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色谱分离是在互不相溶的两相即固定相和流动
相中进行的一种物理化学分离方法。
试样由载气带进色谱柱时，立即被固定相吸附。载气
不断流过固定相时，吸附着的组分又被洗脱下来，这种洗
脱下来的现象称为 脱附,脱附的组分随着载气继续前进时，
又被前面的固定相吸附，随着载气的流动，被测组分在固
定相进行反复的物理吸附和脱附过程。
第 4章 气相色谱法与反气相色谱法
? 4.1 色谱分离原理及其分类
2
由于被测组分的性质不同，它们在固定相上的吸附能力
就不一样，较难吸附的组分比较容易脱附，逐渐走在前面；
容易吸附的组分不易被脱附，逐渐走在后面，经过一段时
间后，即通过一定的载气后，试样中各组分彼此分离，先
后流出色谱柱，各自进入检测器。
这种物质在固定相和流动相之间发生的吸附、脱附和溶
解、挥发的过程叫做 分配过程 。被测物中各组分，各自以
一定比例分配在固相和气相之间。在一定温度下组分在两
相之间分配达到平衡时的浓度比称为分配系数 — K：
?4.1 色谱分离原理及其分类
3
? 4.1 色谱分离原理及其分类
G
L
C
CK ?
K越大，移动速度越小。若 KC>KB>KA，其分
离示意图如下：
各组分的分离与分配系数之间存在着一定关系。一定温
度下，各组分的分配系数 K不同。 K大的组分，每次分配
后在气相中浓度较小，因而流出色谱柱的时间较迟，只有
当分配次数足够多时，不同组分才能分开。
4
4.1 色谱分离原理及其分类
按照用途不同，可
将色谱分成通用色谱、
流程色谱、制备色谱、
裂解气相色谱与顶空气
相色谱等。依据分离原
理的不同，色谱的分类
见下表。
5
4.1 色谱分离原理及其分类
6
色谱法的优点和缺点
1,色谱法的优点
分离效率高。 几十种甚至上百种性质类似的化合物可在同
一根色谱柱上得到分离，能解决许多其他分析方法无能为力的
复杂样品分析。
分析速度快。 一般而言，色谱法可在几分钟至几十分钟的时
间内完成一个复杂样品的分析。
检测灵敏度高。 随着信号处理和检测器制作技术的进步，不
经过预浓缩可以直接检测 10-9g 级的微量物质。如采用预浓缩
技术，检测下限可以达到 10-12g数量级。
样品用量少。 一次分析通常只需数纳升至数微升的溶液样
品。
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选择性好。 通过选择合适的分离模式和检测方法，可以只
分离或检测感兴趣的部分物质。
多组分同时分析。 在很短的时间内（ 20min左右），可以
实现几十种成分的同时分离与定量。
易于自动化。 现在的色谱仪器已经可以实现从进样到数据
处理的全自动化操作。
2,色谱法的缺点
定性能力较差。 为克服这一缺点，已经发展起来了色谱法
与其他多种具有定性能力的分析技术的联用。
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气相色谱仪通常由五大系统构成：
◎ 供气系统（高压钢瓶或气体发生器,气体净化器
压力表）
◎ 进样系统（气化室、进样辅助系统）
◎ 分离系统（色谱柱、连接密封部件）
色谱柱是仪器的核心部件。一般是由玻璃管或不锈钢管
制成的，可分为：
4.2 气相色谱仪简介
气相色谱 (gas chromatography,GC)是以
气体作为流动相的一种色谱法。
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4.2 气相色谱仪简介
(1) 分析用填充柱
内径 2-5mm，通常长度为 1-3m。主要用于一般不太复杂混
合物的分析。
(2) 制备用柱
内径 8-10mm，长 1-10m，主要用于分离提纯样品。
(3) 毛细管柱
一般内径为 0.1-1mm，长 1-100m。用于分析复杂混合物。
◎ 检测系统（检测器、电子电路）
◎计算机控制及数据处理系统（个人电脑、工作站软件）
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4.2 气相色谱仪简介
11
12
气相色谱仪
13
1,检测器的分类
气相色谱检测器是把载气里被分离的各组分的
浓度或质量转换成电信号的装置 。 目前检测器的种
类多达数十种 。
（ 1） 根据检测原理的不同, 可将其分为浓度型检测器和
质量型检测器 。
浓度型检测器, 测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化,
即检测器的响应值和组分的浓度成正比 。 如热导检测器和电
子捕获检测器 。
4.2 气相色谱仪简介
14
质量型检测器,测量的是载气中某组分进入检测器的速度
变化，即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的
量成正比。如火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。
4.2 气相色谱仪简介
（ 2）按照检测化合物的范围和种类可分为通用型、选择
性检测器。
通用型检测器,
热导池检测器 (TCD)、氢火焰离子化检测器 (FID)。
选择性检测器,
电子捕获检测器 (ECD)，测含电负性的物质；
火焰光度检测器 (FPD)，测含硫磷的化合物；
氮磷检测器 (NPD)，测含氮磷的化合物。
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2,常用的检测器：
热导检测器 (TCD)、火焰离子化检测器 (FID),电
子捕获检测器 (ECD)。
（ 1） 热导检测器是根据不同的物质具有不同的热导系数原
理制成的。
由于结构简单，性能稳定，几乎对所有物质都有响应，
通用性好，而且线性范围宽，价格便宜，因此是应用最广，
最成熟的一种检测器。其主要缺点是灵敏度较低。
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（ 2）火焰离子化检测器是以氢气和空气燃烧的火焰作为能
源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场
作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，
检测被色谱柱分离出的组分。
特点,灵敏度很高,比 TCD的灵敏度高约 103倍；
检出限低，可达 10-12g·S-1；
能检测大多数含碳有机化合物；
死体积小，响应速度快，线性范围宽；
结构不复杂，操作简单。
是目前应用最广泛的色谱检测器之一。
主要缺点是不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧
化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。
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（ 3）电子捕获检测器也称 电子俘获检测器,它是一种选择
性很强的检测器，对具有电负性物质（如含卤素、硫、磷、
氰等物质）的检测有很高灵敏度（检出限约 1O-14g·cm-3）。
它是目前分析痕量电负性有机物最有效的检测器。电子
捕获检测器已广泛应用于农药残留量、大气及水质污染分析，
以及生物化学、医学、药物学和环境监测等领域中。
它的缺点是线性范围窄，只有 103左右，且响应易受操作
条件的影响，重现性较差。
20
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23
24
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26
27
4.2 气相色谱仪简介
在气相色谱分析中，一组混合物组分能否完全分离开，在
很大程度上取决于色谱固定相选择得是否合适。固定相分为：
1,吸附剂
具有吸附活性，一般用于分析永久性气体和氧化铝、活性碳
和分子筛等。
2,固定液
指涂渍在多孔的惰性载体表面上起分离作用的物质，在操作
温度下是不易挥发的液体。种类很多。而且多数由于具有线性
分配等温线，使色谱流出曲线呈高斯对称分布，因此固定液是
气相色谱中使用最多的固定相。
气相色谱固定相
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4.2 气相色谱仪简介
3,化学键合固定相
这是一种新型固定相，是利用化学反应在载体表面键合上
特定基团的固定相。此种固定相比物理涂渍方法所得到的固定
相热稳定性能好，液相传质阻力小，柱效高。但其合成较困难，
对组分的保留机理还需进一步研究。
4．高分子多孔小球
苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物或其它共聚物的多孔小球，
可以单独或涂渍固定液后作为固定相。一般认为组分在其表面
既存在着吸附作用又存在着溶解作用。在低温时，可能以吸附
为主，在高温时以分配为主。
气相色谱固定相
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4.2 气相色谱仪简介
在实际工作中可依据“相似相溶”的规律来选择固定
液。即选择的固定液与样品的化学结构相似，极性相似，
则分子之间的作用力就强，选择性就高。
在气相色谱手册中可查到各种固定液的性质、最高使
用温度、极性指标以及可分离样品的类型。
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4.3 色谱谱图解析
4.3.1 色谱图表示方法
谱图的 横坐标 代表分析时间或流动相流出体积,纵坐
标 是检测器响应信号的大小，可以表征样品流出浓度。
谱图中流出组分通过检测器系统所产生的响应信号的
微分曲线称为 色谱峰 。
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4.3 色谱谱图解析
4.3.1 色谱图表示方法
色谱谱图的解析可通过下述 3方面进行：
(1) 色谱峰的位置
是由组分在两相间的分配状况所决定的，与组分的分子结
构有关，定性分析的主要依据，反映了色谱的热力学过程。
(2) 色谱峰的大小和形状
峰大小代表了样品中各组分的含量，定量分析的主要依据，
而峰的宽窄与组分在柱中运动状况有关，反映了色谱的动力
学过程，由组分的结构和操作条件决定。
32
4.3 色谱谱图解析
4.3.1 色谱图表示方法
(3) 色谱峰的分离
是表示样品中各组分能否分离开。图 4-4显示了色谱峰的
三种分离状况。最佳分离条件的选择要综合考虑上述因素。
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色谱曲线反映出的重要信息：
A、根据色谱峰的个数，可判断样品中所含组份的最少数；
B、根据色谱峰的保留值 (或位置 )，可以进行定性分析；
C、根据色谱峰下的面积或峰高，可以进行定量分析；
D、依据色谱峰的保留值及其区域宽度，评价色谱柱分离效
能；
E、色谱峰两峰间的距离，是评价固定相 (和流动相 )选择是
否合适的依据。
4.3 色谱谱图解析
4.3.1 色谱图表示方法
34
4.3 色谱谱图解析
4.3.2 色谱过程方程
35
4.3.2 色谱过程方程
Fc是被校正到柱温下的载气体积流速 (mL/min)。
j为压力梯度校正因子，用以校正色谱柱中由于流 动相的
可压缩性所产生的压力梯度因子。
表 4-5中各项保留值的大小都和固定相的用量有关，由
于在定性分析中使用不便，因此引入 3种保留值,比保留
体积, 相对保留值 和 保留指数 。
比保留体积 (Vg)，即每克固定液校正到 273K时的净保
留体积。
c
N
c
g m
V
TV
273?
36
4.3.2 色谱过程方程
由于固定液在柱中有流失，固定液含量不易测准，测得
的 Vg值就有误差，故引入相对保留值 ris，其中脚标 i和 s分
别代表样品与参比组分。
'
)(
'
)(
'
)(
'
)(
sR
iR
sR
iR
is V
V
t
t
r ??
有时不易找到对所有组分都适合的参比组分，因此引入
保留指数 (I)，以一系列正构烷烃为参比物来进行计算。通
常以色谱图上位于待测组分两侧的相邻正构烷烃的保留值
为基准，用对数内插法求得。每个正构烷烃的保留指数规
定为其碳原子数乘以 100：
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4.3.2 色谱过程方程
式中,z,z+1分别代表在组分 i色谱峰前、后出现的正构
烷烃的碳原子数。
在一般情况下，这 3种保留值与载气流速和固定液含量
无关，都可作为定性指标的参数，其值在色谱手册中均可
查到。
根据上述保留值的定义，推出色谱过程方程：
'RMR VVV ??
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4.3.3 色谱流出曲线方程
当组分具有线性分配等温线且可忽略纵向扩散时．为了
研究色谱峰形，依据半经验的塔板理论，把色谱柱看成由
一块块塔板组成。在每块板内，气、液瞬间达成平衡且载
气是脉冲式冲洗。
色谱峰大小一般可用下面两个参数来描述：
(1) 峰高 h
从峰最大值到峰底的距离。峰最大值时 C＝ Cmax，则 t＝ tR。
(2) 峰宽 W
峰两侧拐点处作切线与峰底相交的两点之间的距离。
峰宽也是色谱过程中的一个重要指标，是与柱效有关的
重要参数。
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4.3.4 分离度,柱 效及其影响因素
气相色谱分析的关键是使混合物各组分能分离。可用
分离度 R来描述峰分离情况。
???
?
???
?
?
??
21
122
WW
ttR RR
由上式可知，两个相邻组分要达到良好的分离是由两
个因素所决定的。首先是保留值相差越大越好，也就是要
选择一个合适的柱子；其次，峰要足够窄，也就是说，要
求合适的操作条件和高的柱效。
在色谱分析中，柱效通常用理论板数 n、理论板高 H或
有效板数 neff来表示。
40
4.3.4 分离度,柱 效及其影响因素
n和 neff的数值越大，表示柱效能越高。
峰高正比于进样量和理论板数，反比于保留体积。
峰宽与保留值成正比与理论板数成反比。
因此在恒温条件下对样品进行分析，随着分析时间的增加，
组分峰的宽度也逐渐增加。
板高 H越小，柱效能越高。
41
4.4 定性与定量分析
色谱定性主要依据是组分的保留值，也就是说当色谱条
件一定时，组分的保留值是不变的。
最简便又可靠的 方法 是在相同色谱条件下 (包括进样量也
相近 )，用已知组分和未知组分的保留值相对比，若不一致，
可以肯定它们不是同一组分；若一致，就说明它们有可能是
同 — 组分。为使定性结果更充分，一般应使用两种 (极性、非
极性 )或三种 (极性、非极性、氢键 )柱来定性。若找不到已知
组分，也可依照文献中所查到的组分保留指数的值来对照定
性。但严格说来，这种依照保留值来定性的方法，只是必要
条件而并不充分。
42
4.4 定性与定量分析
43
4.4 定性与定量分析
另一种方法是利用气相色谱与其它分析仪器如质谱、傅
里叶变换红外光谱等联用进行定性。这样既能发挥气相色谱
法对复杂混合物分离能力强的特点，又能弥补其难于对每
个未知组分定性鉴定的缺点。而且，对质谱、红外等仪器，
既可发挥其对单一组分定性鉴定能力强的特点，又能弥补它
们不能对多组分混合物进行定性分析的弱点。这种定性方法
是比较可靠的，但仪器设备及操作比较复杂。
44
4.4 定性与定量分析
色谱法用于定量分析既准确又方便。定量分析是依据色
谱峰的峰高或峰面积来判断分析物的含量。但是由于同一检
测器对不同物质具有不同的响应值，使得含量相同的两种组
分在通过同一检测器时，所得到的信号可能不相同。因此在
进行定量分析时，必须引入相对响应值 (s)或校正因子 (f)进行
校正。
定量计算方法很多，目前最广泛应用的有下述四种。
45
4.4 定性与定量分析
4.4.1 归一化法
当试样中全部组分都显示出色谱峰，且每个组分相应
的校正因子都知道时可用下式：
式中,xi为试样中组分 i的百分含量； Ai,fi分别代表组
分 i的峰面积和校正因子。
此方法简便、准确，测定结果受操作条件 (如进样量、
流量等 )影响较小。
46
4.4 定性与定量分析
4.4.2 内标法
当试样组分不能全部从色谱柱流出，或有些组分在检测
器上没有信号时，就不能使用归一化法，这时可用内标法。
在已知量的试样中加入能与所有组分完全分离的已知量
的内标物质，用相应的校正因子校准待测组分的峰值并与内
标物质的峰值进行比较，用下式求出待测组分的百分含量：
100( % ),??
s
isis
i mA
fAmx
式中,Ai,As分别代表组分 i与内标物的峰面积； fs,i 为组分
i与内标物质相比的校正因子； m和 ms分别为试样和内标物的
质量。
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4.4 定性与定量分析
此方法是通过测量内标物及欲测组份的峰面积的相对值
来进行计算的，因而受色谱操作条件变化的影响较小，但
内标物加入量一定要准确。
在试样中增加了一个内标物，这常常给分离造成一定的
困难。
内标物必须是待测试样中不存在的；
内标峰应与试样中各组份的峰分开，并尽量接近欲分析
的组份。
4.4.2 内标法
48
4.4 定性与定量分析
式中 xi为试样中组分的含量； Ei为标准试样中组分 i的含
量； AE为标准试样中组分 i的峰面积。
这种方法不必加入内标物，不需要求校正因子，分析结
果的准确性取决于进样的准确程度和操作条件的稳定性。
4.4.3 外标法
在相同的操作条件下，分别将等量的试样和含待测组
分的标准试样进行色谱分析，再按下式计算组分的含量：
E
iii AAEx ?
49
4.4 定性与定量分析
4.4.4 叠加法
式中 m和 mi分别为试样质量和加入组分 i的质量； Ai和 Aj
分别为试样中组分 i和邻近组分 j的峰面积,Ai’和 Aj’分别为
试样中加入待测组分之后，组分 i和 j的峰面积。
此方法也不需求校正因子，但要求有纯的待测组分，且
加入量一定要准确。
测出试样中待测组分及一邻近组分的峰值后，在已知
量的试样中加入一定量的待测组分，再测出此两组分的峰
值，按下式求出待测组分的百分含量：
50
? 色谱柱是否与进样口和检测器正确地连接
? 进样口是否漏？ 更换进样垫
检查进样衬管是否损坏
? 柱是否与进样口连接？?
? 是否使用自动进样器
?检查进样针
?更换进样针推杆
?样品瓶中是否有足够的样品，以便进样针能吸到样品？
?若使用冷柱头进样，检查 TEFLON垫是否有漏
? 点火了吗？ (FID)
? 柱中是否有载气
4.5 故障诊断与排除
无峰或峰很小
51
? 火点着了吗?
?用一个玻璃片放在 FID 出口 ---- 有水蒸汽冷凝
?检测仪器的输出值 --数值是否大于 0.0？
?柱中是否有载气?
?拆开柱到检测器一端
?用流量计（或皂膜流量计）测量
? 有流量
?综合
?已点火
?柱出口有流量
?检测器喷嘴可能被堵塞
?检查 FID组件 （注意 — 请记录零件的安装顺序）
?检查喷嘴本身 --
? 被石墨碎屑堵塞（拆下柱子时，石墨垫的外型有变化）
?用旧的进样针清除堵塞物
?重新安装 FID组件
?再次进样
寻找色谱峰的方法
(多数的情况是有漏或堵塞 )
52
基线不好的问题
(检查气源的质量 )
使用气体过滤器
53
? 柱过载
?减少进样量或将样品稀释 10倍
? 稀释样品可以得到较好的结果
? 试一下较厚液膜的其他色谱柱
?前面介绍的所有内容均适用
? 前伸峰和拖尾峰均说明是非线形的分配 —— 即色谱柱与样品不匹配
? 使用不同选择性的色谱柱可以解决这个问题
色谱柱故障的诊断与排除
峰型不好（拖尾）
54
分析过程中基线位置突然变化
偏离
? 基线偏离或漂移
? 基线偏离
? 在整个色谱过程中基线不规律地升高或降低
? 偏离或漂移是由于下列原因产生的
? 温度 流速
? 确保在两次进样之间有足够的平衡时间
? 检查体系是否有漏
? 主要检查进样口部分
? 柱前
? 前次色谱过程中的残余的低挥发性流出物
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基线漂移
漂移
? 正确地使用高纯度的载气
? 色谱柱老化
? 色谱柱的最高使用温度不能超过该柱所规定的最高温度极限
? 进样口温度与检测器温度要高于色谱柱的最高使用温度
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基线噪音
? 色谱图的基线噪音太高
? 进样垫流失
? 密封垫的类型不对或使用时间过常，需要更换
? 新的密封垫在柱温箱中老化过夜，以除去易挥发性化合物
? vespel 密封垫不能超过使用温度 (350 ℃ )
? 衬管被污染
? 较脏的样品每进样 15— 20次后，更换新的衬管
? 气源可能被污染
? 选择正确的在线气体净化器 (traps)
? 每使用四瓶气体，至少要更换一次气体净化器
? 检测器可能已被污染 —— 清洗检测器
? 实验室是否有异常的气体
噪音
57
进样垫
隔垫类型 性 能
高温进样垫适合与进样口温度在 400℃ 以上使用（批检）
350 ℃ 以上普通用途的高温进样垫
长寿命的进样垫，无需特殊保护 （ 可用于自动进样器）
经济型 — 比 BTO、高级绿色垫、长寿命黄色垫（较贵）的流失
高,但更经济
流失及温度优化的进样垫
(BTO) 橙 /红色
HP 绿色高级进样垫
HP 黄色长寿命进样垫
灰色低流失进样垫
红色低流失进样垫 与灰色低流失进样垫接近 — 流失高于
BTO、绿色垫、黄色垫
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色谱柱密封垫
通用技术
? 使用轻触点 -- 不能过紧,
? 保持清洁,
? 在使用前烘焙密封垫,
? 避免污染 -- 指纹、油脂等,
? 检查使用的密封垫是否有裂纹、碎片、或其它
的损坏,
59
柱故障的诊断与排除
附加峰
? 鬼峰
? 柱头污染
? 烘焙色谱柱，然后做空运行（无样品）
? 进样垫流失
? 使用高质量的产品
? 进样口污染
? 残留在进样口或衬管中的物质
? 载气不纯
? 使用高纯度的载气及高质量的气体净化器，并定期更换
? 载气中杂质与固定相发生反应
? 若使用分离 /无分流进样口
? 进样口底部的密封垫可能会与样品反应
? 使用金制进口密封垫
有两种类型的附加峰
1,即使不进样也会出现的峰 (鬼峰 ), 并且在色谱分析过程中也会出现
在真实的峰之中
2,由样品产生的附加峰
60
柱故障的诊断与排除
附加峰
? 即使进纯样，也会出现附加峰
? 做一次空运行 --
? 如果这些峰还存在，不是由样品产生的，按照前面介绍的方法检查
? 进样口温度过热，可以导致样品组分的降解
? 每次将进样口降低 20℃, 观察这些峰是否还出现
? 衬管与样品起反应
? 使用脱活的衬管
? 衬管内填充物有活性
? 更换衬管内填充物或使用无填充物的衬管
? 样品在进样口停留的时间太长
? 增加柱流速
? 样品组分稳定性差
? 尽可能降低进样口温度
? 使用脉冲式无分流或脉冲式分流进样
61
柱故障的诊断与排除
丢失色谱峰
? 进样口温度太低
? 高沸点的化合物不能很快地气化
? 增加进样口温度
? 进样口温度太高
? 许多挥发性的组分在进样口降解
? 降低进样口温度
? 进样口被污染
? 进样口的污染物与样品发生反应
? 清洗进样口，更换衬管和进样垫
? 衬管有活性
? 使用脱活的衬管
色谱图中没有出现你希望得到的样品组分峰
62
柱故障的诊断与排除
峰型不好
? 柱过载
? 将样品稀释 10倍重新进样
? 使用较厚液膜但固定液相同的色谱柱
? 减少进样量
? 小体积进样
增加分流比
? 可能是几个未分离的色谱峰
? 将柱温降低 20℃ 再进样
? 局部的分离可以显示其它额外的样品组分
? 使用较长的色谱柱
? 试一试不同选择性或不同极性的柱子
? 如将 HP-1换成 HP-5
? 如将 HP-5换成 HP-35或 HP-50+
? 例如半挥发性的苯甲酸（色谱性能不好）
63
柱故障的诊断与排除
峰型很差
? 合并的峰（未分离的峰）
? 将柱温降低 20-30℃
? 在进样口的底部安装柱子的地方安装
绝缘帽
? 将进样口温度增加 20-30℃
? 检查样品与溶剂的选择是否正确
? 对极性的化合物使用极性的溶剂
峰顶分叉（双肩峰）
检测器过载
减少进样量或将样品稀释 10倍
或者使用较大的分流比
稀释样品可以达到较好的效果
64
色谱柱安装到进样口
评定因素
? 安装深度 -- 柱到针的间隙
? 按照厂方的介绍,
? 在进样针头到柱保留 1-2厘米的间隙
? 对分析物和样品基质选择适用的衬管
? 使用专用的柱切割器
? 保证所有的柱接头及其它接口不漏
65
色谱柱安装位置可能引起的问题
? 色谱柱到检测器安装位置不正
确 ; 使其不能到达 FID喷嘴
? 色谱柱到进样口安装位置不正
确, 使其不能到达进样口
? 色谱柱到进样口及检测器的位
置安装正确
66
67
便
携
式
气
相
色
谱
仪
68
4.6 反气相色谱法
? 4.6.1 原理
1966年 Davis提出的,inverse gas chromatography,IGC。
IGC法是把被测样品 (如聚合物样品 )作为固定相，把某
种已知挥发性的低分子化合物 (探针分子 )注入汽化室汽化
后，用载气带入色谱柱中，在气相－聚合物相两相中进行
分配。
由于聚合物的组成和结构不同，与探针分子的相互作
用也就不同，由此研究聚合物的各种性质、聚合物与探针
分子之间的相互作用以及聚合物与聚合物之间的相互作用。
69
4.6 反气相色谱法
? 4.6.1 原理
IGC可以利用普通的气相色谱仪器。气相色谱的原理
与计算公式等均适用于反气相色谱。
选择合适的检测器，检测探针分子在色谱柱中的聚合
物相中的保留时间 tR，直接计算或换算成比保留体积 Vg。
由此推算出聚合物与探针分子以及聚合物之间的相互作用
参数等，依据 Vg随温度或载气流速的变化还可研究聚合物
的性能。
70
4.6 反气相色谱法
? 4.6.2 聚合物样品的制备
一般是将聚合物样品作为固定液溶解后涂在合适的载
体上，再填充到色谱柱中。
也可以直接把薄膜状、纤维状、粉末状的聚合物填充
到色谱柱中，还可以用聚合物作固定液制备毛细管柱。
在用涂渍法制备填充柱时，要注意选择载体。要求载
体表面呈惰性，且无吸附作用。但大多数载体都有一定的
吸附作用，应进行修正。
设净保留体积 VN由两部分组成：一是作为固定液的聚
合物的溶解，用 KLVL表示；一是载体表面的溶解，用 KSVS
表示。
71
4.6 反气相色谱法
? 4.6.2 聚合物样品的制备
测定不同流速下的 VN值，外推得到流速趋于零时的净
保留体积 (VN)0，改变聚合物的涂渍量，可得一系列的 (VN)0
值，作图，可知截距为 KL，再由下式计算出 Vg：
SSLLN VKVKV ??
L
SS
L
L
N
V
VKK
V
V ??
P
L
g
KV
??
?P为聚合物密度。
用聚合物涂渍载体时，聚合物膜的厚度一定要掌握好，测定
的要求不同，膜的厚度也不同，须进行条件实验加以确定。
72
4.7 气相色谱法与反气相色谱法
在高分子研究中的应用
气相色谱只能用于分析气体和在一定温度下能汽化的蒸
气样品，因此气相色谱在高分子研究中的应用可分成两类：
一类是样品可直接进行气相色谱分析的，例如单体、溶
剂和各种添加剂纯度的测定，以及通过测定反应过程中单体
组成的变化来研究某些聚合反应动力学过程。
另一类是样品不能直接应用气相色谱方法而需要和其它
技术相结合。也可以对聚合物样品进行一些处理再行分析。
73
4.7 气相色谱法与反气相色谱法
在高分子研究中的应用
例如可用抽提法处理聚合物，即选择合适的低沸点挥
发性溶剂对聚合物中的低分子组分 (残余单体或助剂 )进行
提取，然后再分析提取液。
对抽提效果不好的聚合物样品可用适当的低沸点溶剂
溶解，溶解后可用两种方法进样：一是稀释后直接进样分
析；而是用溶液上部空间分析法 (简称 液上法 )进样。
74
4.7 气相色谱法与反气相色谱法
在高分子研究中的应用
液上法 就是将聚合物溶液置于一密闭容器中，液面上
部留有足够的空间，待挥发性组分在密闭体系中的液相和
气相达到分配平衡后，再取上部气态物质注入色谱柱进行
分析。
液上法的灵敏度依赖于被分析组分的蒸气压和其在溶
剂中的溶解度。
要定量测定需先用内标法或外标法求得被测物在气液
两相中的分配系数，才能依照气相组分的测定计算出含量。
75
4.7 气相色谱法与反气相色谱法
在高分子研究中的应用
固上法 是将聚合物粉末直接置于密闭容器中，容器内
上部留足够的空间，升高一定温度，待被测挥发性组分在
气固两相中达到平衡后，从上部空间取样注入色谱柱进行
分析。
液上法和固上法都要防止取样过程中发生组分冷凝，
并要求气液或气固达到平衡的时间短。
如测聚苯乙烯中残留单体含量时，只能用液上法，而
测聚氯乙烯中残留单体含量时则用固上法。
76
4.7 气相色谱法与反气相色谱法
在高分子研究中的应用
反气相色谱法可直接又广泛地用于高聚物研究中。例
如测定某些低聚物的分子量，研究聚合物的热转变温度与
分子量的关系，测量聚合物之间、聚合物与溶剂之间的相
互作用参数以及结晶聚合物的结晶度和结晶动力学曲线，
此外，还可以测定低分子溶剂在聚合物中的扩散系数、扩
散活化能等。
77
4.7.1 聚合物的热转变温度
用反气相色谱研究聚合物的热转变温度，依据下式，
按一定程序改变柱温 Tc，由于净保留体积 VN的变化，使 Vg
随之而变化。
c
N
c
g m
V
TV
2 7 3?
AB段，处于玻璃态，探针分子不
能扩散到聚合物的内部，而是被吸
附在聚合物表面。
B点相当于玻璃化转变温度。
BD段聚合物处于高弹态。 C点探
针分子达到扩散平衡。
78
4.7.1 聚合物的热转变温度
F点即聚合物的熔点。
FG段聚合物处于粘流态。
总之,AB段说明探针分子在
聚合物表面吸附,CD段说明探针
分子在聚合物内部为非晶区溶解，
FG段说明探针分子在聚合物内部
所有区域溶解。由于表面吸附热
焓和溶解热焓不同，所以各段的
斜率不同。
79
4.7.2 聚合物的结晶度与结晶动力学
在某一温度 D点，把 GF线段向低温
方向外推，得到 E点。由 D和 E点对
应的净保留体积值，可得结晶度：
不需要预先知道聚合物的晶区和非
晶区的参数，也不必记录柱中所用
聚合物的质量和载气流速。
反气相色谱法也可用于聚合物
结晶动力学的研究。
g
g
c V
VX
??? 1
80
4.7.3 低分子化合物在聚合物中的扩散系
数与扩散活化能
研究低分子化合物在聚合物中的扩散作用可以得到低分
子物质对聚合物膜的渗透能力或聚合物中添加的低分子组分
的挥发性。
在不同流速下测定板高可以得到传质阻力系数 C：
2
2
2 )1(
8
K
K
D
dC
l
f
??
??
?
df为载体表面所涂聚合物膜的厚度；
Dl为探针分子在聚合物中的扩散系数；
?为探针分子的容量因子；
M
R
t
tKK ????
?
rV
m
A
Vd pp
f /3
/ ???
81
4.7.3 低分子化合物在聚合物中的扩散系
数与扩散活化能
如果玻璃微珠柱内堆积较密，则微珠的总体积 V约占柱内
体积 Vc的 70％，,即
把 df值代入，就可求得扩散系数 Dl。
由阿伦尼乌斯方程，可求得扩散活化能 。
rLr
md
c
p
f /1.2
/
2?
??
27.07.0 cc LrVV ???
RTEll DeDD ??? 0
DE?
82
4.7.4 探针分子与聚合物、聚合物与聚合
物之间的相互作用参数
探针分子 (1)与某聚合物 (i)之间的相互作用参数下 x1i为：
)()1(ln 111
0
11
1
0
1
1 VBRT
P
vM
V
VVP
R T vx
ppg
p
i ?????
两种聚合物 2和 3之间的相互作用参数 x23为：
)( )23(1313212
321
2
23 xxxV
Vx ??? ??
??
色谱分离是在互不相溶的两相即固定相和流动
相中进行的一种物理化学分离方法。
试样由载气带进色谱柱时，立即被固定相吸附。载气
不断流过固定相时，吸附着的组分又被洗脱下来，这种洗
脱下来的现象称为 脱附,脱附的组分随着载气继续前进时，
又被前面的固定相吸附，随着载气的流动，被测组分在固
定相进行反复的物理吸附和脱附过程。
第 4章 气相色谱法与反气相色谱法
? 4.1 色谱分离原理及其分类
2
由于被测组分的性质不同，它们在固定相上的吸附能力
就不一样，较难吸附的组分比较容易脱附，逐渐走在前面；
容易吸附的组分不易被脱附，逐渐走在后面，经过一段时
间后，即通过一定的载气后，试样中各组分彼此分离，先
后流出色谱柱，各自进入检测器。
这种物质在固定相和流动相之间发生的吸附、脱附和溶
解、挥发的过程叫做 分配过程 。被测物中各组分，各自以
一定比例分配在固相和气相之间。在一定温度下组分在两
相之间分配达到平衡时的浓度比称为分配系数 — K：
?4.1 色谱分离原理及其分类
3
? 4.1 色谱分离原理及其分类
G
L
C
CK ?
K越大，移动速度越小。若 KC>KB>KA，其分
离示意图如下：
各组分的分离与分配系数之间存在着一定关系。一定温
度下，各组分的分配系数 K不同。 K大的组分，每次分配
后在气相中浓度较小，因而流出色谱柱的时间较迟，只有
当分配次数足够多时，不同组分才能分开。
4
4.1 色谱分离原理及其分类
按照用途不同，可
将色谱分成通用色谱、
流程色谱、制备色谱、
裂解气相色谱与顶空气
相色谱等。依据分离原
理的不同，色谱的分类
见下表。
5
4.1 色谱分离原理及其分类
6
色谱法的优点和缺点
1,色谱法的优点
分离效率高。 几十种甚至上百种性质类似的化合物可在同
一根色谱柱上得到分离，能解决许多其他分析方法无能为力的
复杂样品分析。
分析速度快。 一般而言，色谱法可在几分钟至几十分钟的时
间内完成一个复杂样品的分析。
检测灵敏度高。 随着信号处理和检测器制作技术的进步，不
经过预浓缩可以直接检测 10-9g 级的微量物质。如采用预浓缩
技术，检测下限可以达到 10-12g数量级。
样品用量少。 一次分析通常只需数纳升至数微升的溶液样
品。
7
选择性好。 通过选择合适的分离模式和检测方法，可以只
分离或检测感兴趣的部分物质。
多组分同时分析。 在很短的时间内（ 20min左右），可以
实现几十种成分的同时分离与定量。
易于自动化。 现在的色谱仪器已经可以实现从进样到数据
处理的全自动化操作。
2,色谱法的缺点
定性能力较差。 为克服这一缺点，已经发展起来了色谱法
与其他多种具有定性能力的分析技术的联用。
8
气相色谱仪通常由五大系统构成：
◎ 供气系统（高压钢瓶或气体发生器,气体净化器
压力表）
◎ 进样系统（气化室、进样辅助系统）
◎ 分离系统（色谱柱、连接密封部件）
色谱柱是仪器的核心部件。一般是由玻璃管或不锈钢管
制成的，可分为：
4.2 气相色谱仪简介
气相色谱 (gas chromatography,GC)是以
气体作为流动相的一种色谱法。
9
4.2 气相色谱仪简介
(1) 分析用填充柱
内径 2-5mm，通常长度为 1-3m。主要用于一般不太复杂混
合物的分析。
(2) 制备用柱
内径 8-10mm，长 1-10m，主要用于分离提纯样品。
(3) 毛细管柱
一般内径为 0.1-1mm，长 1-100m。用于分析复杂混合物。
◎ 检测系统（检测器、电子电路）
◎计算机控制及数据处理系统（个人电脑、工作站软件）
10
4.2 气相色谱仪简介
11
12
气相色谱仪
13
1,检测器的分类
气相色谱检测器是把载气里被分离的各组分的
浓度或质量转换成电信号的装置 。 目前检测器的种
类多达数十种 。
（ 1） 根据检测原理的不同, 可将其分为浓度型检测器和
质量型检测器 。
浓度型检测器, 测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化,
即检测器的响应值和组分的浓度成正比 。 如热导检测器和电
子捕获检测器 。
4.2 气相色谱仪简介
14
质量型检测器,测量的是载气中某组分进入检测器的速度
变化，即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的
量成正比。如火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。
4.2 气相色谱仪简介
（ 2）按照检测化合物的范围和种类可分为通用型、选择
性检测器。
通用型检测器,
热导池检测器 (TCD)、氢火焰离子化检测器 (FID)。
选择性检测器,
电子捕获检测器 (ECD)，测含电负性的物质；
火焰光度检测器 (FPD)，测含硫磷的化合物；
氮磷检测器 (NPD)，测含氮磷的化合物。
15
2,常用的检测器：
热导检测器 (TCD)、火焰离子化检测器 (FID),电
子捕获检测器 (ECD)。
（ 1） 热导检测器是根据不同的物质具有不同的热导系数原
理制成的。
由于结构简单，性能稳定，几乎对所有物质都有响应，
通用性好，而且线性范围宽，价格便宜，因此是应用最广，
最成熟的一种检测器。其主要缺点是灵敏度较低。
16
17
（ 2）火焰离子化检测器是以氢气和空气燃烧的火焰作为能
源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场
作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，
检测被色谱柱分离出的组分。
特点,灵敏度很高,比 TCD的灵敏度高约 103倍；
检出限低，可达 10-12g·S-1；
能检测大多数含碳有机化合物；
死体积小，响应速度快，线性范围宽；
结构不复杂，操作简单。
是目前应用最广泛的色谱检测器之一。
主要缺点是不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧
化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。
18
19
（ 3）电子捕获检测器也称 电子俘获检测器,它是一种选择
性很强的检测器，对具有电负性物质（如含卤素、硫、磷、
氰等物质）的检测有很高灵敏度（检出限约 1O-14g·cm-3）。
它是目前分析痕量电负性有机物最有效的检测器。电子
捕获检测器已广泛应用于农药残留量、大气及水质污染分析，
以及生物化学、医学、药物学和环境监测等领域中。
它的缺点是线性范围窄，只有 103左右，且响应易受操作
条件的影响，重现性较差。
20
21
22
23
24
25
26
27
4.2 气相色谱仪简介
在气相色谱分析中，一组混合物组分能否完全分离开，在
很大程度上取决于色谱固定相选择得是否合适。固定相分为：
1,吸附剂
具有吸附活性，一般用于分析永久性气体和氧化铝、活性碳
和分子筛等。
2,固定液
指涂渍在多孔的惰性载体表面上起分离作用的物质，在操作
温度下是不易挥发的液体。种类很多。而且多数由于具有线性
分配等温线，使色谱流出曲线呈高斯对称分布，因此固定液是
气相色谱中使用最多的固定相。
气相色谱固定相
28
4.2 气相色谱仪简介
3,化学键合固定相
这是一种新型固定相，是利用化学反应在载体表面键合上
特定基团的固定相。此种固定相比物理涂渍方法所得到的固定
相热稳定性能好，液相传质阻力小，柱效高。但其合成较困难，
对组分的保留机理还需进一步研究。
4．高分子多孔小球
苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物或其它共聚物的多孔小球，
可以单独或涂渍固定液后作为固定相。一般认为组分在其表面
既存在着吸附作用又存在着溶解作用。在低温时，可能以吸附
为主，在高温时以分配为主。
气相色谱固定相
29
4.2 气相色谱仪简介
在实际工作中可依据“相似相溶”的规律来选择固定
液。即选择的固定液与样品的化学结构相似，极性相似，
则分子之间的作用力就强，选择性就高。
在气相色谱手册中可查到各种固定液的性质、最高使
用温度、极性指标以及可分离样品的类型。
30
4.3 色谱谱图解析
4.3.1 色谱图表示方法
谱图的 横坐标 代表分析时间或流动相流出体积,纵坐
标 是检测器响应信号的大小，可以表征样品流出浓度。
谱图中流出组分通过检测器系统所产生的响应信号的
微分曲线称为 色谱峰 。
31
4.3 色谱谱图解析
4.3.1 色谱图表示方法
色谱谱图的解析可通过下述 3方面进行：
(1) 色谱峰的位置
是由组分在两相间的分配状况所决定的，与组分的分子结
构有关，定性分析的主要依据，反映了色谱的热力学过程。
(2) 色谱峰的大小和形状
峰大小代表了样品中各组分的含量，定量分析的主要依据，
而峰的宽窄与组分在柱中运动状况有关，反映了色谱的动力
学过程，由组分的结构和操作条件决定。
32
4.3 色谱谱图解析
4.3.1 色谱图表示方法
(3) 色谱峰的分离
是表示样品中各组分能否分离开。图 4-4显示了色谱峰的
三种分离状况。最佳分离条件的选择要综合考虑上述因素。
33
色谱曲线反映出的重要信息：
A、根据色谱峰的个数，可判断样品中所含组份的最少数；
B、根据色谱峰的保留值 (或位置 )，可以进行定性分析；
C、根据色谱峰下的面积或峰高，可以进行定量分析；
D、依据色谱峰的保留值及其区域宽度，评价色谱柱分离效
能；
E、色谱峰两峰间的距离，是评价固定相 (和流动相 )选择是
否合适的依据。
4.3 色谱谱图解析
4.3.1 色谱图表示方法
34
4.3 色谱谱图解析
4.3.2 色谱过程方程
35
4.3.2 色谱过程方程
Fc是被校正到柱温下的载气体积流速 (mL/min)。
j为压力梯度校正因子，用以校正色谱柱中由于流 动相的
可压缩性所产生的压力梯度因子。
表 4-5中各项保留值的大小都和固定相的用量有关，由
于在定性分析中使用不便，因此引入 3种保留值,比保留
体积, 相对保留值 和 保留指数 。
比保留体积 (Vg)，即每克固定液校正到 273K时的净保
留体积。
c
N
c
g m
V
TV
273?
36
4.3.2 色谱过程方程
由于固定液在柱中有流失，固定液含量不易测准，测得
的 Vg值就有误差，故引入相对保留值 ris，其中脚标 i和 s分
别代表样品与参比组分。
'
)(
'
)(
'
)(
'
)(
sR
iR
sR
iR
is V
V
t
t
r ??
有时不易找到对所有组分都适合的参比组分，因此引入
保留指数 (I)，以一系列正构烷烃为参比物来进行计算。通
常以色谱图上位于待测组分两侧的相邻正构烷烃的保留值
为基准，用对数内插法求得。每个正构烷烃的保留指数规
定为其碳原子数乘以 100：
37
4.3.2 色谱过程方程
式中,z,z+1分别代表在组分 i色谱峰前、后出现的正构
烷烃的碳原子数。
在一般情况下，这 3种保留值与载气流速和固定液含量
无关，都可作为定性指标的参数，其值在色谱手册中均可
查到。
根据上述保留值的定义，推出色谱过程方程：
'RMR VVV ??
38
4.3.3 色谱流出曲线方程
当组分具有线性分配等温线且可忽略纵向扩散时．为了
研究色谱峰形，依据半经验的塔板理论，把色谱柱看成由
一块块塔板组成。在每块板内，气、液瞬间达成平衡且载
气是脉冲式冲洗。
色谱峰大小一般可用下面两个参数来描述：
(1) 峰高 h
从峰最大值到峰底的距离。峰最大值时 C＝ Cmax，则 t＝ tR。
(2) 峰宽 W
峰两侧拐点处作切线与峰底相交的两点之间的距离。
峰宽也是色谱过程中的一个重要指标，是与柱效有关的
重要参数。
39
4.3.4 分离度,柱 效及其影响因素
气相色谱分析的关键是使混合物各组分能分离。可用
分离度 R来描述峰分离情况。
???
?
???
?
?
??
21
122
WW
ttR RR
由上式可知，两个相邻组分要达到良好的分离是由两
个因素所决定的。首先是保留值相差越大越好，也就是要
选择一个合适的柱子；其次，峰要足够窄，也就是说，要
求合适的操作条件和高的柱效。
在色谱分析中，柱效通常用理论板数 n、理论板高 H或
有效板数 neff来表示。
40
4.3.4 分离度,柱 效及其影响因素
n和 neff的数值越大，表示柱效能越高。
峰高正比于进样量和理论板数，反比于保留体积。
峰宽与保留值成正比与理论板数成反比。
因此在恒温条件下对样品进行分析，随着分析时间的增加，
组分峰的宽度也逐渐增加。
板高 H越小，柱效能越高。
41
4.4 定性与定量分析
色谱定性主要依据是组分的保留值，也就是说当色谱条
件一定时，组分的保留值是不变的。
最简便又可靠的 方法 是在相同色谱条件下 (包括进样量也
相近 )，用已知组分和未知组分的保留值相对比，若不一致，
可以肯定它们不是同一组分；若一致，就说明它们有可能是
同 — 组分。为使定性结果更充分，一般应使用两种 (极性、非
极性 )或三种 (极性、非极性、氢键 )柱来定性。若找不到已知
组分，也可依照文献中所查到的组分保留指数的值来对照定
性。但严格说来，这种依照保留值来定性的方法，只是必要
条件而并不充分。
42
4.4 定性与定量分析
43
4.4 定性与定量分析
另一种方法是利用气相色谱与其它分析仪器如质谱、傅
里叶变换红外光谱等联用进行定性。这样既能发挥气相色谱
法对复杂混合物分离能力强的特点，又能弥补其难于对每
个未知组分定性鉴定的缺点。而且，对质谱、红外等仪器，
既可发挥其对单一组分定性鉴定能力强的特点，又能弥补它
们不能对多组分混合物进行定性分析的弱点。这种定性方法
是比较可靠的，但仪器设备及操作比较复杂。
44
4.4 定性与定量分析
色谱法用于定量分析既准确又方便。定量分析是依据色
谱峰的峰高或峰面积来判断分析物的含量。但是由于同一检
测器对不同物质具有不同的响应值，使得含量相同的两种组
分在通过同一检测器时，所得到的信号可能不相同。因此在
进行定量分析时，必须引入相对响应值 (s)或校正因子 (f)进行
校正。
定量计算方法很多，目前最广泛应用的有下述四种。
45
4.4 定性与定量分析
4.4.1 归一化法
当试样中全部组分都显示出色谱峰，且每个组分相应
的校正因子都知道时可用下式：
式中,xi为试样中组分 i的百分含量； Ai,fi分别代表组
分 i的峰面积和校正因子。
此方法简便、准确，测定结果受操作条件 (如进样量、
流量等 )影响较小。
46
4.4 定性与定量分析
4.4.2 内标法
当试样组分不能全部从色谱柱流出，或有些组分在检测
器上没有信号时，就不能使用归一化法，这时可用内标法。
在已知量的试样中加入能与所有组分完全分离的已知量
的内标物质，用相应的校正因子校准待测组分的峰值并与内
标物质的峰值进行比较，用下式求出待测组分的百分含量：
100( % ),??
s
isis
i mA
fAmx
式中,Ai,As分别代表组分 i与内标物的峰面积； fs,i 为组分
i与内标物质相比的校正因子； m和 ms分别为试样和内标物的
质量。
47
4.4 定性与定量分析
此方法是通过测量内标物及欲测组份的峰面积的相对值
来进行计算的，因而受色谱操作条件变化的影响较小，但
内标物加入量一定要准确。
在试样中增加了一个内标物，这常常给分离造成一定的
困难。
内标物必须是待测试样中不存在的；
内标峰应与试样中各组份的峰分开，并尽量接近欲分析
的组份。
4.4.2 内标法
48
4.4 定性与定量分析
式中 xi为试样中组分的含量； Ei为标准试样中组分 i的含
量； AE为标准试样中组分 i的峰面积。
这种方法不必加入内标物，不需要求校正因子，分析结
果的准确性取决于进样的准确程度和操作条件的稳定性。
4.4.3 外标法
在相同的操作条件下，分别将等量的试样和含待测组
分的标准试样进行色谱分析，再按下式计算组分的含量：
E
iii AAEx ?
49
4.4 定性与定量分析
4.4.4 叠加法
式中 m和 mi分别为试样质量和加入组分 i的质量； Ai和 Aj
分别为试样中组分 i和邻近组分 j的峰面积,Ai’和 Aj’分别为
试样中加入待测组分之后，组分 i和 j的峰面积。
此方法也不需求校正因子，但要求有纯的待测组分，且
加入量一定要准确。
测出试样中待测组分及一邻近组分的峰值后，在已知
量的试样中加入一定量的待测组分，再测出此两组分的峰
值，按下式求出待测组分的百分含量：
50
? 色谱柱是否与进样口和检测器正确地连接
? 进样口是否漏？ 更换进样垫
检查进样衬管是否损坏
? 柱是否与进样口连接？?
? 是否使用自动进样器
?检查进样针
?更换进样针推杆
?样品瓶中是否有足够的样品，以便进样针能吸到样品？
?若使用冷柱头进样，检查 TEFLON垫是否有漏
? 点火了吗？ (FID)
? 柱中是否有载气
4.5 故障诊断与排除
无峰或峰很小
51
? 火点着了吗?
?用一个玻璃片放在 FID 出口 ---- 有水蒸汽冷凝
?检测仪器的输出值 --数值是否大于 0.0？
?柱中是否有载气?
?拆开柱到检测器一端
?用流量计（或皂膜流量计）测量
? 有流量
?综合
?已点火
?柱出口有流量
?检测器喷嘴可能被堵塞
?检查 FID组件 （注意 — 请记录零件的安装顺序）
?检查喷嘴本身 --
? 被石墨碎屑堵塞（拆下柱子时，石墨垫的外型有变化）
?用旧的进样针清除堵塞物
?重新安装 FID组件
?再次进样
寻找色谱峰的方法
(多数的情况是有漏或堵塞 )
52
基线不好的问题
(检查气源的质量 )
使用气体过滤器
53
? 柱过载
?减少进样量或将样品稀释 10倍
? 稀释样品可以得到较好的结果
? 试一下较厚液膜的其他色谱柱
?前面介绍的所有内容均适用
? 前伸峰和拖尾峰均说明是非线形的分配 —— 即色谱柱与样品不匹配
? 使用不同选择性的色谱柱可以解决这个问题
色谱柱故障的诊断与排除
峰型不好（拖尾）
54
分析过程中基线位置突然变化
偏离
? 基线偏离或漂移
? 基线偏离
? 在整个色谱过程中基线不规律地升高或降低
? 偏离或漂移是由于下列原因产生的
? 温度 流速
? 确保在两次进样之间有足够的平衡时间
? 检查体系是否有漏
? 主要检查进样口部分
? 柱前
? 前次色谱过程中的残余的低挥发性流出物
55
基线漂移
漂移
? 正确地使用高纯度的载气
? 色谱柱老化
? 色谱柱的最高使用温度不能超过该柱所规定的最高温度极限
? 进样口温度与检测器温度要高于色谱柱的最高使用温度
56
基线噪音
? 色谱图的基线噪音太高
? 进样垫流失
? 密封垫的类型不对或使用时间过常，需要更换
? 新的密封垫在柱温箱中老化过夜，以除去易挥发性化合物
? vespel 密封垫不能超过使用温度 (350 ℃ )
? 衬管被污染
? 较脏的样品每进样 15— 20次后，更换新的衬管
? 气源可能被污染
? 选择正确的在线气体净化器 (traps)
? 每使用四瓶气体，至少要更换一次气体净化器
? 检测器可能已被污染 —— 清洗检测器
? 实验室是否有异常的气体
噪音
57
进样垫
隔垫类型 性 能
高温进样垫适合与进样口温度在 400℃ 以上使用（批检）
350 ℃ 以上普通用途的高温进样垫
长寿命的进样垫，无需特殊保护 （ 可用于自动进样器）
经济型 — 比 BTO、高级绿色垫、长寿命黄色垫（较贵）的流失
高,但更经济
流失及温度优化的进样垫
(BTO) 橙 /红色
HP 绿色高级进样垫
HP 黄色长寿命进样垫
灰色低流失进样垫
红色低流失进样垫 与灰色低流失进样垫接近 — 流失高于
BTO、绿色垫、黄色垫
58
色谱柱密封垫
通用技术
? 使用轻触点 -- 不能过紧,
? 保持清洁,
? 在使用前烘焙密封垫,
? 避免污染 -- 指纹、油脂等,
? 检查使用的密封垫是否有裂纹、碎片、或其它
的损坏,
59
柱故障的诊断与排除
附加峰
? 鬼峰
? 柱头污染
? 烘焙色谱柱，然后做空运行（无样品）
? 进样垫流失
? 使用高质量的产品
? 进样口污染
? 残留在进样口或衬管中的物质
? 载气不纯
? 使用高纯度的载气及高质量的气体净化器，并定期更换
? 载气中杂质与固定相发生反应
? 若使用分离 /无分流进样口
? 进样口底部的密封垫可能会与样品反应
? 使用金制进口密封垫
有两种类型的附加峰
1,即使不进样也会出现的峰 (鬼峰 ), 并且在色谱分析过程中也会出现
在真实的峰之中
2,由样品产生的附加峰
60
柱故障的诊断与排除
附加峰
? 即使进纯样，也会出现附加峰
? 做一次空运行 --
? 如果这些峰还存在，不是由样品产生的，按照前面介绍的方法检查
? 进样口温度过热，可以导致样品组分的降解
? 每次将进样口降低 20℃, 观察这些峰是否还出现
? 衬管与样品起反应
? 使用脱活的衬管
? 衬管内填充物有活性
? 更换衬管内填充物或使用无填充物的衬管
? 样品在进样口停留的时间太长
? 增加柱流速
? 样品组分稳定性差
? 尽可能降低进样口温度
? 使用脉冲式无分流或脉冲式分流进样
61
柱故障的诊断与排除
丢失色谱峰
? 进样口温度太低
? 高沸点的化合物不能很快地气化
? 增加进样口温度
? 进样口温度太高
? 许多挥发性的组分在进样口降解
? 降低进样口温度
? 进样口被污染
? 进样口的污染物与样品发生反应
? 清洗进样口，更换衬管和进样垫
? 衬管有活性
? 使用脱活的衬管
色谱图中没有出现你希望得到的样品组分峰
62
柱故障的诊断与排除
峰型不好
? 柱过载
? 将样品稀释 10倍重新进样
? 使用较厚液膜但固定液相同的色谱柱
? 减少进样量
? 小体积进样
增加分流比
? 可能是几个未分离的色谱峰
? 将柱温降低 20℃ 再进样
? 局部的分离可以显示其它额外的样品组分
? 使用较长的色谱柱
? 试一试不同选择性或不同极性的柱子
? 如将 HP-1换成 HP-5
? 如将 HP-5换成 HP-35或 HP-50+
? 例如半挥发性的苯甲酸（色谱性能不好）
63
柱故障的诊断与排除
峰型很差
? 合并的峰（未分离的峰）
? 将柱温降低 20-30℃
? 在进样口的底部安装柱子的地方安装
绝缘帽
? 将进样口温度增加 20-30℃
? 检查样品与溶剂的选择是否正确
? 对极性的化合物使用极性的溶剂
峰顶分叉（双肩峰）
检测器过载
减少进样量或将样品稀释 10倍
或者使用较大的分流比
稀释样品可以达到较好的效果
64
色谱柱安装到进样口
评定因素
? 安装深度 -- 柱到针的间隙
? 按照厂方的介绍,
? 在进样针头到柱保留 1-2厘米的间隙
? 对分析物和样品基质选择适用的衬管
? 使用专用的柱切割器
? 保证所有的柱接头及其它接口不漏
65
色谱柱安装位置可能引起的问题
? 色谱柱到检测器安装位置不正
确 ; 使其不能到达 FID喷嘴
? 色谱柱到进样口安装位置不正
确, 使其不能到达进样口
? 色谱柱到进样口及检测器的位
置安装正确
66
67
便
携
式
气
相
色
谱
仪
68
4.6 反气相色谱法
? 4.6.1 原理
1966年 Davis提出的,inverse gas chromatography,IGC。
IGC法是把被测样品 (如聚合物样品 )作为固定相，把某
种已知挥发性的低分子化合物 (探针分子 )注入汽化室汽化
后，用载气带入色谱柱中，在气相－聚合物相两相中进行
分配。
由于聚合物的组成和结构不同，与探针分子的相互作
用也就不同，由此研究聚合物的各种性质、聚合物与探针
分子之间的相互作用以及聚合物与聚合物之间的相互作用。
69
4.6 反气相色谱法
? 4.6.1 原理
IGC可以利用普通的气相色谱仪器。气相色谱的原理
与计算公式等均适用于反气相色谱。
选择合适的检测器，检测探针分子在色谱柱中的聚合
物相中的保留时间 tR，直接计算或换算成比保留体积 Vg。
由此推算出聚合物与探针分子以及聚合物之间的相互作用
参数等，依据 Vg随温度或载气流速的变化还可研究聚合物
的性能。
70
4.6 反气相色谱法
? 4.6.2 聚合物样品的制备
一般是将聚合物样品作为固定液溶解后涂在合适的载
体上，再填充到色谱柱中。
也可以直接把薄膜状、纤维状、粉末状的聚合物填充
到色谱柱中，还可以用聚合物作固定液制备毛细管柱。
在用涂渍法制备填充柱时，要注意选择载体。要求载
体表面呈惰性，且无吸附作用。但大多数载体都有一定的
吸附作用，应进行修正。
设净保留体积 VN由两部分组成：一是作为固定液的聚
合物的溶解，用 KLVL表示；一是载体表面的溶解，用 KSVS
表示。
71
4.6 反气相色谱法
? 4.6.2 聚合物样品的制备
测定不同流速下的 VN值，外推得到流速趋于零时的净
保留体积 (VN)0，改变聚合物的涂渍量，可得一系列的 (VN)0
值，作图，可知截距为 KL，再由下式计算出 Vg：
SSLLN VKVKV ??
L
SS
L
L
N
V
VKK
V
V ??
P
L
g
KV
??
?P为聚合物密度。
用聚合物涂渍载体时，聚合物膜的厚度一定要掌握好，测定
的要求不同，膜的厚度也不同，须进行条件实验加以确定。
72
4.7 气相色谱法与反气相色谱法
在高分子研究中的应用
气相色谱只能用于分析气体和在一定温度下能汽化的蒸
气样品，因此气相色谱在高分子研究中的应用可分成两类：
一类是样品可直接进行气相色谱分析的，例如单体、溶
剂和各种添加剂纯度的测定，以及通过测定反应过程中单体
组成的变化来研究某些聚合反应动力学过程。
另一类是样品不能直接应用气相色谱方法而需要和其它
技术相结合。也可以对聚合物样品进行一些处理再行分析。
73
4.7 气相色谱法与反气相色谱法
在高分子研究中的应用
例如可用抽提法处理聚合物，即选择合适的低沸点挥
发性溶剂对聚合物中的低分子组分 (残余单体或助剂 )进行
提取，然后再分析提取液。
对抽提效果不好的聚合物样品可用适当的低沸点溶剂
溶解，溶解后可用两种方法进样：一是稀释后直接进样分
析；而是用溶液上部空间分析法 (简称 液上法 )进样。
74
4.7 气相色谱法与反气相色谱法
在高分子研究中的应用
液上法 就是将聚合物溶液置于一密闭容器中，液面上
部留有足够的空间，待挥发性组分在密闭体系中的液相和
气相达到分配平衡后，再取上部气态物质注入色谱柱进行
分析。
液上法的灵敏度依赖于被分析组分的蒸气压和其在溶
剂中的溶解度。
要定量测定需先用内标法或外标法求得被测物在气液
两相中的分配系数，才能依照气相组分的测定计算出含量。
75
4.7 气相色谱法与反气相色谱法
在高分子研究中的应用
固上法 是将聚合物粉末直接置于密闭容器中，容器内
上部留足够的空间，升高一定温度，待被测挥发性组分在
气固两相中达到平衡后，从上部空间取样注入色谱柱进行
分析。
液上法和固上法都要防止取样过程中发生组分冷凝，
并要求气液或气固达到平衡的时间短。
如测聚苯乙烯中残留单体含量时，只能用液上法，而
测聚氯乙烯中残留单体含量时则用固上法。
76
4.7 气相色谱法与反气相色谱法
在高分子研究中的应用
反气相色谱法可直接又广泛地用于高聚物研究中。例
如测定某些低聚物的分子量，研究聚合物的热转变温度与
分子量的关系，测量聚合物之间、聚合物与溶剂之间的相
互作用参数以及结晶聚合物的结晶度和结晶动力学曲线，
此外，还可以测定低分子溶剂在聚合物中的扩散系数、扩
散活化能等。
77
4.7.1 聚合物的热转变温度
用反气相色谱研究聚合物的热转变温度，依据下式，
按一定程序改变柱温 Tc，由于净保留体积 VN的变化，使 Vg
随之而变化。
c
N
c
g m
V
TV
2 7 3?
AB段，处于玻璃态，探针分子不
能扩散到聚合物的内部，而是被吸
附在聚合物表面。
B点相当于玻璃化转变温度。
BD段聚合物处于高弹态。 C点探
针分子达到扩散平衡。
78
4.7.1 聚合物的热转变温度
F点即聚合物的熔点。
FG段聚合物处于粘流态。
总之,AB段说明探针分子在
聚合物表面吸附,CD段说明探针
分子在聚合物内部为非晶区溶解，
FG段说明探针分子在聚合物内部
所有区域溶解。由于表面吸附热
焓和溶解热焓不同，所以各段的
斜率不同。
79
4.7.2 聚合物的结晶度与结晶动力学
在某一温度 D点，把 GF线段向低温
方向外推，得到 E点。由 D和 E点对
应的净保留体积值，可得结晶度：
不需要预先知道聚合物的晶区和非
晶区的参数，也不必记录柱中所用
聚合物的质量和载气流速。
反气相色谱法也可用于聚合物
结晶动力学的研究。
g
g
c V
VX
??? 1
80
4.7.3 低分子化合物在聚合物中的扩散系
数与扩散活化能
研究低分子化合物在聚合物中的扩散作用可以得到低分
子物质对聚合物膜的渗透能力或聚合物中添加的低分子组分
的挥发性。
在不同流速下测定板高可以得到传质阻力系数 C：
2
2
2 )1(
8
K
K
D
dC
l
f
??
??
?
df为载体表面所涂聚合物膜的厚度；
Dl为探针分子在聚合物中的扩散系数；
?为探针分子的容量因子；
M
R
t
tKK ????
?
rV
m
A
Vd pp
f /3
/ ???
81
4.7.3 低分子化合物在聚合物中的扩散系
数与扩散活化能
如果玻璃微珠柱内堆积较密，则微珠的总体积 V约占柱内
体积 Vc的 70％，,即
把 df值代入，就可求得扩散系数 Dl。
由阿伦尼乌斯方程，可求得扩散活化能 。
rLr
md
c
p
f /1.2
/
2?
??
27.07.0 cc LrVV ???
RTEll DeDD ??? 0
DE?
82
4.7.4 探针分子与聚合物、聚合物与聚合
物之间的相互作用参数
探针分子 (1)与某聚合物 (i)之间的相互作用参数下 x1i为：
)()1(ln 111
0
11
1
0
1
1 VBRT
P
vM
V
VVP
R T vx
ppg
p
i ?????
两种聚合物 2和 3之间的相互作用参数 x23为：
)( )23(1313212
321
2
23 xxxV
Vx ??? ??
??
