GC2(色谱柱).ppt

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1、第十七章：气相色谱法第十七章：气相色谱法内容提要：内容提要：第一节：概述第一节：概述 第二节：气相色谱固定相和载气第二节：气相色谱固定相和载气 第三节：气相色谱检测器第三节：气相色谱检测器 第四节：色谱分离操作条件的选择第四节：色谱分离操作条件的选择 第五节：气相色谱定性分析方法第五节：气相色谱定性分析方法 第六节：气相色谱定量分析方法第六节：气相色谱定量分析方法1第二节：气相色谱固定相和载气第二节：气相色谱固定相和载气一：色谱柱的分类一：色谱柱的分类二：气二：气-液色谱固定相液色谱固定相三：气三：气-固色谱固定相固色谱固定相四：四：气相色谱流动相气相色谱流动相2一、色谱柱的分类一、色谱柱的分

2、类色谱柱由色谱柱由固定相固定相与与柱管柱管组成。组成。色色谱谱柱柱可可按按柱柱管管的的粗粗细细、固固定定相相的的填填充充方方法法及分离机制分类。及分离机制分类。按柱粗细可分为一般按柱粗细可分为一般填充柱及毛细管柱填充柱及毛细管柱两类。两类。按按分分离离机机制制可可分分为为分分配配柱柱及及吸吸附附柱柱等等，它它们们的区别主要在于固定相。的区别主要在于固定相。3填充柱及毛细管柱填充柱及毛细管柱填充色谱柱填充色谱柱 多多用用内内径径2 24mm4mm的的不不锈锈钢钢管管制制成成U U型型或或螺螺旋旋形形管管柱柱，常常用用柱柱长长2 24m4m。填填充充液液体体固固定定相相(气气-液色谱液色谱)或固体

3、固定相或固体固定相(气气-固色谱固色谱)。毛细管色谱柱毛细管色谱柱 常常用用内内径径0.10.11.0mm1.0mm的的玻玻璃璃或或弹弹性性石石英英毛毛细细管管柱柱，柱柱长长几几十十米米至至百百米米。按按填填充充方方式式可分为开管毛细管柱及填充毛细管柱等。可分为开管毛细管柱及填充毛细管柱等。4分配柱及吸附柱分配柱及吸附柱分配柱分配柱 一一般般是是将将固固定定液液(高高沸沸点点液液体体)涂涂渍渍在在载载体体上上，构构成成液液体体固固定定相相，利利用用组组分分的的分分配配系系数数差差别别而而实实现现分离。分离。将将固固定定液液的的官官能能团团通通过过化化学学键键结结合合在在载载体体表表面面，称称为

4、为化化学学键键合合相相(chemicallybonded phase)，不不流流失是其优点失是其优点。吸附柱吸附柱 将将固固体体物物质质装装入入色色谱谱柱柱而而构构成成，利利用用组组分分的的吸吸附附系系数数的的差差别别而而实实现现分分离离。此此固固体体物物质质包包括括具具有有吸吸附附活活性性的的无无机机吸吸附附剂剂，高高分分子子多多孔孔微微球球和和表表面面被被化学键合的固体物质等化学键合的固体物质等。5分配柱及吸附柱分配柱及吸附柱6（一）：固（一）：固 定定 液液 1：对固定液的要求：对固定液的要求 2：固定液的分类：固定液的分类 3：固定液的选择：固定液的选择（二）：载二）：载 体体二、气二

5、、气-液色谱的固定相液色谱的固定相由固定液（由固定液（stationary liquid）和载体（）和载体（support）组成）组成71 1：对固定液的要求：对固定液的要求在在操操作作温温度度下下呈呈液液态态，黏黏度度越越低低越越好好。组组分分在在黏黏度度高高的的固固定定液液中中传传质质速速度度慢慢，柱柱效效下下降降，这这决决定定了了固固定液的最低使用温度。定液的最低使用温度。蒸蒸气气压压低低，热热稳稳定定性性好好。这这样样可可减减少少固固定定液液的的流流失失，延延长长色色谱谱柱柱的的使使用用寿寿命命，这这两两者者决决定定了了固固定定液液的的最最高使用温度。高使用温度。固定液对样品中各组分有

6、足够的溶解能力固定液对样品中各组分有足够的溶解能力选选择择性性能能高高，两两个个沸沸点点或或性性质质相相近近的的组组分分的的分分配配系系数比不等于数比不等于1 1。（一（一)：固定液：固定液8(1)(1)：烃类：烃类(2)(2)：聚硅氧烷类：聚硅氧烷类(3)(3)：聚二醇类：聚二醇类(4)(4)：酯类：酯类2：固定液的分类：固定液的分类（一（一)：固定液：固定液9(1)(1)：烃类：烃类：包括烷烃与芳烃。常用的有角鲨烷包括烷烃与芳烃。常用的有角鲨烷 (鲨鲨鱼烷、异卅烷鱼烷、异卅烷C C3030H H6262)，是标准非极性固定，是标准非极性固定液液2.1：化学分类：化学分类10(2)(2)：聚

7、硅氧烷类：目前应用最广的通用型固定液。：聚硅氧烷类：目前应用最广的通用型固定液。聚硅氧烷类的优点聚硅氧烷类的优点：基本化学结构基本化学结构：分类分类：A A：甲基硅氧烷：甲基硅氧烷 B B：苯基硅氧烷：苯基硅氧烷 C C：氟烷基硅氧：氟烷基硅氧 D D：氰基硅氧烷：氰基硅氧烷2.1：化学分类：化学分类11聚硅氧烷类的优点：聚硅氧烷类的优点：温度粘度系数小温度粘度系数小蒸气压低蒸气压低流失少流失少对大多数有机物有很好的溶解能力等对大多数有机物有很好的溶解能力等包括从弱极性到极性多种固定液。包括从弱极性到极性多种固定液。2.1：化学分类：化学分类12A：甲基硅氧烷：甲基硅氧烷：R为甲基，为甲基，按

8、按分分子子量量不不同同可可分分为为甲甲基基硅硅油油（n400）及甲基硅橡胶及甲基硅橡胶(n400)。甲基硅油有甲基硅油甲基硅油有甲基硅油I(230)等，等，甲甲 基基 硅硅 橡橡 胶胶 有有 SE30(350)及及 OV1(350)等等。是是一一类类应应用用很很多多的的耐耐高高温温、弱极性固定液弱极性固定液。2.1：化学分类：化学分类13B：苯基硅氧烷：苯基硅氧烷：R为为苯苯基基。n400为为甲甲基基苯苯基基硅硅油油；n400为为甲甲基苯基硅橡胶。基苯基硅橡胶。根据含苯基与甲基的比例不同分为：根据含苯基与甲基的比例不同分为：低苯基硅氧烷，如低苯基硅氧烷，如SE52(5，300)；中苯基硅氧烷，

9、中苯基硅氧烷，如如OV17(50，350)；高苯基硅氧烷，如高苯基硅氧烷，如OV25(75，300)。苯苯基基含含量量高高时时，结结构构中中的的甲甲基基也也相相应应变变为为苯苯基基。这这类类固固定定液液因因引引入入苯苯基基而而极极性性比比甲甲基基硅硅氧氧烷烷强强，且随着苯基含量增高，极性增强。且随着苯基含量增高，极性增强。2.1：化学分类：化学分类14C：氟烷基硅氧烷：氟烷基硅氧烷（OV-210）R为为三三氟氟丙丙基基(-CH2CH2CF3)，是是一一类类中中等等极极性性固固定定液液。这这类类固固定定液液在在强强碱碱作作用用下下易易解解聚聚，故只能与酸洗载体配伍。故只能与酸洗载体配伍。D：氰基

10、硅氧烷：氰基硅氧烷：R为为氰氰乙乙基基(-CH2CH2CN)，是是一一类类强强极极性性固固定定液，氰乙基含量越高，极性越强。液，氰乙基含量越高，极性越强。2.1：化学分类：化学分类15(3)醇类：醇类：氢键型固定液，可分为非聚合醇与聚合醇两类。氢键型固定液，可分为非聚合醇与聚合醇两类。聚聚乙乙二二醇醇如如PEG20M(平平均均分分子子量量20000，250)是药物分析中最常用的固定液之一。是药物分析中最常用的固定液之一。(4)酯类：酯类：是中强极性固定液，分为非聚合酯与聚酯两类。是中强极性固定液，分为非聚合酯与聚酯两类。聚聚酯酯类类多多是是二二元元酸酸及及二二元元醇醇所所生生成成的的线线型型聚

11、聚合合物物,如如丁丁二二酸酸二二乙乙二二醇醇聚聚酯酯(polydiethylene glycol succinate；PDEGS或或DEGS)。在在酸酸性性或或碱碱性性条条件件下下或或200以上的水蒸气均能使聚酯水解。以上的水蒸气均能使聚酯水解。2.1：化学分类：化学分类162.2：极性分类：极性分类按按固固定定液液的的相相对对极极性性或或特特征征常常数数分分类类，后后者者包包括括罗罗氏氏(RohrschneiderRohrschneider)特特 征征 常常 数数 分分 类类 法法 和和 麦麦 氏氏(McReynoldsMcReynolds)特征常数分类法。特征常数分类法。固定液的相对极性固

12、定液的相对极性17固定液的相对极性固定液的相对极性 1959年年由由Rohrschneider提出用相对极性提出用相对极性P来表示固定液的分离特征。来表示固定液的分离特征。A:相对极性测定方法相对极性测定方法B:相对极性的规定相对极性的规定C:常用固定液的相对极性表常用固定液的相对极性表2.2：极性分类：极性分类18A:相对极性测定方法相对极性测定方法此此法法规规定定非非极极性性固固定定液液角角鲨鲨烷烷的的极极性性为为0，强强极极性性固固定液定液，-氧二丙睛的极性为氧二丙睛的极性为100然然后后，选选择择一一对对物物质质（如如正正丁丁烷烷一一丁丁二二烯烯或或环环乙乙烷烷一苯），来进行试验。一苯

13、），来进行试验。分分别别测测定定它它们们在在氧氧二二丙丙腈腈、角角鲨鲨烷烷及及欲欲测测固固定定液液的的色色谱谱柱柱上上的的相相对对保保留留值值，将将其其取取对对数数后后，分分别别得得q1、q2、qx，欲测固定液的相对极性为欲测固定液的相对极性为Px。则：。则：19B:相对极性的规定相对极性的规定由上公式测得的各种固定液构相对极性均在由上公式测得的各种固定液构相对极性均在0100之间。之间。一般将其分为五级，每一般将其分为五级，每20单位为一级。单位为一级。相对极性在相对极性在 0+1之间的叫非极性固定液，之间的叫非极性固定液，+2级为弱极性固定液，级为弱极性固定液，+3级为中等极性，级为中等极

14、性，+4+5为强极性。为强极性。非极性亦可用非极性亦可用“”表示。表示。20C:常用固定液的相对极性常用固定液的相对极性表表213：固定液的选择：固定液的选择3.13.1：按相似性原则选择：按相似性原则选择3.23.2：按主要差别选择：按主要差别选择 A：按极性相似选择：按极性相似选择B：按按化化学学官官能能团团相相似似选择选择（一（一)：固定液：固定液223.1：按相似性原则选择：按相似性原则选择按按被被分分离离组组分分的的极极性性或或官官能能团团与与固固定定液液相相似似的原则的原则来选择。来选择。组组分分在在固固定定液液中中的的溶溶解解度度大大，分分配配系系数数大大，保留时间长，分开的可能

15、性就大。保留时间长，分开的可能性就大。23A：按极性相似选择：按极性相似选择非极性化合物非极性化合物:首首先先选选择择非非极极性性固固定定液液。组组分分与与固固定定液液分分子子间间的的作作用用力力主主要要是是色色散散力力，组组分分基基本本上上以以沸沸点点顺顺序序出出柱柱，低低沸沸点的先出柱。点的先出柱。若样品中有极性组分，相同沸点的极性组分先出柱。若样品中有极性组分，相同沸点的极性组分先出柱。中等极性化合物：中等极性化合物：首首选选中中等等极极性性固固定定液液。分分子子间间作作用用力力为为色色散散力力和和诱诱导导力。基本上仍按沸点顺序出柱。力。基本上仍按沸点顺序出柱。但但对对沸沸点点相相同同的

16、的极极性性与与非非极极性性组组分分，诱诱导导力力起起主主导导作作用，极性成分后出柱。用，极性成分后出柱。24A：按极性相似选择：按极性相似选择强极性化合物强极性化合物：首首选选极极性性固固定定液液。分分子子间间主主要要作作用用力力为为静静电电力力。组组分按极性顺序出柱，极性强的组分后出柱。分按极性顺序出柱，极性强的组分后出柱。能形成氢鍵的试样能形成氢鍵的试样，可选择氢鍵形固定液，可选择氢鍵形固定液 如：醇、酚、胺和水等的分离。如：醇、酚、胺和水等的分离。它们之间的作用力是氢鍵力。试样中各组分按与固它们之间的作用力是氢鍵力。试样中各组分按与固定液分子形成氢鍵的能力大小先后流出，不易形成定液分子形

17、成氢鍵的能力大小先后流出，不易形成氢键的化合物先流出色谱柱。氢键的化合物先流出色谱柱。25B：按化学官能团相似选择：按化学官能团相似选择：当当固固定定液液与与组组分分的的化化学学官官能能团团相相似似时时，相相互作用力最强，选择性最高。互作用力最强，选择性最高。例如例如:被分离化合物为酯可选酯和聚酯固定液。被分离化合物为酯可选酯和聚酯固定液。化合物为醇可选醇类或聚乙二醇等。化合物为醇可选醇类或聚乙二醇等。263.2：按主要差别选择：按主要差别选择 若组分的沸点差别是主要矛盾，可选非极性固定液；若组分的沸点差别是主要矛盾，可选非极性固定液；若极性差别为主要矛盾，则选极性固定液。若极性差别为主要矛盾

18、，则选极性固定液。现举例说明现举例说明：苯苯与与环环己己烷烷沸沸点点相相差差0.6(0.6(苯苯80.180.1，环环己己烷烷80.7)80.7)。苯苯为为弱弱极极性性化化合合物物，环环己己烷烷为为非非极极性性化化合合物物，二二者者极极性性差差别别虽虽然然不不大大，但但相相对对而而言言比比沸沸点点差差别别大大，极性差别是主要矛盾。极性差别是主要矛盾。用用非非极极性性固固定定液液很很难难将将苯苯与与环环己己烷烷分分开开,若若改改用用中等极性的固定液中等极性的固定液27(二二)：载体：载体(support)1 1：对一般载体的要求：对一般载体的要求 2 2：载体的分类：载体的分类 3 3：载体的钝

19、化：载体的钝化 载体又称为担体载体又称为担体，一般是化学惰性的多孔性微粒一般是化学惰性的多孔性微粒.为固定液提供一个惰性表面，使其能铺展成薄而为固定液提供一个惰性表面，使其能铺展成薄而均匀的液膜。均匀的液膜。281 1：对一般载体的要求：对一般载体的要求 比表面积大，粒度和孔径分布均匀；比表面积大，粒度和孔径分布均匀；表面没有吸附性能表面没有吸附性能(或很弱或很弱)；不与被；不与被分离物质或固定液起化学反应；分离物质或固定液起化学反应；热稳定性好；热稳定性好；有一定的机械强度有一定的机械强度292 2：载体的分类：载体的分类 载体可分为两大类：硅藻土型载体载体可分为两大类：硅藻土型载体 非硅藻

20、土型载体。非硅藻土型载体。非非硅硅藻藻土土型型载载体体种种类类不不一一，多多用用于于特特殊殊用用途途，如氟载体、玻璃微珠等。如氟载体、玻璃微珠等。硅硅藻藻土土型型载载体体是是将将天天然然硅硅藻藻土土压压成成砖砖形形，在在900900煅煅烧烧，然然后后粉粉碎碎、过过筛筛而而成成。因因处处理理方方法法不不同同，又又可可分分为为红红色色载载体体和和白白色色载载体体两种。两种。30A：红红色色载载体体：硅硅藻藻土土与与粘粘合合剂剂直直接接煅煅烧烧而而成成。因因煅煅烧烧后后天天然然硅硅藻藻土土中中所所含含的的铁铁形形成成氧氧化化铁铁，而使载体呈淡红色，故称为红色载体。而使载体呈淡红色，故称为红色载体。红

21、色载体的特点红色载体的特点：红红色色载载体体表表面面孔孔穴穴密密集集，孔孔径径较较小小，平平均均孔孔径径为为1m，比比表表面面积积约约为为4.0m2g，机机械械强强度度高高，但但吸吸附附性性较较强强，这这种种载载体体常常与与非非极极性性固定液配伍。固定液配伍。如上海试剂厂的如上海试剂厂的201载体及大连的载体及大连的6201载体等。载体等。2 2：载体的分类：载体的分类 31B:白色载体：白色载体：煅煅烧烧前前在在原原料料中中加加入入少少量量助助熔熔剂剂，如如Na2CO3，煅煅烧烧后后铁铁生生成成了了无无色色的的铁铁硅硅酸酸钠络合物，而使硅藻土呈白色。钠络合物，而使硅藻土呈白色。白色载体的特点

22、白色载体的特点：其其颗颗粒粒疏疏松松，表表面面孔孔径径较较粗粗，约约89m。比比表表面面积积只只有有1.0 m2g，吸吸附附性性弱弱，常与极性固定液配伍。常与极性固定液配伍。2 2：载体的分类：载体的分类 323 3：载体的钝化：载体的钝化 钝化的作用钝化的作用：钝化是除去或减弱载体表面的吸附性能。钝化是除去或减弱载体表面的吸附性能。以以硅硅藻藻土土型型载载体体为为例例，表表面面存存在在着着硅硅醇醇基基及及少少量量的的金金属属氧氧化化物物，常常具具有有吸吸附附性性能能。当当被被分分析析组组分分是是能能形形成成氢氢键键的的化化合合物物或或酸酸碱碱时时，则则与与载载体体的的吸吸附附中中心心作作用用

23、，破破坏坏了了组组分分在在气气液液二二相相中中的的分分配配关关系系，而而产产生生拖拖尾尾现现象象，故故需需将将这这些些活活性性中中心心除去，使载体表面结构钝化。除去，使载体表面结构钝化。钝化的方法钝化的方法：钝化的方法有酸洗、碱洗、硅烷化及釉化等。钝化的方法有酸洗、碱洗、硅烷化及釉化等。33酸洗、碱洗、硅烷化作用与用途酸洗、碱洗、硅烷化作用与用途酸洗作用及用途酸洗作用及用途：酸酸洗洗能能除除去去载载体体表表面面的的铁铁、铝铝等等金金属属氧氧化化物物。酸酸洗洗载体用于分析酸类和酯类化合物。载体用于分析酸类和酯类化合物。碱洗作用及用途碱洗作用及用途：碱碱洗洗能能除除去去表表面面的的Al2O3等等酸

24、酸性性作作用用点点，碱碱洗洗载载体体适适用于分析胺类等碱性化合物。用于分析胺类等碱性化合物。硅烷化作用及用途硅烷化作用及用途：硅硅烷烷化化是是将将载载体体与与硅硅烷烷化化试试剂剂反反应应，除除去去载载体体表表面面的的硅硅醇醇基基，消消除除形形成成氢氢键键的的能能力力。硅硅烷烷化化载载体体主主要要用用于于分分析析具具有有形形成成氢氢键键能能力力较较强强的的化化合合物物，如如醇醇、酸及胺类等。酸及胺类等。34三：气三：气固色谱固定相固色谱固定相气气固色谱填充柱的固定相固色谱填充柱的固定相 气气固色谱填充柱的固定相可为吸附剂、固色谱填充柱的固定相可为吸附剂、分子筛、高分子多孔微球及化学键合相等。分子

25、筛、高分子多孔微球及化学键合相等。吸附剂：吸附剂：常用石墨化炭黑、硅胶及氧化铝常用石墨化炭黑、硅胶及氧化铝等。等。分子筛分子筛 高分子多孔微球高分子多孔微球(GDX)(GDX)化学键合相化学键合相35分子筛分子筛分子筛常用分子筛常用4A4A、5A5A、及及13X13X。4 4、5 5及及1313表示平均孔径表示平均孔径(A)(A)，A A及及X X表示类型。表示类型。分分子子筛筛是是一一种种特特殊殊吸吸附附剂剂，具具有有吸吸附附及及分分子子筛筛两两种种作作用用。若若不不考考虑虑吸吸附附作作用用，分分子子筛筛是是一一种种“反反筛筛子子”，分离机制与凝胶色谱类似。，分离机制与凝胶色谱类似。吸吸附附

26、剂剂与与分分子子筛筛多多用用于于永永久久性性气气体体及及低低分分子子量量化化合合物物的的分分离离分分析析，在在药药物物分分析析上上远远不不如如高高分分子子多多孔孔微微球用途广。球用途广。36 高分子多孔微球高分子多孔微球(GDX)高高分分子子多多孔孔微微球球(GDX)是是一一种种人人工工合合成成的的新新型型固固定定相相，还还可可以以作作为为载载体体。它它由由苯苯乙乙烯烯(STY)或或乙乙基基乙乙烯烯苯苯(EST)与与二二乙乙烯烯苯苯(DVB)交交联联共共聚聚而而成成，聚聚合合物物为为非非极极性性。若若STY与与含含有有极极性性基基团团的的化化合合物物聚聚合合，则则形形成成极极性性聚聚合合物物。

27、高高分分子子多多孔孔微微球球的的分分离离机机理理一一般般认认为为具具有有吸吸附附、分分配配及及分分子筛三种作用。子筛三种作用。37GDX优点优点：改改变变制制备备条条件件及及原原料料可可以以合合成成各各种种比比表表面面及及孔孔径径的的聚聚合合物物。因因而而可可根根据据样样品品的的性性质质进进行行选选择择，使分离效果最佳。使分离效果最佳。：无无有有害害的的吸吸附附活活性性中中心心，极极性性组组分分也也能能获获得得正正态峰。态峰。：无流失现象，柱寿命长。：无流失现象，柱寿命长。：具具有有强强疏疏水水性性能能，特特别别适适于于分分析析混混合合物物中中的的微微量水分。量水分。：粒度均匀，机械强度高，具

28、有耐腐蚀性能。：粒度均匀，机械强度高，具有耐腐蚀性能。：热稳定性好，最高使用温度为：热稳定性好，最高使用温度为200300200300。：柱超负荷后恢复快，还适用于制备色谱。：柱超负荷后恢复快，还适用于制备色谱。38 化学键合化学键合相相化学键合相是新型气相色谱固定相，化学键合相是新型气相色谱固定相，具具有有分分配配与与吸吸附附两两种种作作用用，传传质质快快、柱柱效效高高、分分离离效效果果好好、不不流流失失、柱柱寿寿命长，但价格较贵。命长，但价格较贵。39四、气相色谱的流动相四、气相色谱的流动相气气相色谱中的流动相是气体，称为载气相色谱中的流动相是气体，称为载气（carrier gas），如氦、氢、氮、氩和二氧化），如氦、氢、氮、氩和二氧化碳等，应用最多的是碳等，应用最多的是氢气和氮气氢气和氮气。氢气：氢气：分子量小，热分子量小，热 导系数大，黏度小等特点。导系数大，黏度小等特点。使用热导池检测器时常采用氢气作载气。为使用热导池检测器时常采用氢气作载气。为提高载气的线速，也有采用氢气作载气、用提高载气的线速，也有采用氢气作载气、用氮气尾吹，空气助燃的办法。氮气尾吹，空气助燃的办法。氮气：氮气：除热导池检测器以外，其他几种检测器除热导池检测器以外，其他几种检测器中多采用氮气作载气中多采用氮气作载气。40