北京化工大学仪器分析第三章 气相色谱(1)
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质量型检测器：
测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测信 号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。
30
检测器性能评价指标
响应值（或灵敏度）S ：在一定范围内，信号E与进入
检测器的物质质量m呈线性关系： E=Sm S= E/m 单位： mＶ/（mg / cm3） ；（浓度型检测器） mＶ /（mg / s） ；（质量型检测器）
13
分离系统
填充柱：（2-6mm直径，1-6m长不锈钢 色谱柱种类 和玻璃）
毛细管柱（0.1-0.5mm直径, 几十米长石英 玻璃柱）
色谱柱箱要求：温度范围宽、控温精度高，热容小、升 温和降温速度快、保温效果好。
气相色谱固定相
气固色谱（固定相是固体吸附剂，流动相是气体）固定相种类：
活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强。 活 性 氧 化 铝 ： 有 较 大 的 极 性 。 适 用 于 常 温 下 O2 、 N2 、 CO 、 CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离。CO2能被活性氧化铝强烈 吸附而不能用这种固定相进行分析。 硅胶：与活性氧化铝大致相同的分离性能，除能分析上述物质 外，还能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能够分离臭氧。 分子筛：碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石）；高分子多孔微球； 新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。
S表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号 的大小。S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越
高。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱
峰面积（A）除以试样质量求得：
S=A/m
R
R Q
Q
S R Q
R 峰高 mV 面积 A=（mV）2
Q 质量 g/s 浓度 mg/ml， ml/ml
S mV ml/mg A ml/mg
mV s/g A s/g
噪声: 无样品通过检测器时基线的起伏，决定着能被检测到的浓度。
检测限 3倍噪音所相当的物质的量称为检测限
D 3N S
N为噪音，单位为mV
基线漂移 基线向一个方向有规律移动。 产生原因：柱温或载气缓慢变化，电子元器件性质 变坏，固定液流失等等
色谱柱室 气化室 检测器
26
控温系统
恒温
作用
程序升温：在一个分析周期内，按一定程序不 断改变柱温
K是热力学常数，随温度变化，温度越高，K值越小，因此
保留时间越短，据此，可通过柱温调节分离程度。
提高温度 程序升温
恒温和程序升温分析烃类化合物
检测器
作用：将色谱分离后的各组分的量转变成可测量的
电信号，然后纪录下来。
15
气固色谱固定相的特点
（1）性能与制备和活化条件有很大关系； （2）同一种固定相，不同厂家或不同活化条 件，分离效果差异较大； （3）种类有限，能分离的对象不多； （4）使用方便。
16
气液色谱固定相
气液色谱固定相 [固定液 + 担体（支持体）] ： • 固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈 液体状态。 • 固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断扩大。 担体：化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比表面积。 可以作为担体使用的物质应满足以下条件： • 比表面积大，孔径分布均匀； • 化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组份
气相色谱法(Gas Chromatography, GC) 定义：以气体作为流动相的色谱法
➢色谱流程 ➢色谱检测器 ➢色谱分离操作条件的选择 ➢定性和定量分析
1
气相色谱仪
2
气相色谱仪
3
气相色谱仪
GC-3800 气相色谱仪 ,美国VARIAN公司
4
气相色谱仪
GC-MS, 美国Finnigan-MAT
气相色谱对载气的基本要求：
（1）纯净: 通过活性炭或分子筛净化器，除去载气 中的水分、氧等有害杂质。
（2）稳定: 采用稳压阀或双气路方式：
载气
常用的载气：氮气
氢气
氦气
载气
Main Supply On/Off Valve
Two Stage Regulator
On/Off Valve
Moisture Trap （吸潮）
对汽化室的要求是：（1）体积小；（2）热容量 大；（3）对样品无催化作用
散热片
接色谱柱
加热块
载气入口
汽化室示意图
对高分子样品，采用裂解装置： ✓ 管式炉裂解器 ✓ 热丝裂解器 ✓ 居里点裂解器
载气入口
六通阀
流动相入口 流动相进色谱柱 流动相入口
流动相和试 样进色谱柱
试样入口 试样出口
试样入口 试样出口
要求：
灵敏度高 响应速度快 通用性强
线性范围宽 结构简单
常用检测器：
热导检测器 氢火焰离子化检测器 电子捕获检测器
气相色谱检测装置
色谱仪的关键部件之一，种类较多，原理和结构各异。 有的具有广普性，如热导检测器；有的具有高选择性，仅对 某类物质有高响应。 1．检测器特性
浓度型检测器：
测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测 信号值与组分的浓度成正比。
24
固定液配比（涂渍量）的选择
配比：固定液在担体上的涂渍量，一般指的是
固定液与担体的百分比，配比通常在5%～25%之间 。
配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越 小，柱效越高，分析速度也越快。
配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量 较小。分析工作中通常倾向于使用较低的配比。
25
温度控制系统
固定液举例 角鲨烷、石蜡油
分离对象 分离非极性化合物
硅氧烷类
极性范围广 从弱极性到 强极性
甲基硅氧烷、苯基硅 氧烷、氟基硅氧烷 氰基硅氧烷
不同极性化合物
醇类和醚类 强极性 酯类和聚酯 中强极性 腈和腈醚 强极性
聚乙二醇 苯甲酸二壬酯 氧二丙腈、苯乙腈
强极性化合物 应用较广 极性化合物
有机皂土
分离芳香异构体
线性范围 指检测器信号与样品浓度（或量）之间成正比关系 的范围。
本章要求
1. 掌握气相色谱法的基本原理和实验技术 2. 了解气相色谱仪的特点及一般工作流程 3. 熟悉色谱固定液的选择原则和常用固定液的性质 4. 灵敏度、检测限、噪音和线性范围
35
不起反应； • 具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎； • 颗粒大小均匀、适度。一般常用60~80目、80~100目。
17
担体（硅藻土）
红色担体：孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强
度好。适宜分离非极性或弱极性组分的试样。 缺点是表面存有活性吸附中心点。
白色担体：煅烧前原料中加入了少量助溶剂（碳酸钠）。
350℃
270℃
200℃
250℃
240℃
基本应用
通用非极性PCBs烃碳氢化合 物多核芳烃,药,甾类
脂肪酸甲脂,生物碱,卤化物, 药物
药物,甾体化合物,农药,二醇
氯化芳烃,硝基芳烃,烷代苯
酸,醇,脂,香精,甘醇
聚不饱和酸,酸,醇,松香油(树 脂油)
23
固定液的选择
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，低沸点组分先出峰。 ② 分离极性组分时，一般选用极性固定液。各组分按极性 大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。 ③分离非极性和极性的（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，极性的（或易 被极化的）组分后出峰。 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，通常使用特殊固定液，或 混合固定相。
Oxygen Trap
除氧
色谱仪
Helium
*
Main Gas Supply
* Hydrocarbon Trap 脱烃
(If needed)
General Plumbing Diagram
9
进样系统: 包括进样装置和汽化室。
进样通常用微量注射器和进样阀将样品引入。 液体样品引入后需要瞬间汽化。汽化在汽化室进 行。
上海试剂厂 大连催化剂厂
白色 101 白色担体
硅藻土 101 酸洗
担体 101 硅烷化白色担体
102 白色担体
高分子微球
非
硅
玻璃微球
藻
土
氟担体
类
适用于涂渍极性固定液分析极性物质 催化吸附性小，减小色谱峰拖尾
上海试剂厂
由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成
上海试剂厂
经酸碱处理，比表面积 0.02 m2 / g ,可在 较高温度下使用，适宜分析高沸点物质。 由四氟乙烯聚合而成，比表面积 10.5 m2 /
22
几种常见的固定液的相对极性
聚二甲硅氧烷
聚苯基甲基硅氧 烷(10%苯基) 聚苯甲硅氧烷 (50%) 聚三氟丙基 甲基硅氧烷
聚乙二醇(PEG)
聚(二氢乙氧基甲 基)硅氧烷 聚氧二丙氰
F
商品名
OV-1 SE-30 OV-3 SE-52 OV-17
OV-210 Carbowx
20M
OV-275
最适 使用 温度 350℃
g 适宜分析强极性物质和腐蚀性物质
20
气液色谱固定液
固定液：高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多。 1．对固定液的要求
应对被分离试样中的各组分具有不同的溶解能力，较好 的热稳定性，并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应。 2．选择的基本原则
“相似相溶”
21
固定液分类
固定液的结 构类型
极性
烃类
最弱极性
颗 粒疏松，孔径较大。表面积较小，机械强度 较差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分 的试样。
18
硅藻土的显微图象
19
填充柱气液色谱担体一览表
种类 红色
硅 硅藻土 藻 担体 土 类
担体名称
201 红色担体 301 釉化红色担体
6201 红色担体
特点及用途
生产厂家
适用于涂渍非极性固定液分析非极性物 质 由 201 釉化而成，性能介于红色与白色 硅藻土担体之间，适用于分析中等极性 物质
5
气相色谱仪框图
载气
进样 放空
汽化室 净化器
源自文库
检测器
流量计 色谱柱 柱箱
记录器
气相色谱仪主要包括四部分： 1、载气系统 2、进样系统 3、分离系统 4、检测系统
1、载气系统
载气由压缩气体钢瓶供给，经减压阀、稳压阀控制压强 和流速，由压强计指示气体压强，继而进入色谱柱。最后通过 热导池、流量计而放入大气。
测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测信 号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。
30
检测器性能评价指标
响应值（或灵敏度）S ：在一定范围内，信号E与进入
检测器的物质质量m呈线性关系： E=Sm S= E/m 单位： mＶ/（mg / cm3） ；（浓度型检测器） mＶ /（mg / s） ；（质量型检测器）
13
分离系统
填充柱：（2-6mm直径，1-6m长不锈钢 色谱柱种类 和玻璃）
毛细管柱（0.1-0.5mm直径, 几十米长石英 玻璃柱）
色谱柱箱要求：温度范围宽、控温精度高，热容小、升 温和降温速度快、保温效果好。
气相色谱固定相
气固色谱（固定相是固体吸附剂，流动相是气体）固定相种类：
活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强。 活 性 氧 化 铝 ： 有 较 大 的 极 性 。 适 用 于 常 温 下 O2 、 N2 、 CO 、 CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离。CO2能被活性氧化铝强烈 吸附而不能用这种固定相进行分析。 硅胶：与活性氧化铝大致相同的分离性能，除能分析上述物质 外，还能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能够分离臭氧。 分子筛：碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石）；高分子多孔微球； 新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。
S表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号 的大小。S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越
高。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱
峰面积（A）除以试样质量求得：
S=A/m
R
R Q
Q
S R Q
R 峰高 mV 面积 A=（mV）2
Q 质量 g/s 浓度 mg/ml， ml/ml
S mV ml/mg A ml/mg
mV s/g A s/g
噪声: 无样品通过检测器时基线的起伏，决定着能被检测到的浓度。
检测限 3倍噪音所相当的物质的量称为检测限
D 3N S
N为噪音，单位为mV
基线漂移 基线向一个方向有规律移动。 产生原因：柱温或载气缓慢变化，电子元器件性质 变坏，固定液流失等等
色谱柱室 气化室 检测器
26
控温系统
恒温
作用
程序升温：在一个分析周期内，按一定程序不 断改变柱温
K是热力学常数，随温度变化，温度越高，K值越小，因此
保留时间越短，据此，可通过柱温调节分离程度。
提高温度 程序升温
恒温和程序升温分析烃类化合物
检测器
作用：将色谱分离后的各组分的量转变成可测量的
电信号，然后纪录下来。
15
气固色谱固定相的特点
（1）性能与制备和活化条件有很大关系； （2）同一种固定相，不同厂家或不同活化条 件，分离效果差异较大； （3）种类有限，能分离的对象不多； （4）使用方便。
16
气液色谱固定相
气液色谱固定相 [固定液 + 担体（支持体）] ： • 固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈 液体状态。 • 固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断扩大。 担体：化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比表面积。 可以作为担体使用的物质应满足以下条件： • 比表面积大，孔径分布均匀； • 化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组份
气相色谱法(Gas Chromatography, GC) 定义：以气体作为流动相的色谱法
➢色谱流程 ➢色谱检测器 ➢色谱分离操作条件的选择 ➢定性和定量分析
1
气相色谱仪
2
气相色谱仪
3
气相色谱仪
GC-3800 气相色谱仪 ,美国VARIAN公司
4
气相色谱仪
GC-MS, 美国Finnigan-MAT
气相色谱对载气的基本要求：
（1）纯净: 通过活性炭或分子筛净化器，除去载气 中的水分、氧等有害杂质。
（2）稳定: 采用稳压阀或双气路方式：
载气
常用的载气：氮气
氢气
氦气
载气
Main Supply On/Off Valve
Two Stage Regulator
On/Off Valve
Moisture Trap （吸潮）
对汽化室的要求是：（1）体积小；（2）热容量 大；（3）对样品无催化作用
散热片
接色谱柱
加热块
载气入口
汽化室示意图
对高分子样品，采用裂解装置： ✓ 管式炉裂解器 ✓ 热丝裂解器 ✓ 居里点裂解器
载气入口
六通阀
流动相入口 流动相进色谱柱 流动相入口
流动相和试 样进色谱柱
试样入口 试样出口
试样入口 试样出口
要求：
灵敏度高 响应速度快 通用性强
线性范围宽 结构简单
常用检测器：
热导检测器 氢火焰离子化检测器 电子捕获检测器
气相色谱检测装置
色谱仪的关键部件之一，种类较多，原理和结构各异。 有的具有广普性，如热导检测器；有的具有高选择性，仅对 某类物质有高响应。 1．检测器特性
浓度型检测器：
测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测 信号值与组分的浓度成正比。
24
固定液配比（涂渍量）的选择
配比：固定液在担体上的涂渍量，一般指的是
固定液与担体的百分比，配比通常在5%～25%之间 。
配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越 小，柱效越高，分析速度也越快。
配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量 较小。分析工作中通常倾向于使用较低的配比。
25
温度控制系统
固定液举例 角鲨烷、石蜡油
分离对象 分离非极性化合物
硅氧烷类
极性范围广 从弱极性到 强极性
甲基硅氧烷、苯基硅 氧烷、氟基硅氧烷 氰基硅氧烷
不同极性化合物
醇类和醚类 强极性 酯类和聚酯 中强极性 腈和腈醚 强极性
聚乙二醇 苯甲酸二壬酯 氧二丙腈、苯乙腈
强极性化合物 应用较广 极性化合物
有机皂土
分离芳香异构体
线性范围 指检测器信号与样品浓度（或量）之间成正比关系 的范围。
本章要求
1. 掌握气相色谱法的基本原理和实验技术 2. 了解气相色谱仪的特点及一般工作流程 3. 熟悉色谱固定液的选择原则和常用固定液的性质 4. 灵敏度、检测限、噪音和线性范围
35
不起反应； • 具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎； • 颗粒大小均匀、适度。一般常用60~80目、80~100目。
17
担体（硅藻土）
红色担体：孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强
度好。适宜分离非极性或弱极性组分的试样。 缺点是表面存有活性吸附中心点。
白色担体：煅烧前原料中加入了少量助溶剂（碳酸钠）。
350℃
270℃
200℃
250℃
240℃
基本应用
通用非极性PCBs烃碳氢化合 物多核芳烃,药,甾类
脂肪酸甲脂,生物碱,卤化物, 药物
药物,甾体化合物,农药,二醇
氯化芳烃,硝基芳烃,烷代苯
酸,醇,脂,香精,甘醇
聚不饱和酸,酸,醇,松香油(树 脂油)
23
固定液的选择
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，低沸点组分先出峰。 ② 分离极性组分时，一般选用极性固定液。各组分按极性 大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。 ③分离非极性和极性的（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，极性的（或易 被极化的）组分后出峰。 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，通常使用特殊固定液，或 混合固定相。
Oxygen Trap
除氧
色谱仪
Helium
*
Main Gas Supply
* Hydrocarbon Trap 脱烃
(If needed)
General Plumbing Diagram
9
进样系统: 包括进样装置和汽化室。
进样通常用微量注射器和进样阀将样品引入。 液体样品引入后需要瞬间汽化。汽化在汽化室进 行。
上海试剂厂 大连催化剂厂
白色 101 白色担体
硅藻土 101 酸洗
担体 101 硅烷化白色担体
102 白色担体
高分子微球
非
硅
玻璃微球
藻
土
氟担体
类
适用于涂渍极性固定液分析极性物质 催化吸附性小，减小色谱峰拖尾
上海试剂厂
由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成
上海试剂厂
经酸碱处理，比表面积 0.02 m2 / g ,可在 较高温度下使用，适宜分析高沸点物质。 由四氟乙烯聚合而成，比表面积 10.5 m2 /
22
几种常见的固定液的相对极性
聚二甲硅氧烷
聚苯基甲基硅氧 烷(10%苯基) 聚苯甲硅氧烷 (50%) 聚三氟丙基 甲基硅氧烷
聚乙二醇(PEG)
聚(二氢乙氧基甲 基)硅氧烷 聚氧二丙氰
F
商品名
OV-1 SE-30 OV-3 SE-52 OV-17
OV-210 Carbowx
20M
OV-275
最适 使用 温度 350℃
g 适宜分析强极性物质和腐蚀性物质
20
气液色谱固定液
固定液：高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多。 1．对固定液的要求
应对被分离试样中的各组分具有不同的溶解能力，较好 的热稳定性，并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应。 2．选择的基本原则
“相似相溶”
21
固定液分类
固定液的结 构类型
极性
烃类
最弱极性
颗 粒疏松，孔径较大。表面积较小，机械强度 较差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分 的试样。
18
硅藻土的显微图象
19
填充柱气液色谱担体一览表
种类 红色
硅 硅藻土 藻 担体 土 类
担体名称
201 红色担体 301 釉化红色担体
6201 红色担体
特点及用途
生产厂家
适用于涂渍非极性固定液分析非极性物 质 由 201 釉化而成，性能介于红色与白色 硅藻土担体之间，适用于分析中等极性 物质
5
气相色谱仪框图
载气
进样 放空
汽化室 净化器
源自文库
检测器
流量计 色谱柱 柱箱
记录器
气相色谱仪主要包括四部分： 1、载气系统 2、进样系统 3、分离系统 4、检测系统
1、载气系统
载气由压缩气体钢瓶供给，经减压阀、稳压阀控制压强 和流速，由压强计指示气体压强，继而进入色谱柱。最后通过 热导池、流量计而放入大气。