1、在介紹色譜儀器時，我們提到在介紹色譜儀器時，我們提到色譜分離系統色譜分離系統是色譜是色譜儀器中最為靈魂的部分，而其中分離柱中固定相組儀器中最為靈魂的部分，而其中分離柱中固定相組成與性質更是直接與分離效能有關。成與性質更是直接與分離效能有關。 氣相色譜柱可分為兩類：氣相色譜柱可分為兩類：1）用于氣固色譜的固定相：固體吸附劑；）用于氣固色譜的固定相：固體吸附劑；2）用于氣液色譜的固定相：固定液）用于氣液色譜的固定相：固定液+載體。載體。介紹如下：介紹如下：7.2 氣相色譜固定相氣相色譜固定相 非極性：苯乙烯非極性：苯乙烯+二乙烯苯共聚：二乙烯苯共聚：GDX-1和和2型（國產）；型（國產）；Chro

2、mosorb系列（國外）；系列（國外）； 極性：苯乙烯極性：苯乙烯+二乙烯苯共聚物中引入極性基團：二乙烯苯共聚物中引入極性基團：GDX-3和和4型（國產）；型（國產）； Porapak N等（國外）。等（國外）。吸附劑吸附劑 主要成份主要成份 Tmax/oC 性質性質 活化方法簡述活化方法簡述 分離對象分離對象 活性炭活性炭 C 500 非極性非極性 同上同上 同上同上+高沸點有高沸點有機機物物 硅膠硅膠 SiO2 xH2O 400 氫鍵型氫鍵型 HCl 浸浸+水洗水洗+180oC 烘烘干干+200oC 活化活化(使用前使用前) 永久氣體、非極性烴永久氣體、非極性烴 氧化鋁氧化鋁 Al2O3

3、400 弱極性弱極性 2001000oC 活化活化 烴烴+有有機機異異構構物物+H 同同位位素素 分子篩分子篩 XMO yAl2O3 zSiO2 nH2O 400 極性極性 350550oC 活化活化 永久氣體永久氣體+惰惰性性氣體氣體 GDX 多多孔孔聚聚合合物物 200 不同極不同極性性 170oC 除水、通氣活化除水、通氣活化 水水 + 氣氣 體體 氧氧 化化 物物+CH4+低低級級醇醇 高分子多孔微球可分為兩類：高分子多孔微球可分為兩類：氣液色譜固定相由載體氣液色譜固定相由載體(Solid support material)和固和固定液定液(Liquid stationary phas

4、e) 構成：載體為固定液構成：載體為固定液提供大的惰性表面，以承擔固定液，使其形成薄而提供大的惰性表面，以承擔固定液，使其形成薄而勻的液膜。勻的液膜。1. 載體載體(也稱擔體也稱擔體)對載體的要求對載體的要求：粒度均勻、強度高的球形小顆粒；：粒度均勻、強度高的球形小顆粒；至少至少1m2/g的比表面的比表面(過大可造成峰形拖尾過大可造成峰形拖尾)；高溫下；高溫下呈惰性呈惰性(不與待測物反應不與待測物反應)并可被固定液完全浸潤。并可被固定液完全浸潤。載體類型：載體類型：分為硅藻土型和非硅藻土型，前者又分分為硅藻土型和非硅藻土型，前者又分為白色和紅色擔體。為白色和紅色擔體。二、氣液色譜固定相二、氣液

5、色譜固定相載體載體+固定液固定液類型類型 組成組成 制備制備 特點及應用特點及應用 紅色擔體紅色擔體： ： 硅藻土硅藻土+粘合粘合劑 劑900oC煅燒煅燒 孔穴密集、孔徑小、比表面大。對強極性孔穴密集、孔徑小、比表面大。對強極性化合物吸附化合物吸附和催化性較強，可使和催化性較強，可使它們它們因吸因吸附而附而拖尾。只適于非極性或弱極性物質。拖尾。只適于非極性或弱極性物質。 硅藻土硅藻土 單細胞海藻骨單細胞海藻骨(SiO2+小量鹽小量鹽) 白 色 擔 體白 色 擔 體 ： ： 硅 藻 土硅 藻 土+20%Na2CO3煅燒煅燒 與紅色擔體性質和特點不同。與紅色擔體性質和特點不同。白色擔體適白色擔體適

6、于極性物質。于極性物質。 非硅藻土非硅藻土 有機聚合物有機聚合物 人工合成人工合成： ：有機玻璃球有機玻璃球,氟 氟,GDX載體載體 由于表面難以浸潤，只用于一些特定組分由于表面難以浸潤，只用于一些特定組分分析。分析。 載體組成、制備及特點載體組成、制備及特點載體表面處理：載體表面處理：硅藻土含有硅醇基硅藻土含有硅醇基(SiOH)、Al2O3、Fe等，也就是說等，也就是說，它具有活性而不完全化學惰性，需進行化學處理。，它具有活性而不完全化學惰性，需進行化學處理。其處理過程如下其處理過程如下：方法方法 處理過程處理過程 說明說明 酸洗酸洗 3-6M HCl 浸煮過濾，水、浸煮過濾，水、甲醇淋洗、

7、烘干甲醇淋洗、烘干 除除去去 Al 和和 Fe 鐵等的氧化物。鐵等的氧化物。用于分析有機酯和用于分析有機酯和酸。酸。一些拖尾，可加一些拖尾，可加 H3PO4或或 KOH 添加劑添加劑解決解決。 堿洗堿洗 5-10%NaOH 甲醇液回流，甲醇液回流，水、甲醇淋洗、烘干水、甲醇淋洗、烘干 除除 Al2O3酸性作用點。酸性作用點。用于胺用于胺類類等堿性物質。等堿性物質。 硅烷化硅烷化 加入加入 DMCS 或或 HMDS 等硅等硅烷化試劑，使與烷化試劑，使與-SiOH 反應反應 除去表面氫鍵活性中心。適于分析易生成氫鍵的組除去表面氫鍵活性中心。適于分析易生成氫鍵的組分，如水、醇和胺。分，如水、醇和胺。

8、 釉化釉化 2%Na2CO3浸泡擔體，過濾浸泡擔體，過濾得濾液再水稀得濾液再水稀 3 倍，用稀濾倍，用稀濾液淋洗擔體，烘干后再高溫液淋洗擔體，烘干后再高溫處理處理 表面形成釉層：屏蔽、惰化表表面形成釉層：屏蔽、惰化表面活性中心，并堵塞面活性中心，并堵塞一些微孔，其孔隙更均勻，可減小峰形拖尾，提高一些微孔，其孔隙更均勻，可減小峰形拖尾，提高柱效。柱效。 前圖為氣固氣譜圖：前圖為氣固氣譜圖：2m長，填充分子篩長，填充分子篩(5)后圖為氣液色譜圖，后圖為氣液色譜圖，30m, 0.53mm i.d. WCOT開管柱開管柱TCD 檢測器檢測器對固定液的要求：對固定液的要求：a) 熱穩定性好、蒸汽壓低熱穩

9、定性好、蒸汽壓低流失少；流失少；b) 化學穩定性好化學穩定性好不與其它物質反應；不與其它物質反應；c) 對試樣各組分有合適的溶解能力（分配系數對試樣各組分有合適的溶解能力（分配系數K 適適當）；當）；d) 對各組分具有良好的選擇性。對各組分具有良好的選擇性。2. 固定液及其選擇固定液及其選擇(i) 相對極性相對極性P：規定非極性固定液角鯊烷的極性為：規定非極性固定液角鯊烷的極性為0，強極性固定液，強極性固定液 , -氧二丙腈的極性為氧二丙腈的極性為100，以物質對正丁烷，以物質對正丁烷-丁二烯或環已烷丁二烯或環已烷-苯在苯在角鯊角鯊烷、烷、 , -氧二丙腈及待測固定液上分離得到相對保留值，并取

10、對數：氧二丙腈及待測固定液上分離得到相對保留值，并取對數：從下列公式求得待測固定液的相對極性從下列公式求得待測固定液的相對極性Px：其中其中q1, q2, qx分別表示物質對在分別表示物質對在角鯊烷、角鯊烷、 , -氧二丙腈和待測固定液的氧二丙腈和待測固定液的相對保留值。相對保留值。Px在在0100之間，每之間，每20單位為一級，即將極性分為單位為一級，即將極性分為5級：級：0, +1(非極性非極性)；+1, +2(弱極性弱極性)；+3(中等極性；中等極性；+4, +5(強極性強極性)(ii) 固定液特性常數固定液特性常數 I：包括羅氏常數麥氏常數。此處不作介紹。包括羅氏常數麥氏常數。此處不作

11、介紹。)(t）(tlgqrr正已烷正已烷丁二烯丁二烯 12x2xqq)qq(100100P 固定液的極性表示方法固定液的極性表示方法角鯊烷角鯊烷待測固定液待測固定液x氧二丙腈氧二丙腈角鯊烷角鯊烷氧二丙腈氧二丙腈正丁烷正丁烷+丁二烯丁二烯待測固定液待測固定液)(t）(tlgqrr1正正已已烷烷丁丁二二烯烯 )(t）(tlgqrrx正正已已烷烷丁丁二二烯烯 )(t）(tlgqrr2正正已已烷烷丁丁二二烯烯 q1P1=0qxq2P2=10012x2xqq)qq(100100P 相對極性的表示（計算）方法相對極性的表示（計算）方法柱柱固定相固定相固定液類型固定液類型 極性極性 例子例子 分離對象分離對

12、象 烴類烴類 非極性非極性 角鯊烷、石蠟烷角鯊烷、石蠟烷 非極性物質分離非極性物質分離 弱極性弱極性 甲基硅氧烷、苯基硅甲基硅氧烷、苯基硅 中極性中極性 氧烷、氟基硅氧烷氧烷、氟基硅氧烷 硅氧烷類硅氧烷類 強極性強極性 氰基硅氧烷氰基硅氧烷 不同極性物質分離不同極性物質分離 醇和醚類醇和醚類 強極性強極性 聚乙二醇聚乙二醇 強極性物質強極性物質 酯和聚脂類酯和聚脂類 中強極性中強極性 苯甲酸二壬酯苯甲酸二壬酯 各類物質各類物質 腈和腈醚類腈和腈醚類 強極性強極性 氧二丙腈氧二丙腈 極性物質極性物質 有機皂土有機皂土 弱極性弱極性 芳香異構體芳香異構體 固定液分類固定液分類 根據根據van De

13、emter方程和色譜分離方程式，分析條件的選擇方程和色譜分離方程式，分析條件的選擇在上一章已有論述，此處針對氣相色譜方法作一簡單小結。在上一章已有論述，此處針對氣相色譜方法作一簡單小結。1. 柱長柱長L 由分離度由分離度R的定義可得的定義可得(R1/R2)2=n1/n2=L1/L2 即柱越長，理論塔坂數越高，分離越好。但柱過長，分析即柱越長，理論塔坂數越高，分離越好。但柱過長，分析時間增加且峰寬也會增加，導致總分離效能下降，因此柱長時間增加且峰寬也會增加，導致總分離效能下降，因此柱長L要根據要根據R的要求的要求(R=1.5)，選擇剛好使各組分得到有效分離為宜。，選擇剛好使各組分得到有效分離為宜

14、。2. 載氣及流速載氣及流速u 對對van Deemter方程求導得到在流速為方程求導得到在流速為 ，柱效最，柱效最高，高，當當u較小時，較小時，B/u占主要，此時選擇分子量大的載氣，使組分的占主要，此時選擇分子量大的載氣，使組分的擴散系數??；如氬氣或氮氣。擴散系數??；如氬氣或氮氣。當當u較大時，較大時，Cu占主要，此時選擇分子量小的載氣，使組分的占主要，此時選擇分子量小的載氣，使組分的擴散系數小，減小傳質阻力項擴散系數小，減小傳質阻力項Cu。如氫氣和氦氣。如氫氣和氦氣。7.3 氣相色譜分離分析條件氣相色譜分離分析條件CBuopt/BCAH2min3. 柱溫柱溫4. 載體粒度及篩分范圍載體粒度

15、及篩分范圍 載體粒度越小，柱效越高。但粒度過小，則阻力及柱壓增加。通常載體粒度越小，柱效越高。但粒度過小，則阻力及柱壓增加。通常，對填充柱而言，粒度大小為柱內徑的，對填充柱而言，粒度大小為柱內徑的1/201/25為宜。為宜。5. 進樣方式及進樣量進樣方式及進樣量 要以要以“塞子塞子”的方式進樣，以防峰形擴張；進樣量，也要以峰形不的方式進樣，以防峰形擴張；進樣量，也要以峰形不拖尾為宜。拖尾為宜。柱溫柱溫降低降低升高升高傳質快、柱效高傳質快、柱效高縱向擴散強、峰拖尾縱向擴散強、峰拖尾過高造成固定液流失過高造成固定液流失分析時間長分析時間長恒溫恒溫程序升溫程序升溫(寬沸程混合物寬沸程混合物)實驗確定

16、實驗確定一、樣品預處理一、樣品預處理 GC分析對象是在氣化室溫度下能生成氣態的分析對象是在氣化室溫度下能生成氣態的物質。為保護色譜柱、降低噪聲、防止生成新物質物質。為保護色譜柱、降低噪聲、防止生成新物質（雜峰），需要在進樣前對樣品進行處理。（雜峰），需要在進樣前對樣品進行處理。 1）水、乙醇和可能被柱強烈吸附的極性物質）水、乙醇和可能被柱強烈吸附的極性物質柱效下降，需除去。柱效下降，需除去。 2）非揮發份）非揮發份會產生噪聲，同時慢慢分解會產生噪聲，同時慢慢分解產生雜峰。產生雜峰。 3）穩定性差的組分）穩定性差的組分生成新物質生成新物質雜峰雜峰。7.4 定性分析定性分析2. 據經驗式定性據經驗

17、式定性1）碳數規律：在一定溫度下，同系物的調整保留）碳數規律：在一定溫度下，同系物的調整保留時間時間tr的對數與分子中碳數的對數與分子中碳數n成正比：成正比：lgtr=An+C (n 3) 如果知道兩種或以上同系物的調整保留值，則如果知道兩種或以上同系物的調整保留值，則可求出常數可求出常數A和和C。未知物的碳數則可從色譜圖查。未知物的碳數則可從色譜圖查出出tr后，以上式求出后，以上式求出n。2）沸點規律：同族具相同碳數的異構物，其調整）沸點規律：同族具相同碳數的異構物，其調整保留時間保留時間tr的對數與分子中沸點的對數與分子中沸點n成正比：成正比：lgtr=ATb+C 設正構烷烴的設正構烷烴的

18、Kovats指數為碳數指數為碳數 100。測定時，將碳數為。測定時，將碳數為n 和和n+1的正構烷烴加入到樣品的正構烷烴加入到樣品 x 中進行色譜分析，此時測中進行色譜分析，此時測得這三個物質的調整保留值分別為：得這三個物質的調整保留值分別為：tr(Cn)，tr(x)和和tr(Cn+1)，且待測物且待測物x的調整保留值介于兩個烷烴之間。的調整保留值介于兩個烷烴之間。利用下式求出未知物利用下式求出未知物 Kovats 指數指數 Ix，然后與文獻值對照。，然后與文獻值對照。)C(tlg)C(tlg)C(tlg)x(tlgn100Inr1nrnrrx 4. 保留指數保留指數(Kovats指數指數)定

19、性定性 采用該指數定性的重現性最佳。當固定液和柱溫一定時，定性可不需采用該指數定性的重現性最佳。當固定液和柱溫一定時，定性可不需要標準物。要標準物。正構烷烴碳數正構烷烴碳數調整保留時間調整保留時間 tr, min2,2-二甲基丁烷苯甲苯Kovats指數的計算圖示指數的計算圖示(Squalane, 60oC)5. 雙柱或多柱定性雙柱或多柱定性 可克服在一根柱上，不同物質可能出現可克服在一根柱上，不同物質可能出現相同的保留時間的情況。相同的保留時間的情況。6. 與其它方法結合定性與其它方法結合定性 如如GC-MS，GC-IR，GC-MS-MS GC分析是根據檢測器對待測物的響應（峰高或峰面積）分析

20、是根據檢測器對待測物的響應（峰高或峰面積）與待測物的量成正比的原理進行定量的。因此必須準確測與待測物的量成正比的原理進行定量的。因此必須準確測定峰高定峰高h或峰面積或峰面積A。1. 峰面積峰面積A的測量：的測量：對稱峰：峰高對稱峰：峰高h與半峰寬的積：與半峰寬的積：A=1.065 h W1/2不對稱峰：峰高與平均峰寬的積：不對稱峰：峰高與平均峰寬的積： A=1/2 h (W0.15+W0.85)hh7.5 定量分析定量分析2）相對校正因子）相對校正因子fi 由于絕對校正因子由于絕對校正因子fi與檢測器靈敏度有關，它不易準確測與檢測器靈敏度有關，它不易準確測得得(為什么為什么?)，因此定量分析中

21、常用相對校正因子表示：，因此定量分析中常用相對校正因子表示：即用即用一個物質作標準，用相對校正因子將所有待測物的峰面積校一個物質作標準，用相對校正因子將所有待測物的峰面積校正成相對于這個標準物質的峰面積，使各組分的峰面積與其正成相對于這個標準物質的峰面積，使各組分的峰面積與其質量的關系有一個統一的標準進行折算質量的關系有一個統一的標準進行折算。 采用的標準物因檢測器不同而不同：采用的標準物因檢測器不同而不同：TCD苯；苯；FID正庚烷。正庚烷。 fi(w)=fi(w)/fs(w)=(Aswi/Aiws) .（通式）（通式）當當w分別為質量分別為質量m、摩爾、摩爾M、和氣體體積、和氣體體積V時，

22、上式分別表示時，上式分別表示為為)M(f)V(f)V(f)V(f;MM)m(f)M(f)M(f)M(f;mAmA)m(f)m(f)m(fisiiisisiisiissii 3. 相對校正因子的測量相對校正因子的測量 準確稱取被測物純品與標準物，混合后進樣。準確稱取被測物純品與標準物，混合后進樣。從所得色譜圖分別求出它們的峰面積，然后通過前從所得色譜圖分別求出它們的峰面積，然后通過前述公式計算校正因子（省去述公式計算校正因子（省去“相對相對”二字）。二字）。必須注意必須注意： 校正因子只與試樣、標準物和檢測器類型有關校正因子只與試樣、標準物和檢測器類型有關，與其它所有條件無關！當無法得到被測物純

23、品時，與其它所有條件無關！當無法得到被測物純品時，可以利用文獻值查表得到。，可以利用文獻值查表得到。3. 相對校正因子的測量相對校正因子的測量 準確稱取被測物純品與標準物，混合后進樣。準確稱取被測物純品與標準物，混合后進樣。從所得色譜圖分別求出它們的峰面積，然后通過前從所得色譜圖分別求出它們的峰面積，然后通過前述公式計算校正因子（省去述公式計算校正因子（省去“相對相對”二字）。二字）。必須注意必須注意： 校正因子只與試樣、標準物和檢測器類型有關校正因子只與試樣、標準物和檢測器類型有關，與其它所有條件無關！當無法得到被測物純品時，與其它所有條件無關！當無法得到被測物純品時，可以利用文獻值查表得到

24、。，可以利用文獻值查表得到。1）歸一化法：要求試樣中所有）歸一化法：要求試樣中所有n個組分全部流出色個組分全部流出色譜柱，并全部出峰！則其中組分譜柱，并全部出峰！則其中組分 i 的含量為：的含量為：fi 為為i 物質的相對定量校正因子；物質的相對定量校正因子；Ai為其峰面積。為其峰面積。 此法簡單、準確，操作條件影響小。但應用此法簡單、準確，操作條件影響小。但應用不多。因為誰知道試樣有多少組分？應該出多少峰不多。因為誰知道試樣有多少組分？應該出多少峰才叫全部出峰？才叫全部出峰？nn2211iiiAf.AfAfAfx 4. 定量分析方法定量分析方法 簡簡 介介毛細管柱的發明使得氣相色譜分析發生了

25、革命性的變化！毛細管柱的發明使得氣相色譜分析發生了革命性的變化！ 50 年代初，主要進行填充柱的理論和應用研究，并開始年代初，主要進行填充柱的理論和應用研究，并開始進行非填充柱進行非填充柱(內徑為十分之幾毫米內徑為十分之幾毫米)的理論可行性研究。的理論可行性研究。 1956 年年Golay正式提出了非填充柱（空心柱）的理論并正式提出了非填充柱（空心柱）的理論并制作出效率極高毛細管柱；次年發表了該研究論文。制作出效率極高毛細管柱；次年發表了該研究論文。 50 年代后期，一些研究人員都制成了各類毛細管柱，年代后期，一些研究人員都制成了各類毛細管柱，經測定，一些毛細管的理論塔板數可達到經測定，一些毛

26、細管的理論塔板數可達到300,000！ 7.6 毛細管柱氣相色譜毛細管柱氣相色譜 (Capillary GC)毛細管氣相色譜儀器與填充柱色譜儀類似。只毛細管氣相色譜儀器與填充柱色譜儀類似。只是是: 在進樣口增加了分流在進樣口增加了分流/不分流裝置不分流裝置解決了柱解決了柱容量小的問題；容量小的問題； 以及在柱后增加了一個尾氣吹掃氣路以及在柱后增加了一個尾氣吹掃氣路減少減少了柱與檢測器連結處的死體積過大的問題；了柱與檢測器連結處的死體積過大的問題；1) 通常采用程序升溫技術。通常采用程序升溫技術。一、毛細管氣相色譜儀器一、毛細管氣相色譜儀器二、毛細管柱二、毛細管柱1. 分類分類填充型：先在玻璃管

27、內填充疏松載體，再拉制成毛細管，填充型：先在玻璃管內填充疏松載體，再拉制成毛細管，最后再涂漬固定液。最后再涂漬固定液。開管型：按固定液涂漬方法不同，可分為開管型：按固定液涂漬方法不同，可分為(i) 涂壁開管柱涂壁開管柱(Wall-coated open tubular, WCOT) 管內壁經處理后，直接涂漬固定液；管內壁經處理后，直接涂漬固定液； 管內壁經處理后，將固定液引入到管壁，再經高溫處理管內壁經處理后，將固定液引入到管壁，再經高溫處理，使其交聯，使其交聯(Cross-lined)至管壁至管壁高效、耐高溫、抗溶劑高效、耐高溫、抗溶劑沖刷。沖刷。 管內壁經處理后，將固定液以化學鍵合管內壁經處理后，將固定液以化學鍵合(Bonded)的方式的方式引入到管壁或預先涂漬的硅膠上引入到管壁或預先涂漬的硅膠上高熱穩定性。高熱穩定性。毛細管氣相色譜圖毛細管氣相色譜圖(分別涂漬不同的固定相分別涂漬不同的固定相, 溫度為最高使用溫度）溫度為最高使用溫度）聚乙烯醇聚乙烯醇(Carbonwax 20M, 250oC)50%聚氰丙基聚氰丙基-二甲基硅氧烷二甲基硅氧烷(OV-275, 240oC)聚二甲基硅烷聚二甲基硅烷(OV-1, SE-30, 350oC)5%苯甲基二甲基硅氧烷苯甲基二甲基硅氧烷(OV