【正文】 氣相色譜分析 講義 沈陽華光精密儀器有限公司 第一章 色譜分析導論 167。 概述 色譜法也叫層析法，它是一種高效能的物理分離技術，將它用于分析化學并配合適當?shù)臋z測手段，就成為色譜分析法。由俄國植物學家茨維特（ Tsweett）創(chuàng)立 . 色譜法的最早應用是用于分離植物色素 . 1903年，茨維特做了一個植物色素分離實驗： 在一玻璃管中放入碳酸鈣，將含有植物色素（植物葉的提取液）的石油醚倒入管中。 此時，玻璃管的上端立即出現(xiàn)幾種顏色的混合譜帶。然后用純石油醚沖洗，隨著石油醚的加入，譜帶不斷地向下移動，并逐漸分開成幾個不同顏色的譜帶，繼續(xù)沖洗就可分別接得各種顏色的色素，并可分別進行鑒定。色譜法也由此而得名。 在茨維特提出色譜概念后的 20多年里沒有人關注這一偉大的發(fā)明，直到 1931年德國的 Kuhn和Lederer才重復了茨維特的某些實驗，用氧化鋁和碳酸鈣分離了 α ， β ，和 γ ，胡蘿卜素，此后用這種方法分離了 60多種這類色素。 Martin和 Synge在 1940年提出液液分配色譜法 (LipuidLipuid Partition Chromatography),即固定相是吸附在硅膠上的水，流動相是某種有機溶劑，1941年 Martin和 Synge提出用氣體代替液體作流動相的可能性， 11年之后 James和 Martin發(fā)表了從理論到實踐比較完整的氣液色譜方法（ GesLipuid Chromatography）因而獲得了 1952年的諾貝爾化學獎。 在此基礎上 1957年 Golay開創(chuàng)了開管柱氣相色譜法（ OpenTubular Column Chromatography）習慣上稱為毛細管柱氣相色譜法 (Capillary Column Chromatography)。 1956年 Van Deemter等在前人研究的基礎上發(fā)展了描述色譜過程的速率理論 ， 1965年 Giddings總結和擴展了前人的色譜理論，為色譜的發(fā)展奠定了理論基礎，另一方面早在 1944 Consden等就發(fā)展了紙色譜， 1949年 Mecllean等在氧化鋁中加入淀粉粘合劑制作薄層板使薄層色譜法，（ TLC）得以實際應用，而在 1956年 Stahl開發(fā)出薄層色譜板涂布器之后，才使 TLC得到廣泛地應用， 在 60年代末把高壓泵和化學鍵合固定相用于液相色譜，出現(xiàn)了高效液相色譜，（ HPLC）， 80年代初毛細管超臨界流體色譜（ SFC）得到發(fā)展，但在 90年代后才得到較廣泛的應用，而在 80年代初由Jenson等集前人經(jīng)驗而發(fā)展起來的毛細管電泳，（ CZE），在 90年代得到廣泛的發(fā)展和應用，同時集 HPLC和 CZE優(yōu)點的毛細管電色譜在 90年代后期受到重視，到 21世紀色譜科學已經(jīng)在生命科學等前沿科學領域發(fā)揮它不可代替的重要作用。 一、色譜分離基本原理： 在色譜法中存在兩相，一相是固定不動的，我們把它叫做固定相；另一相則不斷流過固定相，我們把它叫做流動相。 色譜法的分離原理就是利用待分離的各種物質在兩相中的分配系數(shù)、吸附能力等親和能力的不同來進行分離的。 使用外力使含有樣品的流動相（氣體、液體）通過一固定于柱中或平板上、與流動相互不相溶的固定相表面。當流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時，混合物中的各組分與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中各組分在性質和結構上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強弱不同，隨著流動相的移動，混合物在兩相間經(jīng)過反復多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時間不同，從而按一定次序由固定相中先后流出。與適當?shù)闹髾z測方法結合，實現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測。 二、色譜分類方法： 色譜分析法有很多種類 ， 從不同的角度出發(fā)可以有不同的分類方法 。 （一）從兩相的狀態(tài)分類： 色譜法中，流動相可以是氣體，也可以是液體，由此可分為 氣相色譜法（ GC） 和液相色譜法（ LC） 。 固定相既可以是固體，也可以是涂在固體上的液體，由此又可將氣相色譜法和液相色譜法分為氣 液色譜、氣 固色譜、液 液色譜、液 固色譜。 (二 ) 按固定相的形式分類： 按固定相的形式可分為： 柱 色 譜 ：固定相裝在色譜柱中； 紙 色 譜 ：利用濾紙作載體，吸附在紙上的水作固定相； 薄層色譜 ：將固體吸附劑在玻璃板或塑料板上制成薄層作固定相 （三）按分離原理分類： 可分為： 吸附色譜法 ：利用吸附劑（固定相一般是固體）表面對不同組分吸附能力的差別進行分離的方法； 分配色譜法 ：利用不同組分在兩相間的分配系數(shù)的差別進行分離的方法。 離子交換色譜 ：利用溶液中不同離子與離子交換劑間的交換能力的不同而進行分離的方法。 空間排斥（阻）色譜法 ：利用多孔性物質對不同大小的分子的排阻作用進行分離的方法。 從載氣帶著組分進入色譜柱起就用檢測器檢測流出柱后的氣體，并用記錄器記錄信號隨時間變化的曲線，此曲線就叫色譜流出曲線，當待測組分流出色譜柱時，檢測器就可檢測到其組分的濃度，在流出曲線上表現(xiàn)為峰狀，叫色譜峰。 色譜圖 :試樣中各組分經(jīng)色譜柱分離后 ,在柱的末端收集各組分 ,經(jīng)檢測器轉換為電信號 ,用紀錄儀將各組分濃度記錄下來 ,得到色譜圖。 167。 色譜流出曲線（色譜圖）及有關術語 如圖所示為一色譜流出曲線： 色譜流出曲線的意義： 色譜峰數(shù) 樣品中單組份的最少個數(shù)； 色譜保留值 —— 定性依據(jù)； 色譜峰高或面積 —— 定量依據(jù)； 色譜保留值或區(qū)域寬度 —— 色譜柱分離效能評價指標； 色譜峰間距 —— 固定相或流動相選擇是否合適的依據(jù) 色譜術語 1）基線： 在實驗條件下，色譜柱后僅有純流動相進入檢測器時的流出曲線稱為基線?；€在穩(wěn)定的條件下應是一條水平的直線。它的平直與否可反應出實驗條件的穩(wěn)定情況。 2） 峰高 （ h） 和峰面積 ： 色譜峰頂點與基線的距離叫峰高 。 色譜峰與峰底基線所圍成區(qū)域的面積叫峰面積 。 3） 保留值 a. 死時間 (t0) ： 不與固定相作用的物質從進樣到出現(xiàn)峰極大值時的時間 ， 它與色譜柱的空隙體積成正比 。 由于該物質不與固定相作用 ， 因此 ， 其流速與流動相的流速相近 。 據(jù) t0 可求出流動相平均流速 0tLu ??柱 長死 時 間b. 保留時間 tr： 試樣從進樣到出現(xiàn)峰極大值時的時間。它包括組份隨流動相通過柱子的時間 t0和組份在固定相中滯留的時間。 c. 調(diào)整保留時間 tr’ ： 某組份的保留時間扣除死時間后的保留時間，它是組份在固定相中的滯留時間。即 由于保留時間為色譜定性依據(jù)。但同一組份的保留時間與流速有關，因此有時需用保留體積來表示保留值。 39。0rrt t t?? R與拖尾因子 r ：表示相鄰兩個峰分離程度的優(yōu)劣，是色譜柱分離效能的指標， 用 “ R” 表示。 定義：相鄰兩組分色譜峰保留值只差與兩組分色譜峰底寬度總和 之半的比值： R=，分離程度可達到 %，達到基線分離。 ： r=b/a r= 1,峰形為對稱的高斯曲線； r﹥ 1,峰形拖尾； r﹤ 1，峰形前伸。 其他色譜分析方法 液相色譜 (LC) 包括 制備液相色譜 離子色譜 (IC) 毛細管電泳 (CE) 薄層色譜 (TLC) 親和色譜 (AC) 凝膠滲透色譜又稱排阻色譜 (GPC) 高速逆流色譜 超臨界流體色譜 (SFC） 全二維氣相色譜 多維氣相色譜 色譜法主要是用來分析自然界中各種有機物的方法 167。 物質的分類以及有機物知識簡述 自然界中的物質分為有機物和無機物兩種，其中有機物占 80%。 有機物一般都含有碳、氫、氧、氮幾種化合物，包括：烷烴和環(huán)烷烴、鹵代烷和有機金屬化合物、烯烴、炔烴、苯和芳香族化合物、醇類、醚類、醛類、酮類、羧酸及其衍生物、胺類、酚類、醌類、雜環(huán)化合物、單糖和多糖、氨基酸、多肽、蛋白質、酶、核酸、萜類化合物、甾類化合物（膽固醇和激素）、生物堿、有機硫、有機磷、有機硅、有機硼等。 這么多種類的有機物（大約 300萬種），其中有 80%屬于大分子、難揮發(fā)物質，要用液相色譜或其他色譜方法來分析； 20%屬于小分子、揮發(fā)性物質可用氣相色譜分析。 思考題： 簡述色譜分析法有哪幾種分類方法？每種分類方法中有哪些具體方法？ 第二章 氣相色譜分析 定義： 氣相色譜法是以惰性氣體（載氣）為流動相，以固定液或固體吸附 劑作為固定相的色譜法。 按固定相分類 : 氣 固色譜 氣 液色譜 按分離原理分 : 吸附色譜 分配色譜 按柱子粗細分 : 填充柱色譜 毛細管柱色譜 氣相色譜過程 ：待測物樣品被蒸發(fā)為氣體并注入到色譜分離柱柱頂，以惰性氣體（指不與待測物反應的氣體，只起運載蒸汽樣品的作用，也稱載氣）將待測物樣品蒸汽帶入柱內(nèi)分離。 載氣 → 減壓 → 凈化 → 穩(wěn)壓 → 進樣 → 分離 → 檢測 → 處理 → 記錄 其 分離原理 是基于待測物在氣相和固定相之間的吸附 脫附（氣固色譜）和分配（氣液色譜）來實現(xiàn)的。因此可將氣相色譜分為氣固色譜和氣液色譜。 167。 概述 氣固色譜： 在氣固色譜中的固定相是一種具有多孔性及比表面積較大的吸附劑 。樣品由載氣攜帶進入色譜柱時 ， 立即被吸附劑所吸附 。 載氣不斷通過吸附劑， 吸附的被測組分被洗脫下來 ， 洗脫下來的組分又隨載氣流動 ， 又被后面的吸附劑所吸附 。 隨著載氣的流動 ， 被測組分在氣固吸附劑表面進行反復的吸附 、 解吸 、 再吸附 、 再解吸 。 由于各組分在氣固吸附劑表面吸附能力不同 ， 吸附能力強的組分在色譜柱中停留的時間就長些 ， 而吸附能力弱的組分在色譜柱中停留的時間就短些， 經(jīng)過一段時間后 ， 各組分就彼此分離開并依次流出色譜柱 。 氣液色譜： 在氣液色譜中 ， 當載氣攜帶樣品進入色譜柱時 ， 氣相中的被測組分就溶解到固定液中 。 載氣連續(xù)流經(jīng)色譜柱 ， 溶解在固定液中的組分會從固定液中揮發(fā)到氣相中 ， 隨著載氣的流動 ， 揮發(fā)到氣相中的組分又會重新溶解在后面的固定液中 。 這樣反復多次溶解 、 揮發(fā) 、 再溶解 、 再揮發(fā) 。 由于各組分在固定液中的溶解度不同 ， 溶解度大的組分較難揮發(fā) ， 停留在色譜柱中的時間就長些 ， 溶解度小的組分容易揮發(fā) ， 停留在色譜柱中的時間就短些 ， 經(jīng)過一定的時間 ， 各組分就彼此分離并依次流出色譜柱 。 氣相色譜法的特點和應用 “ 三高 ” “ 一快 ” “ 一廣 ” 效能 ：一般填充柱的理論塔板數(shù)可達數(shù)千 ， 毛細管柱可達一百多萬 。 選擇性 ：可以使一些分配系數(shù)很接近的以及極為復雜 、 難以分離的物質 ， 獲得滿意的分離 。 靈敏度 ：可以檢測 10?11～ 10?13g物質，適合于痕量分析 快 ：一個試樣的分析可在幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)完成。 廣 泛 ：可以分析氣體試樣，也可分析易揮發(fā)或可衍生轉化為易揮發(fā)的液體和固體。 分析的有機物，約占全部有機物 (約 300萬種 )的 20%。 ：對被分離組分的定性能力較差。 氣相色譜儀的應用領域 石油和石油化工分析（煉油廠、研究所） 油氣田勘探中的化學分析、原油分析、煉氣廠氣體分析、模擬蒸餾、油料分析、單質烴分析、含硫 /含氮 /含氧化合物分析、汽油添加劑分析、脂肪烴分析、芳烴分析。 舉例如下：天然氣常量分析（ O N CH CO C2HC3H iC nC iC50、 nC50等組分的常量分析）；液化石油氣分析（液化石油氣中 C2C4及總 C5烴類組成的分析）；煉廠氣分析（快速分析 H O N CO CO、 C10C60、 C2二 C4二及 C6以上烴等組分）； 環(huán)境分析（環(huán)保監(jiān)測站） 大氣污染物分析、水分析、土壤分析、固體廢棄物分析 舉例如下：室內(nèi)空氣檢測分析（按國標 GB503252022選用專用的色譜柱可完成對室內(nèi)空氣中苯、甲苯、二甲苯及總揮發(fā)性有機合物（ TVOC）的檢測；采用衍生氣相色譜法，經(jīng) ，用環(huán)已烷萃取，以 OV17和QF1混涂色譜柱分離；用電子俘獲檢測器（ ECD）測定室內(nèi)空氣中的甲醛）；土壤中有害物質的分析；汽車尾氣分析等 造氣廠（煤氣成分分析、水煤氣成分分析、氣體廠：H O N CO、 CO C2H He、 Ar等） 人工煤氣分析 氣體純度分析及雜質含量分析 舉例如