色譜分析法和氣相色譜法

關(guān)于色譜分析法和氣相色譜法第一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三本章重點：

1.理解色譜分離的基本原理；

2.掌握色譜法的基本概念和術(shù)語；

3.掌握色譜法的定性和定量方法;4.了解氣相\液相色譜的分析原理、儀器結(jié)構(gòu)

和在食品分析中的應(yīng)用.第二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三描述:色譜法是一種分離技術(shù).混合物最有效的分離、分析方法.色譜法分離發(fā)生在色譜柱上.

可用于檢測大多數(shù)有機物質(zhì).§1.色譜法導(dǎo)論第三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三1906年,俄國植物學(xué)家茨維特對植物葉的色素成分進行研究時,使用右圖裝置:將植物葉子的萃取物倒入填有碳酸鈣的直立玻璃管內(nèi),然后加入石油醚使其自由流下,結(jié)果色素中各組分互相分離形成各種顏色的譜帶.這種分離物質(zhì)的方法因此得名為色譜法.1.1概述第四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三1.2色譜法分類

(1)氣相色譜：流動相為氣體（稱為載氣）。按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜按色譜柱可分為：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜；(2)液相色譜：流動相為液體（稱為淋洗液）。

按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。

第五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三1.3色譜法的特點（1）分離效率高

復(fù)雜混合物，有機同系物、異構(gòu)體、手性異構(gòu)體。高效液相色譜分離復(fù)雜單糖第六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三（2）靈敏度高

可以檢測出μg.g-1(10-6)級甚至ng.g-1(10-9)級的物質(zhì)量。（3）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。（4）應(yīng)用范圍廣

氣相色譜：沸點低于400℃、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的各種有機或無機試樣的分析。液相色譜：高沸點、熱不穩(wěn)定、生物試樣的分離分析。

第七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三（一）組分分離當(dāng)流動相中樣品混合物經(jīng)過固定相時，就會與固定相發(fā)生作用，由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相相互作用的類型、強弱也有差異，因此在同一推動力的作用下，不同組分在固定相滯留時間長短不同，從而按先后不同的次序從固定相中流出。1.4色譜曲線圖及有關(guān)術(shù)語第八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三（二）色譜峰由檢測器輸出的信號強度對時間作圖，所得曲線稱為色譜流出曲線。曲線上突起部分就是色譜峰。

第九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三

基線：在實驗操作條件下，色譜柱后沒有樣品組分流出時的流出曲線稱為基線，穩(wěn)定的基線應(yīng)該是一條水平直線。峰高：色譜峰頂點與基線之間的垂直距離，以（h）表示。第十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三（三）保留時間tR試樣從進樣到柱后出現(xiàn)峰極大點時所經(jīng)過的時間，稱為保留時間，如下圖。組分在色譜柱中的保留時間tR包含組分通過柱子的時間和組分在固定相中滯留的時間，所以tR實際上是組分在固定相中保留的總時間。進樣tR第十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三（四）分離度

分離度是描述難分離物質(zhì)對的實際分離程度。①柱效較高，△K(分配系數(shù))較大,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,但分離的不好；④△K小，柱效低，分離效果更差。第十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三1.5定性和定量分析1定性分析在色譜條件一定時，任何一種物質(zhì)都有確定的保留時 間。通過比較已知物和未知物的保留參數(shù)或在固定相上的位置，即可確定未知物是何種物質(zhì)。未知樣品圖已知標(biāo)樣圖第十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三利用純物質(zhì)定性的方法

利用保留值定性：通過對比試樣中具有與純物質(zhì)相同保留值的色譜峰，來確定試樣中是否含有該物質(zhì)及在色譜圖中的位置。不適用于不同儀器上獲得的數(shù)據(jù)之間的對比。利用加入法定性：將純物質(zhì)加入到試樣中，觀察各組分色譜峰的相對變化。第十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三2定量分析在一定色譜條件下，組分i的質(zhì)量（mi）與檢測器響應(yīng)訊號（峰面積Ai）成正比。色譜定量分析的依據(jù)iAiiAfm=第十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三3定量分析方法(1)外標(biāo)法(標(biāo)準(zhǔn)曲線法)：將欲測組分的純物質(zhì)配制成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進行色譜分析，以峰面積對濃度作圖。測得樣品的信號后從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出對應(yīng)濃度。123456SampleAmmiAi第十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三（2）歸一化法

將試樣中所有組分的含量之和按100%計算，以它們相應(yīng)的色譜峰面積或峰高為定量參數(shù)，通過下式計算各組分的含量：%100%1==niAisiAisiifAfAm[前提：樣品中所有組分都有響應(yīng)（出峰）]第十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三1mg樣品溶解后，經(jīng)過高效液相色譜分析后得到4個峰，經(jīng)驗證樣品中只有4種物質(zhì)，那么每種物質(zhì)所占比例與對應(yīng)峰面積所占比例一致。即

M1=1mg×[A1/(A1+A2+A3+A4)]驗證方法：薄層色譜法最常用。二極管陣列檢測器3124第十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三練習(xí)題：1.色譜分離主要發(fā)生在（）上。

1.按照固定相的物態(tài)不同，可將液相色譜法分為（）和（），前者的固定相為固體，后者的固定相為液體。3.

是色譜分析中用于描述難分離物質(zhì)對的實際分離程度。4.色譜分析法的定量方法有

、和

，其中

需要所有物質(zhì)都出峰。5.色譜分析法的定性依據(jù)和定量依據(jù)分別是什么？液固色譜液液色譜分離度標(biāo)準(zhǔn)曲線法歸一化法歸一化法色譜柱保留時間（或出峰時間）；峰面積。第十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三§2氣相色譜法第二十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三

氣相色譜儀第二十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三氣相色譜儀主要包括五部分：

1、載氣系統(tǒng)

2、進樣系統(tǒng)

3、分離系統(tǒng)

4、溫控系統(tǒng)

5、檢測系統(tǒng)2.1氣相色譜儀的組成第二十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三壓縮氣體鋼瓶減壓閥、穩(wěn)壓閥凈化器檢測器色譜柱汽化室尾氣1、載氣系統(tǒng)第二十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三氣相色譜對載氣的基本要求：（1）純凈 通過活性炭或分子篩凈化器，除去載氣中的水分、氧等有害雜質(zhì)。（2）穩(wěn)定 采用穩(wěn)壓閥或雙氣路方式：載氣（3）常用的載氣： 氮氣 氫氣 氦氣氬氣第二十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三2、進樣系統(tǒng)進樣裝置和汽化室進樣通常用微量注射器和進樣閥將樣品引入。液體樣品引入后需要瞬間汽化。汽化在汽化室進行。進樣量不能太?。ù笥跈z測限），也不能太大（會使峰型拖尾）。進樣速度要快。

第二十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三液體進樣裝置和汽化室

液體進樣器：注射器第二十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三載氣入口加熱塊接色譜柱汽化室：使樣品瞬間汽化而又不分解。接色譜柱對汽化室的要求：（1）體積?。唬?）熱容量大；（3）對樣品無催化作用第二十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三3.分離系統(tǒng)色譜柱:色譜儀的核心部件,其作用是分離樣品。主要有兩類：填充柱和毛細(xì)管柱。1）填充柱填充柱由不銹鋼制成，內(nèi)裝固定相，一般內(nèi)徑為2～4mm，長1～3m。填充柱的形狀有U型和螺旋型二種.第二十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三2）毛細(xì)管柱

毛細(xì)管柱又叫空心柱，分為涂壁，多孔層和涂載體空心柱。涂壁空心柱是將固定液均勻地涂在內(nèi)徑0.l～0.5mm的毛細(xì)管內(nèi)壁而成，毛細(xì)管材料可以是不銹鋼，玻璃或石英。與填充往相比，其分離效率高、分析速度塊、樣品用量小，但柱容量低、要求檢測器的靈敏度高，并且制備較難。第二十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時，其與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強弱不同，隨著流動相的移動，混合物在兩相間經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時間不同，從而按一定次序由固定相中流出。第三十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三4.溫控系統(tǒng)

溫度是色譜分離條件的重要選擇參數(shù)；

氣化室、分離室、檢測器三部分在色譜儀操作時均需控制溫度.

氣化室：保證液體試樣瞬間氣化，一般比分離室溫度高50-100度；

分離室：準(zhǔn)確控制分離需要的溫度。當(dāng)試樣復(fù)雜時，分離室溫度需要按一定程序控制溫度變化，各組分在最佳溫度下分離；

檢測器：保證被分離后的組分通過時不在此冷凝；色譜柱的溫度控制方式有恒溫和程序升溫二種。第三十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三

對于沸點范圍很寬的混合物，往往采用程序升溫法進行分析。程序升溫指在一個分析周期內(nèi)柱溫隨時間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達(dá)到用最短時間獲得最佳分離的目的。程序升溫:第三十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三恒溫和程序升溫分析烴類化合物第三十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三5.檢測和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

這個系統(tǒng)是指樣品經(jīng)色譜柱分離后，各成分按保留時間不同，順序地隨載氣進入檢測器，檢測器把進入的組分按時間及其濃度或質(zhì)量的變化，轉(zhuǎn)化成易于測量的電信號，經(jīng)過必要的放大傳遞給記錄儀或計算機，最后得到該混合樣品的色譜流出曲線及定性和定量信息。第三十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三1熱導(dǎo)檢測器（TCD）

(1)熱導(dǎo)檢測器的結(jié)構(gòu)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。參考臂：僅允許純載氣通過，通常連接在進樣裝置之前。測量臂：需要攜帶被分離組分的載氣流過，則連接在緊靠近分離柱出口處。2.2常用檢測器第三十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三(2)檢測原理平衡電橋鎢絲通電，加熱與散熱達(dá)到平衡后，兩臂電阻值：

R參=R測

;R1=R2

則：R參·R2=R測·R1

無電壓信號輸出,記錄儀走直線（基線）。

第三十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三進樣后:

載氣攜帶試樣組分流過測量臂而這時參考臂流過的仍是純載氣，使測量臂的溫度改變，引起電阻的變化，測量臂和參考臂的電阻值不等，產(chǎn)生電阻差，R參≠R測

則：R參·R2≠R測·R1

這時電橋失去平衡，a、b兩端存在著電位差，有電壓信號輸出。信號與組分濃度相關(guān)。記錄儀記錄下組分濃度隨時間變化的峰狀圖形。不同氣體有不同的熱導(dǎo)系數(shù)第三十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三某些氣體與蒸氣的熱導(dǎo)系數(shù)（λ），單位：J/cm·℃·s第三十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三

2.氫火焰離子化檢測器（FID）

氫火焰離子化檢測器是以氫氣和空氣燃燒的火焰作為能源，利用含碳有機物在火焰中燃燒產(chǎn)生離子，在外加的電場作用下，使離子形成離子流，根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號強度，檢測被色譜柱分離出的組分。第三十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三第四十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三特點:

1,能檢測大多數(shù)含碳有機化合物；2,靈敏度很高，比熱導(dǎo)檢測器的靈敏度高約103倍；檢出限低，可達(dá)10-12g·S-1；3,是目前應(yīng)用最廣泛的色譜檢測器之一。缺點：

不能檢測永久性氣體、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氫等物質(zhì)。第四十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三3.電子捕獲檢測器(ECD)

特點:電子捕獲檢測器是一種選擇性很強的檢測器,目前分析痕量電負(fù)性有機物最有效的檢測器，對具有電負(fù)性物質(zhì)（如含鹵素、硫、磷、氰等的物質(zhì)）的檢測有很高靈敏度（檢出限約1O-14g/ml）。缺點:線性范圍窄，只有103左右，且響應(yīng)易受操作條件的影響，重現(xiàn)性較差。應(yīng)用:電子捕獲檢測器已廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥殘留量、大氣及水質(zhì)污染分析，以及生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域中。第四十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三4.火焰光度檢測器(FPD)

火焰光度檢測器，又稱硫、磷檢測器，它是一種對含磷、硫有機化合物具有高選擇性和高靈敏度的質(zhì)量型檢測器，檢出限可達(dá)10-12g·S-1（對P）或10-11g·S-1（對S）。這種檢測器可用于大氣中痕量硫化物以及農(nóng)副產(chǎn)品，水中的毫微克級有機磷和有機硫農(nóng)藥殘留量的測定。第四十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期三2.3檢測器性能評價指標(biāo)靈敏度（S）：S表示單位質(zhì)量的物質(zhì)通過檢測器時，產(chǎn)生的響應(yīng)信號的大小。S值越大，檢測器（也即色譜儀）的靈敏度也就越高。檢測信號通常顯示為色譜峰，則響應(yīng)值也可以由色譜峰面積（A）除以試樣質(zhì)量求得：

S=A/m

檢測限（D）：

恰能產(chǎn)生相當(dāng)于3倍噪