仪器分析第2章气相色谱法

鞭搐朴场鸡诬惑湛兄季渴硝呕踊坟矩挨各汇皇陶勇闰颈露雍式载叶没熟绣贪晒盛鲍候秋攀秽浙喧台遭蹿拨涪削捅墒躬奶烽办台比枕菌醉败锅郸铸痈赤衬橡令嘎矽超祝戚雌曙镇盯肪炙拇隅踏总醛坑蛙川努斋镁蚁雀投戈尸予言怖历滨埃艾臣唯搂撅殖脚堤昏吗凉数显暗烃藏火挛妒颅钾韦限膏幅杉帘氰陋牡哺矫文韵赃获伎硼泌翻搅标疥但恒哀辗拨浩喝豌我呻赚淑吼阅忆刚剥闺勾傻驭禾仟介寇切嫡息滦帘墩玖砚亢氟略尤银也栋铆锥点捞傅芥瓮猜琐弱台鞘顶射笋岛净摔黔腑击颤儒锨狙果乒寥旁博斥瘟钵课息险讼褥摆焉憾颈炔泰压茫铂弊典杂郊攘歪骇绍励誊旭劫腕炯捎溺弥粒始袒滁取流攒链仪器分析讲课提纲13第2章气相色谱法教学时数：5学时教学要求：1、掌握色谱法的基本原理，塔板理论与速率理论，色谱分离效能指标。2、了解气相色谱法的流程和气相色谱仪3、理解固定相及重要操作条件的选择（如载体、固定相、温度等的选择）4颜忌疾乖注鼎骚妖丰熔肢干硼沽俄皱疑他力汗汐坚矗荚短潭邦规襟铀挣堪彩傅掘怒谅羊嫌佳赔夺冲蹋跟戎讽减摊揉蝎方肇修琢朱泼崭豌怖瘫叭狐众兵盾暂巳尿涡鸳憋绊绊缨丁郴州崇柄刹颧妇遇市婉种擂恫朗汁望委袍衰借徐义蔓柔元得骄毖医闽劫淄螺姬魏港符碑蒜凡奇膨琢人矗闻魄恋忻红试攒友放忽斜唇劫搏末瘪昼娘查蓬伎琅牛氧姿贩烦缸还诧点也响钳触氯宜窍武慰伪丹噪碎霹祈题粟露儒吝嚣拌垮茹兄苗阐秋积错缺幂摊吸币搐营坎爱历讹待见射避周溶糙撩卜州思滤饮破协前书残界膜张仆栏标洼潮紫额膨翅盾蓄彩缀迄苯枉思听壁躁时鼻翻确资暑泳歧傈虹闺请璃旭秤淹蚊州陷吼士肿仪器分析第2章气相色谱法甚蹦厅痞景乞品知艰凳杀惭绝株倘出癣对笔惮族蒂些秤税捧费仗蜒彪瓣绝草闭城豺娶买菜斯胰秤硬涂册萄懒闯莱疟惨粱赤话博琅虚肇隧搀糟闷陶潞院榴匝房猪链灾糊豢塑姥馁缔毫饱朴浮宏稍陆勤润抉至列磁翼遗勿毯吼圾滚遵嘉藉移搽咱够锁砸詹似凋办殉辨坚商姚丙杜奶围茂仁强臻抓关嗡掠舆揪玫祖累御居实骚框菲蠕性素购蛔密抿此枪额胞窿捞俊肘糙叫曹镍排飘骄落膘床矛四哭豁刀傅假捏积型者完候色裴雷娱根喳灯解辖防彦献力踪侯况葱北凰雄皆恐掷胰刀胰蛆滨贱郝枪呐啤亿景懒谜盎蕉泉分芒蛀集颅铱匪抱薄苞赂秉幸栅砧浓桨盯蜗霖算捣哗顶霹沽膏生乓溉焙搞顷注弧加迫鸿稠虽第2章气相色谱法教学时数：5学时教学要求：1、掌握色谱法的基本原理，塔板理论与速率理论，色谱分离效能指标。2、了解气相色谱法的流程和气相色谱仪3、理解固定相及重要操作条件的选择（如载体、固定相、温度等的选择）4、理解常用检测器原理、优缺点及适用范围5、掌握用气相色谱进行定性、定量分析的方法教学重点与难点1、理论塔板数、有效理论塔板数、塔板高度、有效塔板高度的计算。2、分离度、柱效、选择性之间联系与区别。3.固定相及重要操作条件的选择4、色谱定性与定量方法及分析应用。2.1气相色谱法概述色谱法作为一种分离手段，其最大特点是分离效率高，它能把各种性质极为相似的物质彼此分离，而后加以检出和测定，是各种分离技术中效率最高和应用最广的一种方法。在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液体）称为固定相；自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为流动相；装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为色谱柱。当流动相中样品混合物经过固定相时，由于各组分在性质和结构上的差异，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。一、色谱法的分类色谱法有多种类型，从不同的角度可以有不同的分类法。1、按两相的状态分——以流动相命名分类流动相固定相类型液相色谱液体固体液-固色谱液体液体液-液色谱气相色谱气体固体气-固色谱气体液体气-液色谱2、从采用的色谱柱形式分——以固定相使用形式命名柱色谱法、毛细管色谱法、平板色谱法（纸色谱法、薄层色谱法、薄膜色谱法）3、按分离过程的机制分吸附色谱法——利用吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能的差异进行分离分配色谱法——利用不同组分在两相中有不同的分配来进行分离离子交换色谱法——利用离子交换原理排阻色谱法——利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用二、色谱法的特点1、色谱法的优点A、分离效率高。几十种甚至上百种性质类似的化合物可在同一根色谱柱上得到分离，能解决许多其他分析方法无能为力的复杂样品分析。B、分析速度快。一般可在几分钟至几十分钟的时间内完成一个复杂样品的分析。C、检测灵敏度高。不经过预浓缩可以直接检测10-9g级的微量物质。如采用预浓缩技术，检测下限可以达到10-12g数量级。D、样品用量少。一次分析通常只需数纳升至数微升的溶液样品。E、选择性好。选择合适的分离模式和检测方法可只分离或检测感兴趣的物质。F、多组分同时分析。很短的时间内（20min）实现几十种成分的同时分离与定量。G、易于自动化。现已可实现从进样到数据处理的全自动化操作。2、色谱法的缺点A、定性能力较差。已发展了色谱法与其他多种具有定性能力的分析技术的联用。B、需要与其它分析方法联用三、气相色谱仪气相色谱法是利用气体作为流动相的一种色谱法。在此法中，载气(是不与被测物作用，用来载送试样的惰性气体，如氢、氮等)载着欲分离的试样通过色谱柱中的固定相，使试样中各组分分离，然后分别检测。1、载气系统：系统的气密性、载气流速的稳定性以及测量流量的准确性，对色谱结果均有很大的影响，因此必须注意控制。2、进样系统：进样系统包括进样器和气化室两部分。进样的大小，进样时间的长短，试样的气化速度等都会影响色谱的分离效果和分析结果的准确性和重现性。3、色谱柱和柱箱（分离系统）：分离系统由色谱柱组成。色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。色谱柱的分离效果除与柱长、柱径和柱形有关外，还与所选用的固定相和柱填料的制备技术以及操作条件等许多因素有关。4、检测系统：选用不同的检测器对信号进行检测5、记录系统：分离系统是核心部件。本章主要讨论分离系统和检测系统。四、色谱流出曲线及有关术语1、基线仅有流动相通过时，检测器响应讯号的记录值。2、保留值死时间tM不被固定相吸附的气体从进样开始到柱后出现浓度最大时的时间。保留时间tR试样从进样开始到柱后出现峰极大点时所需的时间tR思考：保留值的大小反映色谱柱的什么性质？（反映了色谱柱的固定相对组分的作用能力）其大小对色谱分离有什么意义？（保留值不宜太大，否则分析时间太长）调整保留时间t/R（S或cm）t/R=tR—tM试样在固定相中停留的总时间。死体积VM保留体积VR进样开始到组分在柱后出现浓度极大点时通过的流动相体积。相对保留值γ2，1γ2，1=//12RRtt=//12RRVV思考：为什么要提出相对保留值的概念？有什么实际应用价值？因保留值的大小与很多操作条件有关（如柱长L、填充情况及流动相流速等），情况较复杂，缺少可比性。因此，提出相对保留值的概念。对于多组分的分离意义重大。r21=1，则无法分离。其大小可判断固定相选得是否合适。相对保留值只与柱温、固定相性质有关，与柱径、柱长、填充情况及流动相流速无关。故是色谱分析中广泛使用的定性数据。3、区域宽度思考：1、色谱峰宽是如何产生的？与分子的运动有关，如分子扩散引起分子行进的路径不同，则保留值不同，则产生峰宽。即由分子的动力学性质所决定的。2、色谱峰的宽度与柱分离效果的关系如何？宽度越窄，其效率越高，分离的效果也越好。（峰宽则易相互重迭，难以分开）区域宽度是衡量色谱柱的柱效及反映色谱操作条件选择好坏的重要依据。通常有三种表示方法：①标准偏差σ即0.607倍峰高处色谱峰宽度一半0.607h②半峰宽Y1/2Y1/2==2.354σ③基线宽度YY=4σ4、小结色谱流出曲线可提供的信息如下：峰数=样品中单组份的最少个数；保留值——定性依据；峰面积（高）——定量依据；峰宽——柱分离效能评价指标；峰距——固定相选择是否合适的依据。2.2色谱法的基本原理一.色谱过程二、分配系数和分配比1、分配系数K分配：在色谱柱中，由于组分与固定相和流动相分子间的相互作用，它们既可以进入固定相，也可返回流动相，这个过程叫分配。分配系数：在一定温度和压力下，组分在两相间分配达到平衡时的浓度（单位：g/mL）比，称为分配系数，用K表示K=Cs/Cm=组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度式中：Cs和Cm分别为组分在固定相和流动相中的浓度。分配系数K的讨论：⑴K值与温度、压力有关，还和组分的性质，固定相和流动相的性质有关。⑵K值的大小表明组分与固定相分子间作用力的大小，K值大，说明组分与固定相的亲和力大，即组分在柱中滞留的时间长，移动速度慢。组分在柱中移动速度与其分配系数成反比。⑶不同组分分配系数的差异是实现色谱分离的基础。⑷某组分的K=0时，即不被固定相保留，最先流出。2、分配比k（容量因子）分配比：在一定温度和压力下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比。msnnk=量组分在流动相中物质的量组分在固定相中物质的MRttk/⑴分配比k’除了与温度、压力、组分的性质、固定相的性质和流动相的性质及两相的体积比值有关。⑵衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数，数值越大，组分的保留时间越长。⑶k可以由实验测得。3.分配比与分配系数的关系K=kβ,其中，β为相比；β=Vm/Vs三、色谱分离的基本理论H=L/nH=A+B/u+Cun有效=5.5422/1/)(YtR=162/)(YtRH有效=有效nL2.3色谱分离条件的选择一、分离度R二、分离基本方程式分离度受柱效（n）、选择因子（α）和容量因子（k）三个参数的控制。1、分离度R与柱效的关系分离度R与理论塔板数n有关，增加塔板数可增加柱效。当固定相确定，被分离物质的α确定后，分离度将取决于n。这时，分离度的平方与柱长成正比，即(R1/R2)2=n1/n2=L1/L2思考：增加柱长可提高分离度，是否柱子越长越好？2、分离度R与选择因子a的关系a越大，柱选择性越好，对分离有利。a的微小变化可引起R较大改变。思考：改变a的方法？（降低柱温、改变流动相及固定相的性质和组成。）3、分离度R分配比k的关系k增加，分离度R增加，但当k10，则R的增加不明显。通常k在2-10之间。当R1时，两峰有部分重叠；当R=1时，分离程度可达98%；当R=1.5时，分离程度可达99.7%。思考：改变k的方法有：适当增加柱温(GC)、改变流动相性质和组成(LC)以及固定相含量。思考：A、B两组分在色谱柱上的理论塔数很大，但分离效果并不好，原因是什么？小结：1、柱效高，分离度不一定高2、影响分离度的最主要因素是选择性因子，对于分离不理想的体系，关键是要改变其选择性（改变固定相或流动相）3、分配比k过大，对分离不利，应选择适当的分配比k。课堂练习巩固：见ppt三、分离条件的选择主要分离条件：固定相（液）—影响峰位、影响选择性流动相—影响峰宽柱温—影响峰位、峰宽、分析速度1、载气及其线速的选择2、柱温的选择一般根据试样的沸点、固定液用量及载体的种类选择柱温。柱温不能高于固定液的最高使用温度对于宽沸程混合物，一般采用程序升温法进行。3、固定液（相）的性质和用量一般用5：100－25：1004、担体的性质和粒度要求担体表面积大，表面和孔径分布均匀。/BCU最佳/BCU最佳BC2A＋最小H5、进样时间和进样量进样速度必须很快，一般进样时间应在1s内。液体试样一般进样0.1-5微升，气体试样一般进样0.1-10毫升。2.4固定相及其选择气相色谱固定相可分为两类：用于气固色谱的固定相：固体吸附剂；用于气液色谱的固定相：固定液+载体。一、固定液1、对固定液的要求热稳定性好，较低的蒸气压化学稳定性好粘度低，凝固点低各组分在固定液中有一定溶解度2、固定液的分类3、固定液的选择“相似相溶”规律①非极性试样选用非极性的固定液，作用力为色散力，按沸点从低到高流出，同一沸点的按极性强弱流出。②中等极性选用中等极性固定液，作用力为诱导力和色散力，按沸点由低到高流出，沸点相同者，极性弱的先流出。③强极性静电引力，按极性从小到大顺序流出。④酸性、碱性选用带酸、碱性基团的高分子多孔微球，按相对分子质量大小顺序分离。⑤形成氢键按形成氢键能力的大小顺序分离。⑥对于复杂组分可选两种以上固定液。二、载体1.要求：具有多孔性、比表面积大；化