气相色谱法_1

C)调整保留时间(adjusted retention time)t’R
对应于组分在固定相中停留的总时间
t = tR - tM
' R
d)死体积VM( dead volume)、保留体积VR(retention volume)、调整保留体积VR’(adjusted volume)
死体积VM ：指色谱柱在填充后柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、 色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。
用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。
• 当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小)，被测组 分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。 •用理论塔板数和理论塔板高度可以作为衡量柱效能的指标。
2 速率理论(rate theory) (线性色谱)
1956 荷兰学者Van Deemter (范第姆特)和他的合作者 在研究气液色谱(Gas Liquid Chromatography)时考虑 了色谱分离过程中动力学因素对色谱柱效的影响, 提出了 速率理论.
3、气相色谱仪的主要部件
Filters/Traps Data system
H
RESET
Regulators
Syringe/Sampler Inlets
Detectors
Gas Carrier Hydrogen Air
构成色谱仪的五个基本组 成部分皆是相同的，它们是：

Column
载气系统（气路系统） 进样系统 分离系统（色谱柱） 检测系统 数据处理系统
3.2分离系统及检测系统
分离系统（色谱柱）：色谱柱是气相色谱仪中的一个重要部件，柱 的形状多为螺旋形，其材质可用不锈钢、玻璃、熔融石英。常将色谱 柱比作气相色谱仪的“心脏”，主要是因为柱填料和其柱温决定了色 谱分离的成败。填充柱：多为U 形或螺旋形，内径2-4 mm，长1-3m， 内填固定相。
检测系统：检测器是气相色谱仪的关键部件。它的作用是将经色谱 柱分离后顺序流出的化学组分的信息转变为便于记录的电信号，然后 对被分离物质的组成和含量进行鉴定和测量。我们现在使用的检测器 为氢火焰离子检测器。
气固色谱：利用不同物质在固体吸附剂上的物 理吸附-解吸能力不同实现物质的分离。

由于活性（或极性）分子在这些吸附剂上的半永久性 滞留(吸附-脱附过程为非线性的)，导致色谱峰严重拖 尾，因此气固色谱应用有限。只适于较低分子量和低
沸点气体组分的分离分析。 气液色谱：通常直接称之为气相色谱。它是利用待测 物在气体流动相和固定在惰性固体表面的液体固定相 之间的分配原理实现分离。
指某组分2的调整保留值与另一组分1的调整保留值之比
r2,1 = t’R2/t’R1 = V’R2/V’R1
它与流动相的流速和色谱柱的物理指标无关；仅与柱温和固定 相的性质有关也叫做选择因子α 。
分配比(partition ratio 容量因子）k
k = ms/mm=t’R/tM = V’R/VM
分配系数 K = Cs/CM = mS/VS =kVM/VS = kβ mM/VM
3.3气相色谱仪的流程
气化室 进样
检测器
色谱柱
N2
燃 气 瓶
H2
气相色谱仪
4、气相色谱法的一些基本术语 基线（Baseline)：当色谱柱中仅有流动相通过时，检测 器响应讯号的记录值稳定的基线应该是一条水平直线。 基线漂移（Baseline drift): 指基线随时间定向的缓慢 变化。 基线噪声（Baseline noise): 指由各种因素所引起的基 线起伏。 峰高（peak height):色谱峰顶点与基线之间的垂直距离h
VM = t M F0 ;
保留体积VR ：指从进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值所通 过的载气的体积。
VR = t R F0 ;
保留体积VR’ ：指从进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值所通 过的载气的体积。
VR' = VR - VM
相对保留值(Relative retention value)---定性分析
t R2 - t R1 2(t R2 - t R1 ) = Rs = (Y1 + Y2 ) / 2 Y1 + Y2
n a - 1 k2 Rs = a 1 + k2 4
Rs =
neff
a -1 ( ) a 4
1 + k2 2 n=( ) neff k2
影响分离度的因素
n a - 1 k2 Rs = a 1 + k2 4
气相色谱图基本信息 在一张气相色谱图上，我们至少可以得到以下一些信息： 1 样品中所含组分的最少个数 2 保留值---定性分析 3 色谱峰面积（或峰高）---定量 分析 4 色谱峰的保留值和区域宽度--评价色谱柱的分离效能 5 根据相邻色谱峰之间的距离来 选择合适的色谱分离条件
二、气相色谱分析理论基础 1 塔板理论（plate theory)(线性色谱）
保留值（retention value) a)死时间(dead time) tM
不在固定相中分配的物质进入色谱柱时，从进样到出 现峰极大值所需的时间为死时间 流动相平均线速度
u =
L tM
b) 保留时间(retention time) tR
试样（某一组分）从进样开始到柱后出现峰极大点时所经历的 时间为试样中某一组分的保留时间。
C u = (C源自文库g + Cl )u
粒度小、相对分子质量小 的载气 高柱温
d2 2 k f Cl = 3 (1 + k ) 2 Dl
增加担体的比表面积、“高柱温”
H = 2d p +
B H
2Dg u
2kd 2 0.01k 2 dp2 f +[ + ]u (1 + k ) 2 Dg 3(1 + k ) 2 Dl
色谱峰的区域宽度(peak width)
组分在色谱柱中谱带扩展的函数，反映了色谱操作条件的动力学因 素
a 标准偏差 s b 半峰宽 Y1/2 0.607倍峰高处色谱峰的宽的一半 峰高一半处对应的色谱峰的宽度
Y1/2 = 2.354σ
c 基线宽度 Y 色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距
Y = 4σ
塔板高度
L H= n
H A
L
理论塔板数 n 定义为：
tR 2 n=( )
s
Y=4σ Y1/2 = 2.354σ
n = 16(tR/Y)2 = 5.54(tR/Y1/2)2
n eff = 16(t’R/Y)2 = 5.54(t’R/Y1/2)2 H eff = L/neff
u1 u1
影响色谱塔板高度的因素 如何解释在不同流速下, 同一个色谱柱具有不同 的塔板高度 1
C
Hmim
A
uopt.
u
H - u曲线与最佳流速： 流速对柱效的总影响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔 板高度对流速的一阶导数有一极小值。 以塔板高度H对应载气流速u作图，曲线最低点的流速即为最佳流速。
分离度 R=2(tR2-tR1)/(Y1+Y2 ) ( R：分离度； tR：保留时间；Y：峰宽。)
3.1载气系统及进样系统
载气系统：作为载气的气体很多，原则上说，只要没有腐蚀性，且 不与被分析组分起化学变化的气体都可作为载气。常用的有H2、N2、 He、Ar等。在实际应用中载气的选择主要是根据检测器的特性来决 定，同时考虑色谱柱的分离效能和分析时间，例如以热导池作检测器 时，几乎都是采用氢气或氦气作载气，因为它们分子量小，热导系数 大，粘度小，有利于提高检测灵敏度和分析速度。 进样系统：气相色谱可以分析气体，也可以分析具有挥发性的液体 或固体物质，对于沸点高或不择发性的物质，可采用衍生化或裂解的 方法，将转化后的样品进行色谱分析。
, 扩散路径的弯曲因子, 由于固定项的存在使分子不能自由扩散， 从而使扩散程度降低, 与填充物有关，对于无填充物的毛细管 =1; Dg, 组分在气相中的扩散系数(cm2 S-1), Dg与相对分子量或载气平方 根成反比。
２.3 传质阻力项Cu
2 0.01k 2 d p Cg = (1 + k ) 2 Dg
涡流扩散项A / 分子扩散项B / 传质阻力项C
H = A + B/u + Cu 2.1 涡流扩散项 A A = 2dp
, 不规则因子 dp,填充物的平均 直径
A 与流动相的性质、线速度和组分的性质无关；与填料的粒度、 均匀性及色谱柱的均匀填充程度有关.
2.2 分子扩散项B/u B = 2 Dg
2
3
t 4
t
理论塔板数和理论塔板高度
n=5.54（tR/Wh/2）2
(n：理论塔板数； tR：保留时间；Wh/2：半峰宽。)
H=L/n
(H:理论塔板高度；L：柱长度（2m） 单位：cm或mm。) *单位要一致，走纸速度：0.5cm/min
•
•
单位柱长的塔板数越多，表明色谱柱针对这个物质的分离效能越高。
塔板理论难以描述难分离物质对的实际分离 程度。即柱效为多大时，相邻两组份能够被 完全分离。 色谱分离中的四种情况如图所示： ① 柱效较高，完全分离； ② 柱效较高，峰较窄，基本上完全分离； ③ 柱效较低,但分离的不好； ④ 柱效低，分离效果更差。 R值越大，表明相邻两组分分离越好。一般说，当R<1时，两峰有部分 重叠；当R=1时，分离程度可达95%；当R=1.5时，分离程度可达99.8%。 通常用R ＞ 1.5作为相邻两组分已完全分离的标志。药典规定： R＞2， 色谱柱的分离效能为佳。
用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法。它是由惰性气体将 气化后的试样带入加热的色谱柱，并携带分子渗透通过固定相，达到 分离目的。
2、原理的简介
是利用试样中各组份在气相和固定相间的分 配系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱 中运行时，组份就在其中的两相间进行反复多次 分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不 同，因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同， 经过一定的柱长后，便彼此分离，按顺序离开色 谱柱进入检测器，产生的离子流讯号经放大后， 在记录器上描绘出各组份的色谱峰。因此可将气 相色谱分为气固色谱和气液色谱。
气相色谱分析法
Gas Chromatography
教学内容
一、气相色谱分析法概述 二、气相色谱分析理论基础
三、气相色谱固定相及其选择
四、气相色谱检测器 五、气相色谱分离条件的选择
六、气相色谱定性及定量方法
七、毛细管柱气相色谱法 八、气相色谱分析在食品安全中的应用
一、气相色谱法概述
1、气相色谱法定义
I.分离度与柱效n的关系 II. 分离度与容量因子k的关系 k>10, 影响不大，选择1<k<10 III.分离度与柱选择性（选择因子α)的关系 增大α(α=t’R2/t’R1), 分离度增大