氣相色譜法

（GasChromatography）氣相色譜法(GC)1.2.色譜柱3.

儀器原理4.毛細管氣相色譜法6.定性與定量分析方法概述5.衍生化氣相色譜法1.1GC的分類

以氣體為流動相的色譜法GC

GC-MS

毛細管柱

填充柱

1.2GC分類

按固定相分類氣—固（GSC）吸附氣—液（GLC）分配按柱的類型分類

填充柱毛細管柱Ф4~6mm×L0.5~5mФ0.1~0.53mm×L10~100m1.2GC的一般流程(1)高效能：neff

可達103~106(2)高選擇性：特別復雜試樣

(3)高靈敏度：可以檢測10

11~10

13g物質(4)分析速度快、操作簡單：色譜操作及數據處理自動化

(5)

局限性：樣品需氣化，因此能直接用GC分析的有機物約20%，其他揮發性小的液、固體等需經過預處理后再分析1.3GC特點1.4GC的應用20%有機物（樣品需氣化）定性分析原料藥和制劑的鑒別定量分析樣品的含量測定有機溶劑殘留量的測定聯用技術：GC-MSGC-NMRGC-AEDGCColumn2色譜柱氣-液填充柱氣-固填充柱1232.1色譜柱固體固定相固定液載體(擔體)⑴對固定液的要求操作柱溫下呈液態（易于形成均勻液膜）操作條件下熱穩定性和化學穩定性好蒸氣壓要低（柱壽命長，檢測本底低）對樣品應有較好的溶解度及選擇性與試樣組分不發生化學反應2.1固定液GC氣-液填充柱——

高沸點的液體⑵固定液的分類

化學分類法

極性分類法2.1固定液烴類：烷烴，芳烴角鯊烷——標準的非極性固定液、阿皮松硅氧烷類（溫度系數小，蒸氣壓低，不易流失，用處多）：甲基硅氧烷：弱極性甲基硅油（n﹤400

）甲基硅油Ⅰ——2300C

甲基硅橡膠（n﹥400）SE30，OV1——3500C苯基硅氧烷：極性稍強（隨苯基↑，極性↑）甲基苯基硅油（n﹤400

）甲基苯基硅橡膠（n﹥400）：按苯基含量不同分低苯基硅橡膠SE52——含苯基5%，3500C

中苯基硅橡膠OV17——含苯基50%，3500C

高苯基硅橡膠OV25——含苯基75%，3500C氟烷基硅氧烷：中等極性氰基硅氧烷：強極性2.1固定液化學分類法醇類（氫鍵形固定液）

非聚合醇長鏈脂肪醇（十六碳醇）

聚合醇聚乙二醇（PEG-20M——2500C

）酯類：中強極性固定液

非聚酯類鄰苯二甲酸二壬酯（DNP）

聚酯類丁二酸二乙二醇聚酯（PDEGS或DEGS）2.1固定液化學分類法相對極性法（麥氏常數法）

2.1

固定液極性分類法

按相對極性分類，以極性最小的鯊魚烷極性規定為0，極性最大的β，β’-氧二丙腈極性為100，其余固定液與之比較，定出相對極性。方法：測出相對保留值常用固定液的相對級別：

+1弱極性；+2

.+3

.+4.

+5強極性

⑶固定液的選擇：按“相似相溶”原則選擇

被分離組分的極性或官能團與固定液相似按組分性質的主要差別選擇2.1固定液（1）按“相似相溶”原則選擇按極性相似原則選擇：固定液與被測組分極性“相似相溶”，K大，選擇性好

非極性組分——選非極性固定液（色散力）按沸點順序出柱，低沸點的先出柱；沸點接近時，極性較大的先流出

中等極性組分——選中等極性固定液（誘導力）基本按沸點順序出柱；

若沸點相同，則按極性順序，極性較強的后出柱

強極性組分——選極性固定液（靜電力）按極性順序出柱，極性強的后出柱2.1固定液按化學官能團相似選擇：固定液與被測組分化學官能團相似，作用力強，選擇性高

酯類

——選酯類或聚酯固定液

醇類

——選醇類或聚乙二醇固定液可用混合固定液提高分離效率（1）按“相似相溶”原則選擇（2）按組分性質的主要差別選擇

組分的沸點差別為主——選非極性固定液按沸點高低，沸點低的先出柱

組分的極性差別為主——選極性固定液按極性強弱，極性弱的先出柱

例樣品中含苯，環己烷，選固定液

極性弱極非極沸點80.1℃80.7℃相近解：①非極性液體石蠟tR苯/tR環=0.73（未分開）②中極DNPtR苯/tR環=1.5（分得較好）③極性氧二丙腈tR苯/tR環=6.3（分得更開，環己烷先出柱）

固體支持物，又稱擔體，起承載固定液的作用⑴對載體的要求

比表面積大（多涂漬固定液）無吸附性（不吸附被測組分）化學惰性（不與固定液發生化學反應）熱穩定性好一定的機械強度2.2載體⑵載體的分類硅藻土類（由天然硅藻土煅燒而成）：具有一定粒度的多孔性固體微粒紅色：吸附力強，與非極性物質配伍白色：吸附力弱，與極性物質配伍非硅藻土類（高分子小球）：

玻璃微球，石英微球，氟塑載體，含氟化合物2.2載體硅藻土型：

紅色擔體白色擔體

Fe2O3

淡紅色Fe+Na2CO3孔徑1μm8-9μm機械強度大小比表面積4.0m2/g1.0m2/g化學活性較強較弱常用固定液非極性極性分離對象弱極性物質極性物質2.2

載體2.2載體⑶載體的表面處理——鈍化，減弱吸附性

酸洗：除去表面金屬化合物，用于分析酸類和酯類

堿洗：用于分析胺類等堿性化合物

硅烷化：除去表面硅醇基，用于形成氫鍵能力較強的化合物活性炭：有較大的比表面積，吸附性較強。氧化鋁：有較大的極性。適用于常溫下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等氣體的相互分離。CO2能被活性氧化鋁強烈吸附而不能用這種固定相進行分析。硅膠：與活性氧化鋁大致相同的分離性能，除能分析上述物質外，還能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能夠分離臭氧。2.3固體固定相⑶

GDX

人工合成的新型的有機合成固定相（苯乙烯與二乙烯苯共聚）。用于水、醇、有機溶劑殘留的測定型號：GDX-01、-02、-03等特點：具較大比表面，峰形正常峰柱壽命長，無流失。疏水性強，耐腐蝕，熱穩定性好（200-300℃）分離性能好

⑷化學鍵合相：

將固定液的官能團用化學鍵結合在載體表面，具分配吸附兩種性能，新型的氣相色譜固定相，具分配、吸附兩種作用，柱效高，分離效果好，但價格貴。

一般程序：固定液涂漬----固定相老化----裝柱（老化）⑴

涂漬：稱固定液溶于有機溶劑，將擔體倒入，均勻攪拌，通風揮溶劑⑵老化：目的：除去殘余溶劑，促進固定液涂漬均勻靜態老化(烘箱)動態老化(聯機)⑶柱的清洗與填充：不銹鋼管處理：5%NaOH

清洗，再用水洗至中性;或NaOH

洗，水洗，酸洗，再水洗至中性，醇洗，醚洗，烘干待裝。填充：抽氣減壓填充

2.4

柱的制備3.儀器原理3.1氣路載氣：氮氣、氫氣、氦氣燃燒氣：氫氣助燃氣：空氣3.1氣路

3.2進樣器氣化室微量注射器要求：樣品瞬時氣化影響因素：溶劑、濃度、體積、進樣速度、溫度等

氣化室結構示意圖1.散熱片；2.襯管;3.加熱器;4.載氣入口;5.接色譜柱3.3柱溫箱

良好的柱溫控制根據被測試樣(主要參考沸點)設定柱溫。最高柱溫應低于固定液最高使用溫度20-50℃,防止固定液流失。(1)恒溫操作常用于某一個或幾個組分的分析。分析周期內柱溫保持在某一恒定溫度。在保證被測組分充分分離的前提下，盡量設定較高柱溫,縮短分析時間。(2)程序升溫用于組分沸點范圍很寬的試樣。所謂程序升溫,是指每一個分析周期內柱溫連續由低溫向高溫有規律變化。柱溫變化由操作者根據試樣具體情況設計，可以是線性變化(一種升溫速度),也可是非線性的(在不同時間段按不同升溫速度)變化。

3.4檢測器

色譜儀的關鍵部件之一，種類較多，原理和結構各異。濃度型檢測器：

測量的是載氣中通過檢測器組分濃度瞬間的變化，檢測信號值與組分的濃度成正比。質量型檢測器：

測量的是載氣中某組分進入檢測器的速度變化，即檢測信號值與單位時間內進入檢測器組分的質量成正比。

熱導檢測器（thermalconductivitydetector；TCD）氫焰離子化檢測器（hydrogenflameionizationdetector；FID）電子捕獲檢測器（electroncapturedetector；ECD）檢測器的性能指標濃度型信號強度與進入檢測器的載氣中的組分的濃度成正比將流出色譜柱的被測組分的濃度或量的變化，轉變為電信號的變化的裝置3.4

檢測器GCDetector質量型信號強度與單位時間進入檢測器的組分的質量成正比⑴熱導池(TCD)

優點：通用型，應用廣泛結構簡單穩定性好線性范圍寬不破壞組分，可重新收集制備價格便宜

缺點：靈敏度不高，噪音大；

3.4

檢測器濃度型檢測器結構

惠斯通電橋測量臂——接在色譜柱后通樣品氣體+載氣，電阻為R1參比臂——接在色譜柱前只通載氣，電阻R2兩個等阻值電阻R3=R4

檢測原理：依據組分與載氣的熱導率差別進行檢測

①進樣前：兩臂均通載氣時②

進樣后：測量臂R1通樣品氣體+載氣參比臂R2通載氣時

λ樣>λ載

倒峰λ樣<λ載

正峰λ樣=λ載

無信號

電橋平衡時走基線，（因兩臂載氣流速一樣，λ一樣）進樣后，兩臂不平衡，則有電信號被檢測

操作條件選擇和注意事項：進樣量一定時，峰面積A與載氣流速成正比流速應恒定He較為理想，但價格貴

H2一般可得較好結果載氣不通載氣，不能加橋流（否則熱敏元件燒壞）靈敏度夠用時，盡量選用低橋流（保護熱敏元件）檢測器溫度>柱溫度（防檢測器污染）濃度型信號強度與進入檢測器的載氣中的組分的濃度成正比GCDetector質量型信號強度與單位時間進入檢測器的組分的質量成正比熱導檢測器TCD氫焰離子化檢測器FID3.4檢測器質量型檢測器優點：專屬型檢測器（只能測含C有機物）靈敏度高（>TCD）響應快線性范圍寬缺點：燃燒會破壞離子原形，無法回收（制備純物質，不采用）

⑵氫火焰離子化檢測器(FID)氫焰檢測器構造示意圖1．收集極2．極化環3．氫火焰4．點火線圈5．微電流放大器6．衰減器7．記錄器

結構檢測原理和離子化機理檢測原理：利用組分在氫焰中產生離子流進行檢測離子化機理：化學電離理論氫焰→自由基→正離子

只能測含C有機化合物（熱導無此限制）離子流強度與組分的質量有關，測離子流強度可以定量化學電離

氫焰中燃燒有機物

離子流在電場的作用下定向流動被檢測①載氣的選擇：載氣——N2燃氣——H2一般：N2:H2:Air=1:1:10助燃氣——空氣②質量型檢測器，h∝u以峰高h

定量時，應保持u

恒定以峰面積A定量時，取決于單位時間引入檢測器的質量，與u無關③長久使用時，氣路要潔凈。（否則基線波動）④）使用溫度：檢測器T>柱T

30~500C（防止凝結）

操作條件選擇和注意事項

⑶檢測器的主要性能指標①噪聲與漂移無樣品時基線的信號對原點產生的偏離檢測器的噪音和檢測限示意圖②靈敏度

在一定范圍內，進入檢測器的物質質量對響應信號的變化率《》單位：mＶ/（mg/mL）；（濃度型檢測器）

mＶ/（g/s）；（質量型檢測器）

濃度型檢測器的靈敏度（Sc）3.

檢測器性能指標質量型檢測器的靈敏度（Sm）4.3.1

GC檢測器性能指標——靈敏度用A定量時，與C3無關③線性與線性范圍：檢測器內載氣中組分濃度與響應信號成正比的關系。檢測器的線性范圍定義為：被測物質的量與檢測器響應成線性關系的范圍，表示為最大允許進樣量與最小進樣量的比。

④檢測限（最小檢測量）

噪聲水平決定著能被檢測到的濃度（或質量）。檢測器響應值為2倍噪聲水平時的試樣濃度（或質量），被定義為檢測限（或該物質的最小檢測量）。

D=2N/S

質量型檢測器濃度型檢測器3.檢測器性能指標——檢測限3.5數據處理手工數字積分儀

微機+專用軟件

（自學）⑴峰面積的測定⑵數據記錄及處理色譜工作站色譜工作站參數:(1)斜率(slope)也稱為色譜峰測定靈敏度，決定了峰面積積分的起點和終點。

(2)半峰寬(peakwidthathalf-height)指設定的最窄色譜峰的峰高一半的寬度，單位為s(秒)。

(3)最小峰面積(minimumpeakarea)指設定的色譜峰面積積分值的最小值。也是用于控制數據處理報告中峰數量的參數，小于最小峰面積值的色譜峰不出現在報告中。(4)鎖定時間和停止時間(locktimeandstoptime)鎖定時間是指啟動色譜數據處理系統后只記錄圖譜不收集數據的時間段。停止時間是指色譜數據處理系統啟動到停止收集數據的時間。3.5數據處理(5)漂移(drift)用以補償基線漂移的參數。基線漂移對峰面積積分值的影響a.漂移設定過小b.漂移設定合適c.漂移設定過大（a）（b）（c）色譜柱溫度載氣&流速進樣3.6實驗條件的選擇（1）色譜柱的選擇固定液

①按“相似相溶”原則：極性相似或官能團相似②按組分性質主要差別：沸點相差大的選非極性固定液沸點相差小的選極性固定液③柱溫<固定液最高使用溫度——防止固定液流失3.6實驗條件的選擇載體種類，粒度，分布固定液配比的選擇：高沸點組分→比表面積小的載體低固定液配比（1%~3%），低柱溫低沸點組分→高固定液配比（5%~25%）加大k值，達到良好分離難分離組分→毛細管柱3.6實驗條件的選擇柱長的選擇注：根據

Rs

>1.5選擇L，一般0.5～5m；常用1～3m

3.6實驗條件的選擇⑵柱溫的選擇原則：①在能保證R的前提下，盡量使用低柱溫，但應保證適宜的tR

及峰不拖尾，減小檢測本底②根據樣品沸點情況選擇合適柱溫，柱溫應低于組分沸點50~1000C；但分離高沸點樣品（300~400℃），柱溫可比沸點低約100℃～150℃。③寬沸程樣品應采用程序升溫3.6實驗條件的選擇續前程序升溫好處：改善分離效果縮短分析周期改善峰形提高檢測靈敏度3.6實驗條件的選擇3.6實驗條件的選擇

⑶其他條件的選擇

載氣與流速的選擇應同時考慮對柱效和分析時間的影響3.6實驗條件的選擇載氣：

①種類：TCD選H2（He好，但價格貴）

FID選N2

②載氣線速度：

H=A+B/u+Cu由范氏方程：

u

大應考慮如何降低Cu

小應考慮如何降低B最佳線速度時，板高H最小，但往往使用的最佳線速度大于圖中所示u佳，即實際應用時，損失板高10-15%

3.6實驗條件的選擇

氣化室溫度

——一般稍高于樣品沸點，允許有一定范圍

檢測室溫度

——應高于柱溫30~500C進樣量——盡量小，靈敏度足夠，避免峰變形拖尾

3.6實驗條件的選擇4.毛細管氣相色譜法簡介

1957年M.J.E.Golay(美國)在氣相色譜中首次使用毛細管柱,發展了毛細管氣相色譜法(capillarygaschromatography);又稱為高分辨氣相色譜法(highresolutioncapillarygaschromatography,HPGC)。特點：柱效高分析速度快柱容量小易實現GC/MS聯用應用范圍廣4.1毛細管氣相色譜法的特點

高柱效、高靈敏度、可使用較高溫度，易于聯用應用廣泛4.1毛細管氣相色譜法的特點(1)柱滲透性好氣阻比填充柱小得多，所以可采用長柱和較小內徑的柱,以及較高的載氣流速。(2)柱效高①無渦流擴散;②采用較薄的固定液膜減少了傳質阻力;③可以采用長柱，一般為10～100m。(3)使用溫度較高，固定相流失小;有利于沸點較高的化合物的分析;有利于提高分析的靈敏度,程序升溫基線也較平穩。(4)柱容量小柱內徑小，固定液膜薄,最大允許進樣量很小(5)利于實現色譜-質譜聯用4.2毛細管柱速率方程

基于vanDeemter方程，1958年Goly提出影響開管柱色譜峰擴張的主要因素是：縱向分子擴散、流動相傳質阻力、固定相傳質阻力，從而導出開管柱的速率理論方程。其簡式為

H=B/u+Cu

式中,H─理論塔板高度(cm);B、C─二常數,其單位分別為cm2/s及s;u─載氣線速度(cm/s)。4.3毛細管氣相色譜儀簡介⑴進樣器圖分流/不分流進樣器⑵毛細管柱開管型毛細管柱：柱內徑為0.1~0.5mm。涂壁毛細管柱(WCOT)和載體涂層毛細管柱(SCOT)。WCOT是將固定液直接涂在玻璃或金屬毛細管內壁上而制成。涂層厚度通常為0.3μm~1.5μm，固定液易流失，柱壽命短。SCOT是在毛細管內壁粘上一層載體，然后再將固定液涂在載體上而制成。載體涂層毛細管柱克服了涂壁毛細管柱的上述缺點，是目前應用最廣泛的毛細管色譜柱。近年來出現的交聯彈性石英毛細管柱是將固定液交聯聚合在毛細管內，減少了固定液流失，柱壽命長，是當前最佳的SCOT柱。填充型毛細管柱將載體、吸附劑等松散地裝入玻璃管中，然后拉制成毛細管就構成了填充型毛細管柱。一般柱內徑≤1.0mm，填料粒度與內徑的比值為0.2~0.3。與普通填充柱相比，具有分析速度快，柱效高等優點。⑶檢測器可使用填充柱氣相色譜的各種檢測器進行。注意:①尾吹氣的類型與流速,②死體積。由于毛細管柱柱流量小，必須采用尾吹氣。所謂尾吹(makeup)是在檢測器中近毛細管柱出口處增加一個氣體流路,以幫助色譜柱流出的氣體快速流經檢測器。尾吹的作用既可保證進入電離室氮氣量與氫氣量的比例,又可減少檢測器死體積對組分分離度的影響。高柱效、高靈敏度、可使用較高溫度，易于聯用,應用廣泛。5.衍生化氣相色譜法

通過化學反應的方法將組分轉變成另一種化合物（稱為衍生物）再用氣相色譜法分析，這種方法稱為衍生化氣相色譜法。優點：

(1)擴大了應用范圍分析揮發性過低、極性太強或熱穩定性差的樣品；例如不易揮發的氨基酸、糖類等化合物

(2)改善分離，并可能使拖尾峰獲得較對稱的色譜峰。

(3)改善定量效果，可提高測定靈敏度

(4)除去樣品中某些雜質不能成為衍生物6.定性與定量分析方法GCSeparation定性分析定量分析⑴利用保留值定性已知對照物定性：定性專屬性差

注：不同組分如在某一色譜條件下保留值相同，應更改色譜柱再檢測，初步推算是否為一個純物質峰應用相對保留值定性應用保留指數定性6.1定性分析⑵利用化學反應定性

收集柱后組分，官能團反應，定性鑒別（離線）

⑶利用兩譜聯用定性：GC-MS，GC-FTIR（在線）6.1定性分析聯用技術：氣-質聯機GC-MS：同時得到色譜與光譜氣-紅外聯機GC-IR6.1定性分析123定量方法峰面積的測量定量校正因子6.2定量分析以峰高或峰面積定量②非正常峰（不對稱峰）

①對于正常峰

自動積分儀或色譜工作站

直接給出A，h，W1/2注：當色譜條件一定時，在一定進樣量范圍內（不超載），

W1/2與進樣量無關⑴峰面積的測量①絕對校正因子⑵定量校正因子同一臺儀器，不同組分不同。因進樣量少，很難求出準確f前提：相同量的同種物質對于不同檢測器響應不同相同量的不同物質對于同一檢測器響應不同不可以直接用mi(或ci）定量

mi

—進入檢測器中的物質的量或質量

—絕對校正因子（與組分性質、儀器靈敏度有關）②相對校正因子⑵定量校正因子被測物質單位峰面積所相當物質的量，相當于基準物質單位峰面積量的倍數相對質量校正因子式中,下標i和s─分別代表組分與基準物;m─質量;A─峰面積。相對物質的量校正因子

式中,M─相對分子質量;其它符號同上。③注意事項：相對校正因子與待測物、基準物和檢測器類型有關與操作條件（進樣量）無關基準物：TCD→苯；FID→正庚烷（附表Ⅷ）以氫氣和氦氣作載氣測的校正因子可通用以氮氣作載氣測的校正因子與兩者差別大⑵定量校正因子⑶定量方法歸一化法外標法內標法內標對比法

6.2定量分析法①歸一化法前提：試樣中所有組分都產生信號并能檢出色譜峰依據：組分含量與峰面積成正比⑶定量方法

優點：簡便，準確定量結果與進樣量、重復性無關（前提→柱子不超載）

色譜條件略有變化對結果幾乎無影響缺點：所有組分必須在一個分析周期內全部流出檢測器對所有組分都產生信號必須已知所有組分的校正因子不適合微量組分的測定②外標法：以待測組分純品為對照物，與試樣中待測組分的響應信號相比較進行定量的方法工作曲線法：

純品→工作曲線，同體積樣品與之比較

前提：進入檢測器樣品量與峰面積成正比外標一點法：一種濃度對照物對比樣品中待測組分含量

前提：截距為0，對照品濃度與待測組分濃度接近外標兩點法：

前提：選取兩點對照品的濃度，需涵蓋待測濃度圖示②外標法外標法特點：

1）簡單，不需要校正因子，不需要所有組分出峰

2）結果受進樣量、進樣重復性和操作條件影響大→每次進樣量應一致，否則產生誤差6.2.3定量方法Ⅱ——外標法③內標法

定義：無待測物純品，加入樣品中不含的對照物，

以待測組分和對照物的響應信號對比定量對內標物要求：內標物須為原樣品中不含的組分內標物與待測物保留時間應接近且Rs

>1.5內標物為高純度標準物質，或含量已知物質加入量應接近被測組分

優點：進樣量不超量時，重復性