氣相色譜法復習

關(guān)于氣相色譜法復習第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四§2-1氣相色譜法概述一、色譜法的定義二、色譜法的分類三、氣相色譜儀的基本組成四、色譜的基本術(shù)語第2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四色譜法的定義色譜法（Chromatography）：借在兩相間分配原理而使混合物中各組分分離的技術(shù)，稱為色譜分離技術(shù)或色譜法（又稱色層法或?qū)游龇ǎ?。主要用于分析多組分樣品。固定相：在色譜分離中固定不動，對樣品產(chǎn)生保留的一相。流動相：帶動樣品向前移動的另一相。二、色譜法的定義第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四1、按兩相物理狀態(tài)分類2、按固定相的形式分類3、按分離機理分類二、色譜法的分類第4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四Ⅰ載氣系統(tǒng)：包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量Ⅱ進樣系統(tǒng)：包括進樣器、氣化室Ⅲ分離系統(tǒng)：包括色譜柱、柱溫箱、溫度控制裝置Ⅳ檢測系統(tǒng)：包括檢測器、檢測的電源、控溫裝置Ⅴ記錄系統(tǒng)：包括放大器、記錄儀（有的儀器還有數(shù)據(jù)處理裝置）三、氣相色譜儀的基本組成第5頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四檢測色譜分離后組分的響應(yīng)信號對時間作圖得到的曲線稱為色譜圖。四、色譜的基本術(shù)語基線：在一定色譜條件下，僅有流動相通過檢測器系統(tǒng)時所產(chǎn)生的信號的曲線，稱為基線。

：不被固定相吸附或溶解的氣體（空氣、甲烷）從進樣到柱后出現(xiàn)濃度最大值所需的時間。

：被測組分從進樣到柱后出現(xiàn)濃度最大值所需的時間。

：扣除死時間后的組分保留時間。第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四

：不保留物從進樣到柱后出現(xiàn)濃度最大值所需流動相的體積。VM=tM

×qv,o：從進樣到柱后出現(xiàn)濃度最大值所需流動相的體積，一般以ml為單位。

VR=tR

×qv,o

：保留體積扣除死體積后的保留體積。V’R=t’R

×qv,o第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四相對保留值r21：指某組分2的調(diào)整保留值與另一組分1的調(diào)整保留值的比值。又稱選擇因子或分離因子(α)峰高：色譜峰頂點與基線之間的垂直距離，以h

表示，如圖AB’線。第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四區(qū)域?qū)挾龋好枋錾V區(qū)域?qū)挾鹊姆椒ㄓ腥N：標準偏差σ：為正態(tài)分布曲線上兩拐點間距離之半，對于正常峰為0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。半峰寬Y1/2

（Yh/2或Wh/2）：峰高一半處的峰寬稱為半峰寬，Y1/2=2.35σ。峰底寬Y（W或Wb）：通過色譜峰兩側(cè)的拐點作切線，在基線上的載距稱為峰寬，或稱基線寬度。峰寬和標準差的關(guān)系是Y=4σ。第9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四氣-固色譜分析氣-液色譜分析1.塔板理論§2-2氣相色譜分析理論基礎(chǔ)2.速率理論氣相色譜分析的基本原理色譜分離的基本理論第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四1.分離過程遷移平衡氣-固色譜：吸附→脫附→吸附→脫附各組分與吸附劑的吸附能力不同，組分得以分離氣-固色譜：溶解→揮發(fā)→再溶解→再揮發(fā)各組分在固定液中的溶解度不同，組分得以分離第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四2.分離原理遷移平衡分配系數(shù)（K）：在一定溫度下，組分在兩相之間分配達平衡時的濃度之比，稱為分配系數(shù)。公式如下：在一定溫度、壓力下，組分在柱內(nèi)發(fā)生的溶解-揮發(fā)或吸附-解吸的過程稱為分配過程。分離原理兩相分配系數(shù)不同第12頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四2.分離原理遷移平衡分配比:固S流M兩相質(zhì)量之比K與k的關(guān)系：相比第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四2.分離原理分配比與保留值的關(guān)系：例：在某HPLC色譜系統(tǒng)中，系統(tǒng)的死時間為1.5min，某樣品組分進樣后9min出峰，試計算該組分在該系統(tǒng)中的容量因子：第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四塔板理論：——熱力學平衡理論，由相平衡觀點來研究分離過程，研究試樣中各組分在兩相間的分配情況。速率理論：——動力學理論，以動力學觀點—速度來研究各種動力學因素對柱效的影響；研究各組分在色譜柱中的運動情況。二、色譜分離理論第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四（1）塔板理論的提出始于馬?。∕artin）和辛格（Synge）提出的塔板模型。二、色譜分離理論1.塔板理論第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四（2）塔板理論的四個基本假設(shè)：1）色譜柱內(nèi)存在許多塔板，組分在塔板間隔（即塔板高度）內(nèi)可以很快達到分配平衡。2）載氣進入色譜柱，不是連續(xù)的而是脈動式的，即每次進氣為一個塔板體積。3）樣品加在每個塔板上，樣品沿色譜柱軸方向的擴散可以忽略。4）在所有塔板上分配系數(shù)相等，與組分的量無關(guān)。即分配系數(shù)在各塔坂上是常數(shù)。色譜分離理論1.塔板理論第17頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(3)色譜流出曲線方程（正態(tài)分布方程）： 描述組分流出色譜柱的濃度變化色譜分離理論1.塔板理論A=1.065×Y1/2×h

色譜定量的參數(shù)第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四色譜分離理論1.塔板理論(4)塔板理論的基本關(guān)系式：第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四塔板理論要點色譜分離理論1.塔板理論請同學們總結(jié)問答題哦第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四色譜分離理論2.速率理論（1）速率理論的提出VanDeemter等人在塔板理論的基礎(chǔ)上，提出了關(guān)于色譜過程的動力學理論——速率理論。第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四式中：H：為理論塔板高度色譜分離理論2.速率理論（2）速率方程VanDeemter方程：請掌握A、B、C三項的物理意義作業(yè)題哦第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四一、分離度二、色譜分離的基本方程三、分離操作條件的選擇§2-3色譜分離條件的選擇第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四一、分離度保留時間之差底峰寬的均值第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四二、色譜分離基本方程R：分離度

n：理論塔板數(shù)α：分離因子

k：分配比（容量因子）分離度（R）受柱效（n）、分離因子（α）和容量因子（k）三個參數(shù)的控制：分離度同時體現(xiàn)了選擇性與柱效能，即分離度同時由色譜過程熱力學因素和動力學因素決定的色譜參數(shù)。第25頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四(1)分離度與柱效的關(guān)系：說明用柱長的色譜柱可以提高分離度，但延長了分析時間。因此，提高分離度的好方法是制備出一根性能優(yōu)良的柱子，通過降低板高，以提高分離度。二、色譜分離基本方程第26頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四（2）分離度與分配比的關(guān)系：隨著容量因子增大，分離度增大；當k>10時，隨容量因子增大，分離度的增長是微乎其微的，對R的改進不明顯，反而使分析時間大為延長。一般取k為1-10最宜。改變k的方法：改變柱溫：改變分配系數(shù)，而使k改變；改變相比：包括改變固定相的量Vs改變柱的死體積VM二、色譜分離基本方程第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四（3）分離度與選擇因子的關(guān)系：由基本色譜方程式判斷，當α=1時，R=0。這時，無論怎樣提高柱效也無法使兩組分分離。顯然，α大，選擇性好。增加α值簡便而有效的處理方法是通過改變固定相（氣相色譜法，流動相惰性），使各組分的分配系數(shù)有較大的差別。二、色譜分離基本方程第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四柱長、分離度、柱效和選擇性的關(guān)系第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四3.分離操作條件的選擇請同學們總結(jié)作業(yè)題哦第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四例子：有人用兩臺同樣的色譜儀分析同一個試樣，當增加第一臺色譜儀的載氣流速，發(fā)現(xiàn)柱效增加，而增加第二臺色譜儀的載氣流速，卻發(fā)現(xiàn)柱效下降，其原因可能是（

）。A．前者的載氣流速小于最佳流速，后者的載氣流速大于最佳流速B．前者的載氣流速大于最佳流速，后者的載氣流速小于最佳流速C．有一臺儀器的分離柱失效D．有一臺儀器的檢測器有問題范氏曲線Hminuopt第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四例子：增加氣相色譜分離室的溫度可能出現(xiàn)下列哪種結(jié)果？（）。A．保留時間縮短，色譜峰變高、變窄，峰面積變大B．保留時間縮短，色譜峰變高、變窄，峰面積變小C．保留時間縮短，色譜峰變低、變寬，峰面積保持一定D．保留時間縮短，色譜峰變高、變窄，峰面積保持一定第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四例子：增加氣相色譜載氣的流速可能出現(xiàn)下列哪種結(jié)果？（）。A．保留時間縮短，色譜峰變低、變寬，峰面積保持一定B．保留時間縮短，色譜峰變高、變窄，峰面積保持一定C．保留時間縮短，色譜峰變高、變窄，峰面積變大D．保留時間縮短，色譜峰變高、變窄，峰面積變小第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四一、氣-固色譜固定相二、氣-液色譜固定相§2-4固定相及其選擇第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四固定相及其選擇一、氣-固色譜固定相氣固色譜的固定相：具有多孔性及較大表面積的吸附劑顆粒常用的吸附劑及其一般用途：P25表2-4活性碳——非極性氧化鋁——弱極性硅膠——強極性分子篩高分子多孔微球分離永久性氣體、順反式異構(gòu)體等仍有應(yīng)用目前，氣固色譜應(yīng)用較少——（略）第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四固定相及其選擇二、氣-液色譜固定相

又稱載體或固體支持物，是支撐固定液的惰性多孔固體顆粒。有硅藻土、玻璃微珠、聚四氟乙烯等。擔體固定液高沸點難揮發(fā)有機物或聚合物分類：相對極性、麥氏常數(shù)選擇：相似相溶第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四“相似相溶”原則（1）分離非極性物質(zhì)一般選用非極性固定液，這時試樣中各組分按沸點次序先后流出色譜柱，沸點低的先出峰，沸點高的后出峰。第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四“相似相溶”原則（2）分離極性物質(zhì)，選用極性固定液，這時試樣中各組分主要按極性順序分離，極性小的先流出色譜柱，極性大的后流出色譜柱。第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四“相似相溶”原則（3）分離非極性和極性混合物時，一般選用極性固定液，這時非極性組分先出峰，極性組分(或易被極化的組分)后出峰。第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四“相似相溶”原則（4）對于能形成氫鍵的試樣、如醇、酚、胺和水等的分離。一般選擇極性的或是氫鍵型的固定液，這時試樣中各組分按與固定液分子間形成氫鍵的能力大小先后流出，不易形成氫鍵的先流出，最易形成氫鍵的最后流出。第40頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四“相似相溶”原則（5）對于復雜的難分離的物質(zhì)可以用兩種或兩種以上的混合固定液。以上討論的僅是對固定液的大致的選擇原則，應(yīng)用時有一定的局限性。事實上在色譜柱中的作用是較復雜的，因此固定液酌選擇應(yīng)主要靠實踐。第41頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四熱導檢測器氫火焰離子檢測器

FPD

flamephotometricdetectorECD

electroncapturedetectorTCDthermalconductivitydetector火焰光度檢測器FID

hydrogenflameionizationdetector電子捕獲檢測器§2-5氣相色譜檢測器第42頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四TCD熱導檢測器是基于不同物質(zhì)具有不同的熱導系數(shù)（λ）設(shè)計的。熱導檢測器的響應(yīng)值與組分的濃度成正比，故是一種濃度型檢測器。熱導檢測器通用性檢測器。第43頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四FID含碳物質(zhì)氫火焰中離子化外電場作用形成電流,與待測物質(zhì)量成正比

靈敏度比TCD高的多檢測含碳化合物更通用局限性：對氣火焰中不能電離的化合物，如永久性氣體、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氫則不能檢測。第44頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四一、根據(jù)色譜保留值進行定性分析§2-6氣相色譜定性方法（一）利用純物質(zhì)對照定性（二）相對保留值法（三）加入已知物增加峰高法（四）多柱法（五）保留指數(shù)法第45頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四二、與其他方法結(jié)合的定性分析（一）與質(zhì)譜、紅外光譜等儀器聯(lián)用（二）與化學方法配合進行定性分析三、利用檢測器的選擇性進行定性分析第46頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四1、歸一化法把所有出峰組分的含量之和按100%計的定量方法稱為歸一化法。其計算公式如下：式中ωi%為被測組分i的百分含量；A1、A2

An為組分1~n的峰面積；f1、f2

fn為組分1~n的相對校正因子。若組分的定量校正因子相近，可將校正因子消去，直接用面積進行歸一化計算，即：§2-7氣相色譜定量方法第47頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四面積歸一化法，前提是試樣中所有組分都產(chǎn)生信號并能檢出色譜峰。優(yōu)點：簡便，準確，色譜條件變化對定量結(jié)果影響不大。缺點：所有組分必須在一定時間內(nèi)都出峰，且必須已知所有組分的校正因子；此外，測量低含量尤其是微量雜質(zhì)時，誤差較大。第48頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四第49頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四2、內(nèi)標法（內(nèi)標校正因子法）

所謂內(nèi)標法，是將一定量的純物質(zhì)作為內(nèi)標物加入到待測物的標準溶液和樣品溶液中，再進行分析測定的方法。

第50頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四該法首先配制含有內(nèi)標物及待測物對照品的校正因子測定用對照溶液，進樣記錄色譜圖，計算校正因子：A’s、m’s為內(nèi)標物峰面積、質(zhì)量A’i

、m’i為待測物對照品峰面積、質(zhì)量內(nèi)標法內(nèi)標物+對照品→校正因子第51頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四再取樣品配成含有內(nèi)標物質(zhì)的供試品溶液，注入儀器，記錄色譜圖，測量供試品色譜圖上待測成分和內(nèi)標物峰面積，按下式計算含量：As、ms為內(nèi)標物峰面積、質(zhì)量Ai、mi為供試品的峰面積、質(zhì)量內(nèi)標物+樣品→含量第52頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四整理為：第53頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四30.有一試樣含甲酸、乙酸、丙酸及不少水、苯等物質(zhì)，稱取此試樣1.055g。以環(huán)己酮作內(nèi)標，稱取環(huán)己酮0.1907g，加到試樣中，混合均勻后，吸取此試液3mL進樣，得到色譜圖。從色譜圖上測得各組分峰面積及已知的f’值如下表所示：甲酸乙酸環(huán)己酮丙酸峰面積校正因子fi14.83.83172.61.7791331.0042.41.07求甲酸、乙酸、丙酸的質(zhì)量分數(shù)。例：第54頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四得到各組分的質(zhì)量分數(shù)分別為：第55頁，共63頁，2023年，2月20日，星期四內(nèi)標法的關(guān)鍵是選擇合適的內(nèi)標物，它必須符合下列條件：P54①內(nèi)標物應(yīng)是試樣中原來不存在的純物質(zhì)；②內(nèi)標物的質(zhì)量應(yīng)與被測物質(zhì)的質(zhì)量接近，能保持色譜峰大小差不多。③內(nèi)標物的峰位置應(yīng)盡量靠近被測組分的峰，或位于幾個被測物之峰的中間并與這些色譜峰完全分離。④性質(zhì)與被測物相近，能完全溶解于樣品中，但不能與樣品發(fā)生化學反應(yīng)。