第14章 气相色谱实验（课件）- 《分析化学》同步教学（化工出版社）

气相色谱实验 实验目的 掌握气相色谱法的基本原理； 掌握气相色谱仪的基本结构和基本操作； 了解色谱柱温对气相色谱分离度的影响趋势及原因； 掌握色谱分析定量方法中的归一化法。 气相色谱法流程及结构示意图（1） 流动相及 流速控制装置 固定相 （色谱柱） 检测器 进样 装置 数据记录 与处理 气相色谱： 流动相：惰性气体 固定相：固体吸附剂和液体（操作温度下呈液态，且无明显流失） 适用对象：可直接测定易气化、热稳定好，即在气相色谱仪允许条件（取决于固定液使用温度上限）下可气化且不分解的物质（b.p < 400 C，M<500）；通过衍生化等方式可扩大其应用范围。 气相色谱法流程及结构示意图（2） 气路系统 进样气化系统 分离系统 （填充柱） 检测系统 （TCD） 控温系统 数据记录与处理系统 H2 or He or N2 气相色谱柱 由玻璃、石英或不锈钢制成的圆管，内装固定相 载体/担体 固定液 气液色谱柱 固定液 热导检测器TCD 原理：基于样品与载气的导热系数差异 当R2、R3、R4和E固定不变时，U的大小取决于R1 以热导池取代R1。热导池由不锈钢制成的中空池体（载气通路）及电阻丝构成，两者之间存在温差（人为设定） 载气以恒定流速通过池体时会建立动态的传热平衡，此时电阻丝阻值恒定，信号U恒定（基线，可人为调0） 当载气中混有组分时，因组分与载气导热能力不同会导致传热平衡破坏，电阻丝阻值改变，从而信号U发生相应的改变（形成色谱峰） 影响TCD灵敏度的因素： 电阻丝（桥电流控制，尽可能高）与池体（尽可能低，但不能低于柱温）温差； 载气种类（与样品的导热能力相差越大越好，H2、He） 热导池体积等其他因素 色谱流出曲线及定性定量基础 进样 非滞留组分 组分 tr是色谱定性的基本依据：相同色谱条件下，同一物质的tr相同（反过来不成立！） 有的检测器自身具有定性能力如质谱、红外等 定量基础：A=km 定量方法：外标法、内标法、归一化法 归一化的基本要求：全部组分都出峰（分离且被检测） fi：相对校正因子，仅与检测器有关，可查手册或用标准品求得。 组分彼此分离是进行定性/定量的前提！ 影响分离的因素有哪些呢？ 分离度及其影响因素（1） 分离度的定义式（R=1.5既可认为完全分离） 分离度及其影响因素（2） 影响分离度的因素：色谱分离方程 n：柱效，又称塔板数，等于色谱柱长L除以板高H A 、B、C与填充物粒径大小及分布、规则程度、填充状况、载气及固定液组成、固定液膜厚度、流速、柱温（柱温，B，C）等有关。 ：选择性因子（1），与组分、固定相及柱温有关（柱温，） k：保留因子/容量因子，与组分、固定相、两相体积比及柱温有关 实际色谱体系，除柱温外，其他影响R的因素已被事先优化。 柱温对分离度的影响 对热力学因素的影响：柱温上升，和k均下降，不利于分离 对动力学因素的影响：柱温上升，扩散系数增加，有利于传质阻力项系数C，但不利于分子扩散项系数B 结论：分离度随柱温增加先变大后减小，应进行优化。 柱温的选择 前提：不能高于固定液的最高允许使用温度。 一般原则：在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，同时兼顾保留时间适宜，峰形不拖尾时，采取适当低的柱温。 对于窄沸程（<100C）的多组分混合物，可采用恒定柱温的方式，柱温可选择在平均沸点附近； 对于宽沸程（>100C）的多组分混合物，柱温选在平均沸点附近的折衷办法对大部分组份不合适，应采取程序升温方式。 气相色谱仪器的基本操作 开启载气（调节压力即可控制流速） 开气相色谱仪主机和计算机（软件可记录、处理数据及控制仪器） 利用主机控制面板设置初始条件（进样口温度、柱温、检测器温度；TCD检测器要设定电阻丝的电流） 稳定仪器（标志：基线稳定，波动不大且没有明显单向变化趋势） 进样分析（掌握微量进样器的使用）并记录相关数据 关机（测定完成并待基线稳定后，关机，与开机顺序相反：先将桥电流设为0，然后将柱温、进样口和检测器温度设定为室温，等待柱温降至室温后关机，最后关载气） 实验条件 色谱条件： 色谱柱：2 m3 mm不锈钢填充柱；固定相：PEG20M 流动相：高纯N2 柱前压力：0.5 Mpa 流速：30mL/min 进样口温度：180C 色谱柱温度：120、130、140C 检测器温度：165C 桥电流：80 mA 进样量：1 L 试样： 乙酸乙酯、乙酸丁酯和乙酸戊脂（色谱纯） V乙酸乙酯：V乙酸丁酯：V乙酸戊脂=1:1:1（标样） 未知样（三脂混合，比例未知） 数据记录与处理 实验3-15 记录不同温度下标准样品中三种酯的保留时间、半高峰宽