分析化學(xué) 氣相色譜法

1、第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 氣相色譜法（氣相色譜法（gas chromatography, GCgas chromatography, GC）是以氣體）是以氣體為流動(dòng)相的色譜法。當(dāng)氣化的被測(cè)物質(zhì)隨載氣進(jìn)入色譜為流動(dòng)相的色譜法。當(dāng)氣化的被測(cè)物質(zhì)隨載氣進(jìn)入色譜柱時(shí)，基于被測(cè)物質(zhì)在氣相和固定相之間吸附柱時(shí)，基于被測(cè)物質(zhì)在氣相和固定相之間吸附- -解吸附解吸附（氣（氣- -固色譜）或分配（氣固色譜）或分配（氣- -液色譜）差異進(jìn)行分離。液色譜）差異進(jìn)行分離。氣固色譜氣固色譜：利用不同物質(zhì)在固體吸附劑上的物理吸附：利用不同物質(zhì)在固體吸附劑上的物理吸附-解吸能力不同實(shí)現(xiàn)物

2、質(zhì)的分離。解吸能力不同實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。氣液色譜氣液色譜：利用待測(cè)物在載氣和固定在惰性固體表面：利用待測(cè)物在載氣和固定在惰性固體表面的液體固定相之間的分配原理實(shí)現(xiàn)分離。的液體固定相之間的分配原理實(shí)現(xiàn)分離。第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法 氣相色譜優(yōu)缺點(diǎn)氣相色譜優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：分離能力強(qiáng)：分離能力強(qiáng)： 理論板數(shù)理論板數(shù)103106靈敏度高：靈敏度高： 10-1110-13g選擇性高：可分離對(duì)映體等難分離物質(zhì)選擇性高：可分離對(duì)映體等難分離物質(zhì)快速：一次分析可在幾秒快速：一次分析可在幾秒幾十分鐘完成幾十分鐘完成可用于無發(fā)色團(tuán)組分分析可用于無發(fā)色團(tuán)組分分析缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1.1.只適用于熱穩(wěn)定性好

3、、易氣化的物質(zhì)分析只適用于熱穩(wěn)定性好、易氣化的物質(zhì)分析2.2.分析非揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)需衍生化分析非揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)需衍生化3.3.由于進(jìn)樣量少，定量進(jìn)樣有一定困難由于進(jìn)樣量少，定量進(jìn)樣有一定困難第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法氣相色譜儀氣相色譜儀第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法氣相色譜流程示意圖氣相色譜流程示意圖隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，氣相色譜儀的各種參數(shù)（溫度、載氣流速、自動(dòng)進(jìn)樣等）控制均已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法1. 載氣系統(tǒng)（載氣系統(tǒng)（gas supply system） 包括氣體鋼瓶或氣體發(fā)生器，壓力調(diào)節(jié)器，凈化管，流量控制器，包括氣體鋼瓶或氣體發(fā)生

4、器，壓力調(diào)節(jié)器，凈化管，流量控制器，等。等。 功能功能: 提供清潔、流量恒定的載氣提供清潔、流量恒定的載氣2. 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)(sample injection system) 包括進(jìn)樣器包括進(jìn)樣器 (微量進(jìn)樣針或自動(dòng)進(jìn)樣器微量進(jìn)樣針或自動(dòng)進(jìn)樣器)、隔墊和氣化、隔墊和氣化室。室。功能功能: 將試樣引入將試樣引入GC系統(tǒng)并蒸發(fā)成氣體。系統(tǒng)并蒸發(fā)成氣體。第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法3. 色譜柱系統(tǒng)（Column system） 色譜柱，柱溫箱色譜柱，柱溫箱 色譜柱類型色譜柱類型: 填充柱（柱內(nèi)徑填充柱（柱內(nèi)徑 25mm) 毛細(xì)管柱毛細(xì)管柱 (柱內(nèi)徑柱內(nèi)徑0.10.53mm) 柱溫可按程

5、序改變（程序升溫）柱溫可按程序改變（程序升溫）4. 檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（Detection and data system） 檢測(cè)器，數(shù)據(jù)獲取和處理裝置檢測(cè)器，數(shù)據(jù)獲取和處理裝置5. 控制系統(tǒng)（Control system） 溫度控制，載氣流量控制，（自動(dòng)進(jìn)樣控制），信號(hào)控制溫度控制，載氣流量控制，（自動(dòng)進(jìn)樣控制），信號(hào)控制 第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法一、氣-液色譜固定相（Gas-liquid stationary phase）氣-液色譜固定相由固定液(stationary liqiud,immobilized liquid) 和載體（ support）組成（一）固定液固定液一般為

6、高沸點(diǎn)物質(zhì) (1) 在使用溫度下蒸汽壓 He N24. 熱絲電阻值載氣 熱導(dǎo)率 載氣 熱導(dǎo)率 H2 224.3 CH4 45.8 He 175.6 propane 26.4 N2 31.5 ethanol 22.3 Air 31.5 acetone 17.6 第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法二、氫焰離子化檢測(cè)器（二、氫焰離子化檢測(cè)器（Flame ionization detector，F(xiàn)ID)u結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)NoImageNoImage含碳有機(jī)物在含碳有機(jī)物在H2-Air火焰中燃燒產(chǎn)生碎片離子，在電場(chǎng)作用下形成火焰中燃燒產(chǎn)生碎片離子，在電場(chǎng)作用下形成離子流，根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號(hào)強(qiáng)度，檢測(cè)被色

7、譜柱分離的組分。離子流，根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號(hào)強(qiáng)度，檢測(cè)被色譜柱分離的組分。第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法 機(jī)理不十分清楚，化學(xué)離子化是可能的離子化機(jī)理機(jī)理不十分清楚，化學(xué)離子化是可能的離子化機(jī)理. 以苯為例以苯為例:C6H6裂解6CH3O2+6CH+ 6e6CHO+6CHO+6H2O6CO + 6H3O+影響影響FID靈敏度的因素靈敏度的因素： 1. 氣體流速比例: N2:H2 = 1:11:1.5；H2:Air = 1:10 2. 檢測(cè)器溫度: 100 （常用200-250 ）第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法FIDFID特點(diǎn)特點(diǎn) 質(zhì)量型檢測(cè)器質(zhì)量型檢測(cè)器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

8、單、耐用 靈敏度高靈敏度高 (10-13 g/s) 響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍寬響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍寬 (107) 響應(yīng)值與有機(jī)物中含碳原子的數(shù)目有關(guān)響應(yīng)值與有機(jī)物中含碳原子的數(shù)目有關(guān) 對(duì)不可燃化合物（對(duì)不可燃化合物（H2O, CO2, SO2, CS2, NOx）無響應(yīng)）無響應(yīng)第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法三、電子捕獲檢測(cè)器（Electron capture detector，ECD）NoImage63Ni or 3H結(jié)構(gòu):檢測(cè)原理: 放射源發(fā)出的-電子使載氣分子離子化，在電場(chǎng)作用下形成穩(wěn)定的基流； 具有強(qiáng)電負(fù)性元素的有機(jī)分子捕獲-電子，使基流降低，形成倒峰。NoImage第十七章第十七章 氣相色譜法氣相

9、色譜法電子捕獲檢測(cè)器的特點(diǎn)電子捕獲檢測(cè)器的特點(diǎn) 對(duì)含電負(fù)性基團(tuán)（鹵素、硝基、過氧化物）具有選擇性響應(yīng)對(duì)含電負(fù)性基團(tuán)（鹵素、硝基、過氧化物）具有選擇性響應(yīng) (10-15 g/s) 對(duì)胺、醇、碳?xì)浠衔锘静幻舾袑?duì)胺、醇、碳?xì)浠衔锘静幻舾?響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍較窄響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍較窄 (102) 非線性響應(yīng)非線性響應(yīng): 需用高純需用高純 N2 (99.999%) 作為載氣作為載氣Kceii0 非破壞性檢測(cè)非破壞性檢測(cè)第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法其他重要檢測(cè)器其他重要檢測(cè)器火焰光度檢測(cè)器火焰光度檢測(cè)器 (Flame photometric detector，F(xiàn)PD) 對(duì)含對(duì)含S和和P化合物具有選擇

10、性響應(yīng)化合物具有選擇性響應(yīng) 熱離子檢測(cè)器熱離子檢測(cè)器 (thermionic detector，TID）：也稱氮磷檢）：也稱氮磷檢測(cè)器（測(cè)器（Nitrogen phosphorus detector，NPD), 對(duì)含對(duì)含N和和 P化合物具有選擇性響應(yīng)化合物具有選擇性響應(yīng) 質(zhì)譜檢測(cè)器質(zhì)譜檢測(cè)器 (MSD) 傅里葉變換紅外檢測(cè)器（傅里葉變換紅外檢測(cè)器（FTIR）第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法第五節(jié)第五節(jié) 色譜條件選擇色譜條件選擇uDdkkuDdHlfgp2)1 (322222114kknR一、色譜條件選擇的依據(jù)Where is separation factor, k2 is retent

11、ion factor (capacity factor) of compound 2 which is retained stronger than compound 1. 第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法1. 固定相選擇固定相選擇 見第二節(jié)見第二節(jié).2. 柱溫柱溫 色譜柱選定后，柱溫是影響分離的最重要條件。柱溫降低，分離色譜柱選定后，柱溫是影響分離的最重要條件。柱溫降低，分離度提高，但峰寬增加，分析時(shí)間加長(zhǎng)。度提高，但峰寬增加，分析時(shí)間加長(zhǎng)。選擇原則選擇原則：在使難分離物質(zhì)對(duì)得到良好分離，分析時(shí)間適宜，峰形對(duì)：在使難分離物質(zhì)對(duì)得到良好分離，分析時(shí)間適宜，峰形對(duì)稱的前提下，盡量用低柱溫。

12、稱的前提下，盡量用低柱溫。 等溫等溫: 在分析過程中柱溫保持不變?cè)诜治鲞^程中柱溫保持不變. 程序升溫程序升溫(temperature programming): 在一個(gè)分析周期中，柱溫按在一個(gè)分析周期中，柱溫按照一定程序改變，以利于性質(zhì)差異大的組分達(dá)到合適的分離度。該法照一定程序改變，以利于性質(zhì)差異大的組分達(dá)到合適的分離度。該法適用于復(fù)雜組分（如寬沸程樣品、極性差異大的樣品）分析。適用于復(fù)雜組分（如寬沸程樣品、極性差異大的樣品）分析。二、 實(shí)驗(yàn)條件的選擇第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法NoImage例：等溫和例：等溫和程序升溫程序升溫對(duì)分離效對(duì)分離效果的影響果的影響第十七章第十七章 氣相

13、色譜法氣相色譜法3. 載氣 低線速時(shí)，用N2 高線速時(shí)，用H2或 He 用TCD時(shí)，使用H2或 He可提高靈敏度4. 其他條件(1)進(jìn)樣口溫度：應(yīng)保證樣品瞬間氣化(2)檢測(cè)器溫度: 高于柱溫20-50 第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法1. 分解法分解法 熱裂解法熱裂解法: 適用于高聚物等大分子分析適用于高聚物等大分子分析 水解法水解法: 將大分子水解成小分子將大分子水解成小分子,蛋白質(zhì)水解成氨基酸蛋白質(zhì)水解成氨基酸2. 衍生化法衍生化法 酯化酯化(esterification): -COOH-COOR 硅烷化硅烷化(silanization): -OH-O-Si(CH3)3 -COOH-

14、COOSi(CH3)3 -NHR-NRSi(CH3)3 ?；；?acylation): -OH-OCOR -NN2-NHCOR 三、 樣品預(yù)處理第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法第六節(jié)第六節(jié) 定性分析和定量分析定性分析和定量分析一、系統(tǒng)適用性試驗(yàn)一、系統(tǒng)適用性試驗(yàn) 用規(guī)定的對(duì)照品溶液或系統(tǒng)適用性試驗(yàn)溶液進(jìn)行試驗(yàn)，以判定所用色用規(guī)定的對(duì)照品溶液或系統(tǒng)適用性試驗(yàn)溶液進(jìn)行試驗(yàn)，以判定所用色譜系統(tǒng)是否規(guī)定的要求。譜系統(tǒng)是否規(guī)定的要求。1色譜柱的理論板數(shù)（色譜柱的理論板數(shù)（n） 此參數(shù)用于評(píng)價(jià)色譜柱的分離效能。此參數(shù)用于評(píng)價(jià)色譜柱的分離效能。 2分離度（分離度（R）: 要求要求1.5 3重復(fù)性重復(fù)

15、性: 用于評(píng)價(jià)連續(xù)進(jìn)樣中色譜系統(tǒng)響應(yīng)值的重復(fù)性。用于評(píng)價(jià)連續(xù)進(jìn)樣中色譜系統(tǒng)響應(yīng)值的重復(fù)性。 4拖尾因子（拖尾因子（T） 用于評(píng)價(jià)色譜峰的對(duì)稱性。用于評(píng)價(jià)色譜峰的對(duì)稱性。 除另有規(guī)定外，除另有規(guī)定外，T應(yīng)在應(yīng)在0.951.05之間。之間。 105. 02dWTh第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法第六節(jié)第六節(jié) 定性分析和定量分析定性分析和定量分析二、定性分析二、定性分析 u已知對(duì)照品對(duì)照法已知對(duì)照品對(duì)照法u采用相對(duì)保留值定性采用相對(duì)保留值定性u(píng)用用Kovats保留指數(shù)定性保留指數(shù)定性1.以以GC-MS、GC-FTIR聯(lián)用法定性聯(lián)用法定性NoImageNoImageNoImage第十七章第十七章

16、 氣相色譜法氣相色譜法三、定量分析三、定量分析(一一) 校正因子校正因子iiiAmf ississiisigAmAmAmAmfff(二) 定量方法1.歸一化法（Normalization method） 100(%)()3(3)2(2)1(1)( ngngggigiifAfAfAfAfAw 所有組分均應(yīng)被分離并被檢測(cè)到 對(duì)進(jìn)樣量要求不嚴(yán)格第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法2. External standardization （外標(biāo)法）（外標(biāo)法）（2）外標(biāo)一點(diǎn)法（one point external standard method）如校正曲線通過原點(diǎn)，可用外標(biāo)一點(diǎn)法123452004006

17、008001000peak areaconcentration ( mg/mL)sisiiimAAm)()(（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法或校正曲線法 （Standard curve methodCalibration curve method）sisiiicAAc)()(Note: 進(jìn)樣量必須嚴(yán)格準(zhǔn)確第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法3.內(nèi)標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法(Internal standard method)對(duì)內(nèi)標(biāo)物的要求對(duì)內(nèi)標(biāo)物的要求：（1）樣品中不存在的物質(zhì)（2）與被測(cè)組分完全分離，但保留時(shí)間接近；多種組分同時(shí)定量時(shí)，內(nèi)標(biāo)峰最好處于幾個(gè)被測(cè)組分峰之間（3）純度高第十七章第十七章 氣相色譜法氣相色譜法3.內(nèi)

18、標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法(Internal standard method)iiiAfm sssAfm sssiiimfAfAm100(%)mmfAfAwsssiii（1）內(nèi)標(biāo)校正因子法（2）內(nèi)標(biāo)校正曲線法123452004006008001000Ai/Asconcentration ci( mg/mL)該法需已知校正因子，或者先測(cè)定被測(cè)物相對(duì)于內(nèi)標(biāo)物的校正因子。該法需已知校正因子，或者先測(cè)定被測(cè)物相對(duì)于內(nèi)標(biāo)物的校正因子。在質(zhì)量為在質(zhì)量為m的樣品中加入質(zhì)量為的樣品中加入質(zhì)量為ms的內(nèi)標(biāo)物，的內(nèi)標(biāo)物，GC分析后根據(jù)下式計(jì)算：分析后根據(jù)下式計(jì)算： 配制一系列不同濃度的對(duì)照液，并加入相配制一系列不同濃度的對(duì)照液，并加入相同量的內(nèi)標(biāo)物，進(jìn)樣分析，測(cè)得同量的內(nèi)標(biāo)物，進(jìn)樣分析，測(cè)得Ai和和As，以以Ai/As對(duì)對(duì)照溶液濃度作圖，求回歸方程。對(duì)對(duì)照溶液濃度作圖，求回歸方程。供試液配制時(shí)也需加入與對(duì)照液相同量的供試液配制時(shí)也需加入與對(duì)照液相同量的內(nèi)標(biāo)物，由校正曲線求得待測(cè)組分含量。