21气相色谱法Word文档格式.docx
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1957
基于离子交换色谱的氨基酸分析专用仪器问世。
1958
Golay
发明毛细管柱气相色谱。
1959
Porath,Flodin
发表凝胶过滤色谱的报告。
1964
Moore
发明凝胶渗透色谱。
1965
Giddings
发展了色谱理论，为色谱学的发展奠定了理论基础。
1975
Small
发明了以离子交换剂为固定相、强电解质为流动相，采用抑制型电导检测的新型离子色谱法。
1981
Jorgenson等
创立了毛细管电泳法。
在分析化学领域，早期的色谱技术只是一种分离技术而已，与萃取、蒸馏等分离技术不同的是其分离效率高得多。
色谱法获奖研究工作
获奖学科
获奖研究工作
1937
化学
类胡萝卜素化学，维生素A和B
类胡萝卜素化学
1939
聚甲烯和高萜烯化学
1950
生理学、医学
性激素化学及其分离、肾皮素化学及其分离
1951
超铀元素的发现
1955
脑下腺激素的研究和第一次合成聚肽激素
胰岛素的结构
1961
光合作用时发生的化学反应的确认
1970
关于神经元触处迁移物质的研究
糖核苷酸的发现及其在生物合成碳水化合物中的作用
1972
核糖核酸化学酶结构的研究
抗体结构的研究
2.
色谱法的定义与分类
色谱法：
又称色层法或层析法，是一种物理化学分析方法，它利用不同溶质（样品）与固定相和流动相之间的作用力（分配、吸附、离子交换等）的差别，当两相做相对移动时，各溶质在两相间进行多次平衡，使各溶质达到相互分离。
色谱法按流动相种类的分类
色谱类型
流动相
主要分析对象
气相色谱法
气体
挥发性有机物
液相色谱法
液体
可以溶于水或有机溶剂的各种物质
超临界流体色谱法
超临界流体
各种有机化合物
电色谱法
缓冲溶液、电场
离子和各种有机化合物
气相色谱分析法（GC）：
是一种分离测定多组分混合物极其有效的分析方法。
3.
色谱法的优点和缺点
1.色谱法的优点
分离效率高。
几十种甚至上百种性质类似的化合物可在同一根色谱柱上得到分离，能解决许多其他分析方法无能为力的复杂样品分析。
分析速度快。
一般而言，色谱法可在几分钟至几十分钟的时间内完成一个复杂样品的分析。
检测灵敏度高。
随着信号处理和检测器制作技术的进步，不经过预浓缩可以直接检测10-9g级的微量物质。
如采用预浓缩技术，检测下限可以达到10-12g数量级。
样品用量少。
一次分析通常只需数纳升至数微升溶液样品。
选择性好。
通过选择合适的分离模式和检测方法，可以只分离或检测感兴趣的部分物质。
多组分同时分析。
在很短的时间内（20min左右），可以实现几十种成分的同时分离与定量。
易于自动化。
现在的色谱仪器已经可以实现从进样到数据处理的全自动化操作。
2.色谱法的缺点
定性能力较差。
为克服这一缺点，已经发展起来了色谱法与其他多种具有定性能力的分析技术的联用。
4.
气相色谱仪器
GC-950气相色谱仪
（国产气相色谱仪最好性能价格比的气相色谱仪）
主要技术性能
◎采用微机自动控制，全中文键盘操作及字符显示；
◎大容积的柱箱，内部孔状结构设计使空气分部均匀，温控精度高，保证分析具有良好的重现性，并以其高性能实现长期高温操 作及近室温操作。
◎气路流程可靠灵活，便于仪器的维护与扩展；
采用国内精度最高的气体阀件，保证气路流量的高度稳定性；
◎可根据分析需要配置多种进样系统，便于多样化分析；
◎检测器均采用单元化设计，先进制造工艺，具有灵敏度高、噪声低、线性范围宽等特点，可根据分析需要配置不同的检测器；
◎五阶程序升温功能；
◎秒表功能；
◎柱箱及检测器的过热保护功能；
◎十种分析条件参数的文件贮存功能；
◎与各种积分仪、色谱数据处理机及色谱工作站均可配套使用。
主要技术指标
柱箱
◎温度范围：
室温上10℃～399℃（增量为1℃）
◎控温精度：
±
0.1℃
◎过热保护：
可由键盘设定保护值
程序升温
◎最大阶数：
5
◎升温速率设定：
0～40.0℃/min（0.1℃/min增量）
◎总程序时间：
655min
进样系统
◎进样系统从下列单元中选择：
①填充柱柱上进样；
②填充柱汽化进样；
③大口径毛细管进样；
④气体阀进样。
尺寸、重量、电源
◎尺寸：
宽606mm×
高450mm×
深450mm
◎重量：
～42kg
◎电源：
200V50Hz2100W
检测器
◎TCD炉温控制精度：
0.01℃
◎其它炉温控制精度：
①火焰离子化检测器（FID）
结构：
圆筒形收集极、石英喷口
检测限：
1×
10-11g/s（正十六烷）
噪声：
≤5×
10-13A
漂移：
10-12A/30min
②热导检测器（TCD）
结构：
半扩散式、四臂铼钨丝
电源：
恒流控制方式
灵敏度：
≥1500mV·
ml/mg（正十六烷）
噪声：
≤0.03mV
漂移：
≤0.1mV/30min
5.
气相色谱仪流程图
气相色谱仪是一个载气连续运行、气密的气体流路系统。
气路系统的气密性、载气流速的稳定性及测量的准确性，都影响色谱仪的稳定性和分析结果。
常用的双气路气相色谱仪的流程图
高压钢瓶中的载气（气源）经减压阀减低至0.2-0.5MPa，通过装有吸附剂（分子筛）的净化气除去载气中的水分和杂质，到达稳压阀，维持气体压力稳定。
样品在气化室变成气体后被载气带至色谱柱，各组分在柱中达到分离后依次进入检测器。
5.1
减压阀
减压阀的结构如图所示。
图中7高压气瓶与减压阀的连接口，气体经针阀4进入装有调节隔膜的出口腔5，出口压力是靠调节手柄1调节。
顺时针拧紧，针阀逐渐打开，出口压力升高；
反时针旋松，出口压力减小。
5.2
稳压阀
稳压阀的结构如图所示。
为后面的针形阀提供稳定的气压，或为后面的稳流阀提供恒定的参考压力。
旋转调节手柄，即可通过弹簧将针阀2旋到一定的开度，当压力达到一定值时就处于平衡状态，当气体进口压力
稍有增加时，
处的压力也增加，波纹管就向右移动，并带动三根连动阀杆（图中只画出一根）也向右移动，使阀开度变小，使出口压力
维持不变，反之亦然。
6.
色谱流出曲线
1.保留时间（从进样开始到出峰至最高点所用的时间）
从色谱柱流出的溶液（柱流出物）进入检测器连续测定，得到如图所示的色谱图，即柱流出物中溶质浓度随时间变化的曲线，直线部分是没有溶质流出时流动相的背景响应值，称作基线（baseline）。
色谱峰（peak）：
溶质开始流出至完全流出所对应的峰型部分，基线与色谱峰组成了一个完整的色谱图（chromatogram）。
死时间（deadtime）：
在色谱柱中无保留的溶质从进样器随流动相到达检测器所需要的时间，通常用t0表示。
溶质保留时间（soluteretentiontime）：
或称真实保留时间，是溶质因与固定相作用在色谱柱中所停留的时间，它不包含死时间，通常用tS表示。
保留时间（retentiontime）：
是tS与t0之和，通常用tR表示，即tR=t0+tS
容量因子（capacityfactor）：
对于有效的色谱分离，色谱柱必须具有保留溶质的能力，而且还能使不同溶质之间达到足够大的分离。
色谱柱的容量因子
是溶质离子与色谱柱填料相互作用强度的直接量度，由下式定义：
式中VR和V0分别为总保留体积和空保留体积。
7.
检测器
（一）热导检测器（TCD）
thermalconductivitydetector
原理：
基于载气和样品的导热系数的差异，并用惠斯登电桥检测。
（检测器结构、惠斯登电桥）
检测器结构：
如图所示。
它由一个金属块和装在通气室中的热敏元件组成，热敏元件是具有较大温度系数的金属丝（如铂丝、钨丝），TCD一般有四个通气室（只画出两个），各通气室中的金属丝的电阻完全相同。
惠斯登电桥：
如图所示，将四支热丝组成一个惠斯登电桥，往A和C室通纯载气，往B和D室通含样品的载气。
由于A、C室和B、D室的电阻变化造成惠斯登电桥的不平衡，从而有输出电压，电压（或电流）的大小与样品的浓度成正比。
R1R4R2R3信号输出？
？
R1R4=R2R3信号输出？
（二）氢火焰离子化检测器（FID）
flameionizationdetector
原理：
含碳有机物在氢火焰中燃烧时，产生化学电离，发生下列反应：
CH+O---CHO++e-
CHO++H2O---H3O++CO
在电场作用下，正离子被收集到负极，产生电流。
如图所示，在喷嘴上加一极化电压，氢气从管道7进入喷嘴，与载气混合后由喷嘴逸出进行燃烧，助燃空气由管道6进入，通过空气扩散器5均匀分布在火焰周围进行助燃，补充气从喷嘴管道底部8通入。
（三）电子捕获检测器（ECD）
Electroncapturedetector
如图所示，检测器的池体用作阴极，圆筒内侧装有放射源，阳极2与阴极之间用陶瓷或聚四氟乙烯绝缘。
在阴阳极之间施加恒流或脉冲电压。
工作原理：
以63Ni或3H作放射源，当载气（如N2）通过检测器时，受放射源发射的射线的激发与电离，产生一定数量的电子和正离子，在一定强度电场作用下形成一个背景电流（基流）。
在此情况下，如载气中含有电负性强的样品，则电负性物质就会捕捉电子，从而使检测室中的基流减小，基流的减小与样品的浓度成正比。
Ar+β---Ar-+e-
电负性：
周期表中各元素的原子吸引电子能力的一种相对标度。
又称负电性。
元素的电负性愈大，吸引电子的倾向愈大，非金属性也愈强。
规定:
氟原子的电负性约为4.0,其它原子与氟相比,得出相应数据.
8.
色谱定性与定量分析方法
各种色谱分析方法定性与定量分析的基本方法都是一样的。
色谱定性分析
1.保留时间定性
2.利用不同检测方法定性
3.保留指数定性
4.柱前或柱后化学反应定性
5.与其他仪器联用定性
1.保留时间定性
在一定的色谱系统和操作条件下，每种物质都有一定的保留时间，如果在相同色谱条件下，未知物的保留时间与标准物质相同，则可初步认为它们为同一物质。
为了提高定性分析的可靠性，还可进一步改变色谱条件（分离柱、流动相、柱温等）或在样品中添加标准物质，如果被测物的保留时间仍然与标准物质一致，则可认为它们为同一物质。
同一样品可以采用多种检测方法检测，如果待测组分和标准物在不同的检测器上有相同的响应行为，则可初步判断两者是同一种物质。
在液相色谱中，还可通过二极管阵列检测器比较两个峰的紫外或可见光谱图。
在气相色谱中，可以利用文献中的保留指数数据定性。
保留指数随温度的变化率还可用来判断化合物的类型，因为不同类型化合物的保留指数随温度的变化率不同。
在色谱柱后装T型分流器，将分离后的组分导入官能团试剂反应管，利用官能团的特征反应定性。
也可在进样前将被分离化合物与某些特殊反应试剂反应生成新的衍生物，于是，该化合物在色谱图上的出峰位置或峰的大小就会发生变化甚至不被检测。
由此得到被测化合物的结构信息。
5.与其他仪器联用定性
将具有定性能力的分析仪器如质谱（MS）、红外（IR）、原子吸收光谱（AAS）、原子发射光谱（AES，ICP-AES）等仪器作为色谱仪的检测器即可获得比较准确的定性信息。
9.
定量分析方法
色谱定量分析的依据是被测物质的量与它在色谱图上的峰面积（或峰高）成正比。
数据处理软件（工作站）可以给出包括峰高和峰面积在内的多种色谱数据。
因为峰高比峰面积更容易受分析条件波动的影响，且峰高标准曲线的线性范围也较峰面积的窄，因此，通常情况是采用峰面积进行定量分析。
1.校正因子定量
2.归一化法
3.外标法
4.内标法
5.标准加入法
绝对校正因子
：
单位峰面积所对应的被测物质的浓度（或质量），即
样品组分的峰面积与相同条件下该组分标准物质的校正因子相乘，即可得到被测组分的浓度。
绝对校正因子受实验条件的影响，定量分析时必须与实际样品在相同条件下测定标准物质的校正因子。
相对校正因子
:
某物质i与一选择的标准物质S的绝对校正因子之比。
即
相对校正因子只与检测器类型有关，而与色谱条件无关。
归一化法：
是将所有组分的峰面积
分别乘以它们的相对校正因子后求和，即所谓"
归一"
，被测组分X的含量可以用下式求得：
采用归一化法进行定量分析的前提条件是样品中所有成分都要能从色谱柱上洗脱下来，并能被检测器检测。
归一法主要在气相色谱中应用。
标准曲线法：
将被测组分的标准物质配制成不同浓度的标准溶液，经色谱分析后制作一条标准曲线，即物质浓度与其峰面积（或峰高）的关系曲线。
根据样品中待测组分的色谱峰面积（或峰高），从标准曲线上查得相应的浓度。
标准曲线的斜率与物质的性质和检测器的特性相关，相当于待测组分的校正因子。
内标法：
将已知浓度的标准物质（内标物）加入到未知样品中去，然后比较内标物和被测组分的峰面积，从而确定被测组分的浓度。
由于内标物和被测组分处在同一基体中，因此可以消除基体带来的干扰。
而且当仪器参数和洗脱条件发生非人为的变化时，内标物和样品组分都会受到同样影响，这样消除了系统误差。
当对样品的情况不了解、样品的基体很复杂或不需要测定样品中所有组分时，采用这种方法比较合适。
内标物应满足的要求：
在所给定的色谱条件下具有一定的化学稳定性；
在接近所测定物质的保留时间内洗脱下来；
与两个相邻峰达到基线分离；
物质特有的校正因子应为已知的或者可测定；
与待测组分有相近的浓度和类似的保留行为；
具有较高的纯度。
为了进行大批样品的分析，有时需建立校正曲线。
具体操作方法是用待测组分的纯物质配制成不同浓度的标准溶液，然后在等体积的这些标准溶液中分别加入浓度相同的内标物,混合后进行色谱分析。
以待测组分的浓度为横坐标，待测组分与内标物峰面积（或峰高）的比率为纵坐标建立标准曲线（或线性方程）。
在分析未知样品时，分别加入与绘制标准曲线时同样体积的样品溶液和同样浓度的内标物，用样品与内标物峰面积（或峰高）的比值，在标准曲线上查出被测组分的浓度或用线形方程计算。
标准加入法可以看作是内标法和外标法的结合。
具体操作是取等量样品若干份，加入不同浓度的待测组分的标准溶液进行色谱分析，以加入的标准溶液的浓度为横坐标，峰面积为纵坐标绘制如图所示的工作曲线。
样品中待测组分的浓度
即为工作曲线在横坐标延长线上的交点到坐标原点的距离。
由于待测组分以及加入的标准溶液处在相同的样品基体中，因此，这种方法可以消除基体干扰。
但是，由于对每一个样品都要配制三个以上的、含样品溶液和标准溶液的混合溶液，因此，这种方法不适于大批样品的分析。
10.气相色谱的应用
70年代至90年代初期，GC是最有效和应用最广泛的分析技术，现在，液相色谱技术的飞速发展，使GC不能分析的样品和相当一部分原来需用GC分析的样品，都可以很方便地用液相色谱分析，因此，GC的地位已经让位于液相色谱。
尽管如此，对于那些具有挥发性的天然复杂样品以及需要高检测灵敏度的样品，GC仍然是最佳选择，尤其是GC与质谱的联用分析。
GC的仪器不仅本身价格便宜，而且保养与使用成本也很低，仪器易于自动化，可以在很短的分析时间内获得准确的分析结果。
GC的分离度和检测灵敏度比液相色谱高。
正是因为GC的这些优势，才使得它在石油、化工、环境等许多应用领域仍然发挥着重要作用。
GC在各领域的主要应用
应用领域
分析对象举例
环境
水样中芳香烃，杀虫剂，除草剂，水中锑形态
石油
原油成分、汽油中各种烷烃和芳香烃
化工
喷气发动机燃料中烃类，石蜡中高分子烃
食品、水果、蔬菜
植物精炼油中各种烯烃、醇和酯，亚硝胺，香料中香味成分，人造黄油中的不饱和十八酸，牛奶中饱和和不饱和脂肪酸
生物
植物中萜类，微生物中胺类、脂肪酸类、脂肪酸酯类
医药
血液中汞形态、中药中挥发油
法医学
血液中酒精，尿中可卡因、安非他命，奎宁及其代谢物，火药成分，纵火样品中的汽油
11.一氧化碳的测定
1．一氧化碳测定仪
仪器编号：
ABD029根据电化学恒电位控制原理设计。
经过滤后的一氧化碳气样在传感器的工作电极上发生反应，将产生的电流进行定量转换，从而可以精确测定空气中的一氧化碳含量。
用高稳定性的电流型传感器作为一氧化碳气体感受器，准确、可靠。
特点：
◆仪器具有交、直流两用、连续监测。
◆备有记录仪接口。
◆性能稳定、操作、维护简便。
◆应用工矿企业气体排放、环境监测等对大气环境的监测。
技术指标：
◆测量范围：
0~50mg/m3
◆线性误差：
≤±
3%
0~500mg/m3
◆重复性误差：
2%
◆准确度：
<
50mg/m3
8%F·
S
◆响应时间：
40s
>
50mg/m3
5%F·
S
◆重量：
5kg
◆外形尺寸：
320×
275×
90
◆功耗：
25W
2．一氧化碳检验方法
一、气相色谱法
1原理：
一氧化碳在色谱柱中与空气的其它成份完全分离后，进入转化炉，在360℃镍触媒催化作用下，与氢气反应，生成甲烷，用氢火焰离子化检测器测定。
CO+3H2在360℃高温下用Ni催化生成CH4+H2O
反应方程式：
注：
CmHn为饱和烃或不饱和烃。
2.一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物总含量的测定气路流程
二、不分光红外线气体分析法
一氧化碳对不分光红外线具有选择性的吸收。
在一定范围内，吸收值与一氧化碳浓度呈线性关系。
根据吸收值确定样品中一氧化碳的浓度。
三、汞置换法
原理经净化后的含一氧化碳的空气样品与氧化汞在180～200℃下反应，置换出汞蒸气。
根据汞吸收波长2537nm紫外线的特点，利用光电转换检测出汞蒸气含量，再将其换算成一氧化碳浓度。
12.练习与思考
1.列举用其他分析方法难以解决，而用气相色谱法比较容易解决的分析问题。
2.用简练而准确的语言叙述保留时间和死时间的概念。
3..气相色谱仪的工作流程？
各主要部分组成，各自的主要功能和工作原理？
4..叙述氢火焰离子化检测器和电子捕获检测器的工作原理。
5..是不是任何气体都可用作气相色谱的流动相，为什么？
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