气相色谱剖析课件

第第8章章 气相色谱法气相色谱法(GC,gas chromatography)1.概述概述2.基本理论基本理论3.色谱柱及固定相色谱柱及固定相4.检测器检测器5.定性和定量分析方法定性和定量分析方法6.气相色谱法在生物工程分析中的应用气相色谱法在生物工程分析中的应用8.1 8.1 概述概述一.一.一一.色谱的产生色谱的产生：二.1.由Tsweet于1906年创立。TsweetTsweet在研究植物液色在研究植物液色素成分时，将植物液的浸取液加到一根填充了碳酸素成分时，将植物液的浸取液加到一根填充了碳酸钙的竖立玻璃管中，浸取液中的色素被吸附到碳酸钙的竖立玻璃管中，浸取液中的色素被吸附到碳酸钙上，然后用石油醚冲洗，结果发现在玻璃管内的钙上，然后用石油醚冲洗，结果发现在玻璃管内的色素被分离成几个具有不同颜色的色带。他将这种色素被分离成几个具有不同颜色的色带。他将这种分离方法称为分离方法称为“色谱法色谱法”，色谱由此得名。在此后，色谱由此得名。在此后的的2020多年里，几乎无人问津这一技术。到了多年里，几乎无人问津这一技术。到了19311931年，年，KuhnKuhn等用同样的方法成功地分离了胡萝卜素和叶黄等用同样的方法成功地分离了胡萝卜素和叶黄素，从此，色谱法开始为人们所重视，此后，相继素，从此，色谱法开始为人们所重视，此后，相继出现了各种色谱方法出现了各种色谱方法。三.三.2.GC2.GC是英国生物化学家是英国生物化学家MartinMartin等等在液在液-液分配色谱的液分配色谱的基础上，于基础上，于19521952年年创立的一种极为有效的分离方法。创立的一种极为有效的分离方法。3.Golay(戈雷）1956年发明了毛细管色谱柱，使得气相色谱分离得到了很大的发展。4.Holmes(霍姆斯）1957年成功实验气相色谱与质谱联用（GCMass)。二.气相色谱法的定义：GCGC是一种以气体为流动相的柱色谱法是一种以气体为流动相的柱色谱法.根据所用的固根据所用的固定相状态不同定相状态不同,可分为气固色谱和气液色谱可分为气固色谱和气液色谱.固定相固定相（stationary phase):色谱法中，填入玻璃管色谱法中，填入玻璃管内静止不动的一相（固体或液体）称为固定相。如离内静止不动的一相（固体或液体）称为固定相。如离子交换树脂法中的树脂相。子交换树脂法中的树脂相。流动相流动相(mobile phase):自上而下运动的一相（一般是自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为流动相气体或液体）称为流动相。色谱柱色谱柱(chromatography column):装有固定相的管子装有固定相的管子称为色谱柱称为色谱柱。三三.色谱的分离原理：色谱的分离原理：流动相带着样品流经固定相，由于样品在固定流动相带着样品流经固定相，由于样品在固定相之间的溶解、吸附、渗透或离子交换等作用的不相之间的溶解、吸附、渗透或离子交换等作用的不同，样品在两相间进行反复多次地分配过程，使得同，样品在两相间进行反复多次地分配过程，使得原分配系数具有微小差异的各组分，在固定相中的原分配系数具有微小差异的各组分，在固定相中的移动速度不同，经过一定长度的色谱柱后，彼此分移动速度不同，经过一定长度的色谱柱后，彼此分离开来，先后流出色谱柱。离开来，先后流出色谱柱。四、气相色谱仪结构及一般流程1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；载气系统进样系统色谱柱检测系统温控系统22:07:45样品样品进样进样汽化汽化载气载气色谱柱分离色谱柱分离检测器检测器信号记录信号记录2.2.气相色谱分析的一般流程：气相色谱分析的一般流程：22:07:45气相色谱仪器气相色谱仪器22:07:4522:07:45Agilent 6890气相色谱仪气相色谱仪22:07:453、气相色谱仪主要部件(1).(1).载气系统载气系统 包括气源、净化干燥管和载气流速控制；常用的载气有：氢气、氮气、氦气；净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。22:07:45载气系统：载气系统：22:07:45 液体进样器：不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。气化室：气化室：将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。22:07:45(2).进样装置(3).色谱柱（分离柱）系统包括色谱柱和柱温箱包括色谱柱和柱温箱。色谱柱：色谱柱：色谱仪的核心部件。柱材质：柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。柱填料：柱填料：粒度为60-80或80-100目的色谱固定相。液液-固色谱：固体吸附剂固色谱：固体吸附剂 液液-液色谱：担体液色谱：担体+固定液固定液22:07:45色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。1）填填充充柱柱 填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相，一般内径为24 mm，长13m。填充柱的形状有U型和螺旋型二种。2）毛细管柱毛细管柱 毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁，多孔层和涂载体空心柱。涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0.l0.5mm的毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢，玻璃或石英。毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小，而柱子可以做到长几十米。与填充柱相比，其分离效率高（理论塔板数可达106）、分析速度块、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。色谱柱系统：色谱柱系统：22:07:45(4).检测系统 色谱仪的“眼睛”，通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；检测器：检测器：广普型广普型对所有物质均有响应；对所有物质均有响应；专属型专属型对特定物质有高灵敏响应；对特定物质有高灵敏响应；常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器等。22:07:45(5).温度控制系统 温度温度是色谱分离条件的重要选择参数；是色谱分离条件的重要选择参数；气化室、分离室（柱温箱）、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；气化室：保证液体试样瞬间气化；检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；通常情形下，T汽化室 T检测器 T柱温五五.色谱法的分类（一）：按两相的物理状态分类色谱法的分类（一）：按两相的物理状态分类色色 谱谱气相色谱气相色谱液相色谱液相色谱气液色谱（气液色谱（GLC）：）：固定相为液体固定相为液体气固色谱（气固色谱（GSC）：）：固定相为固体固定相为固体（GC：以气体为流动相以气体为流动相）液液色谱（液液色谱（LLC）：固定相为液体固定相为液体液固色谱（液固色谱（LSC）：）：固定相为固体固定相为固体（LC：以液体为流动相以液体为流动相）色谱法的分类（二）：按固定相存在状态分类色谱法的分类（二）：按固定相存在状态分类色色 谱谱柱色谱柱色谱：将很细的固定相装入玻璃管或金属管内，将很细的固定相装入玻璃管或金属管内，流动相依靠自身的重力或外加压力通过固定相。流动相依靠自身的重力或外加压力通过固定相。平板色谱平板色谱：固定相是多孔的固定相是多孔的滤纸滤纸或固定相是均或固定相是均匀地铺在一块匀地铺在一块玻璃板或塑料板玻璃板或塑料板上，让流动相通过上，让流动相通过毛细现象或重力作用携带样品通过固定相。毛细现象或重力作用携带样品通过固定相。纸上层析纸上层析（PC）薄层色谱薄层色谱（TLC）色谱法的分类（三）：按照分离原理分类色谱法的分类（三）：按照分离原理分类方法名称方法名称分离过程性质分离过程性质测量单位测量单位吸附色谱吸附色谱吸附吸附吸附系数吸附系数分配色谱分配色谱萃取萃取分配系数分配系数离子交换色谱离子交换色谱 静电作用或扩散静电作用或扩散电离常数和有电离常数和有效离子直径效离子直径凝胶色谱凝胶色谱扩张扩张有效分子尺寸有效分子尺寸生物亲和色谱生物亲和色谱 与亲和剂的生物与亲和剂的生物特征的相互作用特征的相互作用无通用单位无通用单位高效能高效能填充柱都有几千块理论塔板毛细管柱可达104块105块理论塔板，可以分析沸点十分相近的组分和极为复杂的多组分混合物选择性好选择性好可分离复杂混合物，有机同系物，异构体/手性异构体，同分异构化合物。22:07:45六六.气相色谱分析法的优点：气相色谱分析法的优点：高灵敏度高灵敏度 可以检测出10-11g10-13g物质痕量杂质分析：可以测出超纯气体、高分子单体、高纯试剂中质量分数为10-610-10数量级的杂质大气污染物分析：可以直接检出质量分数为10-9数量级的痕量毒物农药残留物的分析：可以检出农副产品、食品、水质中质量分数为10-610-9数量级的氯、硫、磷化合物分析速度快分析速度快一般分析可在几分钟到几十分钟内完成，某些快速分析1s内可以分析数个组分。应用范围广应用范围广适用于沸点低于400、热稳定性好、分子量400以下的各种有机或无机试样的分析。既可以分析气体试样，也可以分析易挥发或可转化为易挥发的液体和固体。不足之处：不足之处：不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。被分离组分的定性较为困难。1.1.基线与基线漂移基线与基线漂移基线：在色谱操作条件下，仅有流动相通过监测器基线：在色谱操作条件下，仅有流动相通过监测器时，由记录仪得到的信号时间曲线。时，由记录仪得到的信号时间曲线。基线漂移：基线随时间定向缓慢地变化。基线漂移：基线随时间定向缓慢地变化。基线基线基线漂移基线漂移图图8-1 某物质的色谱图某物质的色谱图8.2 8.2 基本理论基本理论8.2.1 基本概念2.2.死时间与死体积死时间与死体积死时间（死时间（dead timedead time）：）：不被固定相吸附或溶解的惰性不被固定相吸附或溶解的惰性组分，从进样到出峰的峰顶点之间测得的时间，以组分，从进样到出峰的峰顶点之间测得的时间，以t tM M表表示。示。死体积（死体积（dead volumedead volume）：）：死时间内流动相流经色谱柱死时间内流动相流经色谱柱的体积，又指色谱柱填充固定相后的空隙体积。的体积，又指色谱柱填充固定相后的空隙体积。图图8-2 某组分的色谱图某组分的色谱图3.3.保留时间、调整保留时间、保留体积、调整保留体积保留时间、调整保留时间、保留体积、调整保留体积保留时间（保留时间（retention timeretention time）:从进样到组分峰顶点之间测得从进样到组分峰顶点之间测得的时间，用的时间，用t tR R表示。表示。调整保留时间（调整保留时间（adjusted retention timeadjusted retention time）：）：组分的保留时组分的保留时间扣除死时间后的时间。间扣除死时间后的时间。保留体积（保留体积（retention volumeretention volume）：）：从进样开始到监测器中样从进样开始到监测器中样品浓度最大时，流动相流经色谱柱的体积。品浓度最大时，流动相流经色谱柱的体积。调整保留体积（调整保留体积（adjusted retention volumeadjusted retention volume）:保留体积扣除保留体积扣除死体积后的体积。死体积后的体积。图图8-3 某组分的色谱图某组分的色谱图4.4.相对保留相对保留值值相对保留因子相对保留因子21 21（relative retention value)relative retention value)：组分：组分2 2与基准组分与基准组分1 1的调整保留时间之比的调整保留时间之比.5.5.色谱峰的区域宽度色谱峰的区域宽度色谱峰的区域宽度：标准偏差标准偏差:为正态分布曲线上两拐点距离的一半。正常峰有为正态分布曲线上两拐点距离的一半。正常峰有为为0.6070.607倍峰高处的色谱峰宽的一半。倍峰高处的色谱峰宽的一半。半峰宽半峰宽Y Y1/21/2=2.354=2.354：峰高一半处色谱峰的宽度。：峰高一半处色谱峰的宽度。峰宽或基线宽度峰宽或基线宽度Y=4Y=4：通过峰两侧的拐点做切线与峰底相交的通过峰两侧的拐点做切线与峰底相交的宽度。宽度。6.6.分离度分离度分离度也称分辩率。它是指相邻两色谱峰保留值之差分离度也称分辩率。它是指相邻两色谱峰保留值之差与两峰底宽平均值之比与两峰底宽平均值之比。一般情况下，当一般情况下，当R1R1时，两峰总有部分重叠；时，两峰总有部分重叠；当当R R1 1时，两峰能明显分离；时，两峰能明显分离；R R1.51.5时，两峰已完全分离时，两峰已完全分离。更大的更大的R R值，分离效果会更好，但会延长分析时间。值，分离效果会更好，但会延长分析时间。分离度分离度R=0.75 不完全分离不完全分离R=1.0峰峰A中含有中含有4%的的 BRs=1.5 分离程度可达分离程度可达99.7%；基本完全分离基本完全分离（相邻峰完全分开的标志）。（相邻峰完全分开的标志）。保留时间之差两峰宽的均值分离方程分离方程由上式可得由上式可得若在1m长的色谱柱上测得分离度为0.68，要使它完全分离，则柱长至少应为多少米？答：L2=(R2/R1)2 L1 完全分离R2=1.5L2=(1.5/0.68)21=4.87(m)塔塔板板理理论论认认为为，一一根根柱柱子子可可以以分分为为n n段段，在在每每段段内内组组分分在在两两相相间间很很快快达达到到平平衡衡，把把每每一一段段称称为为一一块块理理论论塔塔板板。色色谱谱柱柱塔塔板板高高度度用用H H表表示示，K K小小的先出柱，的先出柱，K K有微小差异组分仍可获较好分离。有微小差异组分仍可获较好分离。（一）塔板理论四个基本假设（一）塔板理论四个基本假设（二）理论板数和理论塔板高度的计算（二）理论板数和理论塔板高度的计算8.2.2 塔板理论（一）塔板理论的四个基本假设（一）塔板理论的四个基本假设1 1在柱内一小段高度内组分分配瞬间达平衡在柱内一小段高度内组分分配瞬间达平衡 （HH理论塔板高度）理论塔板高度）2 2载气非连续而是间歇式载气非连续而是间歇式（脉动式）（脉动式）进入色谱柱，进入色谱柱，每次进气一个塔板体积每次进气一个塔板体积3 3样品和载气均加在第样品和载气均加在第0 0号塔板上，且忽略样品号塔板上，且忽略样品 沿柱方向的纵向扩散沿柱方向的纵向扩散4 4分配系数在各塔板上是常数分配系数在各塔板上是常数（二）理论板数和理论塔板高度的计算（二）理论板数和理论塔板高度的计算 理理论论塔塔板板高高度度HH为为使使组组分分在在柱柱内内两两相相间间达达到到一一次次分分配配平平衡所需要的柱长衡所需要的柱长理理论论塔塔板板数数nn组组分分流流过过色色谱谱柱柱时时，在在两两相相间间进进行行平平衡衡分分配的总次数配的总次数 续前练习例例1 1：在在柱柱长长为为2 2 m m的的色色谱谱柱柱、柱柱温温为为100100，测测定定苯苯的的保保留留时时间间为为1.5 1.5 minmin，半半峰峰宽宽为为 0.10 0.10 minmin，求求理论塔板数和塔板高度。理论塔板数和塔板高度。解：例例2 2：在一根在一根2 m2 m长的色谱柱上长的色谱柱上,分析一个混分析一个混合物合物,得到以下数据得到以下数据:苯、甲苯及乙苯的保苯、甲苯及乙苯的保留时间分别为留时间分别为120”,22”120”,22”及及31”31”；半峰宽为半峰宽为6.33”,8.73”,12.3”6.33”,8.73”,12.3”，求色，求色谱柱对每种组分的理论塔板数及塔板高度。谱柱对每种组分的理论塔板数及塔板高度。注意单位换算！注意单位换算！例3在2m长的色谱柱上，测得某组分保留时间（tR）6.6min，峰底宽（Y）0.5 min，死时间（tm）1.2min，柱出口用皂膜流量计测得载气体积流速（Fc）40 ml/min,固定相（Vs）2.1mL，求：（1）死体积Vm（2）调整保留时间（3）有效塔板数neff（4）有效塔板高度Heff 速率理论认为，每个组分粒子在色谱柱内固定相和流动相间要发生千万次转移，加上分子扩散和运动途径等因素，它在柱内的运动是高度不规则的，是随机的，在柱中随流动相前进的速度是不均一的。8.2.3 8.2.3 速率理论速率理论 一一.范第姆特（范第姆特（Van Van DeemterDeemter ）方程式）方程式吸收了塔板理论的有效成果吸收了塔板理论的有效成果HH，并从动力学角度较好地解释了影响柱效的因素并从动力学角度较好地解释了影响柱效的因素给出给出H H与载气线速度与载气线速度u u的关系的关系涡流扩散项涡流扩散项涡流扩散项涡流扩散项纵向扩散项纵向扩散项纵向扩散项纵向扩散项传质阻力项传质阻力项传质阻力项传质阻力项1.1.涡流扩散项涡流扩散项A A产生原因：产生原因：载气携样品进柱，遇到来自固定相颗粒的阻载气携样品进柱，遇到来自固定相颗粒的阻力力路径不同路径不同涡流扩散涡流扩散影响因素：影响因素：固体颗粒越小，填充越实，A项越小 讨论：讨论：讨论：讨论：注：填充柱60100目 空心毛细管柱（0.10.5mm），A=0，n理较高图示2.2.纵向扩散项纵向扩散项（分子扩散项）（分子扩散项）：B/uB/u（链接）（链接）产生原因：产生原因：组分在固定相中被流动相推动向前、展开组分在固定相中被流动相推动向前、展开 两边浓度差两边浓度差气相传质过程气相传质过程 指试样组分从气相移动到固定相表面的指试样组分从气相移动到固定相表面的质量交换过程质量交换过程液相传质过程液相传质过程 指试样组分从固定相的气液界面移动到指试样组分从固定相的气液界面移动到液相内部，再返回到气液界面的质量交液相内部，再返回到气液界面的质量交换过程换过程3.3.传质阻力项：传质阻力项：CuCu流速与柱效的关系最佳流速最佳流速小结：范氏方程说明了在色谱分离条件的选择中，填充 均匀程度、填充物的粒度、流动相的种类及流速、固定相的液膜厚度等对柱效和峰展宽的影响一、气液色谱固定相一、气液色谱固定相固定液固定液+载体（担体）载体（担体）固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态。一定呈液体状态。固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断扩大。扩大。高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多。高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多。固定液固定液8.3 色谱柱和固定相 对固定液的要求对固定液的要求第一、热稳定性好，有较低的蒸气压（10Pa），在高柱温下不分解。第二、化学稳定性好，不与载气、载体、试样组分发生反应。第三、固定液的粘度和凝固点要低，在工作柱温下，能均布在载体表面形成液膜。第四、各组分必须在固定液中有一定的溶解度。第五、对被分离组分的选择性要高，即分配系数有较大差别。固定液的分类（按化学结构分）：固定液的分类（按化学结构分）：将有相同官能团的固定液排列在一起，然后按官能团的将有相同官能团的固定液排列在一起，然后按官能团的类型不同分类。类型不同分类。（1）按化学结构分类的固定液）按化学结构分类的固定液 固定液的结构类型固定液的结构类型 极极 性性固定液举例固定液举例 分分 离离 对对 象象 烃类烃类 最弱极性最弱极性角鲨烷、石蜡油角鲨烷、石蜡油 非极性化合物非极性化合物 硅氧烷类硅氧烷类极性范围广，从极性范围广，从弱极性到强极性弱极性到强极性甲基、苯基、氟甲基、苯基、氟基、氰基硅氧烷基、氰基硅氧烷不同极性化合不同极性化合物物 醇类和醚类醇类和醚类 强极性强极性 聚乙二醇聚乙二醇 强极性化合物强极性化合物 酯类和聚酯酯类和聚酯 中强极性中强极性 苯甲酸二壬酯苯甲酸二壬酯 应用较广应用较广 腈和腈醚腈和腈醚 强极性强极性氧二丙腈、苯乙氧二丙腈、苯乙腈腈 极性化合物极性化合物（2）按麦氏常数分类）按麦氏常数分类 固定相名称固定相名称 型型 号号麦氏常数麦氏常数总和总和最高使最高使用温度用温度角鲨烷角鲨烷SQSQ0 0150150甲基硅油或甲基硅橡胶甲基硅油或甲基硅橡胶SE-30 OV-101 SP-2100 SF-SE-30 OV-101 SP-2100 SF-9696205-229205-229350350苯基（苯基（10%10%）甲基硅氧烷）甲基硅氧烷OV-3OV-3423423350350苯基（苯基（20%20%）甲基硅氧烷）甲基硅氧烷OV-7OV-7592592350350苯基（苯基（50%50%）甲基硅氧烷）甲基硅氧烷DC-710 OV-17 SP-2250DC-710 OV-17 SP-2250827-884827-884375375苯基（苯基（60%60%）甲基硅氧烷）甲基硅氧烷OV-22OV-2210751075350350三氟丙基（三氟丙基（50%50%）甲基聚）甲基聚硅氧烷硅氧烷OV-210 QF-1 SP-2401OV-210 QF-1 SP-24011500-15201500-1520275275氟乙基（氟乙基（25%25%）甲基硅）甲基硅氧烷氧烷XE-60XE-6017851785250250聚乙二醇聚乙二醇-20000-20000Carbowax-20MCarbowax-20M23082308225225聚己二酸二乙二醇酯聚己二酸二乙二醇酯DEGADEGA27642764200200聚丁二酸二乙二醇酯聚丁二酸二乙二醇酯DEGSDEGS350435042002001,2,3-1,2,3-三三(2-(2-氰乙氧基氰乙氧基)丙丙烷烷TCEPTCEP4145414517517522:07:47聚乙二醇聚乙二醇聚苯基甲基硅氧烷聚苯基甲基硅氧烷聚二甲硅氧烷聚二甲硅氧烷固定液的选择固定液的选择固定液的选择固定液的选择 “相似相溶相似相溶”规律，选择与试样性质相近的固定相。规律，选择与试样性质相近的固定相。第一，非极性试样一般选用非极性的固定液。第一，非极性试样一般选用非极性的固定液。第二，中等极性的试样应首先选用中等极性固定液。第二，中等极性的试样应首先选用中等极性固定液。第三，强极性试样应选用强极性固定液。第三，强极性试样应选用强极性固定液。第四，具有酸性或碱性的试样，可选用带有酸性或碱性基团第四，具有酸性或碱性的试样，可选用带有酸性或碱性基团 的高分子多孔微球，还可选用强极性固定液。的高分子多孔微球，还可选用强极性固定液。第五，能形成氢键的试样，应选用氢键型固定液。第五，能形成氢键的试样，应选用氢键型固定液。第六，对于复杂组分性质不明的未知试样，一般首先在最常第六，对于复杂组分性质不明的未知试样，一般首先在最常 用的五种固定液上进行实验，观察未知物色谱图的分用的五种固定液上进行实验，观察未知物色谱图的分 离情况，然后在离情况，然后在1212种常用固定液中，选择合适极性的种常用固定液中，选择合适极性的 固定相。固定相。载体（担体）载体（担体）载体是固定液的支持骨架，固定液可在其载体是固定液的支持骨架，固定液可在其表面上形成一层薄而匀的液膜，以加大与流动表面上形成一层薄而匀的液膜，以加大与流动相接触的面积。相接触的面积。可以作为载体使用的物质应满足以下条件：可以作为载体使用的物质应满足以下条件：具有多孔性，即比表面积大具有多孔性，即比表面积大 化学惰性化学惰性 热稳定性好热稳定性好 有一定的机械强度，不易破碎有一定的机械强度，不易破碎 颗粒大小均匀、适度。一般常用颗粒大小均匀、适度。一般常用60-8060-80目、目、80-10080-100目。目。载体种类及性能：载体种类及性能：分为两大类，即硅藻土类和非硅藻土类分为两大类，即硅藻土类和非硅藻土类硅藻土类载体：硅藻土类载体：天然硅藻土类经煅烧等处理后而获得的具有天然硅藻土类经煅烧等处理后而获得的具有一定粒度的多孔性颗粒。一定粒度的多孔性颗粒。按其制造方法又分：红色载体和白色载体。按其制造方法又分：红色载体和白色载体。非硅藻土类载体：非硅藻土类载体：品种不一，多在特殊情况下使用，如氟载品种不一，多在特殊情况下使用，如氟载体、玻璃珠，高分子多孔微球。特点是表面空隙适中，比表面体、玻璃珠，高分子多孔微球。特点是表面空隙适中，比表面积适中，机械强度较强，耐高温，耐强腐蚀。积适中，机械强度较强，耐高温，耐强腐蚀。红色载体：红色载体：因含有少量因含有少量氧化铁氧化铁颗粒呈红色而得名。特颗粒呈红色而得名。特点是孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度高，点是孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度高，载液能力强。适宜分离载液能力强。适宜分离非极性或弱极性非极性或弱极性组分的试样。缺组分的试样。缺点是表面存有活性吸附中心点。点是表面存有活性吸附中心点。白色载体：白色载体：天然硅藻土在煅烧时加入了天然硅藻土在煅烧时加入了少量助溶剂少量助溶剂（碳酸钠），使氧化铁转变为白色的铁硅酸钠而得名。（碳酸钠），使氧化铁转变为白色的铁硅酸钠而得名。特点是颗粒疏松，孔径较大，表面积较小，机械强度较特点是颗粒疏松，孔径较大，表面积较小，机械强度较差，载液能力中等。但表面无吸附中心，吸附性显著减差，载液能力中等。但表面无吸附中心，吸附性显著减小，适宜分离小，适宜分离极性极性组分的试样。组分的试样。22:07:47填充柱气液色谱载体一览表填充柱气液色谱载体一览表载体的选择的基本原则载体的选择的基本原则(1)固定液用量在5%以上的，采用硅藻土型载体；固定液用量在5%以下的，采用表面处理过的载体。(2)高沸点组分的分离，由于控制的柱温(色谱柱温度)较高，使用玻璃微球作载体。(3)对高腐蚀性的组分，应选用抗腐蚀性强的聚四氟乙烯载体(氟载体)。载体的粒度常选用60-80目或80-100目，高效柱可选用100-120目。二、气固色谱固定相二、气固色谱固定相固定相：固定相：1）吸附剂硅胶，Al2O3（极性，吸附力强）活性炭（非极性）2）分子筛：吸附+分子筛3）高分子多孔微球-GDX、有机合成高分子聚合物、吸附+分配机制装柱过程：装柱过程：1）空柱管酸洗，碱洗，乙醚洗2）固定液（20%）溶解在有机溶剂载体 3）静态老化4）动态老化吸附剂吸附剂主要化学成分主要化学成分最高使最高使用温度用温度性性 质质分分 离离 特特 征征活性炭活性炭 C C 300300非极性非极性永久性气体、低沸点永久性气体、低沸点烃类烃类石墨化石墨化 碳黑碳黑 C C 500500非极性非极性主要分离气体及烃类主要分离气体及烃类 硅胶硅胶 SiOSiO2 2xHxH2 2O O 400400氢键型氢键型永久性气体及低烃类永久性气体及低烃类氧化铝氧化铝 AlAl2 2O O3 3 400400弱极性弱极性烃类及有机异构体烃类及有机异构体分子筛分子筛X(MO)X(MO)y(Aly(Al2 2O O3 3)zSiOzSiO2 2nHnH2 2O O 400400极极 性性特别适宜分离永久气特别适宜分离永久气体体气固色谱常用的几种吸附剂及其性能气固色谱常用的几种吸附剂及其性能高分子多孔微球（高分子多孔微球（GDX系列）：系列）：新型的有机合成固定相，它既是载体又起固定新型的有机合成固定相，它既是载体又起固定液作用，分为极性和非极性两种。液作用，分为极性和非极性两种。非极性的是苯乙烯与二乙烯苯共聚而成，如国非极性的是苯乙烯与二乙烯苯共聚而成，如国内的内的GDX1GDX1型和型和GDX2GDX2型，国外的型，国外的ChromosorbChromosorb系列系列 极性的是在苯乙烯、二乙烯苯共聚物中引入了极性的是在苯乙烯、二乙烯苯共聚物中引入了极性官能团，如国内的极性官能团，如国内的GDX3GDX3型和型和GDX4GDX4型，国外的型，国外的PorapakPorapak等。等。降解温度降解温度250250，热稳定性好，不流失，特别，热稳定性好，不流失，特别适用于有机物中痕量水的分析，也可用于多元醇、适用于有机物中痕量水的分析，也可用于多元醇、脂肪酸、腈类、胺类的分析。脂肪酸、腈类、胺类的分析。22:07:488.4 8.4 检测器检测器气相色谱气相色谱检测器检测器n1.热导池检测器热导池检测器n2.氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器n3.电子捕获检测器电子捕获检测器n4.火焰光度检测器火焰光度检测器1.1.热导检测器TCDl对可挥发性对可挥发性的的有机有机有机有机和和无无无无机物机物机物机物都有响应都有响应根据各种物质和具有不同根据各种物质和具有不同的的热导率热导率，采用热敏元件，采用热敏元件进行测定进行测定1321 热导检测器示意图热导检测器示意图返回灵敏度较低，适应于常量和10-6数量级以上的样品分析。2.2.氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器FIDFIDbb检测含碳检测含碳检测含碳检测含碳有机化合有机化合有机化合有机化合物物物物被测组分出色谱柱后，与被测组分出色谱柱后，与氢气混合，进入离子室火氢气混合，进入离子室火焰区，生成正负离子，并焰区，生成正负离子，并向两极移动，形成离子流，向两极移动，形成离子流，经放大后送至记录仪记录经放大后送至记录仪记录1321 氢火焰离子化监测器示意图氢火焰离子化监测器示意图返回3.3.电子捕获检测器电子捕获检测器ECDECD对具有对具有电负性电负性的物质，的物质，如含卤素、硫、磷、氮如含卤素、硫、磷、氮的物质有响应，而对非的物质有响应，而对非电负性的物质无响应。电负性的物质无响应。放射源将载气（如放射源将载气（如N2）电电离为游离基和低能电子：离为游离基和低能电子：N2 N2+e电负性的物质进入检测器后，捕电负性的物质进入检测器后，捕获低能电子：获低能电子：AB+e-AB-+E从而使基流下降，产生负讯号从而使基流下降，产生负讯号-倒峰倒峰1322 电子捕获检测器示意图电子捕获检测器示意图返回4.4.火焰光度检测器火焰光度检测器FPDFPDbb对含硫、对含硫、对含硫、对含硫、磷的化合磷的化合磷的化合磷的化合物具有响物具有响物具有响物具有响应应应应含硫有机化合物在富氢焰（含硫有机化合物在富氢焰（H2:O2 3:1）中燃烧：中燃烧：RS+O2 SO2+CO2 SO2+8H 2S+4H2OS+S S 2（激发态：回到激发态：回到基态时发射基态时发射394nm的特征光的特征光）含磷有机物燃烧形成含磷有机物燃烧形成HPOHPO碎片，发射碎片，发射526nm526nm的特征光。的特征光。1323 火焰光度检测器示意图火焰光度检测器示意图返回8.5 8.5 定性和定量分析方法定性和定量分析方法色谱的定色谱的定性分析性分析（1 1）用已知纯物质对照定性）用已知纯物质对照定性（2 2）利用文献的保留数据进行定性）利用文献的保留数据进行定性（3 3）利用经验规律定性）利用经验规律定性（4 4）与化学方法结合定性）与化学方法结合定性（5 5）与其它仪器连用进行定性）与其它仪器连用进行定性1.1.色谱的定性分析：是指确定试样的组成，即确定每色谱的定性分析：是指确定试样的组成，即确定每个色谱峰代表什么组分。个色谱峰代表什么组分。与其它仪器联用进行定性与其它仪器联用进行定性与核磁共振连用与核磁共振连用与红外光谱连用与红外光谱连用与质谱连用与质谱连用返回2.2.色谱的定量分析色谱的定量分析n 、是绝对校正因子，这是色谱定量分析的依是绝对校正因子，这是色谱定量分析的依据据n（GC的热导池、电子捕获检测器是浓度型，氢火焰离的热导池、电子捕获检测器是浓度型，氢火焰离子化检测器是质量型）子化检测器是质量型）(1)定量基础（2 2）色谱的响应信号：）色谱的响应信号：色谱的响应信号是色谱的响应信号是峰高峰高或或峰面积峰面积。一般来说，峰面积的大小不受操作条件如柱温、一般来说，峰面积的大小不受操作条件如柱温、流动相的流速、进样速度等条件的影响，从这一流动相的流速、进样速度等条件的影响，从这一点来说，峰面积更适合于定量分析点来说，峰面积更适合于定量分析。（3 3）定量校正因子）定量校正因子n1.绝对校正因子：组分i通过检测器的量与检测器对该组分的响应信号之比。n2.相对校正因子：是指组分i和某一基准物（参照物质）S的绝对校正因子之比。n3.测量方法：准确称取被测组分和基准物质，混匀后，于实验条件下，测量各峰的面积，由相对校正因子的定义，通过计算即可得到.绝对校绝对校正因子正因子相对校相对校正因子正因子定量分析方法定量分析方法1.外标法外标法2.内标法内标法3.归一化法归一化法三种方法各有其优缺点和适用范围，应根据三种方法各有其优缺点和适用范围，应根据实际情况，具体选用。实际情况，具体选用。continue（4 4）定量分析方法：外标法）定量分析方法：外标法(类标准曲线法类标准曲线法)n将待测组分的纯物质配成将待测组分的纯物质配成不同浓度不同浓度的标准溶液，使浓的标准溶液，使浓度与待测组分接近，然后取固定量的上述溶液进行色度与待测组分接近，然后取固定量的上述溶液进行色谱分析，得到各标准样品的对应色谱图。谱分析，得到各标准样品的对应色谱图。某组分的标准物质的色谱图某组分的标准物质的色谱图再在同样的条件下（同样的色谱操作条件和再在同样的条件下（同样的色谱操作条件和进同样的体积），分析待测试样，得到色谱进同样的体积），分析待测试样，得到色谱图。图。图图1313 某样品的色谱图某样品的色谱图以标准样品的色谱峰面积作图，得到一条标准曲以标准样品的色谱峰面积作图，得到一条标准曲线，再在标准曲线上根据待测样品的峰面积查出线，再在标准曲线上根据待测样品的峰面积查出待测组分的浓度。待测组分的浓度。图图1314 标准工作曲线图标准工作曲线图外标法的特点：外标法的特点：操作简单，因而适用于工厂的控制分析和自动分析，但结果的操作简单，因而适用于工厂的控制分析和自动分析，但结果的准确度取决于进样量的重现性和操作条件的稳定性。准确度取决于进样量的重现性和操作条件的稳定性。返回内标法内标法方法：方法：准确称取样品，加入一定量的某种准确称取样品，加入一定量的某种纯物质纯物质作为作为内标物内标物，然后进行色谱分析，根据被测组分，然后进行色谱分析，根据被测组分和内标物在色谱图上相应的峰面积（或峰高）与和内标物在色谱图上相应的峰面积（或峰高）与相对校正因子，求出待测组分的含量。相对校正因子，求出待测组分的含量。注意：注意：此处所用内标物与外标法中的标准物质此处所用内标物与外标法中的标准物质不同。不同。内标物一定是样品中不存在的内标物一定是样品中不存在的，内标峰应，内标峰应和各组分的峰分开，并尽量接近待测组分。内标和各组分的峰分开，并尽量接近待测组分。内标物可以是测量相对校正因子时所用的基准物。物可以是测量相对校正因子时所用的基准物。图图1315某化合物的色谱图某化合物的色谱图内标法的内标法的内标法的内标法的计算公式计算公式计算公式计算公式内标法的优点：内标法的优点：由于内标法是通过测量内标物及由于内标法是通过测量内标物及待测组分的峰面积的相对值来进行计算的，因而可待测组分的峰面积的相对值来进行计算的，因而可在一定程度上消除操作条件的变化所引起的误差在一定程度上消除操作条件的变化所引起的误差。内标法的缺点：在试样中增加了一个内标物，这在试样中增加了一个内标物，这常常给分离带来一定的困难。常常给分离带来一定的困难。返回 （4 4）定量分析方法）定量分析方法 ：归一化法：归一化法要求：要求：样品中的所有组分都能出峰。样品中的所有组分都能出峰。图图1316 某样品的色谱图某样品的色谱图归一化法归一化法归一化法归一化法：把试样中所有组分的含量之和按把试样中所有组分的含量之和按把试样中所有组分的含量之和按把试样中所有组分的含量之和按100%100%100%100%计算，以它们相应的色谱峰面积或峰高计算，以它们相应的色谱峰面积或峰高计算，以它们相应的色谱峰面积或峰高计算，以它们相应的色谱峰面积或峰高作为定量参数，通过下式计算各组分的含量作为定量参数，通过下式计算各组分的含量作为定量参数，通过下式计算各组分的含量作为定量参数，通过下式计算各组分的含量归一化法归一化法特点特点优点：优点：简便、准确、操作条件（如：进简便、准确、操作条件（如：进样量、流速等）变化时，对分析结果影样量、流速等）变化时，对分析结果影响较小，这种方法常用于常量分析，尤响较小，这种方法常用于常量分析，尤其适用于进样量很少而其体积不易准确其适用于进样量很少而其体积不易准确测量的液体样品。测量的液体样品。缺点：缺点：经过色谱分离后，样品中所有的经过色谱分离后，样品中所有的组分都要能产生可测量的峰组分都要能产生可测量的峰返回8.6 GC8.6 GC在生物工程分析中的应用在生物工程分析中的应用对于那些对于那些具有挥发性的天然复杂样品以及需要高检测灵敏度的具有挥发性的天然复杂样品以及需要高检测灵敏度的样品，样品，GCGC是最佳选择是最佳选择，尤其是，尤其是GCGC与质谱的联用分析。与质谱的联用分析。GCGC的仪器的仪器不仅本身价格便宜，而且保养与使用成本也很低，仪器易于自不仅本身价格便宜，而且保养与使用成本也很低，仪器易于自动化，可以在很短的分析时间内获得准确的分析结果。动化，可以在很短的分析时间内获得准确的分析结果。GCGC的分的分离度和检测灵敏度比液相色谱高。正是因为离度和检测灵敏度比液相色谱高。正是因为GCGC的这些优势，才的这些优势，才使得它在药物、石油、化工、环境等许多应用领域仍然发挥着使得它在药物、石油、化工、环境等许多应用领域仍然发挥着重要作用。重要作用。应用领域应用领域分析对象举例分析对象举例环境环境水样中芳香烃，杀虫剂，除草剂，水中锑形态水样中芳香烃，杀虫剂，除草剂，水中锑形态石油石油原油成分、汽油中各种烷烃和芳香烃原油成分、汽油中各种烷烃和芳香烃化工化工喷气发动机燃料中烃类，石蜡中高分子烃喷气发动机燃料中烃类，石蜡中高分子烃食品、水果、蔬菜食品、水果、蔬菜植物精炼油中各种烯烃、醇和酯，亚硝胺，香料中植物精炼油中各种烯烃、醇和酯，亚硝胺，香料中香味成分，人造黄油中的不饱和十八酸，牛奶中饱香味成分，人造黄油中的不饱和十八酸，牛奶中饱和和不饱和脂肪酸和和不饱和脂肪酸生物生物植物中萜类，微生物中胺类、脂肪酸类、脂肪酸酯植物中萜类，微生物中胺类、脂肪酸类、脂肪酸酯类类医药医药血液中汞形态、血液中汞形态、中药中挥发油中药中挥发油法医学法医学血液中酒精，尿中可卡因、安非他命，奎宁及其代血液中酒精，尿中可卡因、安非他命，奎宁及其代谢物，火药成分，纵火样品中的汽油谢物，火药成分，纵火样品中的汽油表表1 GC 在各领域应用的比例在各领域应用的比例A-2 Tab.1 Ratio of GC application between different field应用领域所占的比例/%药物分析 28.9环境分析 25.4农业和食品分析 12.9有机化学品分析 10.3法庭和毒品分析 6.0医学和生物分析 6.0塑料和聚合物分析 5.2无机化学品分析 1.9能源和石油分析 1.7仪器设计和开发 1.7GC 在各领域应用的比例在各领域应用的比例食用酒精 采用PEG-20M毛细管柱，氢焰离子化检测器（FID）检测器，内标法完成对优质食用酒精中甲醇、杂醇油等微量组分的检测。分析结果完全符合国标GB10343-2002的要求。应用实例应用实例采用FID检测器，使用20%DNP+7%吐温-80，或兰州化物所大口径0.53mm专用毛细管柱，完成浓香型白酒和清香型白酒中主要的醇、醛、酸、酯各个组分的分析。分析结果完全符合国标GB10345.7-89/GB10345.8-89白酒中有关醛、醇、酯的分析：选用选用TCDTCD、FIDFID，配以专用色谱柱，可完成对烟气，配以专用色谱柱，可完成对烟气尼古丁尼古丁含量的检测，其方法是国际上普遍采用的含量的检测，其方法是国际上普遍采用的一种快速、准确、先进的测试方法。一种快速、准确、先进的测试方法。对烟草、烟草制品中有机氯、有机磷、拟除虫菊对烟草、烟草制品中有机氯、有机磷、拟除虫菊酯等农药残留的测定，可酯等农药残留的测定，可采用采用不同的毛细管柱来不同的毛细管柱来完成。参考国标完成。参考国标GB/T13595-2004GB/T13595-2004和和GB/T13596-GB/T13596-20042004。烟草及烟草制品检测分析：烟草及烟草制品检测分析：