氣相色譜分析基礎(chǔ)

1、氣相色譜基礎(chǔ)理論上機(jī)檢測(cè)上機(jī)檢測(cè)農(nóng)藥殘留檢測(cè)農(nóng)藥殘留檢測(cè)氣相色譜分析理論基礎(chǔ)氣相色譜分析理論基礎(chǔ)一、分配平衡的幾個(gè)參數(shù)：一、分配平衡的幾個(gè)參數(shù)：1 1、分配系數(shù)、分配系數(shù)（distribution coefficient） 在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動(dòng)相間達(dá)到分配平衡時(shí)的濃度比值，用K表示。 。2、容量因子容量因子（capacity factor） 在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動(dòng)相之間分配達(dá)到平衡時(shí)的質(zhì)量比，稱為容量因子，也稱分配比，用k表示。 msccK mmssVcVck 常用術(shù)語：基線：基線： 在操作條件下，僅有純流動(dòng)相純流動(dòng)相進(jìn)l 入檢測(cè)器時(shí)的流出曲線。峰高與峰面積：

2、峰高與峰面積：色譜峰頂點(diǎn)與峰底之間的 l垂直距離稱為峰高(peak height)。用h表示。l峰與峰底之間的面積稱為峰面積(peak area)，l用A表示。峰的區(qū)域?qū)挾龋悍宓膮^(qū)域?qū)挾龋?a a、峰底寬 WD = 4=1.70 Wh/2 b、半高峰寬 Wh/2=2.355 c、標(biāo)準(zhǔn)偏差峰寬 W0.607h=2 保留值保留值: : 1) 保留時(shí)間：從進(jìn)樣至被測(cè)組分出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所需時(shí)間tR。 2) 保留體積 ：從進(jìn)樣至被測(cè)組分出現(xiàn)最大濃度時(shí)流動(dòng)相通過的體積，VR。 死時(shí)間：死時(shí)間： 不被固定相滯留的組分，從進(jìn)樣至出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所需的時(shí)間稱為死時(shí)間(dead time)，tM。死體積死體積:

3、 : 不被固定相滯留的組分，從進(jìn)樣至出現(xiàn)濃度最大值時(shí)流動(dòng)相通過的體積稱為死體積(dead volume) ，VM。（F0為柱尾載氣體積流量） VM = tM F 0調(diào)整保留值調(diào)整保留值: :1) 調(diào)整保留時(shí)間：扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間。 tR?= tR tM2) 調(diào)整保留體積：扣除死體積后的保留體積。 VR ? = VR VM 或 VR ? = tR ? F0相對(duì)保留值（相對(duì)保留值（relative retentionrelative retention） 在相同的操作條件下，待測(cè)組分與參比組分的調(diào)整保留值之比，用ri，s 表示)()()()(sRiRsRiRsiVVttr ，色譜分析的實(shí)驗(yàn)依據(jù)

4、：色譜分析的實(shí)驗(yàn)依據(jù)：、根據(jù)色譜峰的位置（保留時(shí)間）可以進(jìn)行定性分析。 2、根據(jù)色譜峰的面積或峰高可以進(jìn)行定量分析。 3、根據(jù)色譜峰的展寬程度，可以對(duì)某物質(zhì)在實(shí)驗(yàn)條件下的分離特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。由此可知：相對(duì)保留值應(yīng)該與柱長、柱徑、填充情況、流動(dòng)相流速等條件無關(guān)，而僅與溫度、固定相種類有關(guān)。 當(dāng)ri，s =1時(shí)兩個(gè)組分不能分離。cs、cm分別為組分在固定相和流動(dòng)相的濃度(g/ml)；V m為色譜柱中流動(dòng)相的體積，近似等于死體積， Vs為色譜柱中固定相的體積。 3 3、分配系數(shù)和分配比之間的關(guān)系、分配系數(shù)和分配比之間的關(guān)系分配系數(shù)分配系數(shù)K K 與柱中固定相和流動(dòng)相的體積無關(guān)，而取決于與柱中固定相和流

5、動(dòng)相的體積無關(guān)，而取決于組分及兩相的性質(zhì)，并隨柱溫、柱壓變化而變化。組分及兩相的性質(zhì)，并隨柱溫、柱壓變化而變化。 容量因子容量因子k k 決定于組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)，隨柱溫、決定于組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)，隨柱溫、柱壓的變化而變化，還與流動(dòng)相及固定相的體積有關(guān)。柱壓的變化而變化，還與流動(dòng)相及固定相的體積有關(guān)。理論上可以推導(dǎo)出： 1KVVKkMS MRMRVVttk Phaseratio(相比，):VM / VS,反映各種色譜柱柱型及其結(jié)構(gòu)特征填充柱（填充柱（Packing column）: 635 毛細(xì)管柱（毛細(xì)管柱（Capillary column）: 501500MSRVKVV色譜過程

6、的基本方程式：色譜過程的基本方程式：MsMMRVVKtktt)1 ()1 (kVVKtttMMsMR kttMR SMRKVkVV kVVMR 二、色譜分離的基本理論二、色譜分離的基本理論 1 1、塔板理論（、塔板理論（ Martin and Synge 1941） 塔板理論認(rèn)為，一根柱子可以分為n n段，在每段內(nèi)組分在兩相間很快達(dá)到平衡，把每一段稱為一塊理論塔板。設(shè)柱長為L，理論塔板高度為H，則 H = L / n式中n為理論塔板數(shù)。理論塔板數(shù)（n）可根據(jù)色譜圖上所測(cè)得的保留時(shí)間（tR）和峰底寬（w）或半峰寬（ wh/2 ）按下式推算：2)(16WtnR22)(54. 5hRWtn 或有效塔

7、板數(shù)（neff）的計(jì)算公式為；222/)(16)(54. 5wtwtnRhReff 通常用有效塔板數(shù)（n neffeff）來評(píng)價(jià)柱的效能比較符合實(shí)際。 neff 越大或H Heffeff越小，則色譜柱的柱效越高。 Heff=L/neff n = 1+k k2 neff 2 2、速率理論、速率理論 （J. J. Van Deemter 1956） 速率理論認(rèn)為，單個(gè)組分粒子在色譜柱內(nèi)固定相和流動(dòng)相間要發(fā)生千萬次轉(zhuǎn)移，加上分子擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)途徑等因素，它在柱內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是高度不規(guī)則的，是隨機(jī)的，在柱中隨流動(dòng)相前進(jìn)的速度是不均一的。 A項(xiàng)為渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng)；B/ u項(xiàng)為分子擴(kuò)散項(xiàng)為分子擴(kuò)散項(xiàng)；C u為傳

8、質(zhì)項(xiàng)傳質(zhì)項(xiàng)，；u為載氣線速度，單位為cm/s。范第姆特方程式(Van Deemter equation)CuuBAH Stationary phaseStationary liquidCapillary wall2-3 色譜分離條件的選擇色譜分離條件的選擇一、分離度（resolutionresolution） 相鄰兩色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬度平均值之比，用R表示。分離度可以用來作為衡量色譜峰分離效能的指標(biāo)。 R 越大，表明兩組分分離效果越好 保留值之差取決于固定液的熱力學(xué)性質(zhì) 色譜峰寬窄反映色譜過程動(dòng)力學(xué)因素及柱效能高低21)1()2(21)1()2()(22wwttwwttRRRR

9、R對(duì)于峰形對(duì)稱且滿足正態(tài)分布的色譜峰：R=1,分離程度為98%；R=1.5，分離程度可達(dá)99.7%。所以所以R=1.5時(shí)可認(rèn)為色譜峰已完全時(shí)可認(rèn)為色譜峰已完全分開。分開。二、色譜分離關(guān)系式設(shè)兩相鄰峰的峰寬相等，即w1=w2，則2)1()2(21)1()2()(2wttwwttRRRRR2)(16WtnRntntWRR)2(2)2(2416又知另1 , 21212)1()2(rkkttttttMRMRRR ）（）（2)2(kttMR )1)(1)(4(221 , 21 , 2kkrrnR)1(1 , 21 , 2rr)1(22kk稱為柱效項(xiàng)；稱為柱選擇項(xiàng)；容量因子項(xiàng)。4n)1)(4(1 , 21

10、 , 2rrnReff r12，相對(duì)保留因子與柱效的關(guān)系（柱效因子）與容量因子的關(guān)系R nR n1/21/2增加柱長減小塔板高度限制：L過長，保留時(shí)間延長，分析時(shí)間延長，色譜峰擴(kuò)展。使用性能優(yōu)良的色譜柱，并選擇最佳分離條件k值增大，有利于分離，但k10時(shí)，對(duì)R的增加不明顯，也會(huì)顯著增加分析時(shí)間k的最佳范圍：110與柱選擇性的關(guān)系 分離度、柱效、柱選擇性的關(guān)系r2,1越大，柱選擇性越好，分離效果越好。如果兩個(gè)相鄰峰的選擇因子足夠大，則即使色譜柱的理論塔板數(shù)較小，也可以實(shí)現(xiàn)分離。L = 16R2H有效有效 -12= n有效有效 H有效有效例題：設(shè)有一對(duì)物質(zhì)，其r2,1 =1.15,要求在Heff=

11、0.1cm的某填充柱上得到完全分離，試計(jì)算至少需要多長的色譜柱？解：要實(shí)現(xiàn)完全分離，R1.5,故所需有效理論塔板數(shù)為： 使用普通色譜柱，有效塔板高度為0.1cm,故所需柱長應(yīng)為：m.L2102112 三、色譜條件的選擇1、載氣流速的選擇（與分析時(shí)間、柱效有關(guān)）實(shí)際工作中，為了縮短分析時(shí)間，常使流速稍高與最佳流速。2、分離柱型的選擇（與總柱效、分離度R有關(guān)）3、柱溫的選擇（與ri，j有關(guān)） 能使沸點(diǎn)最高的組分達(dá)到分離的前提下，盡量選擇較低的溫度。當(dāng)然被測(cè)物的保留時(shí)間要短、峰形不能有嚴(yán)重拖尾。最好用程序升溫方法，以實(shí)驗(yàn)優(yōu)化選擇的條件為工作條件。4、固定液與擔(dān)體的選擇（與相比有關(guān)） 由實(shí)驗(yàn)手冊(cè)查出參

12、考值，再由實(shí)驗(yàn)選擇。5、汽化室與檢測(cè)室溫度（與被測(cè)對(duì)象的利用度有關(guān)） 汽化溫度、檢測(cè)室溫度高于柱溫30-70度。6、進(jìn)樣量：（與柱容量有關(guān)） 根據(jù)擔(dān)液比及柱子形式?jīng)Q定進(jìn)樣量，進(jìn)樣 方式為柱塞進(jìn)樣。2-4 固定相及其選擇固定相及其選擇一、固定相的類型： 吸附劑型固定相 固定相 擔(dān)體+固定液型固定相常用吸附劑型固定相有： 常用擔(dān)體+固定液型固定相中：常用擔(dān)體有：1、紅色擔(dān)體：（101型擔(dān)體） 特點(diǎn)是：表面空隙小、比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度 高、擔(dān)液能力強(qiáng)、表面有吸附中心。2、白色擔(dān)體：（6201型擔(dān)體） 特點(diǎn)是：表面空隙較大、比表面積較小、機(jī)械 強(qiáng)度較差、擔(dān)液能力中、表面無吸附中心。3、非硅藻土型擔(dān)體：聚合氟塑料擔(dān)體、玻璃 微球擔(dān)體、高分子微球擔(dān)體等。特點(diǎn)是：表面空隙適中、比表面積適中、機(jī)械強(qiáng) 度較強(qiáng)、耐高溫、耐強(qiáng)腐蝕、價(jià)格偏高。硅藻土型擔(dān)體用前要預(yù)處理：酸洗、堿洗、硅烷化。硅藻土型擔(dān)體用前要預(yù)處理：酸洗、堿洗、硅烷化。二、固定液的類型： 三、固定液的極性： 固定液與待測(cè)化合物之間的作用力主要屬定向力、誘導(dǎo)力、色散力、氫鍵力等弱相互作用為主，所以固定相的極性對(duì)分離過程非常重要，固定相極性用相對(duì)極性P的公式表示：規(guī)定：,-氧二丙腈固定液的P=100、