气相色谱分析法基础知识.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,生物与化学工程学院,仪器分析,第三章,气相色谱分析法,第一节 气相色谱仪,第二节 气相色谱固定相,第三节 气相色谱检测器第四节 气相色谱分离条件的选择,第一节,气相色谱仪,Agilent 6890N,RMB 20,万,第一节,气相色谱仪,GC-MS,Agilent 7890-5975C,RMB 69.8,万,第一节,气相色谱仪,一、气相色谱仪的结构流程,二、,气相色谱仪主要组成部分,第一节,气相色谱仪,一、气相色谱仪的结构流程,1-载气钢瓶；,2-减压阀；,3-净化干燥管；,4-针形阀；,5-流量计；,6-,压力表；,7-,气化室；,8-,色谱住；,9-热导检测器；,10-放大器；,11-温度控制器；,12-记录仪。,第一节,气相色谱仪,二、气相色谱仪主要组成部分,载气系统,进样系统,色谱柱,检测系统,温度控制系统,气源；,净化干燥管；,载气流速控制与显示。,（一）、载气系统,第一节,气相色谱仪,常用载气：,氮气、氦气、氢气等。,净化干燥管：,去除载气中的,氧气、水分、烃类物质,（依次通过,硅胶、分子筛、活性炭,）。,载气流速控制：,压力表、流量计、针形稳压阀，,控制载气流速恒定。,第一节,气相色谱仪,（二）、,进样系统,进样器 与 气化室。,气体进样器,液体进样器,第一节,气相色谱仪,（三）、分离系统（色谱柱）,色谱柱,填充柱,毛细管柱,柱内径,1-10 mm,0.05-0.5 mm,柱长度,0.5-10 m,10-150 m,总塔板数,10,3,10,6,样品容量,10-1000,0.1-50,第一节,气相色谱仪,（四）、检测系统,检测元件；,放大器；,显示记录。,检测器：,广普型,对所有物质均有响应；,（应用对象）,专属型,对特定物质有高灵敏响应。,第一节,气相色谱仪,（五）、温度控制系统,气化室：保证液体试样瞬间气化而不发生分解；,分离室：准确控制分离需要的温度；,检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝。,温度,是气相色谱分离条件的重要选择参数。,复杂试样分析：程序升温。,第二节,气相色谱固定相,分离对象的多样性,色谱固定相种类繁多,分离机理,气固色谱固定相,机理：吸附，脱附，再吸附，再脱附,气液色谱固定相,机理：溶解，挥发，再溶解，再挥发,第二节,气相色谱固定相,一、气固色谱固定相,二、气液色谱固定相,第二节,气相色谱固定相,一、气固色谱固定相,活性碳非极性,活性氧化铝弱极性,硅胶强极性,分子筛,极性,高分子多孔微球,(GDX),固体相,分离对象：,分离和分析永久性气体及气态烃类物质,具有一定活性的吸附剂，种类有限。,第二节,气相色谱固定相,二、气液色谱固定相,气液色谱固定相：,担体,(,支持体,),+固定液,气液色谱固定相,担体,固定液,硅藻土,非硅藻土,白色,红色,高沸点难挥发的有机物或聚合物,非极性或弱极性组分,极性组分,第二节,气相色谱固定相,（一）、担体,一种化学惰性、多孔型的固体颗粒，提供一个大的惰性表面，用以承担固定液。,A,、多孔性，孔径分布均匀。,B,、化学惰性，有较好的浸润性。,C,、热稳定性好。,D,、一定的机械强度。,担体要求,担体的表面处理,P88,第二节,气相色谱固定相,（二）、固定液,高沸点难挥发的有机物或聚合物。,A,、挥发性小，具有较低的蒸气压。,D,、化学稳定性好。,B,、热稳定性好。,E,、对样品中的各组分有适当的溶解度。,固定液,要求,C,、熔点不能太高。,第二节,气相色谱固定相,组分与固定液分子间的相互作用,A,、定向力极性分子之间的作用力；,B,、诱导力极性与非极性分子之间的作用力；,C,、色散力非极性分子之间的作用力；,D,、氢键氢原子与电负性很大的原子,(,如,F,、,O,、,N,等,),之间的作用力。,第三节,气相色谱检测器,三、,气相色谱检测器,应用对象：,广普型,对所有物质均有响应；,专属型,对特定物质有高灵敏响应。,检测原理：,浓度型,检测 信号值与组分的浓度成正比；,质量型,检测信号值与单位时间内进入检测,器组分的质量成正比。,第三节,气相色谱检测器,（一）、热导池检测器,（,TCD,）,原理：不同物质具有不同热导系数。,参比,测量,R,1,R,2,A,B,R,1,*R,参比,=,R,2,*R,测量,只有载气通过时,载气,+,组分,R,1,*R,参比,R,2,*R,测量,利用载气与组分热导系数的差异进行测量,第三节,气相色谱检测器,气体,热导系数,气体,热导系数,氢气,22.4,甲烷,4.56,氦气,17.41,乙烷,3.06,氮气,3.14,丙烷,2.64,氧气,3.18,甲醇,2.30,空气,3.14,乙醇,2.22,氩气,2.18,丙酮,1.76,载气对,热导检测器灵敏度的影响,某些气体与蒸气的热导系数,/10,-4,J,(cm,s,),-1,第三节,气相色谱检测器,（二）、,氢,火焰离子化检测器,(FID),火焰离子化机理,火焰离子化机理至今还不十分清楚，普遍认为这是一个化学电离过程,.,有机物在火焰中先形成自由基，然后与氧作用产生正离子,CHO,+,，再同水反应生成,H,3,O,+,离子。,第三节,气相色谱检测器,影响氢焰检测器灵敏度的因素,1,、各种气体流速和配比的选择,H,2,:N,2,1:1,1:1.5,H,2,:,空气,1:10,2,、极化电压,载气：氮气；,燃气：氢气；,助燃器：空气。,100300,V,范围内。,第一节,气相色谱仪,（三）、,电子捕获检测器,(ECD),对具有电负性的物质（卤素、硫、磷、氮、氧）有响应，电负性越强，灵敏度越高。能检测,10,-14,gmL,-1,物质。,一种具有选择性、高灵敏度的浓度型检测器。,较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。,第三节,气相色谱检测器,（四）、,其他类型检测器,1.,火焰光度检测器,(,FPD,),对含硫、磷化合物的高选择性检测器。,2.,热离子检测器,(,TID,),氮、磷检测器。,3.,定性检测器(联用仪器),两种仪器结合；色-质联用仪,第四节,气相色谱分离条件的选择,一、色谱柱及其使用条件的选择,二、,载气种类与流速的选择,三、,其它分析条件的选择,第四节,气相色谱分离条件的选择,一、色谱柱及其使用条件的选择,1.,固定相的选择；,2.,固定液配比的选择与涂渍；,3.,柱长和柱内径的选择；,4.,色谱柱的装填与使用前的预处理；,5.,柱温的确定。,第四节,气相色谱分离条件的选择,A.,气固色谱：,1.,固定相的选择,B.,气液色谱：,根据试样的性质，参考吸附剂的特性和使用范围。,固定液的选择原则,“相似相溶”,a.,非极性物质,非极性固定液。,沸点越低的组分越早出峰。,b.,极,性物质,极性固定液,。,极性,越小的组分出越早出峰。,第四节,气相色谱分离条件的选择,c.,极,性与非极性混合物,极性固定液,。,极性越小的组分出越早出峰。,d.,易,形成氢键物质,极性或氢键型固定液,。,不易形成氢键的组分先出峰，易形成氢键的组分后出峰。,e.,复杂难分离样品,多种固定液混合,出峰顺序由实验确定。,第四节,气相色谱分离条件的选择,3.,柱长和柱内径的选择,A.,柱长,塔板理论,：,速率理论：柱长,，保留时间,，峰变宽，有可能使分离度下降。,柱长选择原则：满足分离目的，尽可能选用短柱。,B.,柱内径,填充柱：柱内径一般选择,3-4mm,。,第四节,气相色谱分离条件的选择,5.,柱温的确定,柱温的影响是多方面的，需要综合考虑！,柱温控制在固定液的最高温度和最低使用温度之间。,a.,低沸点组分：,柱温组分气相浓度,K,t,R,色谱峰变窄变高，低沸点组分产生重叠，分离度下降。,根据速率理论：传质速率和分子扩散作用影响,。,第四节,气相色谱分离条件的选择,b.,难分离组分：,降低柱温，不可能完全分离，两组分保留值增加的同时，两组分的色谱峰宽也增加。当后者的增加大于前者时，两峰重叠现象更严重,。,柱温选择原则：,接近或略低于组分平均沸点时的温度,。,c.,组分复杂、沸程宽的组分：,程序升温,。,第四节,气相色谱分离条件的选择,二、,载气种类与流速的选择,1.,载气种类的选择,载气对柱效的影响、检测器的要求及载气的性质。,柱效的影响：,载气流速较小时，选择摩尔质量大的载气,(N,2,),，可减小纵向扩散，提高柱效。,载气流速较大时，选择摩尔质量小的载气,(H,2,、,He),，可减小传质阻力，提高柱效。,第四节,气相色谱分离条件的选择,检测器的要求,:,热导检测器：,H,2,；氢火焰离子化检测器：,N,2,。,2.,载气流速的选择,实际流速稍大于最佳流速，,以缩短分析时间。,第四节,气相色谱分离条件的选择,三、,其它分析条件的选择,进样量,柱效,进样量过大，使色谱柱超载，柱效急剧下降，峰形变宽,检测器,进样量过大，峰高或峰面积与进样量的线性关系被破坏,进样量应控制在柱容量允许范围,及检测器线性检测范围之内,1.,进样量的选择,第四节,气相色谱分离条件的选择,2.,气化室温度的选择,选择合适的汽化温度。,3.,检测器温度的选择,TCD,温度一般要比柱箱温度高一些，以防被分析样品在检测器中冷凝。,FID,的温度一般要在,100,以上，以防水蒸气冷凝。,ECD:,具体的情况具体分析。,