气相色谱原理及分析方法大全资料下载.pdf
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由于各组分在性质和结构上的差由于各组分在性质和结构上的差异异，与固定相发生作用的大小与固定相发生作用的大小，强弱也有差异强弱也有差异。
因此因此在同一推动在同一推动力作用下力作用下，不同组分在固定相中不同组分在固定相中滞留时间有长有短滞留时间有长有短，从而按先后从而按先后不同次序从固定相中流出不同次序从固定相中流出。
流动相流动相BA动画动画气气相相色色谱谱分分析析1.1.21.1.2分类分类（11）气相色谱气相色谱：
流动相为气体流动相为气体（称为载气称为载气）。
按分离柱不同可分为：
填充柱色谱和毛细管柱色谱；
按固定相的不同又分为：
气固色谱和气液色谱按固定相的不同又分为：
气固色谱和气液色谱气气相相色色谱谱分分析析（22）液相色谱液相色谱：
流动相为液体流动相为液体（也称为淋洗液也称为淋洗液）。
按固定相的不同分为：
液固色谱和液液色谱按固定相的不同分为：
液固色谱和液液色谱。
气气相相色色谱谱分分析析（33）其他色谱方法其他色谱方法薄层色谱和纸色谱：
薄层色谱和纸色谱：
比较简单的色谱方法比较简单的色谱方法凝胶色谱法凝胶色谱法：
测聚合物分子量分布。
超临界色谱超临界色谱:
CO2流动相流动相。
高效毛细管电泳高效毛细管电泳:
九十年代快速发展九十年代快速发展、特别特别适合生物试样分析分离的高效适合生物试样分析分离的高效分析仪器分析仪器。
气气相相色色谱谱分分析析1.1.3.1.1.3.色谱法的特点色谱法的特点
（1）分离效率高复杂混合物，有机同系物、异构体。
手性异构体。
（2）灵敏度高可以检测出g.g-1（10-6）级甚至ng.g-1（10-9）级的物质量。
（3）分析速度快一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。
（4）应用范围广气相色谱：
沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。
液相色谱：
高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。
不足之处：
被分离组分的定性较为困难被分离组分的定性较为困难。
气气相相色色谱谱分分析析11.11.44色谱的流出曲线与色谱的流出曲线与术语术语色谱图以色谱图以组分浓度组分浓度为纵坐标，为纵坐标，流出时间流出时间为横坐标，为横坐标，这种曲线称为色谱流出曲线，也称色谱峰。
这种曲线称为色谱流出曲线，也称色谱峰。
气气相相色色谱谱分分析析11基线基线（baseline）（baseline）操作条件稳定后操作条件稳定后，无样品通过时检测器所反映无样品通过时检测器所反映的信号的信号-时间曲线时间曲线。
如图如图OMOM22保留值保留值（11）死时间死时间ttmm（deaddeadtimetime）惰性气体从进样开始到色谱峰顶惰性气体从进样开始到色谱峰顶（浓度最大浓度最大）所对应的时间所对应的时间如图如图OOAA所示所示。
（22）保留时间保留时间ttRR（retentionretentiontimetime）组分从进样开始到柱后出现最大值所对应时间组分从进样开始到柱后出现最大值所对应时间。
如图如图OOBB所示所示。
气气相相色色谱谱分分析析（33）调整保留时间）调整保留时间ttRR扣除死时间后的保留时间扣除死时间后的保留时间.如图如图AABB所示。
所示。
ttRR=t=tRR-ttmm（44）死体积死体积VVMM（deaddeadvolumevolume）色谱柱填充后色谱柱填充后，柱管内固定相颗粒间所剩留空柱管内固定相颗粒间所剩留空间间、色谱仪管路和连接头间空间以及检测器空间的色谱仪管路和连接头间空间以及检测器空间的总和总和。
VVMM=t=tMMFFooFFoo-载气体积流速载气体积流速（mlml.minmin-11）气气相相色色谱谱分分析析（55）保留体积保留体积VVRR（retentionretentionvolumevolume）进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值时所进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值时所通过的载气体积通过的载气体积。
VVRR=t=tRRFFoo（66）调整保留体积调整保留体积VVRR扣除死体积后的保留体积扣除死体积后的保留体积。
VVRR=t=tRRFoFo或或VVRR=V=VRR-VVMM（77）相对保留值相对保留值rr2121（）组分组分22的的调整调整保留值保留值与另一组分与另一组分11调整调整保留值保留值之比之比。
气气相相色色谱谱分分析析）1（R）2（R21ttr）1（）2（RRVV）1（）2（）1（）2（RRRRVVttrr2121越大越大，分离越好；
分离越好；
rr2121=11时两组分重叠时两组分重叠.33区域宽度区域宽度（11）标准偏差标准偏差00.607607倍峰高处色谱峰宽度的一半倍峰高处色谱峰宽度的一半，如图如图EFEF一半一半气气相相色色谱谱分分析析（22）半峰宽度半峰宽度YY1122峰高一半处宽度峰高一半处宽度。
如图如图（33）峰底宽度峰底宽度YY色谱峰两侧转折点所作切线在基线上的截距。
色谱峰两侧转折点所作切线在基线上的截距。
如图如图利用色谱流出曲线可解决问题：
利用色谱流出曲线可解决问题：
根据色谱峰位置（保留值）进行定性鉴定；
根据色谱峰面积或峰高进行定量测定；
根据色谱峰位置及宽度，可对色谱柱分离情况根据色谱峰位置及宽度，可对色谱柱分离情况进行评价。
进行评价。
气气相相色色谱谱分分析析11.22气相色谱分析理论基础气相色谱分析理论基础11.22.11气固色谱和气气固色谱和气-液色谱分析的基本原理液色谱分析的基本原理1.1.气固相色谱分离分析原理气固相色谱分离分析原理固定相固定相:
具有多孔和较大面积的吸附剂颗粒具有多孔和较大面积的吸附剂颗粒。
分析原理分析原理（动画动画）被测组分在吸附剂表面进行被测组分在吸附剂表面进行反复的物理吸附反复的物理吸附、脱附脱附过程过程。
由于被测物质是各个组分的性质不同由于被测物质是各个组分的性质不同，它们它们在吸在吸附剂上的吸附能力不一样附剂上的吸附能力不一样，向前移动速度不一样向前移动速度不一样。
一定一定时间后时间后，即通过一定量的载气后即通过一定量的载气后，试样中各个组分就彼试样中各个组分就彼此分离先后流出色谱柱此分离先后流出色谱柱。
气气相相色色谱谱分分析析22气液相色谱分离分析原理：
气液相色谱分离分析原理：
固定相：
化学惰性的固体颗粒表面化学惰性的固体颗粒表面，涂上一层高沸点涂上一层高沸点有机化合物液膜有机化合物液膜。
分析原理分析原理（动画动画）被测组分在固定液被测组分在固定液反复多次溶解反复多次溶解、挥发挥发、再溶解再溶解、再再挥发挥发。
由于各组分由于各组分在固定液中溶解能力不同在固定液中溶解能力不同，停留在柱中停留在柱中时间长短不一样时间长短不一样，经过一段时间经过一段时间，各组分就彼此分离各组分就彼此分离。
气气相相色色谱谱分分析析33分配系数分配系数（partion（partionfactor）factor）（KK）分配过程：
分配过程：
物质在固定相和流动之间发生吸附物质在固定相和流动之间发生吸附、脱附和脱附和溶解溶解、挥发的过程挥发的过程。
分配系数分配系数（KK）：
在一定温度下组分在两相之间分配达在一定温度下组分在两相之间分配达到平衡时到平衡时浓度比浓度比。
MSCCK组分在流动相的浓度组分在流动相的浓度组分在固定相的浓度组分在固定相的浓度分配系数是色谱分离的依据分配系数是色谱分离的依据。
气气相相色色谱谱分分析析分配系数分配系数K的讨论的讨论一定温度下，组分的分配系数一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；
越大，出峰越慢；
试样一定时，试样一定时，K主要取决于固定相性质；
主要取决于固定相性质；
每个组份在各种固定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数K不同；
不同；
选择适宜的固定相可改善分离效果；
试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础；
值是分离的基础；
某组分的某组分的K=0时，即不被固定相保留，最先流出。
时，即不被固定相保留，最先流出。
气气相相色色谱谱分分析析44分配比分配比（kk）partionpartionratioratio在一定温度在一定温度、压力下压力下，在两相间达到分配平衡在两相间达到分配平衡时时，组分在两相中组分在两相中质量比质量比。
MSmmkmmSS组分分配在固定相中质量；
组分分配在固定相中质量；
mmMM组分分配在流动相中质量组分分配在流动相中质量。
分配比分配比k与分配系数与分配系数K关系：
关系：
kVVkVmVmCCKSMMMSSMS分配比也称：
分配比也称：
容量因子容量因子（capacityfactor）；
容量比；
容量比（capacityfactor）；
气气相相色色谱谱分分析析由上式可知：
由上式可知：
KK：
两相中浓度比：
两相中浓度比。
kk：
组分在两相中分配总量：
组分在两相中分配总量比比。
都与固定相性质有关都与固定相性质有关，且与柱温且与柱温、柱压有关柱压有关。
决定于组分和两相性质：
决定于组分和两相性质，与两相体积与两相体积有关有关。
决定于组分和两相性质，与两相体积与两相体积无关无关。
组分分离最终决定于组分在每相中相对量组分分离最终决定于组分在每相中相对量，而而非相对浓度非相对浓度。
因此因此,kk是重要参数是重要参数。
kk越大越大，ttRR越长越长.k=k=00时时ttRR=t=tMM气气相相色色谱谱分分析析5.分配比与保留时间的关系分配比与保留时间的关系uuRSSuuss组分在柱内线速度组分在柱内线速度uu流动相在柱内线速度流动相在柱内线速度1111MSMSMSmmmmmRRsRs可用质量分数表示：
可用质量分数表示：
滞留因子滞留因子（retardationfactor）：
气气相相色色谱谱分分析析uLtuLtMSR综上可得综上可得）1（MRtt所以所以MRMMRttttt由于由于柱长相同柱长相同ttRRuuss=t=tMMuuttRR=t=tMMu/uu/uss分配比可以由实验测得分配比可以由实验测得。
气气相相色色谱谱分分析析11.22.22色谱分离的基本理论色谱分离的基本理论11.塔板理论塔板理论塔板理论假定塔板理论假定：
组分在每块塔板两相间分配平衡瞬时达到组分在每块塔板两相间分配平衡瞬时达到。
达到一次色配平衡所需的最小柱长称为达到一次色配平衡所需的最小柱长称为理论塔板高理论塔板高度度（HH）。
流动相以不连续形式加入流动相以不连续形式加入，即以一个一个塔板即以一个一个塔板体积加入体积加入。
分配系数在各塔板上是常数分配系数在各塔板上是常数。
试样开始都加在第试样开始都加在第00号塔板上号塔板上，且试样沿色谱柱且试样沿色谱柱方向扩散方向扩散（纵向扩散纵向扩散）忽略不计忽略不计。
气气相相色色谱谱分分析析色谱柱长：
色谱柱长：
L，虚拟的塔板间距离：
虚拟的塔板间距离：
H，色谱柱的理论塔板数：
色谱柱的理论塔板数：
n，则三者的关系为：
则三者的关系为：
n=L/H理论塔板数与色谱参数之间的关系为理论塔板数与色谱参数之间的关系为（注意单位注意单位）222/1）（16）（54.5YtYtnRR气气相相色色谱谱分分析析n22.有效塔板数和有效塔板高度有效塔板数和有效塔板高度单位柱长的塔板数越多单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高表明柱效越高。
用不同物质计算可得到不同的理论塔板数用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。
组分在组分在tM时间内不参与柱内分配时间内不参与柱内分配。
需引入有效塔板数需引入有效塔板数和有效塔板高度：
和有效塔板高度：
222/1）（16）（54.5YtYtnRR理有效有效有效nLHYtYtnRR222/1）（16）（54.5气气相相色色谱谱分分析析
（1）当色谱柱长度一定时当色谱柱长度一定时，塔板数塔板数n越大越大（塔板高度塔板高度H越越小小），被测组分在柱内被分配的次数越多被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高柱效能则越高，所所得色谱峰越窄得色谱峰越窄。
（22）不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定应指明测定物质物质。
（33）柱效不能表示被分离组分的实际分离效果柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组当两组分的分配系数分的分配系数KK相同时相同时，无论该色谱柱的塔板数多大无论该色谱柱的塔板数多大，都无法都无法分离分离。
（44）塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径效的途径。
3.3.塔板理论的特点和不足塔板理论的特点和不足气气相相色色谱谱分分析析22.速率理论速率理论速率理论吸收了塔板理论的概念速率理论吸收了塔板理论的概念，并把影响塔板高度并把影响塔板高度的动力学因素结合进去的动力学因素结合进去。
导出了导出了H与载气流速与载气流速u的关系的关系。
CuuBAHH：
理论塔板高度：
理论塔板高度，u：
载气的线速度：
载气的线速度（cm/s）减小减小A、B、C三项可提高柱效；
三项可提高柱效；
存在着最佳流速；
A、B、C三项各与哪些因素有关三项各与哪些因素有关？
气气相相色色谱谱分分析析（11）涡流扩散项涡流扩散项AA试样组分在气相中形成类似试样组分在气相中形成类似“涡流涡流”的流动的流动，引引起色谱峰扩张起色谱峰扩张。
A=2dpddpp填充物平均颗粒直经填充物平均颗粒直经（cmcm）填充的不均匀性填充的不均匀性。
因此因此，使用适当细粒度和颗粒均匀担体使用适当细粒度和颗粒均匀担体，尽量尽量填充均匀填充均匀，是成为涡流扩散提高柱效的有效途径是成为涡流扩散提高柱效的有效途径。
气气相相色色谱谱分分析析动画动画DgB2载体填充在柱内引起气体扩散路经弯曲的载体填充在柱内引起气体扩散路经弯曲的因数因数（弯曲因子弯曲因子）；
Dg组分在气相中扩散系数组分在气相中扩散系数。
（22）分子扩散项分子扩散项/u/u气气相相色色谱谱分分析析由由/u/u和上式可看出和上式可看出：
纵向扩散项与纵向扩散项与u有关有关，u越小越小，色谱峰展宽显著；
色谱峰展宽显著；
）P1Dg（M1Dg气气气气Dg随柱温升高而增加随柱温升高而增加，反比于柱压反比于柱压。
纵向扩散项与纵向扩散项与DgDg成正比。
成正比。
纵向扩散项纵向扩散项与与成正比成正比空心毛细管柱空心毛细管柱,扩散程度最大扩散程度最大=11填充柱中填充柱中，扩散程度降低扩散程度降低，例如硅藻土担体例如硅藻土担体=00.5500.77气气相相色色谱谱分分析析（33）传质项传质项cucu气相传质项气相传质项气相传质过程：
气相传质过程：
gpGdCg222）1（01.0k容量因子容量因子（分配比分配比）；
ddpp填充物平均颗粒直经填充物平均颗粒直经（cmcm）；
粒度小的填充物和分子量小的气体作载气可使粒度小的填充物和分子量小的气体作载气可使Cg减小减小，柱效增加柱效增加。
气气相相色色谱谱分分析析液相传质阻力项液相传质阻力项液相传质过程：
液相传质过程：
试样组分从固定相的气液界面移到液相内部并发试样组分从固定相的气液界面移到液相内部并发生质量交换生质量交换，达分配平衡达分配平衡，然生又返回气液界面传然生又返回气液界面传质过程质过程。
llDdCf22）1（32df固定相液膜厚度；
固定相液膜厚度；
Dl组分在液相中扩散系数；
组分在液相中扩散系数；
ddff越薄，越薄，DDll越大，液相中传质阻力越小。
越大，液相中传质阻力越小。
气气相相色色谱谱分分析析将以上各项代入将以上各项代入CuuBAHuDdf）1（32Ddp）1（01.0uD2dp2HL22g222g即即由上式可见：
由上式可见：
填充均匀程度填充均匀程度，担体粒度担体粒度、载气种类载气种类、载气流连载气流连、柱温柱温、固定相液膜固定相液膜厚度等对柱效厚度等对柱效，峰扩张有影响峰扩张有影响。
气气相相色色谱谱分分析析1.31.3色谱分离条件的选择色谱分离条件的选择1.3.11.3.1分离度分离度两个分组怎样才能达到完全分离两个分组怎样才能达到完全分离？
两组分的色谱之间的距离必须相差足够大两组分的色谱之间的距离必须相差足够大。
峰必须窄峰必须窄。
色谱分离中的四种情况如图所示：
气气相相色色谱谱分分析析讨论：
讨论：
色谱分离中的四种情况的讨论：
柱效较高柱效较高，K（分配系数分配系数）较大较大,完全分离；
完全分离；
K不是很大不是很大，柱效较高柱效较高，峰较窄峰较窄，基本上完全分离；
基本上完全分离；
柱效较低柱效较低，K较大较大,但分离的不好；
但分离的不好；
K小小，柱效低柱效低，分离效果更差分离效果更差。
气气相相色色谱谱分分析析分离度分离度RR定义定义：
相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组分相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值色谱峰峰底宽度总和之半的比值：
21）1（）2（21YYttRRRttRR（22）和和ttRR（11）分别为两组分的保留时间；
分别为两组分的保留时间；
YY11和和YY22为相应组分的色谱峰的峰底宽度为相应组分的色谱峰的峰底宽度。
气气相相色色谱谱分分析析半峰宽表示分离度：
半峰宽表示分离度：
）（）（221121）1（）2（21YYttRRRR=0.8：
两峰的分离程度可达：
两峰的分离程度可达89%；
R=1：
分离程度：
分离程度98%；
R=1.5：
达：
达99.7%（相邻两峰完全分离的标准相邻两峰完全分离的标准）。
气气相相色色谱谱分分析析11.33.22色谱分离基本方程式色谱分离基本方程式kknR1141色谱分离基本方程式色谱分离基本方程式：
-相对保留值相对保留值，k-分配比分配比。
n与与n有效有效（有效理论塔板数有效理论塔板数）的关系式：
的关系式：
有效nkkn21气气相相色色谱谱分分析析色谱分离基本方程式：
色谱分离基本方程式：
141有效nR11.柱效的影响柱效的影响为提高柱效为提高柱效，减小塔板高度减小塔板高度HH办法较好办法较好。
22.分配比分配比（容量因子容量因子）的影响的影响增加增加kk值可增加分离度值可增加分离度，由由ttRR=t=tMM（11+k+k），分析时分析时间延长间延长。
因此因此kk值的最佳范围是值的最佳范围是11kk1010。
改变改变kk的方法有的方法有：
改变柱温或改变相比：
改变柱温或改变相比。
气气相相色色谱谱分分析析33相对保留值相对保留值越大越大，柱选择性越好柱选择性越好，分离效果越好分离效果越好。
改变改变的方法的方法：
改变固定相：
改变固定相，使各组分使各组分的分配系数有较大差别的分配系数有较大差别。
气气相相色色谱谱分分析析可将可将RR，柱效和选择性参数联系起来柱效和选择性参数联系起来22）1a（R16n有效有效有效有效HLn有效HaRL22）1（16气气相相色色谱谱分分析析例例11：
有一物质对：
有一物质对，=11.1515。
要在填充柱上完全要在填充柱上完全分离分离（RR11.55）。
（11）所需所需nn有效有效=？
；
（22）若柱若柱的的HH有效有效=00.11cmcm，则则L=L=？
解：
141有效nR22）1a（R16n有效有效nn有效有效=161611.5252（11.1515/11.1515-11）22=21122112L=L=2112211200.11cmcm22mm气气相相色色谱谱分分析析例例2：
在一定条件下：
在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为两个组分的调整保留时间分别为85秒和秒和100秒秒，要达到完全分离要达到完全分离，即即R=1.5。
计算需要多少块有效塔计算需要多少块有效塔板板。
若填充柱的塔板高度为若填充柱的塔板高度为0.1cm，柱长是多少柱长是多少？
r21=100/85=1.18n有效有效=16R2r21/（r211）2=161.52（1.18/0.18）2=1547（块块）L有效有效=n有效有效H有效有效=15470.1=155cm即柱长为即柱长为1.55米时米时，两组分可以得到完全分离两组分可以得到完全分离。
气气相相色色
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