第2章-气相色谱分析学习教案

会计学1第第2章章-气相色谱分析气相色谱分析(s p fn x)第一页，共97页。色谱色谱(s p)过程过程示意图示意图第1页/共97页第二页，共97页。第2页/共97页第三页，共97页。n按固定相的几何形式分类：n 1.柱色谱法，n 2.纸色谱法，n 3.薄层(bo cn)色谱法 。n按两相所处的状态分类 ： 气相色谱法液相色谱法气气-固固色谱法液液-固固色谱法气气-液液色谱法 液液-液液色谱法第3页/共97页第四页，共97页。n按分离过程(guchng)的机制分类n吸附色谱（adsorption chromatography)n分配色谱 (partition chromatography)n离子交换色谱(ion-exchange chromatography)n凝胶色谱(gel chromatography)n络合色谱(complexation chromatography)n亲和色谱(affinity chromatography）第4页/共97页第五页，共97页。第5页/共97页第六页，共97页。三、气相色谱流程三、气相色谱流程(lichng)第6页/共97页第七页，共97页。nn色谱工作站。第7页/共97页第八页，共97页。第8页/共97页第九页，共97页。第9页/共97页第十页，共97页。图1 、色谱(s p)过程 图2、 色谱(s p)图ABKAKB 第10页/共97页第十一页，共97页。五、色谱图及常用术语 试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化(binhu)转变为相应的电信号，由记录仪所记录下的信号时间曲线或信号流动相体积曲线，称为色谱流出曲线，第11页/共97页第十二页，共97页。第12页/共97页第十三页，共97页。第13页/共97页第十四页，共97页。第14页/共97页第十五页，共97页。分与参比组分的调整保留分与参比组分的调整保留(boli)值之比，用值之比，用ri，s （r2,1，）表示）表示,)()()()(sRiRsRiRsiVVttr ，第15页/共97页第十六页，共97页。第16页/共97页第十七页，共97页。解解: VM=tM.u=1x50.0=50.0mL VR=5x50=250mL第17页/共97页第十八页，共97页。第18页/共97页第十九页，共97页。第19页/共97页第二十页，共97页。第20页/共97页第二十一页，共97页。msccK mmssVcVck 第21页/共97页第二十二页，共97页。ncs、cm分别为组分在固定相和流动相的浓度(g/ml)；V m为色谱柱中流动相的体积，近似等于死体积， Vs为色谱柱中固定相的体积。n 3、分配系数(xsh)和分配比之间的关系n分配系数(xsh)K 与柱中固定相和流动相的体积无关，而取决于组分及两相的性质，并随柱温、柱压变化而变化。n 容量因子k 决定于组分及固定相的热力学性质，随柱温、柱压的变化而变化，还与流动相及固定相的体积有关。第22页/共97页第二十三页，共97页。n理论(lln)上可以推导出： 1KVVKkMS MRMRVVttk Phase ratio(相比，b): VM / VS, 反映各种( zhn)色谱柱柱型及其结构特征填充柱（Packing column）: 635 毛细管柱（Capillary column）: 501500第23页/共97页第二十四页，共97页。MSRVKVV色谱过程色谱过程(guchng)的基本方程式：的基本方程式：MsMMRVVKtktt )1 ()1 (kVVKtttMMsMR kttMR SMRKVkVV kVVMR 第24页/共97页第二十五页，共97页。衡过程的重复。衡过程的重复。第25页/共97页第二十六页，共97页。理论理论(lln)塔板假定塔板假定第26页/共97页第二十七页，共97页。n 塔板理论认为，一根柱子可以分为n段，在每段内组分在两相间很快达到平衡，把每一段称为一块(y kui)理论塔板。设柱长为L，理论塔板高度为H，则 n H = L / nn式中n为理论塔板数。n 理论塔板数（n）可根据色谱图上所测得的保留时间（tR）和峰底宽（w）或半峰宽（ wh/2 ）按下式推算：2)(16WtnR22)(54. 5hRWtn 或第27页/共97页第二十八页，共97页。第28页/共97页第二十九页，共97页。有效(yuxio)塔板数（neff）的计算公式为；222/)(16)(54. 5wtwtnRhReff 通常用有效塔板数（neff）来评价柱的效能(xionng)比较符合实际。 neff 越大或Heff越小，则色谱柱的柱效越高。 Heff=L/neff n = 1+k k2 neff第29页/共97页第三十页，共97页。第30页/共97页第三十一页，共97页。范第姆特方程式(Van Deemter equation)CuuBAH 第31页/共97页第三十二页，共97页。第32页/共97页第三十三页，共97页。固定相颗粒固定相颗粒越小越小dp，填充的越均填充的越均匀，匀，A，H，柱效，柱效n。表现在。表现在涡流扩散所涡流扩散所引起的色谱引起的色谱峰变宽现象峰变宽现象(xinxing)减轻，色谱减轻，色谱峰较窄。峰较窄。第33页/共97页第三十四页，共97页。 a. 扩散导致色谱峰变宽，扩散导致色谱峰变宽，H(n)，分离变差。，分离变差。 b. 分子扩散项与流速有关，流速分子扩散项与流速有关，流速，滞留，滞留(zhli)时间时间，扩散，扩散 c. 扩散系数：扩散系数：Dg （M载气）载气）-1/2 ； M载气载气，B值值第34页/共97页第三十五页，共97页。第35页/共97页第三十六页，共97页。(2)通过通过(tnggu)选择适当的固定相粒度、载气种选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。第36页/共97页第三十七页，共97页。(4) 各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高散项的影响减小，使柱效提高(t go)，但同时传，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。最佳条件，才能使柱效达到最高。第37页/共97页第三十八页，共97页。第38页/共97页第三十九页，共97页。越好越好n 保留值之差取决于固定液的热保留值之差取决于固定液的热力学性质力学性质n 色谱峰宽窄反映色谱过程动力色谱峰宽窄反映色谱过程动力学因素学因素n及柱效能高低及柱效能高低21)1()2(21)1()2()(22wwttwwttRRRRR第39页/共97页第四十页，共97页。对于峰形对称且满足正态分布的色谱峰：R=1, 分离程度为98%； R=1.5，分离程度可达99.7%。 所以(suy)R=1.5时可认为色谱峰已完全分开。第40页/共97页第四十一页，共97页。2)1()2(21)1()2()(2wttwwttRRRRR2)(16WtnRntntWRR)2(2)2(2416又知第41页/共97页第四十二页，共97页。另1 , 21212)1()2(rkkttttttMRMRRR ）（）（2)2(kttMR )1)(1)(4(221 , 21 , 2kkrrnR)1(1 , 21 , 2rr)1(22kk称为(chn wi)柱效项；称为(chn wi)柱选择项；容量因子项。4n)1)(4(1 , 21 , 2rrnReff r12，相对保留(boli)因子第42页/共97页第四十三页，共97页。n与柱效的关系(gun x)（柱效因子）n与容量因子的关系(gun x)R nR n1/21/2增加(zngji)柱长减小塔板高度(god)使用性能优良的色谱柱，并选择最佳分离条件k值增大，有利于分离，但k 10时，对R的增加不明显，也会显著增加分析时间k的最佳范围：1 10第43页/共97页第四十四页，共97页。n与柱选择性的关系(gun x)n 分离度、柱效、柱选择性的关系(gun x)r2,1越大，柱选择性越好，分离效果越好。如果两个相邻(xin ln)峰的选择因子足够大，则即使色谱柱的理论塔板数较小，也可以实现分离。 L = 16R2H有效有效 -12= n有效有效 H有效有效第44页/共97页第四十五页，共97页。使用普通(ptng)色谱柱，有效塔板高度为0.1cm,故所需柱长应为：mL21 . 021166第45页/共97页第四十六页，共97页。实际工作中，为了缩短(sudun)分析时间，常使流速稍高与最佳流速。第46页/共97页第四十七页，共97页。汽化温度、检测室温度高于柱温30-70度。5、进样量：（与柱容量有关）根据担液比及柱子形式决定进样量，进样方式为柱塞进样。第47页/共97页第四十八页，共97页。第48页/共97页第四十九页，共97页。第49页/共97页第五十页，共97页。气固色谱气固色谱(s p)固定相固定相无无机机(wj)吸吸附附剂剂第50页/共97页第五十一页，共97页。红色载体红色载体(zit)白色载体白色载体(zit) 要求要求：有较大的比表面积，有分布均匀的孔径，良好的机械强度、化学有较大的比表面积，有分布均匀的孔径，良好的机械强度、化学惰性和热稳定性，表面不与固定液和样品起化学反应，且吸附性和催化性惰性和热稳定性，表面不与固定液和样品起化学反应，且吸附性和催化性能越小越好。能越小越好。 第51页/共97页第五十二页，共97页。n常用担体有：n1、红色担体：n 特点是：表面(biomin)空隙小、比表面(biomin)积大、机械强度n 高、担液能力强、表面(biomin)有吸附中心。n2、白色担体：n 特点是：表面(biomin)空隙较大、比表面(biomin)积较小、机械n 强度较差、担液能力中、表面(biomin)无吸附中心。n3、非硅藻土型担体：聚合氟塑料担体、玻璃n 微球担体、高分子微球担体等。n特点是：表面(biomin)空隙适中、比表面(biomin)积适中、机械强n 度较强、耐高温、耐强腐蚀、价格偏高。n硅藻土型担体用前要预处理：酸洗、碱洗、硅烷化。第52页/共97页第五十三页，共97页。担体的粒度越小，填装越均匀，柱效越高，但柱压会增大担体的粒度越小，填装越均匀，柱效越高，但柱压会增大(zn d)，一般粒度，一般粒度直径为柱内径的直径为柱内径的1/201/25为宜。为宜。第53页/共97页第五十四页，共97页。n固定(gdng)液的类型： 一般为高沸点有机物，均匀一般为高沸点有机物，均匀(jnyn)地涂在载体表面，在地涂在载体表面，在分析条件下呈液膜状态分析条件下呈液膜状态 固定液的选择性取决于其与组分固定液的选择性取决于其与组分(zfn)分子间的作用力分子间的作用力静电力静电力 诱导力诱导力色散力色散力 氢键力氢键力第54页/共97页第五十五页，共97页。n固定液的极性：n 固定液与待测化合物之间的作用力主要(zhyo)属定向力、诱导力、色散力、氢键力等弱相互作用为主，所以固定相的极性对分离过程非常重要，固定相极性用相对极性P的公式表示：n规定：,-氧二丙腈固定液的P=100、角鲨烷固定液的P=0 、测试标样为环己烷-苯（或正丁烷-丁二烯）rttqqqqqPRRxx2121211lglg100100)(， 第55页/共97页第五十六页，共97页。按化学结构按化学结构(jigu)分类分类第56页/共97页第五十七页，共97页。n固定液的极性与待测组分极性的选择(xunz)原则为：n“相似相溶原理”第57页/共97页第五十八页，共97页。n固定液选择(xunz)示例第58页/共97页第五十九页，共97页。第59页/共97页第六十页，共97页。第60页/共97页第六十一页，共97页。 通用检测器有：通用检测器有：1 1、热导池检测器，、热导池检测器，TCD (Thermal TCD (Thermal conductivity conductivity detector) detector) 测一般化合物和永久性气测一般化合物和永久性气体体2 2、氢火焰、氢火焰(huyn)(huyn)离子化检测器离子化检测器,FID ,FID (Hydrogen flame (Hydrogen flame ionization detector) ionization detector) 测一般有机化合测一般有机化合物物专用检测器有：专用检测器有：3 3、电子俘获检测器，、电子俘获检测器，ECD (Electron ECD (Electron capture capture detector) detector) 测带强电负性原子的有机化合测带强电负性原子的有机化合物物4 4、火焰、火焰(huyn)(huyn)光度检测器，光度检测器，FPD (Flame FPD (Flame photometric photometric detector) detector) 测含硫、含磷的有机化合物测含硫、含磷的有机化合物特殊检测器有：特殊检测器有：FTIRFTIR、MSMS、测化合物结构、测化合物结构第61页/共97页第六十二页，共97页。不同的导热系数。不同的导热系数。Self-study & Exam: 热导池的构造热导池的构造(guzo)，工作原理，工作原理第62页/共97页第六十三页，共97页。 在允许的工作电流范围内，工作电流越大，灵敏度在允许的工作电流范围内，工作电流越大，灵敏度越高，一般控制在越高，一般控制在100-200mA左右左右钨丝与池体温差越大，灵敏度越高钨丝与池体温差越大，灵敏度越高, 但避免冷凝样品但避免冷凝样品，一般不低于柱温，一般不低于柱温热导系数大的载气，灵敏度高，常用载气热导系数热导系数大的载气，灵敏度高，常用载气热导系数大小大小(dxio)顺序：顺序：H2HeN2阻值高、电阻温度系数大的热敏元件，灵敏度高阻值高、电阻温度系数大的热敏元件，灵敏度高1. 桥电流桥电流(dinli)2.池体温度池体温度3.载气载气4.热敏元件阻值热敏元件阻值还取决于池体的体积和载气的纯度还取决于池体的体积和载气的纯度第63页/共97页第六十四页，共97页。Self-study & Exam: 氢火焰氢火焰(huyn)检测器的构造，工作检测器的构造，工作原理及影响检测灵敏度的因素。原理及影响检测灵敏度的因素。第64页/共97页第六十五页，共97页。火焰火焰(huyn)离子化检测离子化检测器的特点器的特点可用于检测绝大多数有机化合物，并可检测可用于检测绝大多数有机化合物，并可检测ng/mL级痕量物级痕量物质，易于进行质，易于进行(jnxng)痕量有机物的分析。它具有结构简单、痕量有机物的分析。它具有结构简单、灵敏度高、响应快、线性范围宽、选择性好、低干扰性、坚灵敏度高、响应快、线性范围宽、选择性好、低干扰性、坚固易于使用等优点。但检测时样品被破坏，不能检测惰性气固易于使用等优点。但检测时样品被破坏，不能检测惰性气体、空气、水、体、空气、水、CO、CO2、CS2、NO、SO2、H2S第65页/共97页第六十六页，共97页。优点：是最灵敏的优点：是最灵敏的GC检测器之一，检测器之一，也是一种选择性很强的检测器，对于也是一种选择性很强的检测器，对于含卤素有机化合物、过氧化物含卤素有机化合物、过氧化物(u yn hu w)、醌、邻苯二甲酸酯、醌、邻苯二甲酸酯和硝基化合物的检测有很高灵敏度，和硝基化合物的检测有很高灵敏度，特别适合于环境中微量有机氯农药的特别适合于环境中微量有机氯农药的检测检测 。ECD原理原理(yunl)示意图示意图 缺点：线性范围较窄，一般为缺点：线性范围较窄，一般为103，且检测器的性能受操作条件，且检测器的性能受操作条件的影响较大，载气中痕量的氧气的影响较大，载气中痕量的氧气会使背景噪声明显增大。会使背景噪声明显增大。 第66页/共97页第六十七页，共97页。是一种对含磷、硫有机是一种对含磷、硫有机(yuj)化合物具有高选择性和高灵敏度的质量化合物具有高选择性和高灵敏度的质量型检测器型检测器PFPD结构结构(jigu)示意图示意图 第67页/共97页第六十八页，共97页。icmmgmVCRS)3/()( 第68页/共97页第六十九页，共97页。第69页/共97页第七十页，共97页。DFYQh02/0605. 1SNmmD3DYQh2/0605. 1第70页/共97页第七十一页，共97页。第71页/共97页第七十二页，共97页。一、用已知物对照一、用已知物对照(duzho)定定性性具体做法：具体做法：1）分别以试样和标准物进样分析）分别以试样和标准物进样分析各自的色谱图各自的色谱图；2）对照：如果试样中某峰的保留时间和标样中某峰）对照：如果试样中某峰的保留时间和标样中某峰重合重合(chngh)，则可初步确定试样中含有该物质，则可初步确定试样中含有该物质。3）也可通过在样品中加入标准物，看试样中哪个峰）也可通过在样品中加入标准物，看试样中哪个峰增加来确定。增加来确定。第72页/共97页第七十三页，共97页。第73页/共97页第七十四页，共97页。第74页/共97页第七十五页，共97页。第75页/共97页第七十六页，共97页。第76页/共97页第七十七页，共97页。1lglg100lglgxZZXXIZXXx第77页/共97页第七十八页，共97页。lg310.0 lg174.0100 7lg373.4 lg174.0775.6xI 第78页/共97页第七十九页，共97页。第79页/共97页第八十页，共97页。 mi = fi Aimi ：待测物质：待测物质(wzh)fi ：待测物质定量校正：待测物质定量校正(jiozhng)因子因子Ai ：待测物质色谱峰的积分面积：待测物质色谱峰的积分面积第80页/共97页第八十一页，共97页。0103hY1/2SignalthYAh 2/605. 12)85. 015. 0YYhA （tbhYhARh 2/第81页/共97页第八十二页，共97页。iiiAfm iiiAmf 第82页/共97页第八十三页，共97页。siis)m( s)m( immAmAfff 2.摩尔摩尔(m r)校正因子（校正因子（Molar calibration factor fM ） 各物质的量以摩尔数计，各物质的量以摩尔数计，Mi , Ms分别表示被测分别表示被测 物与标准物质的相对分子质量（摩尔质量）物与标准物质的相对分子质量（摩尔质量）ismisisis)M( s)M( iMMMfMmAMmAfff 1.质量校正质量校正(jiozhng)因子（因子（Mass calibration factor fm ）第83页/共97页第八十四页，共97页。22.4( )( )22.4iiiSSiiVMSSSiiSSmf Vm A MM Affmf Vm AMM A第84页/共97页第八十五页，共97页。12112212100%100%.100%.100%.iiiniinniinmmwmmmmA fA fA fA fAwAAA第85页/共97页第八十六页，共97页。 选择一标准选择一标准(biozhn)物质物质(内标物质内标物质)，以，以固定的浓度加入标准固定的浓度加入标准(biozhn)溶液和样品溶液和样品溶液中溶液中(以抵消实验条件和进样量变化带来的以抵消实验条件和进样量变化带来的误差误差)要求：要求：内标物应是试样中不存在的物质内标物应是试样中不存在的物质内标物的加入量接近于待测组分内标物的加入量接近于待测组分内标物的色谱峰位于待测物附近或几个待内标物的色谱峰位于待测物附近或几个待测组分色谱峰之间测组分色谱峰之间第86页/共97页第八十七页，共97页。如果经常需要测定同一物质，可固定试样的称取量，并加入恒定量的内标物，此时(c sh)fi mS / fs m为一常数故： wi Ai / ASFigure Internal working graph适合于液体(yt)试样的常规分析第87页/共97页第八十八页，共97页。准曲线时同样量的试样(固定量进样)，测得该试样的响应讯号，由标准曲线即可查出其百分(bi fn)含量。SignalwiAiwi第88页/共97页第八十九页，共97页。n 3、总柱效高，可分离复杂物质体系n 4、相比(xin b)大，可以快速分析。第89页/共97页第九十页，共97页。第90页/共97页第九十一页，共97页。第91页/共97页第九十二页，共97页。第92页/共97页第九十三页，共97页。第93页/共97页第九十四页，共97页。第94页/共97页第九十五页，共97页。第95页/共97页第九十六页，共97页。第96页/共97页第九十七页，共97页。