化验员读本第十六章重点【VIP专享】

色谱分析法是利用物质的物理及物理化学性质的差异，将多组分混合物进行分离和测定的方法。

第一节色谱分析法的原理及分类

色谱分析法是一种物理的分离方法，其分离原理是将被分离的组分在两相间进行分布，其中一相是具有大表面积的固定相，另一相是推动被分离的组分流过固定相的惰性流体，叫流动相。当流动相载带被分离的组分经过固定相时，利用固定相与被分离的各组分产生的吸附或分配作用的差别，被分离的各组分在固定相中的滞留时间不同，使不同的组分按一定的先后顺序从固定相中被流动相洗脱出来，从而实现不同组分的分离。

实现色谱分离的先决条件是必须具备（固定相）和（流动相）。固定相可以是一种固体吸附剂或为涂渍于惰性载体表面上的液态薄膜，此液膜可称作固定液。流动相可以是具有惰性的气体、液体或超临界流体，其应与固定相和被分离的组分无特殊的相互作用。

第二节气相色谱法简介

气相色谱法主要用于低分子量、易挥发有机化合物的分析。

一、方法特点及应用范围

气相色谱法的主要特点：是选择性高、分离效率高、灵敏度高、分析速度快。

二、气相色谱流出曲线的特征

被分析的样品经气相色谱分离、鉴定后，由记录仪绘出样品中各个组分的流出曲线，即色谱图。色谱图是以组分的流出时间(t)为横坐标，以检测器对各组分的电讯号响应值(mV)为纵坐标。色谱图上可得到一组色谱峰，每个峰代表样品中的一个组分。

（一）色谱峰的位置

从进样开始至每个组分流出曲线达极大值所需的时间，可作为色谱峰位置的标志，此时间称为保留时间，用tR表示。气相色谱流出曲线图中与横坐标保持平行的直线，叫做基线，它表示在实验条件下，纯载气流经检测器时（无组分流出时）的流出曲线。基线反映了检测器的电噪声随时间的变化。

从进样开始到惰性组分（指不被固定相吸附或溶解的空气或甲烷）从柱中流出呈现浓度极大值的时间，称为死时间。它反映了色谱柱中未被固定相填充的柱内死体积和检测器死体积的大小，与被测组分的性质无关。

从保留时间中扣除死时间后的剩余时间，称为调整保留时间，反映了被分析的组分因与色谱柱中固定相发生相互作用，而在色谱柱中滞留的时间，其由被测组分和固定相的热力学性质所决定，因此调整保留时间从本质上更准确的表达了被分析组分的保留特性，它已成为气相色谱定性分析的基本参数，比保留时间更为重要。

（二）色谱峰的峰高或峰面积

色谱峰的峰高是指由基线至峰顶间的距离。色谱峰的峰面积，是指每个组分的流出曲线和基线间所包含的面积，对于峰形对称的色谱峰，可看成是一个近似等腰三角形的面积，可由峰高乘以半峰宽（即峰高一半处的峰宽）来计算：峰高或峰面积的大小和每个组分在样品中的含量相关，因此色谱峰的峰高或峰面积是气相色谱进行定量分析的重要依据。

（三）色谱蜂的宽窄

在气相色谱分析中，通常进样量很小，可以获得对称的色谱峰形

（四）色谱峰间的距离

在色谱图上，两个色谱峰之间的距离大，表明色谱柱对各组分的选择性好；两个色谱蜂之间的距离小，表明色谱柱对各组分的选择性差。

气相色谱法的简单测定过程：

气相色谱法操作时使用气相色谱仪，被分析样品（气体或液体气化后的蒸汽）在流速保持一定的惰性气体（称为载气或流动相）的带动下进入填充有固定相的色谱柱，在色谱柱中样品被分离成一个个的单一组分，并以一定的先后次序从色谱柱流出，进入检测器，转变成电信号，再经放大后，由记录器记录下来，在记录纸上得到一组曲线图（称为色谱蜂），根据色谱峰的峰高或蜂面积就可定量测定样品中各个组分的含量。

下面就分别介绍各部分设备的构造、性能及使用方法。

一、载气流速控制及测量装置

（一）载气及其净化

载气是气相色谱的流动相，其作用是把样品输送到色谱柱和检测器。常用的载气有

H2、N2、Ar、He、C02和空气等，这些气体一般都由高压气瓶供给，初始压力为10～15 MPa。

其中H2也可以由电解水的氢气发生器供给，空气可以由压缩空气泵供给。但是不论是载气还是检测器需要的燃气(H2)或助燃气（空气），在使用前必须经过适当的（净化），并且要稳定的控制它们的（压力）和（流量），这些都是气相色谱仪正常工作所必需的先决条件。

在气相色谱中所用载气的纯度主要取决于（色谱柱、检测器和分析的要求）。

从色谱柱的角度看，要求把载气中的水分除掉或控制在一定的含量范围，因它影响色谱柱的活性、寿命和分离效率。为了除去水分，在室湿可用吸附剂硅胶和SA分子筛净化载气。有时为了除去载气中的烃类化合物，也可使用活性炭净化。干燥荆硅胶、分子筛以及活性炭在使用一定时间后，其净化效果降低，需要及时（更换）或（烘干）、（再生后）重新使用。

（二）载气流速的控制

为了保持气相色谱分析的准确度，载气的流量要求恒定，其变化小于l%，通常使用减压阀、稳压阀、针形阀等，来控制气流的稳定性。

1．减压阀

关闭高压气瓶的顺序是，先将减压阀的螺旋沿逆时针方向转动至低压室全关，再用活扳手沿顺时针方向转动高压气瓶阀至全关，此时高压室压力表指针下降。再将减压阀的螺旋沿顺时针方向转动至低压室开，此时低压室储存的气体即放空，压力表指针指向零。最后再将螺旋C沿逆时针方向转动旋松即可。

2．稳压阀

稳压阀用以稳定载气（或燃气）的压力

3．针形阀

针形阀是用来调节载气流量，也有些仪器用它来控制燃气和空气的流量。

4．稳流阀

当用程序升温进行色谱分析时，由于色谱柱温不断升高引起色谱柱阻力不断增加，也会使载气流量发生变化。为了在气体阻力发生变化时，也能维持载气流速的稳定，需要使用稳流阀，来自

动控制载气的稳定流速。

（三）载气流速的测量

载气流速是气相色谱分析的一个重要操作条件，正确的选择载气流速，可提高色谱柱的分离效能，缩短分析时间。由于气相色谱分析中，所用气体流速较小，常用下述3种方法测量流速。

1．转子流量计

转子流量计是目前色谱仪中普遍采用的流速计，其结构简单、操作方便，使用时可靠、安全。 2．皂膜流速计

皂膜流速计是目前用于测量气体流速的基准方法，其结构简单。皂膜流速计由一根带有气体进口的量

气管和橡皮滴头组成。使用时先向橡皮滴头中注入肥皂水，挤动橡皮滴头就有皂膜进入量气管。当气体自流量计底部进入时，就顶着皂膜沿管壁自下而上移动，用秒表测定皂膜移动一定体积时所需的时间，就可计算出气体的流速(mL/min)。

现在许多色谱仪中还使用弹簧式压力表或数字显示压力表来指示载气进入色谱柱前的压力，即柱前压。

3．电子气路控制(EPC)系统

现在许多新型气相色谱仪已不使用转子流量计，而采用电子压力传感器或电子流量传感器来准确控制

和调节载气、燃气与助燃气的流量。 一、进样器和气化室 （一）进样器

用气相色谱法分析气体、可挥发的液体和固体时，进入分析系统的样品用量的多少、进样时间的长短、

进样量的准确度和重复性等都对气相色谱的定性、定量工作有很大影响。进样量过大、进样时间过长，都会使色谱峰变宽甚至变形。通常要求进样量要适当，进样速度要快，进样方式要简便、易行。 1．气体样品进样

’

(1)注射器进样 此法优点是使用灵活方便．缺点是进样量的重复性差（一般相对误差为2%～5%）。

(2)气体定量管进样 常用六通阀连接定量管进样，常用的六通阀有两种。

①平面六通阀 平面六通阀由阀座和阀盖两部分组成。阀座上有6个孔，阀盖内加工有3个通道，在固定位置下阀盖内的通道将阀座上的孔两个两个地全部联通，这些孔和阀座上的接头相通，再外接管路，当转动阀盖时，就可达到气路切换的目的。当阀盖在位置I 时，可使气样进入定量管，即为取样位置。当阀盖转动600达位置Ⅱ时，载气就将定量管中的样品带入色谱柱，即为进样位置。

②拉杆六通阀 拉杆六通阀由阀体和闽杆两部分组成。

2．液体样品进样

液体样品多采用微量注射器进样，液体进样后，为使其瞬间气化，必须正确选择气化温度。一旦样品气化不良就使色谱峰前沿平坦，后沿陡峭，成“伸舌头”形，此时色谱峰也相应变宽。 3．固体样品进样 固体样品通常用溶剂溶解后，用微量注射器进样。

（二）气化室

气化室的作用，是将液体样品瞬间气化为蒸气。气化室实际上是一个加热器。

正确选择液体样品

通过管线不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行

高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要

的气化温度是获得对称色谱峰形的条件之一，尤其对离沸点样品和受热易分解样品，要求在气化温度下，

样品能瞬间气化而不分解。为防止样品与气化室金属内壁接触产生吸附或催化分解反应，应在气化室内部

插入一个由硬质玻璃或石英制作的衬管，以保证气化室内壁有足够的惰性。

此外由于使用硅橡胶材料制作的进样隔垫，在气化室高温作用下．会使其含有的残留溶剂或低聚物挥发，或使硅橡胶发生部分降解，因此它们被载气带入色谱柱就会出现来历不明的“鬼峰”（非样品峰）而影响分析结果。

正确的选择液体样品的气化温度十分重要，尤其对高沸点和易分解的样品，要求在气化温度下，样品

能瞬间气化而不分解。气化温度的选择与样品的沸点、进样量和鉴定器的灵敏度有关。气化温度并不一定

要高于被分离物质的沸点，但应比柱温高50～100℃。

三、色谱柱及柱温控制

色谱柱是气相色谱法的核心部分，许多组成复杂的样品，其分离过程都是在色谱柱内进行的。色谱柱

分为两类，（填充柱）和（毛细管柱），后者又分为（空心毛细管柱）和（填充毛细管柱）两种。目前在工

业分析中应用最广的是（填充柱），但毛细管柱的应用也日益增多。通常把色谱柱内填充的固体物质叫做固定相，其作用是把样品中的混合组分分离成单一组分。根据色谱柱内填充固定相的不同，可把气相色谱法

分为两类：（气固色谱法）和（气液色谱法）。

若色谱柱内填充的是具有活性的固体吸附剂，如分子筛、氧化铝、活性炭等，则此时进行的分析就叫

做气固色谱法。

若色谱柱内填充的是一种惰性固体(通常叫做载体，其无吸附性、催化性，但有较大的比表面和一定的

机械强度）其表面涂上一层高沸点有机化合物的液膜（通常叫固定液），则此时进行的分析叫做气液色谱法。

色谱柱的分离效能主要是由柱中填充的固定相所决定的。但柱温也是影响分离效果的因素之一。

四、检测器

检测器是构成气相色谱仪的关键部件。其作用是把被色谱柱分离的样品组分，根据其物理的或化学的

特性，转变成电信号（电压或电流），经放大后，由记录仪记录成色谱图。检测器能灵敏、快速、准确、连续的反映样品组分的变化，从而达到定性和定量分析的目的。

气相色谱仪所用检测器的种类很多，应用最广的是热导池检测器(TCD)和氢火焰离子化检测器(FID)。

检测器分为两类：一类是（浓度型检测器），即被测定组分和载气相混合，检测器的灵敏度和被测组分的浓度成正比。如热导池检测器就属此类。另一类是（质量型检测器），当被测组分被载气带入检测器时，检测器的灵敏度和单位时间进入检测器中组分的质量成正比。如氢火焰离子化检测器就属此类。

五、数据处理系统

第四节固定相

在气相色谱分析中，填充柱装填的固定相或毛细管柱内壁涂渍的固定相可以分为两大类，即气固色谱

固定相和气液色谱固定相，下面分别予以介绍。

一、气固色谱的固定相

在气固色谱中，色谱柱中填充的固定相是表面有一定活性的固体吸附剂，当样品随载气不断通过色谱

柱时，由于固体吸附剂表面对样品中各组分的吸附能力不同，于是就产生反复多次的吸附和解吸过程（吸

附和解吸是可逆的），根据各组分被吸附剂吸附的难易程度，表现出易被吸附的组分后从色谱柱流出，不易被吸附的组分先从色谱柱流出，从而达到分离的目的。

在气固色谱中，常用的固定相，即固体吸附剂为活性炭、氧化铝、硅胶、分子筛、高分子多孔小球等。

第五节检测器

一、检测器的性能指标

通常把纯载气进入检测器时，色谱图上记录的图线叫做“基线”（或叫底线）。基线走的平直说明仪器工作稳定。

由于载气流量的波动、恒温箱温度的波动，载气和固定相中杂质的影响、电路测量系统的稳定性等因素，往往造成色谱图中的基线在高灵敏度时很难走成一条直线，色谱分析中把基线在短暂时间内的波动叫“噪声”；把基线在一段较长时间（一般以半小时计）内的变化叫“漂移”。色谱仪的稳定性主要指噪声和基线漂移，在基线漂移延缓的情况下主要指噪声，若噪声大、基线漂移严重，就无法进行色谱分析了。

检测器的性能指标是在色谱仪工作稳定的前提下进行讨论的，主要指灵敏度、最小检出量、响应时间、线性范围等。

?（一）灵敏度（绝对响应值）

检测器的灵敏度是指一定量的组分通过检测器时所产生电信号的大小。

（二）敏感度（或检测限）

检测器的敏感度，是指检测器恰好产生能够检测的电信号时，在单位体积或单位时间内引入检测器的组分的数量。

由于记录仪基线存在噪声，当给出的电信号小于2倍噪声时，不能确切辨别是噪声还是信号，只有当电信号大于2倍噪声时，才能确认是色谱峰的信号。

（三）响应时间（或应答时间）

检测器应能迅速地和真实地反映通过它的物质浓度（或量）的变化，即要求响应时间要短。

响应时间是指从进样开始，至到达记录仪最终指示的90%处所需的时间。响应时间的长短和检测器的体积有关。检测器的体积愈小，特别是死体积愈小，其响应时间愈短。响应时间也和电子系统的滞后现象、记录仪机械装置满量程的扫描时间有关，但这两个因素所需的时间通常都小于或等于Is，可满足色谱操作的要求。

常用气相色谱检测器的性能比较如表16-24所示。

一、热导池检测器

热导池检测器适用于无机气体和有机物

（一）检测原理

热导池所以能够作为检测器，是依据不同的物质具有不同的导

?热系数。当被测组分与载气混合后，混合物的导热系数，与纯载气的导热系数大不相同。当选用导热系数较大的气体(如Hz、He)时，这种差异特别明显。当通过热导池池体的气体组成及浓度发生变化时，就会引起池体上安装的热敏元件的温度变化，由此产生热敏元件阻值的变化，通过惠斯顿电桥进行测量，就可由所得信号的大小求出该组分的含量。

热导池是由池体、池槽（气路通道）、热丝三部分组成。．

热导池的灵敏度也与电桥通过的电流（即桥流）有关，桥流愈大，灵敏度愈高。当使用热导系数大的H2、He作载气时，桥流可使用180～200 mA；当使用热导系数小的N2、Ar、空气作载气时，桥流可使用80～120 mA。

（二）使用注意事项

(1)温度使用时热导池要置于恒温箱中，其温度应高于或和柱温相近，以防止样品在热导池内冷凝，沾污热导池，造成记录仪基线不稳定。热导池的气路接头及引出线若用银焊接，热导池使用温度可大于150℃。

(2)热丝为了避免热丝烧断或氧化，在热丝接通电源之前要先通入载气，工作完毕要先停电源，再关载气。

三、氢火焰离子化检测器

氢火焰离子化检测器(FID)是一种高灵敏度的检测器，适用于有机物的微量分析。氢火焰离子化检测器是质量型检测器。不适于分析稀有气体、O2、N2、N2O、H2S、SO2、CO、CO2、COS、H2O、NH3、

SiCl4、SiHC13、SiF4、HCN等。

（一）检测原理（了解）

在外加电场的作用下，氢气在空气（供02）中燃烧，形成微弱的离子流。当载气(N2)带着有机物样品

进入燃烧着的氢火焰中时，有机物与02进行化学电离反应。化学电离产生的正离子被外加电场的负极吸收，电子被正极捕获，形成微电流信号，再通过高电阻，取出电压讯号，经微电流放大器放大，由记录仪画出

色谱峰。

（二）使用注意事项

①离子头绝缘要好，金属离子头外壳要接地。

②氢焰离子化检测器的使用温度应大于100℃（常用150℃），此时氢气在空气中燃烧生成的水，以水

蒸气逸出检测器。若温度低水冷凝在离子化室会造成漏电并使记录仪基线不稳。

③离子头内的喷嘴和收集极，在使用一定时间后应进行清洗，否则燃烧后的灰烬会沾污喷嘴和集电极，

而降低灵敏度。

?第六节定性及定量分析方法

一、定性分析方法保留时间

常用的定性分析方法：

1、纯物质对照法

2、利用保留值的经验规律定性（了解）大量实验结果已证明，在一定柱温下，同系物的保留值对

数与分子中的碳数呈线性关系，此即碳数规律，可表示为

lgt`r=an+b n为碳数；a为直线斜率；b为直线在lgt`r轴上的截距

3、其他方法化学方法配合定性、结合其它仪器定性

二、定量分析方法

在气相色谱分析中的定量分析就是要根据色谱峰的峰高或峰面积来计算样品中各组分的含量，但无论

采用峰高或峰面积进行定量，其物质浓度（或质量百分含量）m和相应峰高h或峰面积A之间必须呈直线

函数关系，符合数学式A= fm。这是色谱定量分析的重要根据。

当用气相色谱法分析混合物中不同组分的含量时，由于不同组分在同一检测器上产生的响应值不同，

所以不同组分的峰面积不能直接进行比较（即相同含量的不同组分，其对应的峰面积并不相等）。

三、色谱分离操作条件的选择

在气相色谱分析中，我们总希望在较短的时间内，用较短的柱子达到满意的分析结果，为此，在进行

分析时，需要选择适当的操作条件。此时应考虑如下两个问题。

①柱子对各组分的选择性要好，即能将复杂样品中的各组分分离开。

②柱子的效率要高，即每个组分的色谱峰要窄。柱效率的高低与载气流量、载体性能、进样量等因素

有关。

1．裁气的选择

气相色谱最常用的载气是：氢、氮、氩、氦。

选择何种气体作载气，首先要考虑使用何种检测器。使用热导池检测器时，选用氢或氦作载气，能提

高灵敏度，氢载气还能延长热敏元件钨丝的寿命。氢火焰检测器宜用氮气作载气，也可用氢气。

2．栽气流速的选择

载气流速对柱效率和分析速度都产生影响，根据范氏方程，载气流速慢有利于传质，有利于组分的分离；但载气流速快，有利于加快分析速度，减少分子扩散，载气流量对柱效率的影响表现为流量过低或过高都会降低柱效率，只有选择最佳流量才可提高柱效率，对一般色谱柱，载气流量为20～100 mL/min。有时为了缩短分析时间，可加大流量，但此时分离效果不好，色谱峰会有拖尾或重叠现象。在实际工作中要根据具体情况选择最佳流速。

3．柱温的选择

柱温是气相色谱重要操作条件，柱温低有利于分配，有利于组分的分离，但温度过低，被测组分可能在柱中冷凝或者传质阻力增加，使色谱峰扩张，甚至拖尾。柱温高有利于传质，但柱温

高过时，分配系数变小，不利于分离。一般通过实验选择最佳柱温，要使物质对既完全分离，又

未使峰形扩展、拖尾。

4．载体的选择

5．固定液用量的选择

6．色谱柱形、柱内径及柱长的影响

7．气化室温度的选择

合适的气化室温度既能保证样品全部组分瞬间完全气化，又不引起样品分解。一般气化室温度比柱温高30～70℃或比样品组分中最高的沸点高30～50℃。温度过低，气化速度慢，使样品峰扩展，产生伸舌头峰；温度过高则产生裂解峰，而使样品分解。

8．进样量与进样时间的影响

迸样量过大会导致：①分离度变小；②保留值变化，难于定性；③峰高、峰面积与进样量不成线性关系，不能定量。

进样时应当固定迸针深度及位置，针头切勿碰着气化室内壁，进样速度应尽可能快，一般小于0.1 s，从注射器接触气化室密封橡胶垫片算起，包括注射、拔针等动作都要快，而且平行测定中速度一致。此项操作技术必须十分重视，要反复练习达到熟练、准确的程度。