第二章气相色谱分析§2-1 气相色谱法概述色谱法(chromatography)定义：固定相：（stationary phase）管内保持固定、起分离作用的填充物。

流动相：（mobile phase）流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。

气相色谱仪的组成：Ⅰ载气系统：气源、气体净化器、供气控制阀门和仪表。

Ⅱ进样系统：进样器、汽化室。

Ⅲ分离系统：色谱柱、控温柱箱。

Ⅳ检测系统：检测器、检测室。

Ⅴ记录系统：放大器、记录仪、色谱工作站。

色谱图（chromatogram）：色谱峰：常用术语：峰高与峰面积：色谱峰顶点与峰底之间的垂直距离称为峰高(peak height)。

用h表示。

峰与峰底之间的面积，称为峰面积(peak area)，用A表示。

峰的区域宽度：a、峰底宽Y = 4σb、半峰宽度Y h/2=2.35σc、标准偏差峰宽Y0.607h=2σ保留值:1) 保留时间：从进样至被测组分出现浓度最大值时所需时间t R。

2) 保留体积：从进样至被测组分出现最大浓度时流动相通过的体积，V R。

V R = t R q V ,0死时间：不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度最大值时所需的时间称为死时间(dead time)，t M。

死体积: 不被固定相滞留的组分，从进样至出现浓度最大值时流动相通过的体积称为死体积(dead volume) ，V M。

（q V ,0为柱尾载气体积流量）V M = t M q V ,0调整保留值:1) 调整保留时间：扣除死时间后的保留时间。

t R×= t R–t M2) 调整保留体积：扣除死体积后的保留体积。

V R × = V R–V M或V R × = t R ×q V ,0相对保留值（relative retention）在相同的操作条件下，待测组分与参比组分的调整保留值之比，用r21表示。

相对保留值应该与柱长、柱径、填充情况、流动相流速等条件无关，而仅与温度、固定相种类有关。

当r21 =1时两个组分不能分离。

※简单地认为：在每一块塔板上，溶质在两相间很快达到分配平衡，然后随着流动相按一个一个塔板的方式向前移动。

对于一根长为L的色谱柱，溶质平衡的次数应为：n = L/H※ n称为理论塔板数,与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板数n的增加而增加，随板高H的增大而减小理论塔板数和有效塔板数之间的关系➢塔板理论是一种半经验性的理论，它解释了流出曲线的形状，并提出了计算和评价柱效高低的参数。

➢但是，它只能定性地给出板高的概念，却不能解释板高受哪些因素的影响，因而限制了它的应用。

2、速率理论（J. J. Van Deemter 1956）范弟姆特方程式及其详细讨论§2-3 色谱分离条件的选择一、分离度（resolution）相邻两色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽度平均值之比，用R表示。

分离度可以用来作为衡量色谱峰分离效能的指标。

★ R 越大，表明两组分分离效果越好★保留值之差取决于固定液的热力学性质★色谱峰宽窄反映色谱过程动力学因素及柱效能高低二、色谱分离基本方程•R 的定义并未反映影响分离度的各种因素。

也就是说，R 未与影响其大小的因素：柱效n、选择因子 和容量因子k 联系起来。

•对于相邻的难分离组分，由于它们的分配系数K 相差小，可合理假设k1≈k2=k，Y1≈Y2=Y。

因此可导出R与n（n eff）、α和k的关系1.与柱效的关系（柱效因子）2.与容量因子的关系3.与柱选择性的关系分离度、柱效、柱选择性的关系三、色谱条件的选择1、载气流速的选择（与分析时间、柱效有关）2、柱温的选择（与r i，j有关）能使沸点最高的组分达到分离的前提下，尽量选择较低的温度。

当然被测物的保留时间要短、峰形不能有严重拖尾。

最好用程序升温方法，以实验优化选择的条件为工作条件。

3、固定液与担体的选择（与相比有关）由实验手册查出参考值，再由实验选择。

4、担体的性质和粒度5、进样时间和进样6、汽化室与检测室温度（与被测对象的利用度有关）汽化温度、检测室温度高于柱温30-70度。

§2-4 固定相及其选择一、固定相的类型：吸附剂型固定相担体+固定液型固定相二、固定液的类型对固定液的要求：a) 热稳定性好、蒸汽压低——流失少；b) 化学稳定性好——不与其它物质反应；c) 对试样有合适的溶解能力——分配系数K适当；d) 对各组分具有良好的选择性三、固定液的极性：固定液与待测化合物之间的作用力主要属定向力、诱导力、色散力、氢键力等弱相互作用为主，所以固定相的极性对分离过程非常重要，固定相极性用相对极性P的公式表示：规定：β,β’-氧二丙腈固定液的P=100、角鲨烷固定液的P=0 、测试标样为环己烷-苯按P的数值将固定液的极性以20间隔分为五级：麦氏常数苯、丁醇、戊酮-2、硝基丙烷、吡啶五种物质在被测固定液与角鲨烷柱上保留指数的差值,分别以x ’ ，y’，z ’ ，u’，s ’表示.苯: ΔI=I被测－I角鲨烷= x'五个ΔI以及它们的平均值，可以作为固定液极性的标度。

其值越大，极性越强。

固定液的选择——“相似相溶原理”§2-5 气相色谱检测器一、气相色谱检测器的类型气相色谱检测器根据响应原理的不同可分为浓度型检测器和质量型检测器两类。

浓度型检测器：测量的是载气中某组分瞬间浓度的变化，即检测器的响应值和组分的瞬间浓度成正比。

如热导池检测器（TCD）和电子捕获检测器（ECD）质量型检测器：测量的是载气中某组分质量比率的变化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器的组分质量成正比。

如氢火焰离子化检测器（FID）和火焰光度检测器（FPD）通用检测器有：1、热导池检测器，TCD (Thermal conductivity detector) 测一般化合物和永久性气体：原理和结构2、氢火焰离子化检测器,FID (Hydrogen flame ionization detector) 测一般有机化合物：原理和结构专用检测器有：3、电子俘获检测器，ECD (Electron capture detector) 测带强电负性原子的有机化合物4、火焰光度检测器，FPD (Flame photometric detector) 测含硫、含磷的有机化合物§2-6 气相色谱定性§2-6 气相色谱定量：要求熟练掌握第第三三章章 高高效效液液相相色色谱谱分分析析基本要求：（1）掌握影响色谱峰扩展及色谱分离的因素，高效液相色谱法的主要类型及其分离原理，高效液相色谱仪器的操作方法（2）了解高效液相色谱法的特点，高效液相色谱仪的构成及各部分的功能和原理，高效液相色谱法的应用教学重点：影响色谱峰扩展及色谱分离的因素，高效液相色谱法的主要类型及其分离原理，高效液相色谱仪器的操作方法教学难点：影响色谱峰扩展及色谱分离的因素，高效液相色谱法的主要类型及其分离原理§3.1高效液相色谱的特点一、定义：液相色谱法是指流动相为液体的色谱技术。

二、特点1.高压:2.高速:3.高效：。

4.高灵敏度：5．高度自动化计算机的应用6．应用范围广7．流动相可选择范围广8．馏分容易收集§3.2影响色谱峰扩展及色谱分离的因素一、与GC 比较；基本概念及理论基础与GC 一致；主要区别：流动相为液体。

气相色谱的流动相载气是色谱惰性的，不参与分配平衡过程，与样品分子无亲和作用，样品分子只与固定相相互作用。

而在液相色谱中流动相液体也与固定相争夺样品分子，为提高选择性增加了一个因素。

也可选用不同比例的两种或两种以上的液体作流动相，增大分离的选择性。

二、对色谱峰扩展及色谱分离影响的因素：1.涡流扩散项 ： He = 2λdp 含义同GC 法2.纵向扩散项： Hd = CdDm/u ；在LC 中可略,GC 中重要；3.传质阻力项：a.固定相传质阻力项：b.流动相传质阻力项：要降低H sm ，应采用颗粒小，微孔浅，孔径大的固定相。

柱内各种因素引起的塔板高度H 为：H = 2λd p + C d D m /u +( C s D f 2/D s + C m d p 2/D m + C sm d p /D m ) （3-6）综合分析，由于柱内色谱峰扩展所引起的塔板高度的变化可归纳为：H =A +B/u +Cu形式与GC 一致，其主要区别在于扩展项可以忽略，影响柱效的主要因素是传质项。

从3-6式看出，H近似正比于d p2，所以减小粒度是提高柱效的最有效途径。

改进固定相就成为提高液相色谱柱效一个重要问题。

提高柱效的途径：减小填料粒度以加快传质速率；提高柱内填料装填的均匀性。

4.其它影响因素；柱外展宽：指色谱柱外各种因素引起的峰扩展.a.柱前展宽：主要由进样所引起；b.柱后展宽：主要由接管、检测器流通池体积所引起.为此，连接管的体积、检测器的死体积应尽可能小。

§3.3高效液相色谱的主要类型及其分离原理类型：液-液色谱；液-固色谱；离子交换色谱；离子对色谱；离子色谱；空间排阻色谱一、液-液分配色谱法及化合键合相色谱1.特点：a.流动相和固定相都是液体b.两相应互不相溶，有明显的分界面2.分离机制：溶质在两相间进行分配K = c s/c m = kV m/V s分离的顺序决定于分配系数的大小，分配系数大的组分保留值大.而且流动相的种类对分配系数有较大的影响.3.分类：a.正相液-液色谱法：流动相的极性小于固定液的极性；b.反相液-液色谱法：流动相的极性大于固定液的极性；c.化学键合固定相：将各种不同有机基团通过化学反应共价键合到硅胶（担体）表面的游离羟基上，代替机械涂渍的液体固定相。

代替机械涂渍的液体固定相。

这不仅避免了液体固定相流失的困扰，还大大改善了固定相的功能，提高了分离的选择性，化学键合色谱适用于分离几乎所有类型的化合物。

反相化学键合相色谱法已成为高效液相色谱法中应用最广泛的一个分支.二、液-固色谱法（或液-固吸附色谱法）液固色谱的固定相是固体吸附剂。

吸附剂是一些多孔的固体颗粒物质，位于其表面的原子、离子或分子的性质是多少不同于在内部的原子、离子或分子的性质的。

表层的键因缺乏覆盖层结构而受到扰动。

因此，表层一般处于较高的能级，存在一些分散的具有表面活性的吸附中心。

因此，液固色谱法是根据各组分在固定相上的吸附能力的差异进行分离，故也称为液固吸附色谱。

吸附剂吸附试样的能力，主要取决于吸附剂的比表面积和理化性质，试样的组成和结构以及洗脱液的性质等。

组分与吸附剂的性质相似时，易被吸附，呈现高的保留值；当组分分子结构与吸附剂表面活性中心的刚性几何结构相适应时，易于吸附。

从而使吸附色谱成为分离几何异构体的有效手段；不同的官能团具有不同的吸附能，因此，吸附色谱可按族分离化合物。