第五章-色譜分析法分析化學(xué)

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氣相色譜分析法§11-1概述

色譜法簡介色譜法特點(diǎn)氣相色譜分析流程

2025/1/30色譜法簡介

色譜法是一種分離技術(shù)

俄國植物學(xué)家茨維特在1906年使用的色譜原型裝置，如圖。試樣混合物的分離過程也就是試樣中各組分在稱之為色譜分離柱中的兩相間不斷進(jìn)行著的分配過程。其中的一相固定不動(dòng)，稱為固定相；另一相是攜帶試樣混合物流過此固定相的流體（氣體或液體），稱為流動(dòng)相。（動(dòng)畫）2025/1/30色譜法簡介

當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，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(qiáng)弱不同，隨著流動(dòng)相的移動(dòng)，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(shí)間不同，從而按一定次序由固定相中流出。與適當(dāng)?shù)闹髾z測方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測。

兩相及兩相的相對運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了色譜法的基礎(chǔ)（動(dòng)畫）2025/1/30色譜法分類

氣相色譜：流動(dòng)相為氣體（稱為載氣）。按分離柱不同可分為：填充柱色譜和毛細(xì)管柱色譜；按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜2025/1/30色譜法分類液相色譜：流動(dòng)相為液體（也稱為淋洗液）。按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜。離子色譜：液相色譜的一種，以特制的離子交換樹脂為固定相，不同pH值的水溶液為流動(dòng)相。2025/1/30色譜法分類薄層色譜和紙色譜：比較簡單的色譜方法凝膠色譜法:超臨界色譜:高效毛細(xì)管電泳:九十年代快速發(fā)展、特別適合生物試樣分析分離的高效分析儀器。2025/1/303.氣相色譜法的特點(diǎn)（1）分離效率高：復(fù)雜混合物，有機(jī)同系物、異構(gòu)體。手性異構(gòu)體。（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(gè)試樣的分析。（4）應(yīng)用范圍廣：適用于沸點(diǎn)低于400℃的各種有機(jī)或無機(jī)試樣的分析。不足之處：

不適用于沸點(diǎn)高于450℃的高沸點(diǎn)、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定物質(zhì)的分析。被分離組分的定性較為困難。2025/1/30氣相色譜分析流程1-載氣鋼瓶；2-減壓閥；3-凈化干燥管；4-針形閥；5-流量計(jì);6-壓力表；4-針形閥；5-流量計(jì);6-壓力表；7-進(jìn)樣器和汽化室；8-色譜柱9-熱導(dǎo)檢測器；10-放大器；11-溫度控制器；12-記錄儀；1.載氣系統(tǒng)：包括氣源、凈化干燥管和載氣流速控制;2.進(jìn)樣系統(tǒng)：進(jìn)樣器及氣化室；3.色譜柱：填充柱（填充固定相）或毛細(xì)管柱（內(nèi)壁涂有固定液）；4.檢測器：可連接各種檢測器，以熱導(dǎo)檢測器或氫火焰檢測器最為常見；5.記錄系統(tǒng)：放大器、記錄儀或數(shù)據(jù)處理儀；6.溫度控制系統(tǒng)：柱室、氣化室的溫度控制。2025/1/30氣固色譜和氣液色譜氣相色譜分離過程是在色譜柱內(nèi)完成的。填充柱色譜:氣固色譜和氣液色譜，兩者的分離機(jī)理不同。氣固色譜的固定相:多孔性的固體吸附劑顆粒。

固體吸附劑對試樣中各組分的吸附能力的不同。氣固色譜的分離機(jī)理:

吸附與脫附的不斷重復(fù)過程；氣液色譜的固定相:由擔(dān)體和固定液所組成。

固定液對試樣中各組分的溶解能力的不同。氣液色譜的分離機(jī)理：

氣液兩相間的反復(fù)多次分配過程。2025/1/30氣固色譜和氣液色譜當(dāng)試樣由載氣攜帶進(jìn)入色譜柱與固定相接觸時(shí)，被固定相溶解或吸附。隨著載氣的不斷通入，被溶解或吸附的組分又從固定相中揮發(fā)或脫附，揮發(fā)或脫附下的組分隨著載氣向前移動(dòng)時(shí)又再次被固定相溶解或吸附。隨著載氣的流動(dòng)，溶解、揮發(fā)，或吸附、脫附的過程反復(fù)地進(jìn)行。（動(dòng)畫）2025/1/30分配系數(shù)K

組分在固定相和流動(dòng)相間發(fā)生的吸附、脫附，或溶解、揮發(fā)的過程叫做分配過程。在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度（單位：g/mL）比，稱為分配系數(shù)，用K表示，即：2025/1/30分配系數(shù)K的討論

一定溫度下，組分的分配系數(shù)K越大，出峰越慢；試樣一定時(shí)，K主要取決于固定相性質(zhì)；每個(gè)組份在各種固定相上的分配系數(shù)K不同；選擇適宜的固定相可改善分離效果；試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎(chǔ)；某組分的K=0時(shí)，即不被固定相保留，最先流出。2025/1/30分配比分配比(又稱容量因子或容量比)，以k

表示之。K是指在一定溫度、壓力下組分在兩相間達(dá)到分配平衡時(shí)，它在兩相間的質(zhì)量比。

ms--表示組分分配在固定相中的質(zhì)量

mM--表示組分分配在流動(dòng)相中的質(zhì)量2025/1/30分配比對于一定的色譜體系，組分的分離最終決定于組分在兩相中的質(zhì)量，而不是平衡濃度，因此分配比更能表征分配達(dá)到平衡時(shí)的分離情況。分配系數(shù)與分配比的關(guān)系為VM

為色譜柱中流動(dòng)相的體積，即柱內(nèi)固定相間的空隙體積Vs為色譜柱中固定相的體積。在氣液色譜中它為固定液體積；在氣固色譜中則為吸附劑表面容量VM

與Vs之比稱為相比以β表示2025/1/3011

色譜分析法§11-2固定相氣固色譜固定相氣液色譜固定相2025/1/30固定相/氣固色譜固定相種類：

活性炭：有較大的比表面積，吸附性較強(qiáng)。

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(qiáng)烈吸附而不能用這種固定相進(jìn)行分析。

硅膠：與活性氧化鋁大致相同的分離性能，除能分析上述物質(zhì)外，還能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能夠分離臭氧。2025/1/30固定相/氣固色譜固定相分子篩：

堿及堿土金屬的硅鋁酸鹽（沸石），多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子篩等（孔徑：埃）。常用5A和13X（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(jī)合成固定相（苯乙烯與二乙烯苯共聚）。型號：GDX-01、-02、-03等。適用于水、氣體及低級醇的分析。2025/1/30氣固色譜固定相的特點(diǎn)（1）性能與制備和活化條件有很大關(guān)系；（2）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；（3）種類有限，能分離的對象不多；（4）使用方便。2025/1/30氣固色譜固定相2025/1/30氣固色譜固定相2025/1/30氣液色譜固定相[固定液+擔(dān)體（支持體）]

固定液在常溫下不一定為液體，但在使用溫度下一定呈液體狀態(tài)。固定液的種類繁多，選擇余地大，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。擔(dān)體：化學(xué)惰性的多孔性固體顆粒，具有較大的比表面積。

可以作為擔(dān)體使用的物質(zhì)應(yīng)滿足以下條件：

比表面積大，孔徑分布均勻；化學(xué)惰性，表面無吸附性或吸附性很弱，與被分離組份不起反應(yīng)；具有較高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，不易破碎；顆粒大小均勻、適度。一般常用60~80目、80~100目。固定相/氣液色譜固定相2025/1/30擔(dān)體（硅藻土）紅色擔(dān)體：孔徑較小，表孔密集，比表面積較大，機(jī)械強(qiáng)度好。適宜分離非極性或弱極性組分的試樣。缺點(diǎn)是表面存有活性吸附中心點(diǎn)。白色擔(dān)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(jī)械強(qiáng)度較差。但吸附性顯著減小，適宜分離極性組分的試樣。2025/1/30擔(dān)體2025/1/30擔(dān)體2025/1/30擔(dān)體2025/1/30固定液固定液：高沸點(diǎn)難揮發(fā)有機(jī)化合物，種類繁多。2025/1/30對固定液的要求對試樣中各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰?；選擇性好，對各分離組分分配系數(shù)的差值要適當(dāng)；沸點(diǎn)高，揮發(fā)性小，熱穩(wěn)定性好；化學(xué)穩(wěn)定性好，不與被分離物質(zhì)發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)。2025/1/30固定液固定液分類方法如按化學(xué)結(jié)構(gòu)、極性、應(yīng)用等的分類方法。在各種色譜手冊中，一般將固定液按有機(jī)化合物的分類方法分為：脂肪烴、芳烴、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等，

最高最低使用溫度高于最高使用溫度易分解，溫度低呈固體；混合固定相對于復(fù)雜的難分離組分通常采用特殊固定液或?qū)煞N甚至兩種以上配合使用；2025/1/30固定液固定液的相對極性

規(guī)定：角鯊?fù)椋ó惾椋┑南鄬O性為零，

β，β’—氧二丙睛的相對極性為100.2025/1/30麥?zhǔn)铣?shù)麥?zhǔn)铣?shù)：用x’、y’、z’、u’、s’表示，分別代表了極性分子間存在著的靜電力（偶極定向力）；極性與非極性分子間存在著的誘導(dǎo)力；非極性分子間的色散力；氫鍵等。也可以用五個(gè)數(shù)的總和來表示固定相的極性大小，如：β，β’—氧二丙睛五個(gè)常數(shù)的總和為4427，是強(qiáng)極性固定相。2025/1/302025/1/30固定液2025/1/30固定液2025/1/30固定液選擇的基本原則----

相似相溶----選擇與試樣性質(zhì)相近的固定相。2025/1/30固定液的選擇分離非極性組分，一般選用非極性固定液。這時(shí)試樣中各組分按沸點(diǎn)次序流出色譜柱。低沸點(diǎn)組分先出峰例如用角鯊?fù)樽鞴潭ㄒ悍蛛x甲烷（沸點(diǎn)一161.5℃）、乙烷（沸點(diǎn)一88.6℃），丙烷（沸點(diǎn)一47℃）時(shí)。沸點(diǎn)較低的甲烷先出峰，沸點(diǎn)較高的丙烷則最后出峰。2025/1/30固定液的選擇分離極性組分，選用極性固定液。各組分按極性大小順序流出色譜柱，極性小的先出峰。如用極性固定液聚乙二醇一600分析乙醛、丙烯醛混合物時(shí)，由于乙醛的極性較丙烯醛小，所以乙醛較丙烯醛先出峰。2025/1/30固定液的選擇分離非極性和極性的（或易被極化的）混合物，一般選用極性固定液。此時(shí)，非極性組分先出峰，極性的（或易被極化的）組分后出峰。例如苯和環(huán)己烷的沸點(diǎn)相差不到1℃‘，用非極性固定液很難使之分離，但若用中等極性的鄰苯二申酸二壬酯作固定液，苯的保留時(shí)間是環(huán)己烷的1.5倍；若選用強(qiáng)極性的B，B’一氧二丙睛作固定液，苯的保留時(shí)間是環(huán)己烷的6.3倍，很容易分離。2025/1/30固定液的選擇對于能形成氫鍵的組分，如醇、胺和水等的分離，一般選擇極性的或氫鍵型的固定