北京化工大学北方学院仪器分析课件2

）将待测物样品蒸汽带入柱内分离。其分离原理是
基于待测物在气相和固定相之间的吸附——脱附（ 气固色谱）和分配（气液色谱）来实现的。因此可 将气相色谱分为气固色谱和气液色谱。
气固色谱：利用不同物质在固体吸附剂上的物理 吸附——脱吸能力不同实现物质的分离。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：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（溶解-挥
发）原理实现分离。
1. 分配系数(Distribution constant, K)： 描述组分在固定相和流动相间的分配过程或 吸附-脱附过程的参数，称为分配系数。
组分在固定相中的浓度 cs K 组分在流动相中的浓度 cm
K 只与固定相和温度有关，与两相体积、柱管 特性和所用仪器无关。
1、色谱峰：当某组分从色谱柱中流出时，检测器对
该组分的响应信号随时间变化所形成的峰形曲线。
2、基线：在正常操作条件下，色谱柱后没有组分进 入检测器时，检测器的响应信号随时间变化的曲线 称为基线。稳定的基线为水平直线。图中CD所示。 3、峰高：色谱峰顶点与基线的距离。以h表示，图
中AB。
4、区域宽度：用于衡量柱效及反映色谱操作条件 下的动力学因素。通常有三种表示方法： 标准偏差：0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半 ，图中
温度变化不敏感。
温度变化直接影响检测器的灵敏度和稳定性。
五、记录系统 记录仪是一种能自动记录由检测器输出的电信 号的装置，是重要的附属设备。实际是一种电子电 位差计。
第三节 气相色谱分析理论基础
一、基本原理
气相色谱过程：待测物样品被被蒸发为气体并注
入到色谱分离柱柱顶，以惰性气体（指不与待测物 反应的气体，只起运载蒸汽样品的作用，也称载气
一、色谱法简介 1903年，俄国植物学家茨维特
（Mikhail Tswett ）最先发明。
在色谱法中，将装填在玻璃或金 属管内固定不动的物质称为固定相 （碳酸钙），在管内自上而下连续 流动的液体或气体称为流动相（石 油醚），装填有固定相的玻璃管或
金属管称为色谱柱。
色谱法分离原理： 根据混合物中各组分在固定相和流动相中具 有不同的分配系数，当两相作相对移动时，各组分 在两相间进行反复多次分配，就使性质或结构不同 的各组分产生了明显的分离效果，从而依先后顺序 流出色谱柱。根据色谱流出曲线给出的各种信息，
在一定色谱体系和操作条件下，任何一种化合物
都有一个确定的保留时间，这是色谱定性的依据。 3） 调整保留时间 t 'R ：扣除死时间后的保留时间，它 是组分在固定相中的滞留时间。图中A'B所示，即 t 'R=tR－ tM t 'R 反映了组分在色谱过程中，与固定相相互作用所 消耗的时间，是各组分产生差速迁移的物理化学基础。
1）吸附色谱：不同组份在固定相的吸附作用不同；
2）分配色谱：不同组份在固定相上的溶解能力不同；
3）按其它作用原理：离子交换色谱、凝胶色谱（尺寸
排阻色谱）等。
三、色谱法的特点 1. 分离效率高： 复杂混合物，有机同系物、异构体（手性异构体） 2. 灵敏度高： 可以检测出10-11～10-9克的物质，适于作痕量分析。 需要的样品量极少，一般以微克计，有时仅以纳克计。
第二章 气相色谱分析法
一、概述 色谱法简介、分类、特点 二、色谱法基本原理
色谱分离过程及相关术语、色谱理论基础、分离度
及色谱基本分离方程式
三、色谱定性和定量分析
定性分析、定量分析
教学目标及要求
1、了解色谱法的分类、特点。 2、掌握色谱分离法基本原理及有关术语的含义和物 理意义。 3、理解塔板理论、速率理论；掌握分配系数、分配 比的物理意义。掌握柱效率的物理意义及其计算方 法；理解速率理论方程对色谱分离的指导意义。
记 录 系 统
H2,N2 或Ar 分离系统
一、气路系统(Carrier gas supply)
作用：获得纯净、流速稳定的载气。包括压力
计、流量计及气体净化装置。
要求：密封性好、流速稳定、流速控制方便和
测量准确等。
载气：要求化学惰性，不与有关物质反应。
净化器：可除去水、氧气以及其它杂质。
压力表：多为两级压力指示：钢瓶压力；柱头压力
二、 色谱分离的基本理论 1. 塔板理论（Plate theory) 1952年，Martin等人提出。 用塔板概念来描述组分在柱中 的分配行为。塔板是从精馏塔中借 用的，是一种半经验理论，但它成 功地解释了色谱流出曲线呈正态分 布。
设某组分k=1，塔板数n=5，m=1，则该组 分的分布可计算如下：
的重要特性。对填充柱， =6~35；对毛细管柱，
=50~1500。
结论
• 1.分配系数是浓度之比，分配比是质量之比。 • 2.分配系数与体积无关，分配比会随固定相 的量而改变。 • 3.k值越大，保留时间越长。 • 4.流动相线速度为u，则组分的线速度为us， 两速度之比称为滞留因子Rs（retardation factor）。 us/u Rs
柱温按预定的程序由低向高逐渐变化。使用程序
升温法可以使不同沸点的组分在各自的最佳柱温
下流出，从而改善分离效果，缩短分析时间） 。
四、检测系统
将各分离组分及其浓度的变化以易于测量的电
信号显示出来，从而进行定性、定量分析。占有重
要地位 。
理想的检测器要求：响应快、灵敏度高、噪声
低、线性范围宽，对各种物质均有响应，对流速和
1） 死时间tM：不被固定相吸附或溶解的组分（如空气、
甲烷）从进样到出现其色谱蜂最大值所需的时间，图 中O'A'所示。 tM也是流动相流经色谱柱所需的时间。 据 tM可求出流动相平均流速
柱长 L u 死时间 t M
2) 保留时间tR：指某组分通过色谱柱所需时间，即试
样从进样到出现峰极大值时的时间，图中Ｏ'Ｂ所示。
K值表明了组分与固定相间作用力的大小。K值
大，说明组分与固定相的亲和力大，即组分在柱中
滞留的时间长，移动速度慢。
2. 分配比(Retention factor or capacity factor, k)： 在一定温度和压力下，组分在两相间的分配 达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量比。 它反映了组分在柱中的迁移速率。
色谱流出曲线的意义（重要信息 ）：
色谱峰数＝样品中单组份的最少个数；
色谱保留值——定性依据；
色谱峰高或面积——定量依据； 色谱保留值或区域宽度——色谱柱分离效能评价 指标； 色谱峰间距——固定相或流动相选择是否合适的 依据。
第二节 气相色谱仪
气路系统 进样 系统 检 测 系 统
可对各组分进行分析和测定。两ຫໍສະໝຸດ 及两相的相对运动构成了色谱法的基础。
二、色谱法的分类 1、按两相物理状态分类 1）气相色谱：气—固色谱（GSC）、气—液色谱（GLC） 2）液相色谱：液—固色谱（LSC）、液—液色谱（LLC） 3）超临界流体色谱
2、 按固定相的形式分类
1） 柱色谱：填充柱色谱、
毛细管柱色谱 2）平板色谱：薄层色谱、 纸色谱 3、 按组份在固定相上的分离机理分类
4、掌握分离度的含义、计算及影响分离度的重要色 谱参数。
5、掌握色谱定性及定量分析方法。
第一节 概
述
经典的分离方法：沉淀、蒸馏和萃取；
现代分析中，大量采用色谱和电泳分离方法。迄 今为止，色谱方法是最为有效的现代分离分析手段！
色谱法是一种物理化学分离方法。将这种分离方
法与适当的检测手段相结合，应用于分析化学领域， 就是色谱分析法。
csVs 组分在固定相中的质量 ms k 组分在流动相中的质量 m M cmVM
其中VM V0，Vs 为固定相体积。
3. K 与 k 的关系：
cs ms / Vs Vm K k k c m mm / Vm Vs
Vs 1 即：k K K β Vm
称为相比，它也是反映色谱柱柱型及其结构
指示；
流量计：柱头前使用转子流量计(Rotometer)，但不
太准确。通常在柱后，以皂膜流量计(Soap-bubble meter)测流速（现代有电子流量计，并以计算机控 制其流速保持不变）。
二、进样系统(Sample injection system)
作用：把试样快速而定量地加到色谱柱上端，以
便进行分离。包括进样器和气化室两部分。
三、分离系统 心脏部分。包括色谱柱、色谱炉（柱箱）和温度 控制装置。 色谱柱：填充柱和开管柱（或毛细管柱）。 柱材料：金属、玻璃、融熔石英等。
填充柱：U形或螺旋形，内径2～4mm，长1～3m，内
填固定相； 开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。内径 0.1～0.5mm，长达几十至100m。通常弯成直径10～ 30cm的螺旋状。
色谱过程是多组分混合物在流动相带动下通 过色谱固定相，实现各组分分离的。 基本特点： 1、混合物中不同组分在柱内产生差速迁移——提 供了实现分离的可能性。 2、同种组分分子沿柱子的扩散分布（开始时的一 条很窄的线逐渐展宽）——不利于实现不同组分之 间的分离。
（二）色谱常用术语 检测器响应信号随时间变化的微分曲线，即色 谱流出曲线，也称色谱图 。
进样要求：进样量或体积适宜；“塞子”式进样。
一般柱分离进样体积在十分之几至20L，对毛
细管柱，体积约为~10-3 L，此时应采用分流进
样装置来实现。
气化室的作用：将液体或固体试样迅速、完 全气化，以保证色谱峰有较小的宽度（汽化室温 度比样品中最易蒸发的物质的沸点高约50oC ）。 对气化室的要求：密封性好、体积小、热容 量大、对样品无催化效应。 进样量、进样速度和试样的气化速度都影响 色谱的分离效率以及分析结果的精密度和准确度。
特点：开管柱：分离效率高（n可达106）、分析速