《分析化学》课程授课教案（讲稿）第十二章 气相色谱分析法

课程名称：《分析化学》摘要第十二章色谱分析法第一节概述第二节固定相第三节气相色谱分析理论基础授课题目（章、节）第四节气相色谱分离操作条件的选择第五节气相色谱检测器第六节气相色谱定性鉴定方法第七节气相色谱定量鉴定方法本讲目的要求及重点难点：【目的要求】本单元阐述了色谱分析法的测定原理及应用。通过本单元的学习，应理解气相色谱分析理论基础，理解色谱分离条件的选择，理解固定相及其选择，掌握气相色谱检测器，掌握气相色谱定性方法，掌握气相色谱定量方法，理解气相色谱分析的特点及其应用，理解高效液相色谱法的特点，理解影响色谱峰扩展及色谱分离的因素，了解液相色谱法应用。【重点和难点】气相色谱分析理论基础；色谱分离条件的选择；固定相及其选择：气相色谱检测器；气相色谱定量方法。内容【本讲课程的内容】11.1概述一，色谱法：根据各物质在两相中的分配系数（表示溶解或吸附的能力）不同而进行分离、分析的方法。各组分被分离后，可进一步进行定性和定量分析经典：分离过程和其含量测定过程是离线的，即不能连续进行现代：分离过程和其含量测定过程是在线的，即能连续进行经典色谱法：将潮湿的碳酸钙挤出玻璃管，用刀将各色带切下，用适宜的方法进行分析；现代色谱法：当一个两组分（A和B）的混合物样品在时间t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在荧光屏上显示出来。根据峰的位置（出峰时间1）一定性根据峰的面积A（或峰高h）—定量二，色谱法分类（一）按两相物理状态分

1 课程名称：《分析化学》 摘 要 授课题目（章、节） 第十二章 色谱分析法 第一节 概述 第二节 固定相 第三节 气相色谱分析理论基础 第四节 气相色谱分离操作条件的选择 第五节 气相色谱检测器 第六节 气相色谱定性鉴定方法 第七节 气相色谱定量鉴定方法 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】本单元阐述了色谱分析法的测定原理及应用。通过本单元的学习，应理解气相色谱分析理论基 础，理解色谱分离条件的选择，理解固定相及其选择，掌握气相色谱检测器，掌握气相色谱定性方法，掌握 气相色谱定量方法，理解气相色谱分析的特点及其应用，理解高效液相色谱法的特点，理解影响色谱峰扩展 及色谱分离的因素，了解液相色谱法应用。 【重点和难点】气相色谱分析理论基础；色谱分离条件的选择；固定相及其选择；气相色谱检测器；气相色 谱定量方法。 内 容 【本讲课程的内容】 11.1 概述 一. 色谱法：根据各物质在两相中的分配系数（表示溶解 或 吸附的能力）不同而进行分 离、分析的方法。 各组分被分离后，可进一步进行定性和定量分析： 经典：分离过程和其含量测定过程是离线的，即不能连续进行 现代：分离过程和其含量测定过程是在线的，即 能连续进行 经典色谱法：将潮湿的碳酸钙挤出玻璃管，用刀将各色带切下，用适宜的方法进行分析； 现代色谱法：当一个两组分（A 和 B）的混合物样品在时间 t1 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在荧光屏上显示出来。 根据峰的位置（出峰时间 t ） ——定性 根据峰的面积 A （或峰高 h） ——定量 二. 色谱法分类 （一）按两相物理状态分

1.气相色谱法（gaschromatography简称GC)用气体作流动相的色谱法。气-固色谱法GSC（固定相为固体吸附剂）气相色谱法气-液色谱法GLC(固定相为涂在固体或毛细管壁上的液体)2.液相色谱法（liquidchromatography简称LC)用液体作流动相的色谱法。（液-固色谱法LSC（固定相为固体吸附剂）液相色谱法液-液色谱法LLC（固定相为涂在固体载体上的液体）3.超临界流体色谱法（SFC)用超临界状态的流体作流动相的色谱法。超临界状态的流体不是一般的气体或流体，而是临界压力和临界温度以上高度压缩的气体，其密度比一般气体大得多而与液体相似，故又称为“高密度气相色谱法”（二）按分离原理分1.吸附色谱法（adsorptionchromatography）：根据吸附剂表面对不同组分物理吸附能力的强弱差异进行分离的方法。如：气一固色谱法、液-固色谱法一—吸附色谱2.分配色谱法（partitionchromatography）：根据不同组分在固定相中的溶解能力和在两相间分配系数的差异进行分离的方法。如：气-液色谱法、液-液色谱法一分配色谱3.离子交换色谱法（ionexchangechromatography）根据不同组分离子对固定相亲和力的差异进行分离的方法。4.排阻色谱法（sizeexclusionchromatography）：又称凝胶色谱法（gelchromatography），根据不同组分的分子体积大小的差异进行分离的方法。其中：以水溶液作流动相的称为凝胶过滤色谱法：以有机溶剂作流动相的称为凝胶渗透色谱法。5.亲合色谱法（affinitychromatography）利用不同组分与固定相共价键合的高专属反应进行分离的方法。（三）按固定相的形式1.柱色谱法（columnchromatography）：固定相装在柱中，试样沿着一个方向移动而进行分离。2

2 1. 气相色谱法 (gas chromatography 简称 GC)用气体作流动相的色谱法。 气 -固色谱法 GSC (固定相为固体吸附剂) 气相色谱法 气-液色谱法 GLC (固定相为涂在固体或毛细管壁上的液体) 2. 液相色谱法 (liquid chromatography 简称 LC)用液体作流动相的色谱法。 液-固色谱法 LSC（固定相为固体吸附剂） 液相色谱法 液-液色谱法 LLC（固定相为涂在固体载体上的液体） 3. 超临界流体色谱法 (SFC) 用超临界状态的流体作流动相的色谱法。 超临界状态的流体不是一般的气体或流体 , 而是临界压力和临界温度以上高度压缩 的气体 , 其密度比一般气体大得多而与液体相似 , 故又称为 “ 高密度气相色谱法 ” （二）按分离原理分 1. 吸附色谱法（ adsorption chromatography ）： 根据吸附剂表面对不同组分物理吸附能力的强弱差异进行分离的方法。 如：气一固色谱法、液-固色谱法——吸附色谱 2. 分配色谱法 （partition chromatography ）： 根据不同组分在固定相中的溶解能力和在两相间分配系数的差异进行分离的方法。 如：气-液色谱法、液-液色谱法——分配色谱 3. 离子交换色谱法（ion exchange chromatography ） 根据不同组分离子对固定相亲和力的差异进行分离的方法。 4. 排阻色谱法（ size exclusion chromatography）： 又称凝胶色谱法 （gel chromatography ）, 根据不同组分的分子体积大小的差异进行分离的方法。 其中：以水溶液作流动相的称为凝胶过滤色谱法 ；以有机溶剂作流动相的称为凝胶渗透色 谱法。 5. 亲合色谱法 (affinity chromatography) 利用不同组分与固定相共价键合的高专属反应进行分离的方法。 （三）按固定相的形式 1. 柱色谱法（column chromatography ）： 固定相装在柱中 , 试样沿着一个方向移动而进行分离

包括填充柱色谱法：固定相填充满玻璃管和金属管中开管柱色谱法：固定相固定在细管内壁（毛细管柱色谱法）2.平板色谱法（planerchromatography）：固定相呈平面状的色谱法。包括纸色谱法：以吸附水分的滤纸作固定相；薄层色谱法：以涂敷在玻璃板上的吸附剂作固定相。气相色谱法（gaschromatography，GC）：以气体为流动相的色谱分析法称为气相色谱法。一。气相色谱法的分类根据所用的固定相不同可分为：气一固色谱、气一液色谱。按色谱分离的原理可分为：吸附色谱和分配色谱。根据所用的色谱柱内径不同又可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱。二，气相色谱法的特点它具有分离效能高、灵敏度高、选择性好、分析速度快、用样量少等特点，还可制备高纯物质。在仪器允许的气化条件下，凡是能够气化且稳定、不具腐蚀性的液体或气体，都可用气相色谱法分析。有的化合物沸点过高难以气化或热不稳定而分解，则可通过化学衍生化的方法，使其转变成易气化或热稳定的物质后再进行分析。1.高效能、高选择性性质相似的多组分混合物：同系物、同分异构体等：分离制备高纯物质，纯度可达99.99%。2.灵敏度高可检出10-13-10-1g的物质；3.分析速度快几分钟到几十分钟；4.*应用范围广低沸点、易挥发的有机物和无机物（主要是气体）。局限性：不适于高沸点、难挥发、热稳定性差的高分子化合物和生物大分子化合物分析。三.气相色谱仪主要组成部件及分析流程一般气相色谱仪由五个部分组成：1.气路系统：气源、气体净化、气体流量控制和测量装置。2.进样系统：进样器、气化室和控温装置。3.分离系统：色谱柱、柱箱和控温装置。4.检测系统：检测器和控温装置。3

3 包括 填充柱色谱法：固定相填充满玻璃管和金属管中 开管柱色谱法：固定相固定在细管内壁（毛细管柱色谱法） 2. 平板色谱法 （planer chromatography ）： 固定相呈平面状的色谱法。 包括 纸色谱法： 以吸附水分的滤纸作固定相； 薄层色谱法：以涂敷在玻璃板上的吸附剂作固定相。 气相色谱法（gas chromatography，GC）： 以气体为流动相的色谱分析法称为气相色谱法。 一. 气相色谱法的分类 根据所用的固定相不同可分为：气—固色谱、气一液色谱。 按色谱分离的原理可分为：吸附色谱 和 分配色谱。 根据所用的色谱柱内径不同又可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱。 二. 气相色谱法的特点 它具有分离效能高、灵敏度高、选择性好、分析速度快、用样量少等特点，还可制备 高纯物质。 在仪器允许的气化条件下，凡是能够气化且稳定、不具腐蚀性的液体或气体，都可用 气相色谱法分析。有的化合物沸点过高难以气化或热不稳定而分解，则可通过化学衍生化 的方法，使其转变成易气化或热稳定的物质后再进行分析。 1. 高效能、高选择性 性质相似的多组分混合物：同系物、 同分异构体等；分离制备高 纯物质，纯度可达 99.99%。 2．灵敏度高 可检出 10-13 -10-11g 的物质； 3．分析速度快 几分钟到几十分钟； 4．*应用范围广 低沸点、易挥发的有机物和无机物（主要是气体）。 局限性：不适于高沸点、难挥发、热稳定性差的高分子化合物和生物大分子化合物分析。 三. 气相色谱仪主要组成部件及分析流程 一般气相色谱仪由五个部分组成： 1. 气路系统：气源、气体净化、气体流量控制和测量装置。 2. 进样系统：进样器、气化室和控温装置。 3. 分离系统：色谱柱、柱箱和控温装置。 4. 检测系统：检测器和控温装置

5.记录系统：记录仪或数据处理装置。载气（常用N2和H2、Ar）由高压钢瓶供给，经减压、净化、调节和控制流量后进入色谱柱。待基线稳定后，即可进样。样品经气化室气化后被载气带入色谱柱，在柱内被分离。分离后的组分依次从色谱柱中流出，进入检测器，检测器将各组分的浓度或质量的变化转变成电信号（电压或电流）。经放大器放大后，由记录仪或微处理机记录电信号-时间曲线，即浓度（或质量）时间曲线即色谱图。根据色谱图，可对样品中待测组分进行定性和定量分析。由此可知：色谱柱和检测器是气相色谱仪的两个关键部件。11.2固定相一。气相色谱柱的分类色谱柱是由柱管和固定相组成，按照挂管的粗细和固定相的填充方式分为（1)填充柱：（2）毛细管柱。二，填充柱气相色谱固定相在影响色谱柱分离效果的诸多因素中选择适当的色谱固定相是关键。必须使待测各组分在选定的固定相上具有不同的吸附或分配，才能达到分离的目的。（一）气-液色谱（分配色谱）固定相气-液色谱的固定相是由高沸点物质固定液和情性担体组成1.担体（或载体）是一种化学惰性的多孔固体颗粒，支持固定液，表面积大，稳定性好（化学、热），颗径和孔径分布均匀；有一定的机械强度，不易破碎。（1）担体的种类和性能：硅藻土型：红色硅藻土担体一强度好，但表面存在活性中心，分离极性物质时色谱峰易拖尾：常用于分离非、弱极性物质。白色硅藻土担体一表面吸附性小，但强度差，常用于分离极性物质。非硅藻土型担体：有氟担体，适用于强极性和腐蚀性气体的分析；玻璃微球，适合于高沸点物质的分析：高分子多孔微球既可以用作气-固色谱的吸附剂，又可以用作气-液色谱的担体。(2)担体的预处理：除去其表面的活性中心，使之钝化。酸洗法（除去碱性活性基团）：碱洗法（除去酸性活性的基团）；4

4 5. 记录系统：记录仪或数据处理装置。 载气（常用 N2 和 H2、Ar）由高压钢瓶供给，经减压、净化、调节和控制流量后进入 色谱柱。待基线稳定后，即可进样。样品经气化室气化后被载气带入色谱柱，在柱内被分 离。分离后的组分依次从色谱柱中流出，进入检测器，检测器将各组分的浓度或质量的变 化转变成电信号（电压或电流）。经放大器放大后，由记录仪或微处理机记录电信号-时间 曲线，即浓度（或质量）时间曲线即色谱图。根据色谱图，可对样品中待测组分进行定性 和定量分析。 由此可知：色谱柱和检测器是气相色谱仪的两个关键部件。 11.2 固定相 一. 气相色谱柱的分类 色谱柱是由柱管和固定相组成，按照拄管的粗细和固定相的填充方式分为（1）填充柱； （2）毛细管柱。 二. 填充柱气相色谱固定相 在影响色谱柱分离效果的诸多因素中选择适当的色谱固定相是关键。必须使待测各组 分在选定的固定相上具有不同的吸附或分配，才能达到分离的目的。 （一）气-液色谱（分配色谱）固定相 气-液色谱的固定相是由高沸点物质固定液和惰性担体组成。 1. 担体（或载体） 是一种化学惰性的多孔固体颗粒，支持固定液，表面积大， 稳定性好（化学、热）， 颗径和孔径分布均匀；有一定的机械强度，不易破碎。 （1）担体的种类和性能： 硅藻土型：红色硅藻土担体—强度好，但表面存在活性中心，分离极性物质时色谱峰 易拖尾；常用于分离非、弱极性物质。 白色硅藻土担体—表面吸附性小，但强度差，常用于分离极性物质。 非硅藻土型担体： 有氟担体，适用于强极性和腐蚀性气体的分析；玻璃微球，适合于高沸点物质的分析； 高分子多孔微球既可以用作气-固色谱的吸附剂，又可以用作气-液色谱的担体。 (2)担体的预处理：除去其表面的活性中心，使之钝化。 酸洗法（除去碱性活性基团）； 碱洗法（除去酸性活性的基团）；

硅烷化（消除氢键结合力）；釉化处理（使表面玻璃化、堵住微孔）等。2.固定液——涂在担体上作固定相的主成分（1）对固定液的要求：化学稳定性好：不与担体、载气和待测组分发生反应热稳定性好：在操作温度下呈液体状态，蒸气压低，不易流失；选择性高：分配系数K差别大；溶解性好：固定液对待测组分应有一定的溶解度。（2）组分与固定液分子间的相互作用：组分与固定液分子间相互作用力通常包括：静电力、诱导力、色散力和氢键作用力。在气-液色谱中，只有当组分与固定液分子间的作用力大于组分分子间的作用力，组分才能在固定液中进行分配。选择适宜的固定液使待侧各组分与固定液之间的作用力有差异，才能达到彼此分离的目的。（3）固定液的分类：固定液有四百余种，常用相对极性分类。（a）规定强极性的β，β-氧二丙腈的相对极性P=100；（b）规定非极性的角鲨烷（异三十烷）的相对极性P=0：（c）其它固定液与它们比较，测相对极性：选一物质对正丁烷一丁二烯分别测得它们在这两种固定液及被测柱上的相对保留值q：7q = log-1则，被测固定液的相对极性Px为：P, = 100(1 - 9-9r)q1-q291、92、9x分别为物质对正丁烷一丁二烯在氧二丙腈、异三十烷、被测柱上的相对保留值。把P=0～100之间分为五级，20为一级，以“+"表示。+1、+2为弱极性；+3为中等极性；十4、十5为强极性。通常把非极性固定液的相对极性以“一”表之。如阿皮松L级别为“一”，是非极性固定液；邻苯二甲酸王酯级别为"十2”，是弱极性固定液。（4）固定液的选择：一般是根据试样的性质（极性和官能团），按照“相似相溶"的原则选择适当的固定液。5

5 硅烷化（消除氢键结合力）； 釉化处理（使表面玻璃化、堵住微孔）等。 2．固定液——涂在担体上作固定相的主成分 （l）对固定液的要求： 化学稳定性好：不与担体、载气和待测组分发生反应； 热稳定性好：在操作温度下呈液体状态，蒸气压低，不易流失； 选择性高：分配系数 K 差别大； 溶解性好：固定液对待测组分应有一定的溶解度。 （2）组分与固定液分子间的相互作用： 组分与固定液分子间相互作用力通常包括：静电力、诱导力、色散力和氢键作用力。 在气-液色谱中，只有当组分与固定液分子间的作用力大于组分分子间的作用力，组分 才能在固定液中进行分配。选择适宜的固定液使待侧各组分与固定液之间的作用力有差异， 才能达到彼此分离的目的。 （3）固定液的分类：固定液有四百余种，常用相对极性分类。 （a）规定强极性的，’-氧二丙腈的相对极性 P=100； （b）规定非极性的角鲨烷（异三十烷）的相对极性 P=0； （c）其它固定液与它们比较，测相对极性：选一物质对正丁烷—丁二烯分别测得它们在这 两种固定液及被测柱上的相对保留值 q： ' ' log t t q = 则，被测固定液的相对极性 Px 为： 100(1 ) 1 2 1 q q q q P x x − − = − q1、q2、qx 分别为物质对正丁烷—丁二烯在氧二丙腈、异三十烷、被测柱上的相对保 留值。 把 P= 0～100 之间分为五级，20 为一级，以“＋”表示。＋l、＋2 为弱极性；＋3 为中 等极性；＋4、＋5 为强极性。通常把非极性固定液的相对极性以“－”表之。如阿皮松 L 级 别为“－”，是非极性固定液；邻苯二甲酸壬酯级别为“＋2”，是弱极性固定液。 （4）固定液的选择： 一般是根据试样的性质（极性和官能团），按照“相似相溶”的原则选择适当的固定液

具体可从以下几方面考虑：1）分离非极性混合物一般股选用非极性固定液组分和固定液分子间的作用力主要是色散力。试样中各组分按沸点由低到高的顺序出峰。常用的有：角鲨烷（异三十烷）、十六烷、硅油等2）分离中等极性混合物一般选用中等极性固定液组分和固定液分子间的作用力主要是色散力和诱导力。试样中各组分按沸点由低到高的顺序出峰。3）分离极性组分选用极性固定液组分和固定液分子间的作用力主要是定向力。待测试样中各组分按极性由小到大的顺序出峰。例如：用极性固定液聚乙二醇一20M分析乙醛和丙烯醛时，极性较小的乙醛先出峰。4）分离非极性和极性（易极化)组分的混合物选用极性固定液：非极性组分先流出，极性（或易被极化）的组分后出峰。例如：采用中等极性的邻苯二甲酸二王酯作固定液，沸点相差极小的苯（沸点80.1℃）和环乙烷（沸点为80.8℃）可以定量分离，环已烷先出峰，若采用非极性固定液则很难使二者分离。5）对于能形成氢键的组分选用强极性或氢键型的固定液如：多元醇、腈醚、酚和胺等的分离，不易形成氢键的先出峰。（二）气-固（吸附）色谱固定相—固体吸附剂1.活性炭：非极性吸附剂，分析低碳烃和气体及短链极性化合物。2.氧化铝：弱（中等）极性吸附剂，主要用于分析C1~C4烃类及其异构体。3.硅胶：强极性吸附剂，常用于分析硫化物：COS、H2S、SO2等。4.分子筛（人工合成的硅酸盐）：强极性吸附剂，用于在室温条件下使H2，O2，N2，CH4CO得到良好分离。5.高分子多孔微球：极性和非极性吸附剂，可分析极性的一多元醇、脂肪酸、睛类、胺类或非极性的一烃、醚、酮等；尤其适合分析有机物中的微量水。11.3气相色谱分析理论基础一.色谱流出曲线在色谱法中，当样品加入后，样品中各组分随着流动相的不断向前移动而在两相间反复进行溶解、挥发，或吸附、解吸的过程。如果各组分在固定相中的分配系数（表示溶解

6 具体可从以下几方面考虑： l）分离非极性混合物一般选用非极性固定液 组分和固定液分子间的作用力主要是色散力。 试样中各组分按沸点由低到高的顺序出峰。 常用的有：角鲨烷（异三十烷）、十六烷、硅油等； 2）分离中等极性混合物一般选用中等极性固定液 组分和固定液分子间的作用力主要是色散力和诱导力。 试样中各组分按沸点由低到高的顺序出峰。 3）分离极性组分选用极性固定液 组分和固定液分子间的作用力主要是定向力。 待测试样中各组分按极性由小到大的顺序出峰。 例如：用极性固定液聚乙二醇一 20M 分析乙醛和丙烯醛时，极性较小的乙醛先出峰。 4）分离非极性和极性(易极化)组分的混合物选用极性固定液： 非极性组分先流出，极性（或易被极化）的组分后出峰。 例如：采用中等极性的邻苯二甲酸二壬酯作固定液，沸点相差极小的苯（沸点 80.l℃）和 环乙烷（沸点为 80.8℃）可以定量分离，环己烷先出峰，若采用非极性固定液则很难使二 者分离。 5）对于能形成氢键的组分选用强极性或氢键型的固定液 如：多元醇、腈醚、酚和胺等的分离，不易形成氢键的先出峰。 （二）气-固（吸附）色谱固定相——固体吸附剂 1. 活性炭：非极性吸附剂，分析低碳烃和气体及短链极性化合物。 2.氧化铝：弱（中等）极性吸附剂，主要用于分析 C1~ C4 烃类及其异构体。 3.硅 胶：强极性吸附剂，常用于分析硫化物：COS、H2S、SO2 等。 4. 分子筛（人工合成的硅酸盐）：强极性吸附剂，用于在室温条件下使 H2，O2，N2，CH4， CO 得到良好分离。 5. 高分子多孔微球：极性和非极性吸附剂，可分析极性的—多元醇、脂肪酸、腈类、胺 类 或 非极性的—烃、醚、酮等；尤其适合分析有机物中的微量水。 11.3 气相色谱分析理论基础 一.色谱流出曲线 在色谱法中，当样品加入后，样品中各组分随着流动相的不断向前移动而在两相间反 复进行溶解、挥发，或 吸附、解吸的过程。如果各组分在固定相中的分配系数（表示溶解

或吸附的能力）不同，就有可能达到分离。分配系数小的组分滞留在固定相中的时间短，在柱内移动的速度快，先流出柱子；分配系数大的组分滞留在固定相中的时间长，在柱内移动的速度慢，后流出柱子；分离后的各组分经检测器转换成电信号而记录下来，得到一条信号随时间变化的曲线，称为色谱流出曲线或“色谱峰”，理想的色谱流出曲线应该是正态分布曲线：进样非滞留组分60N时间WR1RC典型色谱流出曲线二.术语1.基线：操作条件稳定后，没有试样通过时检测器所反映的信号-时间曲线称为基线（O-0')（它反映检测系统噪声随时间变化的情况，稳定的基线应是一条水平直线）2.死时间to（deadtime）：指不被固定相吸附或溶解的组分（如空气、甲烷等）从进样开始到色谱峰顶所对应的时间，如图to所示。3.死体积V。（deadvolume)：由进样器至检测器的流路中，未被固定相占有的空隙体积称为死体积（导管空间、色谱柱中固定相间隙、检测器内腔空间总和）当色谱柱载气流速为Fo(ml /min)时，它与死时间的关系为：Vo=to-Fo4.保留值：定性参数，是在色谱分离过程中，试样中各组分在色谱柱内滞留行为的-个指标。（1）保留时间tR（retentiontime）：从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时（色谱峰顶点）所需要的时间，称为该组分7

7 或吸附的能力）不同，就有可能达到分离。 分配系数小的组分滞留在固定相中的时间短，在柱内移动的速度快，先流出柱子；分配系 数大的组分滞留在固定相中的时间长，在柱内移动的速度慢，后流出柱子；分离后的各组 分经检测器转换成电信号而记录下来，得到一条信号随时间变化的曲线，称为色谱流出曲 线或 “色谱峰”，理想的色谱流出曲线应该是正态分布曲线： 典型色谱流出曲线 二. 术语 1. 基线：操作条件稳定后，没有试样通过时检测器所反映的信号-时间曲线称为基线（O - O’） （它反映检测系统噪声随时间变化的情况，稳定的基线应是一条水平直线） 2. 死时间 t0（dead time）： 指不被固定相吸附或溶解的组分（如空气、甲烷等）从进样开始到色谱峰顶所对应的 时间，如图 t0 所示。 3. 死体积 V0（dead volume ）： 由进样器至检测器的流路中，未被固定相占有的空隙 体积称为死体积 （导管空间、色谱柱中固定相间隙、检测器内腔空间总和） 当色谱柱载气流速为 F0(ml／min)时，它与死时间的关系为： V0 = t0·F0 4. 保留值：定性参数，是在色谱分离过程中，试样中各组分在色谱柱内滞留行为的一 个指标。 （1）保留时间 tR （retention time）： 从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时（色谱峰顶点）所需要的时间，称为该组分

的保留时间。如图中tR(1)tR(2)所示，（是待测组分流经色谱柱时，在两相中滞留的时间和）保留时间与固定相和流动相的性质、固定相的量、柱温、流速和柱体积有关，可用时间单位（min）表示。（2）调整保留时间tr’（adjustedretentiontime）：扣除死时间后的组分保留时间，如图中的tR(1)tR(2)所示。tR表示某组分因溶解或吸附于固定相后，比非滞留组分在柱中多停留的时间：IR'=IR-o（3）保留体积Vr（retentionvolume）：从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时所通过的载气体积。当色谱柱载气流速为Fo(ml/min)时，它与保留时间的关系为：VR=tRFo（4）调整保留体积Vr”（adjustedretentionvolume）：是指扣除死体积后的保留体积，即：VR=VR-Vo=IRFo在一定的实验条件下VR、VR与载气流速无关（tR-Fo及tRFo为一常数）（5）相对保留值r21（relativeretentionvalue）：指组分2和组分1的调整保留值之比。'R-V'R121=TA'VR相对保留值的特点是只与温度和固定相的性质有关，与色谱柱及其它色谱操作条件无关。反映了色谱柱对待测两组分1和2的选择性，是气相色谱法中最常使用的定性参数。3.峰高（h)：色谱峰顶与基线之间的垂直距离4.色谱的区域宽度（peakwidth）通常用三种方法来表示：（1）标准偏差（standardeviation）：为正态分布曲线上拐点间距离之半。对于正常峰，c为0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。（α的大小表示组分被带出色谱柱的分散程度，α越大，组分流出越分散；反之亦反。α的大小与柱效有关，小，柱效高）（2）半(高）峰宽Wh/2（peakwidthathalf-height）：峰高一半处的色谱峰宽度。半峰宽与标准偏差的关系为：Wh/2=2α/2ln2=2.354g(6)8

8 的保留时间。如图中 tR(1)、 tR(2) 所示，（是待测组分流经色谱柱时，在两相中滞留的时间和） 保留时间与固定相和流动相的性质、固定相的量、柱温、流速和柱体积有关，可用时 间单位（min）表示。 （2）调整保留时间 tR’（adjusted retention time）： 扣除死时间后的组分保留时间，如图中的 tR(1)’、 tR(2)’所示。tR’ 表示某组分因溶解或 吸附于固定相后，比非滞留组分在柱中多停留的时间： tR’= tR – t0 （3）保留体积 VR （retention volume）： 从进样到柱后出现待测组分浓度最大值时所通过的载气体积。 当色谱柱载气流速为 F0(ml/min)时，它与保留时间的关系为： VR = tR F0 （4）调整保留体积 VR’（adjusted retention volume）：是指扣除死体积后的保留体积，即： VR’= VR – V0= tR’·F0 在一定的实验条件下 VR、VR’与载气流速无关（tR·F0 及 tR’·F0 为一常数） （5）相对保留值 r21（relative retention value）：指组分 2 和组分 1 的调整保留值之比。 1 2 1 2 ' ' ' ' 21 R R R R V V t t r = = 相对保留值的特点是只与温度和固定相的性质有关，与色谱柱及其它色谱操作条件无 关。反映了色谱柱对待测两组分 1 和 2 的选择性，是气相色谱法中最常使用的定性参数。 3．峰高（h）：色谱峰顶与基线之间的垂直距离 4. 色谱的区域宽度（peak width）通常用三种方法来表示： （1）标准偏差 （standar deviation）： 为正态分布曲线上拐点间距离之半。对于正常峰，为 0.607 倍峰高处色谱峰宽度的 一半。 （ 的大小表示组分被带出色谱柱的分散程度， 越大，组分流出越分散；反之亦反。 的 大小与柱效有关， 小，柱效高） （2）半(高)峰宽 Wh/2（peak width at half-height）： 峰高一半处的色谱峰宽度。半峰宽与标准偏差的关系为： Wh / 2 = 2 2ln 2 = 2.354 (6)

（3）峰宽或称Wb：通过色谱峰两侧的拐点作切线，切线与基线交点间的距离为峰宽，即图中GH。峰宽与标准偏差的关系为：Wb=4g=1.699Wh/211.3气相色谱分析理论基础色谱分离是色谱体系热力学过程和动力学过程的综合表现。热力学过程是指：与组分在体系中分配系数相关的过程：动力学过程是指：组分在该体系两相间扩散和传质的过程。组分、流动相和固定相三者的热力学性质使不同组分在流动相和固定中具有不同的分配系数，分配系数的大小反映了组分在固定相上的溶解-挥发或吸附-解吸的能力。分配系数大的组分在固定相上溶解或吸附能力强，因此在柱内的移动速度慢；分配系数小的组分在固定相上溶解或吸附能力弱，因此在柱内的移动速度快。经过一定时间后，由于分配系数的差别，使各组分在柱内形成差速移行，达到分离的目的。一、分配过程在色谱分配过程中，假设考虑柱内极小一段的情况：样品注入流动相固定相色谱柱图色谱主柱内的分配平衡在一定温度、压力下，组分在该一小段柱内发生的溶解-挥发或吸附-解吸的过程称为分配过程。1.分配系数K（distributioncoefficient）：分配系数也称为平衡常数。是指在一定的温度和压力下，在两相之间达到平衡时，组分溶解在固定相中的平均浓度与其在流动相中的平均浓度之比。组分在固定相中的浓度CsK=组分在流动相中的浓度Cm式中：CL一为组分在固定相中的平均浓度：CG一为组分在流动相中的平均浓度，9

9 （3）峰宽或称 Wb：通过色谱峰两侧的拐点作切线，切线与基线交点间的距离为峰宽，即 图中 GH。 峰宽与标准偏差的关系为： Wb = 4 = 1.699 Wh/2 11.3 气相色谱分析理论基础 色谱分离是色谱体系热力学过程和动力学过程的综合表现。 热力学过程是指：与组分在体系中分配系数相关的过程； 动力学过程是指：组分在该体系两相间扩散和传质的过程。 组分、流动相和固定相三者的热力学性质使不同组分在流动相和固定中具有不同的分 配系数，分配系数的大小反映了组分在固定相上的溶解-挥发 或 吸附-解吸的能力。 分配系数大的组分在固定相上溶解或吸附能力强，因此在柱内的移动速度慢；分配系 数小的组分在固定相上溶解或吸附能力弱，因此在柱内的移动速度快。 经过一定时间后，由于分配系数的差别，使各组分在柱内形成差速移行，达到分离的 目的。 一. 分配过程 在色谱分配过程中，假设考虑柱内极小一段的情况： 图 色谱主柱内的分配平衡 在一定温度、压力下，组分在该一小段柱内发生的溶解-挥发或 吸附-解吸的过程称为 分配过程。 1. 分配系数 K（distribution coefficient）： 分配系数也称为平衡常数。是指在一定的温度和压力下，在两相之间达到平衡时，组 分溶解在固定相中的平均浓度与其在流动相中的平均浓度之比。 m s c c K = = 组分在流动相中的浓度 组分在固定相中的浓度 式中：cL—为组分在固定相中的平均浓度； cG—为组分在流动相中的平均浓度

K一是一个无因次量，它是由组分及固定液的热力学性质决定的，只随柱温和柱压而变化，与色谱柱中气相和液相的体积无关。分配系数K是气一液分配色谱中的重要参数。如果两个组分的分配系数相同，则它们的色谱峰完全重合：反之，分配系数相差越大，相应的色谱峰相距越远，分离越好。2.分配比k（partitionration）：又称“容量因子”。即在一定的温度和压力下，组分在两相间达到分配平衡时，组分在固定相和流动相中的质量比：组分在固定相中的总量_卫组分在流动相中的总量q式中：P一组分在固定相中的质量，9一组分在流动相中的质量。3.分配系数（K）和分配比k的关系：设V，为固定相的体积，Vm为流动相的体积，则上式可写成：V.k=-=K=k=β交或V,qc.mVm一为柱内流动相的体积，也称为柱的死体积：包括固定相颗粒之间和颗粒内部空隙中Vm的流动相体积；V一为固定相的体积，它指真正参与分配的那部分体积：若固定相是吸附剂、固定液、离子交换剂或凝胶，则分别指吸附表面积、固定液体积、离子交换剂交换容量或凝胶孔容。β—为色谱柱的相比4.分配系数K和分配比k与保留值tr的关系：分配平衡是在色谱柱中固定相和流动相之间进行的，因此分配比也可以用组分在固定相和流动相中的停留时间之比来表示，则分配比可写成：k=P_lR-to_t'Rqtt任一组分的k值可由实验测得，即为调整保留时间tr与不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间to的比值。可将k看作色谱柱对组分保留能力的参数，k值越大，保留时间越长。分配系数K与保留时间的关系为：t=kto=KtoVs/Vm由此式可见，在一定的实验条件下，组分的调整保留时间正比于分配系数K（或分10

10 K — 是一个无因次量，它是由组分及固定液的热力学性质决定的，只随柱温和柱压 而变化，与色谱柱中气相和液相的体积无关。 分配系数 K 是气一液分配色谱中的重要参数。如果两个组分的分配系数相同，则它们 的色谱峰完全重合；反之，分配系数相差越大，相应的色谱峰相距越远，分离越好。 2. 分配比 k（partition ration）： 又称“容量因子”。即在一定的温度和压力下，组分在两相间达到分配平衡时，组分在 固定相和流动相中的质量比： q p k = = 组分在流动相中的总量 组分在固定相中的总量 式中：p—组分在固定相中的质量，q—组分在流动相中的质量。 3. 分配系数(K) 和分配比 k 的关系： 设 Vs 为固定相的体积，Vm为流动相的体积，则上式可写成： m s m m s s V V K c V c V q p k = = = 或 = =  s m V V K k Vm——为柱内流动相的体积，也称为柱的死体积：包括固定相颗粒之间和颗粒内部空隙中 的流动相体积； Vs——为固定相的体积，它指真正参与分配的那部分体积：若固定相是吸附剂、固定液、 离子交换剂或凝胶，则分别指吸附表面积、固定液体积、离子交换剂交换容量或凝胶孔容。  ——为色谱柱的相比 4. 分配系数 K 和分配比 k 与保留值 tR 的关系： 分配平衡是在色谱柱中固定相和流动相之间进行的，因此分配比也可以用组分在固定 相和流动相中的停留时间之比来表示，则分配比可写成： 0 0 0 ' t t t t t q p k R R = − = = 任一组分的 k 值可由实验测得，即为调整保留时间 tR’与不被固定相吸附或溶解的组 分的保留时间 t0 的比值。可将 k 看作色谱柱对组分保留能力的参数，k 值越大，保留时间 越长。 分配系数 K 与保留时间的关系为： tR’= k t0 =K t0 Vs/Vm 由此式可见，在一定的实验条件下，组分的调整保留时间正比于分配系数 K（或分