第 13章 气相色谱分析Gas Chromatography (GC)

13.1 气相色谱仪器 气路系统、进样系统、柱分离系统、温控系统、各类检测器

13.2 气相色谱固定相 气固色谱固定相（吸附剂）、气液色谱固定相（载体 + 固定液）

13.3 气相色谱分离分析条件 柱长、载气及其流速、填充颗粒、柱温、进样量及进样方式

13.4 定性分析 保留时间、经验规律、保留指数、双柱定性、仪器联用定性

13.5 定量分析 校正因子、归一化法、外标法、内标法

13.6 毛细管色谱简介 毛细管分类及特点

气相色谱过程：

待测物样品被被蒸发为气体并注入到色谱分离

柱柱顶，以惰性气体（指不与待测物反应的气体，

只起运载蒸汽样品的作用，也称载气）将待测物样

品蒸汽带入柱内分离。其分离原理是基于待测物在

气相和固定相之间的吸附 - 脱附（气固色谱）和分

配（气液色谱）来实现的。因此可将气相色谱分为

气固色谱和气液色谱。

气固色谱：

利用不同物质在固体吸附剂上的物理吸附 - 解吸

能力不同实现物质的分离。由于活性（或极性）分

子在这些吸附剂上的半永久性滞留 ( 吸附 - 脱附过程

为非线性的 ) ，导致色谱峰严重拖尾，因此气固色

谱应用十分有限。只适于较低分子量和低沸点气体

组分的分离分析。对此方法，本章只作简单介绍。

气液色谱： 通常直接称之为气相色谱。它是利用待测物在气

体流动相和固定在惰性固体表面的液体固定相之间的分配原理实现分离。 1941 年， Martin 和 Synge(

对液 - 液分配色谱也做了巨大贡献 ) 提出气液分配色谱的概念。 11 年后，即 1952 年， Jones 和 Martin

通过实验展示了该方法； 3 年后，即 1955 年，首台气相色谱仪问世。 1990 年，估计有 20 万台仪器投入使用！如今呢？说不清了。

16.1 气相色谱仪器 现在，有近百厂家、提供数百种型号、价格在 U

SD$15000~40000 的气相色谱仪。过去几十年内，色谱仪器得到了极大的发展，这主要归于：1970s: 电子积分仪及计算机数据处理装置的发展； 1

980s: 计算机技术对仪器各类参数的自动控制。如柱 温、流速、自动进样等。 随着这些技术的发展，仪器性价比大幅提高。其中， GC 最重要的发展是开管柱的引入，使含有数百种混合物样品得以分离。

H2,N

2或

Ar

气路系统 进样系统

检测系统

分离系统

温控

系统

GC 流路示意图

一、气路系统 (Carrier gas supply)

获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气体净化装置。载气：要求化学惰性，不与有关物质反应。载气的选择除了要求考虑对 柱效的影响外，还要与分析对象和所用的检测器相配。

净化器：分子筛和活性碳管串联，可除去水、氧气及其它杂质。

压力表：多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力 (总是高于常压。对填 充柱： 10-50 psi ；对开口毛细柱： 1-25 psi) ；第二级，柱头压力 指示；

流量计：在柱头前使用转子流量计 (Rotometer) ，但不太准确。通常在柱 后，以皂膜流量计 (Soap-bubble meter) 测流速。许多现代仪器 装置有电子流量计，并以计算机控制其流速保持不变。

二、进样系统 (Sample injection system)

进样要求：进样量或体积适宜；“塞子”式进样

。一般柱分离进样体积在十分之几至 20L ，对毛

细管柱分离，体积约为 ~10-3 L ，此时应采用分流

进样装置来实现。体积过大或进样过慢，将导致分

离变差 ( 拖尾 ) 。

常以微量注射器 (穿过隔膜垫 )

或六通阀将液体样品注入气化室( 汽化室温度比样品中最易蒸的物质的沸点高约 50oC) ，通常六通阀进样的重现性好于注射器。

六通阀

六通阀进样微量进样器进样

三、柱分离系统 柱分离系统是色谱分析的心脏部分。分离柱包括填充柱和开管柱 ( 毛细管柱 ) 。柱材料：金属、玻璃、融熔石英、 Teflon 等

填充柱：多为 U形或螺旋形，内径 2~4 mm ，长 1~3m ，内填固定相；

开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。内径 0.1~0.5mm ，长达几十至 100m 。通常弯成直径 10~30cm 的螺旋状。开管柱因渗透性好、传质快，因而分离效率高 (n 可达 106) 、分析速度快、样品用量小。过去是填充柱占主要，但现在，这种情况正在迅速发生变化，除了一些特定的分析之外，填充柱将会被更高效、更快速的开管柱所取代！

柱温：是影响分离的最重要的因素。其变化应小 ±0.xoC 。选择柱温主要是考虑样品待测物沸点和对分离的要求。柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点 ( 分析时间 20-30min) ；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法。

恒温： 45oC

程序升温： 30~180oC

恒温： 145oC

温度低，分离效果好，但分析时间长

程序升温，分离效果好，且分析时间短

温度高，分析时间短，但分离效果差

程序升温与恒温对分离的影响比较

四、温控系统

温度控制是否准确、变温速度是否快速是市售色谱仪器的最重要指标之一。 控温系统包括对三个部分的控温，即，气化室、柱箱和检测器。

控温方式：恒温和程序升温。

温度选择：在介绍仪器组成时给出，此处略。

五、检测器气相色谱检测器种类繁多，本节将介绍最为常用的几种检测器：

1. 热导检测器 (Thermal conductivity detector, TCD);

2. 氢火焰离子化检测器 (Flame ionized detector, FID);

3. 电子捕获检测器 (Electron capture detector, ECD);

4. 火焰光度检测器 (Flame photometric detector, FPD);

5. 氮磷检测器 (NPD) 也称热离子检测器 (Thermionic detector, TID)

。根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型和质量型检测器。

浓度型：检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与浓度成正比

质量型：检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响应值与单位

时间进入检测器的量成正比。

1. 热导检测器 (TCD) 单臂

四臂

柱前

柱前柱后

柱后

A B

TCD 是一种应用较早的检测器，又称导热析气计 (Katharometer) 。现在仍在广泛应用。

原理：由于不同气态物质所具有的热传导系数不同，当它们到达处于恒温下的热敏元件（如 Pt, Au, W

, 半导体）时，其电阻将发生变化，将引起的电阻变化通过某种方式转化为可以记录的电压信号，从而实现其检测功能。

构成：由池体和热敏元件构成。通常将参比臂和样品臂组成Wheats

tone 电桥。如图。

工作过程：1 ）在只有载气通过时，四个臂的温度都保持不变，电阻值也不变。此时，调节电路电阻使电桥平衡， A

B两端无电压信号输出；2 ）当有样品随载气进入两个样品臂时，此时热导系数发生变化，或者说，测量臂的温度发生变化，其电阻亦发生变化，电桥失去平衡， AB两端有电压信号输出。当载气和样品的混合气体与纯载气的热导系数相差越大，则输出信号越强。 特点： 对任何气体均可产生响应，因而通用性好，而且线性范围宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏度较低。

影响 TCD灵敏度的因素：

1 ）桥电流 i ： i 增加—热敏元件温度增加—元件与池体间温差增加—气体热传导增 加—灵敏度增加。但 i 过大，热敏元件寿命下降。电流通常选择在 100~200 mA

之间 (N2 作载气， 100~150 mA ； H2 作载气， 150~200 mA) 。2 ）池体温度：池体温度低，与热敏元件间温差大，灵敏度提高。但温度过低，可 使试样凝结于检测器中。通常池体温度应高于柱温。

3 ）载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，则灵敏度越高。通常选择热导系数 大的 H2 和 He 作载气。用 N2 作载气，热导系数较大的试样 ( 如甲烷 ) 可出现倒峰。4 ）热敏元件阻值：阻值高、电阻温度系数大（随温度改变，阻值改变大，或者说 热敏性好）的热敏元件，其灵敏度高。

综述：较大的桥电流、较低的池体温度、低分子量的载气以及具有大的电阻温度系 数的热敏元件可获得较高的灵敏度。

2. 火焰离子化检测器（ FID ） 又称氢焰离子化检测器。主要用于可在 H2-Air

火焰中燃烧的有机化合物 ( 如烃类物质 ) 的检测。

原理：含碳有机物在 H2-Air火焰中燃烧产生碎片离子，在电场作用下形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的组分。

结构：主体为离子室，内有石英喷嘴、发射极 ( 极化极，此图中为火焰顶端 ) 和收集极。

工作过程：来自色谱柱的有机物与 H2-Air

混合并燃烧，产生电子和离子碎片，这些带电粒子在火焰和收集极间的电场作用下（几百伏）形成电流，经放大后测量电流信号（ 10-12 A ）。

火焰离子化机理：

OH6CO6e6CHO6CH6HC 3OH6O3

6622

有关机理并不十分清楚，但通常认为是化学电离过程：有机物燃烧产生自由基，自由基与 O2 作用产生正离子，再与水作用生成 H3O+ 。以苯为例：

影响 FID灵敏度的因素：1 ）载气和氢气流速：通常以 N2 为载气，其流速主要考虑其柱效能。但 也要考虑其流速与 H2 流速相匹配。一般 N2:H2 = 1:1~1:1.5 。

2 ）空气流速：流速越大。灵敏度越大，到一定值时，空气流速对灵敏度影 响不大。一般地， H2:Air = 1:10 。

3 ）极化电压：在 50V 以下时，电压越高，灵敏度越高。但在 50V 以上，则灵 敏度增加不明显。通常选择 100~300V 的极化电压。

4 ）操作温度：比最高允许温度低约 50oC(防止固定液流失及基线漂移 ) 。

FID 特点：1 ）灵敏度高 (~10-13g/s) ；2 ）线性范围宽 (~107 数量级 ) ；3 ）噪声低；4 ）耐用且易于使用；5 ）为质量型检测器，色谱峰高取决于单位时间内引入检测器 中组分的质量。在样品量一定时，峰高与载气流速成正 比。因此在用峰高定量时，应控制流速恒定！6 ）对无机物、永久性气体和水基本无响应（不足？），因此 FID 特别适于水中和大气中痕量有机物分析或受水、 N 和S

的氧化物污染的有机物分析。7 ）对含羰基、羟基、卤代基和胺基的有机物灵敏度很低或根 本无响应。8 ）样品受到破坏。

3. 电子捕获检测器 (ECD)

ABNABeNN 2NAB

222 β

63Ni 或 3H

U

U 过高，电子速度快，不易捕获，通常为基流电压的 2/3

ECD 主要对含有较大电负性原子的化合物响应。它特别适合于环境样品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的分析。

原理及工作过程：从色谱柱流出的载

气 (N2 或 Ar) 被 ECD 内腔中的放射源电离

，形成次级离子和电子 ( 此时电子减速 ) ，在电场作用下，离子和电子发生迁移而形成电流 ( 基流 ) 。当含较大电负性有机物被载气带入 ECD 内时，将捕获已形成的低速自由电子，生成负离子并与载气正离子复合成中性分子，此时，基流下降形成“倒峰”。

ECD 特点：1 ）响应电流 i 与浓度 c 是非线性的，即，

该式类似于比尔定律。其中， i0 为基流， K 为电子吸收系

数 ( 不同物质 K值不同 ) 。

2 ）对如卤素基、过氧基、醌基、硝基等含电负性的功能团的

分子具有极高的选择性和灵敏度；但对含酰胺基和羟基的

化合物以及烃类物质不灵敏。

3 ）与 FID 相比， ECD 对样的破坏不大；

4 ）线性范围为两个数量级，相对 FID 来说，这不算大 ;

5 ）要求载气纯度要高 (>99.99%) ，否则杂质会降低基流；（

通

常将载气通入 480oC 的紫铜屑除 O2 ）。

Kceii 0

4. 火焰光度检测器（ FPD ）

>

滤光片 放大器

记录仪

光电管

石英窗

H2

Air

载气 + 组分

出口

FPD 对含 S 、 P 化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。因此，也称硫磷检测器。主要用于 SO2 、 H2S

、石油精馏物的含硫量、有机硫、有机磷的农药残留物分析等。

FPD结构：喷嘴 +滤光片 +光电管。

原理：待测物在低温 H2-Air焰中燃烧产生 S 、 P 化合物的分解产物并发射特征分子光谱。测量光谱的强度则可进行定量分析。

FPD 特点：1 ）对含 S 、 P 化合物有较高灵敏度和一定的选择性；2 ）对卤素气 X2 、 N2 、 Sn 、 Cr 、 Se 和 Ge 等也有响应；3 ）相对其它检测器如 ECD 和 FID ， FPD 价格较贵。

nm) 526nm,526-(510HPO

HPOHPOHOPOPRP

P

nm)394nm,430~(354SSS

OH4S2H8SO;COSOOAirRS

S

max

*

max*C390

22222

0

λhν

λhν

跃迁高温

跃迁

；

化合物含

化合物：含

含 S 、 P 化合物在氢焰中的变化过程如下：

六、检测器的性能指标： 理想的检测器应具有的条件：1 ）适合的灵敏度：对一些组分十分灵敏，而对其它则 不灵敏，其间应相差 达 107倍；2 ）稳定、重现性好；3 ）线性范围宽，可达几个数量级；4 ）可在室温到 400oC下使用；5 ）响应时间短，且不受流速影响；6 ）可靠性好、使用方便、对无经验者来说足够安全；7 ）对所有待测物的响应相似或可以预测这种响应；8 ）选择性好；9 ）不破坏样品。 但任何检测器都不可能同时满足上述所有要求。

常用气相色谱检测器的性能 TCD FID ECD FPD

类型 浓度 质量 浓度 质量

适用范围 各类气相物质 含碳有机物 含电负性物质 含 S、P有机物

通用性选择性 通用型 通用型 选择型 选择型

灵敏度 S 10mVcm/g 10-2mVs/g 800AmL/g 400mVs/g

检测限 DL 210-9g/mL 10-12g/s 10-14g/mL 10-11(S)~10-12(P)

最小检测浓度 100ng/g 1ng/g 0.1ng/g 10ng/g

线性范围 104 107 102~104 102(S),102~103(P)

以一系列已知浓度或质量的组分对响应信号作图，得到校正曲线，该曲线的斜率 k 即为灵敏度 S 。实际工作中可从色谱图直接求得灵敏度。

对于浓度型：

Sc—灵敏度 (mVmL/mg); Ai— 峰面积 (cm2); Fco— 检测器入

口流速 (mL/min); wi— 进样量 (mg), C1—记录仪纸速 (cm/mi

n) C2—记录仪灵敏度 (mV/cm);

对于质量型：

Sm—灵敏度 (mVs/g); wi— 进入检测器的样品量 (g)

1

2

Cw

FCAS

i

coic

1

260

Cw

ACS

i

im

1. 灵敏度 S

与通用的检测限表示方法相同，即

实际工作中，色谱检测限表示为 :

浓度型：

质量型：

注意：检测限不仅决定于灵敏度，而且受限于噪声，即检测限是衡量检测器或仪器性能的综合指标。3. 线性范围和响应时间（略）

Sk

SDL N 33

cc

Nc SS

SDL

33

mm

Nm SS

SDL

33

2. 检测限， DL

13.2 气相色谱固定相

在介绍色谱仪器时，我们提到色谱分离系统是色谱仪器的核心部分，而其中分离柱中固定相组成与性质更是直接与分离效能有关。 气相色谱柱可分为两类：1 ）用于气固色谱的固定相：固体吸附剂；2 ）用于气液色谱的固定相：固定液 + 载体。介绍如下：

该类型色谱柱是利用其中固体吸附剂对不同物质的吸附能力差别进行分离。主要用于分离小分子量的永久气体及烃类。1. 常用固体吸附剂硅胶 (强极性 ) 、分子筛 ( 极性，筛孔大小 ) 、氧化铝(弱极性 ) 、活性炭 ( 非极性 )

2. 人工合成固体吸附剂高分子多孔微球 (GDX) ：人工合成的多孔聚合物，其孔径大小可以人为控制。可在活化后直接用于分离。

一、气固色谱固定相——固体吸附剂

高分子多孔微球可分为两类：非极性：苯乙烯 +二乙烯苯共聚： GDX-1 和 2 型（国产）； Chromosorb 系列（国外）极性：苯乙烯 +二乙烯苯共聚物中引入极性基团：GDX-3 和 4 型（国产）； Porapak N 等（国外）吸附剂 主要成份 Tmax/

oC 性质 活化方法简述 分离对象

活性炭 C <300 非极性 苯浸+通过热水蒸汽+ 180oC烘干

永久气体、非极性烃

石墨炭黑 C >500 非极性 同上 同上+高沸点有机物

硅胶 SiO2xH2O <400 氢键型

HCl 浸+水洗+180oC 烘干+200oC活化(使用前)

永久气体、非极性烃

氧化铝 Al2O3 <400 弱极性 200~1000oC活化 烃+有机异构物+H 同位素

分子筛 XMOyAl2O3 zSiO2

nH2O <400 极性 350~550oC活化 永久气体+惰性气体

GDX 多孔聚合物 <200 不同极性 170oC除水、通气活化 水 + 气 体 氧 化 物+CH4+低级醇

二、气液色谱固定相——载体 + 固定液 气液色谱固定相由载体 (Solid support material) 和

固定液 (Liquid stationary phase) 构成：载体为固定液提供大的惰性表面，以承担固定液，使其形成薄而匀的液膜。1. 载体 ( 也称担体 )

对载体的要求：粒度均匀、高强度的球形小颗粒；至少 1m2/g 的比表面 ( 过大可造成峰形拖尾 ) ；高温下呈惰性 ( 不与待测物反应 ) 并可被固定液完全浸润。载体类型：分为硅藻土型和非硅藻土型，前者又分为白色和红色担体。

类型 组成 制备 特点及应用

红色担体：硅藻土+粘合剂 900oC煅烧

孔穴密集、孔径小、比表面大。对强极性化合物吸附和催化性较强，可使它们因吸附而拖尾。只适于非极性或弱极性物质。

硅藻土

单细胞海藻骨(SiO2+小量盐)

白 色 担 体 ： 硅 藻 土+20%Na2CO3煅烧

与红色担体性质和特点不同。白色担体适于极性物质。

非硅藻土 有机聚合物 人工合成：有机玻璃球,

氟,GDX载体

由于表面难以浸润，只用于一些特定组分分析。

载体表面处理：硅藻土含有硅醇基 (—SiOH) 、 Al2

O3 、 Fe 等，也就是说，它具有活性而不完全化学惰性，需进行化学处理。其处理过程如下：方法 处理过程 说明

酸洗 3-6M HCl 浸煮过滤，水、甲醇淋洗、烘干

除去 Al 和 Fe 铁等的氧化物。用于分析有机酯和酸。一些拖尾，可加 H3PO4或 KOH添加剂解决。

碱洗 5-10%NaOH 甲醇液回流，水、甲醇淋洗、烘干

除 Al2O3酸性作用点。用于胺类等碱性物质。

硅烷化 加入 DMCS或 HMDS等硅烷化试剂，使与-SiOH反应

除去表面氢键活性中心。适于分析易生成氢键的组分，如水、醇和胺。

釉化

2%Na2CO3浸泡担体，过滤得滤液再水稀 3倍，用稀滤液淋洗担体，烘干后再高温处理

表面形成釉层：屏蔽、惰化表面活性中心，并堵塞一些微孔，其孔隙更均匀，可减小峰形拖尾，提高柱效。

左图为气固色谱图： 2m 长，填充分子筛 (5Å)

右图为气液色谱图， 30m, 0.53WCOT 开管柱

2. 固定液及其选择

对固定液的要求：

a) 热稳定性好、蒸汽压低——流失少；

b) 化学稳定性好——不与其它物质反应；

c) 对试样各组分有合适的溶解能力 ( 分配系数 K 适当

);

d) 对各组分具有良好的选择性。

固定液与组分的作用力：

a)取向力——极性与极性分子之间（偶极与偶极 之间静电吸引）b)诱导力——极性与非极性分子之间（偶极与瞬 时偶极之间静电吸引）；c) 色散力——非极性分子之间（瞬时偶极之间静 电吸引）；d)氢键力——强度介于化学键力和范德华力之间 的静电吸引，亦属取向力。 前三种统属范德华力，后者属特殊范德华力。

固定液的特性是指其极性和选择性。

极性的表示方法相对极性 P ：规定非极性固定液角鲨烷的极性为 0 ，强极性固定液 ,-氧二丙腈的极性为 100 ，以物质对正丁烷 -丁二烯或环已烷 -苯在角鲨烷、 ,‘-氧二丙腈及待测固定液上分离得到相对保留值，并取对数：

3. 固定液的选择

)(

)(lg '

'

烷正烯丁

丁二

R

R

t

tq

从下列公式求得待测固定液的相对极性 Px ：

其中 q1, q2, qx 分别表示物质对在 ,‘-氧二丙腈、角

鲨烷和待测固定液的相对保留值。 Px 在 0~100 之间

，每 20 单位为一级，即将极性分为 5级： 0, +1( 非极性 ) ； +1, +2(弱极性 ) ； +3( 中等极性 ) ； +4, +5

(强极性 )

21

1 )(100100

qq

qqP x

x

固定液类型 极性 例子 分离对象

烃类 非极性 角鲨烷、石蜡烷 非极性物质分离

弱极性 甲基硅氧烷、苯基硅

中极性 氧烷、氟基硅氧烷 硅氧烷类

强极性 氰基硅氧烷

不同极性物质分离

醇和醚类 强极性 聚乙二醇 强极性物质

酯和聚脂类 中强极性 苯甲酸二壬酯 各类物质

腈和腈醚类 强极性 氧二丙腈 极性物质

有机皂土 弱极性 芳香异构体

固定液分类及选择：

固定液选择：按“相似相溶”原理选择固定液。

非极性组分：非极性固定液，沸点低组分先流出；

极性物质：极性固定液，极性小组分先流出；

极性混合物：极性固定液，极性小组分先流出；

氢键型物质：氢键型固定液，不形成氢键组分先出；

复杂混合物：两种或以上混合固定液

13.3 气相色谱分离分析条件

k

k11

4

nR ;Cuu

BAH

根据 van Deemter 方程和色谱分离方程式，分析条件的选择上一章已论述，此处针对气相色谱方法作一简单小结。

1. 柱长 L

由分离度 R 的定义可得 (R1/R2)2=n1/n2=L1/L2

即柱越长，理论塔坂数越高，分离越好。但柱过长，分析时间增加且峰宽也会增加，导致总分离效能下降，因此柱长 L 要根据 R 的要求 (R=1.5) ，选择刚好使各组分得到有效分离为宜。

当 u 较小时， B/u占主要，此时选择分子量大的载气， 使组分的扩散系数小；当 u 较大时， Cu 点主要，此时选择分子量小的载气， 使组分的扩散系数大，减小传质阻力项 Cu

。

BCAH 2min

CBuopt

2. 载气及流速 u

对 van Deemter 方程求导得到在流速为：

柱效最高：

3. 柱温

柱温

降低

升高传质快、柱效高

纵向扩散强、峰拖尾过高造成固定液流失

分析时间长

恒温

程序升温(宽沸程混

合物 )

实验确定

4. 载体粒度及筛分范围 载体粒度越小，柱效越高。但粒度过小，则阻力及柱压增加。通常，对填充柱而言，粒度大小为柱内径的 1/20~1/25 为宜。

5. 进样方式及进样量 要以“塞子”的方式进样，以防峰形扩张；进样量，也要以峰形不拖尾为宜。

13.4 定性分析一、样品预处理：

GC 分析对象是在气化室温度下能生气态的物质。为保护色谱柱、降低噪声、防止生成新物质（杂峰），需要在进样前，对样品进行处理。 水、乙醇和可能被柱强烈吸附的极性物质——柱效下降，需除去。 非挥发组分——会产生噪声，同时慢慢分解——产生杂峰。 稳定性差的组分——生成新物质——杂峰。

二、定性方法1 、用已知物对照定性 该法是基于在一定操作条件下，各组分保留时间是一定值的原理。具体做法：1 ）分别以试样和标准物进样分析，各自的色谱图；2 ）对照。如果试样中某峰的保留时间和标样中某峰重 合，则可初步确定试样中含有该物质。3 ）也可通过在样品中加入标准物，看试样中哪个峰增 加来确定。

2. 据经验式定性

1 ）碳数规律：在一定温度下，同系物的调整保留时间 tR’ 的对数与分子中碳数 n成正比：

lgtR’=An+C (n3)

如果知道两种或以上同系物的调整保留值，则可求出常数 A 和 C 。未知物的碳数则可从色谱图查出 tR

’ 后，以上式求出。2 ）沸点规律：同族具相同碳数的异构物，其调整保留时间 tR’ 的对数与其沸点 Tb成正比：

lgtR’=ATb+C

3. 据相对保留值 ri,s 定性：

用保留值定性要求两次进样条件完全一致，这是

比较困难的。而用 ri,s 定性，则只要温度一定即可。

具体做法：

在样品和标准中分别加入同一种基准物 s ，将样

品的 ri,s 和标准物的 ri,s 相比较来确定样品中是否含有

i 组分。

该指数定性的重现性最佳，当固定液和柱温一定时，定性可不需要标准物。 设正构烷烃的 Kovats 指数为碳数 100 。测定时，将碳数为 n 和 n+1 的正构烷烃加入到样品 x 中进行色谱分析，此时测得这三个物质的调整保留值分别为：tR’ （ n ）， tR’(x) 和 tR’(n+1) ，且待测物 x 的调整保留值介

于两个烷烃之间。

利用此式求出未知物 Kovats 指数 Ix ，然后与文献

值对照。

4. 保留指数 (Kovats 指数 ) 定性

]lglg

lglg[100

)(

'

)1(

'

)(

'

)(

'

nRnR

nRxR

x tt

ttnI

5. 双柱或多柱定性 可克服在一根柱上，不同物质可能出现相同的保留时间的情况。

6. 与其它方法结合定性如 GC-MS ， GC-IR ， GC-MS-MS

例 1 60℃时在角鲨烷柱上正已烷，正庚烷和某组分的调整保留时间分别为 262.1S， 661.3S和 395.4S，求该组分的保留指数 Ix ，并确定该组分是何种物质？

解：已知

6,3.661,1.262,4.395 '

)7(

'

)6(

'

)( nStStSt RRxR

6441.262lg3.661lg

1.262lg4.395lg6100

xI

计算所得 Ix值与文献对照可知，该组分为苯。

与文献值对照时，应按照文献上的实验条件进行测定。一般来说，除正构烷烃外，其它组分的保留指数的 1/100并不等于该物质的含碳数。

13.5 定量分析 GC 分析是根据检测器对待测物的响应（峰高或峰面积）与待测物的量成正比的原理进行定量的。因此必须准确测定峰高 h 或峰面积 A 。

1. 峰面积 A 的测量：

对称峰：峰高 h 与半峰宽的积 A=1.065 h W1/2

不对称峰：峰高与平均峰宽的积

A=1/2 h (W0.15+W0.85)

2. 定量校正因子 由于检测器对不同物质的响应不同，因而两个相同的峰面积并不一定说明两个物质的量相等！因此，在计算组分的量时，必须将峰面积 A 进行“校正”。

1 ）绝对校正因子wi=fi

AAi

或 fiA= wi/Ai

通过此式可得到待测物单位峰面积对应的该物质的量

2 ）相对校正因子 fisA

)()(

)()(

)()(

)()(

)(

)()(

MfVf

VfVf

M

Mmf

Mf

MfMf

mA

mA

mf

mfmf

AisA

s

AiA

is

i

sAisA

s

AiA

issi

isA

s

AiA

is

由于绝对校正因子 fiA 与检测器灵敏度有关，受仪器及操作

条件影响很大，因此定量分析中常用相对校正因子表示：即用一个物质作标准，用相对校正因子将所有待测物的峰面积校正成相对于这个标准物质的峰面积，使各组分的峰面积与其质量的关系有一个统一的标准进行折算。 标准物因检测器不同而不同： TCD—苯； FID— 正庚烷。

fiSA(w)=fi A(w)/fs

A(w)=Aswi/Aiws ………….. 通式当 w 分别为质量 m 、摩尔 M 、和气体体积 V 时，上式分别表示为

3 ） . 相对校正因子的测量

准确称取被测物与标准物，混合后进样。从所得色谱图分别求出它们的峰面积，然后通过前述公式计算校正因子（省去“相对”二字）。

必须注意： 校正因子只与试样、标准物和检测器类型有关，与其它所有条件无关！可以查表得到。

4. 定量方法1 ）归一化法：要求试样中所有 n个组分全部流出色谱柱，并全部出峰！则其中组分

i 的含量为：

fisA

为 i 物质的相对定量校正因子； Ai 为其峰面积。

此法简单、准确，操作条件影响小。但应用不多。因为谁知道试样有多少组分？应该出多少峰才叫全部出峰？

n

ii

Ais

Ais

nAAA

s

iA

isi

Af

Af

AfAfAf

Afx

nss

1

211 ...2

2 ）外标法：或标准曲线法。以 Ai 对 xi 作图得标准曲线。该法不需校正因子。但进样量和操作条件必须严格控制！外标法适于日常分析和大批量同类样品分析。3 ）内标法：在配制的每个标准溶液中以及待测试样中加一固定量为 ms 的内标物， 以 Ai/As 对 xi 作图，得内标法校正曲线。

s

iA

is

Ass

s

i

m

m

f

f

A

A A

sss

sA

isii fA

mfAm

对内标物的要求： 样品中不含内标物；无反应；与各待测物保留时间和浓度相差不大；

13.6 毛细管柱气相色谱 (Capillary GC

) 毛细管柱的发明使气相色谱分析发生了革命性变化！ 50 年代初，主要进行填充柱的理论和应用研究，并开始进行非填充柱 ( 内径为十分之几毫米 ) 的理论可行性研究。 1956 年 Golay 正式提出了非填充柱（空心柱）的理论并制作出效率极高毛细管柱；次年发表了该研究论文。 50 年代后期，研究人员制成了各类毛细管柱，经测定，一些毛细管的理论塔板数可达到 300,000 ！

然而，自毛细管柱发明以来， 20多年都没有广泛应用，主要是因为： 1 ）柱容量小； 2 ）柱强度小； 3

）样品引入及管与检测器的连结问题； 3 ）固定液涂渍的重现性不好； 4 ）寿命短； 5 ）柱易堵塞； 6 ）专利保护（ 1977 年才过期）。 70 年代后期，以上问题大多得到解决，毛细管柱的应用越来越多。 1987 年，荷兰 Chrompack Inter. Coporation 制成了世界最长、理论塔板数最多的熔融石英毛细管柱(2100m 长，内径 0.32mm ，内壁固定液厚度 0.1m

，理论塔板数超过 3,000,000) 并被载入吉尼斯世界记录。

一、毛细管气相色谱仪器

毛细管气相色谱仪器与填充柱色谱仪类似。只是

在进样口增加了分流 / 不分流装置，以及在柱后增加

了一个尾气吹扫气路。前者解决了柱容量小的问题，

后者减少了柱与检测器连结处的死体积过大的问题。

二、毛细管柱1. 分类

填充型：先在玻璃管内填充疏松载体，再拉制成毛细管，最后再涂渍固定液。

开管型：按固定液涂渍方法不同，可分为(i) 涂壁开管柱 (Wall-coated open tubular, WCOT)

管内壁经处理后，直接涂渍固定液； 管内壁经处理后，将固定液引入到管壁，再经高温处理，使其交联至管壁—高效 、耐高温、抗溶剂冲刷。 管内壁经处理后，将固定液以化学键合的方式引入到管壁或预先涂 渍的硅胶上——高热稳定性。(ii) 载体涂渍开管柱 (Support-coated open tubular, SCOT) ： 管内壁经处理后，先涂载体，再涂固定液——液膜厚，因而柱容量大。(iii) 多孔层开管柱 (Porous layer coated open tubular, PLOT)

管内壁涂渍一层多孔吸附剂颗粒，不涂固定液，实际上是毛细管气固色谱柱。 以上开管柱玻璃材料已被外涂聚酰亚胺保护层的熔融石英管 ( 含金属氧化合物 少、管壁更薄，因而不与待测物作用、柔韧性好、强度高、更易弯曲）所取代。

毛细管气相色谱图 ( 分别涂渍不同的固定相 , 温度为最高使用温度）

聚乙烯醇 (Carbonwax 20M, 250oC)50%聚氰丙基 -二甲基硅氧烷 (OV-275, 240oC)

聚二甲基硅烷 (OV-1, SE-30, 350oC)5%苯甲基二甲基硅氧烷 (OV-3, SE-52, 350oC)50%聚苯甲基二甲基硅氧烷 , OV-17, 250oC)

50%聚 (三氟丙基 -甲基 )硅氧 (OV210, 200oC)

葡萄籽油血液中酒精氯代芳烃

醇类 有机碱 胆固醇

2. 毛细管柱特点(i) 渗透性好：可使用较长的色谱柱；(ii) 相比率大：分配快，有利于提高柱效；加上保留 因子 k小，渗透性好，因而分析速度快；(iii) 柱容量小：因而进样量小。需采用分流技术并使 用更高灵敏度的检测器；(iv) 总柱效高：尽管毛细管柱效比填充柱大，但仍处 于同一数量级。但毛细管柱长很大，总柱效高。

作业 p383： 5； 6； 7

3. 毛细管 GC 与其它仪器联用 (16 章讲）