1、,第二章 氣相色譜分析 Gas Chromatography，GC,氣相色譜儀1,氣相色譜儀2,一、分類 按流動相物態分：氣相色譜、液相色譜,第一節 氣相色譜法概述,按 系 統 特 征 分：柱色譜、薄層色譜、 紙色譜,按 分 離 原 理 分： 吸附色譜、分配色 譜、 離子交換色譜、凝膠色譜,1-載氣鋼瓶；2-減壓閥；3-凈化干燥管；4-針形閥；5-流 量計;6-壓力表；7-進樣器;8-色譜柱;9-熱導檢測器；10- 放大器；11-溫度控制器；12-記錄儀；,二、氣相色譜流程,待測物樣品被蒸發為氣體并注入到色譜分離柱柱頂，以惰性氣體（指不與待測物反應的氣體，只起運載蒸汽樣品的作用，也稱載氣）將待

2、測物樣品蒸汽帶入柱內分離。,三、分離過程,四、氣相色譜的組成,1. 載氣系統：包括氣源、凈化干燥管和載氣流 速控制； 2. 進樣系統：進樣器及氣化室； 3. 色譜柱：填充柱（填充固定相）或毛細管柱 （內壁涂有固定液）； 4. 檢測器：可連接各種檢測器，以熱導檢測器 或氫火焰檢測器最為常見； 5. 記錄系統：放大器、記錄儀或數據處理儀； 6. 溫度控制系統：柱室、氣化室的溫度控制。,第二節 氣相色譜分析理論基礎,一、分離原理 不同的物質在由兩相固定相和流動相構成的體系中，具有不同的分配系數。當兩相做相對運動時，這些物質也隨流動相一起運動，并在兩相間進行反復多次的分配。分配系數上有微小差別的物質在

3、移動速度上產生差別，從而使各組份達到分離。,二、分配系數、分配比與滯留因子,分配系數 組分在色譜柱內的固定相和流動相間發生的吸附、脫附或溶解、揮發的過程稱為分配過程。在一定溫度下，組分在兩相間分配達到平衡時的濃度（單位：g/mL）的比值，稱為分配系數，用K表示。,分配比 在一定溫度、壓力下，在兩相間達到分配平衡時，組分在兩相中的質量比，用k表示。 分配比越大，保留時間越長；分配比為零，保留時間為死時間。,滯留因子Rs 組分與載氣在色譜柱內的流速之比,三、塔板理論-柱分離效能指標,把色譜分離過程比擬作蒸餾工程，直接引用處理蒸餾過程的概念、理論和方法來處理色譜分離過程，即把連續的色譜過程看作許多小

4、段平衡過程的重復。,理論塔板假定,在一小段間隔（H）內，氣相平均組成和液相平均組成很快達到平衡； 載氣以脈動式進入色譜柱，且每次進氣為一個板體積； 試樣沿色譜柱方向縱向擴散忽略不計； 分配系數在各板上是常數。,色譜柱長：L 虛擬的塔板間距離：H 色譜柱理論塔板數：n 則三者的關系為： n = L / H 理論塔板數與色譜參數之間的關系為：,有效塔板數和有效塔板高度,單位柱長的塔板數越多，表明柱效越高。 用不同物質計算可得到不同的理論塔板數。 組分在tM時間內不參與柱內分配。需引入有效塔板數和有效塔板高度：,根據塔板理論得出的結論,（1）色譜柱的有效塔板數越多，表示組分在色譜柱內達到平衡的次數越

5、多，柱效越高，所得的色譜峰越窄，對分離有利 ; （2）如果兩組分在同一色譜柱上的分配系數相同，那么無論該色譜柱為它們提供的有效塔板數有多大，此兩組分仍無法分離; （3）由于不同物質在同一色譜柱上分配系數不同，所以同一色譜柱對不同物質的柱效能也不同，因此在用塔板數或塔板高度表示柱效能時，必須說明是對什么物質而言。,四、 分離度,塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質對的實際分離程度。即柱效為多大時，相鄰兩組份能夠被完全分離。 難分離物質對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因素； 區域寬度色譜過程的動力學因素。,色譜分離中的四種情況如圖所示：, 柱效較高，K

6、(分配系數)較大,完全分離； K 不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離； 柱效較低，K 較大,但分離的不好； K 小，柱效低，分離效果更差。,分離度的表達式：,R =0.8：兩峰的分離程度可達89%； R =1.0：分離程度98%； R =1.5：達99.7%（相鄰兩峰完全分離的標準）,令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），引入相對保留值和塔板數，可導出下式：,五、分離操作條件的選擇,載氣及其流速的選擇,塔板高度與載氣流速曲線,傳質阻力項是影響柱效的主要因素，流速，柱效,流速 ，柱效 ，由于流速對這兩項完全相反的作用，流速對柱效的總影響使得存在著一個最佳流速值，以塔

7、板高度H對應載氣流速u作圖，曲線最低點的流速即為最佳流速。,柱溫的選擇,柱溫是影響分離的最重要的因素。選擇柱溫主要是考慮樣品待測物沸點和對分離的要求。 柱溫通常要等于或略高于樣品的平均沸點(分析時間20-30min)；對寬沸程的樣品，應使用程序升溫方法。,固定液性質和用量 固定液量越大，所容許的進樣量越多，但色譜柱效能越低，分析時間越長。 擔體的性質和粒度 擔體表面積越大、表面和孔徑分布均勻，固定液涂覆均勻，液相傳質越快，柱效較高； 擔體粒度太細，阻力增加，對操作不利。,氣化溫度 氣化溫度越高對分離越有利； 一般選擇比柱溫高3070。,進樣時間和進樣量 一般在1秒內完成，越快越好；進樣時間長，

8、會導致色譜峰變寬； 進樣量適當；進樣太多，峰疊在一起，分離不好；進樣太少，檢測器靈敏度不夠，不能出峰。,第三節 固定相及其選擇,一、氣固色譜固定相固體吸附劑 該類型色譜柱是利用其中固體吸附劑對不同物質的吸附能力差別進行分離。主要用于分離小分子量的永久氣體及烴類。,1. 常用固體吸附劑：硅膠(強極性)、氧化鋁(弱極性)、活性炭(非極性)、分子篩(極性，篩孔大小) 2. 人工合成固體吸附劑：高分子多孔微球(GDX)：人工合成的多孔聚合物，其孔徑大小可以人為控制。可在活化后直接用于分離。,二、氣液色譜固定相載體+固定液,氣液色譜固定相由載體和固定液構成：載體為固定液提供大的惰性表面，以承擔固定液，使

9、其形成薄而勻的液膜。,1.擔體 (也稱載體) 1） 對載體的要求： 多孔性、比表面積大； 表面是化學惰性的； 熱穩定性、有一定的機械強度； 粒度均勻、細小。,2）載體類型：分為硅藻土型和非硅藻土型，前者又分為白色擔體和紅色擔體。,3）載體表面處理：硅藻土含有硅醇基(SiOH)、Al2O3、Fe等，也就是說，它具有活性而不完全化學惰性，需進行化學處理。其處理過程如下：,2. 固定液及其選擇 1）對固定液的要求 熱穩定性好、蒸汽壓低流失少； 化學穩定性好不與其它物質反應； 對試樣各組分有合適的溶解能力（分配系數K 適當）； 對各組分具有良好的選擇性。,2）固定液的組成 高沸點有機化合物 3）固定液的選擇