第十三章色譜分析法“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材第一節(jié)

概述第二節(jié)氣相色譜法理論基礎(chǔ)第三節(jié)氣相色譜固定相及其選擇第四節(jié)氣相色譜分離條件的選擇第五節(jié)氣相色譜檢測器第六節(jié)氣相色譜分析方法第七節(jié)高效液相色譜分析法簡介第八節(jié)色譜分析法的應(yīng)用實例第十三章色譜分析法茨維特實驗固定相——CaCO3顆粒流動相——石油醚

色帶第一節(jié)色譜分析法一、色譜分析法的分類（1）兩相的狀態(tài)分類（2）固定相的形式分類（3）分離原理分類二、氣相色譜的分析流程圖13-2氣相色譜流程圖1.高壓載氣瓶；2.壓力調(diào)節(jié)器（a.瓶壓，b.輸出壓）3.凈化器；4.氣流調(diào)節(jié)閥

5.氣化室；6.檢測器；7.柱溫箱與色譜柱；8.色譜工作站四、色譜分析法的特點（1）分離效能高（2）靈敏度高（3）分析速度快（4）應(yīng)用范圍廣一、色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語色譜流出曲線的意義：色譜峰數(shù)——樣品中單組份的最少個數(shù)；色譜保留值——定性依據(jù)；色譜峰高或面積——定量依據(jù)；色譜保留值或區(qū)域?qū)挾取V柱分離效能評價指標；色譜峰間距——固定相或流動相選擇是否合適的依據(jù)第二節(jié)氣相色譜法理論基礎(chǔ)基線

1．基線：操作條件穩(wěn)定后，無樣品通過時檢測器所反映的信號一時間曲線。它反映檢測器系統(tǒng)噪聲隨時間變化。穩(wěn)定的基線是一條直線。2．色譜峰：從被測組分開始進入檢測器至完全流出檢測器所形成的峰型部分稱色譜峰?；€與色譜峰組成了一個完整的色譜圖。色譜峰3．保留值

1、保留時間tR被測定組分從進樣開始到柱后出現(xiàn)峰極大值時所需的時間稱為保留時間。2、死時間tM不被固定相保留的組分從進樣開始到柱后出現(xiàn)峰極大值時所需的時間稱為死時間，由于組分不被固定相溶解或吸附，因此它的流速與流動相的流速相等。tM也可用下式來求得，即3、調(diào)整保留時間：某組份的保留時間扣除死時間后的保留時間，它是組份在固定相中的滯留時間。（4）相對保留值r21某組分2的調(diào)整保留時間與組分1的調(diào)整保留時間之比稱為相對保留值，存在下列關(guān)系相對保留值只與柱溫及固定相的性質(zhì)有關(guān)，與柱徑，柱長，填充情況及流動相流速無關(guān)。拐點寬度半峰寬Y1/2(3)峰底寬度(Peakwidth)Wb（5）區(qū)域?qū)挾葻崃W(xué)理論：塔板理論——平衡理論動力學(xué)理論：速率理論——Vander方程二、氣相色譜法的基本理論一、塔板理論

塔板模型：將一根色譜柱視為一個精餾塔，即色譜柱是由一系列連續(xù)的、相等的水平塔板組成。每一塊塔板的高度用H表示，稱為塔板高度。

塔板理論假設(shè)：在每一塊塔板上，溶質(zhì)在兩相間很快達到分配平衡，然后隨著流動相按一個一個塔板的方式向前轉(zhuǎn)移。對一根長為L的色譜柱，溶質(zhì)平衡的次數(shù)n稱為理論塔板數(shù)。塔板理論要點當(dāng)溶質(zhì)在柱中的平衡次數(shù)，即理論塔板數(shù)n大于50時，可得到基本對稱的峰形曲線。當(dāng)試樣進入色譜柱后，只要各組分在兩相間的分配系數(shù)有微小差異，經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡后，仍可獲得良好的分離。n與半峰寬度及峰底寬的關(guān)系式為：

有效塔板數(shù)和有效塔板高度單位柱長的塔板數(shù)越多，表明柱效越高。用不同物質(zhì)計算可得到不同的理論塔板數(shù)。常用有效塔板數(shù)n有效表示柱效：

二、速率理論

速率方程（也稱范.弟姆特方程式）

u為流動相線速度；A，B，C為常數(shù)A—分別表示渦流擴散系數(shù)；B—分子擴散系數(shù)；C—傳質(zhì)阻力系數(shù)（包括液相和固相傳質(zhì)阻力系數(shù)）減小A、B、C三項可提高柱效1．渦流擴散項

A=2λdp

dp：固定相的平均顆粒直徑λ：固定相的填充不均勻因子2．分子縱向擴散項

B=2νDgν

：彎曲因子，填充柱色譜，ν<1。Dg：組分分子在氣相中的擴散系數(shù)（cm2·s-1）3．傳質(zhì)阻力項

k為容量因子；Dg、Ds為擴散系數(shù)。三、分離度

1．色譜柱的總分離效能

(a)兩色譜峰距離近且峰形寬，彼此嚴重相重疊，柱效和選擇性都差；(b)雖能很好分離，但峰形很寬，表明選擇性好，但柱效低；(c)分離情況最為理想，既有良好的選擇性，又有高的柱效。

2.分離度(R)的表達式R值越大，表明兩組分的分離程度越高;R=1.0時，分離程度可達98％;R<1.0時兩峰有部分重疊;R=1.5時，分離程度達到99.7％;所以，通常用R=1.5作為相鄰兩色譜峰完全分離的指標。

R=1.5R=0.75R=1.0響應(yīng)信號保留時間t,min第三節(jié)氣相色譜固定相及其選擇一、氣-固色譜固定相（吸附劑）1.活性炭2.氧化鋁3.硅膠4.化學(xué)鍵固定相5.分子篩6.聚合物固定相二、氣-液色譜固定相固定液類型樣品類型適宜的硅藻土載體備注非極性非極性未處理過的載體

非極性極性酸、堿洗或經(jīng)硅烷化處理的載體當(dāng)樣品為酸性時最好選用酸洗載體，樣品為堿性時使用堿性載體極性或非極性，弱極性，固定液含量＜5%時極性及非極性硅烷化載體

弱極性極性及非極性酸洗載體

極性極性及非極性酸洗載體極性化學(xué)穩(wěn)定性低硅烷化載體對化學(xué)活性和極性特強的樣品，可選用聚四氟乙烯等特殊載體二、氣-液色譜固定相固定液最高使用溫度常用溶劑相對極性分析對象非極性十八烷室溫乙醚0低沸點碳氫化合物角鯊?fù)?20乙醚0少于8碳氫化合物阿匹松（300苯，氯仿+1各類高沸點有機化合物硅橡膠300丁醇：氯仿（+1各類高沸點有機化合物中性極性癸二酸二辛酯120甲醇、乙醚+2烴、醇、醛、酮、酸、酯等有機物鄰苯二甲酸二壬酯130甲醇、乙醚+2烴、醇、醛、酮、酸、酯等有機物磷酸三苯酯130苯、氯仿、乙醚+3烴類、酚類異構(gòu)物、鹵化物丁二酸二乙二醇酯200丙酮、氯仿+4

極性苯乙腈常溫甲醇+4鹵代烴，芳烴3，一起分離烷烯烴二甲基甲酰胺0氯仿+4低沸點碳氧化合物有機皂土200甲苯+4芳烴、特別二甲苯異構(gòu)體有高選擇性β′-<100甲醇、丙酮+5分離低級烴、芳烴、含氧有機物氫鍵型甘油70甲醇、乙醇+4醇和芳烴，對水有強滯留作用季戊四醇150氯仿：丁醇（+4醇、酯、芳烴聚乙醇100乙醇、氯仿+4極性化合物聚乙醇250乙醇、氯仿+4極性化合物三、聚合物固定相

聚合物固定相是近年來出現(xiàn)的一種較為理想的新型固定相。國內(nèi)的商品有GDX系列，國外類似的商品有以乙基苯乙烯與二乙烯苯為主題的Porapak系列和以苯乙烯與二乙烯苯為主體的Chromosorb系列。這類高分子多空微球特別適用于有機物中痕量水的分析，也可用于多元醇、脂肪酸、腈類、胺類的分離分析。第四節(jié)氣相色譜分離條件的選擇一、載氣及其線速率u的選擇1、載氣種類的選擇2、載氣線速度對的選擇二、柱溫的選擇三、柱長和柱內(nèi)徑的選擇四、進樣量和進樣時間的選擇五、汽化溫度的選擇檢測器：將色譜柱分離后的各組分按其特性及含量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電訊號。第5節(jié)氣相色譜檢測器檢測器分類1、根據(jù)檢測器的響應(yīng)原理，可將其分為濃度型和質(zhì)量型檢測器。2根據(jù)應(yīng)用范圍，分為通用型檢測器和選擇型檢測器通用型3、根據(jù)工作過程，分為破壞型檢測器和非破壞型檢測器常用的檢測器：熱導(dǎo)檢測器、氫火焰離子化檢測器、電子捕獲檢測器、火焰光度檢測器、氮磷檢測器，熱離子化檢測器。1、熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)

雙臂熱導(dǎo)池四臂熱導(dǎo)池一、熱導(dǎo)池檢測器（thermalconductivitydetector）TCD表示2、熱導(dǎo)池檢測的基本原理將電橋在未通入試樣與通入試樣后平衡性的差異（以電位差的形式來表現(xiàn)）記錄下來，得到色譜峰，反映待測物濃度。二、氫火焰離子化檢測器（flameionizationdetector）FID對含碳有機化合物有很高的靈敏度。適用于痕量有機物的分析。特點：結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、響應(yīng)塊、穩(wěn)定性好、死體積小、線性范圍寬。1、氫火焰檢測器的結(jié)構(gòu)

離子化室、火焰噴嘴、一對電極、外罩2、氫焰檢測器作用原機理A區(qū)：預(yù)熱區(qū)B層：點燃火焰C層：熱裂解區(qū)：溫度最高D層：反應(yīng)區(qū)(1)當(dāng)含有機物CnHm的載氣由噴嘴噴出進入火焰時，在C層發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)生自由基：

CnHm──→·CH(2)產(chǎn)生的自由基在D層火焰中與外面擴散進來的激發(fā)態(tài)原子氧或分子氧發(fā)生如下反應(yīng)：

·CH+O──→CHO++e(3)生成的正離子CHO+與火焰中大量水分子碰撞而發(fā)生分子離子反應(yīng)：

CHO++H2O──→H3O++CO(4)化學(xué)電離產(chǎn)生的正離子和電子在外加恒定直流電場的作用下分別向兩極定向運動而產(chǎn)生微電流（約10-6～10-14A）；(5)在一定范圍內(nèi)，微電流的大小與進入離子室的被測組分質(zhì)量成正比，所以氫焰檢測器是質(zhì)量型檢測器。(6)

組分在氫焰中的電離效率很低，大約五十萬分之一的碳原子被電離。(7)離子電流信號輸出到記錄儀，得到峰面積與組分質(zhì)量成正比的色譜流出曲線三、電子捕獲檢測器（electroncapturedetector）ECD它是一種具有選擇性，高靈敏度的濃度型檢測器。它對具有電負性的物質(zhì)（鹵素、硫、磷、氮、氧）有響應(yīng)，電負性越強，靈敏度越高。能檢測10-14g·mL-1物質(zhì)。工作原理：在富氫火焰中，含硫、磷的有機物燃燒后分別發(fā)出特征的藍紫色(波長為350~130nm，最大強度為394nm)和綠色光(波長為480~560nm，最大強度為526nm)，經(jīng)濾光片(對硫為394nm，對磷為526nm)濾光，再由光電倍增管測量特征光的強度變化，轉(zhuǎn)變成電信號，就可檢測硫或磷的含量。電子捕獲型檢測器結(jié)構(gòu)：四、火焰光度檢測器火焰光度檢測器是對含S、P化合物具有高選擇性和高靈敏度的檢測器。因此，也稱硫磷檢測器。主要用于SO2、H2S、硫醇、石油精餾物的含硫量、有機硫、有機磷的農(nóng)藥殘留物分析等?；衔镏辛?、磷在富氫火焰中被還原，激發(fā)后，輻射出400、550nm左右的光譜，可被檢測。特點：高靈敏度和高選擇性；對磷的響應(yīng)為線性；對硫的響應(yīng)為非線性。用于測含S，P化合物，信號約比C-H化合物大10000倍。用P濾光片時，P的響應(yīng)值/S的響應(yīng)值>20；用S濾光片時，S的響應(yīng)值/P的響應(yīng)值>10。檢測器結(jié)構(gòu)：火焰光度檢測器由火焰燃燒噴嘴和發(fā)光檢測系統(tǒng)兩部分組成，其結(jié)構(gòu)見圖13-8。工作原理：在富氫火焰中，含硫、磷的有機物燃燒后分別發(fā)出特征的藍紫色(波長為350~130nm，最大強度為394nm)和綠色光(波長為480~560nm，最大強度為526nm)，經(jīng)濾光片(對硫為394nm，對磷為526nm)濾光，再由光電倍增管測量特征光的強度變化，轉(zhuǎn)變成電信號，就可檢測硫或磷的含量。硫、磷的機理有差異，相互間有一定干擾，所以使用火焰光度檢測器測定硫和磷時，應(yīng)選用不同的濾光片和不同的火焰溫度。第六節(jié)氣相色譜分析方法色譜定性分析:確定色譜圖上每一個峰所代表的物質(zhì)。依據(jù):在色譜條件一定時，任何一種物質(zhì)都有確定的保留時間。方法:在相同色譜條件下，通過比較已知物和未知物的保留值或在固定相上的位置，即可確定未知物是何種物質(zhì)。方法的發(fā)展:色譜與質(zhì)譜或其它光譜法聯(lián)用，是目