气相色谱GC分析条件优化

R R Si O Si R R
R R Si O Si R R
e.g.
DB-5ms Rtx-5ms BPX-5
温度稳定性更好
固定液流失
300 °C 100 °C
0 2 4 6
300 °C for 12 min
Bleed
270 °C
8
10
12
14
16
18
20
22
24
常用固定相
Phase composition
固定相
大多数固定相为聚合物
聚甲基硅氧烷（Polysiloxanes, silicones） 聚乙二醇（Polyethylene glycols, PEG）
固定相－聚甲基硅氧烷
R R O Si O Si O R
R=
CH3 CH2CH2CH2CN CH2CH2CF3
siloxane backbone
R
methyl cyanopropyl trifluoropropyl phenyl
固定相－聚乙二醇
HO CH2 CH2 O H
n
“WAX” or “FFAP” 类固定液
例如： DB-WAX, DB-FFAP
温度稳定性比聚硅氧烷类差，最高使用温度低于
聚硅氧烷类固定液
固定相－“ms” 或低流失柱
苯基基团键合入硅氧烷聚合物主链
DB-17 DB-17th
Rtx-50 Rtx-1301
SP-2250 OVI-G43 SPB-1701 CP Sil 19 CB CP Sil 43 CB
CBP10
DB-1701 DB-210 DB-225 DB-23 DB-FFAP
BP-10
HR-10
Rtx-1701 Rtx-200
HR-225
DB-1
DB-5
SGE
BP-1
BP-5
Restek
Rtx-1
Rtx-5
DB-17 DB-624 DB-Wax
BP-17
BP-624
Rtx-17
Rtx-624
Polyethylene glycol (PEG)
BP-20
Stabilwax

固定液极性的选择（按相似相溶原则）
非极性固定液------有按沸点顺序溶出倾向 极性固定液------沸点相同时，按极性由小到大 的顺序溶出
固定相膜厚：0.2--5μm
毛细柱主要类型
Packed Capillary
Porous Layer Open Tubular
多孔层开口柱
Wall Coated Open Tubular
管壁涂渍开口柱
毛细管柱管材
熔融石英 – 合成高纯石英
外表面涂覆聚酰亚胺
内表面经化学处理
不锈钢
用于高温分析 最不易断裂 内表面经特殊处理
分离度与柱效的关系 由分离方程式看出，对于一定理论板高的柱 子，分离度的平方与柱长成正比，即
R1 2 n1 L1 ( ) R2 n2 L2
用较长的柱可以提高分离度，但延长了分 析时间。
分离度与选择因子的关系 α大，选择性好。一般通过改变固定相和 流动相的性质和组成或降低柱温，可有 效增大α值。
TAP-CB

为什么必须进行色谱柱老化？
新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳，出 现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。 一般 采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度， 并在高温段保持数小时。 新柱老化时，最好不要连接检测器。

每天都要进行老化吗？
视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。

色谱柱效率：峰尖
评价：理论板高(HETP)、理论塔板数(N) 对策：将Van Deemter 各因素优化

选择性：峰的分离度
评价：分离因子或分离度 对策：选择极性相当的固定相

峰的对称性：吸附现象
评价：拖尾因子 对策：色谱柱进一步老化
分析方法 计算方法

§ §
分析参数
选择分析系统: 进样方式、色谱柱等 GC参数: 载气流量、分流比、温度条件等
t r ( B) k ( B) K ( B) t r ( A) k ( A) K ( A)
两组分的K或k值相差越大，则分离得越好。

分离度R又叫分辨率，定义为相邻两组分 色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽 总和之半的比值，即
t r2 t r1 1 ( w1 w2 ) 2 2(t r2 t r1 ) w1 w2
DRIFT
DRIFT DRIFT DRIFT
T.DBL：峰展宽一倍所需要的时间
设定值为0时，自动判断； 不使用时可设为1000 T.DBL设定为某值时，SLOPE和WIDTH按下图改变
定量参数
定量方法： 工作曲线的制作 内标法、外标法、面积归一法等 ※ 曲线点数：一点、两点及多点 ※ 曲线计算：线性回归、折线、 二次曲线、三次曲线
§
定性参数：
保留时间、时间窗、时间带
WIDTH：设为最窄峰的半高宽，单位：秒

去除高频噪声(电磁干扰）WH/2<WIDTH/4 控制数据采集速度，WIDTH/10采一次数据 控制S.TEST时间，斜率测试时间为 10×WIDTH
SLOPE<峰斜率，作为峰计算 SLOPE
SLOPE>峰斜率，作为噪声滤除
SLOPE≈峰斜率，积分不稳定， 须手动设定
DRIFT：判断相邻峰的积分方式
注：1）设定值为0时，积分仪将自动判断 2）如DRIFT与基线至峰谷连线较接近时，积分 可能不稳定，导致面积值变化较大，需加 以注意。
DRIFT
DRIFT

进样口温度
考虑样品中各组分的沸点，设定温度使样品瞬间汽化。

色谱柱温度
考虑样品中各组分的沸点，及希望的分析周期， 宽沸程样品应使用程序升温。

检测器温度
防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-30℃。
DET.T≥INJ.T≥COL.T+20℃
C8
C9 C10
C11
C8 C9
C10 C11
恒温分析
GC分析条件的优化
色谱基本理论
塔板理论 速率理论 分配系数K和分配比k 分离度 基本色谱保留式

理论塔板数N=5.545(tR/WH/2)=L/HETP
开始
H
WH/2
H/2
tR
理论塔板数N
表示柱效的参数 N越大，柱效越高
理论塔板高度(HETP)
表示柱效的参数（与柱长无关） H越小，柱效越高
推荐值：填充柱
毛细柱
5
2～3
峰处理参数
SLOPE：10倍WIDTH的所有信号的总和，用于：

判断峰起点 滤除低平噪声（如蛇行等） SLOPE的确定：一般通过S. TEST进行，测定时 间为 10倍WIDTH的时间。

特殊情况，可根据实际需要改变该值。
单位：uv/min
SLOPE
SLOPE
100% dimethyl polysiloxane 95% dimethyl5% diphenyl polysiloxane 50% dimethyl50% diphenyl polysiloxane 6% cyanopropylphenyl94% dimethyl polysiloxane
J&W
岛津
CBP1 CBP5
J&W
DB-1 DB-5
SGE
BP-1 BP-5
信和化工
HR-1 HR-52
Frontier LAB
RESTEC SUPELCO CHROMPACK
Rtx-1 Rtx-1,MXT-5 Rtx-20 SPB-1 SPB-1,PTE-5 SAC-5 CP Sil 5 CB CP Sil 8 CB
H = A+ B/u + Cu
A ： 涡流扩散项（多途径造成）
B ： C: u： 纵向扩散项 传质阻力项 载气线速度
Van Deemter方程式
填充柱 毛细柱
分配系数K和分配比k 分配系数是指在一定温度和压力下，组分在 固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度 之比值，即
溶质在固定相中的浓度 Cs K 溶质在流动相中的浓度 Cm
PEG20M(DBWAX) 322（强极性） FFAP 340 PEG1000 347 EGA 372 DEGS 484 TCEP 593 （超强极性） BCEF 690
0.22mm x 25m
CBP1-W25-100 膜厚 1um
CBP1-W25-500 膜厚 5um
内径
膜厚
柱容量
毛细管柱流量设定
gc分析条件的优化色谱基本理论塔板理论速率理论分配系数k和分配比k分离度基本色谱保留式开始tr理论塔板数n表示柱效的参数n越大柱效越高理论塔板高度hetp表示柱效的参数与柱长无关h越小柱效越高cuvandeemter方程式填充柱毛细柱分配系数k和分配比k分配系数是指在一定温度和压力下组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度之比值即溶质在流动相中的浓度溶质在固定相中的浓度分配比又称容量因子它是指在一定温度和压力下组分在两相间分配达平衡时分配在固定相和流动相中的质量比
•沸程窄时采用恒温分析
•恒温分析时，保留时间和碳 数程指数关系
升温分析
•沸程宽时采用升温分析
•升温分析时，碳数和保留时 间程比例关系
•基线调整困难，应确认空白 是否有鬼峰出现。
恒压力 恒线速
理论塔板数 Ｎexp／ｍ 6000 5000 4000 3000 0.32mmI.D.，df=0.5μm，k=5.2 2000 1000 3mmI.D. 填充柱 0 10 20 30 40 0.53mmI.D.，df=1.0μm，k=5.9 0.1mmI.D.，df=0.1μm，k=3.5
内径
载气流入 MS 大流量 真空度差
柱内径 0.25mm
流量 1-2ml/min
0.32mm
0.53mm
2-4ml/min
10-15ml/min
各公司常用毛细柱商品名及固定液对照表
固定相
聚甲基硅氧烷 OV-1 聚苯基甲基硅氧烷（5%苯基） SE-52 聚苯基甲基硅氧烷（20%苯基） OV-7 聚苯基甲基硅氧烷（50%苯基） OV-17, 6%腈乙基甲基硅酮 14%腈乙基甲基硅酮 OV-1701 50%三氟丙基甲基硅氧烷 OV-210 50%腈乙苯基甲基硅酮 50%腈乙基甲基硅酮 聚乙二醇（硝苯二酸修饰） FFAP 聚乙二醇 PEG-20M 联苯基聚甲基硅氧烷 （14%联苯基） 聚苯基甲基硅氧烷 （65%苯基） 90%二丙腈基 10%腈乙苯基甲基硅酮
色谱柱的介绍
填充柱
柱材：不锈钢，玻璃
内径：2.6--3mm
长度：0.5--6m 填料：担体和固定液的种类
固定液的浓度 1-30% 担体有硅藻土、玻璃、 石英、塑料担体（TPA） 等。
色谱柱的类型
•毛细柱
柱材：熔融石英、铝 内径：0.2mm--0.53mm 长度：10--100m
固定相种类：OV-1，PEG20M，OV-17等

固定液的浓度或毛细管柱的膜厚
对低沸点化合物
对高沸点化合物
高浓度（10%～30%)
高膜厚(1～5μ m) 低浓度（1%～5%) 低膜厚(0.25～0.5μ m)
名称
Squalane SE30 OV101(DB1) SE54(DB5) DC550 OV17
△I
Benzene
名称
△I
Benzene
0 （非极性） 15 17 33 （弱极性） 74 119（中极性）
40
50
线速度（cm/sec）
60 70 GC/MS 只用 He
平均线速度
柱温
0.25mmID x 30m , df=0.25μm He : 150kPa,2.32mL/min,45.1cm/sec
恒线速度控制方式
恒圧控制方式
「恒线速度控制方式」 GC 和 GC/MS 的保留时间一致
FID
P进
毛细管柱
t0 P出
来自百度文库大气压
t1 P进
毛细管柱
P出
MS
入口压力相同,线速度在 MS 检测器侧快 保留时间短。
真空
采用「恒线速度方式」GC和GC/MS的保 留时间保持一致。
FID MS
采用「恒线速度方式」 FID 和 MS 检
测器的 RT 相同！
§ §
峰处理参数（WIDTH, SLOPE, DRIFT, T.DBL等）
Rtx-225
CBP20
DB-WAX DB-XLB
BP-20
HR-20M
ALLOY-CW
StabilwaxNukol DA Stabilwax Supecolwax-10 Carbowax 20M
CP Wax 58 CB, FFAP-CB CP Wax 52 CB,
ALLOY-TRG
Rtx-65 Rtx-2330 SP-2380
分配比又称容量因子，它是指在一定温度 和压力下，组分在两相间分配达平衡时， 分配在固定相和流动相中的质量比。即
组分在固定相中物质的量 ns 组分在流动相中物质的量 nm
k值不仅随柱温、柱压变化而变化，而且还 与流动相及固定相的体积有关。
选择因子α 对A、B两组分的选择因子，用下式表示
R

R值越大，表明相邻两组分分离越好。 当R＜1时，两峰有部分重叠； 当R＝1时，分离程度可达98％； 当R＝1.5时，分离程度可达99.7％。 通常用R=1.5作为相邻两组分已完全分离的 标志。
下图表示了不同分离度时色谱峰分离的程度
基本色谱分离方程式
影响分离度的因素
分离度与柱效的关系 分离度与选择因子的关系 分离度与容量因子的关系
0.25mmI.D.，df=0.25μm，k=4.3
载气线速度 He，cm/sec
He
1400.0
N2
H2
1200.0
柱箱
柱箱 130℃，样品 n-C15H32
130℃，样品 n-C15H32 ，k =7.6
1000.0
HETP (µ m)
800.0
600.0
400.0
200.0
0.0
0
10
20
30