氣相色譜法的原理介紹和概述
氣相色譜法是一種分離分析方法。它利用樣品中各組分與流動相和固定相的作用力不同(吸附、分配、交換等性能上的差異)，先將它們分離，后按一定順序檢測各組分及其含量的方法。
氣相色譜法是一種分離分析方法。它利用樣品中各組分與流動相和固定相的作用力不同(吸附、分配、交換等性能上的差異)，先將它們分離，后按一定順序檢測組分及其含量的方法。
1、氣相色譜法的分離原理
當(dāng)混合物隨流動相流經(jīng)色譜柱時，就會與柱中固定相發(fā)生作用(溶解、吸附等)，由于混合物中各組分物理化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相發(fā)生作用的大小、強(qiáng)弱不同，在同一推動力作用下，各組分在固定相中的滯留時間不同，從而使混合物中各組分按一定順序從柱中流出。這種利用各組分在兩相中性能上的差異，使混合物中各組分分離的技術(shù)，稱為色譜法。
2、流動相
氣相色譜分離過程中攜帶組分向前移動的物質(zhì)。
3、固定相
氣相色譜分離過程中不移動的具有吸附活性的固體或是涂漬在載體表面的液體。
4、氣相色譜法有啥特點(diǎn)？
氣相色譜法是一種分離分析方法。它利用樣品中各組分與流動相和固定相的作用力不同(吸附、分配、交換等性能上的差異)，先將它們分離，后按一定順序檢測各組分及其含量的方法。
(1) 分離效率高，復(fù)雜混合物，有機(jī)同系物、異構(gòu)體。
(2) 靈敏度高，可以檢測出μg.g-1(10-6)級甚至ng.g-1(10-9)級的物質(zhì)量。
(3) 分析速度快，一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個試樣的分析。
(4) 應(yīng)用范圍廣，氣相色譜：沸點(diǎn)低于400℃的各種有機(jī)或無機(jī)試樣的分析。液相色譜：高沸點(diǎn)、熱不穩(wěn)定、生物試樣的分離分析。
(5) 高選擇性:對性質(zhì)極為相似的組分有很強(qiáng)的分離能力。
5、色譜圖
組分在檢測器上產(chǎn)生的信號強(qiáng)度對時間(t)所作的圖，由于它記錄了各組分流出色譜柱的情況，所以又叫色譜流出曲線。流出曲線的突起部分稱為色譜峰。
（1）色譜保留值
色譜保留值是色譜定性分析的依據(jù)，它體現(xiàn)了各待測組分在色譜柱上的滯留況。在固定相中溶解性能越好，或與固定相的吸附性能越強(qiáng)的組分，在柱中的滯留時間越長，或者說將組分帶出色譜柱所需的流動相體積越大。所以保留值可以用保留時間和保留體積兩套參數(shù)來描述。（2）色譜圖上的色譜流出曲線可以說明什么問題
根據(jù)色譜峰的數(shù)目，可判斷樣品中所含組分的最少個數(shù);根據(jù)色譜峰的保留值進(jìn)行定性分析;根據(jù)色譜峰的面積或峰高進(jìn)行定量分析;根據(jù)色譜峰的保留值和區(qū)域?qū)挾仍u價色譜柱的分離效能;根據(jù)兩峰間的距離，可評價固定相及流動相選擇是否合適。
（3）組分保留時間為何不同?色譜峰為何變寬?
組分保留時間：色譜過程的熱力學(xué)因素控制;(組分和固定液的結(jié)構(gòu)和性質(zhì))。色譜峰變寬：色譜過程的動力學(xué)因素控制;(兩相中的運(yùn)動阻力，擴(kuò)散作用)。塔板理論和速率理論分別從熱力學(xué)和動力學(xué)的角度闡述了色譜分離效能及其影響因素。
6、分配系數(shù)
分配比是指在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡時的質(zhì)量比。
分配系數(shù) 在色譜流出曲線上，兩峰之間的距離主要由兩組分在兩相間的分配系數(shù)還是擴(kuò)散速度決定?為什么?
答：分配系數(shù)。兩峰間的距離由熱力學(xué)因素決定，兩組分在兩相中分配系數(shù)差異越大，兩峰間的距離則相差越大，越容易被分離。而擴(kuò)散速度是動力學(xué)因素，反映在色譜流出曲線上即為色譜峰的區(qū)域?qū)挾?/span>(形狀)。
7、塔板理論和速率理論
（1）塔板理論的特點(diǎn)
塔板理論引入了塔板數(shù)和塔板高度作為柱效的衡量指標(biāo);不同物質(zhì)在同一色譜柱上的分配系數(shù)不同，用有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標(biāo)時，應(yīng)指明測定物質(zhì);柱效不能表示被分離組分的實(shí)際分離效果，當(dāng)兩組分的分配系數(shù)K相同時，無論該色譜柱的塔板數(shù)多大，都無法分離。
（2）塔板理論的優(yōu)點(diǎn)和不足
優(yōu)點(diǎn)：從熱力學(xué)角度解釋了色譜流出曲線的形狀和濃度極大點(diǎn)的位置，闡明了保留值與k的關(guān)系，提出了評價柱校高低的n和H的計算式；
不足：塔板理論的基本假設(shè)不符合色譜柱的實(shí)際分離過程。塔板理論無法解釋同一色譜柱在不同的流動相流速下柱效不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不能說明色譜峰為什么會展寬，同時未能指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑和方法。
（3）速率方程
(也稱范第姆特方程式)：H = A + B/u + C·u ， H：塔板高度; u：流動相的平均線速度(cm/s)。
A ─渦流擴(kuò)散項(xiàng) ：A與流動相性質(zhì)、流動相速率無關(guān)。要減小A值，需要從提高固定相的顆粒細(xì)度和均勻性以及填充均勻性來解決。對于空心毛細(xì)管柱，A=0。固定相顆粒越小dp↓，填充的越均勻，A↓，H↓，柱效n↑。表現(xiàn)在渦流擴(kuò)散所引起的色譜峰變寬現(xiàn)象減輕，色譜峰較窄。
B/u —分子擴(kuò)散項(xiàng) ：存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴(kuò)散;擴(kuò)散導(dǎo)致色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差;;分子擴(kuò)散項(xiàng)與流速有關(guān)，流速↓，滯留時間↑，擴(kuò)散↑;擴(kuò)散系數(shù)：Dg ∝(M載氣)-1/2 ; M載氣↑，B值↓。
C ·u —傳質(zhì)阻力項(xiàng) ：dp↓， df↓, D ↑ ,可降低傳質(zhì)阻力。
（4）H - u 曲線與最佳流速
由于流速對這兩項(xiàng)完全相反的作用，流速對柱效的總影響使得存在著一個最佳流速值，即速率方程式中塔板高度對流速的一階導(dǎo)數(shù)有一極小值。以塔板高度H對應(yīng)流速u作圖，曲線最低點(diǎn)的流速即為最佳流速。
（5）速率理論的要點(diǎn)
組分分子在柱內(nèi)運(yùn)行的多路徑與渦流擴(kuò)散、濃度梯度所造成的分子擴(kuò)散及傳質(zhì)阻力使兩相間的分配平衡不能瞬間達(dá)到等因素是造成色譜峰擴(kuò)展、柱效下降的主要原因；通過選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效；速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導(dǎo)。闡明了流速和柱溫對柱效及分離的影響；各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴(kuò)散項(xiàng)的影響減小，使柱效提高，但同時傳質(zhì)阻力項(xiàng)的影響增大，又使柱效下降;柱溫升高，有利于傳質(zhì)，但又加劇了分子擴(kuò)散的影響。選擇最佳條件，才能使柱效達(dá)到最高。
8、色譜定性方法
（1）與標(biāo)樣對照的方法 利用保留值定性：通過對比試樣中具有與純物質(zhì)相同保留值的色譜峰，來確定試樣中是否含有該物質(zhì)及在色譜圖中的位置。不適用于不同儀器上獲得的數(shù)據(jù)之間的對比。利用加入法定性：將純物質(zhì)加入到試樣中，觀察各組分色譜峰的相對變化。
（2）文獻(xiàn)保留值定性 利用相對保留值r21定性。相對保留值r21僅與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)。在色譜手冊中都列有各種物質(zhì)在不同固定相上的保留數(shù)據(jù)，可以用來進(jìn)行定性鑒定。
9、色譜定量分析
（1）定量校正因子 ：試樣中各組分質(zhì)量與其色譜峰面積成正比，即：m i = fi’ ·Ai ;
絕對校正因子：比例系數(shù)f i ，
單位面積對應(yīng)的物質(zhì)量：f i ’ =m i / Ai ;
相對校正因子f i ：即組分的絕對校正因子與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的絕對校正因子之比。
（2）常用的幾種定量方法
①歸一化法 ：特點(diǎn)及要求：歸一化法簡便、準(zhǔn)確；進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性和操作條件的變動對測定結(jié)果影響不大；僅適用于試樣中所有組分全出峰的情況。
②外標(biāo)法 ——標(biāo)準(zhǔn)曲線法：特點(diǎn)及要求：外標(biāo)法不使用校正因子，準(zhǔn)確性較高，操作條件變化對結(jié)果準(zhǔn)確性影響較大。對進(jìn)樣量的準(zhǔn)確性控制要求較高，適用于大批量試樣的快速分析。
③內(nèi)標(biāo)法 ：特點(diǎn) ：內(nèi)標(biāo)法的準(zhǔn)確性較高，操作條件和進(jìn)樣量的稍許變動對定量結(jié)果的影響不大;每個試樣的分析，都要進(jìn)行兩次稱量，不適合大批量試樣的快速分析;若將內(nèi)標(biāo)法中的試樣取樣量和內(nèi)標(biāo)物加入量固定，則：wi=Ai/As *常數(shù)。
內(nèi)標(biāo)物要滿足以下要求：
(a)試樣中不含有該物質(zhì);
(b)與被測組分性質(zhì)比較接近;
(c)不與試樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng);
(d)出峰位置應(yīng)位于被測組分附近，且能分離開;
(e)加入量適中并與待測組分接近。
總之，氣相色譜法是實(shí)驗(yàn)室非常重要又常用的分析方法，正因?yàn)樯V分析可以連續(xù)對樣品進(jìn)行濃縮、分離、提純及測定，使其成為每一個分析工作者普遍采用的分析檢測手段，可以說只要有分析任務(wù)的地方都在使用色譜分析法。希望實(shí)驗(yàn)員們能夠通過本篇文章對色譜分析有一個初步的了解。
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