☆ ☆☆☆☆考点3：气相色谱法
1．基本概念
（1）气相色谱法：以气体为流动相的色谱法称为气相色谱法（GC）。
气相色谱法具有分离效能高、灵敏度高、选择性高、应用范围广、样品用量少、分析速度快等优点，但受样品蒸气压限制，不适用于难挥发和热稳定性差的物质的分析。
（2）色谱图：色谱响应信号随时间的变化曲线称为色谱图或流出曲线.
（3）色谱峰：流出曲线上的突起部分称为色谱峰。正常色谱峰为对称型正态分布曲线。不正常色谱峰有两种：拖尾峰及前延峰。正常色谱峰与不正常色谱峰可用拖尾因子（或叫对称因子）来衡量。
一个组分的色谱峰可用三项参数即峰高或峰面积（用于定量）、峰位（用保留值表示，用于定性）及峰宽（用于衡量柱效）说明。
（4）保留值
①保留时间（tR）：从进样开始到某个组分色谱峰顶点的时间间隔称为该组分的保留时间。
②死时间（t0）：分配系数为零的组分的保留时间称为死时间。气相色谱中通常把空气或甲烷视为此种组分，用来测定死时间。
③调整保留时间（t'R）：组分在固定相中停留的时间称为调整保留时间。调整保留时间与保留时间和死时间有如下关系：t'R＝tR－t0
④相对保留值（r）：两组分的调整保留值之比称为相对保留值，又称选择性因子。即
r2,1＝t'R2/t'R1＝k2/k1
（5）色谱峰区域宽度：是表示色谱柱柱效的参数。区域宽度越小，流出组分越集中，越有利于分离。
①标准差（σ）：σ为正态分布曲线上两拐点间距离之半，即0.607倍峰高处的峰宽之半。
②半峰宽（Wh/2）：峰高一半处的峰宽称为半峰宽，又称半高峰宽，Wh/2＝2.355σ。
③峰宽（W）：通过色谱峰两侧的拐点作切线，在基线上的截距称为峰宽，或称基线宽度，W＝4σ或W＝1.699Wh/2。
2．基本原理
样品中各组分在固定相与载气（流动相）间分配，由于各组分的分配系数不等，它们将按分配系数大小的顺序依次被载气带出色谱柱。分配系数小的组分先流出，分配系数大的后流出。
（1）塔板理论。
色谱柱的理论塔板数：n＝5.54（tR/Wh/2）2
色谱柱的理论塔板高度：H＝L/n
式中，L--柱长。L越小，n越大；n越大，R越大。
计算时应注意：①tR与Wh/2应取相同的单位；②n为每根色谱柱的理论塔板数；③用不同组分计算同一根柱的理论塔板数会有差别。
（2）速率理论。1956年Van Deemter导出了塔板高度与载气流速的关系，即范氏方程，成为了速率理论的核心。其方程式为：
H＝A＋B/u＋Cu
式中，H--塔板高度，cm；A--涡流扩散项，cm；B--纵向扩散系数，cm2/s；C--传质阻抗项系数，s；u--载气的线速度（u≈L/t0），cm/s。
Van Deemter方程式可以说明填充均匀程度、载体粒度、载气种类、载气流速、柱温、固定液层厚度对柱效的影响，对分离条件的选择有实际指导意义。
3．分类
（1）按固定相的物态：分为气-固色谱法（GSC）和气-液色谱法（GLC）；
（2）按分离机制：分为吸附色谱法和分配色谱法；
（3）按柱的粗细和填充情况：分为填充柱色谱法及毛细管柱色谱法。
4．常用的固定液与载体
（1）固定液。固定液一般是一些高沸点的液体，在操作温度下为液态，在室温时为固态或液态。对固定液的要求是：蒸气压低；对样品中各组分有足够的溶解能力；选择性能高；稳定性好，与样品组分或载体不产生化学反应，高温下不分解；黏度小，凝固点低。
常用的固定液有：①烃类：鲨鱼烷(角鲨烷、异卅烷、C30H62)，是标准非极性固定液；②硅氧烷类：目前应用最广的通用型固定液。a.甲基硅氧烷按分子量不同可分为甲基硅油(n＜400)及甲基硅橡胶(n＞400)。甲基硅油有甲基硅油I(最高使用温度230℃)等，甲基硅橡胶有SE-30(350℃)及OV-1(350℃)等。是一类应用很多的耐高温、弱极性固定液。b.苯基硅氧烷低苯基硅氧烷有SE-52(含苯基5%，300℃)；中苯基硅氧烷有OV-17(50%，350℃)；高苯基硅氧烷有OV-25(75%，300℃)。这类固定液因引入苯基极性比甲基硅氧烷强，且随着苯基含量增高，极性增强。c.氟烷基硅氧烷是一类中等极性固定液。这类固定液在强碱作用下易解聚，故只能与酸性载体配伍。d.氰基硅氧烷是一类强极性固定液，氰乙基含量越高，极性越强。③醇类：是一类氢键型固定液，可分为非聚合醇与聚合醇两类。聚乙二醇如PEG-OM(平均分子量20000，250℃)是药物分析中最常用的固定液之一。④酯类：是中强极性固定液，分为非聚合酯与聚酯两类。聚酯类多是二元酸及二元醇所生成的线型聚合物，如丁二酸二乙二醇聚酯。在酸性或碱性条件下或200℃以上的水蒸气均能使聚酯水解。
（2）载体。一般载体(担体)是化学惰性的多孔性微粒。特殊载体如玻璃微珠，是比表面积大的化学惰性物质，但并非多孔。固定液分布在载体表面，形成一均匀薄层，构成气-液色谱的固定相。
对一般载体的要求：①比表面积大，孔穴结构好；②表面没有吸附性能(或很弱)；③不与被分离物质或固定液起化学反应；④热稳定性好，粒度均匀，有一定的机械强度等。
5．气相色谱仪
气相色谱仪的基本结构及主要部件见下图：
（1）气源：气源提供实现气相色谱分离测定所需的载气和各种辅助气。FID常用的载气多为氮气或氦气，常用的燃气为氢气，助燃气为空气；TCD多用氦气或氢气为载气；ECD载气多用氮气或氩气。
（2）进样及汽化系统。采用注射器或六通阀。
（3）色谱柱和柱温箱。色谱柱是组分分离的核心。
（4）检测器。①氢焰离子化检测器（FID）：质量型检测器，应用最广；②热导检测器（TCD）：浓度型检测器；③电子捕获检测器（ECD）：浓度型检测器，灵敏度高，选择性好，用于含卤素、硫、氧等强电负性基团化合物的检测。
检测器的性能指标：①灵敏度高；②稳定性好，噪音低；③线性范围宽；④死体积小并响应快。
《中国药典》正文中项下规定的色谱条件：①不可变条件：检测器种类、固定液品种及特殊指定的色谱柱材料；②可变条件：色谱柱内径、长度、载体牌号、粒度、固定液涂布浓度、载气流速、柱温、进样量、检测器灵敏度等，均可调整，以符合系统适用性试验的要求。
《中国药典》（2005版）对气相色谱仪的一般要求：二甲基甲酰胺气为氮气；气化室的进样口温度高于柱温30～50℃；进样量数μl；检测器为FID，温度高于柱温，并不低于100℃；一般色谱图30分钟内记录完毕。
6．应用
（1）鉴别。供试品溶液主峰的保留时间（tR）应与对照品溶液的tR一致。
（2）杂质检查
①内标法：加校正因子测定供试品中某个杂质的含量。
式中，AS--内标物质的峰面积或峰高；AR--对照品的峰面积或峰高；CS--内标物质的浓度；CR--对照品的浓度。
式中，AX--供试品中待测成分或某个杂质的峰面积或峰高；CX--供试品中待测成分或某个杂质的浓度；f、AS和CS的意义同上。
②外标法：测定供试品中某个杂质或主成分含量。
③加校正因子的主成分自身对照法：用于测定杂质含量。
④不加校正因子的主成分自身对照法。
⑤面积归一化法：除另有规定外，一般不用于微量杂质的检查。
（3）含量测定
①外标法：根据峰面积与测定组分的量成正比的关系计算含量的方法。外标法的计算公式如下：
②内标法：选定一内标物质，加入待测样品溶液中，根据待测样品和内标溶液响应信号的比值与待测样品的浓度成正比的关系来定量。
