气相色谱法

根据药类学《分析化学》这本书编制的思维导图，气相色谱法由于所用的固定相不同，可以分为两种，用固体吸附剂作固定相的叫气固色谱，用涂有固定液的单体作固定相的叫气液色谱。

第十九章 气相色谱法

• 定性与定量分析P332
  • 定性分析方法
    • 对照品对照法
    • 利用相对保留至定性
    • 利用保留指数定性
    • 基团分类测定法
    • 两谱联用定性
  • 定量分析方法
    • 系统适用性试验
      • 色谱柱的理论塔板数（n）
      • 分离度（R）
      • 重复性
      • 拖尾因子（T）
    • 定量校正因子
    • 定量方法
      • 归一化法
      • 外标法
      • 内标法
        • 对内标物的基本要求
          • ①内标物应是试样中不存在的组分
          • ②内标物色谱峰位于被测组分色谱峰附近，或几个被测组分色谱峰中间，并与这些组分完全分离
          • ③内标物必须是纯度合乎要求的纯物质。若得不到纯品，含量已知、杂质峰不干扰的较纯物质也可使用，但计算式中的m，需校正
        • 根据实际操作不同，内标法的分类
          • 内标工作曲线法
          • 内标一点发
          • 内标校正因子法
• 毛细管气相色谱法P329
  • 毛细管气相色谱法的特点和分类
    • 毛细管气相色谱法的特点
      • 分离效能高
      • 柱渗透性好
      • 柱容量小
      • 易实现气相色谱-质谱联用
      • 应用范围广
    • 毛细管柱的分类
      • 按内壁的状态分
        • 涂壁毛细管柱
        • 多孔层毛细管柱
        • 载体涂层毛细管柱
        • 交联或键合毛细管柱
      • 按毛细管内径分
        • 常规毛细管柱
        • 小内径毛细管柱
          • 主要用于快速分析
        • 大内径毛细管柱
          • 可代替填充柱用于常规分析
  • 毛细管气相色谱法速率理论和实验条件选择
    • 毛细管气相色谱法速率理论方程
    • 毛细管气相色谱实验条件选择
      • 毛细管柱内径
      • 载气(Golay曲线)
      • 液膜厚度
  • 毛细管气相色谱系统
    • 毛细管柱的制备
      • 交联毛细管柱具有以下优点（交联毛细管由于稳定性好,而适用于毛细管色谱与质谱、红外等联用）
        • ①液膜稳定，形成的固定相膜不易剥落,并可以制备大口径、厚液膜柱
        • ②由于交联键合作用，固定液的挥发性很低，故热稳定性好、使用温度高、柱流失小、使用寿命长
        • ③耐溶剂洗涤
    • 进样系统
      • 分流进样
      • 无分流进样
    • 顶空气相色谱分析
      • 基本原理
      • 顶空进样装置
      • 注意事项
        • ①样品瓶中所加供试液不得太多，以免污染取样针。在分析灵敏度足够的情况下，供试液体积尽量少
        • ②该法用于药物中有机溶剂残留检测时，水溶性药物用水溶解制成供试液，水不溶性药物用二甲亚砜、N, N-二甲基甲酰胺或其他适宜溶剂溶解，所用溶剂不得干扰被测溶剂的测定
        • ③供试液顶空平衡时间一般为30~45分钟，以保证两相有足够时间达到平衡
        • ④对照品溶液和供试品溶液的基质差异可能影响定量准确性，可用标准加入法消除
• 气相色谱速率理论和分离条件选择P325
  • 气相色谱速率理论
    • 涡流扩散A
    • 纵向扩散B
    • 传质阻抗Cu
  • 气相色谱实验条件选择
    • 固定相
    • 载气流速和种类
      • 在低流速时，B/u项起主导作用,此时，为减小分子扩散选用相对分子质量较大的载气，如氮气
      • 在高流速时，Cu项起主导作用，因此选用相对分子质量较小的载气，如氢气，可以减小气相传质阻力，提高柱效。在实际工作中使用的线速度往往稍高于最佳线速度，此时虽使柱效略有降低但影响不大,而分析时间可缩短。使用填充柱时,氮气的最佳实用线速度为10~ 12cm/s，氢气为15 ~ 20cm/s
    • 柱温
      • 高沸点试样(300 ~ 400C)：柱温可低于沸点100 ~ 150摄氏度，采用低固定液涂渍量(1% ~3% )
      • 沸点<300℃的试样：柱温可在比平均沸点低50℃至平均沸点的范围内。固定液涂渍量为5%~25%
      • 宽沸程试样：对于复杂的宽沸程(沸程>100℃)试样，恒定柱温常不能兼顾两头，需采取程序升温方法，即在一个分析周期内，按照一定程序改变柱温，使不同沸点组分在合适温度下得到分离。程序升温可以是线性的，也可以是非线性的
    • 柱长
    • 其他条件
      • 汽化室温度：根据试样的沸点热稳定性和进样量选择汽化温度。一般可等于或稍高于试样的沸点,以保证试样迅速完全汽化。汽化室温度应高于柱温30~50℃。对于热不稳定性组分应尽可能采用较低温度，防止其分解。对于高沸点组分,甚至可低于其沸点
      • 检测室温度:为了使色谱柱的流出物不在检测器中冷凝而产生污染，一般检测室温度需高于柱温20~50℃
      • 进样时间和进样量:进样必须快速,一般在1秒以内完成。若进样时间过长,则试样起始宽度大，峰形变宽甚至变形。液体试样进样量不超过10μl，以0.1 ~2μl为宜；气体试样不超过10ml，以0.5~3ml为宜。进样量太多使柱超载时，峰宽增大，峰形不正常
  • 样品的预处理
    • 分解法
      • 水解法：将大分子通过水解反应降解成小分子，如蛋白质水解成氨基酸，经后续处理后进行分析
      • 热裂解法：将高分子化合物高温分解为低相对分子质量化合物
    • 衍生化法
• 气相色谱法的分类和气相色谱仪P316
  • 气相色谱法的分类
    • 按分离机制
      • 吸附色谱
      • 分配色谱
    • 按固定相的聚集状态分类
      • 气-液色谱法
        • 属于吸附色谱法
      • 气-固色谱法
        • 属于分配色谱法
  • 气相色谱法的特点
    • 分离高效能
    • 高灵敏度
    • 高选择性
    • 简单、快速
    • 应用广泛
  • 气相色谱仪
    • 气路系统
    • 进样系统
    • 色谱柱系统
    • 检测和记录系统
    • 控制系统
• 气相色谱法的固定相和载气P318
  • 气-液色谱法的固定相
    • 固定液
      • 对固定液的要求
        • 在操作温度 下蒸气压低于10Pa，否则固定液易流失。每一固定液有一“最高使用温度”，实际使用时以不超过最高使用温度以下20°C为宜
        • 热稳定性好,在高柱温下不分解，不与试样组分发生化学反应
        • 对被分离组分的选择性要高，即分配系数有较大差别
        • 对试样中各组分有足够的溶解能力。
      • 固定液的分类
        • 按照化学结构分类：根据化学结构，固定液可分为烃类、聚硅氧烷类、聚乙二醇类和酯类等
        • 按照相对极性分类：关于固定液的极性至今没有确切的定义，一般认为，固定液的极性是固定液与被测组分之间作用力的函数，表示含有不同基团的固定液与组分中的基团(以及亚甲基)相互作用力的大小，借以描述固定液的分离特征。
      • 固定液的选择
        • 非极性组分：一般选用非极性固定液
          • 组分与固定液分子间的作用力是色散力，组分在两相间的分配系数主要有它们的蒸气压决定，各组分按沸点顺序流出色谱柱，沸点低的组分先出峰
        • 中等极性组分：选用中等极性固定液
          • 分子间作用力为诱导力和色散力。出峰顺序与沸点和极性有关，若组分之间极性差异小而沸点有较大差异则按沸点顺序出峰；若组分沸点相近，而极性有较大差异，则极性小的组分先出峰
        • 极性组分：选用极性固定液
          • 分子间作用力主要为静电力(定向作用力)。组分按极性顺序流出色谱柱，极性小的组分先流出色谱柱
        • 能形成氢键的组分：可选择氢键型固定液
          • 它们之间的作用力主要是氢键力。各组分按与固定液分子形成氢键的能力大小先后流出，形成氢键能力弱的组分先流出色谱柱。
    • 载体
      • 对载体的要求
        • 比表面积大，粒度和孔径分布均匀
        • 没有吸附性能(或很弱)，不与固定液和被测组分发生化学反应
        • 热稳定性好
        • 有一定的机械强度
      • 硅藻土类载体
        • （非硅藻土类载体：适用于分析强腐蚀性物质，但其表面为非浸润性的，柱效低）
        • 硅藻土类载体
          • 红色载体
            • 表面孔穴密集，孔径较小，比表面积大，机械强度比白色载体大，但吸附活性和催化活性强。
            • 适合涂渍非极性固定液，用于非极性组分的分离分析
          • 白色载体
            • 由于助熔剂的存在形成疏松颗粒,表面孔径较粗，比表面积小，机械强度比红色载体差，但吸附活性低
            • 常与极性固定液配伍，用于分离极性组分
      • 载体的钝化
        • 酸洗法
          • 用6mol/L HCI浸泡20~30分钟,除去载体表面的铁等金属氧化物。酸洗载体适用于分析酸性化合物
        • 碱洗法
          • 用5%氢氧化钾-甲醇液浸泡或回流，除去载体表面的氧化铝等酸性作用点。碱洗载体适用于分析胺类等碱性化合物
        • 硅烷化法
          • 将载体与硅皖化试剂反应，除去载体表面的硅醇基。主要用于分析形成氢键能力较强的化合物
  • 气-固色谱法的固定相
    • ①耐高温，最高使用温度可达200~300°C
    • ②色谱峰形对称
    • ③无柱流失现象，柱寿命长
    • ④一般按极性顺序分离化合物，极性大者先出峰。在药物分析中，常用于酊剂中含醇量或有机物中微量水等测定
  • 载气
    • 氮气
      • 优点：氮气安全、价廉，所以最为常用。
      • 不足：热导系数与大多数有机化合物相近，故使用热导检测器时灵敏度低
    • 氢气
      • 优点：由于具有相对分子质量小、热导系数大、黏度小等特点，在使用热导检测器时，常用它作载气
      • 不足：氢气易燃、易爆,操作时应特别注意安全
    • 氦气
      • 氦气的相对分子质量小、热导系数大、黏度小,使用时线速度大，比氢气安全，常用于气-质联用分析
• 气相色谱法检测器P321
  • 检测器的性能指标
    • 灵敏度（响应值或应答值）
    • 噪声和漂移
    • 检测限
    • 最小检测量
    • 线性范围
  • 热导检测器
    • 结构与检测原理
    • 使用注意事项
      • ①热导检测器为浓度型检测器，当进样量一定时，峰面积与载气流速成反比，而峰高受流速影响较小。因此用峰面积定量时,需严格保持流速恒定
      • ②为避免热丝被烧断，在没有通载气时不能加桥电流，而在关仪器时应先切断桥电流再关载气
      • ③在其他条件一定时，热导检测器的灵敏度与载气和组分之间热导率的差值有关，差值越大灵敏度越高。氢气和氦气的热导率比有机化合物的热导率大很多,因此灵敏度高，且不会出倒峰。
      • ④热导检测器响应值与桥电流的3次方成正比，增加桥电流可提高灵敏度，但桥电流增加，热丝易被氧化，噪声也会变大，还易将热敏元件烧坏。所以在灵敏度足够的情况下，应尽量采取低桥电流以保护热敏元件。当以氮气为载气时桥电流一般为 100 ~ 150mA，而以氢气为载气时桥电流为150~200mA。
      • ⑤降低检测室温度可增加导热,提高灵敏度。但检测器温度不得低于柱温,以防样品组分在检测室中冷凝引起基线不稳。通常检测室温度应高于柱温20~50℃
  • 氢焰离子化检测器
    • 结构与检测原理
    • 使用注意事项
      • ①氢焰离子化检测器要使用3种气体，载气常用氮气，燃气用氢气、空气作为助燃气。三者流量关系:氮气：氢气=1:1~1:1.5；氢气：空气 = 1:5~1:10
      • ②氢焰离子化检测器为质量型检测器，峰高取决于单位时间引人检测器的组分质量，在进样量一定时，峰高与载气流速成正比，而流速对峰面积则影响较小。因此一般采用峰面积定量。在用峰高定量时，需保持载气流速恒定
  • 电子捕获检测器
    • 结构与检测原理
    • 使用注意事项
      • ①应使用高纯度载气，一 般采用高纯氮(纯度≥99. 99%)，载气中若含有少量的氧气和水等电负性组分，对检测器的基流和响应值会有很大的影响，长期使用将严重污染检测器。因此，除使用高纯度载气外，还应采用脱氧管等净化装置除去其中的微量杂质
      • ②载气流速对基流和响应信号也有影响，可根据条件试验选择最佳载气流速，通常为40~100ml/min
      • ③检测器中含有放射源，应注意安全，不可随意拆卸
  • 其他检测器
    • 除上述检测器外，气相色谱法中还会用到热离子检测器、火焰光度检测器、质谱检测器、傅里叶变换红外光谱检测器等