气相色谱法

气相色谱法与气质联用色谱法的应用区别

§5 气相色谱法原理Gas Chromatography教学目的:1.掌握色谱法的基本原理,概念和踏板理论,速率理论2.了解色谱法的定性,定量测定方法3.了解GC的特点4.了解气相色谱仪的组成5.掌握如何选择分离操作条件6.了解GC的应用7.掌握有关计算重点:踏板理论,速率理论,分离操作条件,检测器学时:6学时§3-1 概述3.1.1. 色谱法:一种分离技术1. 由俄国植物学家Tsweett创立2.原理 使混合物中各组分在两相间进行分配,其中一相是不动的(固定相),另一相(流动相)携带混合物流过此固定相,与固定相发生作用,在同一推动力下,不同组分在固定相中滞留的时间不同,依次从固定相中流出,又称色层法,层析法3.分类(1)气相色谱和液相色谱(流动相)(2)柱色谱,纸(PC)色谱,薄层色谱(TLC)(固定相)(3)吸附色谱,分配色谱,离子交换色谱,排阻色谱(物理化学原理)(4)洗脱法,顶替法,迎头法

1 概述1.1 色谱发展概况最早创立色谱法的是俄国植物学家Tswett。他在研究植物叶子的色素成分时，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。当时Tswett把这种色带叫做“色谱”（Chromatographie，Tswett于1906年发表在德国植物学杂志上用此名，英译名为Chromatogra- phy），在这一方法中把玻璃管叫作“色谱柱”，碳酸钙叫作“固定相”，纯净的石油醚叫作“流动相”。在Tswett提出色谱概念后的20多年里没有人关注这一伟大的发明。直到1931年德国的Kuhn和Lederer才重复了Tswett的某些实验，用氧化铝和碳酸钙分离了α-，β-，和γ-胡萝卜素，此后用这种方法分离了60多种这类色素。Martin和Synge在 1940年提出液液分配色谱法（Liquid－Liquid Partition Chromatography），即固定相是吸附在硅胶上的水，流动相是某种有机溶剂。1941年Martin和Syngee提出用气体代替液体作流动相的可能性，11年之后James和Martin发表了从理论到实践比较完整的气液色谱方法（Gas－Liquid Chromatography），因而获得了1952年的诺贝尔化学奖。在此基础上，1957年Golay开创了开管柱[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]法（Open－Tubular Column Chromatography），习惯上称为毛细管柱[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]法（Capillary Column Chromatography ）。1956年Van Deemter等在前人研究的基础上发展了描述色谱过程的速率理论，1965年Giddings总结和扩展了前人的色谱理论，为色谱的发展奠定了理论基础。另一方面早在1944年Consden等就发展了纸色谱，1949年Macllean等在氧化铝中加入淀粉粘合剂制作薄层板使薄层色谱法（TLC ）得以实际应用，而在1956年Stahl开发出薄层色谱板涂布器之后，才使TLC得到广泛地应用。在60年代末把高压泵和化学键合固定相用于液相色谱，出现了高效液相色谱（HPLC）。80年代初毛细管超临界流体色谱（SFC）得到发展，但在90年代后未得到较广泛的应用。而在80年代初由Jorgenson等集前人经验而发展起来的毛细管电泳”（CZE），在90年代得到广泛的发展和应用。同时集HPLC和CZE优点的毛细管电色谱在90年代后期受到重视。到21世纪色谱科学将在生命科学等前沿科学领域发挥不可代替的重要作用。 色谱法在分析化学中的地位和作用 色谱分析法的特点是它具有高超的分离能力，而各种分析对象又大都是混合物，为了分析鉴定它们是由什么物质组成和含量是多少，必须进行分离，所以色谱法成为许多分析方法的先决条件和必需的步骤。从表5-1的数据可以看出色谱法在近年来各类分析化学方法中占在十分重要的地位。1.2 色谱法的特点色谱法是以其高超的分离能力为特点，它的分离效率远远高于其它分离技术如蒸馏、萃取、离心等方法。（1）分离效率高。例如毛细管[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]柱（0.1~0.25μm i. d．）30~50m其理论塔板数可以到 7万~12万。而毛细管电泳柱一般都有几十万理论塔板数的柱效，至于凝胶毛细管电泳柱可达上千万理论塔板数的柱效。（2）应用范围广。它几乎可用于所有化合物的分离和测定，无论是有机物、无机物、低分子或高分子化合物，甚至有生物活性的生物大分子也可以进行分离和测定。（3）分析速度快。一般在几分钟到几十分钟就可以完成一次复杂样品的分离和分析。近来的小内径（0.1mm i. d．）、薄液膜（0.2μm）、短毛细管柱（1~10 m）比原来的方法提高速度5~10倍。（4）样品用量少。用极少的样品就可以完成一次分离和测定。（5）灵敏度高。例如GC可以分析几纳克的样品，FID可达10-2g／s，ECD达10-3g／s；检测限为10-9 g／L和10-12 g／L的浓度。（6）分离和测定一次完成。可以和多种波谱分析仪器联用。（7）易于自动化，可在工业流程中使用。1.3 色谱法的分类色谱法或色谱分析（chromatography）也称之为色层法或层析法，是一种物理化学分析方法，它利用混合物中各物质在两相间分配系数的差别，当溶质在两相间做相对移动时，各物质在两相间进行多次分配，从而使各组分得到分离。可完成这种分离的仪器即色谱仪。色谱法的分类可按两相的状态及应用领域的不同分为两大类。1.按流动相分 [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url] gas chromatography (GC) –流动相是气体，固定相是固体吸收剂或液体（涂在固体上) 。 液相色谱 liquid chromatography (LC) –液体作为动流动相。 2.按分离机理分类 吸附色谱法 分配色谱法 离子交换色谱法 凝胶色谱法或尺寸排阻色谱法 亲和色谱法3.按固定相的外形/相系统的形式分类 柱色谱: 填充柱色谱：固定相装于柱内的色谱法。毛细管色谱法：采用内壁涂渍极薄而均匀的固定液膜的毛细管作为色谱柱的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]法。 平板色谱: 固定相呈平板状的色谱法。