第15章 气相色谱法
第15章 分离分析法导论
注意：
r2,1只与柱温和固定相性质有关，而与柱内径、柱
长L、填充情况及流动相流速无关，因此，在色谱分析 中，尤其是GC中广泛用于定性的依据！
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。
二.色谱理论基础
基本要求：实现混合物中各组分的分离。 基本理论： 1）各组分在两相间的分配情况（两组分峰间距足够 远）：由各组份在两相间的分配系数决定——色谱过 程的热力学性质决定。
色谱法分离原理
当混合物随流动相流经色谱柱时，就会与柱中固定相发 生相互作用（溶解、吸附等），由于混合物中各组分物理化 学性质和结构上的差异，与固定相发生作用的大小、强弱不 同，因此，随着流动相的移动（在同一推动力作用下），混 合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分在固定 相中的滞留时间不同，从而使混合物中各组分按一定顺序从 柱中流出。这种利用各组分在两相中性能上的差异，使混合 物中各组分分离的技术，称为色谱法。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础。
一.色谱法简介
色谱法是一种分离技术。1906年， 由俄国植物学家茨维特 （Mikhail Tswett ）创立，他在研究植物叶中的 色素时，将植物绿叶的石油醚提取液 倒入装有碳酸钙粉末的玻璃管中，并 用石油醚自上而下淋洗，由于不同的 色素在碳酸钙颗粒表面的吸附力不同， 随着淋洗的进行，不同色素向下移动 的速度不同，形成一圈圈不同颜色的 色带，使各色素成分得到了分离。他 将这种分离方法命名为色谱法 （chromatography）。
第十五章 质谱法(一)
记录质荷比 m1 m2
m﹡
m1 m2
m﹡
特点（1）峰弱，约为m1峰的1－3％ 特点（ 峰弱，约为m 峰的1 峰钝,可跨2 （2）峰钝,可跨2－5个质量单位 （3）质荷比一般不是正整数 可用于确定离子的“子母” （4）可用于确定离子的“子母”关
m/z
系
例：对氨基茴香醚在m/z94.8和59.2二个亚稳峰
R2 C R1 O
丢失最大烃基原则： 丢失最大烃基原则： α―裂解 裂解——丢失最 丢失最 大烃基的可能性最大 R1＞R2
ex2:
异裂
R2
C
O
+ R1
ex3:
O C CH3
α裂解
C O CH3
（2） β 裂解 ）
H H3CH2C O CH2CH2 CH2CH3 H3CH2C O CH CH2 CH2CH3
71 H3C 57 H3C 43 H3C 29 H3C 15 CH3
CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2
CH2
CH2
ex:
H3C CH2 CH2
H
H C CH3
OH
H3C CH2 CH2 H C OH CH3 m/z=45(2 CH2 C OH m/z=73(M-15) C OH
1．大量氧会烧坏离子源的灯丝； 2．用作加速离子的几千伏高压会引起放电； 3．引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。
M e M → 中性分子＋碎片离子 → +
正离子 负离子
特点： 特点： 灵敏度高（ ①灵敏度高（10-11g）； ）； ②分析速度快 1~几秒 几秒 测定对象广。 ③测定对象广。 用途： 用途： ①求精确分子量 ②鉴定化合物 ③推断结构 ④测Cl、Br等原子数 、 等原子数 ⑤与色谱联用进行定量分析
气相色谱仪操作
样品类型
高
低 痕量
进样方法选择
热稳定性
分离时的沸点
热稳定 热不稳定
`
热稳定 热不稳定
高沸点 低沸点 高沸点 低沸点 高沸点 低沸点 高沸点 低沸点
使用方法
PTV分流进样 分流
PTV或住上上样 PTV或住上上样
不分流/PTV 不分流
柱上不分流PTV 柱上或不分流PTV
大体积不分流进样
进样系统
进样器
后检测器选择【未指定】
开机
参数设置
联机操作 脱机操作
关机
`
柱温箱勾选【打开】最高温度未色谱柱最高耐受维度，平衡时间为每个方
法前温度稳定的时间，一般为1分钟。
开机
参数设置
联机操作 脱机操作
关机
`
主要使用后检测器，前检测器只勾选【尾吹气】和【节点流量】和【电位
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ计】
开机
参数设置
联机操作 脱机操作
关机
一 日は 短い 単位 の一 生、一 生は 长い 単位 の一 日だ 。
壹 仪器原理
贰 仪器组成
`
叁 仪器使用
肆 仪器维护
CONTENES
第 壹 章
PART.1
仪器原理
Principle of experiment
原理
色谱法是种分离方法,它利用物质在两相中分配系数的微小
`
差异进行分离。当两相做相对移动时,使被测物质在两相之间
[Start] ：手动开始运行，当
使用自动进样器 或气体进样
阀时，运行自动被激活， 不
许按此键。
[Stop] ：手动提前停止运行
开机
键盘操作
联机操作 脱机操作
第十五章色谱分析法导论
3.峰底宽度Y---即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上截距间的 距离。它与标准偏差的关系是 Y=4
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5.保留值
试样各组分在色谱柱中保留行为的量度，反映了组 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。可以揭示色谱过程的作用机理和分子的结构 特征。
(1)保留时间tR 试样从进样到柱后出现峰极大点时所经过的时间，
12
13
二、色谱常用术语
1.色谱图
色谱柱中的流出物通过检测器产生的信号对时间（或流动 相体积）的曲线 在适当的色谱条件下，每个组分对应的色谱峰一般呈正态分 布，色谱图是定性、定量和评价色谱分离情况的基本依据。
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色谱峰
号 信 进样 空气峰
h
2.基线
a
色谱流出曲线
色谱柱中只有载气无样品通过时，检测器响应信号反应的
n有效= 5.54(tR / W1/2)2 = 16 ( tR / Wb)2 有效板高 ： H有效 = L / n有效
27
例：已知某组分峰的峰底宽为40 s，保留时间为400 s ，计算此色谱柱的理论塔板数。 解： n = 16 ( tR / Y)2 = 16 （400 / 40）2 = 1600 块
量。 3.分析速度快 4.应用范围广：气相色谱--沸点低于400度；液相
色谱--高沸点、热不稳定、生物试样。 5.不足：被分离组分的定性问题
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第一节 色谱基本概念
一、色谱分离过程
AB两组分吸附能力 和分配系数的差别， 导致两组分在柱中 移动速率不同，经 过数次吸附(分配)， 组分逐渐分开，先 后进入检测器检测。
一、塔板理论 最早由英国生物学家Martin提出。把色谱柱比作一个精馏塔，沿用
15章 甾体激素类药物分析
四、非水溶液滴定法
米非司酮：有碱性 冰醋酸、 结晶紫、 高氯酸
第五节 体内甾体激素类药物分析
药物代谢研究 生物利用度研究 违禁药物监测 专属性强 灵敏度高
LC-MS
GC-MS
1、四氮唑比色法适用于 皮质激素类
药物含量测定的方法，常用的四氮唑盐
有 红四氮唑 和 蓝四氮唑 。
2、甾体激素用四氮唑显色测定时 须在碱性条件下进行，适用的碱 （ ）。
一、高效液相色谱法
应用于原料和制剂的含量测定 反相 内标法
应用示例
黄体酮的含量测定
二 、紫外分光光度法
甾体激素药物分子中有△4-3-酮基和 苯环等共轭体系
△4-3-酮基：在240nm有最大吸收 苯环： 在280nm有最大吸收
这些特征吸收可用于含量测定
三、比色法 （一）四氮唑比色法
用于皮质激素药物的含量测定 C17-α醇酮基有还原性，可还原四氮 唑盐成有色甲噆，用于比色法唑（TTC） 其还原产物为不溶于水的深红色三苯甲噆 λmax在480nm~490nm，也称红四氮唑
N C N
N
N+Cl-
（2）蓝四氮唑（BT） 还原产物为暗蓝色的双甲噆（formazan） ， λmax在525nm左右。
H3CO
N+ ClN C
OCH3
N+ ClN C
norgestrel
共性
母核21个C原子
18C
△4-3-酮基
C17-甲酮基
乙炔基
四、雌性激素estrogen
H CH3 OH
H H HO H
OH CH3 C CH
雌二醇
estradiol
HO H
H H
炔雌醇
仪器分析 第十五-第十九章思考题
第十五章思考题1.色谱法具有同时能进行分离和分析的特点而区别于其它方法，特别对复杂样品和多组份混合物的分离，色谱法的优势更为明显。
2.按固定相外形不同色谱法是如何分类的？是按色谱柱分类：①平面色谱法：薄层色谱法、纸色谱法②柱色谱法：填充柱法、毛细管柱色谱法3.什么是气相色谱法和液相色谱法？气体为流动相的色谱称为气相色谱。
液体为流动相的色谱称为液相色谱。
4.保留时间（tr）、死时间（t0）及调整保留时间（t’r）的关系是怎样的？t’r = tr - t05.从色谱流出曲线可以得到哪些信息？①根据色谱峰的个数可以判断样品中所含组分的最少个数；②根据色谱峰的保留值可以进行定性分析；③根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量分析；④色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱分离效能的依据；⑤色谱峰两峰间的距离是评价固定相（或流动相）选择是否合适的依据。
6.分配系数在色谱分析中的意义是什么？①K值大的组分,在柱内移动的速度慢，滞留在固定相中的时间长，后流出柱子；②分配系数是色谱分离的依据；③柱温是影响分配系数的一个重要参数。
7.什么是选择因子？它表征的意义是什么？是A，B两组分的调整保留时间的比值α= t’r（B）/t’r（A）＞1意义：表示两组分在给定柱子上的选择性，值越大说明柱子的选择性越好。
8.什么是分配比（即容量因子）？它表征的意义是什么？是指在一定温度和压力下，组分在两相分配达到平衡时，分配在固定相和流动相的质量比。
K=ms/mm意义：是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数；9. 理论塔板数是衡量柱效的指标，色谱柱的柱效随理论塔板数的增加而增加，随板高的增大而减小。
10.板高（理论塔板高度H/cm）、柱效（理论塔板数n）及柱长（L/cm）三者的关系（公式）？H=L / n11.利用色谱图如何计算理论塔板数和有效理论塔板数（公式）？12.同一色谱柱对不同物质的柱效能是否一样？同一色谱柱对不同物质的柱效能是不一样的13.塔板理论对色谱理论的主要贡献是怎样的？(1)塔板理论推导出的计算柱效率的公式用来评价色谱柱是成功的；(2)塔板理论指出理论塔板高度H 对色谱峰区域宽度的影响有重要意义。
气相色谱法工作原理
气相色谱法工作原理
气相色谱法（Gas chromatography, GC）是一种常用的分离和
分析技术，其工作原理基于样品分子在固定相和流动相之间的分配平衡。
在气相色谱法中，样品首先被注入进色谱柱，色谱柱通常是由具有高表面活性的固定相填充的长管状物质构成。
接下来，通过使用一个称为载气的流动相，样品组分被推送通过色谱柱。
在色谱柱内，样品组分与固定相发生相互作用。
具有极性的组分会与固定相之间的化学吸附力发生作用，而非极性的组分则会通过色谱柱的惰性表面发生物理吸附作用。
这些作用力会导致样品组分在色谱柱内以不同的速度进行分离。
最终，在色谱柱的出口处，各个组分将会陆续出现。
为了检测和分析这些组分，常常会使用一种称为检测器的设备。
检测器可以根据被分离组分的特性，如折射率、导电性或化学反应性，对它们进行识别和测量。
由于气相色谱法的灵敏度高、分离效果好、分析速度快等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。
无论是在环境监测、食品质量控制还是药物分析等方面，气相色谱法都扮演着重要的角色。
104第十五章气相色谱法和高效液相色谱法一
104 第十五章气相色谱法和高效液相色谱法一、填空题1．气相色谱是以气体为流动相，流动相又称载气，气相色谱的操作形式是柱色谱。
分离机理是基于物质在流动相和固定相两相间的不同而达到分离。
2．气相色谱的优点是高选择性、高灵敏度和高分离效率。
与其它各种分析方法相比，突出的优点在于既能对混合物进行分离又可以对分离后的组分进行定性和定量。
3．气相色谱对于分离挥发性物质效果较好，不适于某些离子化合物、大多数无机物和某些生物制品的分析。
4．气相色谱仪可分为气路系统、进样系统、分离系统、检测系统、温度控制系统和数据处理系统等六个系统。
5．气相色谱理论可分为色谱热力学理论和色谱动力学理论；热力学理论是由相平衡观点来研究分离过程，以半经验理论—塔板理论为代表动力学理论是以动力学观点—速度来研究各种动力学因素对柱效的影响，以速率理论为代表。
6．Van Deemter 速率方程可简写成H＝A＋B/u＋Cu，其中三项分别为涡流扩散项、分子纵向扩散项和传质阻力项。
指导我们对颗粒直径和填充均匀程度、载气种类和载气流速、固定液和固定液的量、压力、温度、柱直径等操作条件的选择，以使分离完善。
7．气—固填充柱中，固定相可分为聚合物、吸附剂和化学键合相三类。
8．检测器是指示和测量载气中被分离组分的量变化的一种装置，将流出色谱柱载气中被分离组分量的变化转变成可检测的电信号，由记录器记录。
二、判断题1．根据色谱峰的面积可以进行定性和定量分析。
（×）2．塔板理论可以用来定量地评价柱效。
（√）3．在气相色谱中，给定的色谱柱上，每个组分都有其各自的理论塔板数和塔板高度。
（√）4．在气相色谱中，组分流出色谱柱的顺序决定于分配系数，分配系数大的先流出柱外。
（×）5．峰宽越小，色谱柱的塔板数越多。
（√）6．使用小而均匀的填充颗粒能改善柱效。
（√）7．柱温选的择基本原则是在最难分离组分有较好的分离度前提下，尽可能采用105 低柱温。
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{ 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 进气 样化 器室
温度比柱温高 出10～50℃
注射器 气化室
（三）分离系统（色谱柱）
色谱柱 填充柱 毛细管柱
柱内径 2-4 mm 0.2-0.5 mm
柱长度 1-10 m 25-300 m
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－强极性 高分子多孔微球(GDX)
高分子多孔微 球
分离测定有机物中的痕量水
二、气-液色谱固定相
载体+固定液
1. 担体(载体)
红色
{ 硅藻土 白色
{ { 担体(载体)
组成
固定液
非硅藻土
对载体的要求
a. 具有多孔性，即比表面积大。 b. 化学惰性，表面没有活性，有较好的浸润性。 c. 热稳定性好。 d. 有一定的机械强度，使固定相在制备和填充过程
c. 极性与非极性混合物—极性固定液——极性越 小的组分出越早出峰
d. 易形成氢键物质—极性或氢键型固定液——不 易形成氢键的组分先出峰，易形成氢键的组分 后出峰。
e. 复杂难分离样品—多种固定液混合
固定液的相对极性P
Px
100 100 (q1 (q1
qx) q2 )
q lg
t
' r
(苯
)
总塔板数 ~103
~ 106
样品容量 10-1000 g 0.1-50g
（四）检测系统
包括检测器、检测器的电源和控温装置。
（五）记录系统
包括放大器、记录仪，有的仪器有数据处理 装置。
§15-2 气相色谱检测器
一个优良的检测器应具以下几个性能指标： 灵敏度高，检出限低，死体积小，响应迅速， 线性范围宽，稳定性好。通用性检测器要求适 用范围广；选择性检测器要求选择性好。
a. 静电力－极性分子之间的作用力 b. 诱导力－极性与非极性分子之间的作用力 c. 色散力－非极性分子之间的作用力 d. 氢键力－氢原子与电负性很大的原子(如F、O、N
等) 之间的作用力
固定液的选择原则－“相似相溶”
a. 非极性物质——非极性固定液——沸点低 的组分早出峰。
b. 极性物质—极性固定液——极性越小的组分出 越早出峰。
火焰离子化检测器灵敏度高，检出限低。能检测大 多数含碳有机化合物；死体积小，响应速度快，线性范 围也宽，可达106以上；而且结构不复杂，操作简单， 是目前应用最广泛的色谱检测器之一。其主要缺点是不 能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧 化物、硫化氢等物质。
结构和工作原理
火焰离子化机理
电子捕获检测器也称电子俘获检测器，它是 一种选择性很强的检测器，对具有电负性物质 （如含卤素、硫、磷、氰等的物质）的检测有很 高灵敏度（检出限约1O-14g·cm-3）。它的缺点是 线性范围窄，只有103左右，且响应易受操作条件 的影响，重现性较差。
结构和工作原理
4.火焰光度检测器（FPD）
火焰光度检测器，又称硫、磷检测器，它是一种 对含磷、硫有机化合物具有高选择性和高灵敏度的质 量型检测器，检出限可达10-12g·S-1（对P）或10-11g·S11（对S）。这种检测器可用于大气中痕量硫化物以 及农副产品，水中的毫微克级有机磷和有机硫农药残 留量的测定。
结构和工作原理
RS + 2O2
2SO2 +4H2 390℃
S+S
CO2 + SO2 4H2O + 2S
S2* （化学发光物）
S2*
S2 + hν λmax为394nm
对含磷化合物燃烧时生成磷的氧化物，然后在 富氢火焰中被氢还原，形成化学发光的HPO碎片， 并发射出λmax为526nm的特征光谱。
在气相色谱分析中，为了测定下面组分，宜选用哪 种检测器?
(1) 农作物中含氯农药的残留量 电子俘获检测器
(2) 酒中水的含量
热导池检测器
(3) 啤酒中微量硫化物
火焰光度检测器
(4) 苯和二甲苯的异构体 氢火焰离子化检测器
§15-3 气相色谱固定相
一、气-固色谱固定相
分离对象
永久性气体 惰性气体 低沸点有机化合物
对固定液的要求
a. 热稳定性好，在操作温度下不发生聚合、分解等反 应；具有较低的蒸气压，以免流失。
b. 化学稳定性好，不与样品或载气发生不可逆的化学 反应。
c. 粘度和凝固点低，以便在载体表面能均匀分布。
d. 对样品中的各组分有适当的溶解度。(填充 柱 1.15，毛细管柱 1.08 )
组分与固定液分子间的相互作用
第15章 气相色谱法
Gas Chromatograph（GC）
本章内容
气相色谱仪 气相色谱固定相 气相色谱最佳实验条件的选择 气相色谱检测器 气相色谱法定性、定量分析及应用
§15-1 气相色谱仪 一、气相色谱流程
GC工作过程
二、气相色谱仪的构造
进样
分离系统
检测
载气
控温
记录系统
（一）载气系统
中不易粉碎。
担体的表面处理
a. 酸洗－浓盐酸浸泡，除去碱性作用基团 b. 碱洗－氢氧化钾甲醇溶液浸泡，除去酸 性 作用基团
c. 硅烷化－除去担体表面的氢键作用力
OH OH Si O Si
+
CH3 Si CH3 Cl Cl
CH3 Si CH3 OO
Si O Si
+ HCl
2. 固定液－高沸点的有机化合物
或
q
l
g
t
' r
(丁
二
烯)
t
' r
(环
己
烷)
t
' r
(正
丁
烷)
1 : ', 氧 二 丙 腈; 2 : 角 鲨 烷
常用毛细管色谱柱固定液
固定液
极性
100％二甲基聚硅氧 非极性 烷
(50％三氟丙基)甲基 中等极性 聚硅氧烷
至今还不十分清楚其机理，普遍认为这是一个 化学电离过程。有机物在火焰中先形成自由基，然 后与氧产生正离子，再同水反应生成H3O+离子。以 苯为例，在氢火焰中的化学电离反应如下：
C6H6
裂解
3O2 + 6 CH 6CHO+ + 6H2O
6 CH 6CHO+ + 6e
6CO + 6H3O+
3.电子捕获检测器（ECD）
1.热导池检测器（TCD）
热导检测器是根据不同的物质具有不同 的热导系数原理制成的。热导检测器由于结 构简单，性能稳定，几乎对所有物质都有响 应，通用性好，而且线性范围宽，价格便宜， 因此是应用最广，最成熟的一种检测器。其 主要缺点是灵敏度较低。热导Fra bibliotek的结构和工作原理
2.氢火焰离子化检测器（FID）