仪器分析气相色谱法3课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本版式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,3.方法特点,1,、高分辨效能,同系物,顺反异构体,2,、选择性好,3,、灵敏度高,检出限可达,10,-11,10,-13,g,4,、分析速度快,几至十几分钟,5,、应用范围广,6、样品应易于气化,11/13/2024,5,4.应用和发展,药物分析中：有关物质检查、原料药和制剂的含量测定、中草药成分分析、药物的纯化、制备的一种手段。,广泛应用于石油化学、化工、有机合成、医药、生物化学、食品分析和环境监测等,发展,两谱联用仪,气相色谱质谱联用（,GC-MS,）,气相色谱傅立叶红外（,GC-FTIR,）,11/13/2024,6,第二节 基本理论,一、基本概念,1.,色谱峰,对称因子,f,s,(symmetry factor),f,s,=W,0.05,/2A=,（A+B）/2A,对称峰,f,s,：,0.951.05,前延峰,f,s,：,1.05,11/13/2024,7,2.基线,噪音随时间变化,t,R,retention time,t,0,dead time,t,R,adjust retention time,t,R,=t,R,t,0,V,R,retention volume,V,0,dead volume,V,R,adjust retention volume,V,R,=V,R,-V,0,=F,c,t,R,3,.保留值,11/13/2024,8,保留指数（,I,）,I,X,=100 Z+n,lg,t,R,（x）,-,lg,t,R,（z）,lg,t,R,（z+n）,-,lg,t,R,（z）,I,X,为待测组分的保留指数，,z,为正构烷烃的碳原子数。可为1、2,，通常为1。人为规定正己烷、正庚烷及正辛烷等的保留指数分别为600、700及800，其它类推。多数同系物每增加一个CH,2,，保留指数约增加100。,11/13/2024,9,说明乙酸正丁酯在Apiezon L柱上的保留行为相当于7.756个碳原子的正构烷烃的保留行为。,例 在,Apiezon,L,柱上，柱温,100,0,C,，,用正庚烷及正辛烷为参考物质对，测定乙酸正丁酯的保留指数。测定结果：,t,0,=30.0”,t,R,=204.0”,乙酸正丁酯的,t,R,=403.0”,I,X,=100 7+1,lg,310,.0,-,lg,174.0,lg,373.4,-,lg,174.0,=775.6,11/13/2024,10,4.色谱峰区域宽度,是色谱柱柱效参数,标准差,半峰宽,W,1/2,峰宽,W,h,W,1/2,1,2,h,11/13/2024,11,（1）标准差,X=0,(X)=0.3989=,h,（峰高）,X=,1,(X)=0.2420=0.607 h,(X),=,1,2,e,X,2,2,-,（2）半峰宽,W,1/2,=0,.355,（3）峰宽,W,=4,=1.699,W,1/2,11/13/2024,12,5.,相平衡参数,1+K,t,0,(,V,S,V,m,),=t,R,t,0,t,R,-,t,0,=,V,S,K,V,m,V,S,t,R,=t,0,K,V,m,11/13/2024,13,相平衡参数,t,R,K,容量因子,分离条件,V,S,t,R,=t,0,K,V,m,V,S,K,V,m,t,R,=k t,0,k,1,k,2,t,R,=t,0,（k,1,-k,2,）,11/13/2024,14,二、等温线（isotherm）,在一定温度下，某组分在固定相和流动相间分配达到平衡时，该组分在两相中浓度的关系称为等温线。,C,s,C,m,K=,C,s,C,m,11/13/2024,15,三、塔板理论,（一）基本假设,height equivalent to a theoretical plate HEPT or H,载气间歇式通过色谱柱,样品和新鲜载气都加在,0,号板上，纵向扩散可略,分配系数,K,在各塔板上是常数,11/13/2024,16,（二）二项式分布,分配色谱过程模型,K,A,=2 K,B,=0.5,0,1,A B,A B,N=0,进样,1.000 1.000,分配平衡,0.333 0.667,载气,0.667 0.333,固定液,N=1,进气,0.333 0.667,载气,0.667 0.333,固定液,分配平衡,0.222 0.222,0.111 0.445,载气,0.445 0.111,0.222 0.222,固定液,塔板号,组分,进气次数,11/13/2024,17,进气N次后，在各塔板内溶质含量的分布符合二项式的展开式，故称为二项式分布：,二项式分布 (,p+q),N,=1,K=,p,q,进气四次后，分配系数大的,A,组分的浓度最高峰在1号塔板（0.132+0.263）分配系数小的,B,组分的浓度最高峰在3号塔板（0.132+0.263）。说明分配系数小的组分迁移速度快。,11/13/2024,18,例：用二项式定理计算进气三次后各塔板内的溶质含量：,(p+q),N,=p,3,+3p,2,q+3pq,2,+q,3,=(0.667+0.333),3,=0.297+0.444+0.222+0.037=1,塔板号 0 1 2 3,11/13/2024,19,进气后第r号塔板中的含量,N,X,r,可由下述通式求出：,N,X,r,=,N!,r!(N-r)!,p,N-1,q,r,11/13/2024,20,例如：N=3，r=0（0号塔板）的含量,N=3,，r=3（3号塔板）的含量,3,X,0,=,3!,0!(3-0)!,0.667,3-0,0.333,0,=0.297,3,X,3,=,3!,3!(3-3)!,0.667,3-3,0.333,3,=0.037,11/13/2024,21,二项式分布曲线,X,N,11/13/2024,22,（三）正态分布,流出曲线的浓度,(C),与时间,(t),的关系,:,C=,C,0,2,e,(t-t,R,),2,2,2,-,t=t,R,时，C=C,max,2,C,max,=,C,0,11/13/2024,23,若用h,max,表示，将W,1/2,=2.355,代入：,A=C,0,=1.065,W,1/2,h,max,C,0,=,2,2.355,W,1/2,h,max,11/13/2024,24,（四）理论塔板高度和理论塔板数,塔板数 n,用标准差表示,n=,t,R,(,),2,色谱峰越窄，n越大，柱效越高,也可用半峰宽表示,n=,t,R,W,1/2,(,),2,5.54,塔板高度,H=,L,n,11/13/2024,25,举例,在柱长2m、5%阿皮松柱、柱温100,0,C、记录纸速为2.0cm/min的实验条件下，测定苯的保留时间为1.5min，半峰宽为0.20cm。求理论塔板高度。,n=,t,R,W,1/2,(,),2,5.54,=,1.50,0.20/2.0,(,),2,5.54,=1.2,10,3,H=,L,n,2000,=,1.2,10,3,=,1.7mm,11/13/2024,26,四、Van Deemter 方程,H=A+B/u+Cu,在低速时，,u,H,柱效,在高速时，,u,H,柱效,11/13/2024,27,影响塔板高度的因素,涡流扩散项,A,A=2,d,p,纵向扩散系数,B,B=2,D,g,传质阻抗项 Cu,11/13/2024,28,1.涡流扩散,A=2d,p,填充不规则因子,d,p,填料（固定相）颗粒的直径,11/13/2024,29,2.纵向扩散,B=2,D,g,与填充物有关,=1 无阻碍 毛细管柱,1(0.50.7)填充柱,D,g,扩散系数,组分分子量,D,g,柱温,D,g,要使,B/u,增大,u（uC,g,C,C,l,11/13/2024,31,d,f,固定液液膜厚度,D,l,组分在固定液中的扩散系数,要使,C,l,降低,d,f,增大,D,l,C,l,=,2,3,k,(1+k),2,d,f,2,D,l,11/13/2024,32,小结：选择不同条件使柱效改善,填充物,粒度,80100,目,均匀,载气,种类分子量大,流速略大于最佳 流速,固定液,类型粘度小,数量少,35%,柱温,统筹考虑，一般选低温柱。,11/13/2024,33,第三节 色谱柱,按柱粗细,分类,吸附柱,分配柱,填充柱,毛细管柱,按分离机制,11/13/2024,34,一、固定液,（一）对固定液的要求,在操作温度下呈液态且蒸气压低,对样品中各组分有足够的溶解能力，分配系数较大,选择性能高,稳定性好,粘度小、凝固点低,11/13/2024,35,（二）固定液的分类,1.化学分类法,烃类,硅氧烷类,醇类,酯类,非聚合酯 聚酯类,甲基硅氧烷 氟烷基硅氧烷,苯基硅氧烷 氰烷基硅氧烷,烃 芳烃,非聚合醇 聚合醇,11/13/2024,36,2.极性分类法,相对极性,特征常数,罗氏特征常数法,麦氏常数法,都是以物质m在某一固定液和非极性固定液(通常是鲨鱼烷)中的保留指数之差作为该固定液相对极性强弱的度量。,11/13/2024,37,（三）固定液的选择,1.,相似性原则,按极性相似原则选择,样品,固定液,非（弱）极性,非极性,中等极性,中等极性,极性（强）极性,极性,极性强后出柱,低沸点先出柱,低沸点先出柱,出柱顺序,11/13/2024,38,按化学官能团相似选择,固定液与组分的化学官能团相似时，相互作用力最强，选择性最高。,按主要差别选择,若组分沸点差别大，可选非极性固定液；若极性差别是主要矛盾，则选极性固定液。,11/13/2024,39,例：,分离苯与环己烷的混合物,沸点 极性,苯80.1,C，环己烷80.7,C 苯（弱极性）,二者相差0.6,C 环己烷（非极性）,固定液：,非极性 很难分开,DNP t,R苯,=1.5t,R环己烷,PEG-400 t,R苯,=3.9t,R环己烷,11/13/2024,40,二、载体（担体）,对载体的一般要求,比表面积大 孔穴结构好,表面无（或很弱）吸附,不与被分离物质或固定液起化学反应,热稳定性好，粒度均匀，有一定的机械强度等,11/13/2024,41,2.载体的分类,非硅藻土型,硅藻土型,红色载体,与非极性固定液配伍,白色载体,与极性固定液配伍,11/13/2024,42,3载体的钝化,钝化是除去或减弱载体表面的吸附性能。,碱洗法,酸洗法,硅烷化法,除去载体表面的铁、铝等金属氧化物,除去表面的Al,2,O,3,等酸性作用点,除去载体表面的硅醇基,11/13/2024,43,三、气固色谱填充柱,吸附剂,分子筛,高分子多孔微球,化学键合相等,固定相,11/13/2024,44,四、毛细管色谱柱,（一）毛细管色谱柱的分类,涂壁（WCOT）,载体涂层（SCOT）,开管毛细管柱,填充毛细管柱,11/13/2024,45,开管毛细管柱与一般填充柱的比较,柱渗透性好 一般用渗透率来表示色谱柱对气流的阻力，毛细柱比填充柱对气体的阻力小。因此其柱渗透率大，可使用较长的柱子，很高的载气流速，能达到快速分离的目的。,柱效高 在同样条件下分析同一物质时，其理论塔板数比填充柱高10 100倍。,柱容量小 固定液含量只有几十毫克，比填充柱要少几十倍至几百倍，因此进样量必须及其微少。,易实现GC-MS联用 由于其载气流量小，较易维持质谱仪离子源的高真空。,11/13/2024,46,再见,