第一章气相色谱分析
§1.1 气相色谱法概述（掌握）
1.1.1 色谱法概述
1、色谱法的定义及基本概念
定义：根据混合物中各组分在互不相溶的两相（固定相与流动相）中的吸附能力或分配系数或其他亲和作用性能的差异作为分离依据的分析方法。
色谱法能解决那些在物理常数相近、化学性质类似的同系物、异构物及多组分混合物的分离分析。
色谱柱：进行色谱分离用的细长管；色谱柱分为填充柱和毛细管柱。
固定相：管内保持固定、起分离作用的填充物；
固定液：固定相中的液体，常为高沸点有机物。
流动相：流经固定相的空隙或表面的冲洗剂。
2、色谱法的分类
A、按流动相和固定相的状态分类
①气相色谱(GC)：流动相为气体
气－固色谱
气－液色谱
②液相色谱(LC)：流动相为液体
液－固色谱（LSC）
液－液色谱（LLC）
现代液相色谱多使用高压输液装置，常称：高效液相色谱（HPLC）
B、按固定相形状分类
①柱色谱：柱色谱又可分为填充柱（固定相填入不锈钢柱中）和毛细管柱（固定液涂渍在毛细
管柱内壁）
②纸色谱：以多孔滤纸为载体，吸附在滤纸上的水为固定相，各组分在滤纸上分开。
③薄层色谱（平板色谱）：以涂渍在玻璃版上的吸附剂薄层为固定相。
C、按分离的原理分类
①吸附色谱：利用组分在固定相上的吸附能力强弱不同分离。
②分配色谱：利用组分在固定液中溶解度不同分离。
③凝胶（排阻）色谱：利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透分离
④离子交换色谱法：利用组分在离子交换剂上的亲和力大小不同分离
3、气相色谱仪组成
Ⅰ载气系统：气源、气体净化器、供气控制阀门和仪表；
※提供纯净的一定压力和流速的载气，由气源输出的载气通过装有催化剂或分子筛的净化器，以除去水、氧等有害物质。
Ⅱ进样系统：进样器、汽化室；
※把样品快速而定量地加到色谱柱上端，以便进行分离。
Ⅲ分离系统：色谱柱、控温柱箱；
※试样各组分分离过程在色谱柱内进行。
Ⅳ检测系统：检测器、检测室；
※将组分的浓度或质量大小转变成电信号。
Ⅴ记录系统：放大器、记录仪、色谱工作站。
图1-1-1 气相色谱仪流程示意图 4、气相色谱分离过程及相关术语
A 、
B 两组分组成的混合物，由载气携带进入色谱柱。由于A 、B 两组分在固定相和流动相之间分配系数不同，两组分随载气沿柱不断移动，产生差速迁移而逐渐分离。
图1-1-2 气相色谱分离过程示意图 色谱图是以组分的浓度变化引起的电信号为纵坐标，流出时间为横坐标的曲线，又称色谱流出曲线。现以色谱流出曲线介绍有关色谱术语：
（1）基线——仅有载气通过色谱柱时，检测响应信号随时间变化的曲线。
①基线漂移：基线随时间定向缓慢变化。
②基线噪声：各种因素引起的基线起伏。
图1-1-3 色谱流出曲线 （2）保留值——表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。常用时间或组分带出色谱柱所需载气的体积表示。保留值由色谱分析过程中的热力学因素决定，在一定的固定相和操作条件下，任何一种物质都有一确定的保留值，这样就可以作为定性参数。
A 、保留时间R t ：指被测组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间，如图'O
B ；
B 、死时间M t ：不与固定相作用的物质（如空气、甲烷等）的保留时间，如图''O A ；
C 、调整保留时间'R t ：指扣除死时间后的保留时间（即'R R M t t t =-），如图'A B 。
D 、死体积M V ：不被固定相滞留的组分，从进样到出现峰极大值所需要的载气体积，如图OA ；
,0M M V V t q =
式中——,0V q 表示校正到柱温柱压下载气在柱内的平均体积流速，单位mL·min —1。
『M V 反映了柱和仪器系统的几何特性，它与被测物的性质无关。』
E 、保留体积R V ：从进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值时所通过的载气体积，即
,0R R V V t q = V R 与在载气流量无关。
F R
,0''R R V V t q =或'R R M V V V =-
G 、相对保留值21r （又称选择因子α）：某组分2的调整保留值与组分1的调整保留值之比，即：
(2)
(2)(2)(2)21
''''R R R R t V t V r t V t V ==≠≠
A 、标准偏差σ：它是0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半，如图EF 的一半；
B 、半峰宽1/2Y 或1/2
W ：色谱峰高为一半处的宽度，如图GH ，其与标准偏差的关系为：
1/22 2.354Y σ==
半峰宽与体积的关系： ()1/22R Y V V
=- C 、峰底宽Y ：自色谱峰两侧的转折点所作切点在基线上的截距，如图IJ 表示，其与标准偏差的关系为：
1/24 1.7Y Y σ=≈
§1.2 气相色谱分析理论基础（理解）
1.2.1 气相色谱分离的原因
复杂组分混合物，在通过色谱柱后实现相互分离的原因如下：
①被测组分与固定相分子间的作用力；
②分配系数和分配比。
1、被测组分与固定相分子间的作用力
在气液色谱中被测组分与固定液之间表现为溶解作用，产生溶解作用的原因可能是因为存在下述作用力：
①取向力：被测组分的μ→∞⇒分子直径0→⇒相互作用力→∞⇒在色谱柱内保留时间
→∞；同样地，固定液的极性大，它的选择性强。同时，由于取向力与温度成反
比，故降低柱温有利于提高柱效能。
②诱导力：环己烷不易极化，所以，苯与固定液分子能产生较大的诱导力，在柱内保留时间长，于是环己烷会先从色谱柱中馏出，苯后馏出，达到了分离检测的目的。
③色散力
④氢键：欲分离含F 、O 、N 元素的样品时，可带有醇、胺、羧酸、酯等基团的固定液时被测组分与固定相分子之间形成氢键，可按形成氢键大小进行分离。
氢键强弱：F －H …F ＞O －H …O ＞O －H …N ＞N －H …N ＞O －H …Cl
⑤特殊的配位反应：分离含烯烃的低级烷烃样品时，往固定液中加入适量的AgNO 3或AgClO 4，
烯烃上的π电子可与Ag +形成弱的配合物，即
| |
—C=C —
↑
Ag +
这样，烯烃就被选择性地保留，使同碳数的烷烃先从柱子馏出。
2、分配系数和分配比
A 、气固色谱分填充柱和毛细管柱两种：
填充柱（Packing column ）：常用不锈钢制成，内径2～4 mm ，柱长1～3m 。填充吸附剂或覆盖
在载体上均匀固定液膜。
毛细管柱（Capillary column ）：常用石英制成，内径0.1～0.5mm ，柱长可达数十米。固定液直
接涂在毛细管内壁表面。
B 、气相色谱固定相可分为：
气—固色谱固定相：
• 具有多孔性及较大表面积的吸附剂的颗粒。
• 分离过程：吸附-脱附… …过程
气—液色谱固定相：
• 将固定液（高沸点有机物）均匀涂渍在载体上。载体是固定液的支持骨架，使固定液能 在其表面上形成一层薄而匀的液膜。
• 分离过程：溶解-挥发… …过程
被测组分在固定液和载气两相间进行反复地溶解和逸出，这种现象叫分配过程。用分配系数或分配比来综合描述被测组分分子与固定液分子间各种作用力大小。
（1）分配系数K
在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相间达到分配平衡时的浓度比，称为分配系数。
S M
C K C = 式中——S C ：组分在固定相中的浓度；M C ：组分在流动相中的浓度。
