仪器分析 气相色谱法

p q
K=
•进气四次后，分配系数大的A组分的浓度最高峰在 1号塔板（0.132+0.263）分配系数小的B组分的浓 度最高峰在3号塔板（0.132 + 0.263 ）。说明分配 系数小的组分迁移速度快。
2018/11/21 17
例：用二项式定理计算进气三次后各塔板内 的溶质含量： (p+q)N = p3 + 3p2q + 3pq2 + q3 =(0.667+0.333)3 =0.297+0.444+0.222+0.037=1 塔板号 0 1 2 3
二、等温线（isotherm）
• 在一定温度下，某组分在固定相和流动相 间分配达到平衡时，该组分在两相中浓度 的关系称为等温线。 Cs K=
Cs
Cm Cm
2018/11/21 14
三、塔板理论
（一）基本假设 • height equivalent to a theoretical plate HEPT or H
tR - t0 = t0 K
VS tR'= t0 K —— Vm
VS Vm
2018/11/21 12
相平衡参数
VS • tR'= t0 K —— Vm • tR'K
• 容量因子
K VS Vm tR' = k t0
• 分离条件
tR' = t0（k1-k2）
k1 k2
2018/11/21 13
2018/11/21 39
PEG-400
二 、载体（担体）
1. 对载体的一般要求 • • • • 比表面积大 孔穴结构好 表面无（或很弱）吸附 不与被分离物质或固定液起化学反应 热稳定性好，粒度均匀，有一定的机械强度 等
2018/11/21 40
2. 载体的分类
非硅藻土型 红色载体—与非极性固定液配伍 白色载体—与极性固定液配伍
2018/11/21 22
若用hmax表示，将W1/2=2.355代入：
C0=
2
2.355
W1/2 hmax
• A = C0=1.065W1/2hmax
2018/11/21 23
（四）理论塔板高度和理论塔板数
• 塔板数 n 用标准差表示
n= ( tR )2
色谱峰越窄，n越大，柱效越高
3! = 3!(3-3)!
0.6673-3 0.3333 = 0.037
2018/11/21 20
二项式分布曲线
X
N
2018/11/21 21
（三）正态分布
• 流出曲线的浓度(C)与时间(t)的关系:
C=
C0 2
e
(t-tR)2 2 2
t=tR时，C=Cmax
Cmax=
C0 2
硅藻土型
2018/11/21 41
3．载体的钝化
钝化是除去或减弱载体表面的吸附性能。
•碱洗法 除去表面的Al2O3等酸性作用点 •酸洗法 除去载体表面的铁、铝等金属氧化物 除去载体表面的硅醇基 •硅烷化法
2018/11/21 42
三、气—固色谱填充柱
固定相 • 吸附剂 • 分子筛 • 高分子多孔微球 • 化学键合相等
• 柱效高 在同样条件下分析同一物质时，其理论塔 板数比填充柱高10 ~ 100倍。 • 柱容量小 固定液含量只有几十毫克，比填充柱要 少几十倍至几百倍，因此进样量必须及其微少。 • 易实现GC-MS联用 由于其载气流量小，较易维持 质谱仪离子源的高真空。 2018/11/21
45
VR' adjust retention volume
VR' = VR-V0 = FctR'
201Leabharlann Baidu/11/21 7
保留指数（I）
IX = 100[ Z+n lg tR（x） - lg tR（z） lg tR（z+n） - lg tR（z） ]
IX 为待测组分的保留指数，z 为正构烷烃的 碳原子数。可为1、2…，通常为1。人为规 定正己烷、正庚烷及正辛烷等的保留指数分 别为600、700及800，其它类推。多数同系 物每增加一个CH2，保留指数约增加100。
均匀
统筹考虑，一般选低温柱。
2018/11/21 32
第三节 色谱柱
分类
• 按柱粗细
填充柱 毛细管柱
• 按分离机制
吸附柱
分配柱
2018/11/21 33
一、固定液
（一）对固定液的要求 • 在操作温度下呈液态且蒸气压低
• 对样品中各组分有足够的溶解能力，分配系数 较大
• 选择性能高
• 稳定性好
• 粘度小、凝固点低
Dg扩散系数
组分分子量 Dg 柱温 Dg
•要使B/u
增大u（u<u最佳）
降低柱温
增加柱压 选用分子量大的载气
2018/11/21 29
3. 传质阻抗：气液两相间物质的传递
气液 溶解 液气 挥发 • C=Cg+Cl Cg—气相传质阻抗系数 Cl—液相传质阻抗系数 Cl >>Cg C C l
• 广泛应用于石油化学、化工、有机合成、医药、生 物化学、食品分析和环境监测等 • 发展
两谱联用仪
– 气相色谱—质谱联用（GC-MS） – 气相色谱—傅立叶红外（GC-FTIR）
2018/11/21 5
第二节
一、基本概念 1. 色谱峰
基本理论
对称因子fs (symmetry factor)
fs = W0.05 / 2A = （A+B）/ 2A
2018/11/21 36
（三）固定液的选择
1. 相似性原则
样品 非（弱）极性
按极性相似原则选择
固定液 非极性
出柱顺序 低沸点先出柱 低沸点先出柱 极性强后出柱
2018/11/21 37
中等极性
极性（强）极性
中等极性
极性
按化学官能团相似选择
• 固定液与组分的化学官能团相似时，相互 作用力最强，选择性最高。
也可用半峰宽表示 • 塔板高度
H= L n
n= 5.54 (
tR W1/2
)2
2018/11/21 24
举例
• 在柱长2m、5%阿皮松柱、柱温1000C、记录纸 速为2.0cm/min的实验条件下，测定苯的保留时 间为1.5min，半峰宽为0.20cm。求理论塔板高度。 n= 5.54 (
tR
W1/2
2018/11/21 18
进气后第r号塔板中的含量NXr
• 可由下述通式求出：
N!
NX r
=
pN-1qr
r!(N-r)!
2018/11/21 19
例如：N=3，r=0（0号塔板）的含量
3X
= 0
3!
0!(3-0)!
0.6673-00.3330=0.297
N=3，r=3（3号塔板）的含量
3X 3
按主要差别选择
• 若组分沸点差别大，可选非极性固定液；若 极性差别是主要矛盾，则选极性固定液。
2018/11/21 38
例：分离苯与环己烷的混合物
沸点
苯80.1C，环己烷80.7C 二者相差0.6C
极性
苯（弱极性） 环己烷（非极性 ）
固定液：
非极性 很难分开
DNP tR苯 = 1.5tR环己烷 tR苯 = 3.9tR环己烷
对称峰 fs： 0.95~1.05
前延峰 fs： <0.95 拖尾峰 fs： >1.05
2018/11/21 6
2. 基线
3. 保留值
噪音随时间变化
VR retention volume V0 dead volume
tR retention time t0 dead time tR'adjust retention time tR' = tR – t0
] = 775.6
• 说明乙酸正丁酯在Apiezon L柱上的保留行为 相当于7.756个碳原子的正构烷烃的保留行为。
2018/11/21 9
4. 色谱峰区域宽度
是色谱柱柱效参数 • 标准差 • 半峰宽W1/2 • 峰宽W
h
1 h 2
W 1/2
2018/11/21 10
（1）标准差
(X) =
• 涡流扩散项 A • 纵向扩散系数 B • 传质阻抗项 Cu A=2dp B=2Dg
2018/11/21 27
1. 涡流扩散
• A = 2dp
— 填充不规则因子
dp — 填料（固定相）颗粒的直径
2018/11/21 28
2. 纵向扩散 B=2Dg
与填充物有关
=1 无阻碍 毛细管柱 <1 (0.5~0.7) 填充柱
)2
= 5.54 (
1.50
0.20/2.0
)2
=1.2103 H= L n
=
2000 1.2103
= 1.7mm
2018/11/21 25
四、Van Deemter 方程
• H=A+B/u+Cu • 在低速时，u H 柱效 • 在高速时，u H 柱效
2018/11/21 26
影响塔板高度的因素
2018/11/21 43
四、毛细管色谱柱
（一）毛细管色谱柱的分类 开管毛细管柱 填充毛细管柱 涂壁（WCOT） 载体涂层（SCOT）
2018/11/21 44
开管毛细管柱与一般填充柱的比较
• 柱渗透性好 一般用渗透率来表示色谱柱对气流的 阻力，毛细柱比填充柱对气体的阻力小。因此其 柱渗透率大，可使用较长的柱子，很高的载气流 速，能达到快速分离的目的。
3. 方法特点
1、高分辨效能 2、选择性好 3、灵敏度高 4、分析速度快 5、应用范围广 6、样品应易于气化
2018/11/21 4
同系物 顺反异构体
检出限可达10-11~10-13g 几至十几分钟
4. 应用和发展
• 药物分析中：有关物质检查、原料药和制剂的含量 测定、中草药成分分析、药物的纯化、制备的一种 手段。
2018/11/21 8
• 例 在Apiezon L柱上，柱温1000C，用正庚 烷及正辛烷为参考物质对，测定乙酸正丁酯 的保留指数。测定结果：t0=30.0” tR=204.0” 乙酸正丁酯的tR=403.0” IX = 100[ 7+1
lg 310.0 - lg 174.0
lg 373.4 - lg 174.0
2018/11/21 34
（二）固定液的分类
1. 化学分类法
烃类 硅氧烷类 醇类 酯类
烃 芳烃
甲基硅氧烷 苯基硅氧烷 氟烷基硅氧烷 氰烷基硅氧烷
非聚合醇
非聚合酯
聚合醇
聚酯类
2018/11/21 35
2. 极性分类法
• 相对极性
• 特征常数 罗氏特征常数法
麦氏常数法
都是以物质m在某一固定液和非极性固定 液(通常是鲨鱼烷)中的保留指数之差作为 该固定液相对极性强弱的度量。
2018/11/21 30
Cl =
2 3
k (1+k)2
df2 Dl
df 固定液液膜厚度
Dl组分在固定液中的扩散系数
• 要使Cl 降低df
增大Dl
2018/11/21 31
小结：选择不同条件使柱效改善
• 填充物 粒度 80~100目
• 载气 种类—分子量大 流速—略大于最佳 流速 • 固定液 类型—粘度小 • 柱温 数量少 3~5%
载气
固定液 0.333 0.667 载气 固定液 0.111 0.445 载气
进气 N=1 分配平衡 0.667 0.333 0.222 0.222
0.445 0.111
0.222 0.222
固定液
2018/11/21 16
进气N次后，在各塔板内溶质含量的分布符 合二项式的展开式，故称为二项式分布： •二项式分布 (p+q)N=1
气相色谱法
Gas chromatography
2018/11/21 1
yyq
第一节
1. 分类
概 述
GSC GLC 填充柱 毛细管柱 吸附色谱法 分配色谱法
2018/11/21 2
• 按固定相的物态
• 按柱的情况
• 按分离机制
2. GC的一般流程
气路系统 进样系统 色谱柱 检测器
显示系统
2018/11/21 3
• X=0
• X = 1 （2）半峰宽 （3）峰宽
1 2
e
-
X2 2
(X) = 0.3989 = h（峰高）
(X) = 0.2420 = 0.607 h
W1/2 = 0.355 W = 4 = 1.699 W1/2
2018/11/21 11
5. 相平衡参数
t0( 1+K
VS ) =tR Vm
• 载气间歇式通过色谱柱
• 样品和新鲜载气都加在0号板上，纵向扩散可略 • 分配系数K在各塔板上是常数
2018/11/21 15
（二）二项式分布
分配色谱过程模型
塔板号 组分
进气次数
KA = 2
1
KB = 0.5
0
A
进样
B
A
B
N=0
1.000 1.000
分配平衡
0.333 0.667
0.667 0.333