气相色谱理论基础
气相色谱
气相色谱1气相色谱分析法概述1.1色谱法概述色谱法是一种分离技术。
在色谱法中，填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相(固体或液体)称为固定相；自上而下运动的另一相(一般是气体或液体)称为流动相；装有固定相的管子(玻璃管或不锈钢管)称为色谱柱。
当流动相中的样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。
再通过与适当的柱后检测方法结合，便可实现对混合物中各组分的分离与检测。
1.2色谱法分类(1)按两相状态分类。
以气体为流动相的色谱法称为气相色谱法(GC)。
根据固定相是固体吸附剂还是固定液(附着在惰性载体上的薄层有机化合物液体)，气相色谱法又可分为气固色谱法(GSC)和气液色谱法(GLC)。
以液体为流动相的色谱法称为液相色谱法(LC)。
同理，液相色谱法也可再分为液固色谱法(LSC)和液浓色谱法(LLC)。
(2)按分离机理分类。
利用组分在吸附剂(固定相)上的吸附能力强弱不同而进行分离的方法，称为吸附色谱法。
利用组分在固定液(固定相)中溶解度不同而进行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进行分离的方法，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进行分离的方法，称为凝胶色谱法或尺寸排阻色谱法。
最近，又有一种新分离技术，是利用不同组分与固定相(固定化分子)的高专属性亲和力来进行分离，称为亲和色谱法，常用于蛋白质的分离。
(3)按固定相使用的外形分类。
固定相装于柱内的色谱法，称为柱色谱法，板状的色谱法，称为平板色谱，它又可分为薄层色谱法和纸色谱法。
1.3气相色谱法的特点(1)分离效率高，分析速度快。
可分离复杂混合物，如有机同系物、异构体、手性异构体等。
一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。
第2章 气相色谱分析法
将两者混合起来进行色谱实验，如果发现有 新峰或在未知峰上有不规则的形状（例如峰略 有分叉等）出现，则表示两者并非同一物质； 如果混合后峰增高而半峰宽并不相应增加， 则表示两者很可能是同一物质. 3.多柱法：在一根色谱柱上用保留值鉴定组分有 时不一定可靠，因为不同物质有可能在同一色 谱柱上具有相同的保留值.所以应采用双柱或多 柱法进行定性分析.即采用两根或多根性质（极 性）不同的色谱柱进行分离，观察未知物和标 准试样的保留值是否始终重合.
§2.5 GC检测器 一、概述 1.作用：将经色谱柱分离后的各组分按其特性及含 量转换为相应的电讯号。 2.分类： 浓度型：测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化， 即检测器的响应值和组分的浓度成正比。 热导TCD ； 电子捕获ECD； 质量型：测量的是载气中某组分进入检测器的速 度变化。即检测器响应值和组分的质量成正比。 氢焰FID； 火焰光度FPD；
二、根据色谱保留值进行定性 定性方法的可靠性与色谱柱的分离效率有密切的 关系，为了提高可靠性，应该采用重现性较好 和较少受到操作条件影响的保留值. 由于保留时间（或保留体积）受柱长、固定液 含量、载气流速等操作条件的影响比较大，因 此一般适宜采用仅与柱温有关，而不受操作条 件影响的相对保留值r21作为定性指标. 1.对于比较简单的多组分混合物，如果其中所有 待测组分均为已知，它们的色谱峰也能一一分 离，那么为了确定各个色谱峰所代表的物质， 可将各个保留值与各相应的标准试样在同一条 件下所测得的保留值进行对照比较，确定各个 组分.
§2.6 气相色谱定性方法
一、概述：各种物质在一定色谱条件下都有确定不 变的保留值，因此保留值可作为一种定性指标 . 现状：GC定性分析还存在一定问题.其应用仅限 于当未知物通过其它方面的考虑(如来源，其它 定性方法的结果等）后，已被确定可能为某几个 化合物或属于某种类型时作最后的确证；其可靠 性不足以鉴定完全未知的物质。 近年，GC/MS、GC/光谱联用技术的开发，计算机 的应用，打开了广阔的应用前景。
色谱分析2全解
(4) 各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影 响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使 柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的 影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高。
三、色谱基本分离方程式
n理
5.54( tR W1/ 2
)2
16( tR Wb
)2
n有效
5.54(
t
' R
)2
W1/ 2
16(
t
' R
)2
Wb
L H 有效 n有效
同一根色谱柱对不同组分的柱效能是不一样的，当 用这些指标表示柱效能的时候，应说明对何种组分
例：用一根柱长为1m的色谱柱分离含有A，B，C， D四个组分的混合物，它们的保留时间tR分别为 6.4min,14.4min,15.4min,20.7min,其峰底宽Wb分别 为0.45min,1.07min,1.16min,1.45min。 试计算：各谱峰的理论塔板数。
3、色谱基本保留方程
基本保留方程可表示为：
tR = t0(1+k) 若载气流量F0恒定，也可用保留体积表示，则
VR=Vg+KVl 这就是色谱基本保留方程。
上式说明，色谱柱确定后，Vl和Vg即为定值。由此可见， 分配系数不同的各组分具有不同的保留值，因而在色谱图上 有不同位置的色谱峰。
例：用一根固定相的体积为0.148mL，流动相的体积为1.26mL 的色谱柱分离A,B两in，不被保留组分的保留时间为4.2min，试计算： （1）各组分的容量因子 （2）各组分的分配系数 （3）AB两组分的选择因子rB,A
气相色谱理论
2. 分子扩散项—B/u
• ----纵向扩散项 • 由于进样后试样仅存在于色谱柱中很短小的一 段空间，因此可以认为试样是以“塞子”形式 进入色谱柱的。在塞子前后存在着浓度差，于 是当试样中各组分随着载气在柱中前进时，各 组分的分子将产生纵向，即沿着色谱柱方向的 扩散运动，结果使色谱峰扩展，分离变差。塔 板高度增加。
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速率理论的要点
(1)组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩散、浓度梯度所 造成的分子扩散及传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬 间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因 (2)通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载 气流速可提高柱效
(3)速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导
（动画）
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速率理论--影响柱效的因素
• 速率理论指出了影响柱效能的因素，为色谱分 离操作条件的选择提供了理论指导 • 但许多影响柱效能的因素以相反的效果存在 • 流速加大，分子扩散项的影响减小，传质阻力 项的影响增大 • 温度升高，有利于传质，但加剧了分子扩散的 影响 • 必须全面考虑这些相互矛盾的影响因素，选择 适当的色谱分离操作条件，才能提高柱效能。
分离度----柱的总分离效能指标，用于判断难分离物质对在色 谱柱中的分离情况。用 R 表示
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分离度（ R ）
R 2(t R ( 2 ) t R (1) ) Wb( 2 ) Wb(1) 2(t R ( 2 ) t R (1) ) 1.699(Y1/ 2( 2 ) Y1/ 2(1) )
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3.传质阻力项— Cu
传质阻力包括气相传质阻力Cg 和液相传质阻力Cl ，液相传质 阻力大于气相传质阻力。 即： C =（Cg + CL）
气相色谱理论基础
敏感度：
线性：
1E-14A
1E-12g/s
1E7
空气入口 氢气入口
气相色谱仪的一般介绍5
热离子化检测器（NPD）介绍
原理：
在FID中加入一个用碱金属盐制成的玻璃珠 当样品分子含有在燃烧时能与碱盐起反应的
元素时，则将使碱盐的挥发度增大，这些碱
盐蒸气在火焰中将被激发电离，而产生新的
离子流，从而输出信号。
（二）色谱分析
1．日期： 2．样品：名称、物性。 3．分析条件:
A.仪器：型号、厂家。 C. 柱子：长度、内径、形状、材料。 E.温度：气化、检测、柱子和出口等处的温度。 G.其他：灵敏度档、衰减、进样量等。
（三）定性分析
B.检测器：类型、工作电流和电压。 D.柱填料：有关试剂名称、规格、用量等。 F.流速： N2、H2、空气或其他气体流速。
进样
时刻A 时刻B 时刻C 时刻D 时刻E 时刻F
气相色谱理论基础2
色谱柱
检测器 色 谱 图
气相色谱理论基础3
气相色谱原理的简述
气相色谱法的原理是利用混合物中各组份在流动相和固定相中具有不同的溶 解和解析能力（主要是指气液色谱），或不同的吸附和脱附能力（主要是指 气固色谱），或其他亲和性能作用的差异。当两相作相对运动时，样品各组 份在两相中反复多次（1000~1000000次）受到上述作用力的作用，从而使混 合物中的组份获得分离。 也就是说每种物质在固定相中的溶解和解析或吸附和脱附能力有差异，各物 质在色谱柱中的滞留时间也就不同，即它们在色谱柱中的运行速度不同。随 着载气的不断流过，各物质在柱中两相间经过了反复多次的分配与平衡过程， 当运行一定的柱长以后，样品中的各物质得到了分离。
INJ FID
第四节气相色谱基础理论和分析条件的选择-1详解
式中： tR：保留时间 t’R：相对保留时间
y：峰底宽 y1/2 ：半峰宽
y ↓ 峰变窄，n ↑ ，H ↓ ，柱的分离效能也就越
好，反过来说，n 越多，H 越小，色谱峰越窄。 所以 n 和 H 可作为描叙柱效能的一个指标。
9
2）色谱流出曲线方程
通过塔板理论可以导出色谱流出曲线方程
C= C max exp(-△v / b2)
序流出色谱柱，极性小的先出峰。 （3）分离非极性和极性（或易被极化）的混合物，一般选用极性固
定液。此时，非极性组分先出峰极性（或易被极化）的后出峰。 （4）醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物的分离，通常选择
极性或氢键性的固定液。 （5）组成复杂、较难分离的试样，通常使用特殊的固定液，或混和
固定相。
,
k
＝t’R/
tA
主要受固定相用量、柱温和载气流速的影响.
R∝k/(1+k) k→0 , R→0
k↑ → k/(1+k) ↑，R ↑
k↑↑ 时→对R的影响↓↓，tR ↑ ，峰扩张 ↑↑ k＞ 5时， k↑ → R ↑变慢
k＞ 10时， k↑ → R ↑很小， tR ↑↑
#
31
增大柱容量项的方法：
1）k 控制的最佳范围为2～5。
2）增加固定液用量，可以增加 k 值；
3）降低柱温，也可以增加 k值。
#
32
五、如何根据具体情况改进色谱柱的分离性能
1、固定相的选择(前面已讲)
气－液色谱，应根据“相似相溶”的原则 （1）分离非极性组分时，通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺
序出峰。 （2）分离极性组分时，通常选用极性固定相。各组分按极性大小顺
v : 弯曲因子又称阻滞常数，填充柱为 0.6-0.8，开口毛细管柱为1；
3--第二章色谱分析理论基础
当待分离组分随着载气进入色谱柱，组分就开始在两相间进行 分配，平衡后，再随着载气进入下一个塔板进行分配，平衡后 再进入下一个塔板。以此类推，从而不断达到分配平衡。
1.塔板理论基本假设
（1）在色谱柱中的每一小段长度H内，组分迅速达到分 配平衡，这一小段色谱柱称为理论塔板，其长度称为理论 塔板高度，简称板高，记为H； （2）载气不是连续通过色谱柱，而是脉冲式，每次进气 量为一个板体积； （3）试样开始时都加在0号塔板上，且试样沿柱纵向扩 散忽略不计； （4）分配系数在各塔板上是常数； （5）塔板与塔板之间不连续。
结论： 分配系数K是色谱分离中的一个重要参数。 两组分分配系数K相差越大，两峰分离的就越好。 不同物质的分配系数K相同时，组分不能分离。因此是色 谱分离依据。
3.分配比k
又叫容量比、容量因子。
在一定温度、压力下，在两相间达到分配平衡时，组分在 两相之间的质量比值，以k表示。
组分在固定相中的质量
k＝
分子扩散大。
3.传质阻力项C
组分在气相和液相两相间进行反复分配时，遇到阻力。传质阻 力C包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL 。液相传质阻力 大于气相传质阻力。
C =（Cg + CL）
气相传质过程是指试样组分从气相移动到固定相表面的过程。
这一过程中试样组分将在两相间进 行质量交换，即进行浓度分配。有 的分子还来不及进入两相界面，就 被气相带走；有的则在进入两相界 面后又来不及返回气相。这样，使 得试样在两相界面上不能瞬间达到 分配平衡，引起滞后现象，从而使 色谱峰变宽。
（3）对于某确定的色谱分配体系，组分的分离最终决定于 组分在每相中的相对量，而不是决定于组分在每相中的相对 浓度，因此分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数。 k越大，组分保留时间越长，k=0，组分的保留时间为死时间。
色谱分析法理论基础
（1）用时间表示的保留值（二）_
调整保留时间 t ‘的R：保指留扣时除间了，死如时图间中 的A'B。
即：t'R = tR－ tM
注意：当固定相一 定，在确定的实验条 件下，任何物质都有 一定的保留时间，它 是色谱分析法的基本 参数。
（2）用体积表示的保留值
保留体积VR：指从进样 到柱后出现待测组分浓 度极大值时所通过的载 气体积。
区域宽度（三）
（3）峰基宽度Wb：即通 过流出曲线的拐点所作的 切线在基线的截距，如图 I J所示。 Wb与σ的关系：
Wb ＝4σ
7.2.2 色谱法中的主要参数和关系式
分配系数Kp和容量因子K '
（1）分配系数Kp：定温定压下物质在固定相和流动相中的 浓度比。 KP＝[A]s / [A]m （s－固定相； m－流动相）
• R＝ 0.59R'
7.2.5 分离效率的表示方法－分离度（四）
关于R、n有效、r2.1、H有效、L柱长间关系如下：
R= r 2.1 1
r 2.1
n有效 16
n有效＝16R2
r
r 2.1 2.1
1
2
L＝16R2
r 2.1 2 r 2.1 1
H有效
H有效=L / n有效
对于一定的色谱柱和一定的难分离物质对，在一定
❖扩散的严重与否，关键是取决于流动相的线速 度。
7.2.4 影响色谱柱效能的因素 ——速率理论（五）
C － 固定相传质阻力项 D － 流动相传质阻力项 (非平衡状态作用)
此两项对色谱峰的影响均与流速成正比。在流速很 高的情况下，由于没有足够的时间建立平衡，偏离更为 严重。
对于一定的色谱体系，速率方程中A、B、C、D其 值为一定。速率方程描述了流动相的平均线速度对柱 效能的影响。
气相色谱法及其应用-PPT
第二部分 气相色谱仪系统及功能
GC工作过程示意图
载气系统
分离系统
检测和 记录系统
进样系统
温控系统
一、载气系统
{ 气源
载气系统 净化干燥管
载气流速控制装置
常用载气：氮气、氦气、氢气及氩气
{ 载气选择依据 检测器 柱效
{
二、进样系统
进样系统
色谱柱的温度控制方式有： 恒温和程序升温 程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由
低温向高温作线性或非线性变化，以达到用 最短时间获得最佳分离的目的。 对于沸点范围很宽的混合物，往往采用程序 升温法进行分析。
恒温150 ℃
程序升温50~250℃， 8℃/min
正构烷烃恒温和程序升温色谱图比较
程序升温不仅可以改善分离，而且可 以缩短分析时间。
组分峰影响。
优点
准确度高
岛津GC-2014型
1 . 热导池检测器 (TCD)
A R1 R2 B 参比 测量
工作原理：纯载气是一条 直线，当有有试样气通过 时，由于导热系数与载气 不同，测量池中热敏电阻 上的温度发生变化，其阻 值随之改变，电桥平衡遭 破坏，AB两点间的电位 不再相等，记录仪上即出 现峰电位。待测组分的导 热系数越大，测量池中热 敏电阻上的温度变化越大， 其电阻值也越大。
V0 t0Fc
5 . 保留体积Vr
Vr tr Fc
6 .校正(调整)保留体积
三、峰高与峰面积－定量分析的依据
四、区域宽度－柱效
峰底宽度W
半峰宽W1/2 标准偏差σ
W 4 W1/2 2.35
五、 分离度 定义： R tr2tr1 2(tr2tr1) 12(W1W2) (W1W2) tr2, tr1: 组分2和组分1的保留时间 W2, W1: 组分2和组分1的峰底宽度
第2章气相色谱法
对分离较差，峰底宽度难于测量，则用下式表示分离度
R'
tR2 tR1
1 2
(Y12(1)
Y1 2
(
2)
)
20
C
W G
色谱分离基本方程式
体系的热力 学性质
R 1 n ( 1) ( k )
4
k 1
n
(
k
k
1)
2
n有效
R1 4
n有效
( 1)
现现 代代 仪器分析 仪器分析
改变k的方法是：
改变柱温：影响分配系数 改变相比：即改变固定相的量及柱的死体积(采用细颗粒的固定相，
填充紧密且均匀)
分离度与柱选择性的关系
α是色谱柱选择性的量度， α越大，色谱柱选择性越好，分离效 果越好
通过改变固定相，使各组分的分配系数有较大的差别
L
16R
2
(
1)2
17
W CG
现现 代代 仪器分析 仪器分析
B/u分子扩散项：“塞子”前后存在着浓度差
B 2Dg
弯曲因子
气相分子扩散系数
Dg
1
M 载气
摩尔质量大的载气可使B值变小，有利于分离
载气流速愈小，保留时间愈长，分子扩散项的影响也愈 大，从而成为色谱峰扩散的主要因素
18
W CG
现现 代代 仪器分析 仪器分析
调VM整，保或留V体R’=积tRV’·RF’0：指扣除死体积后的保留体积：VR’=VR－
相对保留值r21
指组分2与另一组分1的调整保留值之比。相对保留值只与柱 温及固定相性质有关，与其它色谱操作条件无关，它表示了 色谱柱对这两种组分的选择性： r21相差越大，分离越好。 r21 ＝1，不能分离
气相色谱理论基础
• 三色谱特点及应用范围 • 二 气相色谱法的特点： • 1灵敏度高：可检出ng/g数量级。 • 2分离效能高：有报道可分离同位素。 • 3快速：一般几分钟可完成一个试样的全分
析
• 4应用范围：各行各业都离不开GC。（化工、 环保、食品、医药等）。
• 不足之处：需要相应的纯物质，沸点高 的组分不能分析。大部分无机物不能分析。
• K=kVM/VL=4.0x50.0/2=100.0
• VR=5x50=250mL
已知物质A和B在一根30.00 cm长的柱上的保留时 间分别为16.40 min和17.63 min。不被保留组分 通过该柱的时间为1.30 min。峰底宽度分别为 1.11 min和1.21 min，计算：
（1）柱的分离度；
• （2）有关保留值的述语 • 保留时间（tR）：组分从进样到出现峰最大
值时所需时间。
• 死时间（tM）：不被固定相滞留的组分的保 留时间。
• 使用热导检测器（TCD）时，空气的保留时 间为死时间；使用氢火焰检测器（FID）时
• 甲烷的保留时间为死时间。 • 调整保留时间（t/R）： 扣除死时间的保留
于载体分子与固体分子间作用力的大小；后者， 则与组分、固定液分子相互作用力的不同有关。
分子间的作用力是一种极弱的吸引力，主要 包括静电力、诱导力、色散力和氢键力等。
如在极性固定液柱上分离极性样品时，分子 间的作用力主要是静电力。被分离组分的极性越 大，与固定液间的相互作用力就越强，因而该组 分在柱内滞留时间就越长。
• 柱效：常用塔板数n和塔板高 度H来衡量。
• n=5.54(tR/w1/2)2=16(tR/w)2 • H=L/n
• 实际工作中,常用有效塔板数 neff来表示:
仪器分析-气相色谱分析
• 3、保留值：是试样各组分在
色谱柱中保留行为的量度，它 反映组分与固定相间作用力大 小，通常用保留时间和保留体 积表示。 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。 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。 调整保留时间tR’ 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 tR’ = tR － tM
通常以有效塔板数neff 和有效塔板高度Heff 表示：
neff H eff
t t 2 5.5 4( ) 1 6( )2 W1 / 2 Wb L neff
' R
' R
2-2-3 速率理论
• 塔板理论存在的假定有缺陷,不能解释塔板高度H
受那些因素影响. 1956年，荷兰化学工程师van Deemter提出了色谱过程动力学速率理论。 • van Deemter方程：H=A+B/u+C*u u 为流动相线速度； A，B，C 为常数. 其中: A — 涡流扩散系数； B — 分子扩散系数； C — 传质阻力系数（包括液相和固相传质阻力系 数）
• 1、气路系统
• 载气：H2，N2，He，Ar等 • 净化器：提高载气纯度 • 稳压恒流装置，气体流速控制和测量。
• 2、进样系统
• 进样器： 微量注射器、六通阀 • 气化室：瞬间气化，死体积尽可能小
• 3、分离系统
• 色谱柱有填充柱和毛细管柱两大类
2-1-3 组成
• • • • •
4、温控系统 色谱柱、气化室、检测室三处温度控制 气化室温度应使试样瞬间气化但又不分解； 检测器除氢火焰外都对温度敏感； 柱温的变化影响柱的选择性和柱效，因此柱室的 温度控制要求精确，温控反复根据需要可以恒温， 也可以程序升温。
第二章第2节 色谱理论基础
2 × (12.8 − 12.2) = 0.72 分离度： R = 0.8533 + 0.8133
塔板数增加一倍，分离度增加多少？
2010/3/29
⎛ R2 ⎞ ⎛ 1.5 ⎞ ⎜ ⎟ × L1 = ⎜ L2 = ⎜ ⎟ ⎟ × 1 = 4.34 m ⎝ 0.72 ⎠ ⎝ R1 ⎠
2
2
2010/3/29
பைடு நூலகம்
令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相邻两峰的峰底宽近似相等），引 入相对保留值和塔板数，可导出下式：
R= = 2(t R ( 2 ) − t R (1) ) Wb( 2 ) + Wb(1) ( r21 − 1) t 'R ( 2 ) t 'R (1)
2
=
t 'R ( 2 ) − t 'R (1) Wb
2010/3/29
例题2：
在一定条件下，两个组分的保留时间分别为12.2s和 12.8s，计算分离度（塔板数为3600）。要达到完全分离，即 R=1.5 ，所需要的柱长。
解：
t R1 4 × 12.2 Wb1 = 4 = = 0.8133 n 3600 t R 2 4 × 12.8 Wb 2 = 4 = = 0.8533 n 3600
' tR − tM tR k= = tM tM
2010/3/29
三、塔板理论-柱分离效能指标
色谱柱长：L， 虚拟的塔板间距离：H， 色谱柱的理论塔板数：n， 则三者的关系为： n=L/H 理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
tR 2 tR 2 n = 5.54( ) = 16( ) Y1/ 2 Wb
2010/3/29
2010/3/29
2010/3/29
气相色谱分析
定、起分离作用旳填充物。 流动相：（mobile phase）流经固定相旳空隙
或表面旳冲洗剂。
按固定相旳几何形式分类：
1.柱色谱法，
2.纸色谱法，
3.薄层色谱法 。
按两相所处旳状态分类 ： 气相色谱法 气-固色谱法
Ⅲ 分离系统：色谱柱、控温柱箱。
Ⅳ 检测系统：检测器、检测室。
Ⅴ 统计系统：放大器、统计仪、
色谱工作站。
国产气相色谱仪
A B KA>KB
图1 、色谱过程
图2、 色谱图
五、色谱图及常用术语
试样中各组分经色谱柱分离后，按先后顺序经过检测 器时，检测器就将流动相中各组分浓度变化转变为相 应旳电信号，由统计仪所统计下旳信号——时间曲线 或信号——流动相体积曲线，称为色谱流出曲线，
二、分配平衡旳几种参数：
1、分配系数（distribution coefficient）
在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间 到达分配平衡时旳浓度比值，用K表达。 。 2、分配比（partition ratio）或容量因子 （capacity factor）
在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相
3.传质阻力项— C
组分在气相和液相两相间进行反复分配时，遇到阻力。 传质阻力涉及气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL ，液相
传质阻力不小于气相传质阻力。 即： C =Cg + CL
4. 速率理论旳要点
(1)组分分子在柱内运营旳多途径与涡流扩散、浓 度梯度所造成旳分子扩散及传质阻力使气液两 相间旳分配平衡不能瞬间到达等原因是造成色 谱峰扩展柱效下降旳主要原因。
分析化学—色谱分析法第三节色谱理论基础
为最佳流速。
5. 速率理论的要点
(1)组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩散、浓度梯度所 造成的分子扩散及传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬 间达到等因素是造成色谱峰扩展柱效下降的主要原因。
(2)通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载 气流速可提高柱效。
Y1/ 2
Wb
n有效
5.54(
t
' R
)2
Y1/ 2
16( tR' Wb
)2
H 有效
L n有效
塔板理论的特点和不足：
(1)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。
(2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效 塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明 测定物质。
n=L/H 理论塔板数与色谱参数之间的关系为：
n 5.54( tR )2 16( tR )2
Y1/ 2
Wb
有效塔板数和有效塔板高度
• 单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 • 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。
• 组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有效塔
板数和有效塔板高度：
n 5.54( tR )2 16( tR )2
塔板理论和速率理论都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。
难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综 合影响：保留值之差──色谱过程的热力学因素；
区域宽度──色谱过程的动力学因素。 色谱分离中的四种情况如图所示：
① 柱效较高，△K (分配系数)
气相色谱理论基础
气相色谱理论基础原理分类【情节1】食品添加剂的检测，一个学生进入自选超市，拿起一袋零食,包装袋上有各种成分的含量,这些含量是怎么检测出来的呢？通常由两种方法：一种是先将各组分分离开,然后对已分离的组分进行测定；另一种是不需将组分分离开,直接对感兴趣的组分进行测定.其中第一种分离、分析方法也就是常用的色谱法。
近代首先认识到这种分离现象和分离方法大有可为的是俄国的植物学家茨维特.【知识点1】茨维特的经典实验1906年，俄国植物学家茨维特（M。
S.Tswett)在研究植物色素的过程中，做了一个经典的实验；在一根玻璃管的狭小一端塞上一小团棉花,在管中填充沉淀碳酸钙，这就形成了一个吸附柱，然后将其与吸滤瓶连接，使绿色植物叶子的石油醚抽取液自柱通过。
结果植物叶子中的几种色素便在玻璃柱上展开：留在最上面的是两种叶绿素；绿色层下面接着叶黄质；随着溶剂跑到吸附层最下层的是黄色的胡萝卜如此则吸附柱成了一个有规则的、与光谱相似的色层。
接着他用纯溶剂淋洗。
使柱中各层进一步展开，达到清晰的分析.然后把该潮湿的吸附柱从玻璃管中推出，依色层的位置用小刀切开，于是各种色素就得以分离。
再用醇为溶剂将它们分别溶下，即得到了各成分的纯溶液.【思考题1】俄国植物学家茨维特用于分离植物色素的色谱法属（）色谱法。
【情节2】气相色谱法可比喻为一群运动员在一条泥泞的道路顺风赛跑，他们同时起跑后,因本身体力差异及道路、风力的影响，相互间的距离逐渐增大，最后于不同的时间到达终点。
若把欲分离的组分视为运动员,固定相与流动相各为道路上的泥泞与顺风,色谱柱为道路,那么可以将色谱法分离、分析的原理写成：利用组分在体系中固定相与流动相的分配有差异，当组分在两相中反复多次进行分配并随流动相向前移动，各组分沿色谱柱运动的速度就不同，分配系数小的组分较快地从色谱柱流出.【知识点2】分类和基本原理一气相色谱法是以惰性气体（又称载气）作为流动相，以固定液或固体吸附剂作为固定相的色谱法。
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气相色谱理论基础原理分类【情节1】食品添加剂的检测，一个学生进入自选超市，拿起一袋零食，包装袋上有各种成分的含量，这些含量是怎么检测出来的呢？通常由两种方法：一种是先将各组分分离开，然后对已分离的组分进行测定；另一种是不需将组分分离开，直接对感兴趣的组分进行测定。
其中第一种分离、分析方法也就是常用的色谱法。
近代首先认识到这种分离现象和分离方法大有可为的是俄国的植物学家茨维特。
【知识点1】茨维特的经典实验1906年，俄国植物学家茨维特（M.S.Tswett）在研究植物色素的过程中，做了一个经典的实验；在一根玻璃管的狭小一端塞上一小团棉花，在管中填充沉淀碳酸钙，这就形成了一个吸附柱，然后将其与吸滤瓶连接，使绿色植物叶子的石油醚抽取液自柱通过。
结果植物叶子中的几种色素便在玻璃柱上展开：留在最上面的是两种叶绿素；绿色层下面接着叶黄质；随着溶剂跑到吸附层最下层的是黄色的胡萝卜素。
如此则吸附柱成了一个有规则的、与光谱相似的色层。
接着他用纯溶剂淋洗。
使柱中各层进一步展开，达到清晰的分析。
然后把该潮湿的吸附柱从玻璃管中推出，依色层的位置用小刀切开，于是各种色素就得以分离。
再用醇为溶剂将它们分别溶下，即得到了各成分的纯溶液。
【思考题1】俄国植物学家茨维特用于分离植物色素的色谱法属（）色谱法。
【情节2】气相色谱法可比喻为一群运动员在一条泥泞的道路顺风赛跑，他们同时起跑后，因本身体力差异及道路、风力的影响，相互间的距离逐渐增大，最后于不同的时间到达终点。
若把欲分离的组分视为运动员，固定相与流动相各为道路上的泥泞与顺风，色谱柱为道路，那么可以将色谱法分离、分析的原理写成：利用组分在体系中固定相与流动相的分配有差异，当组分在两相中反复多次进行分配并随流动相向前移动，各组分沿色谱柱运动的速度就不同，分配系数小的组分较快地从色谱柱流出。
【知识点2】分类和基本原理一气相色谱法是以惰性气体（又称载气）作为流动相，以固定液或固体吸附剂作为固定相的色谱法。
气相色谱法按不同的分类方式可分为不同的类别：（1）气相色谱法按使用固定相的类型分为气液色谱法和气固色谱法。
以固相液（如聚甲基硅氧烷类、聚乙二醇类等固定液）作为固定相的色谱法称为气液色谱法，以固体吸附剂（如分子筛、硅胶、氧化铝、高分子小球等）作为固定相的色谱法称为气固色谱法。
在气液色谱法中，基于不同的组分在固定液中溶解度的差异实现组分的分离。
当载气携带被测样品进入色谱柱后，气相中的被测组分就溶解到固定液中。
载气连续流经色谱柱，溶解在固定液中的组分会从固定液中挥发到气相中，随着载气的流动，挥发到气相中的组分又会溶解到前面的固定液中。
这样反复多次溶解、挥发、再溶解、再挥发，实现被测组分的分离。
由于各组分在固定液中的溶解度不同，溶解度大的组分较难挥发，停留在色谱柱中的时间就长些；而溶解度小的组分易挥发，停留在色谱柱中的时间就短些，经过一定时间后，各组分就彼此分离并依次流出色谱柱被检测器检测。
在气固色谱法中，主要是基于不同的组分在固体吸附剂上吸附能力的差别实现组分的分离。
气固色谱中的固定相是一种具有多孔性及比表面积较大的吸附剂。
样品由载气携带进入色谱柱时，立即被吸附剂所吸附。
载气不断通过吸附剂，使吸附的被测组分被洗脱下来，洗脱的组分随载气流动，又被前面的吸附剂所吸附。
随着载气的流动，被测组分在气固吸附剂表面进行反复的吸附、解吸。
由于各被测组分在气固吸附剂表面吸附能力不同，吸附能力强的组分停留在色谱柱中的时间就长些；而吸附能力弱的组分停留在色谱柱中的时间就短些，经过一定时间后，各组分就彼此分离并依次流出色谱柱被检测器检测。
被测组分在流动相与固定相之间的吸附、解吸和溶解、挥发的过程，称为分配过程。
气相色谱分离的基本原理即是基于被测组分在色谱柱内流动相和固定相分配系数的不同而实现分离的。
当载气携带样品进入色谱柱后，样品中的各个组分就在两相间进行多次的分配，即使原来分配系数相差较小的组分也会在色谱分离过程中分离开来。
（2）按照使用的色谱柱的内径可分为填充柱色谱法、毛细管柱色谱法以及大口径柱色谱法。
填充柱色谱法一般采用内径为3mm或2mm的不锈钢柱或玻璃柱作为分离柱，填充柱色谱法有较好的柱容量，但柱效相对较低。
适用于较简单组分的分离测定；毛细管柱色谱法一般采用内径为0.2mm、0.25mm、0.32mm的石英柱作为分离柱，现在也有采用0.1mm内径的石英柱作为分离柱用于复杂组分的分析。
用于高温分析的色谱柱一般使用不锈钢柱。
在毛细管气相色谱柱中，使用的色谱柱柱长一般在15～30m，复杂的石油组分分析一般采用50m的柱长，有的色谱柱长达到100m。
毛细管柱色谱法有较高的柱效，但柱容量低。
大口径柱一般为0.53mm内径的毛细管柱，柱效和柱容量介于填充柱色谱法和毛细管柱色谱法之间，适用于复杂组分的分析。
填充柱气液色谱法中，一般需要将固定液涂在化学惰性的固体微粒（此固体用来支持固定液，称为担体或载体）表面上，常用的载体包括硅藻土载体和非硅藻土载体，多数使用硅藻土载体。
硅藻土载体包括红色载体和白色载体，红色载体结合非极性固体液使用，白色载体结合极性固体液使用。
非硅藻土载体包括氟载体、玻璃微株及高分子小球等。
在填充柱气液色谱中，使用的固定液包括非极性的固定液（如聚甲基硅氧烷类固定液）、极性的固定液（如聚乙二醇类固定液）和用于手性化合物分离的环糊精类固定相等。
而气液毛细管色谱法则是直接涂一层高沸点邮寄化合物并形成一层均匀的液膜，涂柱的方式包括涂覆法、化学键合法和交联法，在填充柱气液色谱中使用的固定相也适用于气液毛细管色谱法中。
在气固色谱法中，一般使用固体吸附剂作为固定相，包括填充柱气固色谱法和毛细管PLOT柱（多孔层开管毛细管色谱柱）法。
对于填充柱气固色谱法，一般将固体吸附剂装填在玻璃或不锈钢柱内，常用的固体吸附剂包括分子筛（常用的有5A分子筛和13X分子筛）、硅胶、氧化铝、碳分子筛以及高分子小球等，高分子小球一般多用苯乙烯和二乙烯基苯的聚合物。
毛细管PLOT柱色谱法中，使用的固定相与填充柱气固色谱法使用的固定相类型一致。
由于活性（或极性）分子在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，气固色谱法的应用领域相对气液色谱法要窄，一般多用于较低分子量和低沸点气体组分或相对较简单组分的分析。
【思考题2】气液色谱法的固定相是（）；气固色谱法的固定相是（）。
【知识点3】基本原理二：实现色谱分离的先决条件是具备固定相和流动相。
色谱分离能够实现的内因是由于固定相与被分离的各组分发生的吸附（或分配）作用的差异。
组分间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的。
实现色谱分离的分离外因是由于流动相的不间断流动。
由于流动相的流动使被分离的组分与固定相发生反复多次的吸附（或溶解）、解吸（或挥发）过程，这样就使那些在同一固定相上吸附（或分配）系数只有微小差别的组分，在固定相上的移动速度产生了很大的差别，从而达到了各个组分的完全分离。
此外，色谱分析法具有物理分离方法的一般优点，即进行操作时不会损失混合物中的各个组分，不改变原有组分的存在形态也不生成新的物质。
因此若用色谱法分理出某一物质，则此物质必存在于原始样品之中。
分配系数和吸附系数一定条件下，对样品中的某一组分来说：1）分配系数是针对气液色谱而言的。
KP＝Cs／Cm。
式中：Cs为该组分在固定液中的浓度，Cm为该组分在流动相中的浓度。
2）吸附系数是针对气固色谱而言的。
KA=m/VM式中：m为1ml吸附剂中该组分的克数；VM为1ml流动相该组分的克数。
3）分配比k，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物质的量比。
即：定义流动相与固定相的体积比较相比，用β表示【思考题3】基本原理三：色谱分析法是（ ）分离方法？组分间的距离是由组分在两相间的（ ）决定的。
【情节4】如果色谱柱比作是跑道，那么色谱图就是运动员比赛的成绩信息。
色谱图是以组分的流出时间（t ）为横坐标，以检测器对各组分的电讯号响应值（mV ）为纵坐标。
色谱图上可得到一组色谱峰，每个峰代表样品中的一个组分。
由每个色谱峰的峰位、峰高和峰面积、峰的宽窄及相邻峰间的距离都可获得色谱分析的重要信息。
【知识点4】基本原理三：（1）保留时间与容量因子在整个色谱分离过程中，流动相始终是以一定的流速（或压力）在固定相中流动的，并将溶质带入色谱柱。
溶质因分配、吸附等相互作用，进入固定相后，即在固定相表面与功能层分子作用，从而在固定相中保留。
同时，溶质又被流动相洗脱下来，进入流动相。
与固定相作用越强的溶质在固定相中的保留时间就越长。
从色谱柱流出的溶液（柱流出物）进入检测器连续测定，得到如m s n n k ==量组分在流动相中物质的量组分在固定相中物质的βp K V c V c n n k m m s s m s =⨯⨯==：＝sm V V β图7-1所示的色谱图，即柱流出物中溶质浓度随时间变化的曲线，直线部分是没有溶质流出时流动相的背景响应值，称作基线（base line）。
在基线平稳后，通常将基线响应值设定为零，再进样分析。
溶质开始流出至完全流出所对应的峰型部分称色谱峰（peak），基线与色谱峰组成了一个完整的色谱图（chromatogram）。
死时间(dead time)：在色谱柱中无保留的溶质从进样器随流动相到达检测器所需要的时间，通常用t0表示。
溶质保留时间（solute retention time）：或称真实保留时间，是溶质因与固定相作用在色谱柱中所停留的时间，它不包含死时间，通常用ts表示。
保留时间（retention time）：是t S与t0之和，通常用t R表示，即t R = t0 + t S容量因子（capacity factor）：对于有效的色谱分离，色谱柱必须具有保留溶质的能力，而且还能使不同溶质之间达到足够大的分离。
色谱柱的容量因子k'是溶质离子与色谱柱填料相互作用强度的直接量度，由下式定义：式中VR 和V0 分别为总保留体积和空保留体积。
（2）色谱峰的对称性高斯（Gaussian）曲线：在理想情况下，色谱峰的形状可以近似地用高斯曲线描述（图7-2）。
图中为标准偏差（拐点处的半峰宽），h为最大峰高，w为峰宽。
在任意给定位置x处的峰高y可以用下式描述：不对称因子（asymmetry）：在实际的色谱过程中，溶质从色谱柱中流出时，很少符合高斯分布，而是具有一定的不对称性。
我们可以定义一个不对称因子As来定量地表示色谱峰的不对称程度，如图7-3所示，将10％峰高处前半峰的宽度设为a, 同高度处后半峰的宽度设为b，将b与a的比值定义为不对称因子As，即拖尾峰（tailing peak）：当As大于1时，色谱峰的形状是前半部分信号增加快，后半部分信号减少慢。