气相

•••••••

1952年，英国化学家James和Martin创立GC1954年，TCD应用于气相色谱仪1956年，Van Deemter提出速率理论1957年，出现毛细管色谱

随后几年，FID, ECD, FPD, FTD相继出现1959年，建立裂解气相色谱仪60年代，出现GC-MS, GC-FTIR

色谱方法的分类

1. 色谱是通过组分在流动相和固定相之间分配比的差异进行分离的。

2. 根据流动相和固定相的状态，色谱法分类

色谱的热力学理论--塔板理论•理论塔板数N=5.545(tR/WH/2)=L/HETP开始HWH/2H/2tR色谱的动力学理论—速率理论ＶａｎＤｅｅｍｔｅｒ方程U：载气线速度填充柱BHACuuA ：涡流扩散项（多途径造成）B ：纵向扩散项C: 传质阻力项Van Deemter方程式

填充柱毛细柱

气相色谱仪的基本流路图载气控制检测器数据处理钢瓶He,N2进样口色谱柱载气控制：手动、数字(AFC)/ 恒压、恒流进样口：DRI、SPL/Splitless、OCI、PTV检测器：FID、TCD、ECD、FPD、FTD数据处理：C-R6A 、C-R7A、C-R8A、CLASS-GC10气相色谱仪的基本流路图FID载气隔垫吹扫出口空气400-600ml/min分流出口氢气40-60ml/min尾吹气约35ml/minF1玻璃衬管F2进样口、色谱柱、检测器的温度设定

•进样口温度

考虑样品中各组分的沸点，设定温度使样品瞬间汽化。

•色谱柱温度

考虑样品中各组分的沸点，及希望的分析周期，宽沸程样品应使用程序升温。•检测器温度

防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-30℃。

DET.T≥INJ.T≥COL.T+20℃

气相色谱仪的流动相----载气

••••氦气（纯度99.99%以上）氮气（纯度99.99%以上）

氩气（纯度99.99%以上）特殊分析使用氢气（纯度99.99%以上）注意安全

气相色谱进样方式简介

气相色谱的进样方式

••••

填充柱进样口

毛细柱分流/无分流进样口冷柱头进样PTV进样口

热进样和冷进样

•热进样

–分流/无分流进样–直接进样（全量注入）

•宽口毛细柱和填充柱

•冷进样

•PTV进样•冷柱头进样

歧视效应和热分解•热进样(SPL, WBI)–存在歧视现象和样品热分解•冷进样(OCI, PTV)–进样是在较低温度下进行–定量精度高歧视效应和热解效应的影响小歧视效应的产生•歧视:蒸溜现象形成气溶胶分溜现象高沸点组分残留低沸点组分百分比偏高进针退针歧视效应•进样体积越小，歧视现象越严重。(%)52 51 50 49 48n-C9n-C40.5 1.0 2.0 3.0 4.0 (uL)进样体积和峰面积比减小热进样歧视现象的方法

•快速进样法•溶剂冲洗法•热针法

溶剂冲洗法溶剂(%)空气样品空气52 51 50 49 48n-C4蒸溜和分溜减少n-C90.5 1.0 2.0 3.0 4.0 (uL)冷进样

•概念

•样品是在冷状态--低于样品沸点的温度下进样(依据溶剂)

•气化室快速升温使样品气化

•PTV进样方式

•分流进样(高浓度样)•无分流进样(低浓度样)

•大体积进样—LVI(痕量分析)

•OCI柱头进样

•只适用于0.53内径的柱子

•无分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子），进样量一般小于2ul

SPL-无分流进样和OCI以及PTV-无分流进样的比较(热分解现象)氨基甲酸盐农药的热解现象Splitless-SPLCool-on-columnSplitless-PTV进样体积上限

•无分流进样(SPL,PTV)•高压进样(SPL,PTV)•直接进样（全量进样）

用宽口径毛细柱

2uL5uL3uL2uL

•冷柱头进样（OCI）•LVI-PTV 进样

–空衬管

–衬管+ 石英棉–衬管+ 填料

大于

10uL50uL1000uL

进样口的结构（1）•填充柱进样口•毛细柱进样口载气隔垫吹扫出口载气隔垫吹扫出口分流出口玻璃衬管F1玻璃衬管填充柱F2进样口的结构（2）•冷柱头进样口(OCI)载气隔垫吹扫出口•PTV进样口隔垫吹扫出口分流出口载气加热F1玻璃衬管不锈钢衬管-250℃/min0.53mm内径宽孔毛细柱F2色谱柱的固定相

•固体--活性炭、活性铝、硅胶、分子筛等，用于无机气体及低碳烃的分析•液体--硅酮、聚乙二醇、聚脂等，用于液体样品及高沸点化合物分析。

几种代表性固定液的极性(Mc Reynolds 常数)名称SqualaneSE30OV101(DB1)SE54(DB5)DC550OV17△I Benzene名称△I Benzene0 （非极性）151733 （弱极性）74119（中极性）PEG20M(DBWAX) 322（强极性）FFAP340PEG1000347EGA372DEGS484TCEP593 （超强极性）BCEF690色谱柱的选择

•固定液极性的选择（按相似相溶原则）

非极性固定液------有按沸点顺序溶出倾向

极性固定液------沸点相同时，按极性由小到大

的顺序溶出

•固定液的浓度或毛细管柱的膜厚

对低沸点化合物对高沸点化合物

高浓度（10%～30%)高膜厚(1～5μm)低浓度（1%～5%)低膜厚(0.25～0.5μm)

色谱柱的担体

•担体的选择应从担体的比表面积及惰性方面考虑

•根据待测样品的性质，进行过适当处理的担体，如：酸洗、碱洗、甲基硅烷化等

色谱柱的类型•填充柱柱材：不锈钢，玻璃内径：2.6--3mm长度：0.5--6m填料：担体和固定液的种类固定液的浓度1-30%担体有硅藻土、玻璃、石英、塑料担体（TPA）等。•毛细柱柱材：熔融石英、铝内径：0.2mm--0.53mm长度：10--100m固定相种类：OV-1，PEG-20M，OV-17等固定相膜厚：0.2--5μm内径对毛细柱分离的影响

0.22mm x 25m

进样量的改变对分离的影响21212167ng 完全分离色谱柱柱温分流比335ng 峰分離但峰较宽670ng 不完全分离１．１，４－二恶烷２．醋酸丙脂：CBP1-M25-025：50℃：1:30膜厚对毛细柱分离的影响

CBP1-W25-100膜厚1um

CBP1-W25-500膜厚5um

毛细柱的内径、膜厚及柱容量

内径

膜厚

柱容量

各公司常用毛细柱商品名及固定液对照表固定相聚甲基硅氧烷OV-1聚苯基甲基硅氧烷（5%苯基）SE-52聚苯基甲基硅氧烷（20%苯基）OV-7聚苯基甲基硅氧烷（50%苯基）OV-17,6%腈乙基甲基硅酮14%腈乙基甲基硅酮OV-170150%三氟丙基甲基硅氧烷OV-21050%腈乙苯基甲基硅酮50%腈乙基甲基硅酮聚乙二醇（硝苯二酸修饰）FFAP聚乙二醇PEG-20M联苯基聚甲基硅氧烷（14%联苯基）聚苯基甲基硅氧烷（65%苯基）90%二丙腈基10%腈乙苯基甲基硅酮岛津CBP1CBP5J&WDB-1DB-5SGEBP-1BP-5信和化工HR-1HR-52FrontierLABRESTECRtx-1Rtx-1,MXT-5Rtx-20SUPELCOCHROMPACKSPB-1SPB-1,PTE-5SAC-5CP Sil 5 CBCP Sil 8 CBDB-17DB-17thRtx-50Rtx-1301SP-2250OVI-G43SPB-1701CP Sil 19 CBCP Sil 43 CBCBP10DB-1701DB-210DB-225DB-23DB-FFAPBP-10HR-10Rtx-1701Rtx-200HR-225Rtx-225CBP20DB-WAXDB-XLBBP-20HR-20MALLOY-CWStabilwax-DAStabilwaxNukolSupecolwax-10Carbowax 20MCP Wax 58 CB,FFAP-CBCP Wax 52 CB,ALLOY-TRGRtx-65Rtx-2330SP-2380TAP-CB色谱柱的老化

•为什么必须进行色谱柱老化？

新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。一般采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度，并在高温段保持数小时。新柱老化时，最好不要连接检测器。

•每天都要进行老化吗？

视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。

出现鬼峰的原因

1. 进样口污染

2. 载气含水分及其它不纯物3. 不锈钢管及阀污染4. 进样垫及橡胶垫圈污染5. 填料老化不足6. 填充剂劣化

恒温分析和升温分析的比较C8C9C10C11C8C9C10C11恒温分析•沸程窄时采用恒温分析•恒温分析时，保留时间和碳数程指数关系升温分析•沸程宽时采用升温分析•升温分析时，碳数和保留时间程比例关系•基线调整困难，应确认空白是否有鬼峰出现。色谱柱分离效率评价

•色谱柱效率：峰尖

评价：理论板高(HETP)、理论塔板数(N)

对策：将Van Deemter 各因素优化

•选择性：峰的分离度

评价：分离因子或分离度对策：选择极性相当的固定相

•峰的对称性：吸附现象

评价：拖尾因子

对策：色谱柱进一步老化

气相色谱的检测器检测器载气种类测定浓度应用无机气体、有机化合物有机化合物有机卤素等化合物氮、磷化合物硫、磷化合物氦、氢、氩、热导（TCD）50ppm以上氮氢火焰离子化氦、氮数ppm以上（FID）电子捕获氮数ppb以上（ECD）火焰热离子氦、(氮)数ppb以上（FTD）火焰光度氦、氮约0.1ppm（FPD）FID的检测原理

•

+在氢火焰中，有机化合物燃烧产生CHO离子，

该离子强度与含量成正比。

•该检测器检出的是有机化合物。

•无机气体及氧化物在该检测器无响应。

FID检测器

TCD的检测原理

•利用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器。

•灵敏度低，通常用来测气体样品。

ECD检测原理

•载气（氮气）ECD检测器中电离成正离子和自由电子

•亲电子化合物与自由电子结合生成负离子，在检测池中移动速度比自由电子慢

•生成的负离子与正离子结合

•ECD中自由电子减少（离子流减小）

•自由电子减少与亲电子化合物的浓度成正比

•ECD是高选择性、高灵敏度的检测器，用于检测微量或痕量的卤素化合物及硝基化合物。

ECD检测器

火焰光度检测器（FPD）原理

•S、P在还原火焰中燃烧，产生特征波长的光线（S=394nm,P=526nm)。这些光线通过滤光片，经光电倍增器放大并转化为电信号被检测。

•该检测器对有机磷和有机硫化合物具有高选择性和高灵敏度。

FPD检测器

火焰热离子(FTD or NPD)

•有机氮化合物在碱金属表面热分解成激发态氮化物CN*, CN*又从碱金属表面吸收电子，生成CN-，放出电子后的碱金属生成正离子，产生的信号电流被检出。

•该检测器对有机氮、磷化合物具有高灵敏度和高选择性。

FTD检测器

分析数据是否可靠？（定量）

••••

良好的峰面积重现性，一般CV%在0.5--3%工作曲线具有良好的线性

微量注射器的残留现象（交叉污染）峰形正常，避免拖尾峰和前沿峰

(柱选择恰当、衬管无污染、温度及流量设定)•色谱峰分离良好(分离度>2.5)

药典中对用色谱法进行检测的药品，都作出了具体规定，如：保留时间、分离度、拖尾因子等

分析数据不理想，应该...

1. 检查是否漏气

用肥皂水检查各连接部位，并确认峰面积重现性

2.检查色谱柱是否良好

长时间使用，因吸附、固定液流失、固定液分解及污染，造成柱劣化，更换新柱

3.检查衬管是否正常

确认衬管有无破损、污染，确认石英棉的位置

4.样品性质，是否易分解

对于不稳定的样品应注意保存温度，要避光并注意存放时间。

样品的预处理

••••••

有机溶剂萃取

固相萃取（吸附柱法）吹扫捕集静态顶空微固相萃取衍生化

柱内径（mm）压力(ml/min)柱流(ml/min)量分流比0.250.320.53100~20060~10025~401.2~2.52~45~101:30~1001:15~301:2~10气相色谱方法的建立

分析方法计算方法

分析方法（仪器参数）

•分析参数

§§§

选择分析系统（进样方式、色谱柱、检测器）设定分离条件（载气流量、分流比、温度条件）检测器参数（量程、极性、电流）

计算方法（数据处理参数）

§

峰处理参数（WIDTH, SLOPE, DRIFT, T.DBL等）

§

定量参数

定量方法：工作曲线的制作

内标法、外标法、面积归一法等※曲线点数：一点、两点及多点

※曲线计算：线性范围、线性回归、折线、二次曲线、三次曲线

§

定性参数：保留指数及允许误差

其它参数

•峰积分标记：E，S，T，V，L•定性参数：时间窗％，时间带•显示参数：ATTEN，SPEED

峰处理参数

WIDTH：设为最窄峰的半高宽，单位：秒

•去除高频噪声(电磁干扰）WH/2•控制S.TEST时间，斜率测试时间为10×WIDTH推荐值：填充柱5

毛细柱2～3

峰处理参数

峰处理参数

SLOPE：10倍WIDTH的所有信号的总和，用于：

•判断峰起点

•滤除低平噪声（如蛇行等）

•SLOPE的确定：一般通过S.TEST进行，测定时间为10倍WIDTH的时间。

•特殊情况，可根据实际需要改变该值。

SLOPE值的手动设定单位：uv/minSLOPESLOPESLOPE<峰斜率，作为峰计算SLOPESLOPE>峰斜率，作为噪声滤除SLOPE≈峰斜率，积分不稳定，须手动设定峰处理参数

DRIFT：判断相邻峰的积分方式

注：1）设定值为0时，积分仪将自动判断

2）如DRIFT与基线至峰谷连线较接近时，积分可能不稳定，导致面积值变化较大，需加以注意。

DRIFT值的设定

DRIFT

DRIFT

DRIFT

DRIFT

DRIFT

DRIFT

拖尾峰

通过拖尾峰和尾上峰高度的比值(H1/H2) 和谷高度比(H3/H2)，分离度(W1/W2) 进行判断，如果条件确定，进行拖尾峰和尾上峰处理。

峰处理参数T.DBL：峰展宽一倍所需要的时间设定值为0时，自动判断；不使用时可设为1000T.DBL设定为某值时，SLOPE和WIDTH按下图改变WIDTHT.DBL2WIDTH2 x T.DBL4WIDTH4 x T.DBL8WIDTHSLOPESLOPE/2SLOPE/4SLOPE/8积分峰标记（MK）

标记：

•E：超量程峰，这种峰的面积计算是错误的

•S：拖尾峰（溶剂峰常同时出现S、E两个标记）•T：尾上峰，作过拖尾处理的峰•V：与前邻峰垂直分割•L：前沿峰

ピークリーディング前延峰峰处理参数

色谱峰A 作为拖尾峰处理，而色谱峰B、C、D作为色谱峰A的尾上峰处理。

尾上的没有分离开的色谱峰C，做垂线分割。没有分离开的色谱峰E、F、G 也做垂线分割。

定性参数

绝对保留值、相对保留值、多参考保留值

保留时间允许误差：

•时间窗％(WINDOW)，相对允差

设定简单，但所测组分保留时间跨度大时，不易设定

•时间带(BAND)，绝对允差设定较繁，需逐个组分设定

定量参数

校正级别（曲线计算方法）

•单点校正（liner)•两点校正（liner)•多点校正

––––

线性回归

点到点连线（折线）二次曲线三次曲线

注〕C－R6A只能做单点或两点校正

注〕二次曲线、三次曲线是Gcsolution的功能

单点校正

•对每一组分仅做一个浓度的标样

•标样浓度应尽可能接近实际样品中各组分的浓度

•单点校正曲线通过原点

多点校正

••

对每一组分至少作三个不同浓度水平的校正标样浓度范围应包含实际样品中各组分的浓度

•1.2.

多级校正有几种方式

当组分响应值随浓度变化不呈线性变化时，使用

多线性校正（折线校正）或二次曲线、三次曲线组分响应值随浓度变化呈线性变化时，使

用

最小二乘法，进行线性回归校正

定量方法

••••

面积归一化法

校正面积归一化法外标法内标法

面积归一化法各组分浓度以面积百分率表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。公式：Ci%优点：Ai100%Ai1）无需做校正，简便，快速2）进样量不严格要求缺点：1）所有组分都流出且被检测到2）所有组分的检测灵敏度都相同校正面积归一化法用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。公式：Ci%FiAi100%(FiAi)式中：Fi为校正因子，Fi＝浓度（含量）/面积优点：进样量要求不严格缺点：1）所有组分都流出且被检测到2）所有组分都需作校正外标法

该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。

公式：CiAiF1iF2i优点：

1）不需所有峰都流出或被检测到2）只对所测组分作校正

缺点：

1）进样量必须准确

2）仪器必须有良好的稳定性

内标法在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。AiF1iF2i)CIS公式：Ci(AIS优点：1）进样量不严格要求2）只对所测组分作校正缺点：1）必须在样品中加一内标组分2）操作较为繁琐3）选择内标物困难内标物的选择

•内标物的峰与试样中的所有成分的峰完全分离。

•内标物的峰与目标成分的峰保留时间不应差太远。

•内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。

气相色谱分析步骤

•••••••••

开机：连好流路，先开载气再开电源，开辅助气设定流量、温度、检测器参数用默认处理参数进行样品分析

根据图谱调整分析条件，再分析样品，直至得到理想谱图

确定定量方法（内标、外标、面积归一等）

选择校正点数，编辑ID表（输入组分的保留时间和标样浓度）选择校正次数（每浓度取几次均值）

选择曲线计算方式（直线、最小二乘或折线）

按从低浓度到高浓度的顺序，分析完所有标样，即完成曲线制作

•进行未知样分析，每次分析结束，自动计算定量结果•分析完了，关机：系统降温后，关电源，关载气。