色谱基础知识资料

色谱的工作原理
样品注入
样品注入口
A＋B
A＋B | 一＋ B
色谱柱
B | A B | 一 B | B A | 一 B | B 峰
检测器
峰A
时间
B
Chromato. . . ???（色谱是什么?）
・Chromatography Method for Separation ・Chromatograph （色谱法） （分离的方法） （色谱仪）
不锈钢柱 (SUS)
它作为无活性无机气体和碳氢化合物等等的分析
结实，但分析成份容易在表面上分解或吸附。
柱安装容易.
特氟珑(Fluororesin)柱
它可以分析酸性成份或痕量的硫化物。
它是惰性的但耐温低
柱温与分离的关系
C15 | C15 C12 | C12 C15 | C12 C15 | C12 C18 | C18
CH3
CH3
CH3
- Si - O - Si - O Si CH3 CH3 CH3 SE-30 (methyl Silicone polymer)
不同固定液的极性
1) Heptane SE-30 1) 4) 2) 3) 2) Toluene CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3 CH3 3) Methyl Isobutyl Ketone （MiBK) 4) n-Butanol CH3- C - C -CH3 O CH3
管
内径(I.D.)
长度 填料
2-4 毫米
0.5-5 米(2 米最常用) 涂覆有0.5-25%固定液的担体
固定液
填料
理论塔板数一般都很小
毛细管柱(Capillary Column)
融熔石英
内径（I.D.） 0.1，0.25，0.32，0.53 毫米 长度 5-100 m(30 m最常用) 融熔石英 理论塔板数一般都较大
色 谱 知 识
－基本课程－
GC 是什么?
气体样品 液体样品
目标：混合样品（气体 或液体）
GC
(样品进样口)通过加热， 使每个成份被汽化。
载气将样品送入色谱柱
色谱柱将样品中不同的成分分离开
(检测器) 从色谱柱出来了的每个成份的量按比例转化成电信号。
数据处理器
是什么成份和有多少量
可以在气相色谱分析的化合物
Instrument for Chromatography （色谱仪器）
・Chromatogram （色谱图）
Data of Chromatography
（色谱结果）
色 谱 CHROMATOGRAM
色 谱(Chromatogram)
峰
基线
保留时间 样品注入
4.014 min
5.180 min
的时间
700
1000
峰面积：
1000
标准样品是定量分析所必需的。
GC 的结构
GC 的结构
流量控制器 进样口 检测器
电信号
数 据 处 理
柱温箱
气 体 钢 瓶
柱
载气和检测器用气
载气（Carrier Gas）
通常用氦气（He）和氮气（N2） 。 (在使用毛细管柱作分析的情况时下，使用氦气作载气是 比较理想的) 气体的纯度最好高于 99.999%
用于 填充柱 用于 毛细柱 用于 宽口径柱直接进样方式 无论柱的阻力（象柱子的内径、 无论柱的阻力（象柱子的内径、 长度、柱温等）有多少，压力 长度、柱温等）有多少，流量 固定不变 固定不变 改变阻力，流量发生变化 改变阻力，压力发生变化 (阻力增加 → 流量减小) (阻力增加 →压力增加)
进样口和检测器的温度
单位(转化)
单位的关系
%
ppm
=10-2
（百分之一） =10-6
（百万分之一）
1ppm | 百万分之一
样品为液体时 1ug / g = 1 ppm 1nL / mL = 1 ppm [1ug / mL 不等于 1 (w/v)] 样品为气体时 1uL /L = 1 ppm (同样条件下的体积) (w/w) (v/v) ppm
宽峰
填充柱：在等温分析时越晚出的峰， 峰形越宽
日本药典 “ 乙醇中挥发性的污染物测试、程序和装置” 标 准分析
基线漂移
漂移（Drift）
在程序升温分析时，柱子固定液流失增加， 造成基线上升。
一个分析结果有何意义?
•一个样品入之后到一个成份到达检测器的时间 (保留时间) → 多长? :定性分析
？ ？ ？ | ？ | ？ ？ ？ | ？
检测成份
最小检量限*
高灵敏度选择性检测器
电子捕获检测器 （ECD） 火焰热离子检测器 （FTD） 火焰光度检测器 （FPD） 表面离子检测器 （SID） 有机卤素 Organic metal compounds 有机氮化合物 无机，有机磷化物 无机、有机硫化物 无机，有机磷化物 无机，有机锡化合物 叔胺 聚芳烃
进样口的温度
进样口被设定在足够一个样品中成份能被汽化的温度。 (它不需要特别高的温度) 虽然进样口设定的温度通常与检测器相同，但当样品易分解时会设的低 一些。
检测器的温度
检测器的温度总是比柱的温度高。 (通常比柱箱的程序升温的最终温度高 20-30
℃)
气相色谱柱
气相色谱柱
填充柱(Packed Column)
检测器用气
TCD FID ECD ... No need ... H2,空气 ... N2(在使用填充柱的情况下，载气当然使用氮气 ，在使用毛细柱的情况下氮气被用 做尾吹气）
FTD ... H2, Air FPD ... H2, Air
SID
... Air
载气控制方式
恒压控制 压力控制器 压力 保持 恒定 恒流控制 流量控制器 流量 保持 恒定
正常峰形是对称的正态分布曲线。
不良峰形
拖尾峰
当组份被玻璃衬管或色谱柱吸附的时候。 当极性成分在非极性固定液的色谱柱内分析的时,也 可能出现
前延峰
当色谱柱与样品成份一起过载 当柱箱温度太低 当进样口的温度太低时候，有时也会发生。
峰宽(Peak Width)
尖峰
毛细管柱：在分析时峰形几乎都是尖峰
填充柱：在等温分析时越先出的峰，峰 形越尖锐
(用于分析低沸点化合物)
担体（Support）
硅藻土担体（Diatomaceous Support）
白色的…是最常用的
褐色的…几乎能涂覆所有固定液 其他担体 对苯二酸(TPA)担体…极性物质很少吸附。(水，酒精, 和酸) 氟树脂担体… 虽然 表面惰性, 但固定液也很难固定。
担体的处理
酸洗 (AW) 这种处理可以去除担体中的金属或细小粉末 硅烷化 (DMCS)
Qualitative Analysis
•组份的峰面积或峰的高度
Quantitative Analysis
→
多少? :定量分析
定性分析
当分析条件相同时，相同的成份在相同的时间出峰。 （保留时间相同）
未知样品
标准样品 (成份 A 和 B 的混合 物)
成份 A
成份 B
样品注入
因为保留时间是唯一的定性数据
硅藻土担体的表面 Cl
－ Si － O － Si － OH OH
Cl Si CH3 DMCS
－ Si － O － Si － O O
易吸附的位置
+ | +
CH3
Si
CH3 CH3
碱处理 (KOH) 表层被处理成碱性。用于分析碱性化合物。
磷酸处理(H3PO4) 表层被处理成酸性。用于分析酸性化合物
目数 (填料的粒子大小)
定量分析(Quantitative Analysis)
成份的峰面积(高度) 与到达检测器的成份的量成正例。 (在 FPD 的 S 模态，它与成份的量的平方成正比)
Conc. (ppm) 100
成份 A
未知的样品 1 uL
峰面积： 标准样品1uL (成份 A 100ppm) 700
70
成份 A 峰面积
色谱柱的 长度 固定液 担体
色谱柱的I.D.
（内径）
目标化合物
化合物的极性
电子分配
-
Methanol | 甲醇
+
Hexane | 正已烷
CH3 － OH
极化 = 极性化合物
固定液
+
CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3
无极化 = 非极性化合物
-
CH2 - O - CH2 - CH2 - CN CH - O - CH2 - CH2 - CN CH2 - O - CH2 - CH2 - CN TCEP (1,2,3Tris(2Cyanoethoxy)Propane)
1 2 3 含碳数 4
同系物的碳数 ( 沸点) 和保留时 间之间大致成的线性关系。 (出 峰时间间隔几乎相等)
检 测 器
Detectors | 检测器
检测器
通用检测器
热导检测器（TCD） 氢火焰检测器（FID） 除了载气以外的所有成份 有机化合物 10ppm (10ng) 0.1ppm (0.1ng) 0.1ppb (0.1pg) 1ppb(1pg) 0.1ppb(0.1pg) 10ppb (10pg) 0.1ppb(0.1pg) 1ppb(1pg)
＊最小可检量是标准物质测定的，会随着分析的化合物不同而变化 。
单位
质量单位
（重量／体积）
体积单位
mg ug ng pg fg
= = = = =
10-3g 10-6g 10-9g 10-12g 10-15g
mL uL nL
= = =
10-3L 10-6L 10-9L
当比重是 1 1mL = 1uL = 1nL = 1g 1mg 1ug
60目的筛子
(相当于１英 寸有 ６０ 个网孔)
60/80 目的粒子
80 目的筛子
(相当于１英 寸有 ８０ 个网孔)
100 目的筛子
(相当于１英 寸有１００ 个网孔)
80/100 目的粒子
(250 um-310um) 比 60/80细.
柱的材质 (管)
玻璃柱 (硬玻璃)
它几乎可用于所有的分析。 惰性但易碎
CH3-CH2-CH2-CH2-OH
TCP 1) 4) + 3) 2) 1)
PEG-20M 1) 2) 4)
TCEP 2) 4)
3)
3)
固定液的浓度
涂覆在担体上的固定液重量百分比浓度
固定液
低浓度 … 大约 0.5-2% (用于分析高沸点化合物) 中等浓度 …来自百度文库（最常用） 大约 5-10%
担体
高浓度 … 大约 20-25%
主要用于分析液体样品
吸附材料 (吸附剂) 固体
没有涂覆固定液 固定相 ： 固体 主要用于分析气体样品 。 (硅胶、活性碳、分子筛、活性氧化铝, 还有 多孔高分子小球)
填充柱的名字的意义
固定液的浓度
固定液的种类
担体的类型
担体的处理方法
OV-1
10% 60/80
目数 (担体的颗 粒大小)
Chromosorb-W (AW-DMCS) 2m * 2.6mm I.D.
1 2 3 碳数 4
同系物的碳数 ( 沸点) 和保留时间 的对数之间大致成的线性关系。 在等温分析时，通常出峰早的化合物峰形 较尖锐，通常出峰晚的化合物峰形较宽
程序升温分析
正构醇的混合物
正丙醇 甲醇
同系物中碳数的较小先出峰
乙酸酯类混合物
保 留 时 间
乙醇
正丁醇
正构醇的混合物
乙酸酯类混合物
乙酸乙酯 乙酸甲酯 乙酸正丙酯
170℃等温分析 C12-C15 分离的比较好。 高沸点化合物出峰晚和峰较宽。
C18 | C18
C23 | C23 C15 | C15
230℃等温分析 高沸点化合物出峰会比较早。 The separation of C12C15 is poor. C12-C15 分离的比较差。
100 ℃ -10 ℃ /min-280 ℃ 程序升温分析 正构烷烃出峰间隔相等的
C23 | C23
C12 | C12
C18 | C18
低沸点的化合物的分离度较好高沸点 的化合物出峰也较早
Isothermal Analysis | 等温分析
正构醇的混合物 乙醇 甲醇 正丙醇 正丁醇
保 留 时 间 的 对 数
同系物,按碳数从小到大的顺序出峰
乙酸酯类混合物 正构醇的混合物
乙酸酯类混合物 乙酸甲酯 乙酸乙酯 乙酸正丙酯
在400摄氏度以下的温度可以汽化(变成气体)的化合物 在汽化时不会分解的化合物 在汽化时可以分解成固定比例碎片的化合物 (热裂解 GC) 即使符合上述的情况还可能有难以分析的化合物分析 不可能或很难由 GC 分析化合物的例子 分子量小也不能蒸发的化合物(例如:无机的金属离子盐) 活性强或极端地不稳定的的化合物(例如:氢氟酸、臭氧,氮氧化物) 高吸附性的化合物 (当化合物含有羧基、羟基、氨基、硫等等因为吸附和活度比较 高,在分析要注意。) 难以获得标准样的化合物(得到峰后难以做定性和定量分析)
固定液
材质 固定液
气相色谱柱
填充柱
不锈钢 或玻璃
毛细管柱
融熔石英
硅藻土(担体)
或不锈钢
固定液 固定液
多孔层开口柱[PLOT] (多孔高分子小球 /氧 化铝等)
管壁涂渍开口柱[WCOT] 或化学键合
填料的种类
固定液 Partition Materials
在担体上涂覆固定液 固定相 ： 液体
担体