实验十一 气相色谱性能测定及条件选择方法

色谱法的起源

色谱法早在 1903 年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时采用。 他在研究植物叶的色素成分时，将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内，然后加入石油醚使其自由流下，结果色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带。这种方法因此得名为色谱法。以后此法逐渐应用于无色物质的分离，“色谱”二字虽已失去原来的含义，但仍被人们沿用至今。

石油醚

碳酸钙颗粒

色素

色谱

组分

在色谱法中，将填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液体）称为固定相 ；自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为流动相 ；装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为色谱柱 。当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。

气体为流动相的色谱称为气相色谱（ GC ）

现代色谱法的分离过程与其含量测定过程是在线的，即连续进行。当一个二组分（ A 和B ）的混合样品在 t1 时间从柱头加入。

随着流动相不断加入，洗脱作用连续进行，直至 A 和 B 组分先后流出柱子而进入检测器，从而使各组分浓度转变成电信号后记录在记录仪上。

液体为流动相的色谱称液相色谱（ LC ）

关于程序升温 基本原理： 在一个分析周期里，柱温连续的随时

间由低温到高温线性的或非线性的变化过程。分为线性升温或单阶线性升温 、非线性升温或多阶线性升温。

方法特点： 适用分析对象为多组分、沸点范围宽

的样品。

单阶程序升温

柱温

时间

多阶程序升温

柱

温

时间

关于塔板理论 假定 :

(1) 在每小段 , 气相平均组成与液相平均组成可以很快达到平衡 , 每小段高度称为理论塔板高度(2) 载气进入色谱柱是脉动似的 , 每次进气为一个板体积(3) 试样开始均加在第 0 号板上(4) 分配系数在各塔板上是常数 ( 线性色谱 )内容 :(1) 理论塔板数 n>50(n=L/H) 时 , 可得到基本对称的峰型曲线(2) 样品进入色谱柱后 , 可得到良好分离(3)n 与半峰宽及半高峰宽的关系式

理论塔板数 : n= 5.54(tR / W1/2)2 、理论塔板高度 : H = L / n

{ 有效板数： n 有效 = 5.54(tR / W1/2)2 、 有效板高 ： H 有效 = L / n 有效 }

tR 和 W1/2 的测量

峰高 h

峰面积 A

峰拐点 E 、 F

峰宽 wb

半峰宽 w1/2

关于分离度 分离度 R 是一个综合性指标。 分离度是既能反映柱效率又能反映选择性的

指标，分离度又叫分辨率，它定义为相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽总和之半的比值，即

R = 2 (tR2 - tR1) / W1 +W2 R 值越大，表明相邻两组分分离越好。一般说，当 R<1 时，两峰有部分重叠；当 R=1 时，分离程度可达 98% ；当 R=1.5 时，分离程度可达 99.7% 。通常用 R=1.5 作为相邻两组分已完全分离的标志。

计算分离度时两峰之差和峰宽测量

氢焰检测器的原理

A 区：预热区

B 层：点燃火焰

C 层：热裂解区：

温度最高

D 层：反应区

a. 当含有机物 CnHm 的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在 C 层发生裂解反应产生自由基 ： CnHm ──→ · CH

b. 产生的自由基在 D 层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应： · CH + O ──→CHO+ + e

c. 生成的正离子 CHO+ 与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：

CHO+ + H2O ──→H3O+ + CO

d. 化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流（约 10-6 ～ 10-14A ）；

e. 在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器；

f. 组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离；

g. 离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线。

关于灵敏度和检测限 灵敏度和检测线是衡量检测器敏感程度的指标 (参

下张图 ) 。单位量物质通过检测器时所产生信号的大小为检测器对该物质的灵敏度。检测器分为浓度型（如 TCD ）和质量型 (如 FID) 两类 。

S= R/ Q△ △ 计算公式 浓度型： ST=AFC/W （ mv·ml/mg ）或（ mv·ml/ml ） Dg=2N/Sg （ mg / ml ）或 Dv= 2N/Sv （ ml/ml ） 质量型： Sm= A/W （ mv·s/g ） Dt =2N/Sm （ g/s ）

R

物质量与响应值关系

△ R Q  △

Q

 

            

 

噪声和漂移

1.恒温、程序升温对混合样品的分离比较（ 1 ）柱温 50 :℃ 首先按上述色谱条件接通载气，打开仪器电源开关，设置检测器、汽化室温度，再设置柱温度 50℃。待各温度达到设定值后，通入氢气、空气，并为 FID 点火。同时接通计算机电源，启动色谱工作站。待基线稳定后，取 1μl 混合样品进样，出峰完毕，停止数据采集，从工作站报告中记录七种物质 tR 。（ 2 ）柱温 80℃：将柱温设置为 80℃，待基线稳定后，取 1μ 混合样品进样，停止数据采集后，记录七种物质 tR 。

实验步骤

（ 3 ）程序升温：柱温在 45℃恒温 0.5min 后，以 10 /min℃ 速率升至 80℃，再恒温 2min 后，结束一个分析周期。设置方法为，先设柱温为 45℃，再依次操作：“ PRG”键、“▽”键、输入“ 0.5” 、“ ENTER”键；“▽” 键、输入“ 10” 、“ ENTER” 键；“▽” 键、输入“ 80” 、“ ENTER” 键；“▽” 键、输入“ 2” 、“ ENTER” 键。进 1μl 混合样品后，在开始采集数据同时，按动色谱仪“ START”键。停止采集后，记录七种物质 tR 。（ 4 ）将程序升温的色谱图放大后，以（ mm ）为单位，分别测量和记录乙酸乙酯、苯两个峰的峰间距（ tR2-tR1 ）和峰宽（ W1 、 W2 ）。

2. 塔板数、灵敏度和检测线的测定（ 1 ）在色谱仪上设置柱温为 75℃，“ RANGE” 输入“ 9” ，“ ATT” 输入“ 3” ，待基线稳定之后，启动采集数据，记录 5min 基线谱图。放大基线谱图，以（ mv ）为单位估测并记录噪声数（ N ）。（ 2 ）准确取 1μl 含 0.05%苯的甲苯样品进样，记录苯的峰面积并将其单位转换为（ mv·s ）。（ 3 ）将上一步的色谱图适当放大，以（ mm ）为单位测量并记录苯峰的 tR 和 W1

/2 。

1．对程序升温是如何理解的？有什么作用？2．理论板数有什么缺陷？与分离度有什么 关系？3．你认为应从哪几个方面来考虑对气相色谱柱及色谱分析条件的选择？

问题及讨论