色譜分析應用化學系色譜分析應用化學系第三章氣相色譜（GC）第一節氣相色譜儀器第二節填充柱氣相色譜第三節毛細管柱氣相色譜第四節其它類別氣相色譜第三章氣相色譜（GC）第一節氣相色譜儀器氣相色譜的氣源常見的氣源是氣體鋼瓶價格便宜H2N2He鋼瓶空氣壓縮機近年來配備氣體發生器價格貴一些H2N2空氣發生器用氣體鋼瓶就必須明白氣體閥門的開、關。鋼瓶總閥把手、減壓閥上標有開關的箭頭指示方向。總閥順時針為關，減壓閥與其相反。氣相色譜的氣源常見的氣源是氣體鋼瓶價格便宜第六章毛細管氣相色譜課件毛細管柱的分類1957年Golay提出利用高柱效分離復雜組分特點：

內徑：0.1~0.5mm，柱長：30~150米，最初是空心，后來也出現填充毛細管，理論板數幾十萬~百萬。毛細管柱的分類：1、壁涂空心柱（WCOT柱)

將固定液直接涂漬在色譜柱內壁的稱為壁涂空心柱。2、載體涂層空心柱

用SiO2，Al2O3、分子篩、硅藻土等很細的顆粒粘附在色譜柱內壁形成多孔層，再在多孔層上涂漬固定液做成分配柱，較WCOT柱液膜厚度不增加的情況下，提高涂漬量。從而增加柱容量。毛細管柱的分類1957年Golay提出利用高柱效分離復雜組分3、多孔層空心柱（PLOT柱)

對柱內壁進行處理形成多孔層固定相的空心柱載體涂層空心柱只是PLOT的一種4、填充毛細管柱把固定相填充到玻璃管內，然后拉成毛細管柱，可以直接作為吸附柱，也可涂固定液作為分配柱。3、多孔層空心柱（PLOT柱)第六章毛細管氣相色譜課件第六章毛細管氣相色譜課件聚二甲基硅氧烷含苯基的聚硅氧烷毛細管柱的固定液聚二甲基硅氧烷含苯基的聚硅氧烷毛細管柱的固定液含氰基的聚硅氧烷OV-225聚乙二醇類固定相含氰基的聚硅氧烷聚乙二醇類固定相交聯的聚硅氧烷固定相提高固定相液膜穩定性和耐溫性的重要途徑：在毛細管柱內壁使固定相原位交聯或鍵合到內壁。聚硅氧烷分子中引入乙烯基，交聯聚合；使用端羥基聚硅氧烷固定相，羥基與內壁硅羥基鍵合；引入間隔基，使分子交聯。交聯的聚硅氧烷固定相毛細管氣相色譜柱的涂漬靜態涂漬法先用固定相溶液充滿毛細管柱封住柱子一端，另一端抽真空，除去溶劑老化動態涂漬法先用氮氣把固定相溶液壓入毛細管柱的1/3將液柱勻速推出毛細管柱氮氣吹干老化毛細管氣相色譜柱的涂漬靜態涂漬法毛細管氣相色譜柱的交聯交聯的目的固定相線性分子變成網狀結構，提高固定相的穩定性和耐熱性交聯的方法硅羥基高溫縮合，形成Si-O-Si鍵甲基或乙烯基經引發劑產生C-C鍵，普遍交聯引發劑過氧化物過氧化苯甲酰等偶氮化合物偶氮二異丁腈等毛細管氣相色譜柱的交聯交聯的目的溶膠-凝膠技術制備毛細管柱溶膠-凝膠技術原理溶膠-凝膠技術制備毛細管柱溶膠-凝膠技術原理溶膠-凝膠技術制備毛細管氣相色譜柱溶膠-凝膠技術制備毛細管氣相色譜柱毛細管氣相色譜柱的評價性能評價指標柱效、表面惰性、熱穩定性

一定的色譜條件下分離固定種類的混合物

Grob試劑：含各種官能團化合物，烷烴、芳烴、醇、二元醇、醛、酮、酚、胺、酯、游離酸。毛細管氣相色譜柱的評價性能評價指標大內徑厚液膜毛細管氣相色譜柱內徑為0.53mm的毛細管柱，優點：可以直接取代填充柱，不需要分流進樣；分析速度快，比填充柱分析速度快；吸附性小；柱效大大優于填充柱；化學穩定性和熱穩定性優于填充柱。大內徑厚液膜毛細管氣相色譜柱內徑為0.53mm的毛細管柱，優大內徑毛細管柱的主要參數柱內徑的影響

內徑增大柱效大幅度降低，柱容量和流量增加

大內徑毛細管柱就是犧牲了柱效來增加柱容量和提高流量，以便適用代替填充柱的要求。液膜厚度的影響常為0.2-0.5微米薄液膜2優點：柱效高、分析時間短；薄液膜3缺點：1）容量因子小，不利于高揮發性物質的分離；2)不利于痕量物質的分離；3)不足以掩蔽柱壁的活化點。厚液膜可以增加柱容量、降低活性，適于低沸點化合物分析大內徑毛細管柱的主要參數柱內徑的影響細內徑毛細管氣相色譜柱細內徑毛細管柱的特點柱效高10m*0.1mmid=25m*0.25mmid可以在分離度不變的情況下縮短柱長，從而大大縮短分析時間細內徑毛細管氣相色譜柱細內徑毛細管柱的特點氣固色譜毛細管柱氣固色譜柱最早是固體吸附劑填充柱1980s后期多孔層（PLOT）氣固色譜毛細管柱PLOT柱是在熔融石英毛細管柱中涂漬一層吸附劑顆粒的開管柱，三種類型：涂漬分子篩涂漬氧化鋁鍵合聚苯乙烯-二乙烯基苯氣固色譜毛細管柱氣固色譜柱分子篩PLOT柱

5A分子篩涂漬或鍵合到毛細管內壁，涂層厚度12-50微米分析永久性氣體和惰性氣體氧化鋁PLOT柱弱極性Al2O3KCl中極性Al2O3

“S”強極性Al2O3

“M”苯乙烯-二乙烯苯PLOT柱烴類，C1-C3異構體，一直到C14的鏈烴、天然氣、煉廠氣、乙烯、丙烯；二氧化碳、一氧化碳、水極性溶劑、含氧、含硫化合物（如醇類、酮、醛、酯類、硫醇、硫化氫）分子篩PLOT柱快速毛細管氣相色譜細內徑毛細管色譜柱是實現快速色譜的重要手段之一。要實現快速氣相色譜就要使用細內徑、短毛細管柱、高柱溫，且色譜系統死體積小，進樣寬度盡可能小。快速毛細管氣相色譜細內徑毛細管色譜柱是實現快速色譜的重要手段毛細管氣相色譜的操作步驟開載氣多為氮氣開儀器設置儀器參數氣化室溫度檢測器溫度柱溫程序升溫梯度載氣流速等毛細管氣相色譜的操作步驟開載氣多為氮氣4.待檢測器溫度達到后開氫氣氫火焰檢測器5.進樣儀器開始計時6.保存譜圖數據7.設置柱溫降至50度以下8.關氫氣9.關儀器10.關載氣4.待檢測器溫度達到后開氫氣氫火焰檢測器程序升溫氣相色譜法毛細管氣相色譜柱常用程序升溫氣相色譜法分析樣品。主要有單階和多階兩種升溫方式。主要用于分析沸點差別比較大的混合物（如沸點介于100-400度的混合物分離）。程序升溫氣相色譜法毛細管氣相色譜柱常用程序升溫氣相色譜法分析1、單階程序升溫-----柱溫隨時間線性變化1、單階程序升溫-----柱溫隨時間線性變化2、多階程序升溫（一個分析周期內有多個升溫速度）2、多階程序升溫（一個分析周期內有多個升溫速度）FID功能示意圖收集極噴嘴火焰檢測器靜電器

-220伏特色譜柱底座接地信號輸出氫火焰離子化檢測器FID功能示意圖收集極噴嘴火焰檢測器靜電器-220收集極絕緣片噴嘴氣譜柱柱螺母點火器空氣H2

和尾吹氣FID檢測器剖面圖收集極絕緣片噴嘴氣譜柱柱螺母點火器空氣H2和尾吹氣FIDH2

和尾吹氣H2

和尾吹氣空氣H2OCHO+CHO+CHO+CHO+H2OHeHeHeHeCO2CO2空氣N2N2N2CHO+N2CH4HeCH4HeH2N2H2N2H2N2H2H2N2H2N2N2CH4HeH2H2N2HeCH4HeAirFID空氣CH4樣品中的甲烷CHO+甲烷陽離子H2FID氫氣He載氣H2O水N2尾吹氣H2和尾吹氣H2和尾吹氣空氣H2OCHO+CHO+CHOFID柱安裝FID柱安裝氣體類型流量范圍典型流量載氣(H2,He,N2)填充柱10–60ml/min30ml/min(1/8”柱)毛細管柱0.5–5ml/min1.5ml/min(0.32mm柱)檢測器氣體氫氣24–60ml/min40ml/min空氣200–600ml/min450ml/min柱+尾吹氣10–60ml/min50ml/minFID流量氣體類型流量范圍典型流量載氣填充柱10–60ml/miFID典型問題火焰吹息或點不著出刺低靈敏度噪音漂移FID典型問題火焰吹息或點不著解決FID點火問題檢查檢測器參數設置(面板)流量火焰ON檢測器ON點火設置檢查噴嘴檢查點火器檢查柱連接檢查氣體供應壓力檢查溶劑進樣器解決FID點火問題檢查檢測器參數設置(面板)解決FID噪音問題關閉H2

和空氣還有噪音嗎?檢查/清洗/更換:過濾器，捕集管，氣體FID噴嘴柱及其連接進樣口及其消耗品檢查/清洗/更換:內部連接/收集極連接收集極和絕緣體檢測器內部連接檢測器板NoYes電路問題污染問題解決FID噪音問題關閉還有檢查/清洗/更換:檢查/清洗/FID日常維護檢測背景信號檢查壓力/流量清洗或更換噴嘴檢查點火組件清洗收集極及組件移走，切割及重新安裝柱子FID日常維護檢測背景信號氫焰離子化檢測器的清洗

當沾污不太嚴重時，可不必卸下清洗，此時只需要將色譜柱取下，用一根管子將進樣口與檢測器聯接起來，然后通載氣并將檢測器爐溫升至１２０度以上，從進樣口先注入２０微升左右的蒸餾水，再用幾十微升丙酮或氟里昂（Ｆreon113等）溶劑進行清洗。在此溫度下保持１－２小時檢查基線是否平穩，若仍不滿意可重復上述操作或卸下清洗。

當沾污比較嚴重時，必須卸下清洗。先卸下收集極，正極，噴嘴等，若噴嘴是石英材料制成的，先將其放在水中進行浸泡過夜。

氫焰離子化檢測器的清洗

當沾污不太嚴重時，可不必卸下清洗，此若噴嘴是不銹鋼等材料做成，則可與電極等一起，先小心用細砂紙（３００－４００＃）打磨，再用適當溶劑（浸泡如甲醇與苯１：１），也可以用超聲波清洗，最后用甲醇洗凈，放置于烘箱中烘干。注意勿用含鹵素的溶劑（如氯仿、二氯甲烷等）。以免與聚四氟乙烯材料作用，導致噪聲增加。

洗凈后的各個部件，要用鑷子取，勿用手摸。烘干后裝配時也要小心，否則會再度沾污。裝入儀器后，先通載氣３０分鐘，再點火升高檢測室溫度，最好先在、１２０度保持數小時之后，再升至工作溫度。若噴嘴是不銹鋼等材料做成，則可與電極等一起，先小心用細砂紙（氣相色譜固定相氣相色譜固定相可分為液體固定相和固體固定相兩類。一、液體固定相

液體固定相是將固定液均勻涂漬在載體而成。（一）固定液1.對固定液的要求

固定液一般為高沸點的有機物，能做固定相的有機物必須具備下列條件：第一，熱穩定性好，在操作溫度下，不發生聚合、分解或交聯等現象，且有較低的蒸汽壓，以免固定液流失。通常，固定液有一個“最高使用溫度”。氣相色譜固定相氣相色譜固定相可分為液體固定相和固體固定相兩類第二、化學穩定性好，固定液與樣品或載氣不能發生不可逆的化學反應。第三、固定液的粘度和凝固點低，以便在載體表面能均勻分布。第四、各組分必須在固定液中有一定的溶解度，否則樣品會迅速通過柱子，難于使組分分離。第二、化學穩定性好，固定液與樣品或載氣不能發生不可逆的化學反2.固定液和組分分子間的作用力

固定液為什么能牢固地附著在載體表面上，而不為流動相所帶走？為什么樣品中各組分通過色譜柱的時間不同？分子間的作用力是一種極弱的吸引力，主要包括靜電力、誘導力、色散力和氫鍵力等。如在極性固定液柱上分離極性樣品時，分子間的作用力主要是靜電力。被分離組分的極性越大，與固定液間的相互作用力就越強，因而該組分在柱內滯留時間就越長。

2.固定液和組分分子間的作用力極性分子與非極性分子之間的誘導力：

在極性分子永久偶極矩電場的作用下，非極性分子也會極化產生誘導偶極矩。它們之間的作用力叫誘導力。極性分子的極性越大，非極性分子越容易被極化，則誘導力就越大。當樣品具有非極性分子和可極化的組分時，可用極性固定液的誘導效應分離。例如，苯（B.P.80.1℃）和環己烷（B.P.80.8℃）沸點接近，偶極矩為零，均為非極性分子，若用非極性固定液卻很難使其分離。但苯比環己烷容易極化，故采用極性固定液，就能使苯產生誘導偶極矩，而在環己烷之后流出。固定液的極性越強，兩者分離得越遠。極性分子與非極性分子之間的誘導力：3.固定液的分類（GB2921--82

)

目前用于氣相色譜的固定液有數百種，一般按其化學結構類型和極性進行分類，以便總結出一些規律供選用固定液時參考。（1）按固定液的化學結構分類

把具有相同官能團的固定液排在一起，然后按官能團的類型不同分類，這樣就便于按組分與固定液“結構相似”原則選擇固定液時參考。（2）按固定液的相對極性分類

極性是固定液重要的分離特性，按相對極性分類是一種簡便而常用的方法。聚硅氧烷類（通稱硅油、硅彈性體、硅脂，別名硅酮）聚二醇及聚烷基氧化物3.固定液的分類（GB2921--82)4.固定液的選擇

在選擇固定液時，一般按“相似相溶”的規律選擇，因為這時的分子間的作用力強，選擇性高，分離效果好。第一，非極性試樣一般選用非極性固定液。非極性固定液對樣品的保留作用，主要靠色散力。分離時試樣中各組分基本上按沸點從低到高的順序流出色譜柱；若樣品中含有同沸點的烴類和非烴類化合物，則極性化合物先流出。第二，中等極性的試樣應首先選用中等極性固定液。在這種情況下，組分與固定液分子之間的作用力主要為誘導力和色散力。分離時組分基本上按沸點從低到高的順序流出色譜柱，但對于同沸點的極性和非極性物，由于此時誘導力起主要作用，使極性化合物與固定液的作用力加強，所以非極性組分先流出。4.固定液的選擇第三、強極性的試樣應選用強極性固定液。此時，組分與固定液分子之間的作用主要靠靜電力，組分一般按極性從小到大的順序流出；對含有極性和非極性的樣品，非極性組分先流出。第四、具有酸性或堿性的極性試樣，可選用帶有酸性或堿性基團的高分子多孔微球，組分一般按相對分子質量大小順序分離。此外，還可選用極性強的固定液，并加入少量的酸性或堿性添加劑，以減小譜峰的拖尾。第五、能形成氫鍵的試樣，應選用氫鍵型固定液，如腈醚和多元醇固定液等。各組分將按形成氫鍵的能力大小順序分離。第六、對于復雜組分，可選用兩種或兩種以上的混合液，配合使用，增加分離效果。第三、強極性的試樣應選用強極性固定液。此時，組分與固定液分子（二）載體

載體是固定液的支持骨架，使固定液能在其表面上形成一層薄而勻的液膜。載體應有如下的特點：第一，具有多孔性，即比表面積大；第二，化學惰性且具有較好的浸潤性；第三，熱穩定性好；第四，具有一定的機械強度，使固定相在制備和填充過程中不易粉碎。（二）載體1.載體的種類及性能載體可以分成兩類：硅藻土類和非硅藻土類。硅藻土類載體是天然硅藻土經煅燒等處理后而獲得的具有一定粒度的多孔性顆粒。按其制造方法的不同，可分為紅色載體和白色載體兩種。紅色載體因含少量氧化鐵顆粒而呈紅色。其機械強度大，孔徑小，比表面積大，表面吸附性較強，有一定的催化活性，適用于涂漬高含量固定液，分離非極性化合物。白色載體是天然硅藻土在煅燒時加入少量碳酸鈉之類的助熔劑，使氧化鐵轉化為白色的鐵硅酸鈉。白色載體的比表面積小，孔徑大，催化活性小，適用于涂漬低含量固定液，分離極性化合物。1.載體的種類及性能2.硅藻土載體的預處理

普通硅藻土載體的表面并非完全惰性，而是具有硅醇基（Si-OH），并有少量的金屬氧化物。因此，它的表面上既有吸附活性，又有催化活性。如果涂漬的固定液量較低，則不能見個其吸附中心和催化中心完全遮蓋。用這種固定相分析樣品，將會造成色譜峰的拖尾；而用于分析萜烯和含氮雜環化合物等化學性質活潑的試樣時，有可能發生化學反應和不可逆吸附，為此，在涂漬固定液前，應對載體進行預處理，使其表面鈍化。常用的預處理方法有：（1）酸洗（除去堿性基團）（2）堿洗（除去酸性基團）（3）硅烷化（消除氫鍵結合力）（4）釉化（表面玻璃化、堵微孔）2.硅藻土載體的預處理二、氣固色譜固定相

用氣相色譜分析永久性氣體及氣態烴時，常采用固體吸附劑作固定相。在固體吸附劑上，永久性氣體及氣態烴的吸附熱差別較大，故可以得到滿意的分離。1.常用的固體吸附劑主要有強極性的硅膠，弱極性的氧化鋁，非極性的活性炭和特殊作用的分子篩等。2.人工合成的固定相作為有機固定相的高分子多孔微球是人工合成的多孔共聚物，它既是載體又起固定相的作用，可在活化后直接用于分離，也可作為載體在其表面涂漬固定液后再使用。由于是人工合成的，可控制其孔徑的大小及表面性質。二、氣固色譜固定相高分子多孔微球分為極性和非極性兩種：（1）非極性的是由苯乙烯、二乙烯苯共聚而成。（2）極性的是苯乙烯、二乙烯苯共聚物中引入極性基團。高分子多孔微球分為極性和非極性兩種：第三節色譜分離操作條件的選擇在氣相色譜中，除了要選擇合適的固定液之外，還要選擇分離時的最佳條件，以提高柱效能，增大分離度，滿足分離的需要。一、載氣及其線速的選擇根據vanDeemter方程的數學簡化式為

H=A+B/u+Cu可得到下圖所示的H-u關系曲線。第三節色譜分離操作條件的選擇在氣相色譜中，除了要選擇合當u值較小時，分子擴散項B/u將成為影響色譜峰擴張的主要因素，此時，宜采用相對分子質量較大的載氣（N2、Ar），以使組分在載氣中有較小的擴散系數。當u較大時，傳質項Cu將是主要控制因素。此時宜采用相對分子質量較小，具有較大擴散系數的載氣（H2、He），以改善氣相傳質。圖中曲線的最低點，塔板高度最小，柱效最高，所以該點對應的流速即為最佳流速。當u值較小時，分子擴散項B/u將成為影響色譜峰擴張的主要因素最佳線速和最小板高可以通過H=A+B/u+Cu進行微分后求得。上圖的虛線是速率理論中各因素對板高的影響。比較各條虛線可知，當u值較小是，分子擴散項B/u將成為影響色譜峰擴張的主要因素，此時，宜采用相對分子質量較大的載氣（N2、Ar），以使組分在載氣中有較小的擴散系數。另一方面，當u較大時傳質項Cu將是主要控制因素。此時宜采用相對分子質量較小，具有較大擴散系數的載氣（H2、He），以改善氣相傳質。當然，還須考慮與所用的檢測器相適應。最佳線速和最小板高可以通過H=A+B/u+C二、柱溫的選擇