气相色谱法的基本知识3

气相色谱法的基本知识及应用

本讲主要学习气相色谱的基本理论以及气相色谱仪器和气相色谱的基本应用。

一、基本概念、分类及公式

1、色谱法的定义及发展

色谱法是一种分离方法，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进行多次分配，这样原来的微小差异产生了很大的效果，使各组分分离，以达到分离分析及测定一些物理化学常数的目的。

例如，苯加氢生成环己烷的反应，由于苯和环己烷的沸点只相差0.6 oC，一般的蒸馏方法很难分离，所以采用萃取蒸馏的方法分离。而用填充柱气相色谱法，半米长的丁二酸乙二醇聚酯固定相填充柱上，二者可以实现很好的分离，因为他们在这种固定相上的分配系数差异较大，即使用其他的固定相，只要延长色谱柱的长度，也能够实现很好的分离。

如何理解色谱法(Gas Chromatography )

主要有2点：一是要有两相，二是要有差异。

两相：固定相和流动相

具体到气相色谱：

固定相就是色谱柱(column)，流动相就是气体或者称为载气(carrier gas )。

差异就是指分配系数的差异。

Gas Chromatography

下面可以用一个比较粗糙的例子来帮助理解色谱法。

Gas Chromatography：

海底的通道就如同色谱柱一样，只对兴趣的人有保留作用，这样达到选择性质保留溶质的效果，而保留差别的大小决定了分离的基础。

换作另外一个通道，比如是植物类的，例如花，那么又对另外一类人又吸引力，那么在海底通道上没有差别的人群也许在这个花的通道上能够看出差别，总之，只要他们之间有差别，总能够找到这个差别把他们区分开。

色谱法发展的历史：

1906年俄国植物学家Tswett命名自己发明的分离植物色素的新方法为色谱法。因为他并不是一个著名的学者，因此他发表出来的文章并没有得到重视。

1931年，德国的Kuhn和Lederer重复了Tswett的实验，得到很好的结果，色谱法因此得到很大的推广。

1940年，Martin和Synge提出了液液分配色谱法，又把塔板的概念引入色谱法中，初步建立了塔板理论。

1941年，他们提出了用气体代替流体做流动相的可能性，在他们发展了完整的气液色谱法之后，他们得了1952年的诺贝尔化学奖。

随后，1957年Golay开展了开管柱气相色谱。

上个世纪六十年代末把高压泵和键合相固定相结合，出现了高效液相色谱。

接着，出现了色谱法和其他检测技术的联用，例如GC-MS、GC-IR等。

上个世纪八十年代，毛细管电泳出现，此后得到长足的发展，并不断出现新的模式，一直成为研究的热点。

2、色谱法的分类

a、按两相物理状态分类

流动相为气体：固定相为固体Gas –solid Chromatography

固定相为液体Gas-liquid Chromatography

流动相为液体：固定相为固体Liquid-solid Chromatography

固定相为液体Liquid-liquid Chromatography

流动相为超临界流体：Supercritical Fluid Chromatography

b、按分离原理分类

吸附色谱（adsorption chromatography)

分配色谱 (partition chromatography)

离子交换色谱(ion-exchange chromatography)

凝胶色谱(gel chromatography)

络合色谱(complexation chromatography)

亲和色谱(affinity chromatography)

c、按色谱动力学过程分类

淋洗法(elution method)

流动相与固定相的结合比样品与固定相的结合弱

分为等度淋洗和梯度淋洗。是目前色谱方法中最普遍的方法。

置换法(displacement method)

流动相与固定相的结合比样品与固定相的结合强

前沿法(frontal method）

样品本身就是流动相，固定相上吸附或者溶解力最弱的最先流出，后面的就是混合物了。

d、按固定相形式分类

平板色谱：薄层色谱，纸色谱

柱色谱：填充柱GC，高效液相色谱

3、基本参数及公式

色谱图：若干物质的流出曲线，即在不同时间上的浓度或者响应的大小。

保留时间 retention time（tR）：样品注入到色谱峰顶出现的时间。

保留体积retention volume（VR）：从注射样品到色谱峰值出现时，通过色谱系统的流动相的体积。一般可以用保留时间乘流动相线速度得到。

死时间 dead time（tM）：不被保留的样品通

过色谱柱的时间。

调整保留时间 adjusted retention time（tR’）：

保留时间减去死时间等于调整保留时间。

色谱峰底宽W ：由色谱峰的两边拐点做切线，与基线交点的距离。

半峰高宽度W ½：色谱峰高一半处的峰宽。也称为色谱峰半高宽度。

理论塔板数和有效塔板数

理论塔板数和有效塔板数的区别是用保留值和调整保留值的关系，由于死体积中的保留时间与分配平衡无关，因此有效塔板数描述的更加准确一些。

理论塔板数或者有效塔板数是衡量色谱柱分离能力高低的重要指标，买来一个色谱柱，一定先看它给出的柱效指标，就是指N的大小，只有N比较大，对难分离的物质才能够给出满意的结果。

分离度R

峰底分离度：等于相邻组分色谱峰保留值之差与色谱峰平均峰底之比。

分离度R等于1时两个色谱峰得到基本分离，R等于1.5时，两峰得到完全分离。在定量分析中，要对色谱峰进行积分时，最少要达到R为1，如果达到R>1.5，保证积分中基本没有误差。

二、气相色谱仪器

气相色谱仪的组成