气相色谱

2020/3/2911气相色谱分析法§11-1概述色谱法简介色谱法特点气相色谱分析流程2020/3/29色谱法简介色谱法是一种分离技术俄国植物学家茨维特在1906年使用的色谱原型装置，如图。试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。其中的一相固定不动，称为固定相；另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为流动相。（动画）2020/3/29色谱法简介当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础（动画）2020/3/29色谱法分类气相色谱：流动相为气体（称为载气）。按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱2020/3/29色谱法分类液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同pH值的水溶液为流动相。2020/3/29色谱法分类薄层色谱和纸色谱：比较简单的色谱方法凝胶色谱法:超临界色谱:高效毛细管电泳:九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。2020/3/293.气相色谱法的特点（1）分离效率高：复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。（2）灵敏度高：可以检测出μg.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量.（3）分析速度快：一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4）应用范围广：适用于沸点低于400℃的各种有机或无机试样的分析。不足之处：不适用于沸点高于450℃的高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。被分离组分的定性较为困难。2020/3/29气相色谱分析流程1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；7-进样器和汽化室；8-色谱柱9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；1.载气系统：包括气源、净化干燥管和载气流速控制;2.进样系统：进样器及气化室；3.色谱柱：填充柱（填充固定相）或毛细管柱（内壁涂有固定液）；4.检测器：可连接各种检测器，以热导检测器或氢火焰检测器最为常见；5.记录系统：放大器、记录仪或数据处理仪；6.温度控制系统：柱室、气化室的温度控制。2020/3/29气固色谱和气液色谱气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。填充柱色谱:气固色谱和气液色谱，两者的分离机理不同。气固色谱的固定相:多孔性的固体吸附剂颗粒。固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气固色谱的分离机理:吸附与脱附的不断重复过程；气液色谱的固定相:由担体和固定液所组成。固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。气液色谱的分离机理：气液两相间的反复多次分配过程。2020/3/29气固色谱和气液色谱当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触时，被固定相溶解或吸附。随着载气的不断通入，被溶解或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附，挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又再次被固定相溶解或吸附。随着载气的流动，溶解、挥发，或吸附、脱附的过程反复地进行。（动画）2020/3/29分配系数K组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，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，即：组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度K2020/3/29分配系数K的讨论一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；试样一定时，K主要取决于固定相性质；每个组份在各种固定相上的分配系数K不同；选择适宜的固定相可改善分离效果；试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础；某组分的K=0时，即不被固定相保留，最先流出。组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度K2020/3/29分配比•分配比(又称容量因子或容量比)，以k表示之。K是指在一定温度、压力下组分在两相间达到分配平衡时，它在两相间的质量比。•ms--表示组分分配在固定相中的质量•mM--表示组分分配在流动相中的质量2020/3/29分配比•对于一定的色谱体系，组分的分离最终决定于组分在两相中的质量，而不是平衡浓度，因此分配比更能表征分配达到平衡时的分离情况。分配系数与分配比的关系为•VM为色谱柱中流动相的体积，即柱内固定相间的空隙体积•Vs为色谱柱中固定相的体积。在气液色谱中它为固定液体积；在气固色谱中则为吸附剂表面容量•VM与Vs之比称为相比以β表示2020/3/2911色谱分析法§11-2固定相气固色谱固定相气液色谱固定相2020/3/29固定相/气固色谱固定相种类：活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强。活性氧化铝：有较大的极性。适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离。CO2能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析。硅胶：与活性氧化铝大致相同的分离性能，除能分析上述物质外，还能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能够分离臭氧。2020/3/29固定相/气固色谱固定相分子筛：碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子筛等（孔径：埃）。常用5A和13X（常温下分离O2与N2）。除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分离外，还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O等。高分子多孔微球（GDX系列）：新型的有机合成固定相（苯乙烯与二乙烯苯共聚）。型号：GDX-01、-02、-03等。适用于水、气体及低级醇的分析。2020/3/29气固色谱固定相的特点（1）性能与制备和活化条件有很大关系；（2）同一种固定相，不同厂家或不同活化条件，分离效果差异较大；（3）种类有限，能分离的对象不多；（4）使用方便。2020/3/29气固色谱固定相2020/3/29气固色谱固定相2020/3/29气液色谱固定相[固定液+担体（支持体）]•固定液在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态。•固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断扩大。担体：化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比表面积。可以作为担体使用的物质应满足以下条件：•比表面积大，孔径分布均匀；•化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组份不起反应；•具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；•颗粒大小均匀、适度。一般常用60~80目、80~100目。固定相/气液色谱固定相2020/3/29担体（硅藻土）•红色担体：•孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度好。适宜分离非极性或弱极性组分的试样。•缺点是表面存有活性吸附中心点。•白色担体：•煅烧前原料中加入了少量助溶剂(碳酸钠)。•颗粒疏松，孔径较大。表面积较小，机械强度较差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分的试样。2020/3/29担体种类担体名称特点及用途生产厂家红色硅藻土担体201红色担体301釉化红色担体6201红色担体适用于涂渍非极性固定液分析非极性物质由201釉化而成，性能介于红色与白色硅藻土担体之间，适用于分析中等极性物质上海试剂厂大连催化剂厂硅藻土类白色硅藻土担体101白色担体101酸洗101硅烷化白色担体102白色担体适用于涂渍极性固定液分析极性物质催化吸附性小，减小色谱峰拖尾上海试剂厂非硅藻土类高分子微球玻璃微球氟担体由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成经酸碱处理，比表面积0.02m2/g,可在较高温度下使用，适宜分析高沸点物质。由四氟乙烯聚合而成，比表面积10.5m2/g适宜分析强极性物质和腐蚀性物质上海试剂厂2020/3/29担体2020/3/29担体2020/3/29固定液固定液：高沸点难挥发有机化合物，种类繁多。2020/3/29对固定液的要求•对试样中各组分有适当的溶解能力；•选择性好，对各分离组分分配系数的差值要适当；•沸点高，挥发性小，热稳定性好；•化学稳定性好，不与被分离物质发生不可逆的化学反应。2020/3/29固定液固定液分类方法如按化学结构、极性、应用等的分类方法。在各种色谱手册中，一般将固定液按有机化合物的分类方法分为：脂肪烃、芳烃、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等，最高最低使用温度高于最高使用温度易分解，温度低呈固体；混合固定相对于复杂的难分离组分通常采用特殊固定液或将两种甚至两种以上配合使用；2020/3/29固定液•固定液的相对极性规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零，β，β’—氧二丙睛的相对极性为100.2020/3/29麦氏常数•麦氏常数：用x’、y’、z’、u’、s’表示，分别代表了极性分子间存在着的静电力（偶极定向力）；极性与非极性分子间存在着的诱导力；非极性分子间的色散力；氢键等。•也可以用五个数的总和来表示固定相的极性大小，如：β，β’—氧二丙睛五个常数的总和为4427，是强极性固定相。2020/3/29固定液名称商品牌号使用温度（最高）℃溶剂相对极性麦氏常数总和分析对象（参考）1、角鲨烷（异三十烷）SQ150乙醚00烃类及非极性化合物2、阿皮松LAPL300苯—143非极性和弱极性各类高沸点有机化合物3、硅油OV-101350丙酮+1229各类高沸点弱极性有机化合物，如芳烃4、苯基10%甲基聚硅氧烷OV-3350甲苯+14235、苯基（20%）甲基聚硅氧烷OV-7350甲苯+25926、苯基（50%）甲基聚硅氧烷OV-17300甲苯+28277、苯基（60%）甲基聚硅氧烷OV-22350甲苯+210758、邻苯二甲酸二壬酯DNP130乙醚+29、三氟丙基甲基聚硅氧烷OV-210250氯仿+2150010、氰丙基（25%）苯基（25%）甲基聚硅氧烷OV-225250+3181311、聚乙二醇PEG20M250乙醇氢键2308醇、醛酮、脂肪酸、酯等极性化合物12、丁二酸二乙二醇聚酯DEGS225氯仿氢键34302020/3/29固定液2020/3/29固定液2020/3/29固定液选择的基本原则----相似相溶----选择与试样性质相近的固定相。2020/3/29固定液的选择•分离非极性组分，一般选用非极性固定液。这时试样中各组分按沸点次序流出色谱柱。低沸点组分先出峰•例如用角鲨烷作固定液分离甲烷（沸点一161.5℃）、乙烷（沸点一88.6℃），丙烷（沸点一47℃）时。沸点较低的甲烷先出峰，沸点较高的丙烷则最后出峰。2020/3/29固定液的选择•分离极性组分，选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。•如用极性固定液聚乙二醇一600分析乙醛、丙烯醛混合物时，由于乙醛的极性较丙烯醛小，所以乙醛较丙烯醛先出峰。2020/3/29固定液的选择•分离非极性和极性的（或易被极化的）混合物，一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极化的）组分后出峰。•例如苯和环己烷的沸点相差不到1℃‘，用非极性固定液很难使之分离，但若用中等极性的邻苯二申酸二壬酯作固定液，苯的保留时间是环己烷的1.5倍；若选用强极性的B，B’一氧二丙睛作固定液，苯的保留时间是环己烷的6.3倍，很容易分离。2020/3/29固定液的选择•对于能形成氢键的组分，如醇、胺和水等的分离，一般选择极性的或氢键型的固定液。这时试样中各组分根据与固定液形成氢键能力钓天小先后流出。不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的最后流出。2020/3/29固定液的选择•对于复杂的难分离的组分，常采用样殊的固定液或两种甚至两种以上的固定液，配成混合固定液。•例如苯系物的分离，苯系物指苯、甲苯、乙苯、二甲苯（包括对一、间一、邻一异构体）乃至异丙苯、三甲苯等，使用有机皂土固定液，能使间位和对位的二甲苯分开，但不能使乙苯和对二甲苯分开。若使用有机皂土配入适量邻苯二甲酸二壬酯的混合固定液，即