第二章 气相色谱分析法

1-载气钢瓶；2-减压阀； 3-净化干燥管；4-针形阀；5-流 量计；6-压力表；7、进样器；8、 色谱柱；9-热导检测器；10-放 大器；11-温度控制器；12-记录 仪；
（二）气相色谱仪主要部件：
1. 载气系统 包括气源、净化干燥管和载气流速控制；常 用的载气有：氢气、氮气、氦气； 净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过 分子筛、活性炭等）；
2 从色谱流出曲线上可获得哪些信息？
3 简要说明气相色谱分析的基本原理。
4 气相色谱仪的基本组成包括哪几部分? 各有什么作用?
八
思考：
气相色谱分析理论基础
组分保留时间为何不同？
色谱峰为何变宽？
一、色谱分离过程： 色谱分离是在色谱柱内完成的。 填充柱色谱:气固(液固)色谱和气液(液液)色谱，两者的分 离机理不同。 气固(液固)色谱的固定相:多孔性的固体吸附剂颗粒。
应用范围广
缺点： 手性异构体。
（2） 灵敏度高 可以检测出μg·g-1(10-6)级甚至ng· g 的定性较困难 几十分钟内完成试样的分析 1(10-9)级的物质。 （3）自动化程度高 离和检测于一体 集富集、分
对未知物分析
气相色谱：沸点<400℃的各种有机或无机试样的分析。 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。
2-8 气相色谱法的应用
§2-1 色谱法概述
色谱法是复杂混合物最有效的分离、分析方法。
一 “色谱法”名称的由来：
色谱法的创始人——俄国植物学家茨维特(M.Tswett) 茨维特(Twseet)应用化学方法研究细胞生理学。1900年 他在树叶中发现了两种类型的叶绿素：叶绿素a和叶 绿素b，后来又发现了叶绿素c,并分离出纯的叶绿素。
r21与柱温、固定相的性质有关， 与柱径、柱长、填充情况、流动相流速无关。 当r2.1 =1时两个组分不能分离。 r21是衡量固定相选择性的指标，又称选择因子α 分离因子（选择因子）α= r2，1 >1
（
>
）
8 峰的区域宽度(peak width) 用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法：
（1）标准偏差standard deviation()：
tR‫ =׳‬tR – tM – 调整保留时间是色谱定性的基本依据，但同一组分的保留时间受到
流动相流速的影响，如载气流速，故一般用调整保留体积等参数定
性鉴定
2) 调整保留体积(adjusted retention volume) VR ‫： ׳‬扣除死
体积后的保留体积。 VR ‫ = ׳‬VR – VM 或 V R ‫ = ׳‬t R ‫ ׳‬qV ，
•此后，相继出现了各种各样的色谱方法
• 色谱柱：进行色谱分离用的细长管（玻璃管或不锈钢管） 。 • 固定相：管内保持固定、起分离作用的固体或液体填充物。 • 流动相：携带样品流过固定相的空隙或表面的气体或液体。
二 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，
优点： “三高”、 “一快”、 “一广”
五 色谱法定义、实质和目的
定义：以试样组分在固定相和流动相间的溶解、吸附、
分配、离子交换或其他亲和作用的差异为依据而建立起
来的各种分离分析方法称色谱法。
实质：(两相，差异)分离。
目的：定性分析或定量分析。
六 色谱图及常用术语 1 色谱图
• 试样中各组分经色谱柱分离后，按先后次序经过检测器 时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变为相应的 电信号，由记录仪所记录下的信号——时间曲线或信 号——流动相体积曲线，称为色谱流出曲线或色谱图。
4 峰高与峰面积：色谱峰顶点与峰底之间的垂直距离称为峰高。用h表
示。峰与峰底之间的面积称为峰面积，用A表示。
5 保留值(retention value)
1）死时间(dead time)tm：不被固定相吸附或溶解的组分（如空
气）通过色谱柱所需的时间，它正比于色谱柱的空隙体积，其流速 等于流动相速度 u = L / tm。
载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气
流速恒定。
2. 进样装置
进样装置：进样器+气化室
温度比柱温高 出10～50℃
注射器
液 体 进 样 器 ： 微 量 注 射 器
气体进样器：六通阀
气化室
取样位置
试样导入色谱柱
3.分离系统（色谱柱）
色谱柱是色谱仪的核心部件。
色谱柱 柱内径 柱长度 填充柱 2~4 mm 1~3 m 毛细管柱 0.05-0.5 mm 30~300m
– 由色谱峰两峰间的距离评价固定相（或流动相）选择 的是否合适
– 由色谱峰的保留值及区域宽度评价色谱柱分离效能
*
七
气相色谱仪器
*
（一）气相色谱仪的组成：
• • • • • Ⅰ 载气系统：气源、气体净化器、供气控制阀门和仪表。 Ⅱ 进样系统：进样器、汽化室。 Ⅲ 分离系统：色谱柱、控温柱箱。 Ⅳ 检测系统：检测器、检测室。 Ⅴ记录系统：放大器、记录仪、色谱工作站。
总塔板数 样品容量
~103 10-1000
~ 106 0.1-50
4. 检测系统
通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成； 根据检测原理可分为： 浓度型检测器：热导检测器、电子捕获检测器等 质量型检测器：氢焰离子检测器、火焰光度检测器等
例
•
*
思考习题
1 主要色谱术语有哪些，各自的含义是什么？
利用组分在吸附剂（固定相）上的吸附能力 强弱不同而得以分离的方法，称为吸附色谱法。 利用组分在固定液（固定相）中溶解度不同 而达到分离的方法称为分配色谱法。
利用组分在离子交换剂（固定相）上的亲和力大 小不同而达到分离的方法，称为离子交换色谱法。
利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择 渗透而达到分离的方法，称为凝胶色谱法或尺寸 排阻色谱法。 实质：利用组分与固定相作用能力的差异进行分离
来”。
•现代色谱不仅可分离有色物质，还可分离无色物质， 并出现了种类繁多的各种色谱法。
•现在的色谱仅是沿用这一名称。
•由于出现了各种各样的色谱法，许多气体、液体和
固体样品都能找到合适的色谱法进行分离和分析。
•茨维特实验的实质：
色素受两种作用力影响：
•1 CaCO3吸附，使色素停在柱中上部位置。 •2被石油醚洗脱溶解，使色素在柱中向下移动。 •溶解度大的移动速度快，溶解度小的移动速度慢。 •各种色素结构不同，受两种作用力的大小不同，经过一段 时间的吸附、洗脱溶解后，四种叶绿素在柱上得以分开， 形成了各种带颜色的彩色谱带。此方法就是色谱法。
代色谱这一名词的来源。
*
发现过程
茨维特观察到，石油醚极易溶解离析态的叶绿素和相关色素，但不能直接 从植物叶中提取出色素，,而乙醇(甚至在其它溶剂中加入少量乙醇)则很容
易直接提取出植物叶中的色素。
他认为 ,这种现象并不是由于叶绿素 “不溶于” 石油醚而 “溶” 于乙 醇 ,也不是由于叶绿素在乙醇提取过程中发生了化学变化而溶解 , “很可 能是由于植物组织的分子力的干扰 ,即是说是由于吸附。石油醚对色素的 溶解力小于植物组织的吸附力 ,而这种吸附力能被某些其它溶剂如乙醇所 克服因此 ,即使在石油醚中加入少量无水乙醇也能将所有的色素提取出
*
1906年植物化学家茨维特首先将植物提取物放入装有碳酸钙的玻璃管 中，植物提取液由于在碳酸钙中的流速不同分布不同因此在玻璃管中 呈现出不同的颜色，形成不同颜色的谱带，这样就可以对各种不同的 植物提取液进行有效的成分分离。到1907年茨维特的论文用俄文公开 发表，他把这种方法命名为chromatography, 即中文的色谱，这就是现
•色谱法是一种分离技术。 •试样混合物的分离过程就是试样中各组分在色谱分离柱中的两
相间不断进行着的分配过程。
•其中的一相固定不动，称为固定相（stationary）；另一相是
携带样品流过固定相的流动体(气体或液体)，称为流动相(mobil
phase)。 •1931年，kuhn和lederer等用同样的方法成功地分离了α , β 和γ 胡萝卜素。
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固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。
气液(液液)色谱的固定相: 由担体和固定液所组成。 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。
气固色谱的分离机理:
吸附与脱附的不断重复过程； 气液色谱的分离机理：
气液(液液)两相间的反复多次分配过程。
分离过程
当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触 时，被固定相溶解或吸附; 随着载气的不断通入，被溶解或吸附的组分 又从固定相中挥发或脱附; 挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又 再次被固定相溶解或吸附; 随着载气的流动，溶解、挥发，或吸附、脱附 的过程反复地进行，即反复地进行分配。 分配平衡过程可用分配系数和分配比来衡量 。
三 分类
1. 固定相的固定方式：
填充柱色谱
柱色谱
*
毛细管柱色谱
纸色谱 薄层色谱 * 高分子薄膜色谱
平面色谱
2．两相分子的聚集状态分类
流动相
方法名称
气体 气相色谱 GC 固体 液体
液体 液相色谱 LC 固体 液体
液液色谱 LLC
固定相
方法名称 气固色谱 气液色谱 液固色谱 GSC GLC LSC
3.按分离机理分类
峰高h， 定量依 据
基线，要求平稳、 无噪音 组分1保留时间，定性 依据，还与操作条件有 关，与柱的性质有关， 组分1与组分2的峰越远 越好
峰宽
*
从色谱流出曲线上可获得的信息： – 由色谱峰的个数判断试样中所含组分的最少个数 – 由色谱峰的保留值（或位臵）进行定性分析
– 由色谱峰下的面积或峰高进行定量分析
油料应用实验工程中心
梅 林
Question
1、什么是色谱法？ 2、为什么色谱法能将混合物分开？
3、色谱法的分类？
4、各种色谱法的应用范围？
2-1色谱法概述
2-2气相色谱分析理论基础
2-3 色谱分离条件的选择
2-4 固定相及其选择
2-5 气相色谱检测器
2-6 气相色谱定性方法
2-7 气相色谱定量法
四 色谱过程、分离原理及特点
（一）色谱过程
载气 A
待分离组分
，
和
色谱过程指被分离组分在 两相中的“分配”平衡过程。
B
C
D
色谱过程示意图
（二）色谱分离原理
色谱分离基于各组分在两相之间分配平衡的差异，分 配平衡可以用分配系数和分配比来衡量 。
（三）色谱分离特点
1．不同组分通过色谱柱时的迁移速度不等→提供了分离的可 能性。 2．各组分沿柱子扩散分布→峰宽↑→不利于不同组分分离。
7 相对保留值(relative retention value)
在相同的操作条件下，指定某组分的调整保留值与另一
组分的调整保留值之比，用r2，1 表示。
t ( 2) VR( 2) t r ( 2) VR ( 2) R r2.1 t (1) VR (1) tr (1) VR (1) R
二、分配平衡的几个参数：
• 1 分配系数
• 在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间达
到分配平衡时的浓度之比，用K表示。
2）保留时间(retention time) tR：流动相携带组分通过色谱柱
所需的时间，色谱图上表示为从进样开始到出现组分峰顶的时间。
3）死体积(dead volume) VM : 不被固定相滞留的
组分，从进样至出现浓度最大值时，流动相通过的体
积称为死体积。（ qV为柱尾载气体积流量） VM = tM qV ，
*
2 色谱峰
在一定色谱条件下，组分通过检测器时，响应信号随
时间而变化的曲线称为色谱峰。
3 基线(baseline)：在操作条件下，仅有纯流动相通过色谱柱时检测器
的响应信号记录值。 – 稳定的基线是一条水平直线 – 漂移：由于操作条件（流动相速度）、检测器工作状态变更引起基 线朝一定方向缓慢变化 – 噪声：由于各种偶然因素（流动相速度、温度、外界干扰等）引起 基线起伏的现象
4）保留体积 (retention volume) VR ：从进样至
被测组分出现最大浓度时流动相通过的体积。 VR = tR qV ， qV为柱出口处的载气流量，单位：mL/min。
6 调整保留值
1) 调整保留时间(adjusted retention time) tR‫： ׳‬扣除死时间
后的保留时间。
即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半， 的大小表示组分被
带出色谱柱的分散程度， 越大，组分流出越分散；反之亦
然。 的大小与柱效有关， 小，柱效高。
（2）半峰宽(Y1/2)：
色谱峰高一半处的宽度。
Y1/2 =2.354
（3）峰底宽(Y)：Y =4
9 色谱流出曲线信息
tM与流动相 流速有关