第二章气相色谱法复习

LOGO第二章气相色谱分析复习重点§2-1气相色谱法概述一、色谱法的定义二、色谱法的分类三、气相色谱仪的基本组成四、色谱的基本术语色谱法的定义色谱法（Chromatography）：借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法（又称色层法或层析法）。主要用于分析多组分样品。固定相：在色谱分离中固定不动，对样品产生保留的一相。流动相：带动样品向前移动的另一相。二、色谱法的定义1、按两相物理状态分类2、按固定相的形式分类3、按分离机理分类二、色谱法的分类Ⅰ载气系统：包括气源、气体净化、气体流速控制和测量Ⅱ进样系统：包括进样器、气化室Ⅲ分离系统：包括色谱柱、柱温箱、温度控制装置Ⅳ检测系统：包括检测器、检测的电源、控温装置Ⅴ记录系统：包括放大器、记录仪（有的仪器还有数据处理装置）三、气相色谱仪的基本组成检测色谱分离后组分的响应信号对时间作图得到的曲线称为色谱图。四、色谱的基本术语基线：在一定色谱条件下，仅有流动相通过检测器系统时所产生的信号的曲线，称为基线。：不被固定相吸附或溶解的气体（空气、甲烷）从进样到柱后出现浓度最大值所需的时间。：被测组分从进样到柱后出现浓度最大值所需的时间。：扣除死时间后的组分保留时间。：不保留物从进样到柱后出现浓度最大值所需流动相的体积。VM=tM×qv,o：从进样到柱后出现浓度最大值所需流动相的体积，一般以ml为单位。VR=tR×qv,o：保留体积扣除死体积后的保留体积。V’R=t’R×qv,o相对保留值r21：指某组分2的调整保留值与另一组分1的调整保留值的比值。又称选择因子或分离因子(α)峰高：色谱峰顶点与基线之间的垂直距离，以h表示，如图AB’线。区域宽度：描述色谱区域宽度的方法有三种：标准偏差σ：为正态分布曲线上两拐点间距离之半，对于正常峰为0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。半峰宽Y1/2（Yh/2或Wh/2）：峰高一半处的峰宽称为半峰宽，Y1/2=2.35σ。峰底宽Y（W或Wb）：通过色谱峰两侧的拐点作切线，在基线上的载距称为峰宽，或称基线宽度。峰宽和标准差的关系是Y=4σ。气-固色谱分析气-液色谱分析1.塔板理论§2-2气相色谱分析理论基础2.速率理论气相色谱分析的基本原理色谱分离的基本理论1.分离过程迁移平衡气-固色谱：吸附→脱附→吸附→脱附各组分与吸附剂的吸附能力不同，组分得以分离气-固色谱：溶解→挥发→再溶解→再挥发各组分在固定液中的溶解度不同，组分得以分离2.分离原理迁移平衡分配系数（K）：在一定温度下，组分在两相之间分配达平衡时的浓度之比，称为分配系数。公式如下：在一定温度、压力下，组分在柱内发生的溶解-挥发或吸附-解吸的过程称为分配过程。分离原理两相分配系数不同2.分离原理迁移平衡分配比:固S流M两相质量之比MSmmkK与k的关系：kVVkVmVmCCKsMMMss//MS相比2.分离原理MMMRMRtttttttkR'1分配比与保留值的关系：例：在某HPLC色谱系统中，系统的死时间为1.5min，某样品组分进样后9min出峰，试计算该组分在该系统中的容量因子：55.15.19MMRtttk塔板理论：——热力学平衡理论，由相平衡观点来研究分离过程，研究试样中各组分在两相间的分配情况。速率理论：——动力学理论，以动力学观点—速度来研究各种动力学因素对柱效的影响；研究各组分在色谱柱中的运动情况。二、色谱分离理论（1）塔板理论的提出始于马丁（Martin）和辛格（Synge）提出的塔板模型。二、色谱分离理论1.塔板理论（2）塔板理论的四个基本假设：1）色谱柱内存在许多塔板，组分在塔板间隔（即塔板高度）内可以很快达到分配平衡。2）载气进入色谱柱，不是连续的而是脉动式的，即每次进气为一个塔板体积。3）样品加在每个塔板上，样品沿色谱柱轴方向的扩散可以忽略。4）在所有塔板上分配系数相等，与组分的量无关。即分配系数在各塔坂上是常数。色谱分离理论1.塔板理论(3)色谱流出曲线方程（正态分布方程）：描述组分流出色谱柱的浓度变化22R2)-(0e2=ttCC－色谱分离理论1.塔板理论A=1.065×Y1/2×h色谱定量的参数色谱分离理论1.塔板理论RRR2221/2b5.5416ttnYtYnLH(4)塔板理论的基本关系式：2'21/2'effRR1654.5YtYtneffeffnLH塔板理论要点色谱分离理论1.塔板理论请同学们总结问答题哦色谱分离理论2.速率理论（1）速率理论的提出VanDeemter等人在塔板理论的基础上，提出了关于色谱过程的动力学理论——速率理论。式中：H：为理论塔板高度色谱分离理论2.速率理论（2）速率方程VanDeemter方程：请掌握A、B、C三项的物理意义作业题哦一、分离度二、色谱分离的基本方程三、分离操作条件的选择§2-3色谱分离条件的选择一、分离度R2R112()/2ttRYY保留时间之差底峰宽的均值二、色谱分离基本方程R：分离度n：理论塔板数α：分离因子k：分配比（容量因子）分离度（R）受柱效（n）、分离因子（α）和容量因子（k）三个参数的控制：分离度同时体现了选择性与柱效能，即分离度同时由色谱过程热力学因素和动力学因素决定的色谱参数。(1)分离度与柱效的关系：说明用柱长的色谱柱可以提高分离度，但延长了分析时间。L，RH2一定因此，提高分离度的好方法是制备出一根性能优良的柱子，通过降低板高，以提高分离度。二、色谱分离基本方程（2）分离度与分配比的关系：随着容量因子增大，分离度增大；当k10时，随容量因子增大，分离度的增长是微乎其微的，对R的改进不明显，反而使分析时间大为延长。一般取k为1-10最宜。改变k的方法：改变柱温：改变分配系数，而使k改变；改变相比：包括改变固定相的量Vs改变柱的死体积VM二、色谱分离基本方程（3）分离度与选择因子的关系：由基本色谱方程式判断，当α=1时，R=0。这时，无论怎样提高柱效也无法使两组分分离。显然，α大，选择性好。增加α值简便而有效的处理方法是通过改变固定相（气相色谱法，流动相惰性），使各组分的分配系数有较大的差别。二、色谱分离基本方程柱长、分离度、柱效和选择性的关系222)1()2()2(116'''16RttRtnRRReffeffHRL221163.分离操作条件的选择请同学们总结作业题哦例子：有人用两台同样的色谱仪分析同一个试样，当增加第一台色谱仪的载气流速，发现柱效增加，而增加第二台色谱仪的载气流速，却发现柱效下降，其原因可能是（）。A．前者的载气流速小于最佳流速，后者的载气流速大于最佳流速B．前者的载气流速大于最佳流速，后者的载气流速小于最佳流速C．有一台仪器的分离柱失效D．有一台仪器的检测器有问题范氏曲线Hminuopt例子：增加气相色谱分离室的温度可能出现下列哪种结果？（）。A．保留时间缩短，色谱峰变高、变窄，峰面积变大B．保留时间缩短，色谱峰变高、变窄，峰面积变小C．保留时间缩短，色谱峰变低、变宽，峰面积保持一定D．保留时间缩短，色谱峰变高、变窄，峰面积保持一定例子：增加气相色谱载气的流速可能出现下列哪种结果？（）。A．保留时间缩短，色谱峰变低、变宽，峰面积保持一定B．保留时间缩短，色谱峰变高、变窄，峰面积保持一定C．保留时间缩短，色谱峰变高、变窄，峰面积变大D．保留时间缩短，色谱峰变高、变窄，峰面积变小一、气-固色谱固定相二、气-液色谱固定相§2-4固定相及其选择固定相及其选择一、气-固色谱固定相气固色谱的固定相：具有多孔性及较大表面积的吸附剂颗粒常用的吸附剂及其一般用途：P25表2-4活性碳——非极性氧化铝——弱极性硅胶——强极性分子筛高分子多孔微球分离永久性气体、顺反式异构体等仍有应用目前，气固色谱应用较少——（略）固定相及其选择二、气-液色谱固定相又称载体或固体支持物，是支撑固定液的惰性多孔固体颗粒。有硅藻土、玻璃微珠、聚四氟乙烯等。担体固定液高沸点难挥发有机物或聚合物分类：相对极性、麦氏常数选择：相似相溶“相似相溶”原则（1）分离非极性物质一般选用非极性固定液，这时试样中各组分按沸点次序先后流出色谱柱，沸点低的先出峰，沸点高的后出峰。“相似相溶”原则（2）分离极性物质，选用极性固定液，这时试样中各组分主要按极性顺序分离，极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出色谱柱。“相似相溶”原则（3）分离非极性和极性混合物时，一般选用极性固定液，这时非极性组分先出峰，极性组分(或易被极化的组分)后出峰。“相似相溶”原则（4）对于能形成氢键的试样、如醇、酚、胺和水等的分离。一般选择极性的或是氢键型的固定液，这时试样中各组分按与固定液分子间形成氢键的能力大小先后流出，不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的最后流出。“相似相溶”原则（5）对于复杂的难分离的物质可以用两种或两种以上的混合固定液。以上讨论的仅是对固定液的大致的选择原则，应用时有一定的局限性。事实上在色谱柱中的作用是较复杂的，因此固定液酌选择应主要靠实践。热导检测器氢火焰离子检测器FPDflamephotometricdetectorECDelectroncapturedetectorTCDthermalconductivitydetector火焰光度检测器FIDhydrogenflameionizationdetector电子捕获检测器§2-5气相色谱检测器TCD热导检测器是基于不同物质具有不同的热导系数（λ）设计的。热导检测器的响应值与组分的浓度成正比，故是一种浓度型检测器。热导检测器通用性检测器。cTREAFID含碳物质氢火焰中离子化外电场作用形成电流,与待测物质量成正比灵敏度比TCD高的多检测含碳化合物更通用局限性：对气火焰中不能电离的化合物，如永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢则不能检测。一、根据色谱保留值进行定性分析§2-6气相色谱定性方法（一）利用纯物质对照定性（二）相对保留值法（三）加入已知物增加峰高法（四）多柱法（五）保留指数法二、与其他方法结合的定性分析（一）与质谱、红外光谱等仪器联用（二）与化学方法配合进行定性分析三、利用检测器的选择性进行定性分析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：式中ωi%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。%100%100...%100%2211iiiinniiiifAfAfAfAfAfAmm%100%iiiAA若组分的定量校正因子相近，可将校正因子消去，直接用面积进行归一化计算，即：§2-7气相色谱定量方法面积归一化法，前提是试样中所有组分都产生信号并能检出色谱峰。优点：简便，准确，色谱条件变化对定量结果影响不大。缺点：所有组分必须在一定时间内都出峰，且必须已知所有组分的校正因子；此外，测量低含量尤其是微量杂质时，误差较大。2、内标法（内标校正因子法）所谓内标法，是将一定量的纯物质作为内标物加入到待测物的标准溶液和样品溶液中，再进行分析测定的方法。该法首先配制含有内标物及待测物对照品的校正因子测定用对照溶液，进样记录色谱图，计算校正因子：A’s、m’s为内标物峰面积、质量A’i、m’i为待测物对照品峰面积、质量内标法ississiisiiAAmmAmAmfff'''''/''/'''内标物+对照品→校正因子再取样品配成含有内标物质的供试品溶液，注入仪器，记录色谱图，测量供试品色谱图上待测成分和内标物峰面积，按下式计算含量：As、ms为内标物峰面积、质量Ai、mi为供试品的峰面积、质量ississiisiiAAmmAmAmfff