《色谱分析法》课件.ppt

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1、色谱分析法(Chromatography),色谱分析法,色谱分析法概述气相色谱的固定相气相色谱仪器色谱的理论基础气相色谱分离条件的选择色谱定性、定量分析方法,历史,色谱法起源,1931年 库恩,奥地利化学家,胡萝卜素植物色素分离1940年 吸附色谱与电泳相结合1941年 分配色谱创立1952年 气相色谱法建立1968年 高效液相色谱法建立1975年后 离子色谱、超临界流色谱、高效毛细管电泳、场流动分级分离,色谱法发展历史,Tiselius,A.W.K.Martin,A.J.P.Synge,R.L.M.1948年 Nobel 化学奖 1952年 Nobel 化学奖 吸附色谱与电泳 分配色谱,色谱

2、法发展历史,色谱法概述,色谱法是一种物理化学分离方法，利用不同物质在两相（固定相和流动相）中具有不同的分配系数（或吸收系数，渗透性等），当两相做相对运动时，这种物质在两相中反复多次分配，从而使各物质得到完全的分离。,色谱法的分类,按流动相与固定相的分子聚集状态分类,气相色谱法,液相色谱法,超临界流体色谱法,气固色谱法,气液色谱法,液固色谱法,液液色谱法,按操作形式分类,柱色谱法,平面色谱法,纸色谱法,薄层色谱法,按分离机制分类,吸附色谱法分配色谱法离子交换色谱法空间排阻色谱法,色谱法简单分类,分类,色谱法分类,气相色谱(Gas chromatography)填充柱气相色谱（Packed col

3、umn gas chromatography)毛细管气相色谱(Capillary column gas chromatography)裂解气相色谱(Pyrolysis gas chromatography)顶空气相色谱(Headspace gas chromatography)气相质谱联用技术（Gas chromatography-Mass spectrometry),液相色谱(Liquid chromatography)高效液相色谱(High performance liquid chromatography)超临界流体色谱(Supercritical fluid chromatograph

4、y)高效毛细管电泳(High performance capillary electrophoresis)毛细管电色谱(Capillary electrochromatography)液相质谱联用技术（Liquid chromatography-Mass spectrometry,色谱法分类,平面色谱法（Planar chromatography）薄层色谱(Thin layer chromatography)薄层电泳色谱(Thin layer electrophoresis)纸色谱(Paper chromatography),色谱法分类,色谱法的特点,与其它分析方法相比，具有的优点：分离效能高

5、灵敏度高分析速度快应用范围广缺点：对未知物的定性比较困难解决方法：与其它分析方法联用（质谱、红外和电化学等）,气相色谱固定相,1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。,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

6、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。,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。,气液色谱固定相,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

7、。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6080目、80100目。,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。,硅藻土的显微图象,填充柱气液色谱担体一览表,

8、固定液：高沸点难挥发的有机化合物，种类繁多。1对固定液的要求 应对被分离试样中的各组分具有不同的溶解能力，较好的热稳定性，并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应。2选择的基本原则“相似相溶”，选择与试样性质相近的固定相。,气液色谱固定液,3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；4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；5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；6固定液的相对极性：规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零，氧二

9、丙睛的相对极性为100。,气液色谱固定液,固定液分类,几类常用固定液,F,固定液的选择,气液色谱，应根据“相似相溶”的原则分离非极性组分时，通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺序出峰，低沸点组分先出峰。分离极性组分时，一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。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。醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物的分离，通常选择极性或氢键性的固定液。组成复杂、较难分离的试样，通常使用特殊固定液，或混合固定相。,固定液配比（涂渍量）的选择,配比：固定液在担体上的涂渍量

10、，一般指的是固定液与担体的百分比，配比通常在5%25%之间。配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越小，柱效越高，分析速度也越快。配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量较小。分析工作中通常倾向于使用较低的配比。,载气系统,进样系统,色谱柱,检测器,记录系统,温度控制系统,气源、净化干燥管和载气流速控制,进样器气化室,柱室、气化室,放大器记录仪数据处理仪,气相色谱仪,气相色谱仪,气相色谱仪,气相色谱仪,GC-3800 气相色谱仪,美国VARIAN公司,气相色谱仪,GC-MS,美国Finnigan-MAT,气相色谱仪,Agilent 7890 气相色谱仪,美国Agilent公司,气相色谱仪,

11、Agilent 7890 气相色谱仪,美国Agilent公司,气相色谱仪,Agilent 7890 气相色谱仪,美国Agilent公司,气相色谱仪,Agilent 7890 气相色谱仪,美国Agilent公司,小词典Mol-sieve traps:分子筛吸附阱Carrier gas载气,气相色谱仪框图,气源（钢瓶）,仪器种类根据需要很多差别,但均由以下五个系统组成 气路 进样 分离 温度控制 检测和记录,气相色谱仪组成,1.气路,载气 气路 出口 皂膜流量计平均速度要根据出口压力按下式校正。,皂膜流量计,气相色谱对载气的基本要求：（1）纯净:通过活性炭或分子筛净化器，除去载气中的水分、氧等有害

12、杂质。（2）稳定:采用稳压阀或双气路方式：,常用的载气：氮气氢气氦气,载 气,皂膜流量计,2.进样系统,一般包括进样器和气化室,分为注射进样和六通阀,进样通常用微量注射器和进样阀将样品引入。液体样品引入后需要瞬间汽化。汽化在汽化室进行。对汽化室的要求是：（1）体积小；（2）热容量大；（3）对样品无催化作用,进样系统,注射进样,六通阀,六通阀进样原理,六通阀进样原理,载气入口,接色谱柱,散热片,加热块,汽化室示意图,对高分子样品，采用裂解装置：管式炉裂解器热丝裂解器居里点裂解器,3.分离系统,核心部分 色谱柱 A.填充柱 B.毛细管柱,Americas Technical Center,填充柱和

13、毛细管柱的比较,填充柱,开管柱,分离系统,色谱柱箱要求：温度范围宽、控温精度高，热容小、升温和降温速度快、保温效果好。,4.温度控制系统,色谱柱室 气化室 检测器,色谱柱室,恒温、程序升温,恒温和程序升温分析烃类化合物,作用：将色谱分离后的各组分的量转变成可测量的电信号，然后纪录下来。,要求：灵敏度高线性范围宽响应速度快结构简单通用性强,常用检测器：热导检测器(TCD)氢火焰离子化检测器(FID)电子捕获检测器(ECD),5.气相色谱检测装置,5.气相色谱检测装置,浓度型检测器：测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测 信号值与组分的浓度成正比。质量型检测器：测量的是载气中某组分进入检

14、测器的速度变化，即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。,检测器性能评价指标,响应值（或灵敏度）S：在一定范围内，信号E与进入检测器的物质质量m呈线性关系：E=S m S=E/m 单位：m/（mg/cm3）；（浓度型检测器）m/（mg/s）；（质量型检测器）S表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号的大小。S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越高。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱峰面积（A）除以试样质量求得：S=A/m,最低检测限（最小检测量）,噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）：,检测器响应值为2倍噪声水平时的试样浓度（或质量），被定义为最低检测限

15、（或该物质的最小检测量）。线性范围：检测器的线性范围定义为：检测器在线性工作时，被测物质的最大浓度（或质量）与最低浓度（或质量）之比。,热导检测器(TCD),热导检测器的结构：池体（一般用不锈钢制成）热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。,检测原理,钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：R参=R测;R1=R2 则 R参R2=R测R1,进样后，载气携带试样组分流过测量臂,而参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值

16、不等，产生电阻差，R参R测，则：R参R2R测R1这时电桥失去平衡，a、b两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。,影响热导检测器灵敏度的因素,桥路电流I：I，钨丝的温度，钨丝与池体之间的温差，有利于热传导，检测器灵敏度提高。检测器的响应值S I3，但稳定性下降，基线不稳。桥路电流太高时，还可能造成钨丝烧坏。池体温度：池体温度与钨丝温度相差越大，越有利于热传导，检测器的灵敏度也就越高，但池体温度不能低于分离柱温度，以防止试样组分在检测器中冷凝。载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。

17、载气的热导系数大，传热好，通过的桥路电流也可适当加大，则检测灵敏度进一步提高。,某些气体与蒸气的热导系数,某些气体与蒸气的热导系数（），单位：J/cms,1.桥电流:100-200mA,R I3 但高电流减少使用寿命；2.池体温度：钨丝与池体T越大越好,但避免冷凝样品；3.载气：选热导系数大的H2，He等；4.好的热敏元件,热导检测器使用条件,氢火焰离子化检测器,简称氢焰检测器（FID：Hydrogen Flame Ionization Detector）(1)典型的质量型检测器，(2)对有机化合物具有很高的灵敏度，(3)无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应。(4)氢焰

18、检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速等特点。(5)比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，检测下限达10-12gg-1。,氢焰检测器的结构,(1)在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（100300V）构成一个外加电场。(2)氢焰检测器需要用到三种气体：N2：载气携带试样组分；H2：燃气；空气：助燃气。使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳。,氢焰检测器的原理,1.当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在C层发生裂解反应产生自由基 CnHm CH2.产生的自由基在D层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应 CH+O CHO+e3.生成的正离子CH

19、O+与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：CHO+H2O H3O+CO,A区：预热区B层：点燃火焰C层：热裂解区：温度最高D层：反应区,氢焰检测器的原理,4.化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流（约10-610-14A）；5.在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器。6.组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离。7.离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线。,A区：预热区B层：点燃火焰C层：热裂解区：温度最高D层：反应区,影响氢焰检测器灵敏度的因素,各种

20、气体流速和配比的选择 N2流速的选择主要考虑分离效能 N2 H2=1 11 1.5 氢气 空气=1 10。极化电压：正常极化电压选择在100300V范围内。,电子捕获检测器(ECD),高选择性检测器,仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的 化合物有很高的灵敏度，检测下限10-14 g/mL 对大多数烃类没有响应 较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定,火焰光度检测器,火焰光度检测器（S、P）与火焰离子化类似,390nm,具有定性功能的检测器（联用技术）,质谱作为色谱的检测器使用需要解决四个问题：（1）色谱柱出口压力与质谱仪高真空之间的匹配（2）试样组分与载气的分离（3）质谱对色谱流出峰的快

21、速测定（电子计算机解决）（4）质谱仪的小型化（小型化的质量分析器）,第一和第二个问题的解决:采用分子分离器分子分离器类型：微孔玻璃式、半透膜式和喷射式三种喷射式分子分离器：由一对同轴收缩型喷嘴构成，喷嘴被封在一真空室中，如图所示,色谱理论基础,色谱流出曲线分配系数与容量因子塔板理论速率理论分离度,色谱流出曲线,试样经色谱柱分离后，随载气依次进入检测器，检测器将各组分浓度变化转换为电信号，在记录仪上记录为检测器响应信号随时间变化的微分曲线，即色谱流出曲线，也称色谱图。,1.基线 色谱柱中只有载气通过时，检测器响应信号的记录即为基线。在实验条件稳定时，基线是一条平行于时间坐标的直线。,3.保留值,

22、2.色谱峰 检测器对某组分的响应信号随时间变化所形成的峰形曲线称为该组分的色谱峰。当进样量很小，组分浓度很低时，色谱峰一般呈高斯分布。,表示试样中各组分在色谱柱内停留时间的数值。通常用时间或相应的流动相体积来表示。,色谱流出曲线,保留时间(tR)（体积VR）,峰高(h),峰底宽度(Wb),半峰宽(W),常用术语,色谱流出曲线,（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=tRtM,色谱流出曲线,（2）用体积表示的保留值,保留体积（VR）：VR=tRF0,死体积（

23、VM）：VM=tM F0,调整保留体积（VR）：V R=VR VM,F0为色谱柱出口处的载气流量，单位：m L/min。,色谱流出曲线,(3)相对保留值，选择性因子(),-固定相对两种不同组分的选择性,色谱流出曲线,分配系数 K,一定温度下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的浓度比。,K只与固定相和被分离物质的性质有关；,K值的差别是分离的先决条件，差别越大，分离的可能性越大；,K值小的组分先出峰，K值大的后出峰。,分配系数与容量因子,又称分配比：一定温度下，组分在固定相和流动相之间分配达平衡时的质量比。,分配系数与容量因子,容量因子k,容量因子 k可由实验测得，它等于该组分的调整保留时间

24、与死时间的比值，即：,分配系数与容量因子,容量因子与分配系数的关系,式中=Vm/Vs：相比；填充柱相比：635；毛细管柱的相比：501500；容量因子越大，保留时间越长。,塔板理论,塔板理论-柱效能指标,塔板理论是色谱学中的热力学平衡理论。它是把样品组分在色谱柱中的分离过程，视为组分在分馏塔里的分馏过程，把色谱柱看成一个分馏塔。,分馏塔利用各组分的沸点不同，在塔板上经过多次气-液平衡后，最终低沸点组分在塔顶流液的含量高，高沸点组分在塔低层含量高，而达到分离目的。,石油裂解产物,塔板理论的基本假设,(1)色谱中也存在类似分馏装置的塔板。样品中的某组分在色谱柱“H”的高度区间内可以很快达到分配平衡

25、。H称为塔板高度，且组分在H高度内服从分配定律。,(2)样品各组分都先加在0号塔板上，且沿色谱柱轴方向的扩散可以忽略不计。,(3)流动相进入色谱柱（洗脱过程）不是连续的，而是间歇进入，每次进入一个塔板体积。,(4)分配系数在所有塔板上都相同，与组分在塔板上的量无关。,色谱柱长：L 虚拟的塔板间距离：H 色谱柱的理论塔板数：n 则三者的关系为：,塔板理论-柱效能指标,理论塔板数与色谱参数之间的关系,塔板理论-柱效能指标,塔板数 n是色谱柱的特征参数。当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小)，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。,塔板理论-几点说明,不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同

26、，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。,柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。,塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。,例题,已知物质A和B在一根30.0 cm长的柱子上的保留时间分别为16.40 min和17.63 min,不被保留组分通过该柱的时间为1.30 min,峰底宽度分别为1.11 min和1.21 min。计算：（1）柱的平均塔板数；（2）塔板高度；,答案,(1)n(A)=3493,n(B)=3397,n 平均=344

27、5;(2)H=L/n=8.710-3 cm;,速率理论-影响柱效能的因素,速率理论,速率方程（也称范.弟姆特方程式）:H=A+B/u+Cu H：理论塔板高度，u：载气的线速度(cm/s),1956年荷兰van Deemter,A=2dp dp：固定相的平均颗粒直径：固定相的填充不均匀因子,dp，填充的越均匀，A，H，柱效n,1.A 涡流扩散项,速率理论,B=2 Dg：弯曲因子，填充柱色谱，1。Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2s-1）,流速，滞留时间，扩散Dg（M载气）-1/2；M载气，B值,2.B/u 分子扩散项,速率理论,传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL C=（Cg

28、+CL）,D，C,分配平衡时间长，峰变宽,3.C u 传质阻力项,速率理论,影响谱带展宽柱外效应,进样器死体积大、进样量大，进样速度慢；柱前后连接管道死体积大；检测器死体积大。,分离度,塔板理论和速率理论都难以描述难分离物质对的实际分离程度。柱效为多大时，相邻两组份能够被完全分离。难分离物质对的分离度大小受色谱过程中两种因素的综合影响：保留值之差色谱过程的热力学因素；区域宽度色谱过程的动力学因素。由此可见，单独用柱效或选择性不能真实反映组分在色谱柱中分离情况，故需引人一个综合性指标分离度R。分离度是既能反映柱效率又能反映选择性的指标，称总分离效能指标。,分离度的表达式,R=0.8：两峰的分离程

29、度可达89%；R=1：分离程度98%；R=1.5：达99.7%（相邻两峰完全分离的标准）。,分离度与基本色谱分离方程式,分离度R的定义并没有反映影响分离度的各种因素。实际上，分离度是受柱效（n）、选择因子()和容量因子（k）三个参数的控制。上式即为基本色谱分离方程式,也可表示为:,同理,可得:也可表示为:,分离度与基本色谱分离方程式,提高分离度的途径(1),1.提高柱效(1)增加柱长:n增加2倍时R只增大1.4倍(2)降低塔板高度H:是提高分离度的最好方法,分离度与柱效的关系,当固定相确定，被分离物质对的确定后，分离度将取决于n。这时，对于一定理论板高的柱子，分离度的平方与柱长成正比，即为了提

30、高柱效，可采用的途径：（1）采用直径较小、粒度均匀的固定相；（2）控制较薄的液膜厚度；（3)选择适宜的流动相、流速和温度等。,提高分离度的途径(2),2.增大容量因子k R 随 k 增大而增大，但是分析时间也随之延长。为了增大k值，可采用的方法：（1）GC:增加固定液的用量，适当降低柱温；（2）LC:适当采用极性较小一些的流动相。,提高分离度的途径(3),3.增大选择性因子值由于的微小变化，都对R有很大的影响，增大值是改善分离度的最有力的手段。为了增大值，可采用的方法：（1）GC:适当降低柱温；（2）LC:通过控制固定相和流动相的性质来调整。存在的问题：的变化不像n和k有规律可循。,例题,已知

31、物质A和B在一根30.0 cm长的柱子上的保留时间分别为16.40 min和17.63 min,不被保留组分通过该柱的时间为1.30 min,峰底宽度分别为1.11 min和1.21 min，计算：（1）柱的分离度；（2）柱的平均塔板数；（3）塔板高度；（4）完全分离时所需的柱长。,答案,(1)R=1.06;(2)n(A)=3493,n(B)=3397,n 平均=3445;(3)H=L/n=8.710(-3)cm;(4)R1=1.06,R2=1.5,L1=30.0cm,L2=?L2=60.0cm,色谱分离条件的选择,1.柱长 获得足够分离的合适长度 L N W t 2.载气及流速选择 H=A+

32、B/u+Cu最优化点 dH/du=0 即 Hmin=A+2,3.柱温4.进样量5.检测器,柱长和柱内径的选择,增加柱长对提高分离度有利（分离度R正比于柱长L2），但组分的保留时间tR，且柱阻力，不便操作;柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间;填充色谱柱的柱长通常为13米，内径34厘米。,载气种类和流速的选择,1.载气种类的选择 载气种类的选择应考虑三个方面：载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质;载气摩尔质量大，可抑制试样的纵向扩散，提高柱效。载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用较小摩尔质量的载气（如H2，He），可减小传质阻力，提高柱效;热导

33、检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高检测灵敏度。在氢焰检测器中，氮气仍是首选目标;在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性及来源是否广泛等因素。,载气种类和流速的选择,2.载气流速的选择 作图求出最佳流速。实际流速通常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。,载气与检测器,柱温的确定,首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。柱温:分离度，分析时间,色谱峰变窄变高;被测组分的挥发度，即被测组分在气相中的浓度，K，tR，低沸点组份峰易产生重叠。,柱温的确定,柱温，分离度，分析时间,色谱峰变宽变低;。对于难分离物质

34、，由于两组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增加速度大于前者时，两峰的交叠更为严重;柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度;组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。,程序升温,主要GC检测器灵敏度,其它操作条件的选择,1.进样方式和进样量的选择 体试样采用色谱微量进样器进样，规格有1L，5L，10L等。进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范围之内。进样要求动作快、时间短。气体试样应采气体进样阀进样。,其它操作条件的选择,2.气化温度的选择 色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在此瞬间气化;气化温度一般较柱温高3070防止气化温度太高造成试样分解。,气

35、相色谱分析典型步骤,(本方案仅为参考,具体仪器见说明书)1.不是经常使用的仪器使用前检查,柱子是否合适,安装上?进样隔膜是否老化?载气?恒温箱性能?合适检测器?2.开始通气,调整。高压气瓶开（减压阀）15psi（流速:填充柱2-5mL/min,毛细管柱0.5mL/min现在一般仪器可自行控制），检漏；3.柱温设定，初始温度恒温；,F,气相色谱分析典型步骤,4.注射器及检测器温度设定，一般比柱温高1025,100以下使用时注意水分；5.增加通过柱的载气流量，3 mm i.d.填充柱2530 mL/min，检测器之出口处用皂膜流量计测流速；6.打开检测器，调整相关参数 TCD 电流100200mA

36、，稳定后开记录仪 FID 注意H2，空气量10倍H2，点火，稳定；,F,气相色谱分析典型步骤,7.进样分析，注意进样量，挥发性溶剂使用TCD 10 LFID 15 L毛细管GC加分流器 1 L8.峰记录与处理，微机化后自动获得积分面积、高、保留时间等数据。,E,色谱定性、定量分析方法,一、色谱定性鉴定方法 1.利用纯物质定性的方法 2.利用文献保留值定性 3.保留指数二、色谱定量分析方法 1.峰面积的测量 2.定量校正因子 3.常用定量方法,一、色谱定性鉴定方法,1.利用纯物质定性的方法 利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中的位置

37、。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。,一、色谱定性鉴定方法,2.利用文献保留值定性 相对保留值r21：相对保留值r21仅与柱温和固定液性质有关。在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。,保留指数,又称Kovats指数（），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Z1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

38、之间如图所示：,保留指数,二、色谱定量分析方法,1.峰面积的测量 峰高（h）乘半峰宽（W1/2）法：近似将色谱峰当作等腰三角形,此法算出的面积是实际峰面积的0.94倍：A=1.064 h W1/2 峰高乘平均峰宽法：当峰形不对称时，可在峰高0.15和0.85处分别测定峰宽，由下式计算峰面积：A=h（W0.15+W0.85）/2 自动积分和微机处理法,定量校正因子,试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即:m i=fi Ai 比例系数f i：绝对校正因子单位面积对应的物质量：f i=m i/Ai 定量校正因子与检测器响应值成倒数关系：f i=1/Si,相对校正因子,相对校正因子f i：即组分的绝

39、对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。,当mi、mS以摩尔为单位时，所得相对校正因子称为相对摩尔校正因子（f M）,用f M表示；当mi、mS用质量单位时,以（f W）表示。,特点及要求：归一化法简便、准确。进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大，仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。,归一化法,内标法,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。,内标法,试样配制：准确称取一定量的试样W，加入一定量内标物mS计算式：,内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结

40、果的影响不大。每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定,则：,内标法特点,外标法,外标法也称为标准曲线法。特点及要求：外标法不使用校正因子，准确性较高，操作条件变化对结果准确性影响较大。对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的快速分析。,气相色谱法的应用,在石油和石化行业,气相色谱技术的应用相当普及,应用范围包含从石油勘探、石油加工研究到生产控制和产品质量把关等。气相色谱技术之所以得到石油和石化行业分析化学家们的欢迎,是由于它的分离和定量能力以及出色的性价比,目前尚无其它类型的仪器分析技术能与之匹敌。内容涉及气体分析、汽油

41、组成分析、模拟蒸馏分析、单体硫化物分析、含氧化合物分析、生物柴油分析等。,气相色谱技术在石油和石化分析中的应用,气相色谱法的应用,顶空气相色谱法快速测定化工废水中甲醇,甲醇是一种重要的化工原料，目前世界上甲醇在有机合成中的应用仍在扩大，但是甲醇毒性较大，误饮或长期与甲醇接触都会引起中毒。国内尚有许多生产和使用甲醇的企业由于工艺落后等原因，向空气环境和水环境排放较多的甲醇，造成严重污染。空气中甲醇分析已有较成熟的方法.,气相色谱法的应用,顶空气相色谱法快速测定化工废水中甲醇,仪器与试剂 SP-3400型气相色谱仪，日本G3800型气相色谱仪，分别配有氢火焰离子化检测器；2 m3 mm玻璃色谱柱，

42、柱内填充10%聚乙二醇20 000的101白色担体（60目80目）。,色谱条件 柱温70，汽化室温度150，检测室温度150，氮气流速45 mL/min，氢气流速36 mL/min，空气流速320 mL/min。,气相色谱法的应用,顶空气相色谱法快速测定化工废水中甲醇,气相色谱法的应用,毛细管气相色谱法用于碳五原料中烃类组分含量的测定,碳五馏分是乙烯裂解的主要副产物,将其合理运用对提高企业的综合效益具有重要意义。了解碳五组成是其合理深加工的重要前提。在碳五馏分中,除了碳五外的烷烃、单烯烃、二烯烃、炔烃、环烃等外,还有少量的碳四和碳六组分。,本文以HP-1毛细管色谱柱(60 m0.25 mm0.

43、25m)作为分离柱,采用CO2柱箱冷却系统在低温下使碳五原料中各组分在一次进样中完全分离,采用标样对照、结合文献值沸点、保留指数等对组分进行了定性。该方法已用于碳五原料生产树脂工艺中的原料监控。,气相色谱法的应用,毛细管气相色谱法用于碳五原料中烃类组分含量的测定,仪器与试剂Aligent GC6890带电子压力控制(EPC)的分流/不分流进样口配氢火焰离子化检测器(Aligent公司,美国),CO2柱箱冷却系统(Aligent公司,美国),自动进样器(HP 7683),色谱工作站(Aligent Chemstation)(Aligent公司,美国),HP-1弹性石英毛细管柱(60 m0.25m

44、m0.25m)(Aligent公司,美国)。所用标样为分析纯。实验条件GC条件:HP-1弹性石英毛细管柱(60 m0.25mm0.25m);载气为高纯氮气,恒流模式,流速为0.8mL/min。0保持15min后,以10/min升至220,保持10min;气化温度200,检测温度220;进样量0.4L,分流比1001。,气相色谱法的应用,毛细管气相色谱法用于碳五原料中烃类组分含量的测定,碳五馏分的色谱图,碳五馏分的组成,气相色谱法的应用,毛细管气相色谱法用于碳五原料中硫化物含量的测定,碳五馏分是非常重要的化工原料，近年来有报导采用毛细管色谱法分析碳五烃类组成。碳五馏分中的含硫化合物易造成设备的腐

45、蚀、催化剂中毒、影响原料的聚合等，因此，了解硫化物组成对碳五原料的有效利用有着十分重要的意义。,采用高分辨气相色谱并结合选择性检测器是测定汽油中各种硫化物分布的最有效方法之一。最理想的检测器应为原子发射光谱检测器和硫化学发光检测器，而硫化学发光检测器是一种专门对硫响应的检测器，它是基于臭氧与被分析物燃烧生成的一氧化硫反应生成激发态的SO2*，SO2*回到基态时，发出蓝色的荧光信号，然后用光电倍增管接收响应信号。,气相色谱法的应用,毛细管气相色谱法用于碳五原料中硫化物含量的测定,仪器与试剂Aligent GC6890带电子压力控制(EPC)的分流/不分流进样口配硫化学发光检测器(Aligent公司，美国)。化学工作站（Aligent Chemstation）(Aligent公司，美国)。PONA柱(50 m0.20mm0.5m)(Aligent公司，美国)。,SCD条件：硫在355nm处检测。燃烧器的温度为780oC。氢气、空气用硫净化器净化。氢气的流速为100mL/min，空气的流速为40mL/min。前门内空气控制器的压力为40 kPa。数据的采集速率为5Hz。,气相色谱法的应用,毛细管气相色谱法用于碳五原料中硫化物含量的测定,气相色谱法的应用,气相色谱法的应用,