第十四章氣相色譜法

1、第十四章氣相色譜法,Gas Chromatography（GC）,食品中有機(jī)氯農(nóng)藥的測定,人類食品中普遍存在有機(jī)氯農(nóng)藥的殘留，特別是脂肪含量高的動(dòng)物性食品中蓄積較多有機(jī)氯農(nóng)藥，有機(jī)氯農(nóng)藥通過食物鏈進(jìn)入人體被吸收后，呈現(xiàn)慢性、累積性毒性。DDT、BHC(六六六)、林丹、艾氏劑、狄氏劑、氯丹、七氯和毒殺酚等，此外，以松節(jié)油為原料的莰烯類殺蟲劑、毒殺芬和以萜烯為原料的冰片基氯也屬于有機(jī)氯農(nóng)藥。有機(jī)氯農(nóng)藥是POPs。（持久性有機(jī)污染物（Per

2、sistent Organic Pollutants，簡稱POPs，指人類合成的能持久存在于環(huán)境中、通過生物食物鏈（網(wǎng)）累積、并對(duì)人類健康造成有害影響的化學(xué)物質(zhì)。它具備四種特性：高毒、持久、生物積累性、親脂憎水性，而位于生物鏈頂端的人類，則把這些毒性放大到了7萬倍。）,測定原理：樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥經(jīng)有機(jī)溶劑提取、純化與濃縮后，注入氣相色譜。樣品在氣化室被汽化，在一定溫度下，汽化的樣品隨載氣通過色譜柱，由于樣品中組分與固定相間相互作用的強(qiáng)弱

3、不同而被逐一分離，當(dāng)?shù)竭_(dá)電子捕獲檢測器時(shí)，親電性的組分對(duì)檢測器發(fā)出的電子流中的一定能量的電子產(chǎn)生吸收，從而使電子流減弱，產(chǎn)生可檢測的電信號(hào)。根據(jù)色譜峰的保留時(shí)間定性，外標(biāo)法定量。,食品中有機(jī)氯農(nóng)藥的測定,內(nèi)容,概述色譜法術(shù)語色譜基本理論氣相色譜定性與定量方法氣相色譜法,重點(diǎn)：,1.色譜分離基本原理2.色譜流出曲線及相關(guān)術(shù)語3.塔板理論4.速率理論5.分離度6.氣相色譜固定相7.氣相色譜分離操作條件的選擇8.氣相色譜

4、檢測器9.氣相色譜定量檢測方法,難點(diǎn)：,1.塔板理論2.速率理論3.氣相色譜檢測器原理4.定量校正因子,14-1 色譜法概述,物化性相似的復(fù)雜有機(jī)物的分離同分（幾何、構(gòu)像）異構(gòu)體的分離,,色 譜 法,色譜法是利用不同物質(zhì)在流動(dòng)相和固定相兩相中分配系數(shù)的不同，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各組分在兩相中經(jīng)過反復(fù)多次的分配，使原來分配系數(shù)只有微小差異的物質(zhì)能夠得到分離。 色譜法是一種高效的、應(yīng)用范圍廣的分離分析技術(shù)，可用

5、于從小分子到大分子各種不同性質(zhì)物質(zhì)的分離，包括少量樣品的分析及大量樣品成分分離制備等。 由于儀器進(jìn)步及各個(gè)學(xué)科分離分析復(fù)雜物質(zhì)需要，近幾十年來發(fā)展很快。是最有效的分離手段，涉及各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)之一。,色譜法來由,起源葉色素的石油醚溶液流經(jīng)裝有CaCO3的柱子，然后用石油醚淋洗。 CaCO3對(duì)葉綠素各成分吸附能力不同，而分離成為色帶。,葉綠素b,葉綠素a,葉黃素,胡蘿卜素,茨維特色譜圖 （1906，俄

6、）,,固定相－CaCO3流動(dòng)相－石油醚,色譜法分類,色譜法,填充柱色譜毛細(xì)管柱色譜,柱色譜,毛細(xì)管電泳(以高壓電場為驅(qū)動(dòng)力),經(jīng)典高效,平板色譜,薄層色譜 紙色譜,氣液色譜法（GLC） 氣固色譜法（GSC）,,,,（以超臨界流體作流動(dòng)相）,（GC）,（LC）,（TLC）,（PC）,（HPCE）,（CGC）,氣相色譜分析示意圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,色譜柱,進(jìn)樣口,載氣,檢測器,空氣,氫氣,,電子部件,PC,氣相色譜儀的組成:(1)載氣系統(tǒng)(2)進(jìn)樣系統(tǒng)(3)色譜柱（分離系統(tǒng)）(4)檢測器(5)記錄系統(tǒng)(6)溫控系統(tǒng),GC-7890氣相色譜儀,GC-7890氣相色譜儀,外觀,內(nèi)部結(jié)構(gòu),GC-9A氣相色譜儀內(nèi)部結(jié)構(gòu),6890 氣相色譜儀,毛細(xì)管柱色譜 （美國安捷倫科技公司 Agilent),Agilent

8、6890,6890氣相色譜儀內(nèi)部結(jié)構(gòu),14-2 色譜法術(shù)語,1.色譜流出曲線,,,,,,,,,,,色譜流出曲線（色譜圖）,,混合組分的分離過程及檢測器對(duì)各組份在不同階段的響應(yīng),柱后流出物通過檢測器產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)對(duì)時(shí)間或流動(dòng)相流出體積的關(guān)系曲線圖,A,B,A,B,色譜流出曲線,水質(zhì)苯系物的測定,色譜流出曲線,進(jìn)樣,基線（噪音）,,,,,h/峰高（定量）,,A/峰面積（定量）,以組分濃度（或質(zhì)量）（轉(zhuǎn)化為電信號(hào)用mv表示）為縱坐標(biāo)，流出

9、時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪得的組分濃度（或質(zhì)量）隨時(shí)間變化的曲線稱色譜圖(色譜流出曲線)，色譜圖形狀：一組峰形曲線,,色譜峰：檢測器產(chǎn)生的信號(hào)記錄在紙上。基線：色譜柱只有流動(dòng)相通過時(shí)檢測器的 記錄信號(hào)。,2.色譜圖有關(guān)參數(shù)及其色譜基本關(guān)系,,,,,,,,,,,區(qū)域?qū)挾扔糜诤饬恐Ъ胺从成V操作條件下的動(dòng)力學(xué)因素,h,（1）峰高h(yuǎn)：從色譜峰頂?shù)交€之間的垂直距離。,（2）區(qū)域?qū)挾龋荷V峰的寬度。區(qū)域?qū)挾仍秸胶谩?標(biāo)準(zhǔn)偏差σ: 0.607倍峰高處

10、的一半。,半峰寬Y1/2:,峰底寬度Wb ：色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)(E、F)上 切線與基線的交點(diǎn)間的距離。,,,,,,,,,單個(gè)組分峰相關(guān)參數(shù),E,F,（3）保留值：表示試樣中各組分在色譜床（柱）中的停留情況的數(shù)值。 （常用時(shí)間或載氣體積表示）固定相一定，在確定的實(shí)驗(yàn)條件下，任何物質(zhì)都有一定的保留時(shí)間，這是定性的基本參數(shù)。,① 用時(shí)

11、間表示,保留時(shí)間 tR: 被測組分從進(jìn)樣開始到出現(xiàn)最大檢測信號(hào)值時(shí)所需時(shí)間。死時(shí)間 tM：不與固定相作用的組分從進(jìn)樣開始到出現(xiàn)最大檢測信號(hào)值時(shí)所需時(shí)間。,,調(diào)整保留時(shí)間： tR'=tR-tM,保留值,,,,從色譜流出曲線上可以得到什么信息？,根據(jù)色譜峰個(gè)數(shù)可以判斷樣品中所含組分的最少個(gè)數(shù)根據(jù)色譜峰的保留值可以進(jìn)行定性分析根據(jù)色譜峰高或者峰面積可以進(jìn)行定量分析根據(jù)色譜峰保留值和區(qū)域?qū)挾瓤梢栽u(píng)價(jià)色譜柱分離效率可以

12、通過兩個(gè)色譜峰的距離評(píng)價(jià)固定相（流動(dòng)相）的選擇是否合適,分配系數(shù)、分配比及其與保留值的關(guān)系,分配系數(shù)（ Distribution constant，K）:一定溫度一定壓力下，當(dāng)分配體系達(dá)到平衡時(shí)，組分在固定相和流動(dòng)相中的濃度比。 描述組分在固定相和流動(dòng)相間的分配過程或吸附-脫附過程的參數(shù)。,組分一定時(shí)， 只與兩相性質(zhì)、溫度有關(guān)!與組分的濃度無關(guān)！,描述分配過程的參數(shù)（2）,分配比（Retention factor or capa

13、city factor/k）,表示組分在兩相達(dá)到平衡時(shí)，分配在兩相中的質(zhì)量之比。與分配系數(shù)及兩相體積有關(guān)。,Vs：色譜柱中固定相的體積；VM：色譜柱中流動(dòng)相的體積,k反映了組分在柱中的遷移速率，又稱保留因子或容量因子,分配系數(shù)K 與分配比 k 的關(guān)系,填充柱：?=6~35毛細(xì)管柱： ?=60~600,,(色譜保留方程),相鄰組分峰相關(guān)參數(shù),（1）相對(duì)保留值：某組分2的調(diào)整保留值與組分1的調(diào)整保留值之比。也叫分離比?，或分離因子。,

14、----重要定性指標(biāo)。表示了固定相對(duì)兩組分的選擇性大小，可以反映分離效率。,,1,2,（2）分離度R：相鄰兩色譜峰的組分的實(shí)際分離程度。,（在色譜基本理論中介紹）,1,2,14-3 色譜基本理論,1. 色譜分離基本過程,利用外力使含有樣品的流動(dòng)相通過一固定于柱或平板上與流動(dòng)相互不相溶的固定相表面。樣品中各組分在兩相中進(jìn)行不同程度的作用。與固定相作用強(qiáng)的組分隨流動(dòng)相流出的速度慢；反之，與固定相作用弱的組分隨流動(dòng)相流出的速度快。由于流出的速

15、度的差異，使得混合組分最終形成各個(gè)單組分的“帶（band）”或“區(qū)（zone）”，對(duì)依次流出的各個(gè)單組分物質(zhì)可分別進(jìn)行定性、定量分析。,色譜理論需要解決：（1）色譜分離過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題（2）影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑。（3）柱效與分離度的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其關(guān)系。,2. 塔板理論（Plate theory）,—詹姆斯/馬?。?941）,?,?,??,假設(shè)：色譜柱比作分餾塔；若干個(gè)塔板；塔板間有一定距離；分離組分在兩相達(dá)平

16、衡。,塔板數(shù),,,,,,,理論塔板數(shù)n：,理論塔板高度：,有效塔板數(shù)：,有效塔板高度：,——柱效能指標(biāo),有效塔板數(shù)與容量因子k的關(guān)系,有關(guān)塔板數(shù)的說明,說明柱效時(shí)，必須注明該柱效是針對(duì)何種物質(zhì)、固定液種類及其含量、流動(dòng)相種類及流速、操作條件等；應(yīng)定期對(duì)柱效進(jìn)行評(píng)價(jià)，以防柱效下降、延長柱壽命。,塔板理論（Plate theory）,貢獻(xiàn)用熱力學(xué)的觀點(diǎn)闡明了溶質(zhì)在色譜柱中的分配平衡和分離過程；解釋了流出曲線的形狀及濃度極大值的位置；

17、提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)。不足不能解釋造成譜帶擴(kuò)張的原因和影響塔板高的各種因素；不能說明同一溶質(zhì)為什么在不同的流速下，可以測得不同的理論塔板數(shù)。,3. 速率理論,—Van Deemter/ 1956,吸收了塔板理論中的塔板高度H概念，考慮了組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過程，從動(dòng)力學(xué)角度很好地解釋了影響柱效能的各種因素！,H：塔板高度（單位柱長色譜峰形展寬的程度）A：渦流擴(kuò)散項(xiàng)B：分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)C：傳質(zhì)阻力項(xiàng)系數(shù)u：載氣線速

18、度,速率理論方程：（范·弟姆特方程）,渦流擴(kuò)散項(xiàng)A（多途路徑項(xiàng)）,減小A的途徑：固定相使用粒度小并且均勻的柱料，并均勻填充毛細(xì)管柱無填料，A=0,,分子擴(kuò)散項(xiàng)B/U（縱向擴(kuò)散項(xiàng)）,柱溫?，Dg ?；柱壓?，Dg ? 流動(dòng)相分子量?，Dg ? u?, 滯留時(shí)間短，（B/u）?LC中Dm 較小，B項(xiàng)可忽略,球狀顆粒低溫短柱大分子量流動(dòng)相適當(dāng)增加流速,,由于組分分子在柱內(nèi)存在濃度梯度而導(dǎo)致軸向擴(kuò)散引起峰擴(kuò)寬。

19、,,傳質(zhì)阻力項(xiàng)Cu,物質(zhì)系統(tǒng)由于濃度不均勻而發(fā)生的物質(zhì)遷移過程，稱為傳質(zhì)。影響這個(gè)過程進(jìn)行速度的阻力稱為傳質(zhì)阻力。因傳質(zhì)阻力的存在，使分配不能“瞬間”達(dá)至平衡，因此產(chǎn)生峰形展寬。,氣相傳質(zhì)阻力系數(shù),液相傳質(zhì)阻力系數(shù),,,,,流動(dòng)相線速度對(duì)塔板高度的影響,A與u無關(guān)u小時(shí)，B/u大，分子擴(kuò)散占主導(dǎo)；u大時(shí)，Cu大，傳質(zhì)阻力占主導(dǎo)；板高最小時(shí)，對(duì)應(yīng)最佳流速；實(shí)際操作中，為了縮短時(shí)間，通常流速大于最佳流速。,(1) 分離度,塔板理論和速率理

20、論都難以描述難分離物質(zhì)對(duì)的實(shí)際分離度：即柱效為多大時(shí)，相鄰兩組分能夠被完全分離?,色譜分離中的三種情況如圖所示：,柱效較高，K （分配系數(shù)）較大，完全分離；兩峰間距離太小，即保留值差別小，無法完全分離；色譜峰太寬，分離不好。,4 .分離度與分離條件的選擇,難分離物質(zhì)對(duì)的分離度大小受色譜過程中兩種因素的綜合影響：保留值之差—色譜過程的熱力學(xué)因素區(qū)域?qū)挾取V過程的動(dòng)力學(xué)因素分離度R表達(dá)式：相鄰兩色譜峰保留時(shí)間之差與兩色譜峰峰底寬

21、平均值的比值。,R=1.5,R=0.75,R=1.0,響應(yīng)信號(hào),保留時(shí)間 t/min,分離達(dá)98%,分離達(dá)99.7%,完全分離之標(biāo)準(zhǔn),不能分離,分離度,當(dāng)兩峰峰形對(duì)稱且符合正態(tài)分布時(shí)，可從理論上證明：,,,,R的定義并未反映影響分離度的各種因素，也未與影響其大小的因素：柱效n、選擇因子?(r21) 等聯(lián)系起來,對(duì)于難分離物質(zhì)，可以合理的認(rèn)為Wb1=Wb2=Wb,(2)色譜分離基本方程式,——色譜分離基本方程式,1,2,得到：,——色譜分

22、離基本方程式,（3）分離度與柱效的關(guān)系,增加柱長，可提高分離度，但延長了分析時(shí)間，因此降低塔板高度，提高柱效，才是提高分離度的好方法。,設(shè)有兩個(gè)組分，它們的調(diào)整保留值為4.00min，3.20min。要使它們在色譜柱上完全分離（R＝1.5），需有效塔板數(shù)多少？應(yīng)使用多長的色譜柱？（設(shè)H有效＝0.1cm）,解：根據(jù)r2,1（相對(duì)保留值）為組分2與組分1的調(diào)整保留值之比:,例1：,L＝n有效 H有效 ＝90 cm,某色譜柱的有效塔板數(shù)為1

23、320，組分A和B在該柱上的調(diào)整保留時(shí)間為60秒和80秒，求其分離度。,解：,例2：,例3：用一根柱長為1 m的色譜柱分離A、B兩種物質(zhì)，其保留時(shí)間分別為14.4和15.4 min，對(duì)應(yīng)的峰底寬分別為1.07 min和1.16 min（死時(shí)間為4.2 min），試計(jì)算：?物質(zhì)A的理論塔板數(shù) ?分離度R ?選擇性因子? ?完全分離所需的柱長 ?完全分離所需的時(shí)間。,解：,,,,?,?,?,?,?,（4）色譜分離操作條件的選擇,柱長（ L

24、 ）—適度,柱越長，分離越好。但柱過長，分析時(shí)間增加，因此柱長L要根據(jù)R的要求(R=1.5)，選擇剛好使各組分得到有效分離為宜。,載氣及流速最佳流速： 最高柱效： u較小時(shí)，B/u為主，選擇分子量大的載氣(N2、Ar)u較大時(shí)，Cu為主，選擇分子量小的載氣（H2、He）為縮短分析時(shí)間，可選比u最佳稍大的載氣流速。柱溫的選擇 前提：不能高于固定液的最高使用溫度。柱溫低分離效果好，

25、但太低峰型會(huì)變寬，柱溫太高分離效果不好。一般原則：在使最難分離的組分有盡可能好的分離前提下，同時(shí)兼顧保留時(shí)間適宜，峰形不拖尾時(shí)，采取適當(dāng)?shù)偷闹鶞?，?duì)于寬沸程的多組分混合物，可采用程序升溫法。,進(jìn)樣條件的選擇氣化室溫度：保證樣品迅速完全氣化又不致引起樣品分解，一般比柱溫高30～70℃。最大允許進(jìn)樣量：控制半峰寬基本不變，峰高與進(jìn)樣量成線性關(guān)系。 液體試樣量為0.1～5μL，氣體試樣量為0.1～10mL。進(jìn)樣器具：一般采

26、用微量注射器或氣體進(jìn)樣閥。進(jìn)樣速度：應(yīng)該快速，一般一秒以內(nèi)，以免原始區(qū)帶過寬，色譜峰也將變寬甚至變形，保留時(shí)間也會(huì)改變。檢測器的選擇根據(jù)分析對(duì)象和分析要求合理選擇。,14-4 氣相色譜定性和定量的方法,1. 定性分析,樣品的預(yù)處理GC分析對(duì)象是在氣化室溫度下能生成氣態(tài)的物質(zhì)。為保護(hù)色譜柱、降低噪聲、防止生成新物質(zhì)（雜峰），需要在進(jìn)樣前，對(duì)樣品進(jìn)行處理。水、乙醇和可能被柱強(qiáng)烈吸附的極性物質(zhì)—柱效下降，需除去非揮發(fā)分

27、—會(huì)產(chǎn)生噪聲，同時(shí)慢慢分解—產(chǎn)生雜峰穩(wěn)定性差的組分—生成新物質(zhì)—雜峰,定性分析方法,（1）利用已知純物質(zhì)對(duì)照的定性： 利用保留值和加入已知物增加峰高法（2）色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)定性： GC-MS，GC-IR，GC-MS-MS,用已知純物質(zhì)對(duì)照定性,利用保留值定性通過對(duì)比試樣中具有與純物質(zhì)相同保留值的色譜峰，來確定試樣中是否含有該物質(zhì)及在色譜圖中的位置。不適用于不同儀器上獲得的數(shù)據(jù)之間的對(duì)比。分離條件

28、選擇不好，會(huì)造成錯(cuò)誤，可用雙柱法定性。。利用加入法定性(加入已知物質(zhì)增加峰高法 )將純物質(zhì)加入到試樣中，觀察各組分色譜峰的相對(duì)變化。（適用于樣品復(fù)雜，組分距離太近的情況）,用已知純物質(zhì)對(duì)照定性,2. 定量分析,定量分析依據(jù)：在一定的操作條件下，檢測器的響應(yīng)信號(hào)（色譜峰的峰面積或峰高）與進(jìn)入檢測器組分的量成正比。即：mi = fi Ai 或 mi = fi himi－組分的量 fi－比例常數(shù)，定量

29、校正因子峰面積的測量方法定量校正因子常用的定量計(jì)算方法,峰面積的測量方法,對(duì)稱形峰面積的測量—峰高乘半峰寬法不對(duì)稱峰面積的測量—峰高乘平均峰寬法自動(dòng)積分儀法,定量校正因子,絕對(duì)校正因子,相對(duì)校正因子,TCD：苯FID：正庚烷,,(定義為組分的絕對(duì)校正因子與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的絕對(duì)校正因子之比),,常用的定量計(jì)算方法,歸一化（NORM）：全部組分都出峰外標(biāo)法（ESTD） ：分析條件和進(jìn)樣量必須重現(xiàn)。內(nèi)標(biāo)法（ISTD） ：內(nèi)標(biāo)物

30、是樣品中不存在的組分，其保留時(shí)間和定量校正因子應(yīng)該與待測物盡可能接近，且完全分離。,同系物,,,,當(dāng)試樣中的全部組分都出峰（即都反映在色譜圖上）時(shí)，可以從校正后每峰峰面積占全部色譜峰總面積的分?jǐn)?shù)，求得該組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。,（可以為質(zhì)量百分含量或摩爾百分含量）,（1）歸一化法,歸一法的特殊情況,若試樣中各組分的相對(duì)校正因子很接近（如同系物中沸點(diǎn)接近的組分），上式則可簡化為：,當(dāng)測量參數(shù)為峰高時(shí)，也可以用峰高歸一法計(jì)算組分含量。,歸一法具有簡

31、便、準(zhǔn)確的特點(diǎn)不足之處在于僅可使用于所有組分都出峰的情況,（2）內(nèi)標(biāo)法,A. 使用條件：試樣中各組分不能全部出峰、各組分含量懸殊、僅需測定其中部分組分,B. 操作步驟：,a. 準(zhǔn)確稱取一定量的試樣；b. 加入一定量的選定標(biāo)準(zhǔn)物（內(nèi)標(biāo)物）；c. 混勻后進(jìn)樣，進(jìn)行色譜分析；d. 根據(jù)內(nèi)標(biāo)物和試樣質(zhì)量以及色譜圖上相應(yīng)的峰面積，計(jì)算待測組分的量。,C. 含量計(jì)算式,內(nèi)標(biāo)法待測組分含量計(jì)算式如下（由前可推得）：,（各符號(hào)意義同上）

32、 內(nèi)標(biāo)法中常以內(nèi)標(biāo)物為基準(zhǔn)，即：f 's ＝ 1 ，也可用峰高代替峰面積，做法同上。,D. 注意事項(xiàng),a.內(nèi)標(biāo)物應(yīng)是試樣中不存在的純物質(zhì)；b.加入的內(nèi)標(biāo)物量與試樣中待測組分量相近；c.內(nèi)標(biāo)物的色譜峰應(yīng)位于待測組分色譜峰附近或幾個(gè)待測組分色譜峰之間。,E. 內(nèi)標(biāo)法優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：定量準(zhǔn)確，對(duì)試樣含有不出峰的組分情況 下，也不影響測定。 缺點(diǎn)：每次測定都必須準(zhǔn)確稱取樣品和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量，不適于快速分析。,內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲

33、線法,若以 W i %對(duì) Ai / As作圖，則可得一條通過原點(diǎn)的直線——內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線。,用內(nèi)標(biāo)法待測組分含量計(jì)算式,若固定試樣稱取量，加入內(nèi)標(biāo)物也恒定，則有：,為一常數(shù)，上式則可化為：,內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制,將待測組分的純物質(zhì)配成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液（系列）；b. 取固定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液和內(nèi)標(biāo)物，混合后進(jìn)樣分析，測出 Ai 和 As；c. 用 Ai / As 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度作圖，可得一組通過原點(diǎn)的直線（內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線）。,樣品測定與組分定量

34、,稱取與繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線相同量的試樣和內(nèi)標(biāo)物，測出其峰面積比，由標(biāo)準(zhǔn)曲線即可查出待測組分的含量。內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法應(yīng)用在生產(chǎn)過程控制分析上，不須計(jì)算校正因子，對(duì)液體樣品也可量取體積，具有簡便快速的特點(diǎn)。,（3）外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法,a. 取被測組分的純物質(zhì)，配制成一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液；b. 分別取一定體積上述溶液注入色譜柱；c. 得到色譜圖后測出峰面積或峰高；d. 繪出峰面積（或峰高）對(duì)濃度的關(guān)系曲線——（標(biāo)準(zhǔn)曲線）。,A. 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪

35、制：,B. 樣品測定,a. 在同樣操作條件下注入同樣量（一般為體積）的未知試樣，從色譜柱上測得峰面積或峰高，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上即可查出待測組分的濃度。b. 外標(biāo)法也用于生產(chǎn)過程的控制分析，操作簡便，計(jì)算簡單，但分析結(jié)果準(zhǔn)確性取決于操作條件的穩(wěn)定性和進(jìn)樣的重現(xiàn)性。c. 當(dāng)試樣中待測組分濃度變化不大時(shí)，可不必作標(biāo)準(zhǔn)曲線，而用單點(diǎn)校正法。即配制一個(gè)與被測組分含量接近的標(biāo)準(zhǔn)樣，分別取相同量體積進(jìn)樣，測定標(biāo)準(zhǔn)樣和未知樣的峰面積，按下式計(jì)算組分含量

36、:,,,幾種定量方法的比較,例1,將環(huán)己烷與純苯配成混合試液，進(jìn)行氣相色譜分析，測得當(dāng)純環(huán)己烷注入量為0.685μg時(shí)的峰面積為6.8cm2，純苯的注入量為0.385μg時(shí)的峰面積為4.1cm2。求環(huán)己烷的定量校正因子。（注意：通常指的校正因子都是相對(duì)校正因子）解：,mi＝0.685μg，Ai＝6.8cm2 ms＝0.385μg，As＝4.1cm2,答：環(huán)己烷的相對(duì)定量校正因子為1.07。,答：環(huán)己烷的相對(duì)定量校正

37、因子為1.07。,例2,某混合物只含乙醇、環(huán)己烷、正庚烷和苯，用熱導(dǎo)檢測器進(jìn)行色譜分析，測得數(shù)據(jù)如下：,計(jì)算各組分的百分含量。,被測組分： 乙醇 環(huán)己烷 正庚烷 苯峰面積/cm2： 8.4 5.6 9.2 10.7校正因子fi： 0.64 0.68 0.73 0.78,解：,14-5 氣相色譜法,氣相色譜過

38、程,待測物樣品被蒸發(fā)為氣體并注入到色譜分離柱柱頂，以惰性氣體（指不與待測物反應(yīng)的氣體，只起運(yùn)載蒸氣樣品的作用，也稱載氣）將待測物樣品蒸氣帶入柱內(nèi)分離。其分離原理是基于待測物在氣相和固定相之間的吸附-脫附（氣固色譜）和溶解（氣液色譜）來實(shí)現(xiàn)的，因此可將氣相色譜分為氣固色譜和氣液色譜。,氣固色譜（GSC）,利用不同物質(zhì)在固體吸附劑上的物理吸附-解吸能力不同實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。由于活性（或極性）分子在這些吸附劑上的半永久性滯留（吸附-脫附過程為非

39、線性的），導(dǎo)致色譜峰嚴(yán)重拖尾，因此氣固色譜應(yīng)用十分有限，只適于較低分子量和低沸點(diǎn)氣體組分的分離分析。,氣液色譜（GLC）,通常直接稱之為氣相色譜。它是利用待測物在氣體流動(dòng)相和固定在惰性固體表面的液體固定相之間的分配原理實(shí)現(xiàn)分離。1941年，Martin和Synge（對(duì)液-液分配色譜也做了巨大貢獻(xiàn)）提出氣液分配色譜的概念。11年后，即1952年，Jones 和 Martin通過實(shí)驗(yàn)展示了該方法；3年后，即1955 年，首臺(tái)氣相色譜儀問世。

40、1985年，估計(jì)有10萬臺(tái)儀器投入使用！,氣相色譜法特點(diǎn),選擇性好，分離效能高樣品用量少，靈敏度高分析速度快應(yīng)用范圍廣：b.P.<400?C不足之處：不適用于高沸點(diǎn)、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定物質(zhì)及蛋白質(zhì)、核酸等生物樣品的分析。,GC在各領(lǐng)域的主要應(yīng)用,1. 氣相色譜儀,氣相色譜儀流程圖,氣相色譜儀的組成:(1)載氣系統(tǒng)(2)進(jìn)樣系統(tǒng)(3)色譜柱(4)檢測器(5)記錄系統(tǒng)(6)溫控系統(tǒng),氣相色譜儀結(jié)構(gòu)示意圖,H2N2或Ar,

41、,氣路系統(tǒng)（載氣系統(tǒng)）,,進(jìn)樣系統(tǒng),,分離系統(tǒng),,檢測系統(tǒng),溫控系統(tǒng),記錄系統(tǒng),氣路系統(tǒng),氣源：高壓鋼瓶或氣體發(fā)生器。常用載氣有氮?dú)狻錃?、氦氣、氬氣等，要求純度高作用?dòng)力：驅(qū)動(dòng)樣品在色譜柱中流動(dòng)，并把分離后的各組分推進(jìn)檢測器為樣品的分配提供一個(gè)相空間,載氣的選擇及凈化方式,流速測定,柱前（轉(zhuǎn)子流量計(jì)）；柱后（皂膜流量計(jì)）；許多現(xiàn)代儀器裝置有電子流量計(jì)，并以計(jì)算機(jī)控制其流速保持不變。恒溫色譜（穩(wěn)壓閥）程序升溫色譜（穩(wěn)壓閥

42、＋穩(wěn)流閥）,,,,進(jìn)樣氣化系統(tǒng),進(jìn)樣器：將樣品快速、準(zhǔn)確地加到色譜柱頭氣樣：六通閥或注射器（0.25、1、2.5、10 mL）液樣：注射器（0.5、1、2、10 ?L）固樣：溶解或閃蒸氣化室：將液（固）體樣品瞬間氣化 熱容大；死體積??；無催化效應(yīng)溫度的選擇：樣品瞬間氣化而不分解；通常選在樣品沸 點(diǎn)附近，高于柱溫30?70 ?C即可,溫控系統(tǒng),溫控系統(tǒng)包括對(duì)三個(gè)部分的控溫，即氣化室

43、、柱箱和檢測器。溫度控制是否準(zhǔn)確、升、降溫速度是否快速是市售色譜儀器的最重要指標(biāo)之一?？販胤绞剑汉銣睾统绦蛏郎販囟冗x擇：氣化室溫度高于柱溫30?70 ?C；柱溫一般比試樣中各組分的平均沸點(diǎn)低20?30 ?C，沸點(diǎn)范圍較寬的試樣，可采用程序升溫；檢測器的溫度不能低于柱溫。,2. 氣相色譜柱類型及固定相,色譜柱：通常是由玻璃、石英或不銹鋼制成的圓管，內(nèi)裝固定相,Packed GC column,Capillary GC column,

44、,,,填充柱,白色：玻璃柱 灰色： 不銹鋼柱,毛細(xì)管柱與填充柱,柱長由幾十到幾百米,毛細(xì)管柱與填充柱的區(qū)別,由于毛細(xì)管柱的內(nèi)徑很細(xì)，帶來了三個(gè)問題:允許通過的載氣流量很小柱容量很小，允許的進(jìn)樣量小，進(jìn)樣準(zhǔn)確度受影響。分流技術(shù)分流后，柱后流出的試樣組分量少、流速慢高靈敏FID檢測器；尾吹技術(shù)尾吹技術(shù)：減少死體積、擴(kuò)散效應(yīng)，增加氮?dú)浔龋岣邫z測器靈敏度。,分流比：50:1?200:1,毛細(xì)管柱內(nèi)沒有填充物，不

45、存在渦流擴(kuò)散。,毛細(xì)管氣相色譜結(jié)構(gòu)示意圖,氣固色譜（GSC）,—分離小分子量的永久氣體及烴類占應(yīng)用的10%,氣固色譜固定相,永久性氣體的分離,氣液色譜（GLC）,,,,,,,,,固定液,,,,,,,,,,,,固定液,填充柱,毛細(xì)管柱壁涂開管柱 （WCOT）,,,載體（擔(dān)體）,較大的比表面積，分布均勻的孔徑，良好的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性，表面不與固定液和樣品起化學(xué)反應(yīng)，且吸附性和催化性能越小越好。,載體的選擇,載體的粒度越小，填

46、裝越均勻，柱效越高，但柱壓會(huì)增大，一般粒度直徑為柱內(nèi)徑的1/20?1/25為宜。,固定液,一般為高沸點(diǎn)有機(jī)物，均勻地涂在載體表面，在分析條件下呈液膜狀態(tài)要求： 選擇性好，在使用溫度下為液體，具有較低的蒸氣壓，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)試樣各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰?，粘度低固定液的選擇性取決于其與組分分子間的作用力?靜電力?誘導(dǎo)力?色散力?氫鍵力,固定液的分類,按相對(duì)極性按化學(xué)結(jié)構(gòu),固定液的選擇,試樣中的組分與固定液分子間的作用力主

47、要包括靜電力、誘導(dǎo) 力、色散力和氫鍵力等。 色散力——非極性分子之間（瞬時(shí)偶極之間靜電吸引）；誘導(dǎo)力——極性與非極性分子之間（偶極與瞬時(shí)偶極之間靜電 吸引）；靜電力——極性與極性分子之間（偶極與偶極之間靜電吸引）；氫鍵力——強(qiáng)度介于化學(xué)鍵力和范德華力之間的靜電吸引，亦屬定向力。 前三種統(tǒng)屬范德華力，后者屬特殊范德華力。選擇原則：組分的極性與固定液的極性相似。（相似相溶）原則,固定液的選擇,

48、—相似相溶的原則,固定液的用量,固定液：擔(dān)體質(zhì)量 ＝ 5 : 100 ～ 25 : 100。 配比較低，形成薄液膜，傳質(zhì)阻力小，柱效高，分析速度也快，但負(fù)載量小， 允許進(jìn)樣小。,色譜柱的制備,選擇柱材料制備柱填料（固定液、載體的選取及涂漬）填充（或涂漬及鍵合）老化：通載氣，柱溫高于常用柱溫10?C，4?8小時(shí)作用：?去除殘留溶劑、低沸點(diǎn)雜質(zhì)、平穩(wěn)基線 ?老化溫度下，固定液再分布,3. 氣相色譜

49、檢測器,色譜檢測器：將色譜柱分離后的各試樣組分按其特性和含量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的裝置。 信號(hào)(E)的大小在一定范圍內(nèi)與進(jìn)入檢測器的物質(zhì)的質(zhì)量m (或體積)成正比： E=SmS——檢測器的響應(yīng)值，靈敏度、應(yīng)答值，表示單位質(zhì)量或單位體積的物質(zhì)通過檢測器時(shí)產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)大小。信號(hào)(E)可用色譜圖的峰面積或峰高表示。,mi = fi Ai,E=Sm,,,,氣相色譜檢測器分類,,根據(jù)檢測原理不同,熱導(dǎo)池檢測器（TCD）電子捕獲檢

50、測器（ECD）,濃度型檢測器,,質(zhì)量型檢測器,氫火焰離子化檢測器（FID）火焰光度檢測器（FPD）,,,常用氣相檢測器的性能,氣相色譜檢測器,濃度型檢測器：測量的是載氣中組分濃度的瞬間變化，檢測器的響應(yīng)值與組分的濃度成正比，而峰面積與載氣流速成反比。如熱導(dǎo)池檢測器（TCD）、電子捕獲檢測器（ECD）。質(zhì)量型檢測器：測量的是載氣中某組分的質(zhì)量變化速度，檢測器的響應(yīng)值與單位時(shí)間內(nèi)某組分進(jìn)入檢測器的質(zhì)量成正比，峰面積與載氣流無關(guān)。如氫火焰

51、離子化檢測器（FID）、火焰光度檢測器（FPD）。,（1）熱導(dǎo)池檢測器TCD,—基于樣品與載氣的導(dǎo)熱系數(shù)差異,特點(diǎn)：對(duì)任何氣體均可產(chǎn)生響應(yīng)，不破壞樣品，通用性好，線性范圍寬、價(jià)格便宜、應(yīng)用范圍廣，但靈敏度較低。,熱導(dǎo)池檢測器TCD,熱導(dǎo)池檢測器結(jié)構(gòu)圖,結(jié)構(gòu)：1、池體用不銹鋼制成2、熱敏元件則用長短、粗細(xì)、電阻完全相同的鎢絲或鉑絲等來充當(dāng),熱導(dǎo)池檢測原理,熱導(dǎo)池檢測器檢測原理是基于不同的物質(zhì)有不同的熱導(dǎo)系數(shù)，通過惠斯登電橋?qū)崿F(xiàn)。熱

52、導(dǎo)檢測器電橋線路示意圖：,未進(jìn)樣時(shí)： （無信號(hào)輸出） R1=R2 R參=R測 R參×R2 ＝ R測×R1無電壓信號(hào)輸出；記錄儀走直線（基線）,進(jìn)樣后： （輸出信號(hào)） R參≠R測,R參×R2 ≠ R測×R1 電橋失去平衡，M、N兩端存在著電位差，有電壓信號(hào)輸出。信號(hào)與組分濃度相關(guān)。記錄儀記錄下組分濃度隨時(shí)間變化的峰狀圖形。,影響熱導(dǎo)池檢測器靈敏度的因素,橋電流：在允許的

53、工作電流范圍內(nèi)，工作電流越大，靈敏度越高，一般控制在100-200 mA左右池體溫度：鎢絲與池體溫差越大，靈敏度越高，但避免樣品在檢測器冷凝造成污染，一般不低于柱溫載氣：熱導(dǎo)系數(shù)大的載氣，靈敏度高，常用載氣熱導(dǎo)系數(shù)大小順序：H2>He>N2熱敏元件阻值：阻值高、電阻溫度系數(shù)大的熱敏元件，靈敏度高池體的體積：體積越大，靈敏度越低,（2）氫火焰離子化檢測器FID,氫火焰檢測器,結(jié)構(gòu)：離子室:不銹鋼外罩、發(fā)射極、收集極、噴

54、嘴、氣體供應(yīng)（載氣、燃?xì)夂椭細(xì)猓┑炔糠?空氣,載氣,氫焰檢測器結(jié)構(gòu),1.在發(fā)射極和收集極之間加有一定的直流電壓（100—300V）構(gòu)成一個(gè)外加電場。2.氫焰檢測器需要用到三種氣體：N2 ：載氣攜帶試樣組分；H2 ：為燃?xì)?；空氣：助燃?xì)?。使用時(shí)需要調(diào)整三者的比例關(guān)系，檢測器靈敏度達(dá)到最佳。,一般N2 :H2=1:1-1:1.5, H2 :空氣=1:10,氫火焰離子化檢測器檢測原理,FID是一個(gè)破壞性、質(zhì)量型檢測器。火

55、焰中生成大量碳正離子，被收集計(jì)算后形成檢測器信號(hào)。含低氧化態(tài)的碳數(shù)目最多的被分析物將會(huì)產(chǎn)生最大信號(hào)。,有機(jī)物質(zhì)在火焰中電離成含碳自由基，發(fā)生氧化作用形成正離子，在外加電場作用下定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生微電流,FID的響應(yīng),響應(yīng)值與化合物中含有的碳-氫鍵個(gè)數(shù)成正比,FID的特點(diǎn),典型的質(zhì)量型檢測器對(duì)有機(jī)化合物具有很高的靈敏度無機(jī)氣體、水、四氯化碳等含氫少或不含氫的物質(zhì)靈敏度低或不響應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)迅速比TCD的靈敏

56、度高出近3個(gè)數(shù)量級(jí)，檢測下限10-12 g·g-1樣品被破壞檢測器溫度：如果<150º C，火焰將無法點(diǎn)燃； 檢測器溫度應(yīng)高于柱溫 20º C,（3）電子捕獲檢測器ECD,（4）火焰光度檢測器FPD,—對(duì)含S、P有機(jī)化合物具有高選擇性 和高靈敏度的質(zhì)量型檢測器,,輻射出特征光譜,利用富氫火焰使硫、磷的有機(jī)化合物經(jīng)燃燒后被氫還原產(chǎn)生激發(fā)態(tài)分子,本章小結(jié)：,1.色譜分離基本原理2.色譜流出