第十三章气相色谱法课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基础化学 第,2,版,第十三章,气相色谱法,基础化学 第2版第十三章,第十三章 气相色谱法,第一节 概述,第二节 基本理论,第三节 色谱柱和检测器,第四节 定性与定量分析方法,第十三章 气相色谱法第一节 概述,学习要点,1.气相色谱法的分类、,特点,及,基本理论,。,2.气相,色谱仪的基本组,成及工作流程。,3.气相色谱法,的基本概念,（,色谱流出曲,线、保留值、分配系数比、分离度）、色谱分离条件的选择。,4.,定性和定量分析方法。,学习要点1.气相色谱法的分类、特点及基本理论。,学习目的,通过本章学习气相色谱法的基本概念、基本理论，掌握物质分离分析的操作技术，为以后学习药物分析等专业课程奠定基础。,知识要求,掌握,气相色谱法的基本概念、,定量分析方法。,熟悉速率理论、塔板理论；熟悉气相色谱仪的主要构造；熟悉定性分析方法。,了解固定相和流动相的选择；了解分离条件的选择。,能力要求,学会气相色谱法的操作；学会定量分析计算。,学习目标,学习目的 学习目标,一、气相色谱的分类,1.按固定相的物态分类,气-固色谱法、气-液色谱法,2.按色谱柱管径大小、固定相填充方式分类,填充柱色谱法、毛细管柱色谱法,3.按色谱原理分类,吸附色谱法、分配色谱法,第一节 概述,二、气相色谱法的特点,1分离效能高;2分析速度快;,3灵敏度高;4样品用量少;,5应用范围广。,一、气相色谱的分类第一节 概述二、气相色谱法的特点1分离,三、气相色谱仪的基本组成及工作流程,气相色谱仪示意图,1.,载气系统,2.,进样系统,3.,分离系统,4.,检测系统,5.,记录系统,三、气相色谱仪的基本组成及工作流程 气相色谱仪示意图,工作流程：,载气从高压钢瓶输出后，经减压、稳压、稳流和净化处理，流经气化室，将气态试样带入色谱柱，分离后的组分随载气依次流出色谱柱，进入检测器，检测器将载气中各组分浓度或质量的变化转换为强弱不同的电信号，放大后得到色谱流出曲线，经色谱工作站进行数据处理和分析。,基本组成：,1,载气系统气源、气体净化器、气体流速控制和测量装置。,2,进样系统进样器、气化室和控温装置。,3,分离系统色谱柱、柱箱。气相色谱仪的心脏部分。,4,检测系统检测器、控温装置。,5,记录系统 放大器、记录仪或数据处理装置。,气相色谱仪的基本组成及工作流程,工作流程：基本组成：气相色谱仪的基本组成及工作流程,第二节 基本原理,一、基本概念,试样中各组分经色谱柱分离后，随流动相依次流出色谱柱进入检测器，检测器的响应信号,时间曲线称为色谱流出曲线，又称,色谱图。,色谱流出曲线,第二节 基本原理一、基本概念色谱流出曲线,1基线,在操作条件下，色谱柱后没有组分流出，仅有流动相进入检测器时的流出曲线称为基线，基线的波动程度反映仪器检测系统噪声的大小。,2色谱峰,当样品中的组分随流动相进入检测器时，检测器的响应信号大小随时间变化所形成的峰形曲线称为色谱峰。,（一）色谱流出曲线,3峰面积和峰高,（1）,峰面积,：是指峰与峰底之间的面积，用,A,表示。,（2）,峰高,：是指色谱峰最高点到峰底的垂直距离，用,h,表示,。,1基线 （一）色谱流出曲线 3峰面积和峰高,4区域宽度,用于衡量色谱柱效能，包括峰宽、半峰宽和标准偏差。,（,1）峰宽 是色谱峰两侧拐点处的切线在基线上截取的距离，用,W,表示。,（2）半峰宽 是色谱峰高一半处的峰宽用,W,1/2,表示。,（3）标准偏差 是0.607倍峰高处峰宽的一半，用,表示。,基本概念,W,、,W,1/2,和,表示正态分布色谱峰不同峰高处的区域宽度，是衡量色谱柱效能的三种指标，其中,W,1/2,值最容易测量，常用,W,1/2,评价柱效。,W,、,W,1/2,和,之间存在以下数学关系：,4区域宽度 基本概念 W、W1/2和表,（二）保留值,1保留时间,是组分从进样到出现信号最大值时的时间，用,t,R,表示。,2保留体积,是组分从进样到出现信号最大值所需要流过流动相的体积，用,V,R,表示。,式中，,F,c,是流动相的体积流速,(ml/min),。,3死时间,是不被固定相滞留组分的保留时间，用,t,M,或,t,0,表示，,t,M,反映流动相通过色谱柱所需要的时间。,基本概念,（二）保留值1保留时间 是组分从进样到出现信号最大值时的,4死体积,是不被固定相滞留组分的保留体积，用,V,M,或,V,0,表示。,5调整保留时间,是指组分的保留时间与死时间之差用 表示。,是固定相滞留组分的时间。,基本概念,6调整保留体积,组分的保留体积与死体积之差，用 表示。,4死体积 是不被固定相滞留组分的保留体积，用VM或V0表示,（三）分配系数和分配比,1分配系数,色谱过程中，处于动态平衡时组分在固 定相与流动相中的浓度之比为分配系数。,K,随温度变化而变化，与固定相、流动相的体积无关。,基本概念,2分配系数比,是指混合物中相邻两组分的分配系数或容量因子或调整保留值之比。,分配系数比与柱效参数及定性参数密切相关,容量因子或分配系数不等是混合试样分离的前提条件。,（三）分配系数和分配比1分配系数 色谱过程中，处于动态平衡,塔板理论的假设：,(1)在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅速达到；,(2)将载气看作成脉动（间歇）过程；,(3)试样沿色谱柱方向的扩散可忽略；,(4)每次分配的分配系数相同。,（一）塔板理论,半经验理论：将色谱分离过程比作蒸馏过程，将连续的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复（类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程）。,二、基本理论,塔板理论的假设：（一）塔板理论二、基本理论,色谱柱长：,L,;,虚拟的塔板间距离：,H;,色谱柱的理论塔板数：,n;,则三者的关系为：,n,=,L,/,H,理论塔板数与色谱参数之间的关系为：,保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配。,基本原理,色谱柱长：L;保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配。,练习,：,某组分通过,3m长的色谱柱时，保留时间为6min，峰底峰宽为30s，已知死时间为1min，试计算组分在色谱柱上的理论塔板数、有效塔板数、理论塔板高度和有效塔板高度,。,解：组分在该色谱柱上的理论塔板数为,有效塔板数：,理论塔板高度：,有效塔板高度：,基本原理,练习：某组分通过3m长的色谱柱时，保留时间为6min，峰底峰,单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。,用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。,组分在,t,M,时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数和有效塔板高度：,基本原理,单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。基本原理,1.速率方程（范.弟姆特方程式）,H,=,A,+,B,/,u,+,C,u,H,：,理论塔板高度,u,：,载气的线速度,(cm/s),注：,减小,A,、,B,、,C,三项可提高柱效；,存在着最佳流速；,A,、,B,、,C,三项各与哪些因素有关？,(,二,),速率理论,基本原理,1.速率方程（范.弟姆特方程式）注：减小A、B、C三项,A,-,涡流扩散项,固定相颗粒越小，填充的越均匀，,A,，,H,，柱效,n,。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。对于空心毛细管柱，涡流扩散项为零。,基本原理,A-涡流扩散项 固定相颗粒越小，填充的越均匀，A，H,B/u,-分子扩散项,(1)存在着浓度差，产生纵向扩散,(2)扩散导致色谱峰变宽，,H,(,n,)，分离变差,(3)分子扩散项与流速有关，流速，滞留时间，扩散,(4)选择分子量大的载气(如N,2,)，以减小纵向扩散，增加柱效,基本原理,B/u-分子扩散项(1)存在着浓度差，产生纵向扩散 基本原,降低固定相液膜厚度，并增加组分在固定相中的扩散系数，可以减少传质阻力，提高柱效。,C,u-,传质阻力项,基本原理,降低固定相液膜厚度，并增加组分在固定相中的扩散系数，,综合考虑的峰间距离和峰宽两方面的因素，常用分离度作为色谱柱的总分离效能指标。,（三）分离度,当,R,=1.5,时，两峰完全分开，分离程度达到,99.7,。定量分析常以,R,=1.5,作为相邻两组分色谱峰完全分离的标志。,基本原理,综合考虑的峰间距离和峰宽两方面的因素，常用分离度作,第三节 色谱柱和检测器,一、色谱柱,按柱的直径分为两类：,一类是填充柱,，多数是内径,4,6mm的不锈钢管柱，填充吸附剂（气-固色谱）或液态固定相（气-液色谱），常用柱长为2,4m；,另一类是毛细管色谱柱,，常用的是内径为,0.1,0.5mm的玻璃或石英毛细管，柱长几十米至百米,。,第三节 色谱柱和检测器一、色谱柱,（一）气,-,液色谱填充柱,1.对固定液的要求,2.固定液的选择,遵循“相似相溶”原则,3.载体,载体分为硅藻土型和非硅藻土型,（二）气-固色谱填充柱,硅胶、氧化铝、石墨化碳黑、分子筛、高分子多孔微球及化学键合相等都可作为气,-固色谱填充柱的固定相。它们的共同特点是具有一定的吸附活性。,（三）毛细管色谱柱,毛细管柱分为开管型和填充型，开管型毛细管柱主要有两种：一种是涂壁毛细管柱（,WCOT），是将固定液直接涂在毛细管内壁制成；另一种是载体涂层毛细管柱（SCOT）。,（一）气-液色谱填充柱 1.对固定液的要求（二）气-固色,（一）检测器类型,浓度型检测器：,测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测 信号值与组分的浓度成正比。如热导检测器。,质量型检测器：,测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。,二、检测器,（一）检测器类型二、检测器,（二）检测器的性能指标,1噪声和漂移,噪声：无样品通过时，仪器本身和工作条件等偶然因素引起基线的起伏（以噪声带衡量）。,漂移：基线随时间向一个方向的缓慢变化（以一小时内的基线水平变化来表示）。,又称响应值或应答值。指单位物质的含量（质量或浓度）通过检测器时产生的信号变化率。浓度型检测器用,S,c,表示，质量型检测器用,S,m,表示。,E=Sm,S=E/m,单位：mV/（mg/cm,3,）（浓度型检测器）,mV/（mg/s）（质量型检测器）,2,灵敏度,检测器,（二）检测器的性能指标 1噪声和漂移,3检测限,噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。如果要把信号从本底噪声中识别出来，则组分的响应值就一定要高于,N,。,检测器响应值为2倍噪声水平时的试样浓度（或质量），被定义为最低检测限（或该物质的最小检测量）。,检测器,3检测限 检测器,（三）常用的检测器,1热导检测器(TCD),利用被测组分与载气的热导率不同，检测组 分的浓度变化。,特点：,结构简单、稳定性好、线性范围宽、测定范围广，且样品不被破坏，易与其他仪器联用；但灵敏度较低，噪音较大。,检测器,（三）常用的检测器 1热导检测器(TCD)利用被测组分与载,2.电子捕获检测器（ECD）,利用电负性物质捕获电子的能 力，通过测定电子流进行检测的浓度型检测器。,其特点：,具有选择性高、灵敏度高的特点。,检测器,2.电子捕获检测器（ECD）利用电负性物质捕获电子的能,3.氢焰离子化检测(,FID,),利用样品组分在氢焰的作用下，燃烧变成离子，在电场作用下形成离子流（电流），通过测定离子流强度进行检测的检测器。,其特点：,灵敏度高，噪音小，死体积小，线性范围宽，但一般只能测定有机物，检测时样品遭到破坏。,检测器,3.氢焰离子化检测(FID)检测器,4.,火焰光度检测器（,FPD）,是对含硫、含磷化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器，又称硫磷检测器。火焰光度检测器与氢焰检测器联用，可以同时测定硫、磷和含碳有机物。,检测器,4.火焰光度检测器（FPD）是对含硫、含磷化合物具有高选择性,三、分离条件的选择,（一）色谱柱的选择,根据不同的分析试样和分析要求可选择填充柱和毛细管柱。,在保证分离的条件下，应采用尽可能短的色谱柱。,（二）载气种类和流速的选择,1.载气种类的选择,载气种类的选择应考虑三个方面：载