第十章 气相色谱分析

气相色谱过程：待测物样品被蒸发为气体并注入到色谱分离柱柱顶，以惰性气体（指不与待测物反应的气体，只起运载蒸汽样品的作用，也称载气）将待测物样品蒸汽带入柱内分离。

其分离原理是基于待测物在气相和固定相之间的吸附 - 脱附（气固色谱）和分配（气液色谱）来实现的。因此可将气相色谱分为气固色谱和气液色谱。

气固色谱：利用不同物质在固体吸附剂上的物理吸附 - 解吸能力不同实现物质的分离。

由于活性（或极性）分子在这些吸附剂上的半永久性滞留 ( 吸附- 脱附过程为非线性的 ) ，导致色谱峰严重拖尾，因此气固色谱应用有限。只适于较低分子量和低沸点气体组分的分离分析。

气液色谱：通常直接称之为气相色谱。它是利用待测物在气体流动相和固定在惰性固体表面的液体固定相之间的分配原理实现分离。

§10.1 气相色谱仪器 现在，有近百厂家、提供数百种型号的气

相色谱仪。 过去几十年内，色谱仪器得到了极大的

发展，这主要归于：

1970s—— 电子积分仪及计算机数据处理装置的发展；

1980s—— 计算机技术对仪器各类参数的自动控制。如柱温、流速、自动进样等。

随着这些技术的发展，仪器性价比大幅提高。其中， GC 最重要的发展是开管柱的引入，使含有数百种混合物样品得以分离！

H2,N

2或

Ar

气路系统 进样系统

检测系统

分离系统温

控系

统

进行气相色谱法分析时，载气（一般用氮气或氢气）由高压钢瓶供给，经减压阀减压后，载气进入净化管干燥净化，然后由稳压阀控制载气的流量和压力，并由流量计显示载气进入柱之前的流量后，以稳定的压力进入气化室、色谱柱、检测器后放空。

当气化室中注入样品时，样品立即被气化并被载气带入色谱柱进行分离。分离后的各组分，先后流出色谱柱进入检测器，检测器将其浓度信号转变成电信号，再经放大器放大后在记录器上显示出来，就得到了色谱的流出曲线。

利用色谱流出曲线上的色谱峰就可以进行定性、定量分析。这就是气相色谱法分析的过程。

一、气路系统气路系统：获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气体化装置。

载气：要求化学惰性，不与有关物质反应。载气的选择除了要求考虑对柱效的影响外，还要与分析对象和所用的检测器相配。

净化器：多为分子筛和活性碳管的串联，可除去水、氧气以及其它杂质。

压力表：多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力 ( 总是高于常压。对填充柱： 10-50 psi ；对开口毛细管柱： 1-25 psi) ；第二级，柱头压力指示；

流量计：在柱头前使用转子流量计，但不太准确。通常在柱后，以皂膜流量计测流速。许多现代仪器装置有电子流量计，并以计算机控制其流速保持不变。

二、进样系统常以微量注射器 ( 穿过隔膜垫 ) 或

六通阀将液体样品注入气化室( 汽化室温度比样品中最易蒸的物质的沸点高约 50oC) ，通常六通阀进样的重现性好于注射器。

进样要求：进样量或体积适宜；“塞子”式进样。一般柱分离进样体积在十分之几至 20L ，对毛细管柱分离，体积约为 ~10-3 L ，此时应采用分流进样装置来实现。体积过大或进样过慢，将导致分离变差 ( 拖尾 ) 。

mL-1

六通阀

三、柱分离系统 柱分离系统是色谱分析的心脏部分。分离柱包括填充柱和开管柱 ( 或称毛细管柱 ) 。柱材料包括金属、玻璃、融熔石英等。

填充柱：多为 U 形或螺旋形，内径 2~4 mm ，长 1~3m ，内填固定相；

开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体

开管柱。内径 0.1~0.5mm ，长达几十至 100m 。通常弯成直径 10~30cm的螺旋状。开管柱因渗透性好、传质快，因而分离效率高 (n可达 106)、分析速度快、样品用量小。

过去是填充柱占主要，但现在，这种情况正在迅速发生变化，除了一些特定的分析之外，填充柱将会被更高效、更快速的开管柱所取代！

柱温：是影响分离的最重要的因素。其变化应小±0.xoC 。选择柱温主要是考虑样品待测物沸点和对分离的要求。

柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点 ( 分析时间 20-30min)；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法。

恒温： 45oC

程序升温： 30~180oC

恒温： 145oC

温度低，分离效果较好，但分析时间长

程序升温，分离效果好，且分析时间短

温度高，分析时间短，但分离效果差

程序升温与恒温对分离的影响比

较

四、温控系统 温度控制是否准确、升、降温速度是否快速是市售色谱仪器的最重要指标之一。

控温系统包括对三个部分的控温，即，气化室、柱箱和检测器。

控温方式：恒温和程序升温。

温度选择：在介绍仪器组成时给出，此处略。

五、检测器 气相色谱检测器种类繁多，本节将介绍最为常用的几种检测器：

1. 热导检测器 (TCD);

2. 氢火焰离子化检测器 (FID);

3. 电子捕获检测器 (ECD);

4. 火焰光度检测器 (FPD);

5. 氮磷检测器（ NPD）也称热离子检测器 (TID);

6. 原子发射检测器 (AED)

7. 硫荧光检测器（ SCD）

根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型和质量型检测器。

浓度型：检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与浓度成正比。

质量型：检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响应值与单位时间进入检测器的量成正比。

1. 热导检测器 (TCD) TCD是一种应用较早的通用型检测器，又称导热析气计。现仍在广泛应用。

原理：由于不同气态物质所具有的热传导系数不同，当它们到达处于恒温下的热敏元件（如Pt, Au, W, 半导体）时，其电阻将发生变化，将引起的电阻变化通过某种方式转化为可以记录的电压信号，从而实现其检测功能。

构成：由池体和热敏元件构成。通常将参比臂和样品臂组成Wheatstone 电桥。如图。

工作过程（四臂）：1 ）在只有载气通过时，四个臂的温度都保持不变，电阻值也不变。此时，调节电路电阻使电桥平衡，即R1*R4=R2*R3 ， AB两端无电压信号输出；

2 ）当有样品随载气进入两个样品臂时，此时热导系数发生变化，或者说，测量臂的温度发生变化，其电阻亦发生变化，电桥失去平衡，AB两端有电压信号输出。当载气和样品的混合气体与纯载气的热导系数相差越大，则输出信号越强。

特点： 对任何气体均可产生响应，因而通用性好，而且线性范围宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏度较低。

1979 年，出现了一种高灵敏度、基线漂移小、平衡时间短的“调制式单丝热导检测器：将参比气（载气）和样品、载气混合气交替 (10Hz) 导入微型陶瓷热导池(5L) 中，从而产生 10Hz 的交变信号，该信号正比于热导系数的差。

因为放大器只检测频率为 10Hz的信号，因此可克服热噪声的干扰。

影响 TCD灵敏度的因素：1 ）桥电流 i： i 增加——热敏元件温度增加——元件与池体间温差增加——气体热传导增加——灵敏度增加。但 i 过大，热敏元件寿命下降。电流通常选择在 100~200 mA之间 (N2 作载气， 100~150 mA ；H2 作载气， 150~200 mA) 。

2 ）池体温度：池体温度低，与热敏元件间温差大，灵敏度提高。但温度过低，可使试样凝结于检测器中。通常池体温度应高于柱温。

3 ）载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，则灵敏度越高。通常选择热导系数大的 H2 和 Ar 作载气。用 N2作载气，热导系数较大的试样 ( 如甲烷 ) 可出现倒峰。

4）热敏元件阻值：阻值高、电阻温度系数大（随温度改变，阻值改变大，或者说热敏性好）的热敏元件，其灵敏度高。

综述：较大的桥电流、较低的池体温度、低分子量的载气以及具有大的电阻温度系数的热敏元件可获得较高的灵敏度。

2. 火焰离子化检测器（ FID） 又称氢焰离子化检测器。主要用于可在 H2-Air火焰中燃烧的有机化合物 (如烃类物质 ) 的检测。

原理：含碳有机物在 H2-Air火焰中燃烧产生碎片离子，在电场作用下形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的组分。

结构：主体为离子室，内有石英喷嘴、发射极 ( 极化极，此图中为火焰顶端 ) 和收集极。

工作过程：来自色谱柱的有机物与H2-Air混合并燃烧，产生电子和离子碎片，这些带电粒子在火焰和收集极间的电场作用下（几百伏）形成电流，经放大后测量电流信号（ 10-12 A ）。

火焰离子化机理： 有关机理并不十分清楚，但通常认为是化学电离过程：有机物燃烧产生自由基，自由基与 O2 作用产生正离子，再与水作用生成 H3O+ 。

以苯为例： C6H6--- CH·自由基 C H·+ O --- C H O+ + e C H O + + H2O --- H3O + + C O在电场作用下，正离子和电子被收集

到两极，产生电流。

影响 FID灵敏度的因素：1 ）载气和氢气流速：通常以 N2 为

载气，其流速主要考虑其柱效能。但也要考虑其流速与 H2 流速相匹配。一般 N2:H2 = 1:1~1:1.5 ；

2 ）空气流速：流速越大。灵敏度越大，到一定值时，空气流速对灵敏度影响不大。一般地， H2:Air = 1:10 。

3 ）极化电压：在 50V 以下时，电压越高，灵敏度越高。但在 50V 以上，则灵敏度增加不明显。通常选择 100～ 300V的极化电压。

4 ）操作温度：比柱的最高允许使用温度低约 50oC(防止固定液流失及基线漂移 )

FID 特点：1 ）灵敏度高 (～ 10-13g/s) ；2 ）线性范围宽 (～ 107数量级 ) ；3 ）噪声低；4 ）耐用且易于使用；

5 ）为质量型检测器，色谱峰高取决于单位时间内引入检测器中组分的质量。在样品量一定时，峰高与载气流速成正比。因此在用峰高定量时，应控 制流速恒定！

6）对无机物、永久性气体和水基本无响应，因此 FID 特别适于水中和大气中痕量有机物分析或受水、 N 和 S 的氧化物污染的有机物分析。

7）对含羰基、羟基、卤代基和胺基的有机物灵敏度很低或根本无响应。

8 ）样品受到破坏。

3. 电子捕获检测器 (ECD) ECD主要对含有较大电负性原子的化合物响应。它特别适合于环境样品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的分析。

原理及工作过程：从色谱柱流出的载气 (N2 或 Ar) 被 ECD内腔中的 放射源电离，形成次级离子和电子 ( 此时 电子减速 ) ，在电场作用下，离子和电子发生迁移而形成电流 (基流 ) 。

当含较大电负性有机物被载气带入 ECD 内时，将捕获已形成的低速自由电子，生成负离子并与载气正离子复合成中性分子，此时，基流下降形成“倒峰”。

2

2 2

2

AB

N

N N e

AB E N AB

4. 火焰光度检测器（ FPD） FPD 是对含 S、 P化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。因此，也称硫磷检测器。主要用于 SO2 、 H2S、石油精馏物的含硫量、有机硫、有机磷的农药残留物分析等。

FPD结构：

喷嘴 +滤光片 +光电管。

>

滤光片 放大器

记录仪

光电管

石英窗

H2

Air

载气 + 组分

出口

原理： 待测物在低温 H2-Air 焰中燃烧产生 S 、 P 化合物的分解产物被激发并发射特征分子光谱。测量光谱的强度则可进行定量分析。

0

2 2 2 2

2

390 *

max

; 8

2 4

h

(354 ~ 430 , 394 )

C

S

RS Air O SO CO SO H

S H O

S S S

nm nm

跃迁

含 化合物

含 S 、 P 化合物在氢焰中的变化过程如下：

*

max

P

RP XP XP H HPO

h (510-526nm,

526 nm)

HPO

HPO

高温

跃迁

含 化合物

5. 氮磷检测器（ NPD ） 氮磷检测器也叫热离子检测器（ TID ）。 NPD 的结构与 FID类似，只是在 H2-Air焰中燃烧的低温热气再被一硅酸铷电热头加热至 60

0~800oC ，从而使含有 N 或 P 的化合物产生更多的离子。产生离子的机理目前仍不清楚。

NPD的特点：1 ）对含 N 、 P 化合物的具有选

择性：对 P 的响应是对 N 的响应的 10倍，是 对 C 原子的 104-106 倍。

2 ）灵敏度高：与 FID对 P、 N的检测灵敏度相比， NPD 分别是 FID 的 500 倍 ( 对 P) ； 50倍 ( 对 N) 。

6. 原子发射检测器（ AED）

六、检测器的性能指标： 理想的检测器应具有的条件：1 ）适合的灵敏度：对一些组分十分灵敏，而对其它则不，其间应相差 达 107倍；

2 ）稳定、重现性好；

3 ）线性范围宽，可达几个数量级；

4 ）可在室温到 400oC下使用；

5 ）响应时间短，且不受流速影响；6 ）可靠性好、使用方便、对无经验者来说足够安全；

7 ）对所有待测物的响应相似或可以预测这种响应；

8 ）选择性好； 9 ）不破坏样品。 但任何检测器都不可能同时满足上述所有要求。

常用气相色谱检测器的性能 TCD FID ECD FPD

类型 浓度 质量 浓度 质量

适用范围 各类气相物质 含碳有机物 含电负性物质 含 S、P有机物

通用性选择性 通用型 通用型 选择型 选择型

灵敏度 S 10mVcm/g 10-2mVs/g 800AmL/g 400mVs/g

检测限 DL 210-9g/mL 10-12g/s 10-14g/mL 10-11(S)~10-12(P)

最小检测浓度 100ng/g 1ng/g 0.1ng/g 10ng/g

线性范围 104 107 102~104 102(S),102~103(P)

1. 灵敏度 S 以一系列已知浓度或质量的组分对响应信号作图，得到校正曲线，该曲线的斜率 k 即为灵敏度 S。

实际工作中可从色谱图直接求得灵敏度。

对于浓度型：

Sc— 灵敏度 (mVmL/mg); Ai— 峰面积 (cm2); Fco— 检测器入口流速(mL/min); wi— 进样量 (mg); C1—

记录仪纸速 (cm/min); C2—记录仪灵敏度 (mV/cm);

2

1

i coc

i

AC FS

wC

［例 ］进样 0.5μL纯苯，得色谱峰高 h=6.25cm.半峰宽W1/2=0.25cm苯的密度为 0.88g·cm-3 ，记录纸走速 C1=0.5cm·min-1 ，检测器入口处载气流速 Fc′=30cm3.min-1,记录仪满量程为 10mV，满量程宽度 25cm ，求热导检测器的灵敏度。

解 : wi＝ 0.5×10-3cm3×0.88×103mg·cm-

3

=0.44mg

C2＝ 10mV/25cm=0.4mV·cm-1

Ai ＝ 1.065h·W1/2

＝ 1.065×6.25cm×0.25cm ＝ 1.065×6.25×0.25cm2

将以上各式代人（ 19-6）式，得

S＝ 90． 8mV·cm3·mg-l

Sm— 灵敏度 (mV·s/g); wi— 进入检测器的样品量 (g)

2

1

60 im

i

C AS

wC

对于质量型：

2. 检测限， DL

与通用的检测限表示方法相同，即

3 3NSDLS S

实际工作中，色谱检测限表示为浓度型：

3 3Nc

c c

SDL

S S

3 3Nm

m m

SDL

S S

质量型：

注意：检测限不仅决定于灵敏度，而且受限于噪声，即检测限是衡量检 测器或仪器性能的综合指标。

3. 线性范围和响应时间（略）

§10.2 气相色谱固定相

在介绍色谱仪器时，我们提到色

谱分离系统是色谱仪器中最为灵魂

的部分，而其中分离柱中固定相组

成与性质更是直接与分离效能有关

。

气相色谱柱可分为两类：

1 ）用于气固色谱的固定相：固体吸附剂；

2 ）用于气液色谱的固定相：固定液 +载体。

介绍如下：一、气固色谱固定相——固体吸附剂

该类型色谱柱是利用其中固体吸附剂对不同物质的吸附能力差别进行分离。主要用于分离小分子量的永久气体及烃类。

1. 常用固体吸附剂：硅胶 (强极性 ) 、氧化铝 (弱极性 ) 、活性炭 (非极性 ) 、分子筛 ( 极性，筛孔大小 )

2. 人工合成固体吸附剂：高分子多孔微球 (GDX) ：人工合成的多孔聚合物，其孔径大小可以人为控制。可在活化后直接用于分离。

高分子多孔微球可分为两类： 非极性：苯乙烯 +二乙烯苯共聚： GDX-1 和 2型（国产）； Chromosorb系列（国外）； 极性：苯乙烯 +二乙烯苯共聚物中引入极性基团： GDX-3 和 4 型（国产）； Porapak N 等（国外）。

吸附剂 主要成份 Tmax/oC 性质 活化方法简述 分离对象

活性炭 C <300 非极性 苯浸+通过热水蒸汽+ 180oC烘干

永久气体、非极性烃

石墨炭黑 C >500 非极性 同上 同上+高沸点有机物

硅胶 SiO2xH2O <400 氢键型

HCl 浸+水洗+180oC 烘干+200oC活化(使用前)

永久气体、非极性烃

氧化铝 Al2O3 <400 弱极性 200~1000oC活化 烃+有机异构物+H 同位素

分子筛 XMOyAl2O3 zSiO2

nH2O <400 极性 350~550oC活化 永久气体+惰性气体

GDX 多孔聚合物 <200 不同极性 170oC除水、通气活化 水 + 气 体 氧 化 物+CH4+低级醇

二、气液色谱固定相——载体 + 固定液 气液色谱固定相由载体和固定液构成：载体为固定液提供大的惰性表面，以承担固定液，使其形成薄而匀的液膜。

1. 载体 ( 也称担体 )

1 ） 对载体的要求：粒度均匀、强度高的球形小颗粒；至少 1m2/g的比表面 ( 过大可造成峰形拖尾 ) ；高温下呈惰性 ( 不与待测物反应 ) 并可被固定液完全浸润。

2 ）载体类型：分为硅藻土型和非硅藻土型，前者又分为白色和红色担体。

类型 组成 制备 特点及应用

红色担体：硅藻土+粘合剂 900oC煅烧

孔穴密集、孔径小、比表面大。对强极性化合物吸附和催化性较强，可使它们因吸附而拖尾。只适于非极性或弱极性物质。

硅藻土

单细胞海藻骨(SiO2+小量盐)

白 色 担 体 ： 硅 藻 土+20%Na2CO3煅烧

与红色担体性质和特点不同。白色担体适于极性物质。

非硅藻土 有机聚合物 人工合成：有机玻璃球,

氟,GDX载体

由于表面难以浸润，只用于一些特定组分分析。

3 ）载体表面处理：硅藻土含有硅醇基 (—SiOH) 、 Al2O3 、 Fe 等，也就是说，它具有活性而不完全化学惰性，需进行化学处理。其处理过程如下：

方法 处理过程 说明

酸洗 3-6M HCl 浸煮过滤，水、甲醇淋洗、烘干

除去 Al 和 Fe 铁等的氧化物。用于分析有机酯和酸。一些拖尾，可加 H3PO4或 KOH添加剂解决。

碱洗 5-10%NaOH 甲醇液回流，水、甲醇淋洗、烘干

除 Al2O3酸性作用点。用于胺类等碱性物质。

硅烷化 加入 DMCS或 HMDS等硅烷化试剂，使与-SiOH反应

除去表面氢键活性中心。适于分析易生成氢键的组分，如水、醇和胺。

釉化

2%Na2CO3浸泡担体，过滤得滤液再水稀 3倍，用稀滤液淋洗担体，烘干后再高温处理

表面形成釉层：屏蔽、惰化表面活性中心，并堵塞一些微孔，其孔隙更均匀，可减小峰形拖尾，提高柱效。

2. 固定液及其选择1 ）对固定液的要求：a) 热稳定性好、蒸汽压低——流失少；b) 化学稳定性好——不与其它物质反应；

c) 对试样各组分有合适的溶解能力（分配系数 K 适当）；

d) 对各组分具有良好的选择性。

2 ）固定液与组分的作用力：a) 色散力——非极性分子之间（瞬

时偶极之间静电吸引）；b) 诱导力——极性与非极性分子之

间（偶极与瞬时偶极之间静电吸引）；

c) 取向力——极性与极性分子之间（偶极与偶极之间静电吸引）d) 氢键力——强度介于化学键力

和范德华力之间的静电吸引，亦属取向力。

前三种统属范德华力，后者属特殊范德华力。

3 ）固定液的选择：固定液一般是根据其特性来选择。固定液的特性是指其极性和选择性。 极性的表示方法：相对极性。

相对极性 P：规定非极性固定液角鲨烷的极性为 0 ，强极性固定液 ,- 氧二丙腈的极性为 100 ，其余物质的 P 在 0～100 之间，每 20 单位为一级，即将极性分为 5 级： 0, +1( 非极性 ) ； +1, +2(弱极性 ) ； +3(中等极性； +4, +5(强极性 )

固定液类型 极性 例子 分离对象

烃类 非极性 角鲨烷、石蜡烷 非极性物质分离

弱极性 甲基硅氧烷、苯基硅

中极性 氧烷、氟基硅氧烷 硅氧烷类

强极性 氰基硅氧烷

不同极性物质分离

醇和醚类 强极性 聚乙二醇 强极性物质

酯和聚脂类 中强极性 苯甲酸二壬酯 各类物质

腈和腈醚类 强极性 氧二丙腈 极性物质

有机皂土 弱极性 芳香异构体

固定液分类及选择：

固定液选择：按“相似相溶”原理选择固定液。 非极性组分——非极性固定液——沸点低的物质先流出； 极性物质——极性固定液——极性小的物质先流出；

各类极性混合物——极性固定液——极性小的物质先流出；

氢键型物质——氢键型固定液——不易形成氢键的物质先流出；

复杂混合物——两种或以上混合固定液

§10.3 气相色谱分离分析条件 根据范弟姆特方程和色谱分离方程式，分析条件的选择在上一章已有论述，此处针对气相色谱方法作一简单小结。

;

1 1

4

BH A Cuu

n kR

k

1. 柱长 L 由分离度 R的定义可得 (R1/R2)2=n1/n2= L1/L2

即柱越长，理论塔坂数越多，分离越好。

但柱过长，分析时间增加且峰宽也会增加，导致总分离效能下降，因此柱长 L 要根据 R的要求(R=1.5) ，选择刚好使各组分得到有效分离为宜。

2. 载气及流速 u 对 van Deemter 方程求导得到

在流速为 时，柱效最高； 当 u较小时

， B/u占主要，此时选择分子量大的载气，使组分的扩散系数小；

optBu C

min 2H A BC

当 u 较大时， C u 占主要，此时选择分子量小的载气，使组分的扩散系数小，减小传质阻力项C u。

柱温

降低

升高

传质快、柱效高

纵向扩散强、峰拖尾过

高造成固定液流失

分析时间长

恒温

程序升温

(宽沸程混合

物 )

实验确定

4. 载体粒度及筛分范围 载体粒度越小，柱效越高。但粒

度过小，则阻力及柱压增加。通常，对填充柱而言，粒度大小为柱内径的 1/20~1/25 为宜。

5. 进样方式及进样量 要以“塞子”的方式进样，以防峰形扩张；进样量，也要以峰形不拖尾为宜。

§10.4 定性分析一、样品预处理 GC 分析对象是在气化室温度下能生成气态的物质。为保护色谱柱、降低噪声、防止生成新物质（杂峰），需要在进样前对样品进行处理。

1 ）水、乙醇和可能被柱强烈吸附的极性物质——柱效下降，需除去。

2 ）非挥发份——会产生噪声，同时慢慢分解——产生杂峰。

3 ）稳定性差的组分——生成新物质——杂峰。

二、定性方法1 、用已知物对照定性 该法是基于在一定操作条件下，各

组分保留时间是一定值的原理。

具体做法：1 ）分别以试样和标准物进样分析——各自的色谱图；

2 ）对照：如果试样中某峰的保留时间和标样中某峰重合，则可初步确定试样中含有该物质。

3 ）也可通过在样品中加入标准物，看试样中哪个峰增加来确定。

2. 据经验式定性碳数规律：在一定温度下，同系物的调整保留时间 tr’ 的对数与分子中碳数 n成正比：

lgtr’=An+C (n3)

如果知道两种或以上同系物的调整保留值，则可求出常数 A 和 C。未知物的碳数则可从色谱图查出 tr’后，以上式求出n。

3. 据相对保留值 ri,s 定性： 用保留值定性要求两次进样条件完全一致，这是比较困难的。而用 ri,s定性，则只要温度一定即可。

具体做法： 在样品和标准中分别加入同一种基准物 s，将样品的 ri,s和标准物的 ri,s 相比较来确定样品中是否含有 i 组分。

4. 保留指数定性 该指数定性的重现性最佳。当固定液和柱温一定时，定性可不需要标准物。

利用此式求出未知物保留指数 Ix ，然后与文献值对照。

设正构烷烃的保留指数为碳数 100。测定时，将碳数为 n 和 n+1 的正构烷烃加入到样品 x 中进行色谱分析，此时测得这三个物质的调整保留值分别为： tr’(Cn) ， tr’(x)和 tr’(Cn+1) ，且待测物 x的调整保留值介于两个烷烃之间。

' '

' '1

lg ( ) lg ( )100 [ ]

lg ( ) lg ( )r r n

xr n r n

t x t CI n

t C t C

［例］乙酸正丁酯在阿皮松［例］乙酸正丁酯在阿皮松 LL 柱上柱上

进行分析（柱温进行分析（柱温 100℃100℃）。由图中）。由图中

测得调整保留时间为：乙酸正丁酯测得调整保留时间为：乙酸正丁酯

310.0mm310.0mm，正庚烷，正庚烷 174.Omm174.Omm，正，正

辛烷辛烷 373.4mm373.4mm，求乙酸正下酯的，求乙酸正下酯的

保留指数。 保留指数。 即乙酸正丁酯的保留指数为 775.6。在与文献值对照时，一定要重视文献值的实验条件，如固定液、柱温等。而且要用几个已知组分进行验证。

lg310.0 lg174.0100 [7 ]

lg373.4 lg174.0

775.6

xI

解： 已知 n=7

5. 双柱或多柱定性 可克服在一根柱上，不同物质可

能出现相同的保留时间的情况。6. 与其它方法结合定性 如 GC-MS ， GC-IR ， GC-MS-MS

§10.5 定量分析 GC 分析是根据检测器对待测物的响应（峰高或峰面积）与待测物的量成正比的原理进行定量的。因此必须准确测定峰高 h 或峰面积 A。

峰面积 A的测量：

h

h

对称峰：峰高 h与半峰宽的积：A=1.065 h W1/2

不对称峰：峰高与平均峰宽的积：A=1/2 h (W0.15+W0.85)

此外，可以以保留时间或距离代替峰宽或峰高的测量。

A=1.065 h tR ( 或 dR)

2. 定量校正因子 由于检测器对不同物质的响应不同，所以两个相等量的物质得不出相等峰面积。或者说，相同的峰面积并不意味着相等物质的量。

因此，在计算组分的量时需将面积乘上一个换算系数，使组分的面积转换成相应物质的量。即必须将峰面积 A乘上一个换算系数进行“校正”。

1 ）绝对校正因子

wi=fi’Ai

或 fi’= wi/Ai

通过此式可得到待测物单位峰面积对应的该物质的量。

2 ）相对校正因子 fi 用一个物质作标准，用相对校正因

子将所有待测物的峰面积校正成相对于这个标准物质的峰面积，使各组分的峰面积与其质量的关系有一个统一的标准进行折算。

采用的标准物因检测器不同而不同： TCD——苯； FID——正庚烷。fi(w)=fi’(w)/fs’(w)=(Aswi/Aiws) ………

…..（通式）当w分别为质量 m 、摩尔M、和气体体积V时，上式分别表示为：

'

'

'

'

'

'

( )( ) ;

( )

( )( ) ( ) ;

( )

( )( ) ( )

( )

i s ii

s i s

i si i

s i

ii i

s

f m A mf m

f m Am

f M Mf M f m

f M M

f Vf V f M

f V

3. 相对校正因子的测量 准确称取被测物与标准物，混合后进样。从所得色谱图分别求出它们的峰面积，然后通过前述公式计算校正因子（省去“相对”二字）。

必须注意：校正因子只与试样、标准物和检测器类型有关，与其它所有条件无关！可以查表得到。

3．校正因子的应用：

在色谱分析中，将各组分的峰面积乘以相对校正因子后，就将样品中各组分的峰面积校正成相当于标准物质的峰面积。

这样一来，对于相同量的不同组分，其计算后的峰面积就是相同的了。所以就可以用峰面积来计算待测组分的含量了。

Ai Ai fi Ai fi/ fs

/

/i i i S

iS S S

m A m AAm A m

4. 定量分析方法1 ）归一化法：要求试样中所有 n个组分全部流出色谱柱，并全部出峰！则其中组分 i 的含量为：

1 1 2 2 ...i i

in n

f Ax

f A f A f A

fi 为 i 物质的相对定量校正因子； Ai 为其峰面积。

此法简单、准确，操作条件影响小。但应用不多。因为不知道试样有多少组分？应该出多少峰才叫全部出峰？

2 ）外标法：或标准曲线法。以Ai 对 Xi作图得标准曲线。该法不需校正因子。但进样量和操作条件必须严格控制！外标法适于日常分析和大批量同类样品分析。

3 ）内标法：准确称取样品 m ，加入一定量的某纯物质作内标物 ms，然后进行色谱分析。根据待测组分和内标物的峰面积及内标物的重量就可求得待测组分的含量：

% 100 100i i si

s

m m mP

m m m

'

'i i i

s s s

m f A

m f A

'

'% 100i i si

s s

f A mP

f A m

例 1 、在某色谱仪操作条件下，分析某样品中的二氯乙烷、二溴乙烷及四乙基铅三组分，并选用甲苯为内标物，甲苯与样品的配比为 1 ： 10 ，测定结果如下，试求各组分的百分含量。 ：

下面我们举例来看色谱定量计算

二 氯乙烷

二 溴乙烷

甲苯 四 乙基铅

校 正因子

1.00 1.65 0.87 1.75

面积cm2

1.50 1.01 0.95 2.82

解：加入的甲苯如果为 1g ，样品的重量为 10g。即：

ms=1g m 样品=10g

'

1.00 1.501 1.815

0.87 0.95

ss s

f Am m

f A

g

‘二氯乙烷 二氯乙烷

二氯乙烷

1.65 1.011 2.016

0.87 0.95m g

二溴乙烷

1.75 2.821 5.971

0.87 0.95m g

四乙基铅

% 100

1.815100 18.15

10

m

m

二氯乙烷

样品

二氯乙烷

同理：二溴乙烷%=20.16 四乙基铅%=59.71

例2 、用气相色谱法（TCD）分析卤代烃混合物。在同样条件下，测得标准样和未知样数据如下：

•求未知试样中各组分的质量百分含量。

组分

标准样 未知样

进样量（ g）

峰面积（标尺单位） m2

峰面积（标尺单位） m2

氯乙烷氯丙烷氯戊烷氯庚烷

0.400.400.400.40

110.0112.287.378.4

82.3无峰

125.2180.0

解：氯乙烷：

0.400.003636

110.0

0.003636 82.3

0.2993μg

m fA

mf

A

m fA

标准 标准

标准

标准

氯乙烷

氯戊烷：

0.4125.2 0.5737 μg

87.3

mm fA A

A

标准氯戊烷

标准

;m

fA

标准

标准

氯庚烷：

0.4180.0 0.9184 μg

78.4

mf

A

mm fA A

A

标准

标准

标准氯庚烷

标准

未知样总量：m=0.2993+0.5737+0.9184=1.7914g

0.2993% 100% 16.71%

1.7914 氯乙烷

氯戊烷 %=32.03%氯庚烷 %=51.27%

§10.6 毛细管柱气相色谱 (GC)

毛细管柱的发明使得气相色谱分析发生了革命性的变化！ 50 年代初，主要进行填充柱的理论和应用研究，并开始进行非填充柱 ( 内径为十分之几毫米 ) 的理论可行性研究。

1956 年正式提出了非填充柱（空心柱）的理论并制作出效率极高毛细管柱；次年发表了该研究论文。

50 年代后期，一些研究人员制成了各类毛细管柱，经测定，一些毛细管的理论塔板数可达到 300,000 ！

然而，自毛细管柱发明以来， 20 多年都没有广泛应用，主要是因为：

1）柱容量小；2）柱强度小；

3 ）样品引入及管与检测器的连结问题； 4 ）固定液涂渍的重现性不好； 5 ）寿命短； 6）柱易堵塞； 7）专利 1977 年才过期。

70 年代后期，以上问题大多得到解决，毛细管柱的应用越来越多。

1987 年，荷兰科学家制成了世界上最长、理论塔板数最多的熔融石英毛细管柱 (2100 m 长，内径 0.32m m ，内壁固定液厚度 0.1m ，理论塔板数超过 3,000,000 ）并被载入吉力斯世界记录。

一、毛细管气相色谱仪器 毛细管气相色谱仪器与填充柱色谱仪类似。只是 :

在进样口增加了分流 /不分流装置——解决了柱容量小的问题；

以及在柱后增加了一个尾气吹扫气路——减少了柱与检测器连结处的死体积过大的问题；

通常采用程序升温技术。

二、毛细管柱1. 分类填充型：先在玻璃管内填充疏松载体，再拉制成毛细管，最后再涂渍固定液。开管型：按固定液涂渍方法不同，可分为

(i) 涂壁开管柱 (WCOT) 管内壁经处理后，直接涂渍固定液； 管内壁经处理后，将固定液引入到管壁，再经高温处理，使其交联至管壁——高效、耐高温、抗溶剂冲刷。

管内壁经处理后，将固定液以化学键合的方式引入到管壁或预先涂渍的硅胶上——高热稳定性。

(ii) 载体涂渍开管柱 (SCOT)：

管内壁经处理后，先涂载体，再涂固定液——液膜厚，因而柱容量大。

(iii) 多孔层开管柱 管内壁涂渍一层多孔吸附剂颗粒，不涂固定液，实际上是毛细管气固色谱柱。

以上开管柱玻璃材料已被外涂聚酰亚胺保护层的熔融石英管 (含金属氧化合物少、管壁更薄，因而不与待测物作用、柔韧性好、强度高、更易弯曲）所取代。

聚乙烯醇 (Carbonwax 20M, 250oC)

50%聚氰丙基 - 二甲基硅氧烷 (OV-275, 240oC)

50%聚苯甲基二甲基硅氧烷 , OV-17, 250oC)

葡萄籽油血液中酒精氯代芳烃

醇类 有机碱 胆固醇

聚二甲基硅烷 (OV-1, SE-30, 350oC)

毛细管气相色谱图( 分别涂渍不同的固定相 , 温度为最高使用温

度）

5%苯甲基二甲基硅氧烷 (OV-3, SE-52, 350oC)

50%聚 ( 三氟丙基 -甲基 )硅氧烷 (OV210, 200oC)

2. 毛细管柱特点(i) 总柱效高：尽管毛细管柱效比填充柱大，但仍处于同一数量级。然而毛细管柱为开管柱，可以做得更长（ n 大）。此外，柱管中心是空的，因此涡流扩散项不存在（ A=0 ），谱带展宽小，因而总柱效高。

(ii) 分析速度快：相比率（ Vm/Vs）大，分配快，有利于提高柱效；加上保留因子 k小，渗透性好，因而分析速度快；

(iii) 柱容量小：进样量小（对单个组分而言，约 0.5 ug 即达极限），需采用分流技术并使用更高灵敏度的检测器；这是毛细管柱最大的不足，尤其对痕量分析来说极为不利，而且宽沸程的样品在分流后会失真。

近年来多采用柱容量较大的、不需分流的大口径毛细管柱，该种柱内径达 0.53 m m, 液膜厚度约1 um（小口径柱为 0.2-0.3 um）

3. 毛细管 GC 与其它仪器联用1 ） GC-MS

接口图

离子阱

空气 水 HC N 乙醇

乙醛

未 知 乙腈 丙酮

未知

CS

2未知 未知

苯

甲苯

苯的质谱图M/z=78

色谱总离子流图， TIC化学灭火器扑灭燃烧的布料后的气体样品

2. GC-IR

GC-IR 分析中所使用的光管