氣液色譜分析

1、氣液色譜分析一、色譜分類方法及分離方法的選擇1.色譜分類方法1. 按固定相外形： 柱色譜（填充柱、空心柱毛細管柱色譜）、平板色譜（薄層色譜和紙色譜）。2. 按組分在固定相上的分離機理： 吸附色譜：不同組分在固定相的吸附作用不同； 分配色譜：不同組分在固定相上的溶解能力不同； 離子交換色譜：不同組分在固定相（離子交換劑） 上的親和力不同；凝膠色譜（尺寸排阻色譜）不同尺寸分子在固定相上的滲透作用.3. 按兩相狀態(tài)分類方法固定相平衡類型適用氣相色譜氣液色譜固定液吸附于惰性載體（擔體）氣液間分配小分子量氣體及烴類，如大氣成分分析氣體試樣或能被氣化的固體和液體試樣氣固色譜固體吸附劑吸附、解吸氣相鍵合色譜

2、有機組分鍵合于固體表面氣體和鍵合體表面間的分配液相色譜液液色譜固定液吸附于惰性載體不相溶液體間的分配高沸點、熱穩(wěn)定性差、相對分子質量大得有機物液固（吸附）色譜固體吸附劑吸附、解吸液相鍵合色譜有機組分鍵合于固體表面液體和鍵合體表面間的分配離子交換色譜離子交換樹脂離子交換離子對色譜法空間排阻色譜法/凝膠滲透色譜法液體附于多孔聚合物分配/篩析（多孔性物質對不同大小分子的排阻作用不同）超臨界色譜有機組分鍵合于固體表面超臨界流體和鍵合相間分配4.HPLC液相色譜中按固定相和流動相極性大小分為：正相色譜（固定相極性大于流動相，極性小的先流出，適于極性組分分離）、反相色譜（固定相極性小于流動相，極性大的先流

3、出，適于非極性組分分離）5.GC毛細管柱氣相色譜的特點：滲透性好可使用較長的色譜柱相比率大有利于提高柱效；加上保留因子k小，滲透性好，可使用很高的載氣流速，因而分析速度快柱容量小因而進樣量小。需采用分流技術并使用更高靈敏度的檢測器總柱效高盡管毛細管柱效比填充柱大，但仍處于同一數(shù)量級。但毛細管柱長很大，因而總柱效高，分離復雜混合物能力強2.色譜分離方法的選擇試樣分子量水溶性、離解性方法流動性物質種類2000溶于水排阻色譜水不溶于水排阻色譜非水2000不溶于水正/反相色譜同系物吸附色譜異構體多功能團排阻色譜分子大小差異溶于水，不解離反相色譜排阻色譜（小孔）水溶于水，可解離陽離子交換色譜堿陰離子交換

4、色譜酸溶于水，離子與非離子反相離子對色譜二、固定相固體吸附劑、固定液+載體1.固定液1.1要求：a) 熱穩(wěn)定性好、蒸汽壓低流失少；b) 化學穩(wěn)定性好不與其它物質反應； c) 對試樣各組分有合適的溶解能力（分配系數(shù)K適當）；d) 對各組分具有良好的選擇性 1.2.固定液與組分的作用力：a) 色散力非極性分子之間b) 誘導力極性與非極性分子之間c) 取向力極性與極性分子之間d) 氫鍵力靜電吸引，亦屬取向力。1.3.固定液的選擇：固定液的特性參數(shù)：相對極性0<P<100； 固定液特性常數(shù)DI：羅氏常數(shù)、麥氏常數(shù)1.4固定液選擇：按“相似相溶”原理選擇固定液。 非極性組分非極性固定液沸點低

5、（小分子物質）的物質先流出； 極性物質極性固定液極性小的物質先流出； 各類極性混合物極性固定液極性小的物質先流出； 氫鍵型物質氫鍵型固定液不易形成氫鍵的物質先流出； 復雜混合物兩種或以上混合固定液 極性：正己烷環(huán)己烷苯甲苯按化學基團相似原則選擇；按組分主要性質差別選擇2.HPLC的流動相HPLC流動相為溶劑（其極性、粘度、PH值、濃度等均可改變，可調節(jié)樣品在兩相間分配的差異），它既有運載作用，又和固定相一樣，參與對組分的競爭，因此溶劑的選擇對分離十分重要。理想的溶劑應有下列特性：對待測物具一定極性和選擇性；使用UV檢測器時，溶劑要匹配 ；使用折光率檢測器，溶劑的折光率要與待測物的折光率有較大差

6、別；高純度。否則基線不穩(wěn)或產生雜峰；化學穩(wěn)定性好；適宜的粘度。粘度過高，柱壓增加；過低，易產生氣泡；為防止固定相的流失，流動相與固定液應盡量不互溶，或者說二者的極性相差越大越好。3.固定相（P77,70色譜法）HPLC通常按固定相的不同分為多種類型各種色譜方法如液液色譜法、液固色譜法、離子交換色譜法、離子對色譜法等1、液液分配色譜根據(jù)各待測物在互不相溶的兩溶液中的溶解度不同，因而具不同的分配系數(shù)。在色譜柱中，隨著流動相的移動，這種分配平衡需進行多次，造成各待測物的遷移速率不同，從而實現(xiàn)分離的過程。2、離子交換色譜原理：利用不同待測離子對固定相的親和能力（或離子交換能力）的差別來實現(xiàn)分離的。3、

7、離子對色譜法（IPC）將與待測物離子A電荷相反的離子B（稱為對離子或反離子）加入到流動相中，使待測離子與對離子形成離子對AB，該AB離子對的性質與A離子或B離子的性質不同，即間接改變了待測離子的保留特性。4、尺寸排阻色譜法固定相為化學惰性的多孔凝膠，它類似于分子篩，但孔徑更大。凝膠內有一定大小的空穴，分子體積大的待測物不能滲入孔穴中而被排阻，較早地被淋洗出來，中等的部分滲透，小分子則完全滲透，最后流出色譜柱。即待測物分子按分子大小(分子量大小)先后從柱中流出。三、色譜分析1.基本原理色譜分析的基本原理：借在兩相間分配原理而使混合物中各組分分離。根據(jù)組分與固定相與流動相的作用力不同，當兩相做相對

8、移動時，各組分在兩相中反復多次分配（/吸附解吸）而相互分離，依次流出色譜柱，進入檢測器進行檢測2.氣相色譜的理論基礎氣相色譜的理論基礎：色譜的分離行為應從熱力學和動力學兩方面進行研究、解釋。 試樣中各組分在兩相間的分配情況，由組分在兩相間的分配由分配系數(shù)（熱力學性質）、各物質（試樣中的組分、固定相、流動相）的分子結構和性質決定，它使得各組分在不同時間流出峰間距，由各個色譜峰在柱后出現(xiàn)的時間（保留值）反映； 各組分在色譜柱中的運動（分散）情況，由傳質和擴散（動力學性質）決定，它使得各組分峰有一定的寬度峰寬，由峰寬反映。2.1熱力學性質描述分配過程的參數(shù)分配系數(shù)K與組分和兩相的性質、柱溫、柱壓有關

9、，與兩相體積、柱管特性和所用儀器無關分配比 反映了組分在柱中的遷移速率，是衡量色譜柱對組分保留能力的重要參數(shù)。與組分和兩相的性質、柱溫、柱壓和相比有關（b 稱為相比率，是反映色譜柱柱型及其結構的參數(shù)）選擇因子(相對保留值r21) a 色譜柱對A、B兩組分的選擇因子a 為A為先流出的組分，B為后流出的組分K 或 k 反映的是某一組分在兩相間的分配；而 a 是反映兩組分間的分離情況！兩組分在兩相間的分配系數(shù)不同，是色譜分離的先決條件。2.2動力學性質色譜分離的基本理論：（GC）塔板理論將色譜柱當作精餾塔，用塔板概念來描述組分在柱中的分配行為理論塔板數(shù)：有效塔板數(shù)有效塔板高度 （普通柱的為0.1cm

10、）塔板理論描述了組分在柱內的分配平衡和分離過程、導出流出曲線的數(shù)學模型、解釋了流出曲線形狀（呈正態(tài)分布）和位置、提出了計算和評價柱效的參數(shù)（說明柱效柱分離能力的發(fā)揮程度時，必須注明該柱效是針對何種物質、固定液種類及其含量、流動相種類及流速、操作條件等），但該理論是在理想情況下導出的，未考慮分子（縱向）擴散因素、其它動力學因素對柱內傳質的影響。它不能解釋：峰形為什么會擴張等動力學問題，也不能預言分離的可能（由K和柱效決定），不能解釋同一色譜柱在不同載氣流速下柱效不同的原因。速率理論（GC、HPLC）van Deemter方程： 曲線的最低點對應最佳線速 下的最小板高；u 為流動相線速度； A，B

11、，C為常數(shù)，其中A分別表示渦流擴散系數(shù)；B分子擴散系數(shù)； C傳質阻力系數(shù)（包括液相和固相傳質阻力系數(shù)）速率理論從動力學角度很好地解釋了影響板高（柱效）和峰擴張的各種因素GC、HPLC定義減小措置說明各因素相互制約渦流擴散項A受到固定相顆粒的阻礙，組分在遷移過程中隨流動相不斷改變方向，形成紊亂的“渦流”，導致同一組分運行路線長短不同流出時間不同峰形展寬。細粒的固定相并填充均勻。對于空心毛細管柱，無渦流擴散，即A=0。分子（縱向）擴散項B/u由于濃度梯度引起的。當樣品被注入色譜柱時，它呈“塞子”狀分布。隨著流動相的推進， “塞子”因濃度梯度而向前后自發(fā)地擴散，使譜峰展寬。球狀顆粒；大分子量流動相；

12、適當增加流速；短柱；低溫。流速低時主導（GC）HPLC可忽略傳質阻力項Cu因傳質阻力的存在，使分配不能“瞬間”達至平衡，因此產生峰形展寬。包括氣相傳質阻力（試樣組分從氣相移動到固定相表面）和液相傳質阻力（試樣組分從固定相的氣液界面移動到液相內部）減小填充顆粒直徑；采用分子量小的流動相；減小液膜厚度，但此時k減?。ㄔ黾訐w表面積，固定液越多；但比表面積過大會因吸附過強而使峰型拖尾）增加柱溫（但k值也減?。〨C流速高時、HPLC主導（流速不宜快）四、分離度及色譜分離方程（GC）及分離度（同時反映色譜柱效能和選擇性的綜合指標），定義為：R 越大，相鄰組分分離越好。當R=1.5時，分離程度可達99.7

13、%，通常用作是否分開的判據(jù)色譜分離方程：、將 R 與影響其大小的因素：柱效n（由知增加柱長可提高R，但使分析時間）、選擇因子a（a柱的選擇性R；降低柱溫、改變固定相和流動相的性質和組成） 和保留因子 k （kR，但需在一定范圍；增加柱溫、固定相和流動相性質和組成、固定相的量）聯(lián)系起來五、氣相色譜分離分析條件4.1氣相色譜分離分析條件固定相的選擇相似原理柱長L載氣及流速u.柱溫在固定液最高使用溫度和最低使用溫度（固定液的凝固點點）之間在使最難分離的組分盡可能好的分離的前提下，采取較低的溫度。對于沸點范圍較寬的試樣，宜采用程序升溫，使低沸點及高沸點組分都能在各自適宜的溫度下得到良好的分離。載體粒度

14、及篩分范圍載體粒度越小，柱效越高。但粒度過小，則阻力及柱壓增加進樣方式及進樣量要以“塞子”的方式進樣，以防峰形擴張；進樣量，也要以峰形不拖尾為宜4.2改善分離效果方法：程序升溫使柱溫按預定的加熱速率，隨時間做線性或非線性的增加，使低沸點及高沸點組分都能在各自適宜的溫度下得到良好的分離，以保持較好峰型（寬沸點試樣梯度洗提/梯度洗脫流動相中含有兩種（或更多）不同極性的溶劑，在分離過程中按一定的程序連續(xù)改變流動相中溶劑的配比和極性，通過流動相中極性的變化來改變被分離組分的容量因子和選擇性因子，以提高分離效果化學鍵合固定相用化學反應的方法通過化學鍵把固定液有機分子結合到擔體表面所形成的固定相。以化學鍵

15、合相為固定相的色譜法為化學鍵合色譜法其他程序改變流速；組合柱等方法6、 色譜系統(tǒng)6.1色譜系統(tǒng)GC載氣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)柱分離系統(tǒng)檢測系統(tǒng)（+記錄系統(tǒng)）獲得純凈、連續(xù)、流速穩(wěn)定的載氣將試樣在進入色譜柱前瞬間氣化，后快速定量轉入色譜柱中TCD、FID、FPD、ECD把混合物中被分離的各組分的濃度或質量轉換成電信號的裝置溫控系統(tǒng)：主要指對色譜柱室、氣化室、檢測器的溫度控制：HPLC高壓輸液裝置進樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測系統(tǒng)（+記錄系統(tǒng)）增加高壓泵以提高流動相的流動速度，克服阻力紫外檢測器、熒光檢測器及電化學檢測器等各組分的分離可與MS等聯(lián)用；結果為色譜流出曲線6.2進樣器：注射器（進樣優(yōu)點:死體積小結果精確度

16、高；缺點：定量不準確重復性差）、六通閥/多通進樣閥（與注射器相反）6.3GC檢測器 ：理想條件（1）適合的靈敏度S（單位樣品量/質量的改變引起的信號改變）（2）穩(wěn)定、重現(xiàn)性好；（3）線性范圍（最大進樣量與最小檢出限的比值）寬，可達幾個數(shù)量級；（4）響應時間短，且不受流速影響；（5）選擇性好；（6）不破壞樣品。（7）檢出限D（D=3N/S，N為檢測器的噪聲）種類：1. 熱導檢測器TCD; 2. 氫火焰離子化檢測器FID; 3. 電子捕獲檢測器ECD;4. 火焰光度檢測器FPD;熱導檢測器(TCD) 濃度型檢測器適用于各類氣相物質原理：由于不同物質所具有的熱傳導系數(shù)不同，當它們到達處于恒溫下的熱敏

17、元件（如Pt, Au, W, 半導體）時，其電阻將發(fā)生變化，將引起電阻變化通過某種方式轉化為可以記錄的電壓信號，從而實現(xiàn)其檢測功能。影響因素：較大的橋電流、較低的池體溫度、低分子量的載氣以及具有大的電阻溫度系數(shù)的熱敏元件可獲得較高的靈敏度。氫火焰離子化檢測器（FID）質量型檢測器應用：含碳有機物如烴類，不用于不電離無機化合物，如水、永久性氣體等含碳有機物在氫焰中燃燒時，發(fā)生化學電離反應產生的正負離子，在電場作用下定向移動形成微電流，經過高電阻產生電壓，放大后被檢測器檢測。影響因素：載氣和氫氣流速：通常以N2為載氣，其流速主要考慮其柱效能。但也要考慮其流速與H2流速相匹配。）空氣流速：一定范圍內

18、，空氣流速越大，靈敏度越大；操作溫度電子捕獲檢測器(ECD)主要對含有較大電負性原子的化合物響應。特別適合于環(huán)境樣品中鹵代農藥和多氯聯(lián)苯等微量污染物的分析火焰光度檢測器（FPD）主要用于含硫和含磷的有機物七、色譜流出曲線一、色譜流出曲線（色譜圖）1.相關術語：基線、保留值表示試樣中各組分在色譜柱中的滯留時間。包括死時間tM、保留時間tR、調整保留時間、死體積VM、保留體積VR、調整保留體積VR、相對保留值（r2,1只與柱溫和固定相性質有關，而與柱內徑、柱長L、填充情況及流動相流速無關 ）區(qū)域寬度：包括標準偏差、半峰寬度、峰底寬度 峰高、峰面積2.色譜流出曲線的意義：色譜峰數(shù)=樣品中單組分的最少個數(shù)； 色譜保留值定性依據(jù)；色譜峰高或面積定量依據(jù)； 色譜保留值和區(qū)域寬度色譜柱分離效能評價指標（分離好壞）； 色譜峰間距固定相或流動相選擇是否合適的