL)。氣化室是使樣品在汽化室汽化，并很快被帶入色譜柱.

3.分別系統(tǒng)：色譜柱、柱箱和控溫裝置。主要是在色譜柱內(nèi)完成試樣的分別，有填充柱和毛

細(xì)管柱兩種。

填充柱填充柱由不銹鋼，玻璃或聚四氟乙烯等材料制成，內(nèi)裝固定相，一般內(nèi)徑為2?6

mm,長1?5m。填充柱的形態(tài)有U型和螺旋型二種。柱內(nèi)填充固定相，制作簡潔，柱容量

大，操作便利，分別效果足夠高，n在102?103之間，應(yīng)用普遍.

毛細(xì)管柱又叫空心柱，分為涂壁，多孔層和涂載體空心柱.涂壁空心柱是將固定液勻稱地涂

在內(nèi)徑0.I?0.5mm的毛細(xì)管內(nèi)壁而成,毛細(xì)管材料可以是不銹鋼或石英。毛細(xì)管色譜柱滲

透性好，傳質(zhì)阻力小，而柱子可以做到長幾十米。及填充柱相比，其分別效率高(理論塔板

數(shù)可達(dá)106)、分析速度快、樣品用量小,但柱容量低、要求檢測器的靈敏度高，并且制備較

難。

4.檢測系統(tǒng)：檢測器

5記錄系統(tǒng):記錄儀或數(shù)據(jù)處理裝置..

(四)基本術(shù)語

1.基線：操作條件穩(wěn)定后，沒有試樣通過時(shí)檢測器所反映的信號一時(shí)間曲線稱為基線(O-

O')

(它反映檢測系統(tǒng)噪聲隨時(shí)間變更的狀況，穩(wěn)定的基線應(yīng)是一條水平直線)

2.死時(shí)間t0(deadtime)：

指不被固定相吸附或溶解的組分(如空氣、甲烷等)從進(jìn)樣起先到色譜峰頂所對應(yīng)的時(shí)叵，如

圖to所示。

30死體積VO(deadvolume)：

由進(jìn)樣器至檢測器的流路中，未被固定相占有的空隙體積稱為死體積

(導(dǎo)管空間、色譜柱中固定相間隙、檢測器內(nèi)腔空間總和)

當(dāng)色譜柱載氣流速為F0(ml/min)時(shí)，它及死時(shí)間的關(guān)系為：

VO=tO-FO(1)

4o保留值：定性參數(shù)，是在色譜分別過程中，試樣中各組分在色譜柱內(nèi)滯留行為的一個(gè)指

標(biāo)。

(1)保留時(shí)間tR(retentiontime)：

從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)待測組分濃度最大值時(shí)(色譜峰頂點(diǎn))所須要的時(shí)間，稱為該組分的保留

時(shí)間。如圖中tR(1)、tR(2)所示，(是待測組分流經(jīng)色譜柱時(shí)，在兩相中滯留的時(shí)間和)

保留時(shí)間及固定相和流淌相的性質(zhì)、固定相的量、柱溫、流速和柱體積有關(guān)，可用時(shí)間單位

(min)表示.

(2)調(diào)整保留時(shí)間tR'(adjustedretentiontime)：

扣除死時(shí)間后的組分保留時(shí)間，如圖中的tR(1)'、tR(2「所示JR表示某組分因溶解或吸附

于固定相后，比非滯留組分在柱中多停留的時(shí)間：

tR'=tR-tO(2)

(3)保留體積VR(retentionvolume)：

從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)待測組分濃度最大值時(shí)所通過的載氣體積。

當(dāng)色譜柱載氣流速為F0(ml/min)時(shí)，它及保留時(shí)間的關(guān)系為：

VR=tRF0(3)

(4)調(diào)整保留體積VFT(adjustedretentionvolume):是指扣除死體積后的保留體積,

即：VR'=VR-V0=tR'-FO(4)

在肯定的試驗(yàn)條件下VR、VR'及載氣流速無關(guān)(tR-FO及tR'?F0為一常數(shù))

(5)相對保留值r21(relativeretentionvalue)：指組分2和組分1的調(diào)整保留值之比。

(5)

相對保留值的特點(diǎn)是只及溫度和固定相的性質(zhì)有關(guān)，及色譜柱及其它色譜操作條件無關(guān)。反

映了色譜柱對待測兩組分1和2的選擇性，是氣相色譜法中最常運(yùn)用的定性參數(shù)。

3.峰高(h):色譜峰頂及基線之間的垂直距離

4?色譜的區(qū)域?qū)挾?peakwidth)通常用二種方法來表示：

(standardeviation)：(1)標(biāo)準(zhǔn)偏差

為0。607倍峰高處色譜修寬度的一半。為正態(tài)分布曲線上拐點(diǎn)間距離之半。對于正常峰,

的大小表示組分被帶精彩譜柱的分散程度，(小，柱效高)的大小及柱效有關(guān)，

越大，組分流出越分散;反之亦反。

(2)半(高)峰寬Wh/2(peakwidthathalf-height)：

峰高一半處的色譜峰寬度，半峰寬及標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為：

(3)峰寬或稱Wb：通過色譜峰兩側(cè)的拐點(diǎn)作切線，切線及基線交點(diǎn)間的距離為峰寬,即圖中

GH,

峰寬及標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為：=1o699Wb=4Wh/2

5?流出曲線圖的作用：

a,依據(jù)色譜峰的位置(保留值)可以進(jìn)行定性：

bo依據(jù)色譜峰的面積或峰高可以進(jìn)行定量測定；

Co依據(jù)色譜峰的位置及其寬度，可以對色譜柱分別狀沆進(jìn)行評價(jià).

§2-2氣相色譜分析理論基礎(chǔ)

內(nèi)容提要：GC基本原理、塔板理論及速率理論

重點(diǎn)難點(diǎn)：GC基本原理中安排系數(shù)等概念

色譜分別是色譜體系熱力學(xué)過程和動(dòng)力學(xué)過程的綜合表現(xiàn)。

熱力學(xué)過程是指:及組分在體系中安排系數(shù)相關(guān)的過程；

動(dòng)力學(xué)過程是指:組分在該體系兩相間擴(kuò)散和傳質(zhì)的過程。

組分、流淌相和固定相二者的熱力學(xué)性質(zhì)使不同組分在流淌相和固定中具有不同的安排系數(shù),

安排系數(shù)的大小反映了組分在固定相上的溶解一揮發(fā)或吸附-解吸的實(shí)力。

安排系數(shù)大的組分在固定相上溶解或吸附實(shí)力強(qiáng)，因此在柱內(nèi)的移動(dòng)速度慢；安排系數(shù)小的

組分在固定相上溶解或吸附實(shí)力弱，因此在柱內(nèi)的移動(dòng)速度快。

經(jīng)過肯定時(shí)間后，由于安排系數(shù)的差別，使各組分在柱內(nèi)形成差速移行，達(dá)到分別的目的。

一。安排過程

在色譜安排過程中，假設(shè)考慮柱內(nèi)微小一段的狀況：

圖2色譜主柱內(nèi)的安排平衡

在肯定溫度、壓力下，組分在該?小段柱內(nèi)發(fā)生的溶解-揮發(fā)或吸附一解吸的過程稱為安排

過程。

1o安排系數(shù)K(distributioncoefficient)：

安排系數(shù)也稱為平衡常數(shù)，是指在肯定的溫度和壓力下，在兩相之間達(dá)到平衡時(shí)，組分溶解

在固定相中的平均濃度及其在流淌相中的平均濃度之比。

(7)

式中：CL?為組分在固定相中的平均濃度；

cG一為組分在流淌相中的平均濃度，

K-是一個(gè)無因次量，它是由組分及固定液的熱力學(xué)性質(zhì)確定的，只隨柱溫柔柱壓而變更，

及色譜柱中氣相和液相的體積無關(guān)。

安排系數(shù)K是氣一液安排色譜中的重要參數(shù).假如兩個(gè)組分的安排系數(shù)相同，則它們的色

譜峰完全重合;反之，安排系數(shù)相差越大，相應(yīng)的色譜峰相距越遠(yuǎn)，分別越好。

2.安排比k(partitionralion)：

又稱“容量因子”.即在肯定的溫度和壓力下，組分在兩相間達(dá)到安排平衡時(shí)，組分在固定相

和流淌相中的質(zhì)量比：(8)

式中：mS-組分在固定相中的質(zhì)量，mM一組分在流淌相中的質(zhì)量。

3.安排系數(shù)(K)和安排比k的關(guān)系：

設(shè)Vs為固定相的體積，Vm為流淌相的體積，則上式可寫成：或(9)

Vm——為柱內(nèi)流淌相的體積，也稱為柱的死體積：包括固定相顆粒之間和顆粒內(nèi)部空隙中

的流淌相體積；

Vs——為固定相的體積，它指真正參及安排的那部分體積:若固定相是吸附劑、固定液、離?

子交換劑或凝膠，則分別指吸附表面積、固定液體積、離子交換劑交換容晟或凝膠孔容。

——為色譜柱的相比

4。安排系數(shù)K和安排比k及保留值tR的關(guān)系：

安排平衡是在色譜柱中固定相和流淌相之間進(jìn)行的，因此安排比也可以用組分在固定相和流

淌相中的停留時(shí)間之比來表示，則安排比可寫成：(10)

任一組分的k值可由試驗(yàn)測得，即為調(diào)整保留時(shí)間tR'及不被固定相吸附或溶解的組分的

保留時(shí)間to的比值.可將7看作色譜柱對組分保留實(shí)力的參數(shù)，k值越大，保留時(shí)間越長。

安排系數(shù)K及保留時(shí)間的關(guān)系為：tR'=k?tO=K?tO?Vs/Vm(11)

由此式可見，在肯定的試驗(yàn)條件下，組分的調(diào)整保留時(shí)間正比于安排系數(shù)K(或安排比k),K

(或k)越大，組分在色譜柱內(nèi)的保留時(shí)間越長。由于安排系數(shù)(或安排比)是由組分的性

質(zhì)確定的，因此保留值可用于定性。在填充色譜柱中，選擇不同的固定液及其用量，可以限

制組分在色譜柱上的保留值。

綜上所述，在色譜分析中要使兩組分分別，它們的保留時(shí)間t必需不同，而t是由兩組分的K

或k確定，所以待分別組分K或k不同是色譜分別的先決條件。

安排比意義;安排比是衡量色譜柱對組分保留實(shí)力的重要參數(shù)，k值越大，保留時(shí)間越長，k

值為零的組分，其保留時(shí)間即為死時(shí)間.

K值可以通過:1)滯留因子，RS=uS/u

RS=w=mM/(mS+mM)=1/(1+k)

tM=L/u

tR=L/uS=tM*u/uS=tM*1/RS

tR=tM(1+k)=tM+tMk

k=(tR-tM)ZtM=tR7tM2—16

k值可依據(jù)2-16式由試驗(yàn)測得.

二、色譜分別基本理論

色譜理論可分為熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)理論兩方面：

熱力學(xué)理論是由相平衡觀點(diǎn)來探討分別過程一-塔板理論；探討試樣中各組分在兩相間的安

排狀況；

動(dòng)力學(xué)理論是以動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)一速度來探討各種動(dòng)力學(xué)因素對柱效的影響一一速率理論。探討

各組分在色譜柱中的運(yùn)動(dòng)狀況。

塔板理論把色譜柱比作一個(gè)分播塔，塔板的概念是從分譙中借用來的，事實(shí)上色譜柱中并無

塔板，只是引用了處理分詡過程的概念和理論來說明色揩的分別過程。

塔板理論把色譜柱想象成由很多塔板組成，在每一個(gè)塔板內(nèi)，一部分空間為涂在擔(dān)體上的液

相占據(jù)，另--部分空間充溢載氣，載氣所占據(jù)的空間體積稱為板體積。組分隨載氣進(jìn)入色譜

柱后，在兩相間進(jìn)行安排，

塔板理論假設(shè)：

(1)在色譜柱中的每一個(gè)小段長度H內(nèi)，組分可以快速在氣液兩相間達(dá)到安排平衡，這一

小段稱為理論塔板(實(shí)際在柱內(nèi)不存在)，其長度稱為理論塔板高度，簡稱板高，以H表示.

(2)載氣不是連續(xù)流過色譜柱，而是脈沖式(間歇式)，每次通過一個(gè)塔板體積。

(3)樣品都加到第1塊塔板上，且組分沿色譜柱(縱)向擴(kuò)散可以忽視不計(jì)。

(4)某一組分的安排系數(shù)在全部塔板.上是常數(shù)。

依據(jù)上述假設(shè)，試樣由載氣帶進(jìn)色譜柱，及固定液接觸而被溶解，在每個(gè)塔板高度內(nèi)被分別

的組分在氣相和液相之間達(dá)成一次安排平衡，隨著載氣的不斷進(jìn)入，被溶解的組分又從固定

液中揮發(fā)出來，揮發(fā)出來的組分隨載氣向前移動(dòng)又再次被固定液溶解.經(jīng)過若干個(gè)塔板即經(jīng)

過溶解一揮發(fā)的多次反復(fù)安排(103?106次)，待分別組分由于安排系數(shù)不同而彼此分別，

安排系數(shù)小(揮發(fā)性大)的組分首先由色譜柱中流出，明顯，當(dāng)塔板數(shù)足夠多時(shí)，即使安排

系數(shù)差異微小的組分也能得到良好的分別效果。

2.柱效能指標(biāo)(n、H)--可以由塔板理論導(dǎo)出

(1)理論塔板數(shù)(n):柱長(L)肯定時(shí),n越大，柱效就越高：

閱歷公式：

(12)

式中：tR、Y1/2.Y應(yīng)當(dāng)采納同一單位(時(shí)間或長度)

(2)理論塔板高度(H):設(shè)色譜柱長為L,則理論塔板高度

由此可見：色譜峰越窄即Y1/2或Y越小，理論數(shù)塔板n越大，對給定長度的色譜柱而言，

塔板高度H越小，組分在柱內(nèi)被安排的次數(shù)愈多，則柱效越高。因此n和H可作為描述

柱效能的指標(biāo).

(3)有效(理論)塔板數(shù)(neft)

在實(shí)際應(yīng)用中，常常出現(xiàn)計(jì)算出的n雖然很大，但色譜柱的效卻不高，這是由于保留時(shí)間tR

中包含了死時(shí)間to,而to并不參與柱內(nèi)的安排過程，因此理論塔板數(shù)和理論塔板高度并不

能真實(shí)地反映色譜柱分別效能的好壞。為此，提出

用有效塔板數(shù)neft和有效高度Heft評價(jià)柱效能的指標(biāo)，即：

(4)有效塔板高度Heft

(15)

物質(zhì)在給定色譜柱上的neft越大，說明該物質(zhì)在柱中進(jìn)行安排平衡的次數(shù)越多,對分別有利，

但不能表示該物質(zhì)的實(shí)際分別效果。是否能在色譜柱上分別，主要取決于各組分在兩相間安

排系數(shù)K的差異。假如兩組分在同一色譜柱上的安排系數(shù)相同，無論neft有多大，這兩

種組分也無法被分別開。

塔板理論在說明色譜圖的形態(tài)，計(jì)算n和H方面是勝利的。但其某些基本假設(shè)不完全符合

色譜的實(shí)際狀況(如K和組分的量無關(guān)、組分在兩項(xiàng)中安排能快速達(dá)到平衡、縱向獷散可以

忽視等)。塔板理論只能定性地給出塔板高度的概念，而未能找出影響板高H的因素，也

就更無法提出降低板高的途徑；這主要是由于塔板理論沒有考慮到動(dòng)力學(xué)因素對色譜分別過

程的影響。

留意：同一色譜柱對不同物質(zhì)的柱效能是不一樣的，當(dāng)用這曲指標(biāo)表示柱效能時(shí)，必需說說

明是對什么物質(zhì)而言的。

三.速率理論

1956年VanDeemter等人在塔板理論的基礎(chǔ).匕提出了關(guān)于色譜過程的動(dòng)力學(xué)理論--速率理

論.

該理論仍舊采納塔板高度的概念，但同時(shí)考慮到H還取決于同一組分的不同分子在柱中差速遷

移過程中所引起的色譜峰擴(kuò)展程度，將色譜過程及組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過程等動(dòng)力學(xué)因

素聯(lián)系起來，從理論上總結(jié)出影響塔板高度的各種因素，

導(dǎo)出H及其影響因素之間的關(guān)系式：

式中：A、B、C在肯定試驗(yàn)條件下為常數(shù);u為載氣的線速度(cm/s)

速率理論綜合考慮了柱內(nèi)影響板高的三種動(dòng)力學(xué)限制過程(使譜帶擴(kuò)展的因素歸納成三項(xiàng))

一一渦流擴(kuò)散項(xiàng)A、縱向分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u和傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cu；欲降低H,提高柱效，需降

低這三個(gè)塔板重量，各項(xiàng)的物理意義如下：

1.渦流擴(kuò)散項(xiàng)A(eddydiffusion)

當(dāng)色譜柱內(nèi)同時(shí)起步的組分①、②、③隨流淌相進(jìn)入色譜柱朝柱口方向移動(dòng)時(shí)，假如固定相

顆粒大小及填充不勻稱，組分分子穿過這些空隙時(shí)遇到大小不一的顆粒而必需不斷變更流淌

方向，使組分分子在柱內(nèi)形成了紊亂的“渦流”，不同的組分

分子所經(jīng)過的路徑長短不一，組分分子或前或后流精彩譜柱，造成色譜峰的峰形擴(kuò)張。

Adp=2

一填充不規(guī)則因子：dp一固定相顆粒平均直徑；

圖3渦流擴(kuò)散使峰展寬

渦流擴(kuò)散項(xiàng)A及填充物的平均直徑dp又有關(guān)。采納粒度較細(xì)，顆粒勻稱的擔(dān)體，盡量填充

勻稱可以降低渦流擴(kuò)散項(xiàng).降低板高H,提高桂效。但在氣相色譜中，粒度很小時(shí)，柱阻大,

且不易填勻因此一般采納粒度為和固定相填充不勻稱因子

60-80目或80—100目的填充物較好。(空心毛細(xì)管柱的A項(xiàng)為零)

2.縱向分子擴(kuò)散項(xiàng)(moleculardiffusion)B/u

當(dāng)試樣分子以“塞子”的形式進(jìn)入色譜柱后，隨流淌相在柱中前進(jìn)時(shí)，由于存在濃度磷度,

組分分子自發(fā)地向前和向后擴(kuò)散即沿著色譜柱軸向擴(kuò)散，這種擴(kuò)散稱為“縱向分子擴(kuò)散”，

結(jié)果使色譜峰擴(kuò)張，板高H增大。

BDg=2

Dg一組分在流淌相中的擴(kuò)散系數(shù)(cm2/s)，及流淌相的相對分子量平方根成反比(Dg-

1/M1/2)；及柱溫成正比，及柱壓成反比。在液相色譜中，由于組分在液體中的擴(kuò)散系數(shù)

很小(氣體中的1/105)此項(xiàng)可忽視不計(jì)。

-彎曲因子，亦稱阻礙因子，由于固定相顆粒的存在使擴(kuò)散受阻，填充柱＜1,硅藻土單體為

0.5-0,7,毛細(xì)管柱=1；

措施:選擇分子量較大的載氣(如N2)、較低的柱溫、較高的u以減小B/u。

圖4縱向分子擴(kuò)散使峰展寬

(a)柱內(nèi)譜帶濃度分布構(gòu)型;(b)相應(yīng)的相應(yīng)信號

3.傳質(zhì)阻力項(xiàng)(resistancetomasstransfer)Cu

試樣組分的分子在兩相中進(jìn)行溶解、擴(kuò)散、安排時(shí)的質(zhì)量交換過程，稱為傳質(zhì)過程;在傳質(zhì)

過程中所受到的阻力叫傳質(zhì)阻力。它包括氣相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力，即：

Cu=(Cm+Cs)u

式中Cm一流淌相傳質(zhì)阻力,指試樣組分從流淌相擴(kuò)散到流淌相及固定相界面進(jìn)行質(zhì)量交換

過程中所受到的阻力；

Cs—固定相傳質(zhì)阻力，為組分從兩相界面擴(kuò)散到固定相內(nèi)部達(dá)到安排平衡后又返回到兩項(xiàng)

界面時(shí)受到的阻力。

Cmu:組分分子進(jìn)入色譜柱后，從流淌相擴(kuò)散到兩相界面須要肯定的時(shí)間。該時(shí)間及擴(kuò)散是

經(jīng)過的距離平方成止比，及組分的Dm成反比；而擴(kuò)散經(jīng)過的路徑確定于固定相顆粒間空隙

的大小，即確定于dp的大小。由于組分處在顆粒空隙間的不同位置，因此到達(dá)兩相界面的

時(shí)間不同，從而使譜帶展寬：

-由柱填充性確定的因子；Dm一組分在流淌相中的擴(kuò)散系數(shù)。式中：

由此可見：Cmu及擴(kuò)散是經(jīng)過的距離平方成正比，即確定于dp的大??；

及組分?jǐn)U散系數(shù)成反比.

因此：采納細(xì)顆粒的流淌相、增大Dm、適當(dāng)降低流淌相線速度等均可使流淌相傳質(zhì)阻力減

小。

圖5組分在流淌相中的傳質(zhì)

Csu:組分分子從兩相界面擴(kuò)散到固定液內(nèi)部，在固定液中消耗的時(shí)間不同，達(dá)安排平衡后又

返回到兩相界面所需時(shí)間不同，使色譜帶展寬：

式中：q-及固定相性質(zhì)有關(guān)的因子，勻稱液膜q為2/3；df—液膜平均厚度；Ds-組分分

子在固定液中的擴(kuò)散系數(shù)，

圖6固定相傳質(zhì)對譜帶展寬的影響

（a）兩相達(dá)平衡；（b）達(dá)平衡后的瞬間內(nèi)

固定相傳質(zhì)速度受組分在固定相內(nèi)擴(kuò)散速率的限制，且固定液含量低，df小，組分在固定

液內(nèi)擴(kuò)散的時(shí)間縮短，有利于安排平衡的建立,但含量過低，易使載體表面的活性中心暴露,

造成峰拖尾現(xiàn)象.

4.速率理論方程：綜合上述各塔板高度重量，則：

此即范特姆特（VanDeemter）方程，即速率方程式。

當(dāng)除u以外的參數(shù)都視作常數(shù)時(shí)，VanDeemter方程可簡寫為：

速率理論概括了渦流擴(kuò)散、分子擴(kuò)散和傳質(zhì)阻力對塔板高度的影響，指出了影響柱效能的因

素,對色譜分別條件的選擇具有指導(dǎo)意義。

§2.3色譜分別條件的選擇

內(nèi)容提要：分別度的概念、色譜分別方程式以及它的含意、分別操作條件的選擇

重點(diǎn)難點(diǎn)：分別度的概念的駕馭、色譜分別方程式的應(yīng)用以及它的含意

一、分別度,16/

總分別效能指標(biāo)：分別度（又稱為辨別率）一一對兩色譜峰分別程度的量度.

為了綜合考慮保留值的差值及峰寬兩方面因素對柱效率的影響，以分別度作為色譜蜂的總分

別效能指標(biāo)：

分別度R定義為：相鄰二組分的色譜峰保留值之差及峰寬總和的一半的比值。

式中：分子為兩組分保留值之差一由色譜體系熱力學(xué)過程確定；

分母為兩峰寬度之和一半一取決于色譜體系動(dòng)力學(xué)過程；

當(dāng)峰形不對稱或相鄰兩峰同有重疊時(shí),峰寬度Y測量較困難，此時(shí)可用半峰寬代替峰寬：

（21）

（以上兩式不完全相等，但差別很小R=0.59R'）

分別度R的值越大，說明相鄰兩組分分別效果越好。

對一般分析要求R在1~1.5之間。

二、色譜分別基本方程式

基本分別方程（neft、21、k、R之間的關(guān)系）

對于兩個(gè)相鄰的色譜峰，假設(shè)峰底寬度相等，可推導(dǎo)出：

柱效因子相對分別因子保留程度因子

（式中:n2為組分2的理論塔板數(shù)。）

上式稱為色譜分別的基本方程式.它清晰地表明白分別度R、理論塔板n、相對保留值⑵以

及安排比（容量因子）k之間的關(guān)系。

（1）柱效的影響

分別度R及塔板數(shù)n的平方根成正比，增加n,可以增加R,但若通過增加L來增加n,

會(huì)延長分析時(shí)間，所以降低塔板高度H是增大分別度的有效途徑。實(shí)際工作中，為達(dá)到所需

的分別度，依據(jù)下式可計(jì)算出給定分別度下應(yīng)具有的塔板數(shù)：

（2）安排比的影響

增大安排比k也可以增加分別度R,k是由組分色譜峰和空氣峰的相對位置確定的,它及固

定相含量和流淌相性質(zhì)及溫度有關(guān)。

（增加固定液用量雖可增大分別度，但會(huì)延長分析時(shí)間，引起色譜峰展寬）

K值的最佳范圍是1<k<10.

（3）相對保留值的影響

r12是柱選擇性的量度（及固定相有關(guān)）r21增大，可便分別度增大。r12是由相鄰兩色譜

峰的相對位置確定的，確定于固定相和流淌相的性質(zhì)。在氣相色譜法中：通過變更固定相來

改善「12值（流淌相惰性）；在液相色譜法中：通過變更流淌相來改善八2值（固定相昂貴）。

（當(dāng)r12=1時(shí)，無論柱效有多高，R為零,兩組分不行能分別）

三、氣相色譜分別條件的選擇

一。載氣及流速

1.載氣對柱效的影響：主要表現(xiàn)在組分在載氣中的擴(kuò)散系數(shù)Dm（g）上，它及載氣分子量的

平方根成反比，即同一組分在分子量較大的載氣中有較小的Dm（g）。依據(jù)速率方程：

（1）渦流擴(kuò)散項(xiàng)及載氣流速無關(guān)；

（2）當(dāng)我氣流速u小時(shí)，分子擴(kuò)散項(xiàng)對柱效的影響是主要的，因此選用分子量較大的載氣,

如N2、Ar,可使組分的擴(kuò)敦系數(shù)Dm（g）較小，從而減小分子擴(kuò)散的影響，提高柱效；

（3）當(dāng)載氣流速u較大時(shí)，傳質(zhì)阻力項(xiàng)對柱效的影響起主導(dǎo)作用，因此選用分子量較小的

氣體，如IH2、He作載氣可以減小氣相傳質(zhì)阻力，提高柱效。

2.流速（u）對柱效的影峋：從速率方程可知，分子擴(kuò)散項(xiàng)及流速成反比，傳質(zhì)阻力項(xiàng)及流

速成止比，所以要使理論塔板高度H最小，柱效最高，必有一最佳流速。對于選定的色譜

柱,在不同載氣流速下測定塔板高度，作H-u圖.

由圖可見，曲線上的最低點(diǎn)，塔板高度最小，柱效最高。該點(diǎn)所對應(yīng)均流速即為最佳載氣流

速。在實(shí)際分析中，為了縮短分析時(shí)間,選用的載氣流速稍高于最佳流速.

圖1H-u曲線

二.柱溫的選擇

重要操作參數(shù)，主要影響來自于K、k、Dm（g）、Ds（I）;從而干脆影響分別效能和分析速

度。柱溫及R和t親密相關(guān)。提高t,可以改善Cu,有利于提高R,縮短t,但是提高柱

溫又會(huì)增加B/u導(dǎo)致R降低,r21變小.但降低t又會(huì)使分析時(shí)間增氏.

在實(shí)際分析中應(yīng)兼顧這幾方面因素，選擇原則是在是在難分別物質(zhì)對能得到良好的分另J,分

析時(shí)間相宜且峰形不托尾的前提下，盡可能采納較低的柱溫.同時(shí)，選用的柱溫不能高于色

譜柱中固定液的最高運(yùn)用溫度（通常低20—50C）.對7沸程寬的多組分混合物可采納”程

序升溫法”，可以使混合物中低沸點(diǎn)和高沸點(diǎn)的組分都能獲得良好的分別。

三.固定液的配比又稱為液擔(dān)比。

從速率方程式可知，固定液的配比主要影響Csu,降低df,可使Csu減小從而提高柱效。但

固定液用量太少，易存在活性中心，致使峰形拖尾；且會(huì)引起柱容量下降，進(jìn)樣量削減。固

定液液膜薄，柱效能提高，并可縮短分析時(shí)間.但固定液用量太低，液膜越薄,允許的進(jìn)樣量

也就越少.在填充柱色譜中，液擔(dān)比一般為5%?25%。

四.擔(dān)體的性質(zhì)和粒度，要求表面極大、表面和孔徑分布勻稱，粒度勻稱細(xì)小.

五.進(jìn)樣時(shí)間和進(jìn)樣量的選擇，進(jìn)樣量必需很快，進(jìn)樣時(shí)間一般都在一秒以內(nèi)。最大允許的

進(jìn)樣量，應(yīng)限制在峰面枳或峰高及進(jìn)樣量呈線性關(guān)系范圍。

1.進(jìn)樣快速（塞子狀）--防止色譜峰擴(kuò)張；

2.進(jìn)樣量要適當(dāng):在檢測器靈敏度允許下，盡可能少的進(jìn)樣量:液體樣0。1?103,氣體試樣

為0.1?10ml

六.氣化溫度的選擇氣化溫度的選擇主要取決于待測試樣的揮發(fā)性、沸點(diǎn)范圍。穩(wěn)定性等

因素。氣化溫度一般選在組分的沸點(diǎn)或稍高于其沸點(diǎn)，以保證試樣完全氣化。對于熱穩(wěn)定性

較差的試樣，氣化溫度不能過高，以防試樣分解。

§2o4固定相及其選擇

內(nèi)容提要:固定相的分類、性質(zhì)以及選擇固定相的要求和條件

重點(diǎn)難點(diǎn):固定液相關(guān)內(nèi)容的駕馭

選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗑统蔀榉治鲋械年P(guān)鍵

一、氣-固色譜固定相

1.適用范圍:分別常溫下的氣體及氣態(tài)燃類物質(zhì)，往往可雙得滿足的分別效果.

2。分類：

吸附劑;非極性：活性炭

弱極性：氧化鋁

強(qiáng)極性：硅膠,分子篩

3.發(fā)展：石墨化碳黑、碳分子篩

二、氣一液色譜固定相

1.擔(dān)體（或載體）

是一種化學(xué)惰性的多孔固體顆粒，支持固定液，表面積大，穩(wěn)定性好（化學(xué)、熱），顆徑

和孔徑分布勻稱;有肯定的機(jī)械強(qiáng)度，不易破裂。

（1）擔(dān)體的種類和性能：

硅藻土型：紅色硅藻土擔(dān)體一強(qiáng)度好，但表面存在活性中心，分別極性物質(zhì)時(shí)色譜峰易拖尾;

常用于分別非、弱極性物質(zhì)。

白色硅藻土擔(dān)體一表面吸附性小，但強(qiáng)度差，常用于分別極性物質(zhì).

非硅藻土型擔(dān)體：

有箱擔(dān)體，適用于強(qiáng)極性和腐蝕性氣體的分折；玻璃微球，適合于高沸點(diǎn)物質(zhì)的分析;島分

子多孔微球既可以用作氣?固色譜的吸附劑，又可以用作氣一液色譜的擔(dān)體。

（2）擔(dān)體的預(yù)處理:除去其表面的活性中心，使之鈍化。

酸洗法（除去堿性活性基團(tuán)）；

堿洗法（除去酸性活性的基團(tuán)）；

硅烷化（消退氫鍵結(jié)合力）；

釉化處理（使表面玻璃化、堵住微孔）等。

2.固定液一-涂在擔(dān)體上作固定相的主成分

（I）對固定液的要求：

化學(xué)穩(wěn)定性好：不及擔(dān)體、載氣和待測組分發(fā)生反應(yīng)；

熱穩(wěn)定性好：在操作溫度下呈液體狀態(tài)，蒸氣壓低，不易流失；

選擇性高：安排系數(shù)K差別大；

溶解性好:固定液對待測組分應(yīng)有肯定的溶解度。

（2）組分及固定液分子間的相互作用：

組分及固定液分子間相互作用力通常包括:靜電力、誘導(dǎo)力、色效力和氫鍵作用力。

在氣-液色譜中，只有當(dāng)組分及固定液分子間的作用力大于組分分子間的作用力，組分才能在

固定液中進(jìn)行安排.選擇相宜的固定液使待側(cè)各組分及固定液之間的作用力有差異，才能達(dá)

到彼此分別的目的。

（3）固定液的分類：固定液有四百余種，常用相對極性分類。

（4）固定液的選擇：

一般是依據(jù)試樣的性質(zhì)（極性和官能團(tuán)），依據(jù)“相像用溶”的原則選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄒ骸?/p>

詳細(xì)可從以下幾方面考慮：

I）分別非極性混合物?般選用非極性固定液

組分和固定液分子間的作用力主要是色散力.

試樣中各組分按沸點(diǎn)由低到高的依次出峰。

常用的有：角鯊?fù)椋ó惾椋?、十六烷、硅油等?/p>

2）分別中等極性混合物一般選用中等極性固定液

組分和固定液分子間的作用力主要是色散力和誘導(dǎo)力。

試樣中各組分按沸點(diǎn)由低到高的依次出峰。

3）分別極性組分選用極性固定液

組分和固定液分子間的作用力主要是定向力。

待測試樣中各組分按極性由小到大的依次山峰。

例如：用極性固定液聚乙二醇一20M分析乙醛和丙烯醛時(shí)，極性較小的乙醛先出峰。

4）分別非極性和極性（易極化）組分的混合物選用極性固定液：

非極性組分先流出，極性（或易被極化）的組分后出峰.

例如:采納中等極性的鄰奉二甲酸二壬酯作固定液，沸點(diǎn)相差微小的芾（沸點(diǎn)80。1℃）和環(huán)

乙烷（沸點(diǎn)為80。8℃）可以定量分別，環(huán)己烷先出峰，不采納非極性固定液則很難使二者分

別。

5）對于能形成氫鍵的組分選用強(qiáng)極性或氫鍵型的固定液

如I：多元醇、懵隧、酚和按等的分別，不易形成氫鍵的先出峰。

§2.5氣相色譜檢測器

內(nèi)容提要：氣相色譜的四種檢測器、氣相色譜檢測器的性能指標(biāo)

重點(diǎn)難點(diǎn)：TCD和FID的工作原理、靈敏度、檢測線等概念；

一、熱導(dǎo)檢測器TCD

熱導(dǎo)檢測據(jù)是通用型檢測器。幾乎對全部物質(zhì)都有響應(yīng)。由于結(jié)構(gòu)簡潔，性能穩(wěn)定，通用性

好，而且線性范圍寬，價(jià)格便宜，因此是應(yīng)用最廣，最成熟的一種檢測器。其主要缺點(diǎn)是靈

敏度較低

結(jié)構(gòu)：

熱導(dǎo)池由池體和熱敏元件構(gòu)成

池體用不銹鋼制成；池體內(nèi)裝兩根電阻完全相等的鴇絲或伯絲熱敏元件。構(gòu)成參比池和測量

池

熱導(dǎo)池檢測器檢測原理是培于不同的物質(zhì)有不同的導(dǎo)熱系數(shù)。參比池和測量池及固定電阻組

成惠斯登電橋。熱導(dǎo)檢測器電橋線路示意圖

未進(jìn)樣時(shí)：（無信號輸出）R1=R2R參=[^測

R參XR1=R測XR2

△R參=△R測

進(jìn)樣后：（輸出信號）

△[^參中^R測

3.影響熱導(dǎo)檢測器靈敏度的因素

（I）橋電流

橋電流增加，使鴇絲溫度提高，鴇絲和熱導(dǎo)池體的溫差加大,氣體就簡潔將熱量傳出去，靈敏度

就提高。

響應(yīng)值及工作電流的三次方成正比。所以，增大電流有利于提高靈敏度，但電流太大會(huì)影響

鶴絲壽命。一般橋電流限制在100~200mA左右（N2作載氣時(shí)為100?150mA,H2作載

氣時(shí)150?200mA為宜）

（2）池體溫度池體溫度一般等于或高于柱溫。

（3）載氣種類載氣及試樣的導(dǎo)熱系數(shù)相差愈大，則靈敏度愈高。一般物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)較小,

故選擇導(dǎo)熱系數(shù)大的H2或Ne作載氣有利于靈敏度提高。如用N2作載氣時(shí)，有些試樣（如

甲烷）的導(dǎo)熱系數(shù)比它大就會(huì)出現(xiàn)倒峰。列出某些氣體及蒸氣的導(dǎo)熱系數(shù)。同一種物質(zhì)，峰

面積越大，濃度越大，不同物質(zhì)，及載氣的導(dǎo)熱系數(shù)相差越大，峰面積越大，靈敏度越大

（4）熱敏元件阻值，選阻值高,電阻溫度系數(shù)大的，靈敏度就高。

（5）一般熱導(dǎo)池的死體積較大，且靈敏度較低，應(yīng)選用微型池體（2。5pL）的熱導(dǎo)池.

三、氫火焰離子化檢測器（FID）,廣譜，質(zhì)量型

火焰離子化檢測器屬選擇性檢測器，是以氫氣和空氣燃燒的火焰作為能源，利用含碳有機(jī)物

在火焰中燃燒產(chǎn)生離子，在外加的電場作用下,使離子形成離子流，依據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號

強(qiáng)度，檢測被色譜柱分別出的組分。

1.特點(diǎn)：

靈敏度很高，比熱導(dǎo)檢測器的靈敏度高約103倍；檢出限低，可達(dá)10-12g?S-1；

火焰離子化檢測器能檢測大多數(shù)含碳有機(jī)化合物；

死體積小，響應(yīng)速度快，線性范圍也寬，可達(dá)106以上；而且結(jié)構(gòu)不困難，操作簡潔，是

目前應(yīng)用最廣泛的色譜檢;則器之一.

其主要缺點(diǎn)是不能檢測永久性氣體、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氫等物質(zhì)。

離子室：包括氣體入口、火焰噴嘴、放射極和收集極等部件。離子室是一金屬圓筒，氣體入

口在離子室的底部,氫氣和載氣按肯定的比例混合后，由噴嘴噴出,再及助燃?xì)饪諝饣旌?，點(diǎn)

燃形成氫火焰.靠近火焰噴嘴處有一圓環(huán)狀的放射極（通常是由的絲作成），噴嘴的上方為一加

有恒定電壓（+300V）的圓筒形收集極（不銹鋼制成），形成靜電場，從而使火焰中生成的帶電

離子能被對應(yīng)的電極所吸引而產(chǎn)生電流。

通過在放射極和收集極之訶施加極化電壓，形成直流電場，由色譜柱流出的載氣（樣品）流經(jīng)

溫度高達(dá)2100℃的氫火焰時(shí)，待測有機(jī)物組分在火焰中發(fā)生離子化作用，使兩個(gè)電極之間

出現(xiàn)肯定量的正、負(fù)離子，在電場的作用下，正、負(fù)離子各被相應(yīng)電極所收集。當(dāng)我氣中不

含待測物時(shí)，火焰中離子很少，即基流很小，約10-14A.當(dāng)待測有機(jī)物通過檢測器時(shí)，火焰中電

離的離子增多,電流增大（但很微弱10—8?10-12A）o需經(jīng)高電阻（1的?了11）后得到較

大的電壓信號，再由放大器放大，才能在記錄儀上顯示出足夠大的色譜峰。該電流的大小,

在肯定范圍內(nèi)及單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測器的待測組分的質(zhì)量成正比，所以火焰離子化檢測器是

質(zhì)量型檢測器.

火焰離子化檢測器對電離勢低于H2的有機(jī)物產(chǎn)生響應(yīng)，而對無機(jī)物、久性氣體和水基本上

無響應(yīng)，所以火焰離子化檢測器只能分析有機(jī)物（含碳化合物），不適于分析惰性氣體、空氣、

水、CO、CO2、CS2、NO、SO2及H2s等。

氫火焰離子化檢測器的操作條件選擇時(shí)應(yīng)留意氣體流量和工作電壓

N2:H21:1-1.5：1

H2：Airi：10

極化電壓100?300V

六、檢測器性能指標(biāo)

1.靈敏度S：檢測器靈敏度亦稱響應(yīng)值或應(yīng)答值

靈敏度是響應(yīng)值對進(jìn)樣量的變更率

a。對濃度型檢測器：

b：,對質(zhì)量型檢測器：

20檢出限（亦稱敏感度）：D=3N/S

3.最小檢出品（）0

質(zhì)量型：Q0=1.065Y1/2D

濃度型：Q0=1.065Y1/2F0D

4。線性范圍：用最大進(jìn)樣量及最小檢出量比值表示，這個(gè)范圍愈大，愈有利于精確定量.

檢測器的性能指標(biāo)一一靈敏度（高卜穩(wěn)定性（好）、響應(yīng)（快）、線性范圍（寬）

（一）靈敏度----應(yīng)答值

單位物質(zhì)量通過檢測器時(shí)產(chǎn)生的信號大小稱為檢測器對該物質(zhì)的靈敏度。

響應(yīng)信號（R）一進(jìn)樣量（Q）作圖，可得到通過原點(diǎn)的宜線，該直線的斜率就是檢測器的靈敏度,

以S表示：

由此可知：靈敏度是響應(yīng)信號對進(jìn)入檢測器的被測物質(zhì)質(zhì)品的變更率。

氣相色譜檢測器的靈敏度的單位，隨檢測器的類型和試樣的狀態(tài)不同而異：

對于濃度型檢測器：

S—靈敏度（mV?mL?mg-1或mV?mL?mL—1）

C1一記錄儀靈敏度（mV?cm—1）

A一色譜峰面積（cm2）

Fo一載氣流速（mL?min-1）

m一進(jìn)入檢測器的樣品量（mg）

C2一記錄紙移動(dòng)速度的倒數(shù)（min?cm?1）

當(dāng)試樣為液體時(shí)，S的單位為mV-ml/mg,即1mL載氣中攜帶1mg的某組分通過檢測器時(shí)

產(chǎn)生的mV數(shù)；

當(dāng)試樣為氣體時(shí)，S的單位為即1ml載氣中攜帶1ml的某組分通過檢測器時(shí)

產(chǎn)生的mV數(shù)；

對于濃度型的檢測器：靈敏度的定義為：1mL載氣中含有1mg或1mL樣品時(shí)，檢測器輸出

的毫伏數(shù).

對于質(zhì)量型檢測器：

當(dāng)試樣為液體和氣體時(shí)，S的單位均為：mV-s/g,即每秒鐘有1g的組分被載氣攜帶通過

檢測器所產(chǎn)生的mV數(shù)。

靈敏度不能全面地表明?個(gè)檢測器的優(yōu)劣，因?yàn)樗鼪]有反映檢測器的噪音水平。由于信號可

以被放大器隨意放大，S增大的同時(shí)噪聲也相應(yīng)增大，因此，僅用S不能正確評價(jià)檢測器的

性能。

（二）檢測限（敏感度）

噪聲一一當(dāng)只有載氣通過檢測器時(shí)，記錄儀上的基線波動(dòng)稱為噪聲，以N表示。噪聲大，

表明檢測器的穩(wěn)定性差。

檢測限一一是指檢測器產(chǎn)生的信號恰是噪聲的一倍（3N）時(shí)，單位體積或單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢

測器的組分質(zhì)量，以D表示。靈敏度、噪聲、檢測限三者之間的關(guān)系為：

檢測限的單位:對于濃度型檢測器為mg/ml或ml/ml；對質(zhì)量型檢測器為：g/s。

檢測限是檢測器的重要性能指標(biāo)，它表示檢測器所能檢出的最小組重量，主要受靈敏度和噪

聲影響.D越小,表明檢測器越敏感，用于痕量分析的性能越好。

在實(shí)際分析中，由于進(jìn)入檢測器的組重量很難確定（檢測器總是處在及氣化室、色譜柱、記

錄系統(tǒng)等構(gòu)成的一個(gè)完整的色譜體系中）。

所以常用最低檢出量表示：

圖2檢測器噪聲

（三）最低檢出量一一，恰能產(chǎn)生2倍噪聲信號時(shí)的色譜進(jìn)樣量，以Q0表示。

（三）線性范圍

檢測器的線性范圍是指其響應(yīng)信號及被測組分進(jìn)樣質(zhì)顯或濃度呈線性關(guān)系的范圍。通常用最

大允許進(jìn)樣量QM及最小檢出量Q0的比值來表示。比值越大，檢測器的線性范圍越寬，線

性范圍越大，定量范圍越寬，表明試樣中的大量組分或微量組分，檢測器都能精確測定。不

同的檢測器線性范圍不同

§2.6氣相色譜定性方法

內(nèi)容提要：依據(jù)保留值進(jìn)行定性，及其他方法聯(lián)用

重點(diǎn)難點(diǎn)：依據(jù)保留值進(jìn)行定性

一、概述：各種物質(zhì)在肯定色譜條件下都有確定不變的保留值,因此保留值可作為一種定性

指標(biāo)。

現(xiàn)狀:GC定性分析還存在肯定問題。其應(yīng)用僅限于當(dāng)未知物通過其它方面的考慮（如來源，

其它定性方法的結(jié)果等）后，已被確定可能為某幾個(gè)化合物或?qū)儆谀撤N類型時(shí)作最終的確證;

其牢靠性不足以鑒定完全未知的物質(zhì)。

近年,GC/MS、GC/光譜聯(lián)用技術(shù)的開發(fā)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，打開了廣袤的應(yīng)用前景。

二、依據(jù)色譜保留值進(jìn)行定性

定性方法的牢靠性及色譜柱的分別效率有親密的關(guān)系，為了提高牢靠性，應(yīng)當(dāng)采納重現(xiàn)性較

好和較少受到操作條件影響的保留值.

由于保留時(shí)間（或保留體積）受柱長、固定液含量、載氣流速等操作條件的影響比較大.因此

一般相宜采納僅及柱溫有關(guān)，而不受操作條件影響的相對保留值「21作為定性指標(biāo).

1o對于比較簡潔的多組分混合物，假如其中全部待測組分均為己知，它們的色譜峰也能一

一分別，那么為了確定各個(gè)色譜峰所代表的物質(zhì)，可將各個(gè)保留值及各相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試樣在同

一條件下所測得的保留值進(jìn)行比照比較，確定各個(gè)組分（相對保留值法）。

2.未知峰鑒定：

a,首先充分利用對未知物了解到的狀況（來源，性質(zhì)等）估計(jì)出未知物可能是哪幾種化合

物；

b.再從文獻(xiàn)中找出這些化合物在某固定相上的保留值，及未知物在同一固定相上的保留值進(jìn)

行粗略比較,以解除?部分，同時(shí)保留少數(shù)可能的化合物：

c.然后將未知物及每一種可能化合物的標(biāo)準(zhǔn)試樣在相同的色譜條件下進(jìn)行驗(yàn)證，比較兩者的

保留值是否相同.

I假如未知物及標(biāo)準(zhǔn)試樣的保留值相同，但峰形不同，仍舊不能認(rèn)為是同一物質(zhì)

I將兩者混合起來進(jìn)行色譜試驗(yàn)，假如發(fā)覺有新峰或在未知峰上有不規(guī)則的形態(tài)（例如峰略

有分叉等）出現(xiàn),則表示兩者并非同一物質(zhì)；

I假如混合后峰增高而半峰寬并不相應(yīng)增加，則表示兩者很可能是同一物質(zhì).

3.多柱法：在?根色譜柱.二用保留值鑒定組分有時(shí)不肯定牢靠，因?yàn)椴煌镔|(zhì)有可能在同?

色譜柱上具有相同的保留值.所以應(yīng)采納雙性或多柱法進(jìn)行定性分析.即采納兩根或多根性

質(zhì)（極性）不同的色譜柱進(jìn)行分別，視察未知物和標(biāo)準(zhǔn)試樣的保留值是否始終重合

三.保留指數(shù)法：是一種重現(xiàn)性較其他保留數(shù)據(jù)都好的定性參數(shù)；

方法：保留指數(shù)I是把物質(zhì)的保留行為用兩個(gè)緊靠近它的標(biāo)準(zhǔn)物（一般是兩個(gè)正構(gòu)烷燒）來

標(biāo)定，并以均一標(biāo)度來表示。

1=100[logXi-logXz）/JogXz+1—logXz）4-Z]

通式1=100[n（logXi—logXz）/（logXz+n—logXz）+Z]2-53

要求:被測物i的保留值X值應(yīng)恰好在兩個(gè)正構(gòu)烷煌的X值之間，即

XZ（XivXz+n：正構(gòu)烷燒的保留值人為定為碳數(shù)乘以100；

小結(jié)；因此，欲求某物質(zhì)的保留指數(shù)I值，只要將它及相鄰的正構(gòu)烷?；旌显谝黄?在給定

條件下進(jìn)行GC試驗(yàn)，然后用上式求L

例：求乙酸正丁酯在阿皮松L柱上，柱溫為100C時(shí)的保留指數(shù).

解:選正庚烷、正辛烷兩個(gè)正構(gòu)烷燒，試驗(yàn)得知乙酸正丁醋的峰在該兩個(gè)正構(gòu)烷燃峰的中間，

X為：

正庚烷（n-C7）XZ=174.0mmIg174.0=2,2406；

乙酸正丁酯Xi=310.0mmIg310.0=2.4914；

正辛烷（n-C8）XZ+1=373”4mmIg373?4=2.5722。

代入2-53式可得：1=775.63

同一物質(zhì)在同一柱上，其I值及柱溫呈直線關(guān)系，這便于用內(nèi)插法或外推法求出不同柱溫下的

I值。

保留指數(shù)法的精確度和重現(xiàn)性都好，相對誤差小于1%,只要柱溫柔固定液相同，就可用文

獻(xiàn)上發(fā)表的保留指數(shù)進(jìn)行定性鑒定，而不必用純物質(zhì)。

三、及其它方法結(jié)合的定性分析法

1.及質(zhì)譜、紅外光譜等儀器聯(lián)用

GC及MS聯(lián)用，是目前困難未知物定性問題最有效工具之一.

2.及化學(xué)方法協(xié)作進(jìn)行定性分析:帶有某些官能團(tuán)的化合物，經(jīng)一些特殊試劑處理，發(fā)生物

理變更或化學(xué)反應(yīng)后，其色譜峰將會(huì)消逝或提前或移后，比較處理前后色譜圖的差異，就可

初步分辨試樣含有哪些官能團(tuán)。

四、利用檢測器的選擇性進(jìn)行分析：不同類型的檢測器對各種組分的選擇性和靈敏度是不相

同的。

TCD對無機(jī)物和有機(jī)物都有響應(yīng)；FID對有機(jī)物靈敏度高，對無機(jī)物無響應(yīng)；ECD只對含有

鹵素、氧、氮等電負(fù)性強(qiáng)的組分靈敏度高；FPD只對含硫、磷的物質(zhì)有信號。

§2o6氣相色譜定量方法

內(nèi)容提要：GC定量方法

重點(diǎn)難點(diǎn):重在了解

在肯定的色譜操作條件下，流入檢測據(jù)的待測組分i的含量mi（質(zhì)量或濃度）及檢測器的響

應(yīng)信號（峰面積A或峰高h(yuǎn)）成正比：mi=fiAi或mi=fihi

式中，fi為定量校正因子。要精確進(jìn)行定量分析，必需精確地測量響應(yīng)信號,確求出定量校

正因子fi。

此兩式是色譜定量分析的理論依據(jù).

1.峰面積的測量

（1）峰高乘半峰寬法：對于對稱色譜峰，可用下式計(jì)算峰面積：

在相對計(jì)算時(shí)，系數(shù)1.06可約去。

（2）峰高乘平均峰寬法：

對于不對稱峰的測量，在峰高0.15和0.85處分別測出峰寬，由下式計(jì)算峰面積：此法測量

時(shí)比較麻煩，但計(jì)算結(jié)果較精確。

（3）自動(dòng)積分法

具有微處理機(jī)（工作站、數(shù)據(jù)站等），能自動(dòng)測量色譜峰面積，對不同形態(tài)的色譜峰可以采納

相應(yīng)的計(jì)算程序自動(dòng)計(jì)算.得出精確的結(jié)果,并由打印機(jī)打出保留時(shí)間和A或h等數(shù)據(jù)。

2。定量校正因子

由于同?檢測器對不同物質(zhì)的響應(yīng)值不同，所以當(dāng)相同質(zhì)量的不同物質(zhì)通過檢測器時(shí)，產(chǎn)生

的峰面積（或峰高）不肯定相等。為使峰面積能夠精確地反映待測組分的含量，就必需先用

已知量的待測組分測定在所用色譜條件下的峰面積，以計(jì)算定量校正因子。

式中：fi稱為肯定校正因子，即是單位峰面積所相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)量。它及檢測器性能、組分和

流淌相性質(zhì)及操作條件有關(guān)，不易精確測量。在定量分析中常用相對校正因子，即某一組分

及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的肯定校正因子之比，即：

式中：Ai、As分別為組分和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的峰面積；mi、ms分別為組分和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的量。

mi、ms可以用質(zhì)量或摩爾質(zhì)量為單位，其所得的相對校正因子分別稱為相對質(zhì)量校正因子

和相對摩爾校正因子，用fm和fM表示。運(yùn)用時(shí)常將“相對”二字省去。

校正因子?般都由試驗(yàn)者自己測定。精確稱取組分和標(biāo)唯物，配制成溶液，取肯定體積注入

色譜柱，經(jīng)分別后，測得各組分的峰面積，再由上式計(jì)算fm或fM.常用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，對

TCD是苯，對FID是正庚烷

高效液相色譜儀

高效液相色譜儀主要有分析型、制備型和專用型三類.

一般由五個(gè)部分組成：

高壓輸液系統(tǒng)--進(jìn)樣系統(tǒng)一一分別系統(tǒng)一一檢測系統(tǒng)一一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

一。高壓輸液系統(tǒng)

貯液裝置、高壓輸液泵、過濾器、脫氣裝置等

1。mo貯液器：貯液器用于存放溶劑。溶劑必需很純，貯液器材料要耐腐蝕，對溶劑呈惰

性。貯液器應(yīng)配有溶劑過渡器，以防止流淌相中的顆粒進(jìn)入泉內(nèi).溶劑過濾器一般用耐腐蝕的銀

合金制成，空隙大小一般為2

2.脫氣裝置：脫氣的目的是為了防止流淌相從高壓柱內(nèi)流出時(shí)，釋放出氣泡進(jìn)入檢測器而使噪

聲劇增，甚至不能正常檢測。

3.高壓輸液泵高壓輸液泵是高效液相色譜儀的重要部件，是驅(qū)動(dòng)溶劑和樣品通過色譜柱和檢

測系統(tǒng)的高壓源，其性能好壞干脆影響分析結(jié)果的牢靠性。

對高壓泵的基本要求是：

①流量穩(wěn)定：②輸出壓力高，最高輸出壓力為5OMpa；③流量范圍寬，可在0.01~10ml/min范圍

任選.④耐酸、堿、緩沖液腐蝕。⑤壓力波動(dòng)小。

梯度洗脫裝置梯度洗脫是利用兩種或兩種以上的溶劑，依據(jù)肯定時(shí)間程序連續(xù)或階段地變更配

比濃度，以達(dá)到變更流淌相極性、離子強(qiáng)度或pH值，從而吳高洗脫實(shí)力，改善分別的一種有效方

法.當(dāng)一個(gè)樣品混合物的容量因子是范圍很寬，用等度洗脫時(shí)間太長，且后出的峰形扁平不便檢測

時(shí)，用梯度洗脫可以改善峰形、并縮短分別時(shí)間。HPLC的梯度洗脫及GC的程序升溫相像，可

以縮短分析時(shí)間，提高分別效果.使全部的峰都處于最佳分別狀態(tài)，而且峰形尖而窄。

二。進(jìn)樣器

進(jìn)樣器一般要求密封性好，死體積小，重復(fù)性好，保證中心進(jìn)樣，進(jìn)樣時(shí)對色譜系統(tǒng)的壓力和

流量波動(dòng)小，并便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

高壓進(jìn)樣閥是目前廣泛采納的一種方式.閥的種類很多，有六通閥、四通閥，雙路閥等。以六通進(jìn)

樣閥最為常用。

三。分別系統(tǒng)

色譜分別系統(tǒng)包括色譜柱、固定相和流淌相。色譜柱是其核心部分，柱應(yīng)具備耐高壓、耐腐蝕、

抗氧化、密封不漏液和柱內(nèi)死體積小、柱效高、柱容量大、分析速度快、柱壽命長的要求。通

常采納優(yōu)質(zhì)不銹鋼管制成.

色譜柱按內(nèi)徑不同可分為常規(guī)柱、快速柱和微量柱三類。

常規(guī)分析柱柱長一般為10?25cm,內(nèi)徑4m。為了愛護(hù)分析柱不受污染，一般在分析柱前加一短

柱，約數(shù)厘米長,稱為愛護(hù)柱。~5mm,固定相顆粒直徑為5?10

(微量分析柱內(nèi)徑小于1mm,凝膠色譜往內(nèi)徑3?12mm,制備往內(nèi)徑較大，可達(dá)25mm以上。)

四。檢測系統(tǒng)

檢測器的作用是將柱流出物中樣品組成和含量的變更轉(zhuǎn)化為可供檢測的信號，常用檢測器有紫

外汲取、熒光、示差折光、化學(xué)發(fā)光等.

1.紫外可見汲取檢測器(ultraviolet-visibledetector,UVD)

紫外可見汲取檢測器(UVD)是HPLC中應(yīng)用最廣泛的檢測器之一，幾乎全部的液相色譜儀都

配有這種檢測器.其特點(diǎn)是靈敏度較高,線性范圍寬，噪聲低，適用于梯度洗脫，對強(qiáng)汲取物質(zhì)檢

測限可達(dá)Ing,檢測后不破壞樣品，可用于制備，并能及任何檢測器串聯(lián)運(yùn)用。紫外可見檢測

器的工作原理及結(jié)構(gòu)同一般分光光度計(jì)相像，事實(shí)上就是裝有流淌地的紫外可見光度計(jì)。

(1)紫外汲取檢測器：

紫外汲取檢測器常用笊燈作光源，笊燈則放射出紫外-可見區(qū)范圍的連續(xù)波長，并安裝?個(gè)光柵

型單色器，其波長選擇范闈寬(190nm?80()nm)。它有兩個(gè)流通池,一個(gè)作參比，一個(gè)作測量

用，光源發(fā)出的紫外光照耀到流通池上，若兩流通池都通過純的勻稱溶劑，則它們在紫外波長

下幾乎無汲取，光電管上接受到的輻射強(qiáng)度相等，無信號輸出。當(dāng)組分進(jìn)入測量池時(shí)，汲取肯

定的紫外光，使兩光電管接受到的輻射強(qiáng)度不等，這時(shí)有信號輸出,輸出信號大小及組分濃度有

關(guān)。

局限:流淌相的選擇受到肯定限制，即具有肯定紫外汲取的溶劑不能做流淌相，每種溶劑都有截止

波長，當(dāng)小于該截止波長的紫外光通過溶