气相色谱原理.ppt

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1、§5气相色谱法原理GasChromatography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

2、,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3.1.2色谱图及相关术语色谱图:试样中各组分经色谱柱分离后,在柱的末端收集各组分,经检测器转换为电信号,用纪录仪将各组分浓度记录下来,得到色谱图基线(baseline):O-t反映检测器系统噪声随时间变化的线基线漂移(baseli

3、nedrift):基线随时间定向的变化基线噪声(baselinenoise):由各种因素引起的基线起伏保留值(retentionvalue):试样中各组分在色谱柱中的滞留时间,由色谱分离过程中的热力学因素控制,作定性参数1.死时间(deadtime)tM:不被固定相吸附或溶解的物质进入色谱柱时,从进样到出现极大值所需时间O’Au=L/tM2.保留时间(retentiontime)tR:试样从进样到柱后出现峰极大值所经历的时间O’B3.调整保留时间tR’:tR’=tR-tM§4.死体积VM:VM=tM.F0(流

4、动相体积流速)5.保留体积VR:VR=tR.F0(流动相体积流速)6.调整保留体积VR’:VR’=VR-VM7.相对保留值r21:r21=VR’(2)/VR’(1)=tR’(2)/tR’(1)r21只与柱温,固定相性质有关,是色谱定性分析的重要参数,可用来表示固定相的选择性分配比k(partitionratio):分配过程分配系数K=CS/CM分配比k:在一定温度,压力下,在两相间达到平衡时,组分在两相之中的质量比k=nS/nMk=KVS/VM(why?)r21=k2/k1=K2/K1k=tR’/tM色谱峰高

5、区域宽度(Peakwidth):色谱峰宽度1．标准偏差（σ）即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。2．半峰宽（Y1/2）峰高一半处色谱峰的宽度Y1/2=2.354σ3．基线宽度（Y）Y=4σ从色谱图得到的信息:1.样品中所含组分数(峰个数)2.定性分析(色谱峰的保留值)3.定量分析(色谱峰面积或峰高)4,评价色谱柱分离性能(区域宽度)§5-2色谱分离法基本理论涉及到试样中各组分在两相间的分配情况和各组分在色谱柱中的运动情况5.2.1踏板理论1.假定:(1)在每小段,气相平均组成与液相平均组成

6、可以很快达到平衡,每小段高度称为理论踏板高度(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)分配系数在各踏板上是常数(线性色谱)2内容(1)理论踏板数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与半峰宽及峰底宽的关系式当tR一定时,如果色谱峰越窄,则n越大,H越小,柱效能越高(4)有效踏板数踏板理论只能定性给出板高的概念例题:p366例1,例25.2.2速率理论(ratetheory)1956年,VanD

7、eemter等人提出的色谱过程的动力学理论,吸取了踏板理论中板高的概念,考虑影响板高的动力学因素,导出方程5.2.2速率理论(ratetheory)H=A+B/u+u1.涡流扩散项A(eddydiffusionterm)A=2dp使用适当细粒度和颗粒均匀的担体,尽量填充均匀,是减少涡流扩散,提高柱效的有效途径2.分子扩散项(纵向扩散项)B(moleculardiffusionterm)B=2Dg采用相对分子质量较大的载气;担体填充均匀,可减少分子扩散采用较高的载气流速,控制较低的柱温3.传质项Cu)(re

8、sistancetomasstransfer)采用粒度小的填充物和分子量小的气体作载气可提高柱效固定相的液膜厚度薄,组分在液相的扩散系数大,则液相传质阻力就小板高方程对选择色谱分离条件具有实际指导意义,它指出了色谱柱填充的均匀程度,填料粒度的大小,流动相的种类与流速,固定相的液膜厚度对柱效的影响4.载气流速u对理论踏板高度的影响§5-3色谱分离条件的选择5.3.1柱效和选择性衡量柱效的指标:理论踏板