色谱法原理及应用

2020/11/21气相色谱原理及应用2020/11/21色谱定性、定量分析方法色谱法概述气相色谱仪器及操作2020/11/21一、色谱法的特点1.概述俄国植物学家茨维特在1903年使用的装置：色谱原型装置，如图。色谱法是一种分离技术。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。色谱法概述2020/11/21色谱法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2020/11/212.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1952年James和Martin发表了从理论到实践比较完整的气液色谱方法，因而获得了1952年的诺贝尔化学奖。2020/11/21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。2020/11/21其他色谱方法薄层色谱和纸色谱：比较简单的色谱方法超临界色谱: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。2020/11/213.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(10-6)级甚至ng/g(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。2020/11/21二、气相色谱分离过程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；气液色谱的分离机理：气液两相间的反复多次分配过程。2020/11/21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K2020/11/21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；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K2020/11/21三、气相色谱流出曲线1.基线：无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。2.保留值（1）时间表示的保留值保留时间（tR）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间死时间（tM）：不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间。调整保留时间（tR＇）：tR＇=tR－tM（2）用体积表示的保留值保留体积（VR）：VR=tR×F0死体积（VM）：VM=tM×F0调整保留体积（VR＇）：VR＇=VR－VM2020/11/213.相对保留值ri,s组分2与组分1调整保留值之比：ri,s=t’R2/t’R1=V’R2/V’R1相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。四、容量因子与分配系数分配系数K：组分在两相间的浓度比；容量因子k：平衡时，组分在各相中总的质量比；k=MS/MmMS为组分在固定相中的质量，Mm为组分在流动相中的质量。2020/11/21KVVccVVMVVMMMkmSmsmmSSSSmS式中β为相比。填充柱：6～35；毛细管柱：50～1500容量因子越大，保留时间越长。可由保留时间计算出容量因子，两者有以下关系：MRMMRtttttk'容量因子k与分配系数K的关系为：2020/11/21色谱定性、定量分析方法一、色谱定性鉴定方法二、色谱定量分析方法2020/11/21一、色谱定性鉴定方法1.利用保留值定性：基本依据是两个相同的物质在相同的色谱条件下应该有相同的保留值。但是，相反的结论却不成立，即在相同的色谱条件下，具有相同的保留值的两个物质不一定是同一个物质。（1）利用已知物直接对照进行定性分析要求:载气的流速，载气的温度和柱温度一定要恒定。载气流速的微小波动，载气温度和柱温度的微小变化，都会使保留值（R）改变，从而对定性结果产生影响。2020/11/212020/11/21（2）用相对保留值定性:相对保留值只受柱温和固定相性质的影响，而柱长，固定相的填充情况（即固定相的紧密情况）和载气的流速均不影响相对保留值。因此在柱温和固定相一定时，相对保留值为定值，可作为定性的较可靠参数。ri,s=t’R2/t’R1=V’R2/V’R12020/11/21（3）用已知物增加峰高法定性:在得到未知样品的色谱图后，在未知样品中加入一定量的已知纯物质，然后在同样的色谱条件下，作已加纯物质的未知样品的色谱图。对比两张色谱图，哪个峰加高了，则该峰就是加入的已知纯物质的色谱峰。2020/11/212.利用文献值对照进行定性分析保留指数：又称Kovats指数（Ⅰ），是一种重现性较好的定性参数。测定方法：将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为分子中碳原子个数乘以100（如正己烷的保留指数为600）。其它物质的保留指数（IX）是通过选定两个相邻的正构烷烃，其分别具有Z和Z＋1个碳原子。被测物质X的调整保留时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值之间如图所示：2020/11/21保留指数计算方法)lglglglg(')(')(')(')(')(')(')(ZttttItttZRZRZRXRXZRXRZR111002020/11/213．利用保留值规律进行定性分析将已知物直接对照定性与保留值规律定性结合，则可以大大提高定性分析结果的准确度。（1）双柱定性出峰顺序：非极性柱：按沸点从低到高顺序出峰。极性柱：按极性从低到高顺序出峰。2020/11/21（2）碳数规律定性同系物间，在一定温度下，调整保留值的对数与该分子的碳数成线性关系，即2020/11/214、影响保留值测定准确性的因素1．死时间的影响及计算方法2．载体吸附作用的影响3．进样量的影响4．载气纯度的影响（1）载气中水分对保留值的影响（2）载气中含氧量对保留值的影响5．固定液纯度的影响2020/11/215.联机的定性方法色谱-质谱联用仪（GC-MS；LC-MS）色谱-红外光谱联用仪；组分的结构鉴定SampleSample58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBAABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometer(MS)SeparationIdentificationBACD2020/11/21二、色谱定量分析方法1、定量分析的基本公式2、定量校正因子的测定⑴绝对校正因子2020/11/21⑵相对校正因子相对校正因子（f）是某物质（fi）与基准物质（fs）的绝对校正因子之比，即：2020/11/21（3）．校正因子的实验测量方法①准确称取：色谱纯（或已知准确含量）的被测组分和基准质。②准确浓度：配制成已知浓度的样品。③准确体积：准确体积样品进样。2020/11/213.常用的几种定量方法（1）归一化法：100100121niiiiiniiAfAfmmmmc)(%''特点及要求：①归一化法简便、准确；②进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；③仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。④归一化法主要用于GC的定量测定。2020/11/21（2）标准曲线法特点及要求：①外标法不使用校正因子，准确性较高;②操作条件变化对结果准确性影响较大;③对进样量的准确性要求较高，适用于大批量试样的快速分析。2020/11/21（3）内标法SsiisiSsiisiAfAfmmAfAfmm'''';内标物要满足以下要求：（1）试样中不含有该物质；（2）与被测组分性质比较接近；（3）不与试样发生化学反应；（4）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。2020/11/21（4）标准加入法2020/11/21举例：分析白菜中六六六的残留量，用外标法。步骤：1.样品前处理：取200g白菜粉碎，加入50ml丙酮，在震荡器上震荡20分钟过滤，滤液用100ml正己烷萃取三次，合并正己烷层，将其浓缩10ml，待测。2.配制标准系列溶液：准确称0.1000g标准物，用正己烷定容至50ml（母液）。3.分别取1ml、2ml、3ml、4ml、5ml母液用正己烷稀释至10ml。分别取1ul标准溶液进色谱分析，绘制标准曲线，其结果如下：浓度：0.2mg/ml0.4mg/ml0.6mg/ml0.8mg/ml1.0mg/ml0.20.40.60.81.0406080100120YAxisTitleXAxisTitleB2020/11/214.取1ul样品进色谱分析，计算A，其结果为70mm25.在标准曲线上查得所进溶液的浓度为0.5mg/ml6.计算原样的含量：10ml正己烷中六六六的质量：0.5×10=5mg白菜的含量：5200×103×100%=0.0025%=25ppm=0.025mg/g2020/11/21气相色谱仪器及操作2020/11/212020/11/21安捷伦7890N气相色谱仪安捷伦6890-5973气质联用仪2020/11/211.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。一、气相色谱流程2020/11/21二、气路系统1、气源⑴高压钢瓶或气体发生器⑵气体净化装置分子筛：置于马福炉内加热到400-600℃，活化4-6h。硅胶：当颜色变红时，就要重新活化。方法在烘箱中140℃左右加热2h即可。2、气路控制系统2020/11/213、电子气路控制EPC是20世纪90年代初出现的新技术，首先由惠普公司，即现在的安捷伦科技公司推出。岛津公司：高级气流控制，瓦里安公司：电子流量控制，PE公司：可编程气路控制。实际上都是采用电子压力传感器和电子流量控制器，通过计算机来实现压力和流量的自动控制。2020/11/21三、进样系统1、进样口技术指标⑴操作温度范围一般仪器的最高汽化温度为350-420℃，有的可达450℃。⑵载气压力和流量设定范围压力范围：0～100psi，流量范围：0～200ml/min之间。⑶死体积常见汽化室的死体积为0.2～1ml。2020/11/21（4）惰性汽化室内壁应具有足够的惰性，不对样品发生吸附作用或化学反应，也不能对样品的分解有催化作用2020/11/21（5）隔垫吹扫功能进样隔垫一般为硅橡胶材料制成，其中不可避免地含有一些残留溶剂和/或低分子齐聚物。再则，由于汽化室高温的影响，硅橡胶会发生部分降解。这些残留溶剂和降解产物如果进入色谱柱，就可能出现“鬼峰”（即不是样品本身的峰），影响分析。隔垫