色谱分析法-分析化学
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2020/5/23
检测器性能评价指标
响应值（或灵敏度）S :
在一定范围内，信号E与进入检测器的物质质量m呈线性 关系：
E=Sm S=E / m
单位：mV / （mg /cm-3）；（浓度型检测器）
mV / （mg /s）； （质量型检测器）
S--表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号 的大小。S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越高 。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱峰面 积（A）除以试样质量求得：
度↑，K↓，tR↓，低沸点组份峰易产生重叠。
(3) 柱温↓，分离度↑，分析时间↑。对于难分离物质对，降低柱温 虽然可在一定程度内使分离得到改善，但是不可能使之完全分离，这是由 于两组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增 加速度大于前者时，两峰的交叠更为严重。
2020/5/23
11
气相色谱分析法
§11-4
气相色谱分离操 作条件的选择
载气种类和流速的选择 柱温的选择 柱长和柱内径的选择 进样量和进样时间的选择 汽化温度的选择
2020/5/23
载气种类和流速的选择
载气种类的选择
载气种类的选择应考虑三个方面： • 载气对柱效的影响 • 检测器要求
热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高检测灵敏度。 在氢焰检测器中，氮气仍是首选目标
2020/5/23
进样量和进样时间量的选择
液体试样采用色谱微量进样器进样，规格有1μL，5μL， 10μL等。 进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范 围之内。进样要求动作快、时间短 （1s 内完成）。 气体试样应采气体进样阀进样。
2020/5/23
气化温度的选择
色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在 此瞬间气化 适当提高气化室温度对分离和定量测定有利 气化温度一般较柱温高30~70℃ 不稳定样品， 防止气化温度太高 造成试样分解
Si = Ai / mi
2020/5/23
最低检测限（最小检测量）：
噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。
从图中可以看出：如果要把信号从本底噪声中识别出来，则组分的响 应值就一定要高于N。检测器响应值为2倍噪声水平时的试样浓度（或质量 ），被定义为最低检测限（或该物质的最小检测量）。
线性度与线性范围 ：
• 载气性质 在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性及 来源是否广泛等因素。
2020/5/23
载气种类及流速的选择
பைடு நூலகம்
载气流速高时：
传质阻力项是影响柱效的
主要因素，流速，柱效,这时采用
摩尔质量较小的气体（例如 H2、 He ）作载气，可减小传质
阻力，提高柱效能
载气流速低时：
分子扩散项成为影响柱效的主 要因素，流速 ，柱效 ，选用摩尔质
2020/5/23
2. 固定液配比（涂渍量）的选择
配比：固定液在担体上的涂渍量，一般指的是固定液与 担体的百分比，配比通常在5%～25%之间。
配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越小，柱 效越高，分析速度也越快。
配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量较小。 分析工作中通常倾向于使用较低的配比。
2020/5/23
11
气相色谱分析法
§11-5
气相色谱检测器
概述 热导池检测器 氢火焰离子化检测器 电子俘获检测器 火焰光度检测器
2020/5/23
概述
• 气相色谱检测器的作用是将色谱柱分离 后的各组分，按其物理、化学特性转换 为易测量的电信号 E 。信号的大小在一 定的范围内，与进人检测器的物质的质 量 m （或体积）成正比。
量大的气体（例如 N ：、 Ar ）作载气，以抑制纵向扩散，获得 较好的分离效果
H = A + B/u + C·u H：理论塔板高度 u：载气的线速度(cm/s)
H - u曲线与最佳流速：
由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使
得存在着一个最佳流速值.
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
2020/5/23
柱温的选择
• 恒温 • 程序升温
2020/5/23
柱温的确定
(1) 应控制柱温在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液固定液
随载气流失,进人检测器，将污染检测器）和最低使用温度（低于此温度 固定液以固体形式存在）范围之内。 (2) 柱温升高，K 值变小， K 值的差异也变小，分离度下降，色谱峰 变窄变高靠近。柱温↑，被测组分的挥发度↑，即被测组分在气相中的浓
检测器的线性度定义为：检测器响应值的对数值与试样量对数值之间 呈比例的状况。而检测器的线性范围定义为：检测器在线性工作时，被测 物质的最大浓度（或质量）与最低浓度（或质量）之比。
2020/5/23
热导检测器
• 热导检测器的结构 典型的浓度型检测器
• 池体：一般用不锈钢制成。 • 热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。 • 参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。 • 测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出处。
双臂型
2020/5/23
四臂型
检测原理
平衡电桥，右图。
不同的气体有不同的热导系数。
钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值： R参=R测 ; R1=R2 则： R参·R2=R测·R1
最佳流速。但此时分析速度较慢，在实际工作中，为了缩短
分析时间，往往使流速稍高于最佳流速。
2020/5/23
载气流速的选择
作图求最佳流速 实际流速稍大于 最佳流速，缩短时 间。
载气流速----用柱前载气的体积流速（流量 mL/ min）来表示。用转 子流量计来测量 内径为 3 ~ 4 mm 的色谱柱 N2 ---- 20 ~ 60 mL / min H2 ---- 40 ~ 90 mL/ min
柱温的确定
(4)柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点20 一 30 ℃时的温度。
(5)组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。
程 序 升 温
2020/5/23
柱长和柱内径的选择
增加柱长对提高分离度有利（分离度R正比于柱长L2） ，但组分的保留时间tR ↑ ，且柱阻力↑，不便操作。 柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能 选用较短的柱，有利于缩短分析时间。 填充色谱柱的柱长通常为1~3米，内径3~4厘米。
检测器性能评价指标
响应值（或灵敏度）S :
在一定范围内，信号E与进入检测器的物质质量m呈线性 关系：
E=Sm S=E / m
单位：mV / （mg /cm-3）；（浓度型检测器）
mV / （mg /s）； （质量型检测器）
S--表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号 的大小。S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越高 。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱峰面 积（A）除以试样质量求得：
度↑，K↓，tR↓，低沸点组份峰易产生重叠。
(3) 柱温↓，分离度↑，分析时间↑。对于难分离物质对，降低柱温 虽然可在一定程度内使分离得到改善，但是不可能使之完全分离，这是由 于两组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增 加速度大于前者时，两峰的交叠更为严重。
2020/5/23
11
气相色谱分析法
§11-4
气相色谱分离操 作条件的选择
载气种类和流速的选择 柱温的选择 柱长和柱内径的选择 进样量和进样时间的选择 汽化温度的选择
2020/5/23
载气种类和流速的选择
载气种类的选择
载气种类的选择应考虑三个方面： • 载气对柱效的影响 • 检测器要求
热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高检测灵敏度。 在氢焰检测器中，氮气仍是首选目标
2020/5/23
进样量和进样时间量的选择
液体试样采用色谱微量进样器进样，规格有1μL，5μL， 10μL等。 进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范 围之内。进样要求动作快、时间短 （1s 内完成）。 气体试样应采气体进样阀进样。
2020/5/23
气化温度的选择
色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在 此瞬间气化 适当提高气化室温度对分离和定量测定有利 气化温度一般较柱温高30~70℃ 不稳定样品， 防止气化温度太高 造成试样分解
Si = Ai / mi
2020/5/23
最低检测限（最小检测量）：
噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。
从图中可以看出：如果要把信号从本底噪声中识别出来，则组分的响 应值就一定要高于N。检测器响应值为2倍噪声水平时的试样浓度（或质量 ），被定义为最低检测限（或该物质的最小检测量）。
线性度与线性范围 ：
• 载气性质 在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性及 来源是否广泛等因素。
2020/5/23
载气种类及流速的选择
பைடு நூலகம்
载气流速高时：
传质阻力项是影响柱效的
主要因素，流速，柱效,这时采用
摩尔质量较小的气体（例如 H2、 He ）作载气，可减小传质
阻力，提高柱效能
载气流速低时：
分子扩散项成为影响柱效的主 要因素，流速 ，柱效 ，选用摩尔质
2020/5/23
2. 固定液配比（涂渍量）的选择
配比：固定液在担体上的涂渍量，一般指的是固定液与 担体的百分比，配比通常在5%～25%之间。
配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越小，柱 效越高，分析速度也越快。
配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量较小。 分析工作中通常倾向于使用较低的配比。
2020/5/23
11
气相色谱分析法
§11-5
气相色谱检测器
概述 热导池检测器 氢火焰离子化检测器 电子俘获检测器 火焰光度检测器
2020/5/23
概述
• 气相色谱检测器的作用是将色谱柱分离 后的各组分，按其物理、化学特性转换 为易测量的电信号 E 。信号的大小在一 定的范围内，与进人检测器的物质的质 量 m （或体积）成正比。
量大的气体（例如 N ：、 Ar ）作载气，以抑制纵向扩散，获得 较好的分离效果
H = A + B/u + C·u H：理论塔板高度 u：载气的线速度(cm/s)
H - u曲线与最佳流速：
由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使
得存在着一个最佳流速值.
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
2020/5/23
柱温的选择
• 恒温 • 程序升温
2020/5/23
柱温的确定
(1) 应控制柱温在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液固定液
随载气流失,进人检测器，将污染检测器）和最低使用温度（低于此温度 固定液以固体形式存在）范围之内。 (2) 柱温升高，K 值变小， K 值的差异也变小，分离度下降，色谱峰 变窄变高靠近。柱温↑，被测组分的挥发度↑，即被测组分在气相中的浓
检测器的线性度定义为：检测器响应值的对数值与试样量对数值之间 呈比例的状况。而检测器的线性范围定义为：检测器在线性工作时，被测 物质的最大浓度（或质量）与最低浓度（或质量）之比。
2020/5/23
热导检测器
• 热导检测器的结构 典型的浓度型检测器
• 池体：一般用不锈钢制成。 • 热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。 • 参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。 • 测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出处。
双臂型
2020/5/23
四臂型
检测原理
平衡电桥，右图。
不同的气体有不同的热导系数。
钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值： R参=R测 ; R1=R2 则： R参·R2=R测·R1
最佳流速。但此时分析速度较慢，在实际工作中，为了缩短
分析时间，往往使流速稍高于最佳流速。
2020/5/23
载气流速的选择
作图求最佳流速 实际流速稍大于 最佳流速，缩短时 间。
载气流速----用柱前载气的体积流速（流量 mL/ min）来表示。用转 子流量计来测量 内径为 3 ~ 4 mm 的色谱柱 N2 ---- 20 ~ 60 mL / min H2 ---- 40 ~ 90 mL/ min
柱温的确定
(4)柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点20 一 30 ℃时的温度。
(5)组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。
程 序 升 温
2020/5/23
柱长和柱内径的选择
增加柱长对提高分离度有利（分离度R正比于柱长L2） ，但组分的保留时间tR ↑ ，且柱阻力↑，不便操作。 柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能 选用较短的柱，有利于缩短分析时间。 填充色谱柱的柱长通常为1~3米，内径3~4厘米。