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色譜法總論
氣相色譜：
氣相色譜法
文章（文字）：嘉峪檢測網。理化小編整理。
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本文共分為了四個部分：色譜法總論、氣相色譜法、高效液相色譜、質譜分析法，共涉及了104個色譜分析的相關知識點，由於文章內容較長，故分為上、下兩期分享，文章內容都是幹貨適合收藏反複查閱。
1.色譜分析法：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，後按一定順序檢測各組分及其含量的方法。
2.色譜法的分離原理：當混合物隨流動相流經色譜柱時，就會與柱中固定相發生作用(溶解、吸附等)，由於混合物中各組分物理化學性質和結構上的差異，與固定相發生作用的大小、強弱不同，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，稱為色譜法。
3.流動相――色譜分離過程中攜帶組分向前移動的物質。
4.固定相――色譜分離過程中不移動的具有吸附活性的固體或是塗漬在載體表麵的液體。
5.色譜法的特點： (1)分離效率高，複雜混合物，有機同係物、異構體。 (2)靈敏度高，可以檢測出μg・g-1(10-6)級甚至ng・g-1(10-9)級的物質量。 (3)分析速度快，一般在幾分鍾或幾十分鍾內可以完成一個試樣的分析。 (4)應用範Χ廣，氣相色譜： 沸點低於400℃的各種有機或無機試樣的分析。 液相色譜：高沸點、熱不穩定、生物試樣的分離分析。 (5)高選擇性: 對性質極為相似的組分有很強的分離能力。 不足之處：被分離組分的定性較為困難。
6.色譜分析法的分類： 按兩相狀態分類，按操作形式分類，按分離原理分類。
7.按兩相狀態分類： 氣相色譜(GasChromatography，GC)； 液相色譜(Liquid Chromatography，LC)； 超臨界流體色譜(Supercritical Fluid Chromatography，SFC)。
流動相為氣體(稱為載氣)，常用的氣相色譜流動相有N2、H2、He等氣體； 按分離柱不同可分為：填充柱色譜和ë細管柱色譜； 按固定相的不同又分為：氣固色譜和氣液色譜； 液相色譜： 流動相為液體(也稱為淋洗液)； 按固定相的不同分為：液固色譜和液液色譜； 超臨界流體色譜： 流(liu)動(dong)相(xiang)為(wei)超(chao)臨(lin)界(jie)流(liu)體(ti)，超(chao)臨(lin)界(jie)流(liu)體(ti)是(shi)一(yi)種(zhong)介(jie)於(yu)氣(qi)體(ti)和(he)液(ye)體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)狀(zhuang)態(tai)。超(chao)臨(lin)界(jie)流(liu)體(ti)色(se)譜(pu)法(fa)是(shi)集(ji)氣(qi)相(xiang)色(se)譜(pu)法(fa)和(he)液(ye)相(xiang)色(se)譜(pu)法(fa)的(de)優(you)勢(shi)而(er)發(fa)展(zhan)起(qi)來(lai)的(de)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)的(de)色(se)譜(pu)分(fen)離(li)分(fen)析(xi)技(ji)術(shu)，不(bu)僅(jin)能(neng)夠(gou)分(fen)析(xi)氣(qi)相(xiang)色(se)譜(pu)不(bu)宜(yi)分(fen)析(xi)的(de)高(gao)沸(fei)點(dian)、低揮發性的試樣組分，而且具有比高效液相色譜更快的分析速率和更高的柱效率。
8.按操作形式分類： 柱色譜(Column Chromatography，CC):固定相裝在柱管內，包括：填充柱色譜和ë細管柱色譜。 紙色譜(Paper Chromatography, PC)固定相為濾紙； 采用適當溶劑使樣品在濾紙上展開而進行分離，薄層色譜(Thin Layer Chromatography, TLC) 固定相壓成或塗成薄層，操作方法同紙色譜。
9.按分離原理分類： 吸附色譜(Absorption chromatography)； 分配色譜(Partition Chromatography)； 離子交換色譜(Ion Exchange Chromatography)； 凝膠色譜(Gel Chromatography)。
10.色譜圖： 組分在檢測器上產生的信號強度對時間(t)所作的圖，由於它記¼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。
11.色譜保留值： 色(se)譜(pu)保(bao)留(liu)值(zhi)是(shi)色(se)譜(pu)定(ding)性(xing)分(fen)析(xi)的(de)依(yi)據(ju)，它(ta)體(ti)現(xian)了(le)各(ge)待(dai)測(ce)組(zu)分(fen)在(zai)色(se)譜(pu)柱(zhu)上(shang)的(de)滯(zhi)留(liu)情(qing)況(kuang)。在(zai)固(gu)定(ding)相(xiang)中(zhong)溶(rong)解(jie)性(xing)能(neng)越(yue)好(hao)，或(huo)與(yu)固(gu)定(ding)相(xiang)的(de)吸(xi)附(fu)性(xing)能(neng)越(yue)強(qiang)的(de)組(zu)分(fen)，在(zai)柱(zhu)中(zhong)的(de)滯(zhi)留(liu)時(shi)間(jian)越(yue)長(chang)，或(huo)者(zhe)說(shuo)，將(jiang)組(zu)分(fen)帶(dai)出(chu)色(se)譜(pu)柱(zhu)所(suo)需(xu)的(de)流(liu)動(dong)相(xiang)體(ti)積(ji)越(yue)大(da)，所(suo)以(yi)，保(bao)留(liu)值(zhi)可(ke)以(yi)用(yong)保(bao)留(liu)時(shi)間(jian)和(he)保(bao)留(liu)體(ti)積(ji)兩(liang)套(tao)參(can)數(shu)來(lai)描(miao)述(shu)。
12.色譜圖上的色譜流出曲線可以說明什ô問題： 根據色譜峰的數目，可判斷樣品中所含組分的最少個數；根據色譜峰的保留值進行定性分析;根據色譜峰的麵積或峰高進行定量分析；根據色譜峰的保留值和區域寬度評價色譜柱的分離效能；根據兩峰間的距離，可評價固定相及流動相選擇是否合適。
13.分配比： 分配比是指，在一定溫度下，組分在兩相間分配達到平衡時的質量比。
14.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係數還是擴散速度決定?為什ô? 答：fenpeixishu。liangfengjiandejuliyourelixueyinsujueding，liangzufenzailiangxiangzhongfenpeixishuchayiyueda，liangfengjiandejulizexiangchayueda，yuerongyibeifenli。erkuosansudushidonglixueyinsu，fanyingzaisepuliuchuquxianshangjiweisepufengdequyukuandu(形狀)。
15.色譜理論需要解決的問題： 色譜分離過程的熱力學和動力學問題。影響分離及柱效的因素與提高柱效的途徑，柱效與分離度的評價指標及其關係。
16.組分保留時間為何不同?色譜峰為何變寬? 組分保留時間：色譜過程的熱力學因素控製，(組分和固定液的結構和性質)。 色譜峰變寬：色譜過程的動力學因素控製，(兩相中的運動阻力，擴散作用)。 塔板理論和速率理論分別從熱力學和動力學的角度闡述了色譜分離效能及其影響因素。
17.半經驗理論： 將色譜分離過程比擬作蒸餾過程，將連續的色譜分離過程分割成多次的平衡過程的重複(類似於蒸餾塔塔板上的平衡過程)。
18.塔板理論的特點： 塔板理論引入了塔板數和塔板高度作為柱效的衡量指標；不同物質在同一色譜柱上的分配係數不同，用有效塔板數和有效塔板高度作為衡量柱效能的指標時，應指明測定物質；柱效不能表示被分離組分的實際分離效果，當兩組分的分配係數K相同時，無論該色譜柱的塔板數多大，都無法分離。
19.塔板理論的不足： 塔ta板ban理li論lun的de基ji本ben假jia設she不bu符fu合he色se譜pu柱zhu的de實shi際ji分fen離li過guo程cheng。塔ta板ban理li論lun無wu法fa解jie釋shi同tong一yi色se譜pu柱zhu在zai不bu同tong的de流liu動dong相xiang流liu速su下xia柱zhu效xiao不bu同tong的de實shi驗yan結jie果guo，不bu能neng說shuo明ming色se譜pu峰feng為wei什shenô會展寬，同時δ能指出影響柱效的因素及提高柱效的途徑和方法。
20.速率方程 (也稱範第姆特方程式)： H=A+B/u+C・u， H：塔板高度； u：流動相的平均線速度(cm/s)。 A.─渦流擴散項： A與流動相性質、流動相速率無關。要減小A值，需要從提高固定相的顆粒細度和均勻性以及填充均勻性來解決。對於空心ë細管柱，A=0。固定相顆粒越小dp↓，填充的越均勻，A↓，H↓，柱效n↑，表現在渦流擴散所引起的色譜峰變寬現象減輕，色譜峰較窄。 B/u―分子擴散項： 存在著濃度差，產生縱向擴散;擴散導致色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差；分子擴散項與流速有關，流速↓，滯留時間↑，擴散↑； 擴散係數： Dg∝(M載氣)-1/2；M載氣↑，B值↓。 C・u―傳質阻力項： dp↓，df↓，D ↑ ,可降低傳質阻力。
21.H-u曲線與最佳流速： 由(you)於(yu)，流(liu)速(su)對(dui)這(zhe)兩(liang)項(xiang)完(wan)全(quan)相(xiang)反(fan)的(de)作(zuo)用(yong)，流(liu)速(su)對(dui)柱(zhu)效(xiao)的(de)總(zong)影(ying)響(xiang)使(shi)得(de)存(cun)在(zai)著(zhe)一(yi)個(ge)最(zui)佳(jia)流(liu)速(su)值(zhi)，即(ji)，速(su)率(lv)方(fang)程(cheng)式(shi)中(zhong)塔(ta)板(ban)高(gao)度(du)對(dui)流(liu)速(su)的(de)一(yi)階(jie)導(dao)數(shu)有(you)一(yi)極(ji)小(xiao)值(zhi)。以(yi)塔(ta)板(ban)高(gao)度(du)H對應流速u作圖，曲線最低點的流速即為最佳流速。
22.速率理論的要點： 組分分子在柱內運行的多·徑與渦流擴散、濃度梯度所造成的分子擴散及傳質阻力使兩相間的分配平衡不能瞬間達到等因素是造成色譜峰擴展、柱效下降的主要原因；通過選擇適當的固定相粒度、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。闡明了流速和柱溫對柱效及分離的影響；各種因素相互製約，如，載氣流速增大，分子擴散項的影響減小，使柱效提高，但同時傳質阻力項的影響增大，又使柱效下降；柱溫升高，有利於傳質，但又加劇了分子擴散的影響。選擇最佳條件，才能使柱效達到最高。
23.色譜定性方法： ①與標樣對照的方法： 利用保留值定性： 通過對比試樣中具有與純物質相同保留值的色譜峰，來確定試樣中是否含有該物質及在色譜圖中的λ置。不適用於不同儀器上獲得的數據之間的對比。 利用加入法定性： 將純物質加入到試樣中，觀察各組分色譜峰的相對變化。 ②利用文獻保留值定性： 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有關。在色譜手冊中都列有各種物質在不同固定相上的保留數據，可以用來進行定性鑒定。
24.色譜定量分析： ①定量校正因子： 試樣中各組分質量與其色譜峰麵積成正比，即，mi=fi’・Ai； 絕對校正因子：比例係數fi； 單λ麵積對應的物質量： fI ’=mi/Ai，相對校正因子fi： 即，組分的絕對校正因子與標準物質的絕對校正因子之比。 ②常用的幾種定量方法： （1）歸一化法： 特點及要求： 簡便、準確；進樣量的準確性和操作條件的變動對測定結果影響不大；僅適用於試樣中所有組分全出峰的情況。 （2）外標法――標準曲線法： 特點及要求：外標法不使用校正因子，準確性較高，操作條件變化對結果準確性影響較大。 對進樣量的準確性控製要求較高，適用於大批量試樣的快速分析。 (3)內標法： 內標物要滿足以下要求： (a)試樣中不含有該物質； (b)與被測組分性質比較接近； (c)不與試樣發生化學反應； (d)出峰λ置應λ於被測組分附近，且能分離開； (e)加入量適中並與待測組分接近。 內標法特點： 內標法的準確性較高，操作條件和進樣量的稍許變動對定量結果的影響不大； ÿ個試樣的分析，都要進行兩次稱量，不適合大批量試樣的快速分析； 若將內標法中的試樣取樣量和內標物加入量固定，則：wi=Ai/As*常數。
1.氣相色譜法(GC)： 是以氣體為流動相的色譜分析法。
2.氣相色譜要求樣品： 氣化，不適用於大部分沸點高和熱不穩定的化合物，對於腐蝕性能和反應性能較強的物質更難於分析。 大約有15%～20%的有機物能用氣相色譜法進行分析。
3.氣相色譜儀的組成： 氣·係統、進樣係統、分離係統、檢測係統、溫控係統、記¼係統。
4.氣·係統： 包括氣源、淨化器和載氣流速控製； 常用的載氣有： 氫氣、氮氣、氦氣。
5.進樣係統： 包括： 進樣裝置和氣化室，氣體進樣器(六通閥)： 試樣首先充滿定量管，切入後，載氣攜帶定量管中的試樣氣體進入分離柱； 液體進樣器： 不同規格的微量注射器，填充柱色譜常用10μL；ë細管色譜常用1μL；新型儀器帶有全自動液體進樣器，清洗、潤衝、取樣、進樣、換樣等過程自動完成，一次可放置數十個試樣。
6.進樣方式： 分流進樣： 樣品在汽化室內氣化，蒸氣大部分經分流管道放空，隻有極小一部分被載氣導入色譜柱； 不分流進樣： 樣品直接注入色譜的汽化室，經過揮發後全部引入色譜柱。
7.分離係統： 色譜柱： 填充柱(2～6mm直徑，1～5m長)，ë細管柱(0.1～0.5mm直徑,幾十米長)。
8.溫控係統的作用： 溫度是色譜分離條件的重要選擇參數； 氣化室、色譜柱恒溫箱、檢測器三部分在色譜儀操作時均需控製溫度； 氣化室：保證液體試樣瞬間氣化； 檢測器：保證被分離後的組分通過時不在此冷凝； 色譜柱恒溫箱：準確控製分離需要的溫度。
9.檢測係統： 作用：將色譜分離後的各組分的量轉變成可測量的電信號； 指標：靈敏度、線性範Χ、響應速度、結構、通用性，通用型――對所有物質均有響應；專屬型――對特定物質有高靈敏響應； 檢測器類型： 濃度型檢測器： 熱導檢測器、電子捕獲檢測器； 質量型檢測器： 氫火焰離子化檢測器、火焰光度檢測器。
10.熱導檢測器的主要特點： 結構簡單，穩定性好； 對無機物和有機物都有響應，不破壞樣品； 靈敏度不高。
11.氫火焰離子化檢測器的特點： 優點： (1)典型的質量型檢測器； (2)通用型檢測器(測含C有機物)； (3)氫焰檢測器具有結構簡單、穩定性好、靈敏度高、響應迅速、死體積小、線性範Χ寬等特點； (4)比熱導檢測器的靈敏度高出近3個數量級，檢測下限可達10-12g・g-1； 缺點： (1)對載氣要求高； (2)檢測時要破壞樣品，無法回收樣品； (3)不能檢測永久性氣體、水及四氯化碳等。。。
12.電子俘獲檢測器的特點： 對±素、硫、磷、氮、氧有很強的響應； 靈敏度高，可用於痕量農藥殘留物的分析； 線性範Χ較窄。
13.火焰光度檢測器(FPD)： 是一種對含硫、磷化合物具有高選擇性的檢測器。含硫、磷化合物在富氫火焰中燃燒被打成有機碎片，發出不同波長的特征光譜。
14.固定相： 固體固定相：固體吸附劑； 液體固定相：由載體和固定液組成；聚合物固定相。
15.固體固定相： 一般為固體吸附劑，常用的有活性炭，矽膠，氧化鋁和分子篩。 優點： 吸附容量大、熱穩定性好、價格便宜； 缺點： 柱效低、吸附活性中心易中毒，使用前要進行活化。 應用： 主要用於惰性氣體、H2、O2、N2、CO、CO2和CH4等一般氣體和低沸點物質。
16.作為載體使用的物質應滿足的條件： 表麵有微孔結構，孔徑均勻，比表麵積大； 化學和物理惰性，即，與樣品組分不起化學反應，無吸附作用或吸附很弱； 熱穩定性好； 有一定的機械強度和浸潤性，不易破碎； 具有一定的粒度和規則的形狀，最好是球形。
17.對固定液的要求： 在使用溫度下是液體，具有較低的揮發性；具有良好的熱穩定性；對要分離的各組分應具有合適的分配係數；化學穩定性好，不與樣品組分、載氣、載體發生任何化學反應。
18.固定液的分類： 非極性固定液、中等極性固定液、強極性固定液、氫鍵型固定液。
19.非極性固定液： 主(zhu)要(yao)是(shi)一(yi)些(xie)飽(bao)和(he)烷(wan)烴(ting)和(he)甲(jia)基(ji)矽(gui)油(you)，它(ta)們(men)與(yu)待(dai)測(ce)物(wu)質(zhi)分(fen)子(zi)之(zhi)間(jian)的(de)作(zuo)用(yong)力(li)以(yi)色(se)散(san)力(li)為(wei)主(zhu)。組(zu)分(fen)按(an)沸(fei)點(dian)由(you)低(di)到(dao)高(gao)順(shun)序(xu)流(liu)出(chu)，若(ruo)樣(yang)品(pin)中(zhong)兼(jian)有(you)極(ji)性(xing)和(he)非(fei)極(ji)性(xing)組(zu)分(fen)，則(ze)同(tong)沸(fei)點(dian)的(de)極(ji)性(xing)組(zu)分(fen)先(xian)出(chu)峰(feng)。 常用的固定液有角鯊烷(異三十烷)、阿皮鬆等。。。適用於非極性和弱極性化合物的分析。
20.中等極性固定液： youjiaodadewanjiheshaoliangdejixingjituanhuokeyiyoudaojihuadejituanzucheng，tamenyudaicewuzhifenzijiandezuoyongliyisesanliheyoudaoliweizhu，zufenjibenshanganfeidianshunxuchufeng，tongfeidiandefeijixingzufenxianchufeng。changyongdegudingyeyoulinbenerjiasuanerrenzhi、聚酯等，適用於弱極性和中等極性化合物的分析。
21.強極性固定液： 含(han)有(you)較(jiao)強(qiang)的(de)極(ji)性(xing)基(ji)團(tuan)，它(ta)們(men)與(yu)待(dai)測(ce)物(wu)質(zhi)分(fen)子(zi)間(jian)作(zuo)用(yong)力(li)以(yi)靜(jing)電(dian)力(li)和(he)誘(you)導(dao)力(li)為(wei)主(zhu)，組(zu)分(fen)按(an)極(ji)性(xing)由(you)小(xiao)到(dao)大(da)的(de)順(shun)序(xu)出(chu)峰(feng)。常(chang)用(yong)的(de)固(gu)定(ding)液(ye)有(you)氧(yang)二(er)丙(bing)腈(jing)等(deng)，適(shi)用(yong)於(yu)極(ji)性(xing)化(hua)合(he)物(wu)的(de)分(fen)析(xi)。
22.氫鍵型固定液： shiqiangjixinggudingyezhongteshudeyilei，yudaicewuzhifenzijianzuoyongliyiqingjianliweizhu，zufenyixingchengqingjiandenanyichengduchufeng，buyixingchengqingjiandezufenxianchufeng。changyongdegudingyeyoujuyierchun、三乙醇胺等，適用於分析含F、N、O等的化合物。
23.固定液的選擇： ①按極性相似原則選擇： 極性相似，溶解度大，分配係數大，保留時間長； ②按官能團相似選擇： 酯類――酯或聚酯類固定液； 醇類――聚乙二醇固定液。 ③按主要差別選擇： 各組分間沸點是主要差別――非極性固定液；極性為主要差別――極性固定液。 ④選擇混合固定液： 對於難分離的複雜樣品，可選用兩種或兩種以上固定液。
24.聚合物固定相： 既可作為固體固定相，也可作為載體，又稱高分子多孔微球。物質在其表麵既存在吸附作用，又存在溶解作用。 (1)具有較大的比表麵積，表麵孔徑均勻； (2)對非極性及極性物質無有害的吸附活性，拖β現象小，極性組分也能出對稱峰； (3)由於不存在液膜，無流失現象，熱穩定性好； (4)機械強度和耐腐蝕性較好，係均勻球形，在填充柱色譜中均勻性、重現性好，有助於減少渦流擴散。
25.載氣種類的選擇： 檢測器的適應性，載氣流速的大小。
26.柱溫的選擇： (1)首先應使柱溫控製在固定液的最高使用溫度(超過該溫度固定液易流失)和最低使用溫度(低於此溫度固定液以固體形式存在)範Χ之內。 (2)提高柱溫，可以改善傳質阻力，有利於提高柱效，縮短分析時間，但降低了容量因子和選擇性，不利於分離。一般的原則是：在使最難分離的組分盡可能分離的前提下，盡量采用較低的柱溫，但以保留時間適宜，峰形不拖β為度。 (3)柱溫一般選擇在接近或略低於組分平均沸點時的溫度。 (4)組分複雜，沸程寬的試樣，采用程序升溫。
27.載體和固定液含量的選擇： 配比： 固定液在載體上的塗漬量，一般指的是固定液與擔體的百分比，填充柱的配比通常在5%～25%之間。 配pei比bi越yue低di，擔dan體ti上shang形xing成cheng的de液ye膜mo越yue薄bo，傳chuan質zhi阻zu力li越yue小xiao，柱zhu效xiao越yue高gao，分fen析xi速su度du也ye越yue快kuai。配pei比bi較jiao低di時shi，固gu定ding相xiang的de負fu載zai量liang低di，允yun許xu的de進jin樣yang量liang較jiao小xiao。分fen析xi工gong作zuo中zhong通tong常chang傾qing向xiang於yu使shi用yong較jiao低di的de配pei比bi。
28.進樣條件的選擇： 進樣量應控製在柱容量允許範Χ及檢測器線性檢測範Χ之內，進樣要求動作快、時間短，汽化室一般較柱溫高30~70°C。
29.提高色譜分離能力的途徑： (1)塔板理論： 增加柱長，減小柱徑，即增加柱子塔板數； (2)速率理論： 減小組分在柱中的渦流擴散和傳質阻力，可降低塔板高度。
30.ë細管色譜柱的結構特點： (1) 不裝填料阻力小，長度可達百米的ë細管柱，管徑0.2mm； (2)氣流單途徑通過柱子，消除了組分在柱中的渦流擴散； (3)固定液直接塗在管壁上，總柱內壁麵積較大,塗層很薄，則氣相和液相傳質阻力大大降低。 (4)ë細管色譜柱柱效高達ÿ米3000～4000塊理論塔板，一支長度100米的ë細管柱，總的理論塔板數可達104～106。
31.ë細管色譜具有以下優點： (1)分離效率高： 比填充柱高10～100倍； (2)分析速度快： 用ë細管色譜分析比用填充柱色譜速度； (3)色譜峰窄、峰形對稱，較多采用程序升溫方式； (4)靈敏度高，一般采用氫焰檢測器。 (5)渦流擴散為零。
32.ë細管色譜的類型： (1)塗壁ë細管柱： 將固定液直接塗敷在管內壁上。柱製作相對簡單，但柱製備的重現性差、壽命短。 (2)多孔層ë細管柱： 在管壁上塗敷一層多孔性吸附劑固體微粒，構成ë細管氣固色譜。 (3)載體塗漬ë細管柱： 將非常細的擔體微粒粘接在管壁上，再塗固定液。柱效較塗壁ë細管柱高。 (4)化學鍵合或交聯ë細管柱： 將固定液通過化學反應鍵合在管壁上或交聯在一起。使柱效和柱壽命進一步提高。
