第9章 色谱分析

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内标法的关键是选择合适的内标物，它必须 符合下列条件： （1）内标物应是试样中原来不存在的纯物质，性质 与被测物相近，能完全溶解于样品中，但不能与 样品发生化学反应。 （2）内标物的峰位置应尽量靠近被测组分的峰，或 位于几个被测物之峰的中间并与这些色谱峰完全 分离。 （3）内标物的质量应与被测物质的质量接近，能保持 色 谱峰大小差不多。
由于组分在色谱柱中的保留时间tR包含了组分随流动相 通过柱子所须的时间和组分在固定相中滞留所须的时 间，所以tR实际上是组分在固定相中保留的总时间。 保留时间是色谱法定性的基本依据，但同一组分的保 留时间常受到流动相流速的影响，因此色谱工作者有 时用保留体积来表示保留值。

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4. 分配系数K和分配比k
含量。为了使峰面积能真实反映出物质的质量，就要对峰面积 进行校正，即在定量计算是引入校正因子。 通过相对校正因子，可以把各个组分的峰面积分别换算成 与其质量相等的标准物质的峰面积，于是比较标准就统一了。 这就是归一法求算各组分百分含量的基础。
校正因子分为绝对校正因子和相对校正因子。
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相对校正因子的测定方法
第二节 气相色谱法
色谱法早在1903年由俄国植物学家茨维特分离 植物色素时采用。 他在研究植物叶的色素成分时，将植物叶子的 萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内，然后加入 石油醚使其自由流下，结果色素中各组分互相分离 形成各种不同颜色的谱带。这种方法因此得名为色 谱法。以后此法逐渐应用于无色物质的分离，“色 谱”二字虽已失去原来的含义，但仍被人们沿用至 今。
溶剂或载气通过相颗粒间所剩留的空间、管路空间的 总和的时间，它正比于色谱柱的空隙体积，如下图。
信 进样 号
t0
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2. 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， 称为保留时间，如下图。 进样 信 号
tR
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3. 调整保留时间tR´

某组分的保留时间扣除死时间后，称为该组分的调整 保留时间，即 tR´= tR t0
固定液应具备的特点： 高沸点、热稳定性、化学
稳定、低凝固点和粘度，对分离组份有一定的溶
解能力 固定液的种类： 常用：苯基甲基聚硅氧烷、聚乙 二醇2000等 固定液的选择： 相似相溶，考虑极性、酸碱性、 氢键作用
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• 吸附剂：活性炭和分子筛，氧化铝、硅胶、等
• 合成固定相：高分子多孔微球、既是担体又起固
(1). 分配系数K
分配色谱的分离是基于样品组分在固定相和流动相之间 反复多次的分配过程，而吸附色谱的分离是基于反复多次的 吸附-脱附过程。这种分离过程经常用样品分子在两相间的分 配来描述，而描述这种分配的参数称为分配系数K。 它是指在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之 间分配达平衡时的浓度之比值，即
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2. 定量校正因子 色谱定量分析的依据是被测组分的量与其峰面积成正比。 但是峰面积的大小不仅取决于组分的质量，而且还与它的性质 有关。即当两个质量相同的不同组分在相同条件下使用同一检 测器进行测定时，所得的峰面积却不相同。因此，混合物中某
一组分的百分含量并不等于该组分的峰面积在各组分峰面积总 和中所占的百分率。这样，就不能直接利用峰面积计算物质的
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1 利用纯物质对照定性 在一定的色谱条件下，一个未知物只有一个确定的 保留时间。因此将已知纯物质在相同的色谱条件下的保 留时间与未知物的保留时间进行比较，就可以定性鉴定 未知物。若二者相同，则未知物可能是已知的纯物质； 不同，则未知物就不是该纯物质。 纯物质对照法定性只适用于组分性质已有所了解， 组成比较简单，且有纯物质的未知物。
i = fi Ai
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1. 峰面积测量方法 峰面积是色谱图提供的基本定量数据，峰面积测量的准确 与否直接影响定量结果。对于不同峰形的色谱峰采用不同的测 量方法。
（1）对称形峰面积的测量—— 峰高乘以半峰宽法 对称峰的面积 A = 1.065 h W1/2 （2）不对称形峰面积的测量—— 峰高乘平均峰宽法 对于不对称峰的测量如仍用峰高乘以半峰宽，误差就较大， 因此采用峰高乘平均峰宽法。 A = 1/2 h（W0.15 + W0.85） 式中W0.15 和 W0.85分别为峰高0.15倍和0.85倍处的峰宽。
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三 仪器结构
气相色谱仪结构图：
载气源
减压 净化
进样
色谱柱
检测器
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气相色谱仪
Mol-Sieve Traps Fixed Restrictors
H
Regulators
Injection Port Flow Controller
Detector
or
RESET
Column Carrier Gas Hydrogen Air
17ห้องสมุดไป่ตู้
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1、载气源：N2、H2、He、Ar
2、减压阀、净化剂
3、进样系统：六通阀、气化室
4、分离柱 A 柱材料：金属或玻璃管，毛细管
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B 固定相 •担体：硅藻土、玻璃球、氟塑料 担体应具备的特点：多孔、比表面积大、化学惰
性、热稳定性、有一定的机械强度
•固定液：有机化合物
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•固定液：有机化合物
K=溶质在固定相中的浓度
=
/ 溶质在流动相中的浓度
Cs / Cm
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(2).分配比 k
分配比又称容量因子，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质量比。 即 k = 组分在固定相中的质量 / 组分在流动相中的质量
= ms / mm k值越大，说明组分在固定相中的量越多，相当于柱的容量 大，因此又称分配容量或容量因子。它是衡量色谱柱对被分离 组分保留能力的重要参数。k值也决定于组分及固定相热力学性 质。它不仅随柱温、柱压变化而变化，而且还与流动相及固定 相的体积有关。
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（三）、特点：
• 高分离效能，
• 高选择性，可分离异构体，同位素 • 高灵敏度，10-12--10-14g可检出
• 分析速度快，几分钟至几十分钟
• 应用范围广：气体、易挥发的液体和固体
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二 色谱流出曲线及有关术语
（一）色谱流出曲线和色谱峰 由检测器输出的电信号强度对时间作图， 所得曲线称为色谱流出曲线。曲线上突起部分 就是色谱峰。 如果进样量很小，浓度很低，在吸附等 温线（气固吸附色谱）或分配等温线（气液分 配色谱）的线性范围内，则色谱峰是对称的。
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2. 相对保留值法 相对保留值α
α
is
is
是指组分i与基准物质s调整保留值的比值
= tri / trS´= Vri / Vrs
它仅随固定液及柱温变化而变化，与其它操作条件无关。 相对保留值测定方法：在某一固定相及柱温下，分别测出 组分i和基准物质s的调整保留值，再按上式计算即可。 用已求出的相对保留值与文献相应值比较即可定性。 通常选容易得到纯品的，而且与被分析组分相近的物质 作基准物质，如正丁烷、环己烷、正戊烷、苯、对二甲苯、 环己醇、环己酮等。
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一 概述 （一）原理 不同的物质在由两相—固定相和流动相构成的 体系中，具有不同的分配系数。当两相做相对运动 时，这些物质也随流动相一起运动，并在两相间进 行反复多次的分配。分配系数上有微小差别的物质
在移动速度上产生差别，从而使各组份达到分离。
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达到暂 时平衡
达到新的 暂时平衡
流动相方向
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（二）分类 • 按流动相物态分：气相色谱（GC） 、液相色谱（LC） • 按系统特征分： 柱色谱、薄层色谱、纸色谱
相对校正因子值只与被测物和标准物以及检测器的类型 有关，而与操作条件无关。因此， fi 值可自文献中查出引用。 若文献中查不到所需的fi 值，也可以自己测定。常用的标准物 质，对热导检测器（TCD）是苯，对氢焰检测器（FID）是正 庚烷。 测定相对校正因子最好是用色谱纯试剂。若无纯品，也要 确知该物质的百分含量。测定时首先准确称量标准物质和待测 物，然后将它们混合均匀进样，分别测出其峰面积，再进行计 算。
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（三）定量计算方法 1. 归一化法 把所有出峰组分的含量之和按100%计的定量方法称为归一 化法。其计算公式如下： Pi % = (mi / m) 100% = Aifi / (A1f1 + A2f2 + +Anfn) 100%
式中Pi %为被测组分i的百分含量； A1、A2 An为组分1 ~ n的峰面积；f1、f2 fn为组分1 ~ n的相对校正因子。 当fi 为质量相对校正因子时，得到质量百分数；当fi 为摩 尔相对校正因子时，得到摩尔百分数。
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归一化法的优点是简单、准确，操作条件变化时 对定量结果影响不大。但此法在实际工作中仍有一些 限制，比如，样品的所有组分必须全部流出，且出峰。 某些不需要定量的组分也必须测出其峰面积及fi 值。 此外，测量低含量尤其是微量杂质时，误差较大。
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2. 内标法 当样品各组分不能全部从色谱柱流出，或有些组分在检测 器上无信号，或只需对样品中某几个出现色谱峰的组分进行定 量时可采用内标法。 所谓内标法，是将一定量 的纯物质作为内标物加入到准确 称量的试样 中，根据试样和内标物的质量以及被测组分和内标 物的峰面积可求出被测组分的含量。 由于被测组分与内标物质量之比等于峰面积之比，即 mi / ms =Aifi / Asfs 所以 mi = ms Aifi / Asfs 式中下标s代表内标物，i代表组分。若试样质量为m，则 Pi % = (mi / m) 100% = ms Aifi / Asfsm 100%
• 按分离原理分：吸附色谱、分配色谱、
离子交换色谱、凝胶色谱
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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，称为凝胶色谱法或排阻色谱 法。
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四 检测器的性能指标
噪声和漂移 灵敏度 检出限 最小检测量 线性范围 响应时间

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五 色谱定性和定量分析
（一）、色谱的定性分析
色谱定性分析就是要确定各色谱峰所代表的化合物。由于 各种物质在一定的色谱条件下均有确定的保留值，因此保留值 可作为一种定性指标。 但是不同物质在同一色谱条件下，可能具有相似或相同的 保留值，即保留值并非专属的。因此仅根据保留值对一个完全 未知的样品定性是困难的。如果在了解样品的来源、性质、分 析目的的基础上，对样品组成作初步的判断，再结合下列的方 法则可确定色谱峰所代表的化合物。
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（二）基线 在实验操作条件下，色谱柱后没有样品组 分流出时的流出曲线称为基线，稳定的基线应 该是一条水平直线。 （三）峰高
色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以 （h）表示。
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色谱峰 信 号 进样 空气峰 h a
色谱流出曲线 色谱流出曲线和色谱峰 基线（a） 峰高（h）
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（四）保留值 1. 死时间t0
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3. 加入已知物增加峰高法 当未知样品中组分较多，所得色谱峰过密，用上述方法 不易辨认时，或仅作未知样品指定项目分析时均可用此法。 首先作出未知样品的色谱图，然后在未知样品加入某已知物， 又得到一个色谱图。峰高增加的组分即可能为这种已知物。
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（二）定量分析
定量分析的任务是求出混合样品中各组分的百分含量。色 谱定量的依据是，当操作条件一致时，被测组分的质量（或浓 度）与检测器给出的响应信号成正比。即： 式中i为被测组分i的质量； Ai为被测组分i的峰面积； fi 为被测组分i的校正因子。 可见，进行色谱定量分析时需要： （1）准确测量检测器的响应信号— 峰面积或峰高； （2）准确求得比例常数 — 校正因子； （3）正确选择合适的定量计算方法，将测得的峰面积或 峰高 换算为组分的百分含量。
定液作用
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5、检测器
a. 热导检测器（TCD）：惠斯顿电桥测电导值的变化 b. 氢火焰检测器（ FID ）： 色谱柱流出物在氢焰中燃 烧形成离子，电场作用下离子流动，检测离子流。 c. 电子俘获检测器（ECD）：X、O、S、P等电负性的 物质捕获载气被电离后形成的离子。 d. 火焰光度（FPD）或称硫磷检测器：S、P的有机物 燃烧发出特征光波 S：394nm，P：526nm