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第三 章 气相色谱法
一、概述
以气体为流动相的色谱法称为气相
色谱法（ gas chromatography；
GC）。
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? 气相色谱 分类,
– 填充柱 －金属或玻璃管柱（ 2～ 4m × 4mm）
– 毛细管柱 ——玻璃或石英管柱（柱长数十米至
数百米, 内径 0.1～ 0.5mm。
? 又可分为,
? 开管毛细管柱 ——固定相涂敷在内壁上，
管中心是空的。
? 填充毛细管柱 ——固定相装到管内再拉成
毛细管。
? 气相色谱的 特点,
– 分离效能高、分析速度快、样品用量少、应用
范围广（通过衍生化，裂解等）
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氢
气
空
气
净 化 器
压 力 表
色谱柱
进样器
氮
气
检测器 记 录 仪
气
相
色
谱
的
一
般
流
程
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气相色谱柱
色谱柱是色谱仪的心脏部分，色谱柱的选择
是确定分析方法的一个重要步骤。
填充柱
固
定
相
液体固定相 —为高沸点有机物，常温下是固体，
操作温度下呈液态，须涂渍在担体上使用。例
SE-30,OV-101,OV-17,PEG-20M 等。
固体固定相 —为固体吸附剂、多孔性聚合物。
例 GDX系列,401有机载体等。
?固定相的一项重要指标 ——最高使用温度
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?固定相的分类
?按极性分 ——相对极性（ P）
以非极性固定液 角鲨烷的相对极性为 0，
强极性固定液 ?,?′-氧二丙腈的相对极
性为 100。选取苯与环己烷（或正丁烷
与丁二烯），分别测定它们在以上两种
固定液和被测固定液上的相对保留值的
对数，
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即
q=lg t’R（苯） / t’R （环己烷）,计算
相对极性
Px=100[1-（ q1-qx） /（ q1-q2） ]
?式中 q1,q2, qx分别代表苯与环己烷
在 ?,?′-氧二丙腈,角鲨烷和待测固定
液上的 q值。
100 0P值
q1 q2q3
X
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按上述方法计算得到的固定液相对极性从
0～ 100分为 5 级,P值每隔 20为 1级。
固定液 P 级别
角鲨烷
SE-30,OV-1
己二酸二辛酯
DNP
DOP,QF-1
XE-60
PEG-20M
DEGA
PEG-600
双甘油
?,?′-氧二丙腈
0
13
21
25
28
52
68
72
74
89
100
＋ 1
＋ 1
＋ 2
＋ 2
＋ 2
＋ 3
＋ 4
＋ 4
＋ 4
＋ 5
＋ 5
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? 罗氏固定液特征常数（罗氏常数）
– 用五种不同性质的组分（苯，乙醇，
甲乙酮，硝基甲烷，吡啶）来表征一
种固定液的特性。
? 麦氏固定液特征常数（麦氏常数）
– 用正丁醇、戊酮 -2和硝基丙烷代替罗氏常数
中的乙醇、甲乙酮和硝基甲烷。
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?按化学类型分
?烃类 ——烷烃和芳烃，极性最弱,适合
于分离非极性化合物，主要为烃类 。对
沸点相近的异构体分离能力很差。常用
的有：
角鲨烷、阿皮松、苄基联苯等。
?聚硅氧烷类 ——是目前 使用最广泛 的固
定相。使用温度范围宽，热稳定性好，
固定液流失少，对大多数有机化合物有
很好的溶解能力,成为一种通用性固定
液。
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根据引入的官能团不同，可分为：
?甲基聚硅氧烷（弱极性,R= CH3）
n＜ 400，称 甲基硅油 （ OV-101,DC-200等）
n＞ 400，称 甲基硅橡胶 （ OV-1,SE-30等）
这类固定液的硅原子上可引入多种官能团，
形成不同极性的固定相。
C H 3 S i O
C H 3
C H 3
S i O
C H 3
C H 3
S i C H
3
C H 3
C H 3
n
( R )
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?苯基聚硅氧烷
在硅原子上引入了苯基（ R为苯基），对芳
香性组分溶解度增大，其极性比甲基聚硅氧
烷大，故对极性组分保留值升高。引入的苯
基的含量（ %）不同，又分为：
?低苯基聚硅氧烷（＜ 20%），如 OV-3
（ 10%）,OV-7（ 20%）,SE-52（ 5%）
?中苯基聚硅氧烷（ 20%～ 50%），如 OV-
17（ 50%）等，使用很广。
?高苯基聚硅氧烷（ ＞ 50%），如 OV-22
（ 65%）,OV-25（ 75%）等。
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?氟烷基聚硅氧烷（中等极性），如 QF-1，
OV-210等含三氟丙基 50%。
?氰烷基聚硅氧烷（极性强），如 XE-60
（含氰乙基 25%）,OV-225,OV-275等。
? 醇类 （对 极性组分 有较好的选择性）
包括长链脂肪醇、多元醇、聚乙二醇、聚
丙二醇，分子中含有羟基、醚基，与组分
形成氢键。聚乙二醇的平均分子量从 300～
20000，随分子量增大，羟基比例减少，极
性减弱。常用的有：
PEG-6000,PEG-20M
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? 酯类 （中强极性）
– 常用的有邻苯二甲酸酯。
如邻苯二甲酸二辛酯（ DOP）、
邻苯二甲酸二壬酯（ DNP），
丁二酸二乙二醇聚酯（ DEGS），
己二酸二乙二醇聚酯（ DEGA），
己二酸新戊二醇聚酯（ NGA）等。
其中 DNP是分析 低沸点化合物 常用的固
定液之一。
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? 担体（载体，主要为硅藻土）
气 -液色谱的固定相是由载体和固定液
组成的。担体的作用是提供一个惰性
固体表面，让固定液分布在上面，形
成一均匀薄层液膜，使固定液有较大
物质交换表面，便于样品在气 -液间建
立分配平衡。
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毛细管柱 ——根据制法不同分为：
毛
细
管
柱
开
管
型
填
充
型
涂壁开管柱（ WCOT柱 ） ——固定液直接
涂在管内壁上。
壁处理毛细管柱（ WTOT柱 ） ——使玻璃
表面粗糙化，增大表面积，改善内壁性质。
填充毛细管柱 ——将载体、吸附剂等松散
地装入玻璃原料管中，然后拉制成毛细管。
微型填充柱 （细径填充柱） ——将已拉制
好的直径小于 1mm的毛细管，填入涂有固
定液的细颗粒填料而成。
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? 经典涂壁毛细管柱由于将固定液直接涂在光
滑的内壁上，存在柱内表面有限，容量因子
小，固定液涂渍不均匀等缺点，故需对管内
壁粗糙化或化学改性。壁粗糙化的方法有：
1, 担体涂层 毛细管柱 （ SCOT） ——为目前
应用最广 的新型壁处理毛细管柱。在管内
壁涂上一层担体，然后将固定液涂在其上，
构成分配型多孔层毛细管柱。
其 优点 是：样品处理量大，固定液液膜吸
着牢固，柱寿命较长。但柱效较 WCOT 低。
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2, 氯化氢气腐蚀处理 的玻璃毛细管柱
处理后的玻璃表面形成一层均匀的氯化钠微
晶，增大了表面积。
3, 多孔性物质 (Al2O3,GDX203或玻璃粉 )处理
4,横向 交联或键合处理
在固定液相分子间进行共价连结或使固定液
相与支持物的表面连结，使产生稳定涂层，
可称为不可提取相开管柱。该柱也可用于超
临界流体色谱法或液相色谱法的固定相。
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? 毛细管柱与填充柱的比较
– 速率理论
1958年戈雷基于 Van Deemter方程，提
出影响毛细管柱色谱峰扩张的主要因
素有：
?纵向分子扩散 B，
?气相（流动相） 传质阻抗 Cm，
?液相（固定相）传质阻抗 Cs
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毛细管柱速率方程如下：
H=B/u+Cmu+Csu
比较 Van Deemter方程式 H=A+B/u+Cu
区别在于：
1.在毛细管中只有一个流路，无涡流扩散项，
故 A=0。
2.填充柱中，一般情况下 Cm与 Cs相比可以忽
略，故 C≈Cs，在毛细管柱中,Cs一般较
填充柱小,Cm为色谱峰扩张的重要因素。
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?,柱参数
毛细管柱与填充柱在柱效等参数上有较
大差异。
例 以丁二酸二乙二醇聚酯（ DEGS）为
固定液，在三种柱型上分离硬酯酸甲
酯和油酸甲酯。所得实验数据见表 1
（柱温与载气相同）。
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表 1 在最佳实用流速下 DEGS柱性能比较
柱参数 单位 柱 型
填充柱 WCOT SCOT
柱长 L cm
塔板高 H cm
容量因子 k
理论板数 n
分离度 R
死时间 t0 s
分离时间 tR s
相比 ? (?=Vm/Vs )
240 10000 1500
0.073 0.034 0.061
58.6 2.7 11.2
3.29× 103 2.93 × 105 2.46 × 104
1.51 10.6 3.87
30 625 75
1790 2290 917
10 217 52
涂壁开管柱（ WCOT柱），担体涂层毛细
管柱（ SCOT）
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?表 2是分离硬酯酸甲酯和油酸甲酯为
达到相同分离度（ R=1.5）时，三种
色谱柱的参数。
?表中数据表明，获得相同分离度时，
毛细管柱所需要的理论板数比填充
柱高，分离速度快。
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表 2 DEGS柱达到相同分离度时的柱参数
柱参数 单位 柱 型
填充柱 WCOT SCOT
分离度 R
容量因子 k
理论板数 n
柱长 L cm
塔板高 H cm
载气线速 u cm/s
分离时间 tR s
1.5 1.5 1.5
58.6 2.7 11.2
3290 5890 3270
240 500 300
0.073 0.085 0.081
8.0 37.0 30.5
1790 50 120
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毛细管柱固定相极性表
极性 固定相 对应的填充柱
非极性 AT-1,HP-1,SPB-1 OV-1,SE-30
AT-5,HP-5,SPB-5 OV-5,SE-52
中极性 HP-624
HP-50+ OV-17
极性 HP-20M Carbowax 20M
HP-innowax Carbowax 20M
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? 固定相的选择
? 在气相色谱中,分离度的改善，主要取决于
固定相及柱温的选择。
– 对于已知物，固定液的选择，常用方法有：
– 按相似性原则选择固定液
?按极性选择。
?非极性组分 ---选非极性固定相（ P=0或
+1），分子间作用力主要是色散力,组
分基本按沸点顺序 （低 → 高）出柱。
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?中等极性组分 ---选中等极性固定液
（ P=+2或 +3）分子间作用力为色散力
和诱导力,组分基本按沸点顺序 出柱。
对沸点相同的，则诱导力起主要作用，
非极性组分先出柱。
?强极性组分 ---选强极性固定液（ P=+4
或 +5），分子间作用力主要为定向力，
诱导力和色散力处于次要地位。样品
按 极性顺序出柱,非极性与弱极性组
分先出柱。
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– 按化学官能团选择
?固定液与组分分子的化学官能团相同时，
相互作用力强，选择性高。例
?分析酯类化合物 ——选酯类固定液，
?分析醇类化合物 ——选醇类固定液。
– 按样品中各组分间主要差别选择
?主要差别为沸点时 ——选非极性固定液；
主要差别为极性时 ——选极性固定液。
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– 使用混合固定液
?将两种或两种以上极性不同的固定液
按一定比例 混合后涂布 于载体上。
?将分别涂有不同固定液的载体，按一
定比例混匀装入一根柱管中（ 混装 ）。
?将不同极性的色谱柱串联起来使用
（ 串联 ）
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化合物极性分组
最强极性，
氢键型
水，醇，甘油，氨基醇，羟酸类，多酚类，
二羟酸等
强极性 脂肪酸，酚类，伯与仲胺类，圬，氨，肼，
HCN,HF，含 ?-氢原子的硝基化物,含 ?-
氢原子的腈类
中等极性 酮类，醛类，酯类，叔胺类，不含 ?-氢原子
的硝基化物，不 含 ?-氢原子的腈类
弱极性 二氯甲烷，氯仿，氯乙烷，芳香烃类，烯烃
类
非极性 饱和碳氢化物,CS2，硫醇类，硫化物
2009-11-10 30
– 样品组分 性质未知时 固定液的选择
– 尝试法
– 选用常用的五支色谱柱（ SE-30,OV-17，
QF-1,PEG-20M,DEGS，极性依次增大）
进行测试。
未知样品先在 QF-1柱上分离，再在 OV-17柱
上分离，在同样的条件下，观察分离情况。
根据分离情况，再换用极性小的柱或极性大
的柱，由此可获得较为适宜的色谱柱。
2009-11-10 31
? 检测器是气相色谱仪的最重要的组成
部分。常用的有：
浓度型 ---信号强度 R与载气中组分的浓度 C成
正比，与载气流速 F无关。当进样量一定时
（浓度一定），峰高（ h）基本上与载气流速
无关，但峰面积（ A）与流速成反比。例 热导
检测器、电子捕获检测器。
质量型 ---信号强度 R正比于单位时间内进入检
测器的组分量（ dW/dt），峰高（ h）与载气
流速成正比，峰面积（ A）与流速无关。例
氢火焰离子化检测器、火焰光度检测器
检
测
器
2009-11-10 32
A
R
F
h
浓度型检测器 R-F图
R
F
h
A
质量型检测器 R-F图
检测器分类
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? 热导检测器（ thermal conductivity
detector； TCD）
– 特点,测定范围广，热稳定性好，线
性范围宽，样品不被破坏；但灵敏度
低。
– 在实验条件恒定时，检测器的灵敏度
决定于载气与组分热导率之差，两者
相差越大，越灵敏。若无差别，则不
产生信号。
2009-11-10 34
氮气：热导率较低，用氮气作载气时，灵敏度较
低。有机物热导率较其高时，就会出现倒峰现象。
氢气：作载气时，能获得高的灵敏度，但不安全。
氦气：作载气较理想，但价格贵。
氢气 22.36
氦气 17.42
空气 3.14
氮气 3.14
甲烷 4.56
乙烯 3.10
丙烷 2.64
苯 1.84
乙醇 2.22
丙酮 1.76
几种气体与有机液体蒸气在 100℃ 的热导率（ ?× 102）
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– 热导检测器使用 注意点,
?用峰面积定量时，需保持流速恒定。
?不通载气不能加桥电流,以免烧坏热
敏元件。
?桥电流的大小与载气的热导率及检测
室温度有关。载气热导率大，检测室
温度低时，可选择较大的桥电流。在
灵敏度满足要求的情况下，应尽量采
用低桥电流。
2009-11-10 36
? 氢焰离子化检测器（ hydrogen flame
ionization detector； FID）
– 特点,灵敏度高，响应快，线性范
围宽等优点，是目前最常用的检测
器之一。但一般只能测定含碳有机
物，且样品在检测时被破坏。
2009-11-10 37
– FID使用 注意点,
?峰高定量时，需保持载气流速恒定。
?多以氮气为载气，通常：
?N2,H2=1,1～ 1,1.5，
? H2,空气 =1,5～ 1,10
?用硅油为固定相时，需选分子量大的，
并在较低温度下使用，以免硅油流失，
污染检测器，使检测器不产生信号。
2009-11-10 38
? 氮 -磷检测器（ nitrogen phosphorus detector；
NPD）
– NPD也称火焰热离子化检测器（ FTD），
碱金属火焰离子化检测器（ AFID）其离
子源为加热的碱金属盐片或碱玻璃珠。
对含 氮、磷有机物 特别敏感。灵敏度分
别高 50倍,500倍，具有较宽的线性范围。
选择性不低于 1,5000，即含氮、磷化合
物在该检测器上产生的信号较结构类似
而不含氮、磷的化合物高 5000倍。
2009-11-10 39
– 使用时 注意点：
?氢气流速控制在 3～ 4ml/min，否则，噪
音增大。
?应 避免使用氯仿作样品溶剂,应氯仿能
溶解检测器的碱盐。
?铷玻璃珠的寿命与使用情况有关，若背
景电流、氢气流速、柱温太高，易导致
固定相流失，污染检测器。
?NPD不适合与涂有含卤素、磷或氮的固
定液（ OV-210,XE-60等）的色谱柱配
合使用。
2009-11-10 40
? 电子捕获检测器（ electron capture
detector； ECD）
– ECD是目前分析痕量 电负性有机化
合物 最有效的检测器。对含卤素、
硫、氧、硝基、羰基、氰基、共轭
双键体系、有机金属化合物等均有
很高的响应值。，但对烷、烯、炔
烃响应低，线性范围窄，重现性差。
2009-11-10 41
– 使用时 注意点,
?用高纯氮作载气,否则，水，氧，电负性
杂质会使检测器灵敏度降低。
?使用低于饱和基流所对应的极化电压。极
化电压低，电子能量小，分子捕获电子的
可能性大，检测灵敏度高。
?检测器温度应高于柱温，但不能太高，否
则影响检测器寿命。
?检测器出口必须连接 几十米长 的金属或塑
料管道后再与大气相通，以防止氧气反扩
散进入检测器，使检测器污染。
2009-11-10 42
? 火焰光度检测器（ flame photometric detector；
FPD）
– FPD主要用于检测含 硫或磷化合物 。在富氢
火焰中，含硫或磷化合物燃烧生成 化学发光
物质, 产生特征波长的光,投射到光电倍增
管上产生电流，经放大后记录下来。通过测
定特征波长光强度，可计算含硫或磷化合物
的量。
– FPD对硫、磷化合物有高的选择性和灵敏度。
多用于大气痕量污染物的分析和水、农副产
品中有机磷和有机硫农药残留量的测定。
2009-11-10 43
– 使用时 注意点,
?保证 燃烧火焰是富氢火焰,否则，
不会产生特征光谱或灵敏度低。
?为延长光电管寿命，点火前，不要
开高压电源。
?当检测器温度低于 100℃ 时，不要
点火，以免检测器积水受潮。
2009-11-10 44
? 毛细管柱的检测系统
– 毛细管柱由于柱径很小，载气流量很低
（约 1～ 3ml/min），因此检测器以及柱后
连接管道死体积必须很小，使他们对谱带
展宽的影响最小。要解决这一问题,毛细
管柱与检测器必须正确连接 。通常是在柱
后与检测器之间，附加一个 尾吹装置 。由
于毛细管柱载气流量很小，进入检测器后
速度锐减，造成色谱峰扩张，因此在色谱
柱出口加一个辅助尾吹气，可加速样品通
过检测器。
2009-11-10 45
检
测
器
尾吹（ N2）
进
样
分
流
毛细管柱
2009-11-10 46
? 检测器性能指标
– 噪音（ noise）与漂移（ shift） ----指无样品
通过检测器时，由仪器本身和工作条件所
造成的基线起伏值（噪音 RN）和向某一方
的移动（漂移）。
– 灵敏度（ sensitivity）,又称响应值 ---是评
价检测器质量的重要指标。是指信号增量
（△ R）与响应浓度的增量（ △ Q）之比
S= △ R/ △ Q
浓度型检测器 Sc的单位为 mV·ml/mg
质量型检测器 Sm的单位为 mV·s/g
2009-11-10 47
– 检测限（ detectability） ---又称敏感度。
是指以检测器恰能产生 二倍噪音信号 时，
单位时间引入检测器的组分量或单位体
积载气中所含组分量，用 D表示
– D=2 RN /S（ mg/ml或 g/s）
– 例：已知噪音 RN =0.01mv，
– 灵敏度 s=2× 108mv·s/g，
– 则检测限
– D=2× 0.01mv/（ 2× 108mv·s/g ）
=1× 10-10 g/s
2009-11-10 48
– 假如：噪音 =1mm,5?g/mL溶液进样
20 ?L，测得峰高 10mm，则检测限
–
– 线性范围（ line range）
– 响应时间（ response time),又称应答时
间。表示对组分浓度（质量）变化的
跟踪速度。
2× 1D=
10/ （ 5× 20） =20ng
2009-11-10 49
– 影响分离度的因素
?分配系数比（ ?）
?容量因子（ k）
?柱效（ n）
从三者对分离度 R关系的公式看,?≠1
是分离的前提。要将各组分分离，必须
选择适宜的 固定相、流动相流速、柱温
等。
2009-11-10 50
? a为柱效项,b为柱选择性项,c为容量因子项。
? ?=K2/K1,k2=K2·Vs/Vm
? 若 K1 = K2, ?=1,= 0,R=0，无法分离。
? 在 K1 ? K2 的前提下，柱效项与容量因子项越大，
分离度越大。
? 下表是 ?对分离度的影响。
R=(
4
) ·( ?-1? k
2+1
)k2n ) ·(
a b c
?-1
?
2009-11-10 51
? 1.0 1.001 1.01 1.1 1.5 2.0
(?-1)/? 0 0.001 0.01 0.091 0.33 0.50
?? 1.01 → 1.1 （ 9%↑ ）,R （ ↑ 9倍）
?? 1.5 → 2.0 （ 33%↑ ）,R （ ↑ 1.5倍）
?上表说明 ?在 1附近变化，对分离度 R改
善非常有效。
2009-11-10 52
? 在 ?＞ 1的前提下，柱容量 k值越大,R也越大。
但下表的数据表明，当 k超过 20时,k再增加，
k/（ 1+k）增加不明显,对 R的改进不大，反而
增加了保留时间，使峰宽增大，故一般 k不超
过 20。
k k/（ 1+k） k k/（ 1+k）
0.1 0.33
1.0 0.50
3.0 0.75
5.0 0.83
8.0 0.89
10 0.91
20 0.95
30 0.97
50 0.98
2009-11-10 53
– 色谱柱的选择 ---包括 固定液 和 柱长 的选择。
柱长的确定可通过以下方法：
– 选一个极性适宜任意长度的色谱柱，测定
二组分在该柱上的分离度 R，若柱长
L1=1m，测得 R1=0.75，欲使分离度 R2达
到 1.5时，柱长 L2需多少米？
实验条件的选择
2009-11-10 54
?根据 n=L/H和
?有（ R1/ R2） 2=L1/L2
?则 L2=（ R2/ R1） 2 ·L1
=（ 1.5/0.75） 2× 1=4（ m）
?即在其他条件不变时，用这样的 4米长
柱即可达到 R=1.5的要求。
R=(
4
) ·( ?-1? k
2+1
)k2n ) ·(
2009-11-10 55
? 柱温的选择 ---是改善分离度的重要参数
– 柱温影响分配系数 K，容量因子 k，组分在
流动相中的扩散系数 Dm和组分在固定相中
的扩散系数 Ds，从而 影响分离度和分析时
间。
– 一般使难分离物质在达到要求的分离度条
件下，尽可能采用低柱温，以保留时间适
宜及不拖尾为度。
– 对于宽沸程样品或理化性质相差较大的多
组分样品，可采用 程序升温法 进行分离。
2009-11-10 56
? 程序升温
– 选择适当的 初始 温度,升温速率 和 终止 温
度，可使宽沸程多组分样品得到良好分离。
升温的程序即柱温随时间变化的方式，可
分为线性升温与非线性升温两种。
?线性升温 ---指柱温（ Tc）随时间（ t）成
比例的增加：
? Tc = T0 + r· t
? 式中 T0为起始温度（ ℃ ）,r为升温速率
（ ℃ /min）,t为升温时间
·
2009-11-10 57
? 非线性升温有四种形式
– 线性升温 → 恒温
适合于高沸点组分的分离
– 恒温 → 线性升温
– 恒温 → 线性升温 → 恒温
适合于沸点范围很宽的样品
– 多种速率升温
开始以 r1速率升温，
然后以 r2,r3速率升温 r1
r2
r3
r
r
r
2009-11-10 58
? 载气流速的选择 ——影响分离效率和分析时
间。
– 多采用氮气为载气。为获得高柱效，应选
用最佳流速，但在此流速下分析时间较长，
故一般选择略高于最佳流速的速度,常用
的流速为 20～ 80ml/min(填充柱 )。
? 进样量 ——进样量的大小直接关系到谱带的
初始宽度。
2009-11-10 59
– 在灵敏度足够的情况下，进样量越小越有
利于得到良好分离。进样量较小时，峰高
与进样量成比例，两组分分离情况不变；
当进样量超过最大允许进样量时（柱板数
下降 10%），色谱峰超载，柱效大大下降。
– 一般填充柱气体进样量为 0.1～ 1ml，液体
进样量为 0.1～ 1ul，最大不超过 4ul。
– 毛细管柱采用三种方式进样,
? 分流方法进样，无分流进样，柱头进样。
2009-11-10 60
? 分流进样法
– 在气化室出口处分成两路，一路将大部分
气样放空；另一路将极微量的气样引入毛
细管色谱柱中，这两部分比例称为 分流比 。
完成分流的装置称为分流器。
– 不同仪器上使用的分流器形式不同。
– 使用分流器的最大不利在于大部分样品放
空，这对痕量分析十分不利，不适宜使用。
2009-11-10 61
1
1 12 2
2
3 3
3
A C
B D
1 2
3
1.注射头 2.进毛细管柱 3.放空
四种毛细管分流器
A-T形旁通管 B-同心管 C-反流 T形旁通管 D-改进同心管
2009-11-10 62
? 气化室温度
– 取决于样品的挥发性、沸点、稳定性及进
样量等因素。一般 采用样品的沸点或高于
沸点,以保证迅速气化完全。但 不超过沸
点 50℃ 以上,以免样品分解。对于一般色
谱分析，气化温度比柱温高 10～ 50 ℃ 即可。
? 检测室温度
– 检测室温度要求 高于柱温,以免色谱柱流
出物在检测器中冷凝而污染检测器。通常
可高于柱温 30 ℃ 左右或等于气化室,不低于
100 ℃ 。
2009-11-10 63
也称液上气
相色谱分析，
是指用气相
色谱法来分
析封闭系统
中与液体或
固体样品相
平衡的气体
的一种方法。
恒温水浴
温度计 注射器（抽 0.2-2.0ml气体进样）
10-20ml玻璃瓶（具
有硅橡胶隔垫片盖）
0.1-1g固体或 3-6ml液
体（平衡 10-60min）样品
顶空分析法（ head space chromatography）
2009-11-10 64
? 基本原理
当样品的蒸气压相当低时，色谱峰面积（ Ai）
与挥发性组分（ i）的蒸气压（ Pi）成正比：
Ai=Ci· Pi
（ Ci为与样品种类和检测器有关的特定常数）
根据拉乌尔（ Raoult）定律，对于 理想 的混合
体系,Pi = Pi? ·X i
（ Pi?为纯组分 i的蒸气压,Xi为 i的摩尔分数）
对于 真实 体系，组分 i的分压 Pi可表示为：
Pi =ri · Pi? · Xi（ ri为组分 i的活度系数）
2009-11-10 65
? 对于大多数溶液而言，分子间吸引力不完全相
同，距离也不完全相等，故溶液的实际蒸气压
与拉乌尔定律计算值之间存在偏差，这种溶液
称为非理想溶液，即 ri≠1。
ri 值 ＞ 1 ＜ 1
分子间吸引力 不同种＜纯物质 不同种＞纯物质
液上气体压力 比计算值大 比计算值小
偏 差 正 负
分子离开 易 不易
混合物
2009-11-10 66
? 极性与非极性分子在一起时，会出现 正偏差 。
如：乙醇 /庚烷，乙醇 /乙醚
? 分子具有永久性或诱导偶极矩时，由于这些静电作
用力，使分子间发生氢键或不稳定的化学键，导致
不易离开混合物，产生 负偏差 。如：丙酮 /1,1,2-
三氯乙烷,三氯乙烯 /四氢呋喃，丙酮 /氯仿
? 服从拉乌尔定律的混合体系，峰面积与浓度呈线性
关系，但高浓度时不呈线性。所以，样品最好能充
分稀释,使其接近理想混合体系,
? 近似理想 溶液有：正庚烷 /甲基环己烷，己烷 /庚烷，
苯 /甲苯，乙醇 /异丙醇。
2009-11-10 67
? 定性定量
– 利用保留值定性
? 已知物对照法 ——将已知的标准物质加入样品
中，对比加入前后的色谱图。若某色谱峰相对
增高，则该色谱峰所代表的组分与标准物质 可
能 为同一物质。还需再选一根与上述色谱柱极
性相差较大的色谱柱，进行如上的分析，若在
两根色谱柱上均产生叠加现象，才可认定待测
物与标准物是同一物质。此法重复性较差。
– 利用相对保留值定性 —指任一组分（ i）与标准
物质（ s）的调整保留值的比值（ ris ）
– 利用保留指数定性
2009-11-10 68
1
? 内标法和外标法定量
? 内标的评价
– 比较药物与内标在各种浓度时的响应值
比值是否恒定。
药物（ ug） 5 10 15 20
内标（ ug） 10 20 30 40
按拟定方法测定
计算峰面积比值 R=A药 /A内 × C内 /C药
2 3 4
2009-11-10 69
?多内标法
?若样品中含有多种被测组分，且这些
组分间理化性质差异又较大，或组分
间浓度相差较大，用一个内标有时没
有合适的保留时间或浓度来满足各组
分的测定，可采用多内标法测定。
2009-11-10 70
? 例 1 合成药物中有机溶剂残留量的测定
? 色谱条件
? 色谱柱,HP-5毛细管柱（ 5% phenyl methyl
siloxane,30m 320um 0.25um nominal）。
柱温 45℃,气化室温 180℃,检测室温 200℃
（ FID）。
? 氢气 40ml/min,空气 450ml/min,氮气 1ml/min,
分流比 3,1。
? 顶空进样,平衡温度 90℃,预热 10min。
应用举例
2009-11-10 71
? 根据合成工艺路线,需检测的残留溶
剂有甲醇，乙醇，丙酮，二氯甲烷，
乙酸乙酯，正丁醇。
? 标准定位溶液的配制
? 标准混合溶液的配制
? 样品溶液的配制
? 分别进样测定，结果见图。
2009-11-10 72
上述色谱峰依次为：
甲醇, 乙醇, 丙酮, 二氯甲烷, 乙酸乙酯, 正丁醇 。
2009-11-10 73
丙
酮
乙
酸
乙
酯
2009-11-10 74
? 例 2 样品中 甲醇，乙醇，丙酮，乙腈 残留量
的测定，比较不同极性色谱柱对丙酮，乙
腈分离度的影响。
? 在非极性 HP-5上 丙酮，乙腈 不能分离，在
中等极性的 DB-624柱上分离良好 。
? 两者除沸点外，物理性质非常相似：
? 丙酮：沸点 56℃,极性 0.56，黏滞度 0.3，
与水互溶,
? 乙腈：沸点 82℃,极性 0.65，黏滞度 0.34，
与水互溶,
2009-11-10 75
?降低柱温和流速也未能使其分
离 。
?HP-5毛细管柱
色谱峰归属依次为：甲醇, 乙醇,
丙酮 +乙腈, 后两者不能分离, 合
并为单峰,
?DB-624毛细管柱
色谱峰归属依次为,甲醇, 乙醇,
丙酮, 乙腈, 各色谱峰间有良好的
分离度 。
为（丙酮 +
乙腈）峰
2009-11-10 76
?根据按极性选择固定相原则：
?,非极性组分 ---选非极性固定相（ P=0或
+1），组分基本按沸点顺序（低 → 高）
出柱。
?中等极性组分 ---选中等极性固定液
（ P=+2或 +3），组分基本按沸点顺序出
柱；对沸点相同的，非极性组分先出柱, 。
本例中丙酮和乙腈在非极性柱 (HP-5)中未
分离,在中等极性柱 (DB-624)中获得分离。
丙酮沸点、极性较乙腈低，故先出峰 。
2009-11-10 77
又如, 正己烷, 正辛烷, 正壬烷, 乙醇, 苯, 甲
苯, 二甲苯, 苯乙烯, 二乙烯基苯, 的分离
分析柱,Hp-5,温度 50℃,二甲苯与苯乙烯分不开
2009-11-10 78
分析柱,DB-624,程序升温,50℃ （ 31.2min）, 8℃ /min
200℃ （ 10min）
二甲苯与苯乙烯不能分离, 且乙醇拖尾严重, 影响苯检出
2009-11-10 79
FFAP,柱 温 60℃ (14min),20℃ /min
200℃ （ 5min）, 流速：柱前压 44kg
苯被乙醇大峰掩盖
流速：柱前压 36kg,柱温 50℃( 5min),
20℃ /min 100℃( 12min),20℃ /min 200℃( 1min)
2009-11-10 80
Hp-5,温度 30℃
乙醇, 苯分离
2009-11-10 81
? GC 中经常出现的一些问题,
? 不出峰 ——熄火, 检测器未点着,
? 保留时间变化 ——进样器密封圈漏气,
? 峰面积变化 ——自动进样应考虑漏气, 气
体流速变化, 手动进样操作关系, 数次进
样速度, 留针速度, 拔针速度均有关 （ 下
例为维生素 E 因上述原因造成的色谱峰变
化情况 ） 。
? 填充柱固定相的浓度，柱长度，柱管材料
等对样品的色谱峰，保留时间，柱效等均
有影响 。
2009-11-10 82
N=281,579
N=503,742
N=1062,1338
N=1102,1276
第三 章 气相色谱法
一、概述
以气体为流动相的色谱法称为气相
色谱法（ gas chromatography；
GC）。
2009-11-10 2
? 气相色谱 分类,
– 填充柱 －金属或玻璃管柱（ 2～ 4m × 4mm）
– 毛细管柱 ——玻璃或石英管柱（柱长数十米至
数百米, 内径 0.1～ 0.5mm。
? 又可分为,
? 开管毛细管柱 ——固定相涂敷在内壁上，
管中心是空的。
? 填充毛细管柱 ——固定相装到管内再拉成
毛细管。
? 气相色谱的 特点,
– 分离效能高、分析速度快、样品用量少、应用
范围广（通过衍生化，裂解等）
2009-11-10 3
氢
气
空
气
净 化 器
压 力 表
色谱柱
进样器
氮
气
检测器 记 录 仪
气
相
色
谱
的
一
般
流
程
2009-11-10 4
气相色谱柱
色谱柱是色谱仪的心脏部分，色谱柱的选择
是确定分析方法的一个重要步骤。
填充柱
固
定
相
液体固定相 —为高沸点有机物，常温下是固体，
操作温度下呈液态，须涂渍在担体上使用。例
SE-30,OV-101,OV-17,PEG-20M 等。
固体固定相 —为固体吸附剂、多孔性聚合物。
例 GDX系列,401有机载体等。
?固定相的一项重要指标 ——最高使用温度
2009-11-10 5
?固定相的分类
?按极性分 ——相对极性（ P）
以非极性固定液 角鲨烷的相对极性为 0，
强极性固定液 ?,?′-氧二丙腈的相对极
性为 100。选取苯与环己烷（或正丁烷
与丁二烯），分别测定它们在以上两种
固定液和被测固定液上的相对保留值的
对数，
2009-11-10 6
即
q=lg t’R（苯） / t’R （环己烷）,计算
相对极性
Px=100[1-（ q1-qx） /（ q1-q2） ]
?式中 q1,q2, qx分别代表苯与环己烷
在 ?,?′-氧二丙腈,角鲨烷和待测固定
液上的 q值。
100 0P值
q1 q2q3
X
2009-11-10 7
按上述方法计算得到的固定液相对极性从
0～ 100分为 5 级,P值每隔 20为 1级。
固定液 P 级别
角鲨烷
SE-30,OV-1
己二酸二辛酯
DNP
DOP,QF-1
XE-60
PEG-20M
DEGA
PEG-600
双甘油
?,?′-氧二丙腈
0
13
21
25
28
52
68
72
74
89
100
＋ 1
＋ 1
＋ 2
＋ 2
＋ 2
＋ 3
＋ 4
＋ 4
＋ 4
＋ 5
＋ 5
2009-11-10 8
? 罗氏固定液特征常数（罗氏常数）
– 用五种不同性质的组分（苯，乙醇，
甲乙酮，硝基甲烷，吡啶）来表征一
种固定液的特性。
? 麦氏固定液特征常数（麦氏常数）
– 用正丁醇、戊酮 -2和硝基丙烷代替罗氏常数
中的乙醇、甲乙酮和硝基甲烷。
2009-11-10 9
?按化学类型分
?烃类 ——烷烃和芳烃，极性最弱,适合
于分离非极性化合物，主要为烃类 。对
沸点相近的异构体分离能力很差。常用
的有：
角鲨烷、阿皮松、苄基联苯等。
?聚硅氧烷类 ——是目前 使用最广泛 的固
定相。使用温度范围宽，热稳定性好，
固定液流失少，对大多数有机化合物有
很好的溶解能力,成为一种通用性固定
液。
2009-11-10 10
根据引入的官能团不同，可分为：
?甲基聚硅氧烷（弱极性,R= CH3）
n＜ 400，称 甲基硅油 （ OV-101,DC-200等）
n＞ 400，称 甲基硅橡胶 （ OV-1,SE-30等）
这类固定液的硅原子上可引入多种官能团，
形成不同极性的固定相。
C H 3 S i O
C H 3
C H 3
S i O
C H 3
C H 3
S i C H
3
C H 3
C H 3
n
( R )
2009-11-10 11
?苯基聚硅氧烷
在硅原子上引入了苯基（ R为苯基），对芳
香性组分溶解度增大，其极性比甲基聚硅氧
烷大，故对极性组分保留值升高。引入的苯
基的含量（ %）不同，又分为：
?低苯基聚硅氧烷（＜ 20%），如 OV-3
（ 10%）,OV-7（ 20%）,SE-52（ 5%）
?中苯基聚硅氧烷（ 20%～ 50%），如 OV-
17（ 50%）等，使用很广。
?高苯基聚硅氧烷（ ＞ 50%），如 OV-22
（ 65%）,OV-25（ 75%）等。
2009-11-10 12
?氟烷基聚硅氧烷（中等极性），如 QF-1，
OV-210等含三氟丙基 50%。
?氰烷基聚硅氧烷（极性强），如 XE-60
（含氰乙基 25%）,OV-225,OV-275等。
? 醇类 （对 极性组分 有较好的选择性）
包括长链脂肪醇、多元醇、聚乙二醇、聚
丙二醇，分子中含有羟基、醚基，与组分
形成氢键。聚乙二醇的平均分子量从 300～
20000，随分子量增大，羟基比例减少，极
性减弱。常用的有：
PEG-6000,PEG-20M
2009-11-10 13
? 酯类 （中强极性）
– 常用的有邻苯二甲酸酯。
如邻苯二甲酸二辛酯（ DOP）、
邻苯二甲酸二壬酯（ DNP），
丁二酸二乙二醇聚酯（ DEGS），
己二酸二乙二醇聚酯（ DEGA），
己二酸新戊二醇聚酯（ NGA）等。
其中 DNP是分析 低沸点化合物 常用的固
定液之一。
2009-11-10 14
? 担体（载体，主要为硅藻土）
气 -液色谱的固定相是由载体和固定液
组成的。担体的作用是提供一个惰性
固体表面，让固定液分布在上面，形
成一均匀薄层液膜，使固定液有较大
物质交换表面，便于样品在气 -液间建
立分配平衡。
2009-11-10 15
毛细管柱 ——根据制法不同分为：
毛
细
管
柱
开
管
型
填
充
型
涂壁开管柱（ WCOT柱 ） ——固定液直接
涂在管内壁上。
壁处理毛细管柱（ WTOT柱 ） ——使玻璃
表面粗糙化，增大表面积，改善内壁性质。
填充毛细管柱 ——将载体、吸附剂等松散
地装入玻璃原料管中，然后拉制成毛细管。
微型填充柱 （细径填充柱） ——将已拉制
好的直径小于 1mm的毛细管，填入涂有固
定液的细颗粒填料而成。
2009-11-10 16
? 经典涂壁毛细管柱由于将固定液直接涂在光
滑的内壁上，存在柱内表面有限，容量因子
小，固定液涂渍不均匀等缺点，故需对管内
壁粗糙化或化学改性。壁粗糙化的方法有：
1, 担体涂层 毛细管柱 （ SCOT） ——为目前
应用最广 的新型壁处理毛细管柱。在管内
壁涂上一层担体，然后将固定液涂在其上，
构成分配型多孔层毛细管柱。
其 优点 是：样品处理量大，固定液液膜吸
着牢固，柱寿命较长。但柱效较 WCOT 低。
2009-11-10 17
2, 氯化氢气腐蚀处理 的玻璃毛细管柱
处理后的玻璃表面形成一层均匀的氯化钠微
晶，增大了表面积。
3, 多孔性物质 (Al2O3,GDX203或玻璃粉 )处理
4,横向 交联或键合处理
在固定液相分子间进行共价连结或使固定液
相与支持物的表面连结，使产生稳定涂层，
可称为不可提取相开管柱。该柱也可用于超
临界流体色谱法或液相色谱法的固定相。
2009-11-10 18
? 毛细管柱与填充柱的比较
– 速率理论
1958年戈雷基于 Van Deemter方程，提
出影响毛细管柱色谱峰扩张的主要因
素有：
?纵向分子扩散 B，
?气相（流动相） 传质阻抗 Cm，
?液相（固定相）传质阻抗 Cs
2009-11-10 19
毛细管柱速率方程如下：
H=B/u+Cmu+Csu
比较 Van Deemter方程式 H=A+B/u+Cu
区别在于：
1.在毛细管中只有一个流路，无涡流扩散项，
故 A=0。
2.填充柱中，一般情况下 Cm与 Cs相比可以忽
略，故 C≈Cs，在毛细管柱中,Cs一般较
填充柱小,Cm为色谱峰扩张的重要因素。
2009-11-10 20
?,柱参数
毛细管柱与填充柱在柱效等参数上有较
大差异。
例 以丁二酸二乙二醇聚酯（ DEGS）为
固定液，在三种柱型上分离硬酯酸甲
酯和油酸甲酯。所得实验数据见表 1
（柱温与载气相同）。
2009-11-10 21
表 1 在最佳实用流速下 DEGS柱性能比较
柱参数 单位 柱 型
填充柱 WCOT SCOT
柱长 L cm
塔板高 H cm
容量因子 k
理论板数 n
分离度 R
死时间 t0 s
分离时间 tR s
相比 ? (?=Vm/Vs )
240 10000 1500
0.073 0.034 0.061
58.6 2.7 11.2
3.29× 103 2.93 × 105 2.46 × 104
1.51 10.6 3.87
30 625 75
1790 2290 917
10 217 52
涂壁开管柱（ WCOT柱），担体涂层毛细
管柱（ SCOT）
2009-11-10 22
?表 2是分离硬酯酸甲酯和油酸甲酯为
达到相同分离度（ R=1.5）时，三种
色谱柱的参数。
?表中数据表明，获得相同分离度时，
毛细管柱所需要的理论板数比填充
柱高，分离速度快。
2009-11-10 23
表 2 DEGS柱达到相同分离度时的柱参数
柱参数 单位 柱 型
填充柱 WCOT SCOT
分离度 R
容量因子 k
理论板数 n
柱长 L cm
塔板高 H cm
载气线速 u cm/s
分离时间 tR s
1.5 1.5 1.5
58.6 2.7 11.2
3290 5890 3270
240 500 300
0.073 0.085 0.081
8.0 37.0 30.5
1790 50 120
2009-11-10 24
毛细管柱固定相极性表
极性 固定相 对应的填充柱
非极性 AT-1,HP-1,SPB-1 OV-1,SE-30
AT-5,HP-5,SPB-5 OV-5,SE-52
中极性 HP-624
HP-50+ OV-17
极性 HP-20M Carbowax 20M
HP-innowax Carbowax 20M
2009-11-10 25
? 固定相的选择
? 在气相色谱中,分离度的改善，主要取决于
固定相及柱温的选择。
– 对于已知物，固定液的选择，常用方法有：
– 按相似性原则选择固定液
?按极性选择。
?非极性组分 ---选非极性固定相（ P=0或
+1），分子间作用力主要是色散力,组
分基本按沸点顺序 （低 → 高）出柱。
2009-11-10 26
?中等极性组分 ---选中等极性固定液
（ P=+2或 +3）分子间作用力为色散力
和诱导力,组分基本按沸点顺序 出柱。
对沸点相同的，则诱导力起主要作用，
非极性组分先出柱。
?强极性组分 ---选强极性固定液（ P=+4
或 +5），分子间作用力主要为定向力，
诱导力和色散力处于次要地位。样品
按 极性顺序出柱,非极性与弱极性组
分先出柱。
2009-11-10 27
– 按化学官能团选择
?固定液与组分分子的化学官能团相同时，
相互作用力强，选择性高。例
?分析酯类化合物 ——选酯类固定液，
?分析醇类化合物 ——选醇类固定液。
– 按样品中各组分间主要差别选择
?主要差别为沸点时 ——选非极性固定液；
主要差别为极性时 ——选极性固定液。
2009-11-10 28
– 使用混合固定液
?将两种或两种以上极性不同的固定液
按一定比例 混合后涂布 于载体上。
?将分别涂有不同固定液的载体，按一
定比例混匀装入一根柱管中（ 混装 ）。
?将不同极性的色谱柱串联起来使用
（ 串联 ）
2009-11-10 29
化合物极性分组
最强极性，
氢键型
水，醇，甘油，氨基醇，羟酸类，多酚类，
二羟酸等
强极性 脂肪酸，酚类，伯与仲胺类，圬，氨，肼，
HCN,HF，含 ?-氢原子的硝基化物,含 ?-
氢原子的腈类
中等极性 酮类，醛类，酯类，叔胺类，不含 ?-氢原子
的硝基化物，不 含 ?-氢原子的腈类
弱极性 二氯甲烷，氯仿，氯乙烷，芳香烃类，烯烃
类
非极性 饱和碳氢化物,CS2，硫醇类，硫化物
2009-11-10 30
– 样品组分 性质未知时 固定液的选择
– 尝试法
– 选用常用的五支色谱柱（ SE-30,OV-17，
QF-1,PEG-20M,DEGS，极性依次增大）
进行测试。
未知样品先在 QF-1柱上分离，再在 OV-17柱
上分离，在同样的条件下，观察分离情况。
根据分离情况，再换用极性小的柱或极性大
的柱，由此可获得较为适宜的色谱柱。
2009-11-10 31
? 检测器是气相色谱仪的最重要的组成
部分。常用的有：
浓度型 ---信号强度 R与载气中组分的浓度 C成
正比，与载气流速 F无关。当进样量一定时
（浓度一定），峰高（ h）基本上与载气流速
无关，但峰面积（ A）与流速成反比。例 热导
检测器、电子捕获检测器。
质量型 ---信号强度 R正比于单位时间内进入检
测器的组分量（ dW/dt），峰高（ h）与载气
流速成正比，峰面积（ A）与流速无关。例
氢火焰离子化检测器、火焰光度检测器
检
测
器
2009-11-10 32
A
R
F
h
浓度型检测器 R-F图
R
F
h
A
质量型检测器 R-F图
检测器分类
2009-11-10 33
? 热导检测器（ thermal conductivity
detector； TCD）
– 特点,测定范围广，热稳定性好，线
性范围宽，样品不被破坏；但灵敏度
低。
– 在实验条件恒定时，检测器的灵敏度
决定于载气与组分热导率之差，两者
相差越大，越灵敏。若无差别，则不
产生信号。
2009-11-10 34
氮气：热导率较低，用氮气作载气时，灵敏度较
低。有机物热导率较其高时，就会出现倒峰现象。
氢气：作载气时，能获得高的灵敏度，但不安全。
氦气：作载气较理想，但价格贵。
氢气 22.36
氦气 17.42
空气 3.14
氮气 3.14
甲烷 4.56
乙烯 3.10
丙烷 2.64
苯 1.84
乙醇 2.22
丙酮 1.76
几种气体与有机液体蒸气在 100℃ 的热导率（ ?× 102）
2009-11-10 35
– 热导检测器使用 注意点,
?用峰面积定量时，需保持流速恒定。
?不通载气不能加桥电流,以免烧坏热
敏元件。
?桥电流的大小与载气的热导率及检测
室温度有关。载气热导率大，检测室
温度低时，可选择较大的桥电流。在
灵敏度满足要求的情况下，应尽量采
用低桥电流。
2009-11-10 36
? 氢焰离子化检测器（ hydrogen flame
ionization detector； FID）
– 特点,灵敏度高，响应快，线性范
围宽等优点，是目前最常用的检测
器之一。但一般只能测定含碳有机
物，且样品在检测时被破坏。
2009-11-10 37
– FID使用 注意点,
?峰高定量时，需保持载气流速恒定。
?多以氮气为载气，通常：
?N2,H2=1,1～ 1,1.5，
? H2,空气 =1,5～ 1,10
?用硅油为固定相时，需选分子量大的，
并在较低温度下使用，以免硅油流失，
污染检测器，使检测器不产生信号。
2009-11-10 38
? 氮 -磷检测器（ nitrogen phosphorus detector；
NPD）
– NPD也称火焰热离子化检测器（ FTD），
碱金属火焰离子化检测器（ AFID）其离
子源为加热的碱金属盐片或碱玻璃珠。
对含 氮、磷有机物 特别敏感。灵敏度分
别高 50倍,500倍，具有较宽的线性范围。
选择性不低于 1,5000，即含氮、磷化合
物在该检测器上产生的信号较结构类似
而不含氮、磷的化合物高 5000倍。
2009-11-10 39
– 使用时 注意点：
?氢气流速控制在 3～ 4ml/min，否则，噪
音增大。
?应 避免使用氯仿作样品溶剂,应氯仿能
溶解检测器的碱盐。
?铷玻璃珠的寿命与使用情况有关，若背
景电流、氢气流速、柱温太高，易导致
固定相流失，污染检测器。
?NPD不适合与涂有含卤素、磷或氮的固
定液（ OV-210,XE-60等）的色谱柱配
合使用。
2009-11-10 40
? 电子捕获检测器（ electron capture
detector； ECD）
– ECD是目前分析痕量 电负性有机化
合物 最有效的检测器。对含卤素、
硫、氧、硝基、羰基、氰基、共轭
双键体系、有机金属化合物等均有
很高的响应值。，但对烷、烯、炔
烃响应低，线性范围窄，重现性差。
2009-11-10 41
– 使用时 注意点,
?用高纯氮作载气,否则，水，氧，电负性
杂质会使检测器灵敏度降低。
?使用低于饱和基流所对应的极化电压。极
化电压低，电子能量小，分子捕获电子的
可能性大，检测灵敏度高。
?检测器温度应高于柱温，但不能太高，否
则影响检测器寿命。
?检测器出口必须连接 几十米长 的金属或塑
料管道后再与大气相通，以防止氧气反扩
散进入检测器，使检测器污染。
2009-11-10 42
? 火焰光度检测器（ flame photometric detector；
FPD）
– FPD主要用于检测含 硫或磷化合物 。在富氢
火焰中，含硫或磷化合物燃烧生成 化学发光
物质, 产生特征波长的光,投射到光电倍增
管上产生电流，经放大后记录下来。通过测
定特征波长光强度，可计算含硫或磷化合物
的量。
– FPD对硫、磷化合物有高的选择性和灵敏度。
多用于大气痕量污染物的分析和水、农副产
品中有机磷和有机硫农药残留量的测定。
2009-11-10 43
– 使用时 注意点,
?保证 燃烧火焰是富氢火焰,否则，
不会产生特征光谱或灵敏度低。
?为延长光电管寿命，点火前，不要
开高压电源。
?当检测器温度低于 100℃ 时，不要
点火，以免检测器积水受潮。
2009-11-10 44
? 毛细管柱的检测系统
– 毛细管柱由于柱径很小，载气流量很低
（约 1～ 3ml/min），因此检测器以及柱后
连接管道死体积必须很小，使他们对谱带
展宽的影响最小。要解决这一问题,毛细
管柱与检测器必须正确连接 。通常是在柱
后与检测器之间，附加一个 尾吹装置 。由
于毛细管柱载气流量很小，进入检测器后
速度锐减，造成色谱峰扩张，因此在色谱
柱出口加一个辅助尾吹气，可加速样品通
过检测器。
2009-11-10 45
检
测
器
尾吹（ N2）
进
样
分
流
毛细管柱
2009-11-10 46
? 检测器性能指标
– 噪音（ noise）与漂移（ shift） ----指无样品
通过检测器时，由仪器本身和工作条件所
造成的基线起伏值（噪音 RN）和向某一方
的移动（漂移）。
– 灵敏度（ sensitivity）,又称响应值 ---是评
价检测器质量的重要指标。是指信号增量
（△ R）与响应浓度的增量（ △ Q）之比
S= △ R/ △ Q
浓度型检测器 Sc的单位为 mV·ml/mg
质量型检测器 Sm的单位为 mV·s/g
2009-11-10 47
– 检测限（ detectability） ---又称敏感度。
是指以检测器恰能产生 二倍噪音信号 时，
单位时间引入检测器的组分量或单位体
积载气中所含组分量，用 D表示
– D=2 RN /S（ mg/ml或 g/s）
– 例：已知噪音 RN =0.01mv，
– 灵敏度 s=2× 108mv·s/g，
– 则检测限
– D=2× 0.01mv/（ 2× 108mv·s/g ）
=1× 10-10 g/s
2009-11-10 48
– 假如：噪音 =1mm,5?g/mL溶液进样
20 ?L，测得峰高 10mm，则检测限
–
– 线性范围（ line range）
– 响应时间（ response time),又称应答时
间。表示对组分浓度（质量）变化的
跟踪速度。
2× 1D=
10/ （ 5× 20） =20ng
2009-11-10 49
– 影响分离度的因素
?分配系数比（ ?）
?容量因子（ k）
?柱效（ n）
从三者对分离度 R关系的公式看,?≠1
是分离的前提。要将各组分分离，必须
选择适宜的 固定相、流动相流速、柱温
等。
2009-11-10 50
? a为柱效项,b为柱选择性项,c为容量因子项。
? ?=K2/K1,k2=K2·Vs/Vm
? 若 K1 = K2, ?=1,= 0,R=0，无法分离。
? 在 K1 ? K2 的前提下，柱效项与容量因子项越大，
分离度越大。
? 下表是 ?对分离度的影响。
R=(
4
) ·( ?-1? k
2+1
)k2n ) ·(
a b c
?-1
?
2009-11-10 51
? 1.0 1.001 1.01 1.1 1.5 2.0
(?-1)/? 0 0.001 0.01 0.091 0.33 0.50
?? 1.01 → 1.1 （ 9%↑ ）,R （ ↑ 9倍）
?? 1.5 → 2.0 （ 33%↑ ）,R （ ↑ 1.5倍）
?上表说明 ?在 1附近变化，对分离度 R改
善非常有效。
2009-11-10 52
? 在 ?＞ 1的前提下，柱容量 k值越大,R也越大。
但下表的数据表明，当 k超过 20时,k再增加，
k/（ 1+k）增加不明显,对 R的改进不大，反而
增加了保留时间，使峰宽增大，故一般 k不超
过 20。
k k/（ 1+k） k k/（ 1+k）
0.1 0.33
1.0 0.50
3.0 0.75
5.0 0.83
8.0 0.89
10 0.91
20 0.95
30 0.97
50 0.98
2009-11-10 53
– 色谱柱的选择 ---包括 固定液 和 柱长 的选择。
柱长的确定可通过以下方法：
– 选一个极性适宜任意长度的色谱柱，测定
二组分在该柱上的分离度 R，若柱长
L1=1m，测得 R1=0.75，欲使分离度 R2达
到 1.5时，柱长 L2需多少米？
实验条件的选择
2009-11-10 54
?根据 n=L/H和
?有（ R1/ R2） 2=L1/L2
?则 L2=（ R2/ R1） 2 ·L1
=（ 1.5/0.75） 2× 1=4（ m）
?即在其他条件不变时，用这样的 4米长
柱即可达到 R=1.5的要求。
R=(
4
) ·( ?-1? k
2+1
)k2n ) ·(
2009-11-10 55
? 柱温的选择 ---是改善分离度的重要参数
– 柱温影响分配系数 K，容量因子 k，组分在
流动相中的扩散系数 Dm和组分在固定相中
的扩散系数 Ds，从而 影响分离度和分析时
间。
– 一般使难分离物质在达到要求的分离度条
件下，尽可能采用低柱温，以保留时间适
宜及不拖尾为度。
– 对于宽沸程样品或理化性质相差较大的多
组分样品，可采用 程序升温法 进行分离。
2009-11-10 56
? 程序升温
– 选择适当的 初始 温度,升温速率 和 终止 温
度，可使宽沸程多组分样品得到良好分离。
升温的程序即柱温随时间变化的方式，可
分为线性升温与非线性升温两种。
?线性升温 ---指柱温（ Tc）随时间（ t）成
比例的增加：
? Tc = T0 + r· t
? 式中 T0为起始温度（ ℃ ）,r为升温速率
（ ℃ /min）,t为升温时间
·
2009-11-10 57
? 非线性升温有四种形式
– 线性升温 → 恒温
适合于高沸点组分的分离
– 恒温 → 线性升温
– 恒温 → 线性升温 → 恒温
适合于沸点范围很宽的样品
– 多种速率升温
开始以 r1速率升温，
然后以 r2,r3速率升温 r1
r2
r3
r
r
r
2009-11-10 58
? 载气流速的选择 ——影响分离效率和分析时
间。
– 多采用氮气为载气。为获得高柱效，应选
用最佳流速，但在此流速下分析时间较长，
故一般选择略高于最佳流速的速度,常用
的流速为 20～ 80ml/min(填充柱 )。
? 进样量 ——进样量的大小直接关系到谱带的
初始宽度。
2009-11-10 59
– 在灵敏度足够的情况下，进样量越小越有
利于得到良好分离。进样量较小时，峰高
与进样量成比例，两组分分离情况不变；
当进样量超过最大允许进样量时（柱板数
下降 10%），色谱峰超载，柱效大大下降。
– 一般填充柱气体进样量为 0.1～ 1ml，液体
进样量为 0.1～ 1ul，最大不超过 4ul。
– 毛细管柱采用三种方式进样,
? 分流方法进样，无分流进样，柱头进样。
2009-11-10 60
? 分流进样法
– 在气化室出口处分成两路，一路将大部分
气样放空；另一路将极微量的气样引入毛
细管色谱柱中，这两部分比例称为 分流比 。
完成分流的装置称为分流器。
– 不同仪器上使用的分流器形式不同。
– 使用分流器的最大不利在于大部分样品放
空，这对痕量分析十分不利，不适宜使用。
2009-11-10 61
1
1 12 2
2
3 3
3
A C
B D
1 2
3
1.注射头 2.进毛细管柱 3.放空
四种毛细管分流器
A-T形旁通管 B-同心管 C-反流 T形旁通管 D-改进同心管
2009-11-10 62
? 气化室温度
– 取决于样品的挥发性、沸点、稳定性及进
样量等因素。一般 采用样品的沸点或高于
沸点,以保证迅速气化完全。但 不超过沸
点 50℃ 以上,以免样品分解。对于一般色
谱分析，气化温度比柱温高 10～ 50 ℃ 即可。
? 检测室温度
– 检测室温度要求 高于柱温,以免色谱柱流
出物在检测器中冷凝而污染检测器。通常
可高于柱温 30 ℃ 左右或等于气化室,不低于
100 ℃ 。
2009-11-10 63
也称液上气
相色谱分析，
是指用气相
色谱法来分
析封闭系统
中与液体或
固体样品相
平衡的气体
的一种方法。
恒温水浴
温度计 注射器（抽 0.2-2.0ml气体进样）
10-20ml玻璃瓶（具
有硅橡胶隔垫片盖）
0.1-1g固体或 3-6ml液
体（平衡 10-60min）样品
顶空分析法（ head space chromatography）
2009-11-10 64
? 基本原理
当样品的蒸气压相当低时，色谱峰面积（ Ai）
与挥发性组分（ i）的蒸气压（ Pi）成正比：
Ai=Ci· Pi
（ Ci为与样品种类和检测器有关的特定常数）
根据拉乌尔（ Raoult）定律，对于 理想 的混合
体系,Pi = Pi? ·X i
（ Pi?为纯组分 i的蒸气压,Xi为 i的摩尔分数）
对于 真实 体系，组分 i的分压 Pi可表示为：
Pi =ri · Pi? · Xi（ ri为组分 i的活度系数）
2009-11-10 65
? 对于大多数溶液而言，分子间吸引力不完全相
同，距离也不完全相等，故溶液的实际蒸气压
与拉乌尔定律计算值之间存在偏差，这种溶液
称为非理想溶液，即 ri≠1。
ri 值 ＞ 1 ＜ 1
分子间吸引力 不同种＜纯物质 不同种＞纯物质
液上气体压力 比计算值大 比计算值小
偏 差 正 负
分子离开 易 不易
混合物
2009-11-10 66
? 极性与非极性分子在一起时，会出现 正偏差 。
如：乙醇 /庚烷，乙醇 /乙醚
? 分子具有永久性或诱导偶极矩时，由于这些静电作
用力，使分子间发生氢键或不稳定的化学键，导致
不易离开混合物，产生 负偏差 。如：丙酮 /1,1,2-
三氯乙烷,三氯乙烯 /四氢呋喃，丙酮 /氯仿
? 服从拉乌尔定律的混合体系，峰面积与浓度呈线性
关系，但高浓度时不呈线性。所以，样品最好能充
分稀释,使其接近理想混合体系,
? 近似理想 溶液有：正庚烷 /甲基环己烷，己烷 /庚烷，
苯 /甲苯，乙醇 /异丙醇。
2009-11-10 67
? 定性定量
– 利用保留值定性
? 已知物对照法 ——将已知的标准物质加入样品
中，对比加入前后的色谱图。若某色谱峰相对
增高，则该色谱峰所代表的组分与标准物质 可
能 为同一物质。还需再选一根与上述色谱柱极
性相差较大的色谱柱，进行如上的分析，若在
两根色谱柱上均产生叠加现象，才可认定待测
物与标准物是同一物质。此法重复性较差。
– 利用相对保留值定性 —指任一组分（ i）与标准
物质（ s）的调整保留值的比值（ ris ）
– 利用保留指数定性
2009-11-10 68
1
? 内标法和外标法定量
? 内标的评价
– 比较药物与内标在各种浓度时的响应值
比值是否恒定。
药物（ ug） 5 10 15 20
内标（ ug） 10 20 30 40
按拟定方法测定
计算峰面积比值 R=A药 /A内 × C内 /C药
2 3 4
2009-11-10 69
?多内标法
?若样品中含有多种被测组分，且这些
组分间理化性质差异又较大，或组分
间浓度相差较大，用一个内标有时没
有合适的保留时间或浓度来满足各组
分的测定，可采用多内标法测定。
2009-11-10 70
? 例 1 合成药物中有机溶剂残留量的测定
? 色谱条件
? 色谱柱,HP-5毛细管柱（ 5% phenyl methyl
siloxane,30m 320um 0.25um nominal）。
柱温 45℃,气化室温 180℃,检测室温 200℃
（ FID）。
? 氢气 40ml/min,空气 450ml/min,氮气 1ml/min,
分流比 3,1。
? 顶空进样,平衡温度 90℃,预热 10min。
应用举例
2009-11-10 71
? 根据合成工艺路线,需检测的残留溶
剂有甲醇，乙醇，丙酮，二氯甲烷，
乙酸乙酯，正丁醇。
? 标准定位溶液的配制
? 标准混合溶液的配制
? 样品溶液的配制
? 分别进样测定，结果见图。
2009-11-10 72
上述色谱峰依次为：
甲醇, 乙醇, 丙酮, 二氯甲烷, 乙酸乙酯, 正丁醇 。
2009-11-10 73
丙
酮
乙
酸
乙
酯
2009-11-10 74
? 例 2 样品中 甲醇，乙醇，丙酮，乙腈 残留量
的测定，比较不同极性色谱柱对丙酮，乙
腈分离度的影响。
? 在非极性 HP-5上 丙酮，乙腈 不能分离，在
中等极性的 DB-624柱上分离良好 。
? 两者除沸点外，物理性质非常相似：
? 丙酮：沸点 56℃,极性 0.56，黏滞度 0.3，
与水互溶,
? 乙腈：沸点 82℃,极性 0.65，黏滞度 0.34，
与水互溶,
2009-11-10 75
?降低柱温和流速也未能使其分
离 。
?HP-5毛细管柱
色谱峰归属依次为：甲醇, 乙醇,
丙酮 +乙腈, 后两者不能分离, 合
并为单峰,
?DB-624毛细管柱
色谱峰归属依次为,甲醇, 乙醇,
丙酮, 乙腈, 各色谱峰间有良好的
分离度 。
为（丙酮 +
乙腈）峰
2009-11-10 76
?根据按极性选择固定相原则：
?,非极性组分 ---选非极性固定相（ P=0或
+1），组分基本按沸点顺序（低 → 高）
出柱。
?中等极性组分 ---选中等极性固定液
（ P=+2或 +3），组分基本按沸点顺序出
柱；对沸点相同的，非极性组分先出柱, 。
本例中丙酮和乙腈在非极性柱 (HP-5)中未
分离,在中等极性柱 (DB-624)中获得分离。
丙酮沸点、极性较乙腈低，故先出峰 。
2009-11-10 77
又如, 正己烷, 正辛烷, 正壬烷, 乙醇, 苯, 甲
苯, 二甲苯, 苯乙烯, 二乙烯基苯, 的分离
分析柱,Hp-5,温度 50℃,二甲苯与苯乙烯分不开
2009-11-10 78
分析柱,DB-624,程序升温,50℃ （ 31.2min）, 8℃ /min
200℃ （ 10min）
二甲苯与苯乙烯不能分离, 且乙醇拖尾严重, 影响苯检出
2009-11-10 79
FFAP,柱 温 60℃ (14min),20℃ /min
200℃ （ 5min）, 流速：柱前压 44kg
苯被乙醇大峰掩盖
流速：柱前压 36kg,柱温 50℃( 5min),
20℃ /min 100℃( 12min),20℃ /min 200℃( 1min)
2009-11-10 80
Hp-5,温度 30℃
乙醇, 苯分离
2009-11-10 81
? GC 中经常出现的一些问题,
? 不出峰 ——熄火, 检测器未点着,
? 保留时间变化 ——进样器密封圈漏气,
? 峰面积变化 ——自动进样应考虑漏气, 气
体流速变化, 手动进样操作关系, 数次进
样速度, 留针速度, 拔针速度均有关 （ 下
例为维生素 E 因上述原因造成的色谱峰变
化情况 ） 。
? 填充柱固定相的浓度，柱长度，柱管材料
等对样品的色谱峰，保留时间，柱效等均
有影响 。
2009-11-10 82
N=281,579
N=503,742
N=1062,1338
N=1102,1276
