yy.vip易游-图10-2气相色谱法的分离和检测过程示意图当样品ppt

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　　气相色谱的原理和色谱图 袁宁宁 一、色谱法的分离原理 内因：吸附（或分配）作用的差别 宏观：吸附（或分配）系数的不同 微观：分子间作用力（取向力、诱导力、色散力、氢键力、配合作用力）的差别 外因：反复多次的吸附解吸，或者反复多次的分配过程 色谱法的特点 物理方法。进行操作时并不损失混合物中的各个组分，也不会因为化学作用生成新物质。 当样品(含有 A、B 两组分的混合物)注入色谱柱头后，载气把气态或气化后的样品带入色谱柱内。组分随载气(流动相)进入色谱柱后，会在固定相吸附(固体吸附剂)或溶解(固定液)，直至在两相中的吸附、溶解达到平衡 (如图中 t0 所示) 。平衡时组分在固定相和流动相中的浓度比称为分配系数，以 K 表示。 不同的组分，分配系数 K 值的大小不同；K 值越大，表示溶解或吸附能力就越强，脱附或解析(挥发)能力就越弱。 随着载气的不断通入，被吸附或溶解的组分又从固定相中解析(挥发)或脱附(解吸)重新回到流动相中，并随流动相继续向前移动。前移的组分又会再次被溶解或吸附→挥发或脱附→……不断重复，这过程称为分配过程。 由于不同组分的分配系数 K 值的大小不同，即组分在固定相中的溶解和解析能力，或吸附和脱附能力有差异，各组分在柱中的滞留时间就不同，在色谱柱中的运行速度也就不同。分配系数 K 值越大，溶解或吸附就越强，脱附或解析就越弱，在固定相滞留的时间就越长，在色谱柱中前移的速度就越慢。随着载气的不断流过，各组分在色谱柱中两相间经过反复多次地分配和平衡，当运行了一定的柱长后，不同的组分就会拉开距离被分离开来，最终随流动相(载气)分先后流出色谱柱，从而达到分离的目的(如图中 t1～t4 所示)。在色谱柱后配以检测器对各组分的流出时间和流出量进行检测，就可以对组分进行定性和定量的分析。 二、气相色谱法的分析流程 (1)、基线 基线就是没有样品组分进入检测器时记录仪画出的曲线，亦即正常操作下，仅有载气通过检测器系统时所产生的响应信号曲线。稳定的基线是一条平行于时间坐标轴的直线)、死时间( tM ) 从进样开始到惰性组分(指不被固定相吸附或溶解的空气或甲烷)从色谱柱中流出并呈现浓度极大值时所需的时间称为死时间，以tM表示。反映了色谱柱中未被固定相填充的柱内死体积和检测器死体积的大小，与被测组分的性质无关。 (3)、保留时间( tR ) 从进样开始到每个组分流出色谱柱并呈现响应信号极大值所需的时间称为保留时间，以tR 表示(tR 1、tR 2、tR3、……等 )。 tR 可作为色谱峰位置的标志。 (4)、调整保留时间 从保留时间中扣除死时间后的剩余时间称为调整保留时间。即： 反映了被测组分与色谱柱中的固定相发生相互作用而在色谱柱中的滞留时间，因此调整保留时间从本质上更准确地表达了被测组分的保留特性，作为气相色谱定性分析的基本参数，比保留时间更为重要。 (5)、相对保留值( ) 相对保留值( )是指在一定的实验条件下组分1和组分2的调整保留时间之比： 仅与柱温及组分和固定相的性质有关，而与其它操作条件如柱长、柱内填充情况、载气的流速等无关。 以上参数(2)～(5)都是与色谱峰的峰位(亦即出峰的时间)相关的参数，又与气相色谱分离过程的热力学性质密切相关。因此，色谱峰的峰位是反映被测组分的热力学性质的重要参数，是气相色谱法进行定性分析的主要依据。 (6)、蜂高(h)和峰面积(A) 色谱峰的峰高是指色谱峰的最高点(峰顶)到基线的距离，用h 表示。 峰面积(A)是指每个组分的流出曲线 中画有斜线的区域(阴影区域)即为组分2的峰面积。对于峰形对称的色谱峰(如图13-5)，可看成是一个近视等腰三角形的面积，可由蜂高(h)乘以半峰宽(W1/2)来计算。 (7)、峰拐点 在组分流出曲线上二阶导数等于零的点，亦即曲线斜率最大处的点，称为峰拐点。如图13-5 中的 E、F 点。曲线拐点 的高度相当于蜂高(h)的 0.607 倍，即0.607 h 。 (8)、峰底宽度(Wb)和半峰宽度(W1/2) 峰底宽度是指通过色谱峰两侧的拐点所做切线在基线上的截距，又叫基线宽度简称峰宽，常用符号Wb表示(图 10-4 中以Y表示)。 半峰宽度是指峰高的1/2处色谱峰的宽度，简称半峰宽，常用符号W1/2表示(图 10-4 中以Y1/2表示)。 色谱峰的宽窄可用来定性说明色谱分离过程的动力学性质——色谱柱柱效的高低，峰形愈窄，柱效愈高。 (9)、分离度(R) 分离度又叫分辨率。指相邻两个组分色谱峰保留值之差与两个组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值，以 R 表示。 四、色谱分离操作条件的选择 1、柱长的选择 增加柱长，组分在固定相和载气之间进行的分配过程次数增多，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 )会增加，延长了流出时间；而且柱阻力也会增大，不便操作。柱长的选用原则是：在能满足分离要求的前提下，尽可能选用较短的柱，这样有利于缩短分析时间。填充色谱柱的柱长通常为 1～5 m，内径 3～4 cm 。 2、载气及其流速的选择 载气的选择与所采用的检测器有关，应根据采用的检测器而定。热导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。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。 载气流速对柱效率影响很大。提高流速可以减小样品分子的自身扩散作用，同时可缩短流出时间，提高拄效率；但流速过大易造成分配不平衡，色谱峰变宽，对分离不利。由于载气流速的变化引起了互相矛盾的影响，必然存在一个最佳流速，该最佳载气流速应实通过验确定。实际流速比最佳流速略快，以缩短流出时间。 用氮气作载气时，一般实用线 cm/s ；用氢气作载气时，则为 15～20 cm/s。 3、柱温的选择 ① 首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度和最低使用温度范围之内。 除了考虑固定相能否承受较高的温度外，对气液色谱而言，温度超过最高使用温度时固定液易流失；温度低于最低使用温度时固定液不液化，以固体形式存在。这些情况对色谱分离都有较大的影响。 ② 柱温升高，被测组分的挥发度增大，分配系数(K )则变小，流出时间缩短，分离度下降，色谱峰变窄变高，低沸点组分的色谱峰易产生重叠。 ③ 相反地：柱温降低，分离度会提高，有利于分离，但分析时间延长，柱效率降低，导致峰形展宽。对于难分离物质组分，降低柱温虽然可在一定程度内使分离得到改善，但是不可能使之完全分离，这是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，分离度反而下降。 因此，对于气态样品，柱温一般选择在 50℃ 左右；对于液态样品，柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。对于组分复杂，沸程较宽的多组分混合物试样，则采用程序升温的办法，即在分析过程按一定的速率逐渐升温，使沸点差别较大的组分都能得到良好地分离。 4、进样条件的选择 进样条件包括气化温度、进样量和进样技术。 ① 进样后气化室要有足够的温度使试样瞬间气化，并随载气进入色谱柱。气化温度一般较柱温高 30～70℃，还要防止气化温度太高造成试样分解。 ② 进样量与固定相总量及检测器灵敏度有关。故进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范围(即峰面积与进样量呈线性关系的范围)之内。液态样品一般进样量 0.1～5 μL，气态样品 0.1～10 mL 。 ③ 进样要求动作快、时间短。 * * 图 10-2 气相色谱法的分离和检测过程示意图 图13-3 气相色谱流程示意图 1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管； 4-针形阀；5-转子流量计；6-压力表； 7-样品气化室；8-色谱柱；9-检测器； 10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪 色谱法的流出曲线及有关术语 三、色谱图和色谱流出曲线 典型色谱峰图 蜂高(h)或峰面积(A)的大小与每个组分在样品中的含量相关，因此色谱峰的蜂高(h)或峰面积(A)是气相色谱法进行定量分析的主要依据。 分离度(R)反映了相邻两个组分色谱峰之间的距离大小，实质表明了相邻的两个组分被分离的程度。分离度越大，相邻两个组分色谱峰之间的距离就越大，表明相邻二组分分离得越好。当 R = 1.5 时，两相邻组分可认为已完全分离。 色谱峰所能提供的重要信息 1 样品中所含组分的最少个数 2 保留值---定性分析 3 色谱峰面积（或峰高）---定量分析 4 色谱峰的保留值和区域宽度---评价色谱柱的分离效能 5 根据相邻色谱峰之间的距离来选择合适的色谱分离条件 程序升温 程序升温

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