*第十五章 气相色谱分析法 §15-1 概述 色谱法是一种用于分离、分析多组分混合物质的非常有效的方法。 色谱法创立于1906年，当时俄国植物学家茨维特（Tswett）在研究植物色素成分时，用石油醚浸取植物色素，然后将浸取液加入到用碳酸钙填充的玻璃管柱内，并不断地用石油醚淋洗，使各种色素在柱内得以分离而形成不同颜色的谱带，由此而得名为“色谱法”。随着科学技术的发展，色谱法应用领域又进一步扩展到无色物质的分离与分析，但是“色谱”这一名词却继续沿用至今。 将色谱法与适当的检测手段相结合应用于分析化学领域，称为色谱分析法。 一、分类 在色谱法中，能起分离作用的柱子称为色谱柱，固定在色谱柱内的填充物（如上述茨维特实验中的CaCO3）称为固定相。沿色谱柱流动的物质（如石油醚）称为流动相。通常依据色谱过程中固定相和流动相的物理状态作如下分类： 表15-1色谱法分类 类型 流动相 固定相  气相色谱 气固色谱 气液色谱 液相色谱 液固色谱 液液色谱 气 体 气 体 液 体 液 体 固体（吸附剂） 液体（涂于担体或毛细管壁上） 固体（吸附剂） 液体（涂于担体上）   本章着重讨论的是气相色谱法。 二、气相色谱的分析流程 常用气相色谱仪的主要部件及分析流程如图15－1所示。  1高压钢瓶2减压阀3净化干燥管4气流调节阀5子流量计 6压力表7气化室8色谱柱9检测器10自动记录仪 图15-1 气相色谱流程图 气相色谱仪一般可分为气路系统、进样系统、分离系统、检测系统和记录系统等五部分。 载气由高压钢瓶1供给，经减压阀2减压后，通过净化干燥管3干燥、净化，用气流调节阀4控制气流速度，利用转子流量计5和压力表6指示载气的柱前流量和压力。试样用微量注射器从进样口注入，在气化室7经瞬间气化，被载气携带入色谱柱8中进行分离。分离后的组分逐个进入检测器9后放空。检测器信号经放大并驱动自动记录仪10,同时记录时间与响应信号的相应关系，从而获得一组峰形曲线，简称色谱图。 在气相色谱仪的主要部件中，色谱柱和检测器是其关键部件。分离的效果主要取决于色谱柱，而能否灵敏、准确地测定各组分则取决于检测器。 三、气相色谱的分离原理 气相色谱有很强的分离能力，现以气液色谱为例，说明色谱分离原理。 气液色谱的色谱柱中填充的固定相是惰性担体及其上均匀涂布的固定液，当气态的试样组分随载气进入色谱柱时，试样组分分子与固定液分子充分接触，由于二者之间的相互作用，有一部分组成被固定相溶解，另一部分仍留在流动相中，随着载气的不断通入色谱柱，流动相中的组分又被前方的固定相溶解，而已溶解于固定相中的组分又可挥发到流动组中，组分在固定相和流动相两相间的溶解、挥发过程是个分配过程，设Cs为组分在固定相中的浓度，Cm为组分在流动相中的浓度，则在每次分配过程达到平衡时都应满足下列关系：  式中K称为分配系数。 在一定温度下，K值决定于组分、固定相和流动相三者的性质，因此不同物质在两相间的分配系数也各不相同。K值大的组分，每次分配在气相中的浓度较小，前移速度慢，柱内停留时间长；而K值小的组分，每次分配在气相中的浓度较大，相应地，组分前移速度也快，在柱内停留时间就较短，因此各组分流经一定的柱长（即一定的时间间隔），经过足够多次的反复分配后，试样中各组分得以彼此分离。 可见，气液色谱是利用不同物质在固定相和流动相间分配系数的不同，当两相作相对运动时，试样中各组分在两相间经过反复多次的溶解、挥发、再溶解、再挥发的分配过程，即使原来两组分的K值仅有微小差异（反映在沸点、溶解度、分子结构和极性等方面的不同），也能达到一定的分离效果。 与气液色谱的分离原理相似，气固色谱是利用组分分子在流动相与固定相（吸附剂）之间反复进行吸附－脱附－再吸附－再脱附的分配过程，最后达到组分间的彼此分离。 四、气相色谱法的特点 由于气相色谱法的不断完善和分离、分析技术的发展，它已成为石油、化工、医药、食品、生物化学、环境保护等生产、科研部门不可缺少的分析手段。其特点如下： （1）分离效能高 可分离性质非常接近的同分异构体、立体异构体等物质。如分析石油馏分中几十个到上百个组分。 （2）灵敏度高 由于先进的检测手段与高效能的分离技术相结合，气相色谱法灵敏度高，可以检测～g物质。如环境化学中大气污染物的分析，农药残留物的分析，以及测定农副产品、食品、水质中的卤素、硫、磷等的含量。 （3）分析速度快 进行气相色谱分析时，在进样后只要几分钟或几十分钟即可完成一个分析全过程。近年来用计算机处理数据，更加快了分析速度。 （4）应用范围广 在柱温条件下能气化的有机试样、无机试样都可进行分离与测定。 除上述特点之外，普通的气相色谱法也存在一些不足之处。其一，对于沸点高于450℃的难挥发物质或对热不稳定的物质，不能用气相色谱法测定；其二，运用气相色谱法进行未知物定性时，必须有待测组分的纯品或相应的色谱定性数据，否则难于从色谱峰得出定性结果。 §15-2 气相色谱分析 一、气相色谱理论基础 （一）色谱流出曲线及有关术语 试样中经分离后的各组分依次进入检测器，后者将组分的浓度（或质量）的变化转化为电压（或电流）信号，记录仪描绘出所得信号随时间的变化曲线，称为色谱流出曲线，即色谱图。图15－2为单组分的色谱流出曲线。  图15-2色谱流出曲线 色谱流出曲线趋近于正态分布曲线，它是气相色谱中定性、定量分析的主要依据。曲线中有关术语介绍如下。 基线 当单纯载气通过检测器时，响应信号的记录值OC称为基线，稳定的基线应该是一条水平直线。 保留值 表示试样组分在色谱柱内停留的情况，通常保留值用时间或相应的载气体积表示。 （1）死时间 t M 不被固定相吸附或溶解的气体物质（如空气、甲烷），从进样到出现峰极大值所需的时间称为死时间，如图15－2中O′A′。 （2）保留时间t R 指待测组分从进样到柱后出现色谱峰最大值时所需的时间，如图15－2中O′B。 （3）调整保留时间 表示扣除死时间后的保留时间，如图15-2中A′B，即= t R - t M。保留时间可用时间单位（min或s）或长度单位（如cm）表示。 （4）死体积VM 柱内固定相颗粒间所剩余的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及进样系统、检测器的空间的总和。它和死时间的关系为： VM = t M F0 ，式中F0 为色谱柱出口的载气体积流速（mL·minˉ1）。 （5）保留体积VR 指从进样到色谱峰出现最大值时所通过的载气体积，即VR = t R F0。 （6）调整保留体积V ′R 表示扣除死体积后的保留体积，即V ′R = VR - VM 。 （7）相对保留值r21 指组分2与组分1的调整保留值之比。  （15－1） 相对保留值只与组分性质、柱温、固定相性质有关，与其它色谱操作条件无关，它表示色谱柱对两种组分的选择性，是气相色谱定性的重要依据。 区域宽度 区域宽度即色谱峰宽度，色谱峰越窄越尖，峰形越好。通常用下列三种方法之一表示。 （1）标准偏差σ　 即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半（图15－2中EF的一半）。 （2）半峰宽Y1/2 峰高h一半处的宽度（图15－2中的GH）。它与标准差σ的关系是： （3）峰底宽度W b 由色谱峰两边的拐点作切线，与基线交点间的距离（图15－2中的IJ）。它与标准差σ的关系是： W b =4σ 二、气相色谱法的基本理论 多组分的试样通过色谱柱而能逐一被分离，描述这一过程的基本理论有塔板理论和速率理论。现分述如下。 塔板理论 1941年马丁和辛格在研究色谱分离过程时，提出了塔板理论。该理论是将色谱柱比拟为一个分馏塔，将连续的色谱过程看作许多小段平衡过程的重复，每一小段想象为一块塔板，在塔板的间隔高度内被分离组分在气液两相间达到分配平衡，经过多次分配平衡后，各组分达到分离。假设在柱内塔板高度（即两块塔板间的距离）为H，色谱柱长为L，柱内的理论塔板数为n理，则 n理 =L / H （15－2） 由式（15－2）可知，当色谱柱长L一定时，H越小，n理 越多，说明组分流经的塔板数目越多，柱效能也就越高。但是，柱内的死体积VM （或相应的死时间tM）并不参与分配过程，所以按式（15－2）计算出的n理 不能反映柱内组分分配的真实情况，为此应扣除VM 或tM ，即以调整保留值计算出的有效塔板数（n有）和有效塔板高度（H有），更接近色谱柱的实际情况，有效塔板数和有效塔板高度的计算公式为：  (15-3) (15-4) 例1已知某组分的色谱峰底宽度为40s，死时间为14s，保留时间6.67min ，求n理、n有 各有多少? 解：6.67min=400s  速率理论——范·第姆特方程 1956年荷兰学者范·第姆特等吸收了塔板理论的精华，并考虑到在色谱分离过程中实际存在的组分分子扩散、传质阻力等动力学因素，提出速率理论方程式（亦称范·第姆特方程）： H=A+B/u +Cu (15-5) 式中：H为塔板高度；u 为载气的线速度，单位为cm·s-1；A、B、C均为常数。 各项的物理意义分述如下： (1) 涡流扩散项 A 气体碰到填充物颗粒时，不断地改变流动方向，使试样组分在气相中形成类似“涡流”的流动，因而引起色谱的扩张。由于 A=2λdp ，表明 A 与填充物的平均颗粒直径 dp 的大小和填充的不均匀性 λ 有关，而与载气性质、线速度和组分无关，因此使用适当细粒度和颗粒均匀的担体，并尽量填充均匀，是减少涡流扩散，提高柱效的有效途径。 (2) 分子扩散项 B/u 由于试样组分被载气带入色谱柱后，是以“塞子”的形式存在于柱的很小一段空间中，在“塞子”的前后 ( 纵向 ) 存在着浓差而形成浓度梯度，因此使运动着的分子产生纵向扩散。而 B=2rDg r 是因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因数 ( 弯曲因子 ) ， D g 为组分在气相中的扩散系数。分子扩散项与 D g 的大小成正比，而 D g 与组分及载气的性质有关：相对分子质量大的组分，其 D g 小 , 反比于载气密度的平方根或载气相对分子质量的平方根，所以采用相对分子质量较大的载气 ( 如氮气 ) ，可使 B 项降低， D g 随柱温增高而增加，但反比于柱压。 (3) 传质项系数 Cu 系数C 包括气相传质阻力系数 C g 和液相传质阻力系数 C 1 两项。所谓气相传质过程是指试样组分从移动到相表面的过程，在这一过程中试样组分将在两相间进行质量交换，即进行浓度分配。这种过程若进行缓慢，表示气相传质阻力大，就引起色谱峰扩张。 由上述讨论可见，范弟姆特方程式对于分离条件的选择具有指导意义。它可以说明 ，填充均匀程度、担体粒度、载气种类、载气流速、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩张的影响。 三、分离度 两个组分怎样才算达到完全分离？首先是两组分的色谱峰之间的距离必须相差足够大，若两峰间仅有一定距离，而每一个峰却很宽，致使彼此重叠，则两组分仍无法完全分离；第二是峰必须窄。只有同时满足这两个条件时，两组分才能完全分离。  　　图15-4色谱分离的两种情况 为判断相邻两组分在色谱柱中的分离情况,如图15－4所示，可用分离度 R 作为色谱柱的分离效能指标。其定义为相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值： 　　　　　　　　　　　　  (15-6) R 值越大，就意味着相邻两组分分离得越好。因此，分离度是柱效能、选择性影响因素的总和，故可用其作为色谱柱的总分离效能指标。 　　从理论上可以证明，若峰形对称且满足于正态分布，则当 R=1 时，分离程度可达 98% ；当 R=1.5 时，分离程度可达 99.7% 因而可用 R=1.5 来作为相邻两峰已完全分开的标志。 当两组分的色谱峰分离较差，峰底宽度难于测量时，用半峰宽代替峰底宽度，并用下式表示分离度：  (15-7) 四、气相色谱固定相 固定相是色谱柱的核心部分，样品组分的分离在很大程度上取决于固定相的选择。气相色谱固定相分为固体固定相、液体固定相和聚合物固定相。 （一）固体固定相 固体固定相一般采用固体吸附剂，主要用于分析永久气体及一些低沸点物质，如气态烃。因为永久气体在一般固定液里溶解度很小，还没有一种满意的固定液能分离它们，而在吸附剂上其吸附能力差别较大，可以得到较好分离。常用的固体吸附剂有：活性炭、硅胶、氧化铝和分子筛。 （二）液体固定相 液体固定相是由担体和固定液组成。 担体 担体的作用是用来支撑一层均匀的固定液薄膜，同时需使载气顺利通过，它 应具有下列特性： 表面有微孔结构，微孔的结构要均一，直径约为1～10μm。 有一个很大的比表面积，1～20m2·g-1。 惰性，与样品组分不起化学反应，物理吸附作用应该很小。 具有一定的粒度和规则的形状，最好是球形，有一定的机械强度，在装填过程中不易破碎。热稳定性好。 应用最普遍的是硅藻土型担体，天然硅藻土是由无定形二氧化硅及少量金属氧化物杂质组成的单细胞海藻骨架，经过粉碎、高温煅烧，再粉碎过筛而成，因处理方法不同分为红色担体和白色担体。红色担体：天然硅藻土中的铁，煅烧后生成氧化铁，呈现浅红色。孔穴多，孔径小，比表面大，可负担较多固定液，缺点是表面存在活性吸附中心，分析极性物质时易产生拖尾峰。非极性固定液使用红色担体，用于分析非极性组分。白色担体：天然硅藻土在煅烧前加入少量碳酸钠等助溶剂，使氧化铁在煅烧后生成铁硅酸钠，变为白色。由于助溶剂的存在，生成的硅酸钠玻璃体破坏了硅藻土中大部分细孔结构，粘结为较大的颗粒，表面孔径大，比表面积小，担体中碱金属氧化物含量较高，pH大。白色担体有较为惰性的表面，表面吸附作用和催化作用小。极性固定液使用白色担体，用于分析极性物质。硅藻土型担体在使用前应进行预处理。 固定液 固定液主要是一些高沸点有机物。 （1）对固定液的要求，固定液应满足以下条件： 在使用温度下是液体，应具有极低的挥发性。 良好的热稳定性。 对要分离的各组分应具有合适的分配系数。 固定液与样品组分不产生化学反应。 最好是有固定的相对分子质量。 （2）固定液的分类：用于色谱的固定液已有上千种，为选择和使用方便，一般按极性大小把固定液分为四类：非极性、中等极性、强极性和氢键型固定液。 ① 非极性固定液。主要是一些饱和烷烃和甲基硅油，它们与待测物质分子之间的作用力以色散力为主。组分在此类固定相上按沸点由低到高顺序流出，若样品中兼有极性和非极性组分，则同沸点的极性组分先出峰。常用的固定液有角鲨烷（异三十烷）、阿皮松等。适用于非极性和弱极性化合物的分析。 ② 中等极性固定液。由较大的烷基和少量的极性基团或可以诱导极化的基团组成，它们与待测物质分子间的作用力以色散力和诱导力为主，组分基本上按沸点顺序出峰，同沸点的非极性组分先出峰。常用的固定液有邻苯二甲酸二壬酯、聚酯等，适用于弱极性和中等极性化合物的分析。 ③ 强极性固定液。含有较强的极性基团，它们与待测物质分子间作用力以静电力和诱导力为主，组分按极性由小到大的顺序出峰。常用的固定液有氧二丙腈等，适用于极性化合物的分析。 ④ 氢键型固定液。是强极性固定液中特殊的一类，与待测物质分子间作用力以氢键力为主，组分依形成氢键的难易程度出峰，不易形成氢键的组分先出峰。常用的固定液有聚乙二醇、三乙醇胺等，适用于分析含F，N，O等的化合物。 表15-2列出了几种常用固定液的性质，使用温度和分析对象。 表15-2 某些常用固定液及其性能 固定液名称  商品名称 最高使用 温度/℃  溶剂  分析对象  角鲨烷 SQ 150 乙醚、甲苯 （非极性标准固定液）分离一般烃类及非极性化合物  阿皮松L APL 300 苯、氯仿 高沸点非极性有机化合物  甲基硅低橡胶 SE-30JXR Silicone 300 氯仿 高沸点弱极性化合物  邻苯二甲 酸二壬酯 DNP 160  乙醚、甲醇 芳香族化合物，不饱和化合物以及各种含氧化合物（醇、醛、酮、酸、酯等）  β，β′一氧二丙腈  ODPN 100  甲醇、丙酮 分离醇、胺、不饱和烃等极性化合物  聚乙二醇 （1500至20000） PEG(1500至20000) Carbowax 80～200 乙醇、氯仿、 丙酮 醇、醛、酮、脂肪酸、酯及含氮官能团等极性化合物，对芳香烃有选择性   （3）固定液的选择：固定液的选择一般根据“相似相溶”的原则，待测组分分子与固定液分子的性质（极性、官能团等）相似时，其溶解度就大。 ① 按极性相似原则选择：如果固定液与待测组分的极性相似，则两者之间的作用力就强，待测组分在固定液中的溶解度就大，分配系数就大，保留时间长；若分离非极性和极性混合物时，一般选用极性固定液，此时，非极性组分先出峰，参见表15－2。 ② 按官能团相似选择：若待测物质为酯类，则选用酯或聚酯类固定液；若待测物质为醇类，可选用聚乙二醇固定液。 ③ 按主要差别选择：若待测各组分之间的沸点是主要矛盾，可选用非极性固定液；若极性是主要矛盾，则选用极性固定液。 ④ 选择混合固定液：对于难分离的复杂样品，可选用两种或两种以上的固定液。 实际工作中遇到的样品往往是比较复杂的，所以固定液的选择是一个较困难的问题。一般依靠经验规律或参考文献，按最接近的性质来选择。 （三）聚合物固定相 近年来发展了一种新型合成有机固定相，它既可直接用于分离，也可作为担体，在表面涂固定液后再用于分离，称为聚合物固定相，又称高分子多孔微球（GDX）。一般认为物质在其表面既存在吸附作用，又存在溶解作用。 聚合物固定相具有以下优点： （1）具有较大的比表面积，表面孔径均匀。 （2）对非极性及极性物质无有害的吸附活性，拖尾现象小，极性组分也能出对称峰。 （3）由于不存在液膜，无流失现象，热稳定性好。 （4）机械强度和耐腐蚀性较好，系均匀球形，在填充柱色谱中均匀性、重现性好，有助于减少涡流扩散。 商品中有以乙基苯乙烯与对二乙烯苯为主体的Porapak 系列和以苯乙烯与二乙烯苯为主体的Chromosorb系列，它们都有不同比表面和相对极性的系列产品。 五、气相色谱分离条件的选择 在气相色谱分析中，除了要选择好固定相之外，还要选择分离操作的最佳条件，在处理这一问题时，既应考虑使难分离的物质对达到定量分离的要求，还应尽量缩短分析所需的时间。 1 ．载气及其流速的选择 　　根据公式 ：H=A+B/u+CU  　图15-5　塔板高度H与流速u关系 用在不同流速下的塔板高度 H 对流速 u 作图，得 H-u 曲线图（图15-5）。在曲线的最低点，塔板高度 H 最小 ( H 最小 ) 。此时柱效最高。 根据速率理论和前述的影响速率理论方程中常数A、B、C的各种因素,当流速较小时，分子扩散 (B 项 ) 就成为色谱峰扩张的主要因素，此时应采用相对分子质量较大的载气 (N2 ， Ar ) ，使组分在载气中有较小 的扩散系数。而当流速较大时，传质项 (C 项 ) 为控制因素，宜采用相对分子质量较小的载气 (H2 ,He ) ，此时组分在载气中有较大的扩散系数，可减小气相传质阻力，提高柱效。 2 ．柱温的选择 　　柱温直接影响分离效能和分析速度。首先要考虑到每种固定液都有一定的使用温度。柱温不能高于固定液的最高使用温度，否则固定液挥发流失。 3 ．固定液的性质和用量 　　固定液对分离是起决定作用的。一般来说，担体的表面积越大，固定液用量可以越高，允许的进样量也就越多。为了改善液相传质，应使液膜薄一些。固定液液膜薄，柱效能提高，并可缩短分析时间。 固定液的配比一般用 5 ： 100 到 25 ： 100。不同的担体为要达到较高的柱效能，其固定液的配比往往是不同的。一般来说，担体的表面积越大，固定液的含量可以越高。 4 ．担体的性质和粒度 　　要求担体的表面积大，表面孔径分布均匀。这样，固定液涂在担体表面上成为均匀的薄膜，液相传质就快，柱效就可提高。担体粒度均匀、细小，也有利于柱效提高。但粒度过小，柱压降增大，对操作不利。 5 ．进样时间和进样量 　　进样必须快，一般在一秒钟之内。进样时间过长，会增大峰宽，峰变形。进样量一般液体 0.1~5 微升，气体 0.1~10 毫升，进样太多，会使几个峰叠加，分离不好。 6 ．气化温度 　　在保证试样不分解的情况下，适当提高气化温度对分离及定量有利。 例2已知范德姆特方程中A=0.10cm,B=0.16cm2/s,C=0.04s，问该柱子的载气最佳流速μ最佳和相应塔板高度的最小值H最小各是多少？ 解：据μ最佳=(B/C)1/2=(0.16/0.04)1/2=2.0(cm/s) H最小=A+2(BC)1/2=0.10+2(0.16×0.04)1/2=0.26(cm) § 15-3 气相色谱检测器 根据检测原理不同，气相色谱检测器分为两种类型：浓度型和质量型。 （1）浓度型检测器。响应信号与载气中组分的瞬间浓度呈线性关系，峰面积与载气流速成反比。常用的浓度型检测器有热导检测器。 （2）质量型检测器。响应信号与单位时间内进入检测器组分的质量呈线性关系，而与组分在载气中的浓度无关，因此峰面积不受载气流速影响。常用的质量型检测器有氢火焰离子化检测器 一、热导检测器（TCD） 热导检测器属通用型检测器，应用较为广泛。它的特点是结构简单，稳定性好，灵敏度适宜，线性范围宽，对无机物和有机物都能进行分析，而且不破坏样品，适宜于常量分析及含量在10ˉ5 g以上的组分分析。 TCD的结构如图15－6所示，  图15-6热导池示意图 它是由池体和热敏元件组成，池体内装两根电阻相等（R1=R2）的热敏元件（钨丝、白金丝或热敏电阻）构成参比池和测量池，它们与两固定电阻R3、R4 组成惠斯顿电桥，如图15－7所示。  图15-7气相色谱仪中的桥电路 在电桥平衡时，有R1·R4 = R2 ·R3，当两池中只有恒定的载气通过时，从热敏元件上带走的热量相同，两臂电阻变化也相同，ΔR1=ΔR2，所以（R1+ΔR1）·R4=（R2+ΔR2）·R3 ，电桥仍处于平衡状态，记录仪输出一条平直的直线，当样品经色谱柱分离后，随载气通过测量池时，由于样品各组分与载气导热系数不同，它们带走的热量与参比池中仅由载气通过时带走的热量不同，即ΔR1≠ΔR2，所以，（R1+ΔR1）·R4≠（R2+ΔR2）·R3，电桥平衡被破坏，因而记录仪上有信号——色谱峰——产生。 为提高TCD灵敏度和稳定性，应注意以下几点： （1）TCD是基于不同的物质具有不同的导热系数的原理制成的，载气与样品的导数系数相差越大，热导池的灵敏度就越高，由于一般物质导热系数较小，因此宜选用导热系数较大的气体（H2或He）作载气。 （2）热导池灵敏度S与热敏元件的电阻R及桥路电流I的关系如下：S ∝I3·R2。当R一定时，增加桥电流，灵敏度迅速增加，电流太大，噪声增大，热丝易烧断，一般控制在10～200 mA之间。 （3）当桥电流一定时，热丝温度一定，若池体温度低，它和热丝的温差大，灵敏度提高，但池体温度不能太低，否则待测组分将在检测器内冷凝，一般池体温度应等于或高于柱温。 二、氢火焰离子化检测器（FID） 氢火焰离子化检测器属选择性检测器（只对碳氢化合物产生信号），应用比较广泛。它的特点是死体积小，灵敏度高（比TCD高100～1000倍），稳定性好，响应快，线性范围宽，适合于痕量有机物的分析，但样品被破坏，无法进行收集，不能检测永久性气体以及H2 O、H2 S等。 FID的主要部件是离子室，如图15－8所示，  图15-8氢火焰离子化检测器离子室 从图可以看出，H2与载气在进入喷嘴前混合，空气（助燃气）由一侧引入，在火焰上方筒状收集电极（作正极）和下方的圆环状极化电极（作负极）间施加恒定的电压，当待测有机物由载气携带从色谱柱流出，进入火焰后，在火焰高温（2000℃左右）作用下发生离子化反应，生成的许多正离子和电子，在外电场作用下，向两极定向移动，形成了微电流（微电流的大小与待测有机物含量成正比），微电流经放大器放大后，由记录仪记录下来。 选择FID的操作条件时应注意所用气体流量和工作电压，一般N2和H2流速的最佳比1∶1～1.5∶1（此时灵敏度高、稳定性好），氢气和空气的比例为1∶10，极化电压一般为100～300 V。 § 15-4 气相色谱分析应用 气相色谱分析包括定性鉴定和定量测定两部分。 一、定性分析 1．利用保留值定性 在色谱分析中，当固定相和操作条件严格不变时，任何物质都有一定的保留值，因此在同一条件下，若已知纯物质和未知物的保留值相同时，则可初步认为二者属于同一物质。 也可用相对保留值r21 定性，r21是两种物质调整保留值之比，它仅与柱温和固定液性质有关，与其它操作条件无关。在某种固定液上，一物质对某标准物质的相对保留值可从文献中查得。因此通常选择容易提纯又与被测组分保留值相近的物质的为标准物质，再将文献查得相对保留值与相同柱温、固定液条件下的色谱实验测得的相对保留值对照，即可进行定性鉴定。 2．利用加入已知标准物质增加峰高的方法定性 如果未知试样中组分较多，相邻的色谱峰距离太近，且操作条件不易控制稳定时，可将纯物质直接加入未知样中，如得到的色谱图中某一组分的的峰高增加，表示试样内可能含有所加入的纯物质。 3．与质谱、红外光谱等仪器联用进行定性分析 对于复杂试样经色谱柱分离为单组分，再利用与质谱、红外光谱或核磁共振等仪器定性。其中色谱－质谱联用（GC－MS）是近年来解决复杂未知物定性的最有效的手段之一。 二、定量分析 在一定的分离－分析条件下，检测器的响应信号（峰面积A或峰高h）与进入检测器的被测组分的质量（或浓度）成正比，这是色谱定量测定的依据。 1．峰面积的测量 （1）峰高乘半峰宽法 当峰形对称且不太窄时，可采用近似方法。 A=hY1/2 (15－8) 实际峰面积应为1. 065 hY1/2，如要求比较严格，允许误差小时，应对峰面积进行校正。但在作相对计算时，可略去1.065。 （2）峰高乘平均峰宽法 如色谱峰为不对称图形时，可采用峰高0.15和0.85倍处的峰宽之和的一半作为平均峰宽，则峰面积 A=h(Y0.15+Y0.85)/2 (15－9) （3）峰高乘保留时间法 在一定操作条件下，同系物的半峰宽与保留时间成正比，即 Y1/2 ∝t R Y1/2 ∝ b t R A= hY1/2 = b h t R (15－10) 作相对计算时，b可略去。此法适用于较窄的峰。 2.定量校正因子 色谱定量分析是基于被测物质的量与其峰面积的正比关系。但是由于同一检测器对不同的物质具有不同的响应值，所以两个相等量物质出的峰面积 往往不相等，这样就不能用峰面积 来直接计算物质的含量。为了使检测器产生的响应信号能真实地反映物质的含量，就要对响应值进行校正，因此引入定量校正因子  3．定量方法 （1）外标法（标准曲线法） 将欲测组分的纯物质配制成不同浓度的标准溶液，在一定色谱条件下获得色谱图，作峰面积或峰高与浓度的关系曲线，即为标准曲线。 测定待测组分时，应在与绘制标准曲线相同的色谱条件下进行。测得该组分的峰面积或峰高，在标准曲线上查得其浓度，求算出该组分的含量。此方法应用方便，不必用校正因子，但要求操作条件稳定，进样量要准确。 （2）归一化法 假设试样中有 n 个组分，每个组分的质量分别为 m1 ,m2 ,…,mn , 各组分含量的总和 m 为 100% ，其中组分 I 的质量分数 可按下式计算：  若各组分的f值近似或相同，例如同系物中沸点接近的各组分，则上式可简化为：  该法优点是：简便、准确，当操作条件、如进样量、流速等变化时，对结果影响小。 （3）内标法 内标法是将一定量的纯物质作为内标物，加入到准确称取的试样中，根据被测物和内标物的质量及其在色谱图上相应的峰面积比，求出某组分的含量。例如要测定试样中组分 i ( 质量为 mi ) 的质量分数 wi , 可于试样中加入质量为 ms 的内标物，试样质量为 m ，则： 　　 　 例3 试样混液中仅含有甲醇、乙醇、和正丁醇，测得峰高为分别为 8.90cm、6.20cm和7.40cm，已知 分别为0.60、1.00和1.37，求各组分的质量分数。 解： 峰高h/cm 校正因子 h 8.90 0.60 5.34 6.20 1.00 6.20 7.40 1.37 10.14 21.68    例4苯甲酸工业粗产品纯度的测定：称取工业品苯甲酸150mg，溶于甲醇，加入内标物正庚烷50mg，进样后测得苯甲酸的峰面积为176mm2，正庚烷面积为53mm2，用正庚烷作标准测定苯甲酸的相对校正因子为 0.85 ，试计算苯甲酸的含量为多少。 解：  三、应用示例 例5 气相色谱法分析维生素 分析样品 生物试样  分析项目 维生素  分析方法 用气－液色谱法分析（将维生素转变为TMS衍生物）  分析 （色谱） 条件 色谱柱 2.1m×4mm玻璃柱，5%硅油+7.5%OV-210，DiatomiteCQ(100～200目)   柱温 220℃   汽化温度 250℃   载气 N2 50mL·minˉ1   检测器 FID，270℃  分析结果  几种维生素的分离情况   例6 气相色谱法测定食品中山梨酸和苯甲酸 分析样品 汽水、果汁、罐头、葡萄酒、酱油、醋、面条等  分析项目 山梨酸和苯甲酸  分析方法 外标法定量  分析 （色谱） 条件 色谱柱 2m×3 mm玻璃柱，5% DEGS（固定液二乙二醇二酸聚酯），+1%H3PO4担体，101酸洗白色担体（60～80目）   柱温 180℃   汽化温度 210℃   载气 N2 30mL·minˉ1   检测器 FID，210℃ N2 和空气选择合适比例  分析结果 绘制标准曲线并根据标准曲线计算出山梨酸、苯甲酸的含量   例7气相色谱法分析测定大气中污染物*。 分析样品 大气  分析项目 硫化物  分析方法 气－固色谱法  分析 （色谱） 条件 色谱柱 1．25m×3mm聚四氟乙烯柱，内装石墨化炭黑，预涂以1.5%H3PO4 减尾。   柱温 40℃   载气 N2 100mL·minˉ1   检测器 FPD(140℃)  分析结果  大气硫化物色谱图  *大气污染成分主要有卤化物、氮化物、硫化物以及芳香族化合物等，质量浓度一般在10-6～10-9g·L-1水平，而在气相色谱分析中，由于使用了高灵敏度检测器，试样可以不经浓缩直接进行监测。 例8气相色谱法对水质的分析*。 分析样品 水样  分析项目 微量酚  分析方法 利用五氟苯甲酰氯为衍生试剂将水样中微量酚转化为衍生物后，用气相色谱法分析。  分析 （色谱） 条件 色谱柱 3m×3mm玻璃柱，填充1.5% OV-17+2% QF-1涂渍的100～120目Chromosorb W 。   柱温 195℃   检测器 ECD  分析结果  水中酚类物质的分离情况 1-o-氯酚 2-2,4-二氯酚 3-2,3-二氯酚 4-2,4,6-三氯酚 5-2,4,5-三氯酚 6-2,3,4-三氯酚   *水质的色谱分析包括可溶性气体、农药、多卤联苯、酚类、有机胺等。