第四章 气相色谱法
gas chromatography
GC由英国生物化学家 Martin等人创建。
1941年，首次提出用气体作流动相；
1952年,第一次用 GC分离测定了复杂混合物；
1955年,第一台商品 GC仪由美国 Perkin
Elmer 公司生产问世。
一,GC的分类和特点
(一 ) 分类
1) 按固定相的聚集状态分：
气固色谱法（ GSC），气液色谱法 (GLC)
2) 按分离机理分：吸附色谱和分配色谱
3) 按色谱柱分：
填充柱色谱法,固定相填充在金属或玻璃管中 (i.d = 4-6 mm）
毛细管柱色谱法 (i.d = 0.1-0.5 mm)
(二 ) 特点
1．高效（特别是毛细管 GC），高选择性，高灵敏度，分析速度快；
2．可直接分析气体试样，易挥发、热稳定的液体和固体试样。
目前所能分析的有机物，约占全部有机物的 20%。
3．不易挥发或热不稳定的试样不能直接用 GC分析，
需通过衍生化转化为易挥发、热稳定的衍生物。
二,气相色谱仪
1,载气系统（ carrier gas system）
包括气源、气体净化器、气体流速和压力控制阀。
气体从载气瓶经减压、流量和压力控制后，
通过色谱柱，由检测器排出。
整个系统应保持密封，不能有气体泄漏
2,进样系统（ sample injection system）
包括进样器、气化室和加热系统。
3,色谱柱系统 （ column system）
包括色谱柱和恒温控制部分。
4,检测系统 （ detection system）
包括检测器和恒温控制部分。
5,记录系统（ data system）
包括放大器、记录仪和数据处理器。
三,GC固定相
(一 ) 气液色谱固定相由固定液和载体组成。
1,固定液 stationary liquid
(1) 要求
在色谱操作温度下为液体，蒸气压低，不气化 。
稳定性好，高温下不分解，不与载体发生化学反应。
对被分离组分的选择性高。
对试样中各组分有足够的溶解能力。
（ 2）分类
1）化学分类：
烃类、硅氧烷类、聚醇、聚酯等。
2）极性分类
用相对极性表示固定液的极性大小。
规定 β,β′ -氧二丙腈的相对极性为 100，角鲨烷为 0，其它固定液的相对极性与它们比较，在 0-
100之间，分成 5级，每 20为 1级。
0级和 +1级为非极性固定液,+2和 +3级为弱极性和中等极性固定液,+4和 +5为极性固定液。
相对极性的测定,
用苯和环己烷为样品，分别在 β,β′ -氧二丙腈和角鲨烷对照柱上测定它们的相对保留值 q1及 q2，然后在待测固定液上测定 qx，
则待测固定液上的相对极性为：
Px = 100
)1(
21
1
qq
qq x
（ 3）常用固定液
1）甲基硅氧烷类：非极性固定液
SE-30,OV-1,OV-101
2）苯基硅氧烷类：弱极性固定液
OV-17,OV-25,SE-52,OV-1701
3）氟烷基硅氧烷类：中等极性固定液
QF-1
4）氰基固定液：中等极性固定液
XE-60,OV-225
5）聚乙二醇：极性固定液，氢键型
PEG-20M
（ 4）固定液的选择
相似相容的原则：被分离组分的极性或官能团与固定液相似的原则。
1）分离非极性物质，选用非极性固定液；
2）分离中等极性物质，选用中等极性固定液；
3）分离极性物质，选用极性固定液；
4）分离能形成氢键的试样，选择氢键型固定液（；
5） 分离非极性和极性混合物，选用极性固定液；
6）分离沸点相差很大的混合物，选用非极性固定液。
2．载体
（ 1）要求：
表面积大，孔径分布均匀；
表面没有吸附能力或很弱；
热稳定，化学稳定；
有一定机械强度。
（ 2）常用载体：硅藻土（主要化学成分为 SiO2）
白色硅藻土：如 Chromosorb G,W等，常与极性固定液配伍；
红色硅藻土：如 Chromosorb P等，常与非极性固定液配伍。
(3) 载体的钝化
硅藻土表面存在硅醇基及少量金属氧化物 -
--活性中心。
1)酸洗法：
主要除去铁等金属氧化物 ---碱性作用点，用于分析酸性化合物；
2) 碱洗法：
主要除去三氧化二铝等酸性作用点，用于分析碱性化合物；
3) 硅烷化法：用于除去硅醇基。
（二）气固色谱固定相
１．吸附剂
２．分子筛
３．高分子多孔微球（ GDX）：
由苯乙烯或乙基乙烯苯与二乙烯苯交联共聚而成。
耐高温，无柱流失；
化合物峰性好，一般按分子量顺序分离。
４．化学键合相。
四,GC流动相 — 载气
1．氢气：
热导系数大，粘度小，常与 TCD联用。
2．氮气：
除 TCD外，用其它检测器时，多用氮气。
五．检测器
１,热导检测器 （ thermal conductivity detector,TCD)
利用被测组分与载气的热导率的差别来检测组分的浓度变化。灵敏度低，噪音大。
浓度型，通用型
２,氢火焰离子化检测器 （ hydrogen flame ionization
detector,FID）
凡能在氢 -空气火焰中电离的有机化合物都能被检测
无机药物和惰性气体对 FID均不产生电信号。
质量型，专属型
３,电子捕获检测器 （ electron capture
detector,ECD）
对含有电负性原子或官能团的有机和无机化合物特别敏感，具有强选择性。
浓度型，专属型
４,质谱检测器,GC/MS联用
gas chromatography
GC由英国生物化学家 Martin等人创建。
1941年，首次提出用气体作流动相；
1952年,第一次用 GC分离测定了复杂混合物；
1955年,第一台商品 GC仪由美国 Perkin
Elmer 公司生产问世。
一,GC的分类和特点
(一 ) 分类
1) 按固定相的聚集状态分：
气固色谱法（ GSC），气液色谱法 (GLC)
2) 按分离机理分：吸附色谱和分配色谱
3) 按色谱柱分：
填充柱色谱法,固定相填充在金属或玻璃管中 (i.d = 4-6 mm）
毛细管柱色谱法 (i.d = 0.1-0.5 mm)
(二 ) 特点
1．高效（特别是毛细管 GC），高选择性，高灵敏度，分析速度快；
2．可直接分析气体试样，易挥发、热稳定的液体和固体试样。
目前所能分析的有机物，约占全部有机物的 20%。
3．不易挥发或热不稳定的试样不能直接用 GC分析，
需通过衍生化转化为易挥发、热稳定的衍生物。
二,气相色谱仪
1,载气系统（ carrier gas system）
包括气源、气体净化器、气体流速和压力控制阀。
气体从载气瓶经减压、流量和压力控制后，
通过色谱柱，由检测器排出。
整个系统应保持密封，不能有气体泄漏
2,进样系统（ sample injection system）
包括进样器、气化室和加热系统。
3,色谱柱系统 （ column system）
包括色谱柱和恒温控制部分。
4,检测系统 （ detection system）
包括检测器和恒温控制部分。
5,记录系统（ data system）
包括放大器、记录仪和数据处理器。
三,GC固定相
(一 ) 气液色谱固定相由固定液和载体组成。
1,固定液 stationary liquid
(1) 要求
在色谱操作温度下为液体，蒸气压低，不气化 。
稳定性好，高温下不分解，不与载体发生化学反应。
对被分离组分的选择性高。
对试样中各组分有足够的溶解能力。
（ 2）分类
1）化学分类：
烃类、硅氧烷类、聚醇、聚酯等。
2）极性分类
用相对极性表示固定液的极性大小。
规定 β,β′ -氧二丙腈的相对极性为 100，角鲨烷为 0，其它固定液的相对极性与它们比较，在 0-
100之间，分成 5级，每 20为 1级。
0级和 +1级为非极性固定液,+2和 +3级为弱极性和中等极性固定液,+4和 +5为极性固定液。
相对极性的测定,
用苯和环己烷为样品，分别在 β,β′ -氧二丙腈和角鲨烷对照柱上测定它们的相对保留值 q1及 q2，然后在待测固定液上测定 qx，
则待测固定液上的相对极性为：
Px = 100
)1(
21
1
qq x
（ 3）常用固定液
1）甲基硅氧烷类：非极性固定液
SE-30,OV-1,OV-101
2）苯基硅氧烷类：弱极性固定液
OV-17,OV-25,SE-52,OV-1701
3）氟烷基硅氧烷类：中等极性固定液
QF-1
4）氰基固定液：中等极性固定液
XE-60,OV-225
5）聚乙二醇：极性固定液，氢键型
PEG-20M
（ 4）固定液的选择
相似相容的原则：被分离组分的极性或官能团与固定液相似的原则。
1）分离非极性物质，选用非极性固定液；
2）分离中等极性物质，选用中等极性固定液；
3）分离极性物质，选用极性固定液；
4）分离能形成氢键的试样，选择氢键型固定液（；
5） 分离非极性和极性混合物，选用极性固定液；
6）分离沸点相差很大的混合物，选用非极性固定液。
2．载体
（ 1）要求：
表面积大，孔径分布均匀；
表面没有吸附能力或很弱；
热稳定，化学稳定；
有一定机械强度。
（ 2）常用载体：硅藻土（主要化学成分为 SiO2）
白色硅藻土：如 Chromosorb G,W等，常与极性固定液配伍；
红色硅藻土：如 Chromosorb P等，常与非极性固定液配伍。
(3) 载体的钝化
硅藻土表面存在硅醇基及少量金属氧化物 -
--活性中心。
1)酸洗法：
主要除去铁等金属氧化物 ---碱性作用点，用于分析酸性化合物；
2) 碱洗法：
主要除去三氧化二铝等酸性作用点，用于分析碱性化合物；
3) 硅烷化法：用于除去硅醇基。
（二）气固色谱固定相
１．吸附剂
２．分子筛
３．高分子多孔微球（ GDX）：
由苯乙烯或乙基乙烯苯与二乙烯苯交联共聚而成。
耐高温，无柱流失；
化合物峰性好，一般按分子量顺序分离。
４．化学键合相。
四,GC流动相 — 载气
1．氢气：
热导系数大，粘度小，常与 TCD联用。
2．氮气：
除 TCD外，用其它检测器时，多用氮气。
五．检测器
１,热导检测器 （ thermal conductivity detector,TCD)
利用被测组分与载气的热导率的差别来检测组分的浓度变化。灵敏度低，噪音大。
浓度型，通用型
２,氢火焰离子化检测器 （ hydrogen flame ionization
detector,FID）
凡能在氢 -空气火焰中电离的有机化合物都能被检测
无机药物和惰性气体对 FID均不产生电信号。
质量型，专属型
３,电子捕获检测器 （ electron capture
detector,ECD）
对含有电负性原子或官能团的有机和无机化合物特别敏感，具有强选择性。
浓度型，专属型
４,质谱检测器,GC/MS联用
