第十四章 气相色谱分析法精要.ppt

第十四章 气相色谱法 Gas Chromatography 色谱法 色谱法的起源 叶绿素的石油醚溶液流经装有CaCO3的柱子，然后用石油醚淋洗。 CaCO3对叶绿素各成分吸附能力不同，而分离成为不同的色带。 固定相－CaCO3 流动相－石油醚 色谱法发展的历史 与色谱技术相关的Nobel奖项 色谱分离基本原理 色谱法分类 气相色谱过程 气固色谱 (GSC) 气液色谱 (GLC) 气相色谱法特点 选择性好，分离效能高：能分析分离很复杂的混合物(几十或几百个组分)或性质相近的物质(如同系物和异构体等)。 样品用量少，灵敏度高：10-11-10-13 g (高灵敏度的检测器)。 分析速度快：几或几十分钟。 应用范围广：b.P.400 ?C。 不足之处：不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质及蛋白质、核酸等生物样品的分析。 GC在各领域的主要应用 气相色谱仪 气源：高压钢瓶或气体发生器。常用载气有氮气、氢气、氦气、氩气等，要求纯度高。 作用(提供动力):　驱动样品在色谱柱中流动，并把分离后的各组分推进检测器。 载气的选择: １．进样器：将样品快速、准确地加到色谱柱头。 　　气样：六通阀或注射器(0.25、1、2.5、10 mL)。 　　液样：注射器(0.5、1、2、10 ?L)。 　　固样：溶解或闪蒸。 ２．气化室：将液(固)体样品瞬间气化。 　　热容大；死体积小；无催化效应。 　　温度的选择：样品瞬间气化而不分解；通常选在样品沸点附近，高于柱温10?50 ?C即可。 色谱流出曲线 从色谱流出曲线上可以得到什么信息？ 根据色谱峰个数可以判断样品中所含组分的最小个数。 根据色谱峰的保留值可以进行定性分析。 根据色谱峰高或者峰面积可以进行定量分析。 根据色谱峰保留值和区域宽度可以评价色谱柱分离效率。 可以通过两个色谱峰的距离评价固定相(流动相)的选择是否合适。 1. 分配系数( Distribution constant, K): 描述组份在固定相和流动相间的分配过程或吸附-脱附过程的参数。 2. 分配比(Retention factor or capacity factor/k) 3. K 与 k 的关系 1. 塔板数(n) 说明柱效时，必须注明该柱效是针对何种物质、固定液种类及其含量、流动相种类及流速、操作条件等。 应定期对柱效进行评价，以防柱效下降、延长柱寿命。 1. 涡流扩散项 (多途路径项, A) 2. 分子扩散项(纵向扩散项, B/u) 3. 传质阻力项(Cu) 保留值之差—色谱过程的热力学因素 区域宽度—色谱过程的动力学因素 用于衡量柱效及反映色谱操作条件下的动力学因素 区域宽度(peak width): 色谱峰宽度。 两组份峰间距足够远 由各组份在两相间的分配系数决定，即色谱过程的热力学性质决定。 每个组份峰宽足够小 由组份在色谱柱中的传质和扩散决定，即色谱过程动力学性质决定。 因此研究、解释色谱分离行为应从热力学和动力学两方面进行。 §14-3-2 色谱柱效能 完全分离的条件 组分一定时，只与两相和温度有关! 描述分配过程的参数 m s c c K = = 溶质在流动相中的浓度 溶质在固定相中的浓度 反映了组分在柱中的迁移速率，又称保留因子 m m s s m s V c V c m m k = = = 组分在流动相中的质量 组分在固定相中的质量 填充柱：?=6~35 毛细管柱： ?=60~600 V V s m = b —詹姆斯/马丁(1941) 小室1 小室2 小室3 小室4 小室1 小室2 小室3 小室4 ? ? ?? 塔板理论(Plate theory)---柱效能指标 理论塔板数 理论板高 有效塔板数 有效板高 ( ) 板高 H 2. 塔板理论贡献 用热力学的观点阐明了溶质在色谱柱中的分配平衡和分离过程。 解释了流出曲线的形状及浓度极大值的位置。 提出了计算和评价柱效的参数。 3. 塔板理论不足 不能解释造成谱带扩张的原因和影响板高的各种因素。 不能说明同一溶质为什么在不同的流速下，可以测得不同的理论塔板数。 —Van Deemter/ 1956 吸收了塔板理论中的板高H概念，考虑了组分在两相间的扩散和传质过程,从动力学角度很好地解释了影响板高(柱效)的各种因素！ 速率理论(Rate theory)---影响柱效能的因素 H：单位柱长色谱峰形展宽的程度 A：涡流扩散项 B：分子扩散项系数 C：传质阻力项系数 流动相平均线速 : u u C u B A H + + = 减小A的途径：使用粒度小并且均匀的柱料并均匀填充毛细管柱？ ：填充物平均粒径 填充不规则因子 p p d : d 2 A l l = 柱料均匀?? 柱温?Dg ?；柱压?Dg? 流动相分子