儀器分析第十二章色譜分析法

儀器分析第十二章色譜分析法第一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.1色譜法簡介第二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日茨維特(1872～1919)俄羅斯植物學家。1900年，在樹葉中發(fā)現(xiàn)兩種葉綠素：葉綠素a和葉綠素b，后來又發(fā)現(xiàn)葉綠素c，并分離出純的葉綠素。最重大的貢獻：發(fā)明分析化學中極其重要的分析方法-色譜法。偉大的化學家?！吧V學之父”，以他的名字命名的Tswett獎成為色譜界最高榮譽獎。1.1.1色譜法起源第三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1903年，茨維特無意中做了一個影響深遠的實驗：葉綠素提取液在分離以后形成一條具有不同顏色的譜帶，這就是“色譜”一詞的由來。這套實驗裝置就是現(xiàn)代色譜裝置的原型。1.1.1色譜法起源第四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日茨維特的第一篇關于色譜法的論文“一種新型吸附現(xiàn)象及其在生化分析上的應用”發(fā)表在1903年的《生物學雜志》。1906～1910年的論文發(fā)表在《植物學雜志》。1931年，R.庫恩發(fā)現(xiàn)茨維特所發(fā)明色譜法的重要性，此法才得到普遍的推廣和應用。1.1.1色譜法起源第五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1930s，離子交換色譜法建立。1940年，吸附色譜與電泳相結合。1941年，分配色譜創(chuàng)立。1952年，氣相色譜法建立。1968年，高效液相色譜法建立。1975年之后，離子色譜、超臨界流體色譜、高效毛細管電泳等新型色譜方法逐漸發(fā)展起來。1.1.2色譜法發(fā)展第六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1948年諾貝爾化學獎吸附色譜與電泳TiseliusMartinSynge1952年諾貝爾化學獎分配色譜法1.1.2色譜法發(fā)展第七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日盧佩章院士1.1.2色譜法發(fā)展中國色譜分析的先驅者。設計出我國第一臺體積色譜儀。完成我國第一艘核潛艇密封艙氣體分析任務，研制出當時世界上最先進的船用色譜儀。研制成功細管徑的高效液相色譜柱，當時獨步世界。1990年，獲得蘇聯(lián)色譜學會頒發(fā)的茨維特獎；1992年，獲得美國傳記研究所“世界終身成就獎”。第八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日色譜法是一種混合物分離技術。分離的關鍵在于色譜柱存在著兩相。固定相：固定在色譜柱中不動的固體或液體。流動相：流動的、攜帶混合物流過固定相的流體。色譜分離：混合物中各組分在色譜分離柱中的固定相和流動相間不斷的交換過程。固定相流動相1.2.1色譜分離機理第九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日當流動相攜帶混合物流經(jīng)固定相時，混合物中各組分與固定相發(fā)生相互作用。由于各組分在性質和結構上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強弱不同，使得各組分被固定相保留的時間不同，隨著流動相的移動，各種組分按一定次序由固定相中先后流出。與適當?shù)闹髾z測方法結合，即可實現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測。色譜法的基礎：固定相、流動相的相對運動以及組分與固定相的相互作用！1.2.1色譜分離機理第十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.2.1色譜分離機理第十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.2.1色譜分離機理第十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日組分在固定相和流動相兩相間發(fā)生的吸附、脫附，或溶解、揮發(fā)的過程稱為分配。

在一定溫度下，組分在兩相間分配達到平衡時的濃度比，稱為分配系數(shù)，用K表示：如何衡量組分與固定相相互作用力的大?。?.2.2分配系數(shù)K第十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日某組分的K=0時組分的分配系數(shù)K越大，代表組分與固定相作用力越強，越傾向于保留在固定相中?；旌衔镏胁煌M分具有不同的分配系數(shù)K，是實現(xiàn)混合物中各組分分離的基礎。，不被固定相保留，最先流出。1.2.2分配系數(shù)K第十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日思考題一：在相同固定相條件下，具有不同分配系數(shù)K值的組分是按照什么順序先后出峰的？按分配系數(shù)K

的大小先后出峰：分配系數(shù)K小的組分在色譜柱中保留時間短，先出峰；分配系數(shù)K大的組分在色譜柱中保留時間長，后出峰！1.2.2分配系數(shù)K第十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.2.2分配系數(shù)K每個組份在各種固定相上的分配系數(shù)K是不同的，當兩種組分在某一固定相中無法分離時，改用其它適宜的固定相可改善分離效果。固體固定相只有少數(shù)幾種，選擇較少；而液體固定相可供選擇的有四五百種之多！思考題二：試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎，如果兩種組分K值完全相同，能否分離？怎么辦？第十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日吸附：固體吸附劑為固定相，利用吸附劑表面對不同組分的物理吸附性能的差異進行分離。分配：液體為固定相，利用不同組分在固定相和流動相之間分配系數(shù)的差異進行分離。離子交換：離子交換樹脂為固定相，利用組分離子對交換樹脂具有不同的親和力進行分離。凝膠滲透：凝膠作為固定相，利用尺寸大小不同的組分在具有不同大小孔穴的凝膠中具有不同的滲透能力進行分離。1.2.3作用力類型第十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日氣-固色譜：固定相為多孔固體吸附劑顆粒；利用固體吸附劑對試樣中各組分的吸附能力的不同。氣-液色譜：固定相由擔體顆粒和固定液所組成；利用固定液對試樣中各組分的溶解能力的不同。氣-固色譜分離：吸附與脫附的不斷重復過程氣-液色譜分離：氣液兩相間的反復多次分配過程1.2.4色譜分離過程氣相色譜：第十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日氣相色譜分離過程:試樣由載氣攜帶進入色譜柱與固定相接觸時，被固定相溶解或吸附。隨新鮮載氣的不斷通入，被溶解或吸附的組分又從固定相中揮發(fā)或脫附。揮發(fā)或脫附下的組分隨載氣向前移動時又再次被固定相溶解或吸附。隨著載氣的流動，溶解、揮發(fā)，或吸附、脫附的過程反復地進行。動畫1.2.3色譜分離過程第十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.3色譜法分類第二十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.3色譜法分類1.3.1按兩相物理狀態(tài)分類氣相色譜：流動相為氣體，按固定相不同可細分為氣-固色譜法和氣-液色譜法液相色譜：流動相為液體，按固定相不同可細分為液-固色譜法和液-液色譜法超臨界流體色譜：流動相為超臨界流體第二十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.3.2按固定相形式分類柱色譜：分為兩類，一類將固定相裝入玻璃或金屬管內(nèi)，稱為填充柱色譜；另一類將固定液涂漬在毛細管內(nèi)壁，或通過交聯(lián)劑在高溫下鍵合到毛細管內(nèi)壁，稱為毛細管色譜第二十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日紙色譜：以多孔濾紙為載體，以吸附在濾紙上的水為流動相薄層色譜：以涂漬在玻璃或塑料板上的吸附劑薄層為固定相，以展開溶劑為流動相進行分離第二十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.3.3按分離過程物理化學原理分類吸附色譜：用固體吸附劑作為固定相，利用吸附劑表面對不同組分的物理吸附性能的差異進行分離，如氣-固吸附色譜、液-固吸附色譜分配色譜：用液體作為固定相，利用不同組分在固定相和流動相之間分配系數(shù)的差異進行分離，如氣-液分配色譜、液-液分配色譜其它作用原理：分為離子色譜、凝膠滲透色譜、絡合色譜、親和色譜、毛細管電泳色譜等第二十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.4色譜法應用第二十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日一根香煙中，可發(fā)現(xiàn)5000多種化學成分一瓶茅臺酒里，可發(fā)現(xiàn)900多種化學成分一瓶香水中，可發(fā)現(xiàn)600多種化學成分一瓶礦泉水中，可發(fā)現(xiàn)上百種化學成分1.4.1復雜混合物分離第二十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日煙葉揮發(fā)油成分分析色譜圖1.4.1復雜混合物分離第二十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.4.1復雜混合物分離三聚氰胺第二十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日七種三嗪類除草劑1.4.2結構類似物分離第二十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.4.3同分異構體分離二甲苯第三十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日9-hydroxyrisperidone帕潘立酮1.4.4手性異構體分離第三十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日章節(jié)重點：色譜分析法的分離機理及其分離過程。分配系數(shù)K的定義、意義及其應用。色譜出峰順序的判定。色譜分析法的分類。第三十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日第十二章

色譜分析法第二節(jié)氣相色譜理論基礎1.氣相色譜常用術語2.分配平衡3.塔板理論4.速率理論5.色譜基本分離方程

第三十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.氣相色譜常用術語

色譜圖：試樣中各組分經(jīng)色譜柱分離后，隨載氣依次進入檢測器，將各組分濃度變化轉為電信號，在記錄儀上記錄為檢測器響應信號隨時間變化的曲線，即色譜流出曲線。第三十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日檢測器對色譜柱流出組分的響應信號隨時間變化所形成的峰形曲線。1.1色譜峰1.2基線無試樣通過檢測器時，檢測到的信號即為基線。1.3色譜峰高色譜峰頂點與基線之間的垂直距離，以h表示。第三十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.4色譜峰區(qū)域寬度標準偏差()：即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。半峰寬(Y1/2)：色譜峰高一半處的寬度Y1/2

=2.354。峰底寬(Wb)：Wb=4。

區(qū)域寬度用以衡量色譜柱的分離效能，通常區(qū)域寬度越窄越好，有三種表示方法：第三十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.5保留值各組分在色譜柱中保留行為的量度，反映組分與固定相作用力的大小。通常用保留時間、保留體積來表示。保留值能揭示色譜過程作用機理及分子結構特征，是色譜定性分析和色譜過程熱力學特性的重要參數(shù)。第三十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日死時間(t0)：不與固定相作用的氣體（如空氣）的保留時間。調(diào)整保留時間(tR’)：tR’=tR-tM

，反映組分在色譜過程中與固定相相互作用所消耗的真實時間。(1)用時間表示的保留值保留時間(tR)：組分從進樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值時所需的時間，取決于色譜過程的熱力學因素，在一定的色譜體系和操作條件下，保留時間確定，是定性分析依據(jù)第三十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日(2)用體積表示的保留值保留體積(VR)：VR=tR×F0（F0為色譜柱出口處的載氣流量，單位：mL/min）。死體積(V0)：V0=t0×F0，死體積實際上就是色譜柱內(nèi)載氣所占的體積。調(diào)整保留體積(VR’)：VR’=VR–V0

。第三十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日(3)

相對保留值r2,1定義：組分2與組分1調(diào)整保留值之比。相對保留值只與柱溫和固定相性質有關，與載氣流量等其他色譜操作條件無關，是色譜定性分析的重要參數(shù)之一?？捎糜诒硎旧V柱的選擇性：r2,1越大，表明兩組分的調(diào)整保留時間t’R相差越大，越容易實現(xiàn)分離。第四十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日色譜流出曲線提供的重要信息：根據(jù)色譜峰數(shù)目，可判斷試樣中所含組分的最少個數(shù)。根據(jù)色譜峰保留值，可以進行定性分析。根據(jù)色譜峰高或峰面積，可以進行定量分析。根據(jù)色譜峰間距及其寬度，可以對色譜柱的分離效能進行評價。第四十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日色譜分離的條件：色譜分析的基本要求：實現(xiàn)混合物中各組分的分離。首要條件：相鄰兩組分的保留值存在一定差別，兩組分的色譜峰間距足夠遠。保留值的變化規(guī)律是色譜熱力學研究的主要課題。第二條件：色譜峰區(qū)域寬度要窄。區(qū)域寬度與組分在流動相和固定相中連續(xù)分配過程的分子擴散、傳質等因素有關，是色譜動力學的研究課題。第四十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日2.分配平衡

定義：在一定溫度、壓力下，組分在液相和氣相兩相之間分配達到平衡時，組分在兩相間的濃度比。2.1分配系數(shù)K第四十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日

式中為相比，β=Vm/Vs

（填充柱：6-35；毛細管柱：50-1500）。分配比k與分配系數(shù)K的關系為：2.2分配比k

定義：在一定溫度、壓力下，組分在液相和氣相兩相之間分配達到平衡時，組分在兩相間的質量比。第四十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日保留時間越長，分配比越大！k越大，組分分配在固定液中的量越多，相當于柱的容量越大，因此分配比又稱為容量因子。容量因子k

是衡量色譜柱對被分離組分保留能力的重要參數(shù)，某組分的k

值可由實驗測定：第四十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日2.3色譜基本保留方程色譜柱確定后，Vg和Vl即為定值，由此可見，分配系數(shù)K不同的各組分具有不同的保留值，在色譜圖上具有不同位置的色譜峰！第四十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日3.塔板理論（平衡理論）假想：色譜柱為一個精餾塔，塔內(nèi)有一系列連續(xù)的、相等體積的塔板，每一塔板的理論高度為H。假設：在每一塊塔板上，被分離組分在氣液兩相間瞬時達到一次分配平衡，然后隨載氣從一塊塔板向下一塊塔板以脈動式遷移。經(jīng)多次分配平衡后，分配系數(shù)K小的組分先離開精餾塔，K大的組分后離開精餾塔，從而使不同K值組分彼此分離。第四十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日色譜柱的理論塔板數(shù)：n理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關系為：n=L/H組分保留時間越長、峰寬度越小，則理論塔板數(shù)n越多，色譜柱效能越高。用不同物質計算可得到不同的理論塔板數(shù)。第四十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日有效塔板數(shù)和有效塔板高度：組分在tM時間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配，需引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：第四十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日塔板理論的特點和不足：不同物質在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標時，應指明測定物質。柱效不能表示被分離組分的實際分離效果，當兩組分的分配系數(shù)K

相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。塔板理論無法解釋同一色譜柱在不同的載氣流速下柱效不同的實驗結果，也無法指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑。第五十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日4.速率理論（色譜過程動力學理論）H=A+B/u+C·u

H-理論塔板高度；u-載氣的線速度(cm/s)減小A、B、C三項均可提高柱效存在最佳流速A、B、C三項各與哪些因素有關？荷蘭學者范第姆特等吸收了塔板理論中塔板高度概念，將色譜分配過程與組分在兩相中的擴散和傳質聯(lián)系起來，完善地解釋了影響塔板高度的各種因素：第五十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日4.1渦流擴散項-AA=2λdp

固定相顆粒越小dp↓，填充得越均勻，A↓，H↓，柱效n↑。dp-固定相的平均顆粒直徑；λ-固定相的填充不均勻因子組分隨載氣遷徙時，碰到填充物顆粒阻礙會不斷改變流動方向，使組分在氣相中形成紊亂的類似“渦流”的流動，引起色譜峰變寬。第五十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日4.2分子擴散項-B/u

γ-彎曲因子，反映柱填充物對分子擴散的阻礙程度，填充柱色譜，γ

≤1，毛細管柱色譜，γ=1；Dg-試樣組分分子在氣相中的擴散系數(shù)（cm2·s-1）。分子擴散項與流速有關，流速↓，滯留時間↑，擴散↑擴散系數(shù)：Dg∝(M載氣)-1/2

；M載氣↑，B↓由于樣品進入色譜柱后存在縱向濃度差，產(chǎn)生縱向擴散，從而使色譜峰變寬。B=2γDg第五十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日4.3傳質阻力項-Cu組分在氣相和液相兩相間進行反復分配時，遇到阻力，導致色譜峰變寬。傳質阻力包括氣相傳質阻力Cg和液相傳質阻力CL，液相傳質阻力要大于氣相傳質阻力。

C=（Cg+Cl）第五十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日以塔板高度H對應載氣流速u作圖，曲線最低點的流速即為最佳流速，實際工作中，為加快速度，縮小分析時間，往往選擇稍大于u最佳的流速。4.4載氣流速對塔板高度的影響第五十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日

傳質阻力項是影響柱效的主要因素，此時應選用相對分子質量較小的載氣如H2、He，以使組分氣相擴散系數(shù)增大。

分子擴散項成為影響柱效的主要因素，此時應選用相對分子質量較大的載氣如N2、Ar，以使組分氣相擴散系數(shù)減小。載氣流速高時：載氣流速低時：第五十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日4.5速率理論的要點通過選擇適當?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。速率理論為色譜分離和操作條件的選擇提供了理論指導。闡明了流速和柱溫對柱效及分離的影響。各種因素相互制約：如載氣流速增大，分子擴散項的影響減小，使柱效提高，但同時傳質阻力項的影響增大，又使柱效下降；柱溫升高，有利于傳質，但又加劇了分子擴散的影響，選擇最佳條件，才能使柱效達到最高。第五十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日5.色譜基本分離方程

塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質對的實際分離程度。即柱效為多大時，相鄰兩組份能夠被完全分離。難分離物質對的分離度大小受色譜過程中兩種因素的綜合影響：保留值之差：色譜過程的熱力學因素；區(qū)域寬度：色譜過程的動力學因素。5.1分離度第五十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日色譜分離中的四種情況如圖所示：①柱效較高，△K(分配系數(shù))較大，峰較窄，完全分離；②△K不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離；③柱效較低，△K較大，峰較寬，且分離不好；④△K小，柱效低，峰較寬，分離效果最差。第五十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日分離度的定義式：R=0.8：兩峰的分離程度可達89%；R=1.0：分離程度98%；R=1.5：達99.7%（相鄰兩峰完全分離的標準）。第六十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），引入相對保留值和塔板數(shù)，可導出下式：5.2色譜基本分離方程式第六十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日例題1：在一定條件下，兩個組分的調(diào)整保留時間分別為85秒和100秒，要達到完全分離，即R=1.5。計算需要多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為0.1cm，柱長是多少？L有效=n有效·H有效

=1547×0.1=155cm

即柱長為1.55米時，兩組分可以得到完全分離。解：r21=100/85=1.18

n有效=16R2[r2,1/(r2,1-1)]2

=16×1.52×(1.18/0.18)2

=1547（塊）第六十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日例題2：某色譜柱長1米，有效特板數(shù)為3600，兩個組分的保留時間分別為12.2s和12.8s，計算分離度。如果兩組分要實現(xiàn)完全分離，色譜柱柱長需要增加到多少？分離度：解：第六十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日章節(jié)重點：色譜常用術語及保留值計算。分配系數(shù)K、分配比k定義及計算。塔板理論特點及其不足。速率理論特點及各項影響因素塔板高度、塔板數(shù)、分離度、保留時間的相互計算。第六十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日第十二章

色譜分析法第三節(jié)氣相色譜法1.氣相色譜法的特點2.氣相色譜儀3.氣相色譜檢測器4.氣相色譜固定相5.定性與定量分析

第六十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1.氣相色譜法的特點分離效率高：適用于復雜混合物、有機同系物、異構體、手性異構體的分離。靈敏度高：可以檢測出g.g-1(ppm)級甚至ng.g-1(ppb)級的物質量。分析速度快：一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個試樣的分析。應用范圍廣：適用于沸點低于400℃的各種有機或無機試樣的分析。不足之處：不適用于高沸點、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定物質的分析；被分離組分的定性較為困難。第六十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日2.氣相色譜儀氣路系統(tǒng)進樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測記錄系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)第六十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日1-減壓閥；2-凈化干燥管；3-壓力表；4-針形閥；5-氣化室；6-色譜柱；7-熱導檢測器；8-氫火焰檢測器；9-數(shù)據(jù)采集機（動畫：氣相色譜儀工作流程）氣路系統(tǒng)進樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)溫控系統(tǒng)檢測記錄系統(tǒng)第六十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日2.1氣路系統(tǒng)組成：包括氣源、凈化干燥管及載氣流速控制部分常用載氣：氫氣、氮氣、氦氣凈化干燥管：去除載氣中的水、有機物等雜質（依次通過分子篩、活性炭等）載氣流速控制：壓力表、流量計及針形閥，控制載氣流速恒定思考題：為何氣體鋼瓶具有不同顏色？氫氣、氮氣、氧氣？第六十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日氣路系統(tǒng)要求：密封性好、流速穩(wěn)定、流速控制方便和測量準確載氣流量大小及其穩(wěn)定性對色譜峰影響很大，流量通?？刂圃?0-100mL/min柱前流量采用轉子流量計指示，柱后流量用皂膜流量計進行測量第七十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日載氣流量校正：采用皂膜流量計測定的柱后載氣流量F0

受水蒸氣、柱內(nèi)壓力梯度及柱溫的影響，需進行校正：柱溫柱壓下通過色譜柱的平均載氣流量柱出口壓力室溫下水飽和蒸汽壓色譜柱溫度室溫壓力校正因子第七十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日2.2進樣系統(tǒng)作用：把試樣快速、定量地加到色譜柱上端組成：微量進樣器及氣化室試樣進樣量、進樣速度及試樣的氣化速度均對色譜分離效率、分析結果精密度、準確度有影響氣化室：電加熱金屬塊，使樣品瞬間氣化，保證色譜峰有較小的寬度第七十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日2.3分離系統(tǒng)填充柱：由柱管和固定相組成，外形為U型或螺旋型，材料為玻璃或不銹鋼，內(nèi)徑2-4mm，柱長1-6m。氣-固色譜固定相為固體吸附劑；氣-液色譜固定相由擔體+固定液組成毛細管柱：通常將固定液均勻涂漬或交聯(lián)到內(nèi)徑0.1-0.5mm的毛細管內(nèi)壁制得，材料為不銹鋼、玻璃或石英色譜儀分離系統(tǒng)即色譜柱，核心部件！第七十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日毛細管氣相色譜的優(yōu)缺點：毛細管柱不存在渦流擴散固定液液膜厚度?。ńM分在固定液中傳質快）空心柱流動阻力小，柱管可以做得很長缺點：固定相體積小，分配比較低，因而最大允許進樣量受到限制，柱容量較低優(yōu)點：思考題：毛細管柱比填充柱有更高的柱效能？第七十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日2.4溫度控制系統(tǒng)

柱溫改變會引起分配系數(shù)變化，對色譜分離的選擇性和柱效能產(chǎn)生影響；而檢測器溫度影響檢測靈敏度和穩(wěn)定性，色譜儀溫度必須嚴格控制！氣化室溫度控制色譜柱溫度控制檢測器溫度控制恒溫法程序升溫法思考題：氣化室、色譜柱、檢測器溫控的標準及相互關系？第七十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日樣品組成復雜、沸程較寬時，應采用程序升溫法！第七十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日2.5檢測記錄系統(tǒng)色譜儀的關鍵部件之一，種類較多，原理和結構各異。有的具有廣泛的適用性，如熱導檢測器；有的具有高選擇性，僅對某類物質有高響應，如氮磷檢測器。熱導池檢測器(TCD)氫火焰檢測器(FID)電子捕獲檢測器(ECD)氮磷檢測器（火焰光度檢測器，F(xiàn)PD）第七十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日3.氣相色譜檢測器3.1信號響應特性濃度型檢測器：測量的是載氣中通過檢測器組分濃度瞬間的變化，檢測信號與組分濃度成正比。質量型檢測器：測量的是載氣中某組分進入檢測器的速度變化，檢測信號與單位時間內(nèi)進入檢測器的組分質量或數(shù)量成正比。第七十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日檢測器性能評價指標：在一定范圍內(nèi)，信號E與進入檢測器的物質質量m呈線性關系：

E=Sm

S=E/m

靈敏度S

：

S

表示單位質量的物質通過檢測器時，產(chǎn)生的響應信號的大小。氣相色譜檢測信號通常顯示為色譜峰，靈敏度由色譜峰面積（A）除以試樣質量求得：S=A/m第七十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日檢出限：檢測器響應值為2倍或3倍噪聲水平時的試樣濃度（或質量），被定義為檢出限（或該物質的最小檢測量）檢測器在線性工作時，被測物質的最大濃度（或質量）與最低濃度（或質量）之間的濃度范圍。線性范圍：第八十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日3.2熱導檢測器(TCD)池體：一般用不銹鋼制成熱敏元件：電阻率高、電阻溫度系數(shù)大、且價廉易加工的鎢絲制成參考池：僅允許純載氣通過，通常連接在進樣裝置之前測量池：攜帶被分離組分的載氣流過，連接在緊靠近分離柱出口(1)熱導檢測器的結構第八十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日(2)檢測原理平衡電橋原理（惠更斯平衡電橋）（不同的氣體有不同的熱導系數(shù)）第八十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日(3)影響熱導檢測器靈敏度的因素

①橋路電流I：

I，鎢絲的溫度，鎢絲與池體之間的溫差，有利于熱傳導，檢測器的響應值S∝I3，檢測器靈敏度提高。但I，穩(wěn)定性下降，基線不穩(wěn)。橋路電流太高時，還可能造成鎢絲燒毀。

②池體溫度：池體溫度與鎢絲溫度相差越大，越有利于熱傳導，檢測器的靈敏度也就越高，但池體溫度不能低于分離柱溫度，以防止試樣組分在檢測器中冷凝。第八十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日某些氣體與蒸氣的熱導系數(shù)(λ)，單位：J/cm·℃·s

③載氣種類：載氣與試樣的熱導系數(shù)相差越大，在檢測器兩臂中產(chǎn)生的溫差和電阻差也就越大，檢測靈敏度越高。載氣的熱導系數(shù)大，傳熱好，通過的橋路電流也可適當加大，則檢測靈敏度進一步提高。第八十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日3.3氫火焰離子化檢測器(FID)(1)特點典型的質量型檢測器對大多數(shù)有機化合物具有很高的靈敏度，而對無機氣體、水、四氯化碳等含氫少或不含氫的物質靈敏度低或不響應靈敏度比熱導檢測器高出近2-4個數(shù)量級，檢測下限可達10-12g·g-1結構簡單、穩(wěn)定性好、響應迅速第八十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日(2)氫焰檢測器的結構第八十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日(3)氫焰檢測器的原理①.有機物CnHm在C層火焰中發(fā)生裂解反應產(chǎn)生自由基：CnHm→·CH②.自由基在D層火焰中與激發(fā)態(tài)原子氧或分子氧發(fā)生如下反應：·CH+O→CHO++e③.正離子CHO+與水分子碰撞而發(fā)生分子離子反應：CHO++H2O→H3O++COA區(qū)：預熱區(qū)B層：點燃火焰C層：熱裂解區(qū)，溫度最高D層：反應區(qū)原理：含碳有機物在氫火焰中發(fā)生電離第八十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日(4)影響氫焰檢測器靈敏度的因素①各種氣體流速和配比的選擇

N2流速的選擇：主要考慮分離效能

N2H2=11～11.5

氫氣空氣=110②極化電壓正常極化電壓選擇100～300V范圍內(nèi)。第八十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日3.4電子捕獲檢測器(ECD)高選擇性、質量型檢測器僅對含有鹵素、磷、硫、氧等電負性元素的化合物有很高的靈敏度，檢測下限可達10-14

g/g對大多數(shù)烴類沒有響應第八十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日ECD的原理:載氣進入電離室，被β射線電離，產(chǎn)生正離子N2+和自由電子，在電場作用下，自由電子向陽極移動，形成檢測器基始電流當電負性組分AB隨載氣進入ECD電離室，捕獲低能量自由電子，形成負離子AB-，并與載氣中正離子N2+復合成中性分子，基始電流下降，下降幅度與進入檢測器的電負性組分的量成正比ECD核心部件：電離室（兩個電極+β放射源）第九十頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日ECD的特點及應用：優(yōu)點：高選擇性、高靈敏度缺點：線性范圍窄；受操作條件影響比較大，穩(wěn)定性差；電離源具有放射性，受管制應用：廣泛用于農(nóng)藥殘留量、大氣和水質污染分析，以及生物化學、醫(yī)學、藥物學和環(huán)境監(jiān)測第九十一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日3.5火焰光度檢測器(FPD)根據(jù)硫、磷化合物在富氫火焰中燃燒時，發(fā)射出波長分別為394nm和526nm的特征光的原理而進行檢測的對含硫、磷化合物具有高選擇性和高靈敏度思考題：FPD是濃度型或者質量型檢測器？第九十二頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日3.6定性功能檢測器質譜、紅外等作為檢測器，通過聯(lián)用技術實現(xiàn)。質譜作為色譜的檢測器使用需要解決四個問題：色譜柱出口壓力與質譜儀高真空之間的匹配試樣組分與載氣的分離質譜對色譜流出峰的快速測定（電子計算機解決）質譜儀的小型化（小型化的質量分析器）思考題：氣相色譜定性功能檢測器可能有哪些？第九十三頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日質譜作為色譜檢測器所存在問題的解決：采用分子分離器，解決第一和第二個問題分子分離器類型：微孔玻璃式、半透膜式和噴射式三種噴射式分子分離器：由一對同軸收縮型噴嘴構成，噴嘴被封在一真空室中，如圖所示。可做成多級。第九十四頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日4.氣相色譜固定相活性炭：有較大的比表面積，吸附性較強活性氧化鋁：有較大的極性。適用于常溫下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等氣體的相互分離。CO2能被活性氧化鋁強烈吸附而不能用這種固定相進行分析硅膠：與活性氧化鋁分離性能大致相同，除能分析上述物質外，還能分析CO2、N2O、NO、NO2等，能夠分離臭氧4.1氣固色譜固定相第九十五頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日分子篩：堿及堿土金屬的多孔性硅鋁酸鹽。常用5A和13A（常溫下分離O2與N2）。除了廣泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分離外，還能夠測定He、Ne、Ar、NO、N2O等高分子多孔微球（GDX系列）：新型的有機合成固定相（苯乙烯與二乙烯苯共聚）。適用于水、氣體及低級醇的分析第九十六頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日氣固色譜固定相的特點:分析對象：H2、O2、N2、CO、CO2、惰性氣體及C1-C4低碳烴類氣體優(yōu)點：對低碳烴類異構體的分離具有很好的選擇性和較高的分離效率缺點：吸附等溫線常常為非線性，所得色譜峰往往不對稱；在高溫下具有一定催化活性，不宜分離高沸點和含活性組分的有機化合物；性能與制備和活化條件有很大關系，同一種固定相，不同廠家或不同活化條件，分離效果差異較大；第九十七頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日4.2氣液色譜固定相固定液：常溫下不一定為液體，但在使用溫度下一定呈液體狀態(tài)；種類繁多，選擇余地大；應用范圍不斷擴大載體：化學惰性多孔固體顆粒氣液色譜固定相：固定液+載體(支持體)組成，固定液均勻地涂敷在載體表面第九十八頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日比表面積大，孔徑分布均勻；化學惰性，表面無吸附性或吸附性很弱，與被分離組份不起反應；具有較高的熱穩(wěn)定性和機械強度，不易破碎；顆粒大小均勻、適度，一般常用60-80目或80-100目載體的要求：硅藻土型載體非硅藻土型載體第九十九頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日硅藻土型載體：①.紅色載體孔徑較小，表孔密集，比表面積較大，機械強度好。適宜分離非極性或弱極性組分的試樣。

缺點是表面存有活性吸附中心點。②.白色載體煅燒前原料中加入了少量助溶劑(碳酸鈉)。顆粒疏松，孔徑較大。表面積較小，機械強度較差。但吸附性顯著減小，適宜分離極性組分的試樣。第一百頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日填充柱氣液色譜擔體一覽表：第一百零一頁，共一百一十二頁，2022年，8月28日固定液:固定液：高沸點、難揮發(fā)有機化合物①.固定液的要求有適當?shù)娜芙庑阅埽簩σ讚]發(fā)的組分有足夠的溶解能力選擇性好：對試樣