气相色谱法

分离对象 非极性物质分离 不同极性物质分离 强极性物质 各类物质 极性物质 芳香异构体
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担体(载体)
对担体的要求：
表面积大(过大可造成峰形拖尾)，颗粒和孔径 分布均匀； 化学惰性，不与待测物发生化学反应或产生吸 附或催化作用并可被固定液完全浸润； 热稳定性好，有一定的机械强度，不易破碎。
GC的分析过程
气相色谱动画1
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气路系统
包括气源、气体净化、气体流量控制和测量 装置。
气源：高压钢瓶或气体发生器 净化器：多为分子筛和活性碳管的串联，可除去 水、氧气以及其它杂质。 载气：要求化学惰性，不与有关物质反应。载气 的选择除了要求考虑对柱效的影响外，还要与分 析对象和所用的检测器相配。常用载气有空气、 N2、 H2、Ar、 He 。
TC D EC D FID NP D FP D
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控温装置
在气相色谱测定中，温度是重要的指标。控 制温度主要指对色谱柱箱、气化室、检测器三处 的温度控制。它直接影响色谱柱的选择分离、检 测器的灵敏度和稳定性。最高使用温度可达 450℃，可控制升温程序，并可迅速降温。 色谱柱的控温方式有恒温和程序升温二种。 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。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。
气相色谱法的特点
高效
高选择性
高灵敏度
操作简单
应用广泛
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气相色谱法的一般流程
气路系统 进样系统 分离系统
检测系统 记录系统
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气相色谱仪
1970s: 电子积分仪及计算机数据处理装置的发展； 1980s: 计算机技术对仪器各类参数的自动控制。如柱温、 流速、自动进样等。
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进样系统
包括进样器、气化室 和控温系统。
根据分析目的，可选择四种 进样方式: 1. 填充柱进样单元 2. 毛细管柱分流进样单元 3. 毛细管柱无分流进样单元 4. 冷柱头进样单元
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分离系统
包括色谱柱、柱箱和控温系统。 色谱柱是色谱仪的核心部件，其作用是分离 样品。 按照柱管的粗细和固定相的填充方式分为填 充柱和毛细管柱。
概述
1952年，是英国生物化学家Martin等创立气相 色谱法（GC）。 GC可分为气固色谱(GSC)和气液色谱(GLC)。 GSC是用多孔性固体为固定相，分离的对象主 要是一些永久性的气体和低沸点的化合物； GLC的固定相是用高沸点的有机物涂渍在惰性 载体上，由于可供选择的固定液种类多，故选 择性较好，应用亦广泛。 GC可分为填充柱色谱和毛细管柱色谱。
(n有效=2304; H有效=0.43mm)
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上周思考题
1、A、B两种结构相似的药物共存于同一溶液中， 采用薄层色谱分离时，它们的比移值分别为0.45 和0.63。若使分离后A、B间距达到2cm，则薄板 至少需要多长？ (11.11cm) 2、某药物进行薄层层析，用丙酮做展开剂时， 比移值太大；那么，改用氯仿做展开剂时，比 移值将如何变化？
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上周思考题
1、理论塔板数反映了
A.分离度； 的效能。 B. 分配系数； C．保留值； D．柱
2、载体填充的均匀程度主要影响 A．涡流扩散项； B. 分子扩散 ；C.气相传质阻力 ； D. 液相传质阻力 3、测得某组分在1m长的色谱柱上，调整保留时间 为1.94min，峰底宽为9.7s，计算n有效及H有效。
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检测及记录系统
包括检测器和控温系统、放大器、记录仪或数 据处理系统。 这个系统是指样品经色谱柱分离后，各成 分按保留时间不同，依次随载气进入检测器，检 测器把进入的组分按时间及其浓度或质量的变化， 转化成易于测量的电信号，经过必要的放大传递 给记录仪或计算机，最后得到该混合样品的色谱 流出曲线及定性和定量信息。
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担体种类和性能
分为硅藻土型和非硅藻土型。 硅藻土型又分为白色担体和红色担体。
类型 组成 制备 特点及应用 孔穴密集、孔径小、比表面大。对强极性 红色担体： 硅藻土+粘合 化合物吸附和催化性较强，可使它们因吸 单 细 胞 海 藻 骨剂 900oC 煅烧 硅藻土 附而拖尾。只适于非极性或弱极性物质。 (SiO2+小量盐) 白 色 担 体 ： 硅 藻 土与红色担体性质和特点不同。白色担体适 +20%Na2CO3 煅烧 于极性物质。 非硅藻土 有机聚合物 人工合成：有机玻璃球,由于表面难以浸润，只用于一些特定组分 氟,GDX 载体 分析。
釉化
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气-固色谱固定相—固体吸附剂
1. 常用固体吸附剂 硅胶(强极性)、氧化铝(弱极性)、活性炭(非极性)、分子 筛(极性，筛孔大小) 2. 人工合成固体吸附剂 高分子多孔微球(GDX)：人工合成的多孔聚合物，其孔 径大小可以人为控制。可在活化后直接用于分离。 高分子多孔微球可分为两类： 非极性：苯乙烯+二乙烯苯共聚：GDX-1和2型（国产） ；Chromosorb系列（国外） 极性：苯乙烯+二乙烯苯共聚物中引入极性基团：GDX3和4型（国产）； Porapak N等（国外）
(减小)
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气相色谱法 (Gas Chromatography，GC)
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Outline
★概述 ☆GC的分类和特点 ★GC的一般流程 ☆GC固定相和流动相
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Angilent 6890
Angilent 6890
配FID和ECD
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配FID和NPD
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GC-MS
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气相色谱仪的流程示意图
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目前已有三十余种检测器，其中最常用 的是热导池检测器、电子捕获检测器 （浓度型）；火焰离子化检测器、火焰 光度检测器（质量型）和氮磷检测器等。
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担体的预处理
硅藻土含有硅醇基(—Si-OH)、Al2O3、Fe等， 也就是说，它具有活性而不完全化学惰性，需进 行化学处理。其处理过程如下：
方法 酸洗 碱洗 硅烷化 处理过程 3-6M HCl 浸煮过滤，水、 甲醇淋洗、烘干 5-10%NaOH 甲醇液回流， 水、甲醇淋洗、烘干 加入 DMCS 或 HMDS 等硅 烷化试剂，使与-SiOH 反应 2%Na2CO3 浸泡担体，过滤 得滤液再水稀 3 倍， 用稀滤 液淋洗担体， 烘干后再高温 处理 说明 除去 Al 和 Fe 铁等的氧化物。用于分析有机酯和 酸。一些拖尾，可加 H3PO4 或 KOH 添加剂解决。 除 Al2O3 酸性作用点。用于胺类等碱性物质。 除去表面氢键活性中心。适于分析易生成氢键的组 分，如水、醇和胺。 表面形成釉层：屏蔽、惰化表面活性中心，并堵塞 一些微孔，其孔隙更均匀，可减小峰形拖尾，提高 柱效。
促进固定液更均匀牢固地分布在载体表面上；
促进柱内填料均匀分布。
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第三节 色谱检测器
根据检测器的输出信号与组分含量间的关系不 同，可将其分为： 浓度型检测器：检测的是载气中组分浓度 的瞬间变化，即响应值与浓度成正比，与 单位时间内组分进入检测器的质量无关。 质量型检测器：检测的是载气中组分进入 检测器中速度变化，即响应值与单位时间 进入检测器的质量成正比。
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第二节
气相色谱固定相和流动相
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气液色谱固定相(stationary phase)——担体+固定液
气液色谱固定相由担体和固定液构成。 担体为固定液提供大的惰性表面，以承担固定
液，使其形成薄而匀的液膜。
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填充柱
由不锈钢或玻璃制成，内径为2～4mm，柱长1～ 3m。U型和螺旋型，内装固定相。
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毛细管柱
由玻璃或熔融石英拉 制而成，内径为 0.l～0.5mm。
其内径细、柱子长，渗 透性好，传质阻力小， 比填充柱分离效率高、 分析速度快、样品用量 小，但柱容量低、要求 检测器的灵敏度高，且 制备较难。
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流动相(mobile phase)
载气（carrier gas）的种类：He、H2、N2、 Ar、CO2等。 载气的选择：取决于选用的检测器、色谱柱 的极性、分析条件等。 载气的净化：脱水、脱氧、脱烃类化合物。 分子筛 催化剂
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分子筛
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常用固定液分类及选择
固定液类型 极性 烃类 非极性 弱极性 硅氧烷类 中极性 强极性 醇和醚类 强极性 酯和聚脂类 中强极性 腈和腈醚类 强极性 有机皂土 弱极性
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例子 角鲨烷、石蜡烷 甲基硅氧烷、苯基硅 氧烷、氟基硅氧烷 氰基硅氧烷 聚乙二醇 苯甲酸二壬酯 氧二丙腈
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填充色谱柱的制备
包括固定液的涂渍、色谱柱的填充和老化三步。
色谱柱的清洗
玻璃柱：铬酸洗液浸泡－自来水冲洗至中性－ 去离子水洗、烘干。
不锈钢柱：5％～10％的热碱溶液抽洗4～5次－ 自来水冲洗至中性－去离子水洗、烘干。
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固定液选择：“相似相溶”
非极性组分——非极性固定液——沸点低的物质 先流出； 极性物质——极性固定液——极性小的物质先流 出； 各类极性混合物——极性固定液——极性小的物 质先流出； 氢键型物质——氢键型固定液——不易形成氢键 的物质先流出； 复杂混合物——两种或以上混合固定液。
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第一节
气相色谱法的分类和一般流程
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气相色谱法的分类
按照固定相不同：气固色谱；气液色谱。 按照分离原理：吸附色谱；分配色谱。
按照操作方式：填充柱色谱；毛细管柱色谱。
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色谱分离主要是依靠各组分在固定液上的分配 系数不同。
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对固定液的要求
a) 热稳定性好、蒸气压低——流失少； b) 化学稳定性好——不与其它物质反应；
c) 溶解性好——对试样各组分有一定的溶解能力
（分配系数K适当）； d) 选择性高——对各组分（特别是沸点或性质相 近的组分）具有良好的选择性。
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固定液分类
固定液的极性是选择固定液的重要依据。
相对极性P：规定非极性固定液角鲨烷的相对极 性为0，强极性固定液,’-氧二丙腈的相对极性 为100，其它固定液的相对极性在0到100之间。 把相对极性0~100分为五级，20为一级，以“+” 表示。+1、+2为弱极性；+3为中等极性；+4、 +5为强极性。通常把非极性固定液的相对极性以 “-”表示。
固定液的涂渍
计算担体和固定液的用量 涂渍方法：静态涂渍法和 旋转蒸发法
色谱柱的填充
→
真空泵抽气填充法
色谱柱的老化
不接检测器，以免污染检测器； 流速慢，低于固定液的最高使 用温度下老化4～8小时。
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老化柱子的目的
除去固定相中的残余溶剂；
除去固定相中的挥发性杂质；