Gas Chromatography，GC
气相色谱法（gas chromatography，GC）是以气体为流动相的色谱分析法，对气体物资或不错在一定温度下转变为气体的物资进行检测分析。由于各组分在流动相（载气）和固定相两相间的分家数数不同，当两相作相对通顺时，组分在两相间进行反复屡次分派，使组分得到分离。由于使用了高着力的色谱柱、高贤达度的检测器及微管束器，负气相色谱法具有选拔性高、贤达度高、分离着力高、分析速率快、应用范围广等特质，平时应用于环境、石油、化工、农业、食物、医药、生物等各个畛域。此外，气相色谱法与其他近代分析仪器联用，已成为发展想法，如气相色谱-质谱联用（GC-MS）、气相色谱-红外光谱联用（GC-FTIR）、气相色谱-原子放射光谱联用（GC-AES）等。
阐发气相色谱法的固定相情状不同，可分为气固色谱法（GSC）讲理液色谱法（GLC），本章具体进展气液色谱法。
14.1 气相色谱仪
14.1.1气相色谱经过
气相色谱的一般经过见图14.1。高压钢瓶供给载气，经减压阀减压，净化器净化后，由气体扶直阀扶直到所需流速，插足气相色谱仪；载气流经气化室，佩带样品插足色谱柱分离；分离后的组分先后流入检测器；检测器将按物资的浓度或质料的变化转变为一定的反应信号，经放大后在纪录仪上纪录下来，得到色谱流出弧线。
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图14.1 气相色谱经过暗示图
1.高压气瓶 2.减压阀 3.净化器 4.气流扶直阀 5.转子流量计
6.压力表 7.进样口 8.色谱柱 9.检测器 10.纪录仪
14.1.2 气相色谱仪的结构
自然现在国表里气相色谱仪型号和种类浩繁，但它们均主要由气路系统Ⅰ、进样系统Ⅱ、分离系统Ⅲ、检测系统Ⅳ、纪录系统Ⅴ和温控系统六个基本单元组成（图14.1）。其中色谱柱是要道，它是色谱仪的“腹黑”；分离后的组分能否产生信号则取决于检测器的性能和种类，它是色谱仪的“眼睛”。是以，分离系统和检测系统是仪器的中枢。
1.气路系统
气路系统是一个载气聚积运行的密闭管路系统，通过该系统，得回纯净、流速稳当的载气。载气从高压钢瓶出来后循序经过减压阀、净化器、气流扶直阀、转子流量计、气化室、色谱柱、检测器、然后放空。
常用的载气有N2、H2和He等，要求具有化学惰性，不与辩论物资反应。载气的选排除了要求琢磨对柱效的影响外，还要与分析对象和所用的检测器相匹配。
载气的净化一般为分子筛或活性炭的净化器，以撤退载气中的水、氧以过甚它杂质。载气流速的大小和稳当平直影响分析终结。在恒温色谱中，通盘气路中的阻力是不变的，只须终结载气柱前压力稳当，载气流就地可稳当；当采用法子升温操作时，因柱温不时升高引起柱内阻力不时加多，载气流量发生变化，应该用稳流阀进行自动稳流终结。流速的扶直和稳当是通过减压阀、稳压阀和针形阀串联使用来达到的。柱前载气流速常用转子流量计测定，柱后常用皂膜流量计测流速。许多当代仪器安设有电子流量计，并以计较机终结其流速保执不变。
由于色谱柱内的不同位置压力不同，载气流速也就不同。一般用平均流速
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泄漏：
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（14.1）式中，j为压力改造因子；po为柱出口压力（即大气压）；pi为柱进口压力（即柱前压）；Fco为扣除鼓胀水蒸气压并经温度改造后的流速，用下式泄漏：
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（14.2）式中，Fo为在柱出口温度和压力（不包括水蒸气压）下载气的实质流速（mL·min-1）；Tr为室温（K）；Tc为色谱柱温度（K），pw为室温下水的蒸气压。
该公式仅适用于气相色谱，不成用于液相色谱。
2.进样系统
进样系统包括气化室和进样器。气化室是将液体试样瞬息偃化的安设，要求死体积小、
热容量大、内名义无催化活性等。
气相色谱的进样器可分为液体进样器讲理体进样器，液体进样器一般采用不同规格的专用打针器，填充柱色谱常用10 μL；毛细管色谱常用1 μL；新式仪器带有全自动液体进样器，清洗、润洗、取样、进样、换样等过程自动完成。气体进样器常为六通阀进样，有推拉式和旋转式两种，常用旋转式，其结构见图14.2。试样最初充满定量环，切入后，载气佩带定量环中的气体试样插足分离柱。
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图14.2 旋转式六通阀
（a）取样位（b）进样位
3.分离系统
分离系统主要指色谱柱。常用的色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。
填充柱由不锈钢、玻璃或聚四氟乙烯等材料制成，体式有U形和螺旋形，内径2~4 mm，长1~3 m，内填固定相。
毛细管柱又称开管柱或空腹柱，分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。内径0.1~0.5 mm，长达几十至100 m。频频弯成直径10~30 cm的螺旋状，柱内名义涂一层固定液。
4.检测系统
检测器是将经过色谱柱分离的各组分，按其秉性和含量转变成易于纪录的电信号的安设。检测器是色谱仪的要道部分，将在第三节重心先容。
5.纪录系统
纪录系统辘集并管束检测系统输出的信号，涌现和纪录色谱分析终结。包括放大器、纪录仪，有的色谱仪还配稀有据管束器。现在多采用色谱专用数据管束机或色谱责任站，不仅不错对色谱数据进行纪录和自动管束，还可对色谱参数进行终结。
6.控温系统
在气相色谱分离中，温度是时弊的方针，它平直影响色谱柱的选拔分离、检测器的贤达度和稳当性。温度终结是否准确，升、降温速率是否快速是市售色谱仪器的最时弊方针之一。
控温系统包括对三个部分的控温，即气化室、柱温箱和检测器。一般情况下气化室的温度比色谱柱恒温箱高30~70℃。控温容貌有恒善良法子升温两种。关于沸点范围很宽的夹杂物，频频采用法子升温法进行分析。
14.2 气相色谱固定相
色谱分离系统是色谱仪器中最为时弊的部分，而其均分离柱的固定相组成与性质更是平直与分离着力辩论。气相色谱固定相分为两类：用于气固色谱的固体吸附剂和用于气液色谱的固定液和载体。
14.2.1气固色谱固定相
固体吸附剂类色谱柱是期骗固体吸附剂对不同物资的吸附才智别离进行分离，主要用于分离小分子量的弥远气体及烃类。
1.固体吸附剂
常用固体吸附剂有强极性的硅胶、弱极性的氧化铝、非极性的活性炭、独特作用的分子筛。阐发它们对各式气体的吸附才智不同，选拔最合适的吸附剂。
2.东谈主工合成固定相
行动有机固定相的高分子多孔微球（GDX）是一类东谈主工合成的多孔团聚物。它既是载体又起固定液作用，可在活化后平直用于分离，也可行动载体在其名义涂渍固定液后再用。由于是东谈主工合成，可终结其孔径大小及名义性质。圆球形颗粒容易填充均匀，数据重现性好。在无液膜存在时，莫得“流失”问题，有益于大幅度法子升温。这类高分子多孔微球尽头适用于有机物中痕量水的分析，也可用于多元醇、脂肪酸、腈类、胺类的分析。
高分子多孔微球可分为极性和非极性两种，非极性的由苯乙烯、二苯乙烯共聚而成，如国内的GDX1型和2型，外洋的Chromasorb系列等；极性的是在苯乙烯、二苯乙烯共聚物中引入极性官能团，如国内的GDX3型和4型、外洋的Porapak N等。
14.2.2气液色谱固定相
气液色谱固定相由载体（也称担体）和固定液组成，载体为固定液提供大的惰性名义，以承担固定液，使其形成薄而均匀的液膜。
1.载体
（1）对载体的要求 名义有微孔结构，孔径均匀，至少具有1 m2·g-1的比名义积，使固定液与试样的斗殴面积较大，能均匀地散布成一薄膜；但载体名义积不宜过大，过大易形成峰形拖尾；具有化学和物理惰性，不与样品组分发生化学反应，无吸附或弱吸附作用并可被固定液完全浸润；热稳当性好；体式功令，具有一定的机械强度。
（2）载体类型 可分为硅藻土型和非硅藻土型两种类型。硅藻土载体是现在最常用的一种载体，自然硅藻土是由无定形二氧化硅及一丝金属氧化物杂质的单细胞海藻骨架组成。阐发管束容貌不同，可分为白色和含Fe的红色载体。硅藻土和非硅藻土类型载体的比较如表14.1所示。
表14.1 硅藻土和非硅藻土类型载体比较
类型
组成
制备
特质
应用
例如
硅藻土
单细胞海藻骨（二氧化硅+一丝盐）
红色载体：硅藻土+粘合剂于900℃煅烧，铁煅烧青年景浅红色的氧化铁
孔穴密集，孔径小（平均1 μm），比名义积较大（4 m2·g-1），可负载较多固定液；名义存在活性吸附中心，分析极性物资易产生峰形拖尾
分析非极性或弱极性物资
201，202载体系列，6201系列，好意思国的C-22系列，Chromosorb P系列合Gas Chrom R系列
白色载体：硅藻土+20%碳酸钠煅烧，使氧化铁生成白色的铁硅酸钠
名义孔径粗（8~9 μm），比名义积小（1 m2·g-1），惰性名义，吸附性和催化性弱
分析极性化合物
101，102系列，英国的Celite系列，英国和好意思国的Charomasorb系列，好意思国的Gas-Chrom A， CL，P，Q，S，Z系列
非硅藻土
有机团聚物
东谈主工合成：有机玻璃载体，氟，GDX载体
名义难以浸润，柱效低
一些特定组分分析
硅藻土载体名义不是完全惰性的，具有活性中心，如硅醇基或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾。因此，在使用前应进行酸洗、碱洗、硅烷化等预管束，以改进孔隙结构，屏蔽活性中心。
2.固定液
固定液一般为高沸点有机物，均匀地涂在载体名义，呈液膜情状。
（1）对固定液的要求 ①选拔性好，可用相对保留时值r2,1来酌量。关于填充柱，一般要求r2,1>1.15，关于毛细管柱，r2,1>1.08；②热稳当好，蒸汽压低，流失少；③化学稳当性好，不与样品组分，载体、载气发生化学反应；④对分离组分应具有合适的熔化才智，即具有合适的分家数数。
（2）组分与固定液分子间的相互作用 固定液与被分离组分之间的相互作使劲，平直影响色谱柱的分离情况。很彰着，与固定液作用强的组分，将较迟流出，作用弱的组分则先流出。因此，在进行色谱分析前，必须充分了解样品中各组分的性质及各样固定液的性能，以便选用最合适的固定液。
分子间的作使劲主要包括静电力、教导力、色散力和氢键作使劲。此外，固定液与被分离组分之间还可能存在形成化合物或络合物的键协力等。
（3）固定液的分类 行动气液色谱常用的固定液稀有百种，它们具有不同的组成、性质和用途。在实质责任中，一般按极性和化学类型来分类。
①按固定液极性分类 阐发极性大小，一般将固定液分为四类：非极性、中等极性、强极性和氢键型固定液。1959年由罗什那德（Rohrschneider）建议用相对极性P来泄漏固定液的分离特征，此法规矩强极性的固定液β，β’-氧二丙腈的极性为100，非极性的固定液角鲨烷的极性为0。然后，选拔一双物资，例如正己烷-丁二烯（或环己烷-苯）进行试验，诀别测定它们在氧二丙腈、角鲨烷及欲测定极性固定液的色谱柱上的相对保留值，将其取对数，得到
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（14.3）被测固定液的相对极性Px为
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（14.4）式中，下标1、2和x诀别泄漏氧二丙腈、角鲨烷及被测固定液。由此测得的各式固定液的相对极性均在0~100之间（见表14.2），一般将其分为5级，每20单元为一级。相对极性在0~+1之间的为非极性固定液，+1~+2之间的为弱极性固定液，+3为中等极性固定液，+4~+5为强极性固定液。“﹣”泄漏非极性。
表14.2常用固定液的相对极性
固定液
相对极性
级别
固定液
相对极性
级别
角鲨烷
0
0
XE-60
52
+3
阿皮松
7~8
+1
新戊二醇丁二酸聚酯
58
+3
SE-30，OV-1
13
+1
PEG-20M
68
+3
DC-550
20
皇冠客服飞机：@seo3687+2
己二酸聚乙二醇酯
72
+4
己二酸二辛酯
21
+2
PEG-600
74
+4
概率论赌球邻苯二甲酸二壬酯
25
+2
己二酸二乙二醇酯
80
+4
邻苯二甲酸二辛酯
28
+2
双甘油
89
+5
聚苯醚OS-124
45
+3
TCEP
98
+5
磷酸二甲酚酯
46
+3
β，β’-氧二丙腈
100
+5
②按固定液的化学结构分类 将具有调换官能团的固定液成列在一谈，按官能团类型的不同进行分类。表14.3列出了按化学结构分类的各式固定液。
表14.3 按化学结构分类的固定液表
固定液的结构类型
极性
例如
分离对象
烃类
最弱极性
角鲨烷、石蜡油
非极性化合物
硅氧烷类
弱极性
甲基硅氧烷、苯基硅氧烷
不同极性化合物
中极性
氟基硅氧烷、
强极性
腈基硅氧烷
醇类和醚类
强极性
聚乙二醇
强极性化合物
酯类和聚脂
中强极性
苯甲酸二壬脂
应用较广，各样化合物
腈和腈醚
强极性
氧二丙腈、苯乙腈
极性化合物
有机皂土
弱极性
分离芳醇异构体
（3）固定液的选拔 选拔固定液时，一般阐发“相似相溶”的原则，可从以下几个方面琢磨：
①极性相似原则。固定液与待测组分的极性相似，两者之间的作使劲强，待测组分在固定液中的熔化度大，分家数数大，保留时期越长。例如非极性组分选用非极性固定液，此时，非极性固定液依靠色散力对组分起保留作用，分离时，各组分基本上按沸点从低到高的功令流出，若组分中含有同沸点的极性和非极性化合物，则极性化合物先流出。中等极性组分选拔中等极性固定液时，组分与固定液之间的作使劲主要为教导力和色散力，分离时，组分按沸点从低到高先后出峰，若组分中含有同沸点的极性和非极性化合物，由于教导力起主要作用，极性化合物与固定液之间的作使劲加强，因而非极性组分先流出。可是，强极性组分与强极性固定液之间的作使劲主要为静电力，组分一般按极性从小到大流出，关于同沸点的极性和非极性化合物，非极性组分先流出。
②官能团相似。若待测组分为酯类，则选用酯或聚酯类固定液；若组分为醇类，可选用聚乙二醇固定液。
表14.4 常用固定液过甚性能
固定液
商品名
最高使用温度/℃
常用溶剂
相对极性
麦氏常数
分析对象
角鲨烷
SQ
150
乙醚
0
0
烃类及非极性化合物
阿皮松L
APL
300
苯
-
143
非极性和弱极性各样高沸点有机化合物
硅油
OV-101
350
丙酮
+1
229
各样高沸点弱极性有机化合物
10%苯基甲基聚硅氧烷
OV-3
350
甲苯
+1
423
20%苯基甲基聚硅氧烷
宝马会三公OV-7
350
甲苯
+2
592
50%苯基甲基聚硅氧烷
翠果红着一张脸，不可思议地看着优昙华：“尊主，您……您还记得您抓佛子来是干什么的吧？”
《三国：签到就送极品大礼包》 作者：如焰学长
OV-17
300
甲苯
+2
827
60%苯基甲基聚硅氧烷
OV-22
350
甲苯
+2
1075
邻苯二甲酸二壬酯
DNP
130
乙醚
+2
三氟丙基甲基聚硅氧烷
OV-210
250
氯仿
+2
1500
25%氰丙基25%苯基甲基聚硅氧烷
OV-225
250
+3
1813
聚乙二醇
PEG20M
250
酒精
氢键
2308
醇、醛酮、脂肪酸、酯等极性化合物
丁二酸二乙二醇聚酯
DEGS
225
氯仿
氢键
3430
③按主要别离选拔。若各组分之间的沸点是主要别离，可选用非极性固定液；若极性是主要别离，则选用极性固定液。
④选拔夹杂固定液。关于难分离的复杂组分，可选用两种或两种以上的固定液。
对大多组分性质不解的未知样品，一般选拔最常用的几种固定液。表14.4列出了几种最常用的固定液。
14.3 气相色谱检测器
气相色谱检测器是将由色谱柱分离的各组分的浓度或质料转变成反应信号的安设，种类多达数十种，本节将先容最为常用的几种检测器。阐发检测器的反应旨趣，可将其分为浓度型和质料型检测器。
（1）浓度型 检测的是载气中组分浓度的瞬息变化，即反应值与浓度成正比。如热导检测器和电子拿获检测器。
（2）质料型 检测的是载气中组分插足检测器中速率变化，即反应值与单元时期插足检测器的量成正比。如火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。
14.3.1 热导检测器
热导检测器（thermal conductivity detector，TCD）阐发不同气态物资所具有的热传导整个不同，当它们到达处于恒温下的热敏元件（如Pt，Au，W或半导体）时，其电阻将发生变化，将引起电阻变化通过某种容貌转变为不错纪录的电压信号，从而收尾其检测功能。TCD是一种应用较早的通用型检测器，现仍在平时应用。它的特质是结构浅易，稳当性好，贤达度适当，线性范围宽，对无机物和有机物齐能进行分析，并且不零乱样品，适当于常量分析及含量在10-5 g以上的组分分析。其主要瑕玷是贤达度较低。
1.热导池结构和责任旨趣
TCD的结构由池体和热敏原件组成，可分双臂（图14.3）和四臂热导池两种。四臂热导池热阻值比双臂热导池加多一倍，故贤达度也进步一倍。
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14.3双臂热导池结构图
现在，仪器中齐采用四根金属丝组成的四臂热导池。其中两臂为参比臂，两臂为测量臂，将参比臂和测量臂接入惠斯顿电桥，由恒定的电流加热，组成热导池电路。如图14.4所示。
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图14.4四臂热导池电路旨趣图
R2和R3为测量池，R1和R4为参比池，其中R1=R2，R3=R4。由电源提供恒定电压加热，当载气以恒定的流速通逾期，从池内产生的热量与被载气带走的热量培植热的动态均衡后，热丝的温度恒定，电阻值不变，此时
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R1=图片
R2，即（R1+图片
R1）R4=（R2+图片
R2）R3，电桥仍处于均衡情状。此时A、B两头的电位差为零，纪录仪输出一条直线，即基线。进样后，载气和试样的夹杂气体插足测量臂，由于夹杂气体的热导整个与载气不同，它们带走的热量与参比池中仅由载气通逾期带走的热量不同，即
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R1≠图片
R2，即（R1+图片
R1）R4≠（R2+图片
R2）R3，电桥不屈衡，因而纪录仪上有信号（色谱峰）产生。夹杂气体的热导整个与纯载气的热导整个收支越大，输出信号就越大。2.影响热导池贤达度的因素
为进步TCD的贤达度和稳当性，应驻扎以下几点：
（1）桥电流和电阻R 桥电流加多，热丝温度进步，热丝与池体的温差增大，气体容易将热量导出，贤达度进步。贤达度S正比于I3·R2，当R一定时，加多桥电流，贤达度飞速加多；但桥电流太大，噪声增大，热丝易烧断。一般桥电流终结在100～200 mA傍边。雷同地，阻值高、电阻温度整个较大的热敏原件，贤达度高。
（2）载气种类 载气与试样的热导整个收支越大，贤达度越高。由于一般试样的导热整个较小，因而宜选用导热整个大的气体如H2或He作载气来进步贤达度。表14.5列出了某些气体与蒸气的导热整个。
（3）池体温度 池体温度贬低，可使池体和热丝温差增大，有益于进步贤达度。但池体温渡过低，将导致被测试样在检测器冷凝。因而，池体温度一般应等于或高于柱温。
表14.5 某些气体与蒸气的热导整个（温度100℃）
气体
λ/10-5J·(cm·℃·s)-1
气体
λ/10-5J·(cm·℃·s)-1
爱游戏体育黑平台氢气
224.3
甲烷
45.8
氦气
175.6
乙烷
30.7
氧气
31.9
丙烷
26.4
空气
31.5
甲醇
23.1
氮气
31.5
酒精
22.3
氩气
21.8
丙酮
17.6
14.3.2火焰离子化检测器
火焰离子化检测器（flame ionization detector，FID）主要用于可在H2-Air火焰中焚烧的有机化合物(如烃类物资)的检测。其旨趣为含碳有机物在H2-Air火焰中焚烧产生碎屑离子，在电场作用下形成离子流，阐发离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的组分。其特质是：贤达度高，比热导检测器的贤达度高103倍；检出限低，可达10-12 g·s-1；死体积小；稳当性好；反应快，线性范围宽，可达106以上，适用于痕量有机物的分析。但样品被零乱，无法进行网罗，不成检测弥远性气体、H2O，H2S、CO、CO2、氮的氧化物等。
1.火焰离子化检测器的结构
图14.5为火焰离子化检测器的结构暗示图。它的主体为离子室，内有石英喷嘴、放射极(也称极化极，图14.5中为火焰尖端)和网罗极。喷嘴用于燃烧氢气火焰，在极化极和网罗极之间加直流电压，形成静电场。来自色谱柱的有机物与H2-Air夹杂并焚烧，产生电子和离子碎屑，这些带电粒子在火焰和网罗极间的电场作用下（几百伏）形成电流，此电流经放大器放大，由纪录仪纪录得到色谱图。
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图14.5 火焰离子化检测器结构图
2.火焰离子化机理
辩论机理并不十分明晰，频频觉得是化学离子化过程。有机物焚烧产生开脱基，开脱基与O2产生正离子，再与H2O反应生成H3O+。
以苯为例：
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化学离子化产生的正离子（CHO+和H3O+）及电子在电场作用下形成微电流，经放大跋文录下色谱峰。
3.影响FID贤达度的因素
（1）载气和氢气流速 频频以N2为载气，其流速主要琢磨其柱着力。但也要琢磨其流速与H2流速相匹配。一般N2:H2为1:1~1:1.5。
（2）空气流速 流速越大，贤达度越高，达到一定值时，空气流速对贤达度影响不大。一般，H2:Air=1:10。
（3）极化电压 在50 V以下时，电压越高，贤达度越高。但在50 V以上，则贤达度加多不彰着。频频选拔±100~±300V的极化电压。
（4）操作温度 为辞让固定液流失引起基线漂移，操作温度应比固定液的最高允许温度低约50 ℃，但要比柱温略高。
14.3.3 电子拿获检测器
电子拿获检测器（electron capture detector，ECD）也称电子俘获检测器，是一种高选拔性、高贤达度的检测器，只对具有电负性的物资如含卤素、S、P、O、N等有反应，电负性越强，贤达度越高，检出限约10-14 g·mL-1，平时用于测定痕量电负性有机物。瑕玷是线性范围窄，唯有103傍边，易受操作要求的影响，重现性较差。
1.电子拿获检测器的结构与责任旨趣
电子拿获检测器是一种放射型离子化检测器，与火焰离子化检测器雷同，也需要一个能源和一个电场，其结构见图14.6。
以63Ni或3H作放射源，当载气（如N2）通过检测器时，受放射源放射的β射线的激勉与电离，产生一定数目的电子和正离子，在一定强度电场作用下，向极性违反的电极通顺，形成一个布景电流—基流。在此情况下，如载气中含有电负性强的样品，则电负性物资就会捕捉电子，从而使检测室中的基流减小，基流的减小与样品的浓度成正比。
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图14.6 电子拿获检测器结构图
2.拿获机理
拿获机理可用下式泄漏：
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被测组分浓度越大，拿获电子几率越大，终结使基流着落越快，倒峰越大。
14.3.4火焰光度检测器
火焰光度检测器（flame photometric detector，皇冠集团FPD）也称硫磷检测器，对含S、P化合物具有高选拔性和高贤达度的检测器，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。
1.火焰光度检测器的结构
火焰光度检测器由焚烧系统和光学系统两部分组成，见图14.7。焚烧系统雷同于火焰离子化检测器，仅仅在上方加一个网罗极就成了火焰光度检测器。光学系统包括石英窗、滤光片和光电倍增管。
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图14.7 火焰光度检测器结构图
2.责任旨趣
待测物在低温H2-Air焰中焚烧产生S、P化合物的理会家具并放射特征分子光谱，纪录这些特征光谱，就能检测S和P。测量光谱的强度则可进行定量分析。
以含S化合物为例，当样品在富氢火焰（H2:O2>3:1）中焚烧时，发生如下反应：
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图片
（化学发光物资）当激勉态的
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分子复返基态时，放射出图片
nm特征波长的光。图片
14.3.5 检测器的性能方针
优良的检测器应具有以下性能方针：贤达度高，检出限低，死体积小，反应快，线性范围宽，稳当性好。表14.6 列出了四种常用检测器的性能方针。底下主要先容杂音和漂移、贤达度、检出限和线性范围。
表14.6四种常用检测器的性能方针
检测器性能
TCD
FID
ECD
FPD
类型
浓度型
质料型
浓度型
质料型
在某一场备受瞩目的足球比赛中，运动员XXX被认为是该队的最佳球员，但是在比赛中，他却因为一次恶意犯规被裁判直接红牌罚下。这个决定引起了广泛的争议和热议，许多球迷和媒体都开始质疑裁判的判罚是否公正。通用型或选拔型
通用型
通用型
选拔型
选拔型
贤达度
104 mV·mL·mg-1
102 mV·s·g-1
800 A·mL·g-1
400 mV·s·g-1
检出限
2×10-6 mg·mL-1
10-12 g·s-1
10-14 g·mL-1
10-12 g·s-1（对P）
10-11 g·s-1（对S）
线性范围
104
107
102-104
103
最高温度
500℃
~1000℃
225℃（3H）
350℃（63Ni）
270℃
应用范围
通盘物资，主要为无机气体和有机物
含碳有机物，主要为有机物及痕量分析
多卤、亲电子物资，主要为农药和玷辱物
含硫、磷化合物，主要为农残及大气玷辱物
1.贤达度
贤达度是检测器性能的时弊方针。单元浓度（或质料）的组分插足检测器，所产生的反应信号R的大小，就称为检测器对该物资的贤达度（S）。以反应信号R对单元质料（或浓度）作图，得到一条通过原点的直线，直线的斜率也即是贤达度。因此，贤达度界说为信号R对插足检测器的组重量c的变化率：
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（14.5）实质责任中，可从色谱图平直求得贤达度。
皇冠世界杯网址关于浓度型检测器，贤达度的计较公式为
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（14.6）式中，Sc为贤达度（mV·mL·mg-1）；A为峰面积（cm2）；C1为纪录器的贤达度（mV·cm-1）；Fco为柱出口流动相流速（mL·min-1）；C2为纪录器的走纸速率（cm·min-1）；m为插足检测器的样品性量（mg）。
关于质料型检测器，贤达度的计较公式为：
图片
（14.7）式中：Sm为贤达度（mV·s·g-1）；m为插足检测器的样品性量（g），其它各恰当的真谛真谛同前。
2.检出限
又称明锐度，当检测器输出信号放大时，噪声信号也随之增大，使基线升沉波动。检测器恰能产生3倍噪声信号时，单元体积（或时期）通过检测器的量，检出限D的计较公式为
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（14.8）式中，D为检出限；RN为噪声的平均值（mV或V）。检出限的单元由S决定，浓度型检测器D的单元为mg·mL-1；质料型检测器D的单元为g·s-1。D越小，证明检测器越明锐。
检测器不仅决定贤达度，并且受限于噪声，即检出限是酌量检测器或仪器性能的概述方针。
3.线性范围
线性范围（linear range）是指反应信号与待测物的质料或浓度呈线性联系的范围，以线性反应的样品量或进样浓度的上、下限比值来泄漏。当插足检测器的样品量或浓度小时，其与反应信号呈直线联系。当样品量或浓度大于某一数值之后，直线运行向下迤逦，检测器输出的信号不再随样品量或浓度的加多而线性的加多。这个调动点为线性范围的上限，可由实验测定。线性范围是个比值，无量纲。比值愈大，在定量分析中可能测定的质料或浓度范围越大。
当为浓度型检测器时，检测器的反应信号
图片
与流动相中样品浓度图片
之间的联系可由下式泄漏：
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（14.9）式中，
图片
为比例常数，又称反应因子，图片
为检测器的反应指数。当图片
=1时，图片
，为线性反应。当图片
≠1 时，则为非线性反应。可是由于电子机械等原因，检测器不成作念到竣工线性。因此只须图片
=0.98～1.02范围内，就可觉得是线性的了。在线性范围内，以输出信号的大小进行定量分析，尽头准确。如在非线性部分，以输出信号大小判断样品含量，将会产生偏差。检测器有一定的线性范围，不可能在它的反应范围内完全呈线性，选拔检测器时，线性范围要尽可能大些，这么能同期测定无数和痕量的组分。
14.4 色谱分离操作要求的选拔
为了在较短时期内得回较愉快的色谱分离终结，除了选拔合适的固定相除外，还要选拔最好的操作要求，以进步柱着力，增大分离度，清翠分离分析的需要。
阐发范第姆特方程和色谱分离方程式，可推导色谱分离的操作要求。
1.柱长
加多柱长，可使表面塔板数增大，分离着力越好。但柱长过长，分析时期加多且峰宽也会加大，导致总分离着力着落。一般情况下，阐发分离度R=1.5的要求，选拔适当的柱长，以使各组分能得到有用分离为宜。
2.载气及流速的选拔
皇冠现金网选用何种载气，从两个方面琢磨。最初琢磨检测器的适当性，如：TCD常用H2、He作载气，FID、FPD和ECD常用N2 作载气；其次琢磨流速的大小，阐发范第姆特方程，求导计较出最好流速和最小板高。
由范第姆特方程可知，当流速u较小时，分子扩散项（B/u）是影响板高的主要因素，应选拔相对分子质料大的载气（如N2，Ar），以使组分在载气中的扩散整个小；当流速u较大时，传质阻力项（Cu）起主要作用，应选拔相对分子质料较小的载气（如H2，He），以减小传质阻力，进步柱效。
3.柱温的选拔
柱温是气相色谱时弊的操作参数，平直影响分离着力和分析速率。柱温改变，影响分家数数K，分派比k，组分在流动相中的扩散整个Dg和组分在固定相中的扩散整个Ds，从而影响分离效果和分析速率。进步柱温，不错加速传质速率，有益于进步柱效，裁汰分析时期。但加多柱温又加重了纵向扩散，峰拖尾过高形成固定液流失，柱效贬低，同期也贬低了选拔性。从分离的角度琢磨，应选拔较低的柱温，但又会使分析时期延伸，峰形变宽，柱效着落。
因此，选拔柱温的一般原则是：在使最难分离的组分尽可能分离的前提下，尽量采用较低的柱温，但以保留时期适当，峰形不拖尾为度。
柱温的具体选拔还应试虑固定液的使用温度，柱温应介于固定液的最低使用温度和最高使用温度之间，不然不利于分派或易导致固定液蒸发流失。
在实质责任中，常通过实验来选拔最好柱温，既能使各组分分离，又不使峰形膨大、拖尾。关于宽沸程的多组分夹杂物，可采用法子升温法，即在分析过程中，按一定速率进步柱温，使柱温聚积或分阶段升温。在法子升温运行时，柱温较低，低沸点的组分得到分离，中等沸点的组分移动很慢，高沸点的组分还停留在柱口，跟着温度升高，不同沸点的组分能在其合适的温度下得到讲求的分离。
4.载体粒度及筛分范围
（1）载体粒度（dp）的减小有益于进步柱效。但也不可太小，这么不仅不易填充均匀致使填充不功令因子λ增大，导致H增大，并且将需要较大的柱压，容易漏气，给仪器装配带来贫窭。一般填充柱要求载体颗粒直径是柱直径的1/10傍边，即60～80目或80～100目较好。
（2）载体颗粒要求均匀，筛分范围要窄，以贬低λ值，减小H。一般使用颗粒筛分范围约为20目。
5.进款容貌及进样量
进样速率必须很快，要以“塞子”容貌进样，以辞让峰形膨大，进样时期应在1s以内。
色谱柱的进样量，随柱内径，柱长及固定液用量的不同有所别离，柱内径越大，固定液用量越高，可恰当加多进样量。要是进样量过大，甚而突出最猛进样量，不但偏离峰高或峰面积与进样量的线性联系范围内，并且会形成色谱柱超负荷，柱效急剧着落，峰形变宽，保留时期也发生改变。
14.5 毛细管气相色谱法简介
毛细管气相色谱法（capillary gas chromatography，CGC）是采用高分离着力的毛细管柱分离复杂组分的一种气相色谱法。
色谱能源学表面觉得，气相色谱填充柱在运行中存在严重的涡流扩散，影响柱效的进步。1956年，格雷（Golay）建议了非填充柱（空腹柱）的表面并制作出效果极高毛细管柱并于次年发表 “涂壁毛细管气液分派色谱表面和本质”的论文，最初建议毛细管速率方程，并第一次收尾了毛细管气相色谱分离，为毛细管色谱奠定了表面基础。一根内径0.1~0.5 mm，长度10~300 m，总柱效最高可达106的毛细管色谱柱的出现使色谱分离才智大幅度进步。
20世纪70年代末～80年代初，借助于拉制光导纤维工夫，石英弹性毛细管问世，设备了毛细管色谱大发展时期，接踵出现了许多新工夫，如多孔层开管柱，键合、交联开管柱等，它们为分析复杂有机夹杂物，如石油因素、自然家具、环境玷辱物、生物样品等设备了广阔的应用出息。
14.5.1 毛细管气相色谱仪
毛细管气相色谱仪和填充柱色谱仪十分相似，仅仅在柱前多一个分流或不分流进样器，柱后加了一个尾吹气路。常用的毛细管色谱仪大齐是单气路，其经过见图14.8。分流/不分流进款容貌见图14.9。
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图14.8 毛细管色谱仪气路图
因毛细管柱内径细，柱容量小，出峰快、峰形窄，因此对色谱仪自身（如进样系统、检测器、纪录仪等）有些独特的要求。
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图14.9毛细管柱分流/不分流进样
1.进样系统
毛细管柱进款容貌分为：分流；无分流；冷柱头进样；全量进样等容貌。
毛细管柱进样量小（一般液样10-2～10-3 μL，气样约1 μL），可采用分流法进样。即在气化室出口分两路，绝大部分放空，极少部分进柱子，这两部分比例叫分流比。常用分流比 1:30～1:120。分流法进样方便、柱效高，但易失真、花消样品。现在毛细管柱进样系统最常用的分经过序是动态分流法。
2.尾吹
由于毛细管柱内载气流速低，流量小，组分会因柱后死体积蓦然加多而发生严重的纵向扩散，从而导致峰形展宽。可使在柱中已分离组分在柱后再次相通，影响分离，可通过加多尾吹气而改善。
3.检测器
因毛细管柱内流速低，内径细，进样量小（约10-5～10-6 g），则要求高贤达度检测器。
在进行快速分析时，因峰宽唯有几秒或少于1 s，要求检测器、纪录器反当令期快。常用检测器FID，也可用ECD，此时需在毛细管出口外加尾吹气以贬低检测器死体积。
14.5.2 毛细管色谱柱
毛细管色谱柱是毛细管色谱仪的要道部位，具备高效、惰性、热稳当性好等的特质。
1.毛细管色谱柱的分类
毛细管柱的内径一般小于1 mm，它可分为填充型和开管型两大类。
（1）填充型 分为填充毛细管柱和微填充柱，填充毛细管柱先在玻璃管内松散地装入载体，拉成毛细管后再涂固定液；微填充柱与一般填充柱调换，仅仅径细，载体颗粒在几十到几百微米，现在应用齐未几。
（2）开管柱 毛细管柱由不锈钢、玻璃等制成，不锈钢毛细管柱由于惰性差，有一定的催化活性，加上不透明，不易涂渍固定液，现已很少使用。玻璃毛细管柱名义惰性较好，名义易不雅察，因此永远使用，但易撅断，安装较贫窭。1979年出现了使用熔融石英制作的色谱柱，由于具有化学惰性，热稳当性、弹性及机械强度好，因此该类色谱柱已占有主要位置。毛细管柱按照其固定液的涂渍递次不错分为以下几种：
①涂壁开管柱（wall coated open tubular，WCOT） 将固定液平直涂在毛细管内壁上，这是Golay最早建议的毛细管柱，为经典的毛细管柱。但管壁的名义光滑，润湿性差。因其制备难、柱子的重复性差、内名义小、涂渍量小和β值大，易导致有用塔板数和实质分离才智不高，且热稳当性也较差，故已很少使用。
②多孔层开管柱（porous layer open tubular，PLOT） 在管壁上涂一层多孔性吸附剂固体微粒，不再涂固定液，实质上是使用开管柱的气固色谱。
③载体涂渍开管柱（support coated open tubular，SCOT） 先在毛细管内壁涂一层很细的多孔颗粒，然后再在多孔颗粒上涂渍固定液。
④化学键合相毛细管柱 将固定相用化学键合的递次键合到硅胶涂覆的柱名义，或名义管束的毛细管内壁上。
⑤交联毛细管柱（cross-linked open tubular column，CLOT） 涂好固定液后再用偶联剂交联键合，柱子性能有很大改善，能耐高温，抗水、抗溶剂。
2.毛细管柱与填充柱的比较
皇冠电脑版网址与填充柱比拟，毛细管柱在柱长、柱径、固定液液膜厚度、容量以及分离才智上齐有较大别离（见表14.7）。
（1）柱浸透性好，阻抗小，可使用长色谱柱。一般毛细管的比浸透率约为填充柱的100倍,在一样的柱前压下, 可使用更长的毛细管柱(如100 m以上)，而载气的线速可保执不变。这即是毛细管柱高柱效的主要原因。
（2）总柱效高，大大进步了对复杂夹杂物的分离才智。从单元柱长的柱效看, 毛细管柱和填充柱处于吞并数目级, 但毛细管柱的长度比填充柱可长1~2个数目级, 因此其总柱效远高于填充柱，这么就大大进步了分离复杂夹杂物的才智。
（3）柱容量低，允许进样量小。这么对进样和检测工夫要求更高。进样量取决于柱内固定液含量，由于毛细管柱涂渍的固定液仅几十mg，液膜厚度为0.35~1.5 μm，柱容量小， 一般液体进样量为10-2~10-3 μL，故需要采用分流进样工夫。
（4）比拟率β大。比拟大，传质快，有益于进步柱效；k值小有益于快速分析。毛细管柱的液膜厚度小, 柱效高，加上柱浸透性大，可采用较高线流速裁汰分析时期。
表14.7填充柱和毛细管柱性能的比较
色谱参数
填充柱
WCOT
SCOT
柱长度/m
1~5
10~100
10~50
浸透性×10-7/cm
1~10
50~800
200~1000
柱内径/mm
2~4
0.1~0.8
0.5~0.8
液膜厚度/mm
10
0.1~1
0.8~2
比拟
4~200
100~1500
50~300
每个峰的容量/ng
10~106
<100
50~300
柱效/(N/m)
500~1000
1000~4000
600~1200
最小板高/mm
0.5~2
0.1~2
0.2~2
分离才智
低
高
中等
相对压力
高
低
低
最好线速/(cm·s-1)
5~20
10~100
20~160
14.5.4 毛细管气相色谱法的基本表面
阐发填充柱气相色谱法的分离旨趣，进步色谱分离才智的阶梯为：
（1）阐发塔板表面，可通过加多柱长，减小柱径，即加多柱子塔板数。
（2）阐发速率表面，通过减小组分在柱中的涡流扩散和传质阻力，可贬低塔板高度。
毛细管气相色谱法与填充柱的分离旨趣是调换的。但由于毛细管柱自身特质，使表面模子中的一些影响因素与填充柱比拟有些互异。
1.毛细管柱的速率方程—Golay方程
毛细管速率表面和填充柱速率表面基本调换，关于空腹毛细管柱而言，由于不填充载体，涡流扩散项A项为零。Golay推断出的毛细管柱速率方程为：
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（14.10）毛细管柱的H-u图亦然一个双弧线，在u值是最好值时，H值最小。
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。Cg，Cl的大小取决于分家数数及柱的几何性（以比拟β为代表）。一般而言，毛细管柱液膜越薄，β越大，液相传质阻力Cl项不起终结作用。
(1) WCOT 柱的Golay方程
1957年Golay建议了WCOT的速率方程抒发式
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（14.11）式中：Dg为气相扩散整个；u为载气流速；k为容量因子；rg开脱气体流路半径，rg=r-df，r为毛细管柱半径，df为平均液膜厚度；Dl为液相扩散整个；β为比拟率，其抒发式为：
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（14.12）式中：Vm为毛细管中气体所占据的体积；Vl为液相体积；u为载气线速率； a，b诀别为半峰宽与保留时期直线的截距和斜率; t0为死时期；比拟β是毛细管柱型与结构的时弊特征, β值一般为60～600。
（2）SCOT 柱的Golay方程
1963年Golay建议了SCOT柱的速率方程抒发式
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(14.13)式中：α为相对多孔层厚度，一般在0.05~0.1；F为液相名义积之比，约为8~10。
由上述公式，可推导出以下论断：
①毛细管柱与填充柱的速率表面方程相似，但毛细管柱的影响因素比填充柱更为复杂。
②开管毛细管柱的涡流扩散项为零，而填充柱则受填充颗粒大小与均匀进度的影响。
③不管是毛细管柱与填充柱，分子扩散项齐与气体扩散整个成正比，开管柱莫得扩散
旅途迤逦，故迤逦因子γ= 1。填充柱还受迤逦因子的影响。
④毛细管柱的气相传质阻力与液相传质阻力项的影响因素比填充柱更为复杂，Cg+Cl小于填充柱中的C值，弧线斜率小于填充柱。因而，可选拔使用较高的线速率。
⑤细管色谱柱效可用表面塔板数、分离度R等公式与填充柱色谱法调换。
⑥在毛细管柱，柱内唯有一个流路，涡流扩散项2λdp=0。用液膜厚代替了填充柱中载体的颗粒直径dp。
14.6气相色谱法的应用
气相色谱法在生物科学、医药卫生、食物检会、环境监测、药物分析等畛域具有平时的应用。当样品更复杂时，多维色谱工夫认知了无边的作用，如频频的二维气相色谱（GC+GC）和全二维气相色谱（GC×GC）。其中，全二维气相色谱是色谱工夫上的又一次更动性摧毁，依然成为现在最强劲的分离分析器具，在复杂化合物的分离中认知积极的作用。
[例14.1] 生果和蔬菜中多种有机磷农药残留量的测定。
解：分析要求如下：
色谱柱：50%聚苯基甲基硅氧烷（DB-17或HP-50）毛细管柱（30 m×0.53mm×1.0 μm）；
检测器：FPD，分流/不分流进样；
进样口温度：220℃，检测器温度：250℃；
柱温：150℃保执2 min，以8℃·min-1 升至250℃，保执12 min；
载气：N2 10 mL·min-1，燃气：H2 75 mL·min-1，助燃气：空气100 mL·min-1；
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tR/min
1.敌敌畏 2.乙酰甲胺磷 3.百治磷 4.乙拌磷 5.乐果 6.甲基对硫磷 7.毒死蜱 8.嘧啶磷 9.倍硫磷 10.辛硫磷 11.灭菌磷 12.三唑磷 13.亚胺硫磷
[例14.2] 气相色谱法测定酱油中防腐剂。
解：分析要求如下：
色谱柱：Rxi-17 毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；
检测器：FID，分流比10:1；
载气：N2 2.0 mL·min-1，H2流速 30 mL·min-1，空气流速400 mL·min-1；
进样口温度：220℃，检测器温度：300℃；
法子柱温：肇端100℃，以40℃·min-1 升至170℃，再以10℃·min-1升至220℃，保执2min。
图片
tR/min
1.山梨酸 2.苯甲酸 3.脱氢乙酸 4.对羟基苯甲酸甲酯 5.对羟基苯甲酸乙酯
6.对羟基苯甲酸丙酯 7.对羟基苯甲酸丁酯
消费
[例14.3] 气相色谱法分析空气中的有机玷辱物。
解：分析要求如下：
色谱柱：FFAP毛细管柱（30 m×0.53 mm×0.53 μm）；
检测器：FID，分流比：20:1；
进样口温度：180℃，检测器温度：200℃；
法子升温：50℃，保执11 min，以5℃·min-1升至90℃，保执5 min；
载气：N2 25 mL·min-1，燃气：H2 45 mL·min-1，助燃气：空气300 mL·min-1；
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tR/min
1.苯 2.甲苯 3.乙酸乙酯 4.十一烷 5.乙苯 6.对二甲苯 7.间二甲苯 8.邻二甲苯 9.苯乙烯
想考题与习题
14.1简要证明气相色谱仪的经过及各部分的作用。
14.2简述热导、火焰离子化检测器、电子拿获检测器、火焰光度检测器的检测旨趣，各具有什么特质？
14.3试述速率方程中A，B，C三项的物理真谛真谛。
14.4列举评价检测器的性能方针有哪些？
14.5简述毛细管柱气相色谱的特质？为什么毛细管柱比填充柱有更高的柱效？
14.6在气相色谱中，怎样选拔固定液、柱善良载气？
14.7在气相色谱分析中，测定下列组分，应诀别选用哪种检测器？
（1）酒中水含量；
（2）蔬菜中含氯农药的残留量；
（3）苯和二甲苯的异构体；
（4）啤酒中微量硫化物。
14.8判断下列情况对色谱峰峰形的影响
①进样速率慢；②由于气化室温度低，样品不成瞬息偃化；③加多柱温；④增大载气流速；⑤加多柱长；⑥固定相颗粒变粗。
14.9二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷的沸点诀别为40℃、62℃、77℃，试估计它们的夹杂物在阿皮松L柱上和在邻苯二甲酸二壬酯柱上的出峰功令。
14.10用皂膜流量计测得柱出口处载气流速为30 mL·min-1，柱前表压为1.52×105 Pa。已知大气压为1.01×105 Pa，色谱柱温为130℃，室温为27℃，室温时的鼓胀蒸汽压为3.55×103 Pa，计较载气在色谱柱中的平均流速？
14.11已知纪录仪的贤达度为0.658 mV·cm-1，纪录仪走纸速率为2 cm·min-1，载气流速为68 mL·min-1沙巴轮盘，12℃时进样0.5mL鼓胀苯蒸气，其质料经计较为0.11mg，得到色谱峰的实测面积为3.84 cm2。求该检测器的贤达度。
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