气相色谱法 Gas Chromatography, GC SP-6000 气相色谱仪 （美国Varian公司 ） 气相色谱的创建人 Archer John Porter Martin b. 1910 d. 2002 Richard Laurence Millington Synge b. 1914 d. 1994 1944年马丁和辛 格共同发明分配 色谱法，共获 1952年诺贝尔化 学奖。 1953年马丁和 A.T.James发明 气相色谱法。 气体为流动相，待测样品被蒸发为 气体，注入到色谱柱顶，以惰性气体(载 气)将待测物样品蒸汽带入柱内分离。 第一节 概述 一、气相色谱法 GC 按固定相分 气-固色谱 气-液色谱 按分离原理分 吸附色谱 分配色谱 按柱粗细分 填充柱色谱 毛细管柱色谱 二、GC分类 三、GC的特点及应用范围 p分离效能高，选择性好 n复杂混合物、有机同系物、异构体及手性异构体 n填充柱理论塔板数可达数千，毛细管柱可达一百多万 p检测灵敏度高（10-11 10-13g) ，样品用量少 p操作简单，分析速度快 适于分析沸点500以下，分子量400以下，热稳定性 好的气、液、固态物质，约占全部有机物的20 四、 气相色谱法的一般流程 载气系统 (Carrier gas supply) 进样系统（sample injection system） 色谱柱系统 （column system） 温控系统（Temp. Contr. system） 检测系统 （detection system） 记录系统 （data system） 获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计 、流量计及气体净化装置。 一、载气系统 气体净化装置：去水、去氧、去总烃 载气：要求化学惰性，不与有关物质反应 载气N2气、 H2气等 燃气H2气 助燃气空气 二、进样系统 包括进样器、气化室等。 手动进校常以微量注射器进样 柱材料：金属、玻璃、融熔石英、Teflon等 填充柱：多为U形或螺旋形，内填固定相； 开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。 通常弯成螺旋状。 三、色谱柱系统 色谱分析的心脏，包括色谱柱和柱温箱 四、温控系统 温度控制是否准确、升、降温速度是否快速是 市售色谱仪器的最重要指标之一。 控温系统包括对气化室、柱箱和检测器控温 控温方式：恒温和程序升温。 五、检测系统 包括检测器和放大器等，有浓度型检测和 质量型检测 六、记录控制系统 色谱工作站 在线显示 自动采集 处理储存 自动控制 第二节 气相色谱固定相和流动相 色谱柱系统色谱仪器的心脏 1）气固色谱固定相：固体吸附剂； 2）气液色谱固定相：固定液+载体。 1. 吸附剂 硅胶(强极性) 氧化铝(弱极性) 活性炭(非极性) 分子筛(极性) 一、气固色谱固定相固体吸附剂 利用固体吸附剂对不同物质 的吸附能力差别进行分离。 主要用于分离小分子量的永久气体（H2、O2、CO等 ）及低分子量化合物。 2.高分子多孔微球(GDX)： 人工合成的多孔聚合物，孔径大小可人为控制。 可在活化后直接用于分离。 一、气固色谱固定相固体吸附剂 非极性：苯乙烯+二乙烯苯共聚： GDX-1和2型（国产） 极性：苯乙烯+二乙烯苯共聚物中引入极性基团 GDX-3和4型（国产） 吸附剂性质、分离对象 吸附剂性质分离对象 活性炭 非极性永久气体、非极性烃 硅胶 氢键型永久气体、非极性烃 氧化铝 弱极性烃+有机异构物 分子筛 极性永久气体+惰性气体 GDX 不同 极性 水+气体氧化物 +CH4+低级醇 载体为固定液提供大的惰性表面， 以承担固定液，使其形成薄而匀的液膜 。 二、气液色谱固定相 固定液+载体 1. 载体(担体)：化学惰性的多孔性微粒 二、气液色谱固定相载体+固定液 要求： 比表面积大（多涂渍固定液） 无吸附性（不吸附被测组分） 化学惰性（不与固定液发生化学反应） 热稳定性好, 一定的机械强度 载体类型 类型制备应用 硅藻土 红色担体 天然硅藻土900煅烧 与非极性固定液配伍，用 于非极性或弱极性物质分 离 硅藻土 白色担体 天然硅藻土+20% Na2CO3煅烧) 与极性固定液配伍、用于 极性物质分离 非硅 藻土 有机聚合物：有机玻璃 球 特定组分分析 酸洗：HCl浸泡除去金属氧化物 用于分析酸类和酯类 碱洗：NaOH-甲醇浸泡除去酸性作用点 用于分析胺类等碱性化合物 硅烷化：载体与硅烷化试剂反应除去硅醇基 用于具有形成氢键能力的较强的化合物 载体的处理 钝化，减弱或消除载体表面的吸附活性 操作柱温下固定液呈液态（易于形成均匀液膜）操作柱温下固定液呈液态（易于形成均匀液膜） 固定液热稳定性和化学稳定性好固定液热稳定性和化学稳定性好 固定液蒸气压要低（柱寿命长，检测本底低）固定液蒸气压要低（柱寿命长，检测本底低） 固定液对样品应有较好溶解度及选择性固定液对样品应有较好溶解度及选择性 2. 固定液 要求： 二、气液色谱固定相载体+固定液 高沸点难挥发有机化合物，种类繁多。 固定液类型化学分类法 固定液极性例子分离对象 烃类非极性角鲨烷非极性物质 硅氧 烷类 弱极性 甲基硅氧烷 苯基硅氧烷 不同极性物质 中极性氟基硅氧烷 强极性氰基硅氧烷 醇类强极性聚乙二醇强极性物质 酯类中强极性邻苯二甲酸酯各类物质 烃类、醇、酯、聚酯、胺、硅氧烷类硅氧烷类等。 固定液类型极性分类法极性分类法 0、1级：非极性固定液 2、3级：中等极性固定液 4、5级：极性固定液 l相对极性分为五级，每20为一级 l规定,-氧二丙腈的相对极性为100，角鲨烷为0 l其他固定液的相对极性与它们比较，在0100之间 相对极性（P）测定方法 苯与环己烷为样品对照柱,-氧二丙腈及角鲨烷 柱分别测定相对保留值的对数q1及q2在待测 固定液柱上测得qx代入下式计算待测固定液的相 对极性Px： 固定液P级别固定液P级别 角鲨烷0+1PEG-20M68+3 SE-30,OV-113+1DEGA72+4 已二酸二辛酯21+2PEG-60074+4 DNP25+2双甘油89+5 DOP，QF-128+2 ,-氧二丙 腈 100+5 XE-6052+3 3.固定液的选择 原则：相似性原则 即按被分离组分的极性或基团与固 定液相似的原则来选择 为了利用“相似性原则”原则选择固定液， 必须了解样品种各组分按极性分类的情况。 二、气液色谱固定相载体+固定液 第一组 最强极性 氢键型 第二组 强极性 氢键接受原子 及活泼H 第三组 中等极性 氢键接受原 子 第四组 弱极性 活泼氢 第五组 非极性 水脂肪酸类酮类二氯甲烷饱和CH物 二醇,甘油酚类醛类氯仿CS2 氨基酸类伯与肿胺类酯类氯乙烷硫醇 羧酸类肟类叔胺类芳香烃硫化物类 多酚类 含H硝基物、 腈化物、氨、 HF、肼、HCN 不含H硝基 物、腈化物 烯烃类 不含在第四 级的卤化碳 化合物极性分组 a按极性相似原则选择： 非极性组分选非极性固定液， 按沸点顺序出柱，低沸点的先出柱。 中等极性组分选中等极性固定液 基本按沸点顺序出柱。 强极性组分选极性固定液， 按极性顺序出柱，极性强的后出柱。 固定液的选择 固定液与被测组分化学官能团相似，作用 力强，选择性高 酯类选酯或聚酯固定液 醇类选醇类或聚乙二醇固定液 b按化学官能团相似选择： 固定液的选择 c. 按组分性质的主要差别选择 p组分沸点差别为主选非极性固定液 按沸点顺序出柱，沸点低的先出柱 p组分极性差别为主 选极性固定液 按极性强弱出柱，极性弱的先出柱 固定液的选择 例：苯（80.10C） 环己烷（80.70C） 选非极性柱 分不开 选强极性柱 较好分离 环己烷先出柱。 三、气相色谱流动相载气 p 氢气 分子量小，热导系数大，粘度小 热导检测器、氢焰离子化检测器选用，提高载气 线速时可用 p 氮气 扩散系数小、热导系数小、柱效高。 第三节 气相色谱检测器 热导检测器 (TCD); 氢火焰离子化检测器 (FID); 电子捕获检测器 (ECD); 火焰光度检测器 (FPD); 氮磷检测器（NPD） ; 硫荧光检测器（SCD） u浓度型检测器：TCD、ECD u质量型检测器：FID、FPD 气相色谱检测器的类型气相色谱检测器的类型 p通用型检测器： TCD、FID p选择型检测器：ECD、FPD 一、热导检测器(TCD) 特点：对任何气体均可产生响应，通用性好，线 性范围宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏度较低 。 通常选择热导系数大的H2和He作载气 利用被检测组分与载 气的热导率的差别来检测 组分的浓度变化。 通用型浓度检测器 利用含碳有机物在氢焰的 作用下化学电离而形成离子流 ，借测定离子流强度进行检测 。 二、氢焰离子化检测器（FID） 特点：灵敏度高、响应快、 线性范围宽，目前最常用的检 测器之一。 通用型质量检测器 载气N2气 燃气H2气 助燃气空气 63Ni或3H U 利用含有强电负性元素的 物质捕获电子的能力，通过测 定电子流进行检测 三、电子捕获检测器(ECD) 特点：灵敏度高、选择性好。目前分析痕量强电负 性化合物最有效的检测器。但对无电负性的物质如烷 烃无响应。 选择型浓度检测器 利用含S、P的化合物 在富氢火焰中燃烧时产生 的发射光谱进行定量检测 。 四、火焰光度检测器(FPD) 特点：高灵敏度、高选择性，对含磷、硫的有机化 合物和气体硫化物特别敏感。 选择型质量检测器 第五节 气相色谱分离分析条件 根据van Deemter方程和色谱分离方程式选择分析条件 柱效项 柱选择项 柱容量项 一、影响分离的因素 k k 影响峰位影响峰位 n n 影响峰宽窄影响峰宽窄 影响两峰间距影响两峰间距 a柱效项影响因素 影响色谱峰宽窄，主要取决于色谱柱性能及载气流速 采用粒度较小、均匀填充的固定相（A项） 分配色谱应控制固定液液膜厚度（C项 ） 适宜的操作条件：流动相性质和流速，柱温等(B项) 增加柱长降低板高改善分离 选用分子量较大、线速度较小的载气N2气 控制较低的柱温 b b柱选择项影响因素柱选择项影响因素 影响峰的间距，主要受固定相性质及柱温影响 选择合适的固定相使与不同组分的作用产生差别 一般说，降低柱温可以增大柱的选择性 改善分离增大柱选择性 c c柱容量项影响因素柱容量项影响因素 影响峰位，主要受固定相用量、柱温和载气流速影响 控制k的最佳范围 25 GC中，增加固定液用量和降低柱温可以增加 k 如何根据具体情况改进分离度？ 太小，两组分未分开太小，两组分未分开 应改变固定相极性，降应改变固定相极性，降 低柱温低柱温 k k 太小，太小，n n 也太小，也太小， 应增大固定液用量，应增大固定液用量， 降低柱温降低柱温 n n 太小，许多组分未太小，许多组分未 分开分开 应设法降低板高，提应设法降低板高，提 高柱效高柱效 二、实验条件的选择 ： 色谱柱的选择 柱温的选择 载气与流速的选择 进样条件的选择 分离条件 操作条件 1色谱柱的选择（