第四章,色谱分析仪器与技术

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1、第四章色谱分析仪器与技术谢国明谢国明重点提示1.色谱法的基本原理是什么？2.色谱法的分类和特点是什么？3.色谱分析的常用术语和参数有哪些？4.气相色谱仪的基本结构是怎样的？5.气相色谱仪常用的检测器有哪些？6.高效液相色谱仪的构造和工作原理是什么？7.高效液相色谱仪常用的检测器有哪些？目 录第一节色谱法的原理与分类第二节 气相色谱仪第三节 高效液相色谱仪第四节 色谱仪的数据处理系统第五节 色谱仪在临床实验室的应用第一节色谱法的原理与分类一、色谱法的基本原理 色谱分离中的两相:固定相和流动相 色谱法利用待分离的样品组分在两相中分配的差异而实现分离。 色谱分离的两要素是互不相溶的两相以及样品各组分

2、在两相中分配的差异。 这是决定色谱最终分离结果好坏的基础。 色谱工作就是使用外力使含有样品的流动色谱工作就是使用外力使含有样品的流动相（气体、液体）通过一固定于柱中或平板相（气体、液体）通过一固定于柱中或平板上、与流动相互不相溶的固定相表面。当流上、与流动相互不相溶的固定相表面。当流动相中携带的混合物流经固定相时，动相中携带的混合物流经固定相时，混合物混合物中的各组分与固定相发生相互作用（分配、中的各组分与固定相发生相互作用（分配、吸附、离子交换吸附、离子交换等）等） 。由于混合物中各组分。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的

3、大小、强弱不同，随着流动相的的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，吸附力大的固着不动或移动缓慢，吸附力小吸附力大的固着不动或移动缓慢，吸附力小的被流动相溶剂洗下来随流动相向下流动，的被流动相溶剂洗下来随流动相向下流动，从而按一定次序由固定相中先后流出从而按一定次序由固定相中先后流出。与适。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分的分离与检测。分离与检测。K=CsCm=（Xs/Vs）（Xm/Vm）

4、一、色谱法的基本原理色谱分离原理示意图样品1样品2样品3响应R2进样峰时间（t）13色谱柱（固定相） 流 动 相112223333二、色谱法的分类与特点（一）色谱法的分类 按流动相和固定相物理状态分类：气/液相、气液/固 按所利用的物理化学原理分类： 按操作形式分类：柱、纸、薄层、棒 按色谱动力学过程分类：冲洗、顶替（二）色谱法的特点 应用范围广、样品用量少、选择性高、效能高和灵敏度高。三、色谱分析的常用术语和参数色谱图色谱图检检测测器器响响应应R R基基线线 b b空空气气峰峰a a进进样样峰峰h h1 12 23 3时间时间t(min)t(min)t tRaRat tR1R1t tR2R2

5、t tR3R3进进样样峰峰三、色谱分析的常用术语和参数1.色谱图色谱分离分析过程中，所记录的检测器响应信号随时间变化的曲线叫做色谱图。2.基线表明纯流动相流过检测器时所产生的响应，反映了检测器噪声随时间变化的情况。3.色谱峰样品中分离出的各组分进入检测器时，色谱流出曲线就会偏离基线，检测器的输出信号根据流入组分的浓度或质量的变化显示出的峰，即为色谱峰。三、色谱分析的常用术语和参数4.4.进样峰和空气峰进样峰和空气峰进样峰是进样时操作条件被干扰出现的，也可在进样时通过连动装置进行标记，是色谱分离过程中时间的起点。空气峰是由于空气等物质不被固定相吸收，最先被流动相冲洗出来到达检测器而形成的峰形。5

6、.5.保留参数保留参数保留时间 、死时间和死体积6.6.峰高峰高 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离称为峰高（peak height），单位为mV。7.7.峰宽参数峰宽参数峰底宽、半峰宽、标准偏差。第二节气相色谱仪第二节 气相色谱仪载气源减压阀净化器稳压阀稳流阀气化室色谱柱检测器放大器记录仪温度控制系统 气相色谱仪方框图气相色谱仪方框图气相色谱仪主要由气路系统、进样系统、分离系统、检测系统、温度控制系统、数据处理、记录系统及电源、电子线路等构成。一、气路系统（一）（一）载气源和减压阀载气源和减压阀载气一般选用氦气、氮气、氢气或氩气。气体贮存在高压罐中。减压阀的作用是把气体的压强从10MPa15MP

7、a的高压降低至0.2MPa0.4MPa的工作压强。（二）（二）净化器净化器用于净化载气，去除其中的水分、有机烃类杂质，碳氢化合物、二氧化碳和其他惰性气体。（三）（三）稳压阀和稳流阀稳压阀和稳流阀作用为控制载气流量和压强，保证载气的平稳性。二、进样系统（一）（一）载气预热器、取样器载气预热器、取样器 载气预热器用于载气加热，以防止气化后的样品遇到冷的载气后被冷凝，影响样品的分离。 取样器通常使用微升注射器，将液体样品注入色谱柱。常用5l和10l注射器。若为气态样品，则需气密注射器。（二）（二）进样气化装置进样气化装置 作用是接收样品后，立即使其气化。为使样品集中地成一窄带状被带入色谱柱，要求死体

8、积尽量小，峰扩展尽量小。载气入口接色谱柱散热片（预热）加热块汽化室示意图取样器三、气相色谱柱与温度控制（一）气相色谱柱（一）气相色谱柱 1.固定相-注：极性对极性色谱柱是整个气相色谱系统的核心，样品各个组分的分离便在此完成。优良的色谱柱应具有适当的尺寸和固定相。 2.柱管形状和尺寸柱管形状：U型管、盘形管和螺线管，以U型管最常用。柱子的尺寸应对容量（样品量）和分析速度最佳化。为获得最大效率，可用内径较小（相对接触面积相对接触面积）、长度较长的毛细管柱。当分析的样品量较大且分离不困难时，可用内径较大、长度较短的填充柱。三、气相色谱柱与温度控制（二）温度控制（二）温度控制 温度对于固定相极为重要。

9、操作时必须要知道所用固定相温度的极限，把全部操作保持在临界温度下1015 进行。 在气相色谱仪中，温度不仅对样品在色谱柱上的分离过程有很大影响，对许多检测器（如热导、电子捕获、示差折光等）的检测结果也有很大影响。 控温的关键在于温度的稳定性。 温度控制一般是通过对具有一定体积的恒温箱内部的温度控制来实现的。三、气相色谱柱与温度控制（二）温度控制（二）温度控制温度控制要求为： 点温度的稳定性； 温度场的均匀性； 恒温范围可以调节； 绝热性能好，从启动到稳定点的时间要短； 要有足够的可用恒温空间，供装色谱柱之用。温度控制器主要有：开关式、比例调节器式、作用调节器式。四、程序升温控制系统气相色谱仪的

10、温度控制方式： 恒温：适用于样品中各组分的沸点分布范围较窄时，用恒温操作，可以得到较好分离结果。 程序升温：当样品中各组分的沸点相差较明显时(一般在沸点分布范围大于80100时) ，此时最好使用程序升温。四、程序升温控制系统（一）恒温控制系统（一）恒温控制系统恒温是指在整个工作过程中温度始终控制在设定的范围内。恒温控制系统是一种闭环负反馈自动控制系统，由恒温控制电路、恒温箱及测温、补偿等环节构成。（二）程序升温控制系统（二）程序升温控制系统程序升温就是指色谱柱的温度在分离的过程中按照预定的程序逐步增加。常用的程序升温方式有： 线性程序（单阶线性升温） 非线性程序（多阶线性升温）四、程序升温控制

11、系统1.1.线性程序线性程序即柱温T随时间变化成比例地升高。可表示为T=T0rT，式中T0为初温， ；t表示时间，min ；r代表升温速度， / min。2.2.非线性程序非线性程序线性恒温 适于高沸点组分较多的样品的分离。恒温线性 适于低沸点组分较多的样品的分离。恒温线性恒温 适于组分沸点范围很宽的样品。多种升温速度 适于复杂样品。3.3.程序升温控制方式程序升温控制方式电子式机电式四、程序升温控制系统4 4程序升温操作中须注意的问题程序升温操作中须注意的问题 升温方式：根据样品的性质决定。 起始温度：根据样品中沸点最低组分的沸点决定，起始温度在其附近或稍低一点均可。 升温速度:影响到分离效