气相色谱法2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三节 气相色谱仪,一、,气相色谱仪的组成,1.,载气系统,2.,进样系统,3.,分离系统,4.,检测系统,5.,数据处理系统,6.,温控系统,单柱单气流工作原理,双柱双气流工作原理,GC7900,气相色谱仪（上海天美仪器公司,),二、,气路系统,提供连续运行且具有稳定流速与流量的载气。常用的载气有氮气、氢气及氩气，贮存载气的钢瓶内压高达,15,MPa，,需经减压阀降至,50 400,kPa。,市售,的气体含微量水分及杂质，需经净化干燥。,气路系统主要部件：,气体钢瓶和减压阀 净化管 稳压阀,稳流阀 管路连接,注意事项：,气体钢瓶是高压容器，采用无缝钢管制成圆柱形容器，底部装上钢质平底的座，使钢瓶可以竖放。气瓶顶部装有开关阀，瓶阀上装有防护装置（钢瓶帽）。钢瓶筒体上套有两个橡皮腰圈，防止震动后撞击。,为保证安全，各类气体钢瓶都必,须定期做抗压试验，每次试验都要有,详细记录，并载入气瓶档案。经检验，,需降压后使用或报废的钢瓶，检验单,位会在瓶上打上钢印说明。,注意事项：,实验室常用减压阀有氢、氧、乙炔气阀三种。每种减压阀只能用于规定的气体，决不能混用。导管、压力计也必须专用，千万不可忽视。安装时应检查螺纹是否符合，先用手拧满全部螺纹后再用扳手拧紧。,不用气时应先关闭钢瓶总阀，待压力表指针指向零后，再将减压阀,T,形阀杆沿逆时针方向转动旋松关闭（避免减压阀中的弹簧长时间压缩失灵）。打开钢瓶总阀前也,应检查减压阀是否,关好（,T,形阀杆松开），,否则容易损坏减压,阀。,检漏,方法：,1,、,皂膜检漏法,：毛笔蘸上肥皂水在各接头上检漏，若接口有气泡溢出，表明该处漏气，应重新拧紧，直至不漏气为止。检漏完毕应用干布将皂液擦净。,2,、,堵气观察法,：橡皮管堵住出口处，转子流量计流量为,0,，同时关闭稳压阀，压力表压力不下降，则表明不漏气；反之，若转子流量计流量指示不为,0,，或压力表压力缓慢下降（半小时内，仪器上压力表指示的压力下降大于,0.005,MPa),则表明该处漏气，应重新拧紧各接头以至不漏气为止。,推荐使用根据气体压力是否下降来检查漏气的方法，因为该方法清洁、直观、快速，而且检查的范围可以是整个载气、氢气、空气的气路系统，也可以是某一段的气路系统。,载气流量测定,载气流量是气相色谱分析的一个重要操作条件，正确选择载气流量，可提高色谱柱的分离效能，缩短分析时间。,气相色谱分析中，所用气体流量较小，一般用转子流量计和皂膜流量计测量。高档色谱仪也常采用刻度阀或电子气体流量计指示流量。,转子流量计,上宽下窄的锥形玻璃管和一个能在管内自由旋转的转子组成，其上下接口处用橡胶圈密封。当气体自下端进入转子流量计又从上端流出时，转子随气体流动方向而上升，转子上浮高度和气体流量有关，因此根据转子的位置可确定气体流速。,对于一定的气体，气体的流速和转子高度并不成直线关系，转子流量计上的刻度只是等,距离的标记而不是流量数值。因此实,际使用时必须用皂膜流量计来标定，,绘出气体体积流速与转子高度的关系,曲线图（不同压力、不同气体流速与,转子位置关系不一样）。,皂膜流量计,测量气体流速的标准方法，由一根带有气体进口的量气管和橡皮滴头组成，使用时先向橡皮管滴头中注入肥皂水，挤动橡皮滴头就有皂膜进入量气管。,当气体自流量计底部进入时，,就顶着皂膜沿管壁向上移动。,用秒表测定皂膜移动一定体,积时所需时间就可算出气体流,量（,mL,/min)，,测量精度达,1%,刻度阀,利用针形阀、稳流阀上阀旋转的度数（圈数）与流量近似成正比先绘制圈数与流量的曲线，可通过该曲线查阅气体的近似流量。,电子气体流量计,在气体的流路中接入一个流量传感器，流量传感器将气体流量转化成与之成正比的模拟量（电压或电流），将其量化后转成数字量，即可在色谱仪的屏幕上以数字的形式显示气体流量。,二、,进样系统,将样品定量引入色谱系统，并使样品有效地气化，然后用载气将样品快速,“,扫入,”,色谱柱。主要包括进样器和气化室。,进样方式,手动进样,自动进样,润洗后吸取样品,排除气泡,进样,三、,分离系统,主要由柱箱和色谱柱组成，柱箱由温控装置控制恒定温度，防止试样在色谱柱中冷凝成液体而无法分离。其中色谱柱是核心，主要作用是将多组分样品分离为单一组分的样品。,气相色谱柱,色谱柱组成,柱管,填充剂,填充柱,毛细管柱,固体吸附剂,气-,固吸附色谱柱,载体,+,固定液,气-,液分配色谱柱,毛细管柱,(,空心柱,),常用的毛细管柱为涂壁空心柱（,WCOT），,多孔性空心柱（,PLOT）,为内壁上有多孔层（吸附剂）的空心柱。,WCOT,可进一步分为微径柱、常规柱和大口径柱。,毛细管柱结构,毛细管柱的特点,：比填充柱在分离效率有很大的提高，可解决复杂的、填充柱难于解决的分析问题。,参数,柱长,/,m,内径,/,mm,柱效,N/m,进样量,/,ng,液膜,厚度,/,m,相对,压力,主要用途,填充柱,经典,15,24,500,1000,1010,6,10,高,分析样品,微型,1,分析样品,制备,4,制备纯,化合物,WCOT,微径柱,110,0.1,4000,8000,10,1000,0.11,低,快速,GC,常规柱,1060,0.20.32,3000,5000,常规分析,大口,径柱,1050,0.53,0.75,1000,2000,定量分析,限流器,流量控制回路,流量传感器,比例阀,压力传感器,隔垫吹扫调节阀,隔垫吹扫出口,接色谱柱,硅橡胶隔膜,毛细柱常用术语,隔垫吹扫,：在进样时，由于硅橡胶中不可避免地含有一些残留溶剂或低分子齐聚物，且硅橡胶在气化室高温的影响下还会发生部分降解。当这些残留溶剂和降解产物进入色谱柱，就可能出现,“,鬼峰,”,（即不是样品本身的峰），从而影响分析。在气相色谱仪中的隔垫吹,扫装置,就是用,来消除,这一现,象的。,毛细柱常用术语,分流进样和分流比,：由于毛细管柱样品容量在,nL,级，直接导入如此微量样品很困难，因此通常采用分流进样器。进入气化室的载气与样品混合后只有一小部分进入毛细管,柱，大部分从分,流气出口排出，,分流比可通过调,节分流气出口流,量来确定，常规,毛细管柱的分流,比在,1:501:500,。,毛细柱常用术语,尾吹,：使用毛细管柱分流进样时，由于毛细管柱内载气的流量较小，因此需要加载尾吹气。尾吹气是从色谱柱出口处直接进入检测器的一路气体，又叫补充气或辅助气。其作用一是保证检测器在最佳载气流量条件下工作，二是消除检测器死体积的柱外效应。,（一）气,-,液分配色谱柱,固定相,载体,+,固定液,-,填充柱,固定液,-,毛细管柱,1,、载体,2,、固定液,1,、载体,1,）作用：,承载固定液,2,）要求：,比表面积大（多涂渍固定液）,无吸附性（不吸附被测组分）,化学惰性（不与固定液发生化学反应）,热稳定性好,一定的机械强度,续前,3,）分类：,（,1,）硅藻土类：具有一定粒度的多孔性固体微粒,红色：吸附力强，与非极性或弱极性物质配伍,白色：吸附力弱，与极性物质配伍,（,2,）非硅藻土类：玻璃微球，石英微球，,氟塑载体，含氟化合物,4,）载体的处理方法,钝化，减弱吸附性,酸洗：用于分析酸类和酯类,碱洗：用于分析胺类等碱性化合物,硅烷化：用于具有形成氢键能力的较强的化合物,表面釉化,图示,2,、固定液,1,）要求：,（,1,）操作柱温下固定液呈液态（易于形成均匀液膜）,（,2,）操作条件下固定液热稳定性和化学稳定性好,（,3,）固定液的蒸气压要低（柱寿命长，检测本底低）,（,4,）固定液对样品应有较好的溶解度及选择性,2,）分类：,化学分类法,极性分类法,续前,化学分类法,A,烃类：烷烃，芳烃,例,角鲨烷,标准的非极性固定液,B,硅氧烷类：,（,a）,甲基硅氧烷：,弱极性,甲基硅油（,n400）,甲基硅油,230,甲基硅橡胶（,n400）,SE30，OV1 350,（b）,苯基硅氧烷：,极性稍强（随苯基，极性）,甲基苯基硅油（,n400）,甲基苯基硅橡胶（,n400）：,按苯基含量不同分,低苯基硅橡胶,SE52,含苯基,5%，,350,中苯基硅橡胶,OV17,含苯基,50%，,350,高苯基硅橡胶,OV25,含苯基,75%，,350,（,c）,氟烷基硅氧烷：中等极性,（,d）,氰基硅氧烷：强极性,续前,C,醇类（氢键形固定液）,非聚合醇,聚合醇,聚乙二醇（,PEG-20M250,）,D,酯类：中强极性固定液,非聚酯类,聚酯类,丁二酸二乙二醇聚酯（,PDEGS,或,DEGS）,图示,极性分类法：,a,相对极性法,角鲨烷的相对极性为,0，,-,氧二丙腈的,相对极性为,100,，其他固定液以此为标准，测出的相对极性在,0100,之间。通常将相对极性分为五级，每,20,为一级，用,“+”,表示。,0 +1,弱极性,+2 +3,中等极性,+4 +5,强极性,b,固定液常数法（罗氏特征常数法和麦氏常数法）,常用固定液,固定液名称,型号,相对,极性,最高使用,温度,/,角鲨烷,SQ,-1,150,甲基硅油或甲基硅橡胶,SE-30,OV-101,+1,350,200,苯基（,10%,）甲基聚硅氯烷,OV-3,+1,350,苯基（,25%,）甲基聚硅氧烷,OV-7,+2,300,苯基（,50%,）甲基聚硅氧烷,OV-17,+2,300,苯基（,60%,）甲基聚硅氧烷,OV-22,+2,300,三氟丙基（,50%,）,甲基聚硅氧烷,QF-1,OV-210,+3,250,-,氰乙基（,25%,）,甲基聚硅氧烷,XE-60,+3,275,聚乙二醇,PEG-20M,+4,225,聚己二酸二乙二醇酯,DEGA,+4,250,聚丁二酸二乙二醇酯,DEGS,+4,220,1，2，3-,三（,2-,氰乙氧基）丙烷,TCEP,+5,175,续前,3,）固定液的选择：,（1,）按相似相溶原则选择,（,2,）按组分性质的主要差别选择,（1,）按相似相溶原则选择,a,按极性相似原则选择：,固定液与被测组分极性“相似相溶”，,K,大，选择性好,非极性组分,选非极性固定液，,按沸点顺序出柱，低沸点的先出柱,例如：甲烷（沸点,-161.5,）、乙烷（沸点,-88.6,）、丙烷（沸点,-47,）,角鲨烷为固定液，出峰顺序为甲烷、乙烷、丙烷,注：对于中等极性组分，若沸点相同，,则按极性顺序出柱，极性较强的后出柱,（1,）按相似相溶原则选择,强极性组分,极性固定液,按极性顺序出柱，极性强的后出柱,例如：甲醇、乙醇、正丁醇,聚乙二醇为固定液，出峰顺序为：甲醇、乙醇、正丁醇,非极性和极性混合物,极性固定液,非极性组分先出峰,极性组分后出峰,能形成氢键的组分,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,（1,）按相似相溶原则选择,复杂组分,特殊固定液或两种以上混合,色谱柱的作用复杂，实际应用中需通过实验来选择最合适的固定液,续前,b,按化学官能团相似选择：,固定液与被测组分化学官能团相似，作用力强，,选择性高,酯类,选酯或聚酯固定液,醇类,选醇类或聚乙二醇固定液,（2,）按组分性质的主要差别选择,组分的沸点差别为主,选非极性固定液,按沸点顺序出柱,沸点低的先出柱,组分的极性差别为主,选极性固定液,按极性强弱出柱,极性弱的先出柱,例：苯（,80.1,），环己烷（,80.7,）,选非极性柱,分不开；,选中强极性柱,较好分离，环己烷先出柱,混合物在不同固定相上的分离,1,乙腈,(,强极性,)；22-,丙醇,(,质子受体,)；31,2,二氯乙烷（弱极性）；,4,三乙胺（质子受体）；,5,正辛烷。,固定相种类不同，直接影响到样品中各组分分离效果的优劣。,（二）气,-,固吸附色谱柱,固定相：,1,）吸附剂,硅胶，,AL,2,O,3,（,极性，吸附力强）,活性炭（非极性）,2,）分子筛：吸附,+,分子筛,3,）高分子多孔微球,GDX,有机合成高分子聚合物,吸附,+,分配机制,装柱过程,：,1,）空柱管,酸洗，碱洗，乙醚洗,2,）固定液（,组，出正峰,载,=,组，不出峰,载,He,N2,选,氢气做载气,（,3）,T,池,，池体与热丝,温差,，灵敏度,保证,T,检,T,柱，以免造成检测器污染,（,4,）浓度型检测器，,A 1/u，,以,A,定量，应保持,u,一定 （峰面积定量依据）,氢焰检测器（,FID）,1,特点,2,结构,3,检测原理和离子化机理,4,操作条件选择和注意事项,1,特点：质量型检测器,优点：,专属型检测器（只能测含,C,有机物）,灵敏度高（,TCD）,响应快,线性范围宽,缺点：,燃烧会破坏离子原形，无法回收,（制备纯物质，不采用,）,2,结构,3,检测原理和离子化机理,检测原理：利用组分在氢焰中产生离子流进行检测,有机化合物,离子对,离子流,流向阴、阳极,放大,记录,离子化机理：化学电离理论,氢焰,自由基,正离子,火焰离子化检测器是根据有机物在氢氧焰中燃烧产生离子而设计的，主要部件是用不锈钢制成的离子室。离子室由收集极、发射极（或称极化极）、气体入口和火焰喷嘴等部分组成。氢气与载气预先混合，从离子室下部进入喷嘴，空气从喷嘴周围引入助燃，生成的氢氧焰为离子化能源。喷嘴本身作为发射极，火焰上方的圆筒状电极为收集极，在两电极间施加极化电压产生电场。无组分进入火焰时，两极间不应有电流流过，但实际上仍有微弱电流产生，这是由于杂质在火焰中解离的结果，此微弱电流称为基始电流。,当有机物随载气进入火焰时，发生离子化反应，,C,n,H,m,在火焰中发生裂解，生成自由基,CH,。,CH,与空气中氧作用，生成,CHO,+,和,e,：,生成的离子被发射极捕获而产生电流，经高阻（,10,7,-,10,10,）,放大后由记录系统记录。产生的离子数与单位时间内进入火焰的碳原子数量有关，所以火焰离子化检测器是质量型检测器。它对绝大多数有机化合物有很高的灵敏度，有利于分析痕量有机物。对氢火焰中不电离的,CO,、,CO,2,、,SO,2,、,H,2,S,、,NH,3,、,空气、水和惰性气体等不能检测。由于对空气和水无响应，因此特别适合于大气和水污染物质的分析。,4,操作条件选择和注意事项,1,）载气的选择：,载气,N,2,气,燃气,H,2,气,助燃气,空气,2,）使用温度：高于柱温,50100,0,C,3）,注意问题：,质量型检测器，,h u，,以,h,定量，应保持,u,恒定（峰高定量依据,）,电子捕获检测器（,ECD）,1,特点,2,结构,3,检测原理和离子化机理,4,操作条件选择和注意事项,1,、特点 浓度型检测器,优点：,灵敏度高，选择性强，仅对具有电负性的物质，如含卤素、硫、磷、氧、氮、金属有机物及含羰基、硝基、共轭双键的化合物有响应信号，物质的电负性愈强，检测器的灵敏度愈高，特别适合分析痕量电负性化合物。广泛用于生物、医药、农药、环保、金属螯合物及气象追踪等领域。,缺点：,线性范围较窄，仅有,10,-4,左右,2,、结构,当载气（,N,2,）,从色谱柱流出进入检测器时，放射源（,63,Ni）,放射出的,射线，使载气电离，产生正离子及低能量电子。,3,检测原理和离子化机理,这些带电粒子在外电场作用下向两电极定向移动，形成了约为,10,-8,A,的离子流，即为检测基流。,当电负性物质,AB,进入离子室时，因为,AB,有较强的电负性，可以捕获低能量的电子，形成负离子，并释放出能量。,电子捕获反应中生成的负离子与载气的正离子复合成中性分子。,电子捕获和正负离子复合，使电极间电子数和离子数目减少，致使基流降低，产生了样品的检测信号。由于被测样品捕获电子后降低了基流，所产生的电信号是负峰，负峰的大小与样品的浓度成正比。实际过程中，常可改变极性使负峰变为正峰。,4,操作条件选择和注意事项,1),载气和载气流速,一般用,N,2,，,严格钝化，除去水和氧。,载气流速，基流，,100,mL/min,左右，基流最大，为了同时获得较好的柱分离效果和较高的基流，通常在柱与检测器间引入补充,N,2,，,使检测器内,N,2,达到最佳流量。,2,）检测器使用温度,放射源为,3,H，,检测器,220,63,Ni，400,3）,极化电压 基流等于饱和基流值,85%,时的极化电压为最佳极化电压,直流供电,2040,V,脉冲供电,3050,V,4,）固定液的选择 低流失、电负性小，防止污染放射源。,柱子须经充分老化才能与,ECD,联用。,5,）安全保障 严格执行放射源使用、存放管理条例。拆卸、清洗应由专业人员进行。尾气须排放到室外，严禁检测器超温。,6,）日常维护,a、,使用高纯度载气和尾吹气,b、,使用耐高温隔垫和洁净样品，检测器温度须高于柱温,10,以上,c、,检测器污染及其净化 “氢烘烤”载气和尾吹气换成,H,2,，,调流速至,3040,mL/min,气化室和柱温为室温，检测器,300350,，保持,1824,h，,使污染物在高温下与,H,2,作用而除去。,火焰光度检测器（,FPD）,1,特点,2,结构,3,检测原理和离子化机理,4,操作条件选择和注意事项,1,特点 质量型检测器,对含,S、P,化合物有高的选择性和灵敏度，,适于分析含,S、P,的农药及环境分析中监测含,S、P,的有机污染物。,对,P,的响应为线性，检测限可达,0.9,pg/s，,线性范围大于,10,6,对,S,的响应为非线性，检测限可达,20,pg/s，,线性范围大于,10,5,2,结构,3,检测原理和离子化机理,含,S,或,P,的有机化合物在富氢火焰中燃烧时，,S、P,被激发而发射出特征波长的光谱。当硫化物进入火焰，形成激发态的,S,2,*,分子，此分子回到基态时发射出特征的蓝紫色光（波长,350430,nm，,最大强度对应的波长为,394,nm），,当磷化物进入火焰，形成激发态的,HPO*,分子，它回到基态时发射出特征绿色光（波长,480560,nm，,最大强度对应的波长为,526,nm）。,这两种特征光的强度与被测组分的含量成正比。,特征光经滤光片（,S 394nm，P 526nm）,滤光，再由光电倍增管进行光电转换后，产生相应的光电流。经放大器放大后由记录系统记录下相应的色谱图。,4,操作条件选择和注意事项,1,）气体流速选择,O,2,/H,2,比是影响响应值最关键的参数，决定了火焰性质和温度，从而影响灵敏度。工作中应针对,FPD,型号和被测组分，参照仪器说明书，实际测量最佳,O,2,/H,2,比。,试验表明，,FPD,的载气最好用,H,2,，,其次用,He，,最好不用,N,2,。H,2,作载气在相当大范围内，响应值随流速增加而增大；,N,2,作载气时，,FPD,对,S,的响应值随流速的增加而减小。最佳流速应视具体情况做实验来确定。,4,操作条件选择和注意事项,2,）检测器温度选择,S,的响应值随温度升高而减小,P,的响应值基本不随温度改变,检测器的使用温度应大于,100,，防止,H,2,燃烧生成的水蒸气冷凝在检测器中增大噪声。,3,）样品浓度的适用范围,一定浓度范围内，样品浓度对,P,的检测无影响，呈线性；对,S,的检测有关，因为是非线性的。,被测样品同时含,S、P,时，会相互干扰。通常,P,的响应干扰不大，而,S,的响应对,P,的响应产生干扰较大，因此应使用不同滤光片和不同火焰温度来消除彼此干扰。,六、温度控制系统,在气相色谱测定中，温度的控制（主要对色谱柱、气化室与检测器三处的温度进行控制）是重要的指标，它直接影响柱的分离效能、检测器的灵敏度和稳定性。,（三）检测器的性能指标,噪声与漂移,灵敏度,检测限,噪声与漂移,1,噪声：无样品通过时，由仪器本身和工作条件等,偶然因素引起基线的起伏称为,（以噪声带衡量）,2,漂移：基线随时间向一个方向的缓慢变化称为,（以一小时内的基线水平变化来表示）,back,灵敏度,（响应值，应答值）,1,浓度型检测器的灵敏度（,S,c,）,灵敏度越高，噪音越大,续前,2,质量型检测器的灵敏度,（,S,m,）,检测限（敏感度）：,组分峰高为噪音二倍时的灵敏度,检测限,小，仪器性能,好,back,质量型检测器,浓度型检测器,比较灵敏度与敏感度优劣：,灵敏度,未考虑噪音因素，衡量检测器好坏不全面,敏感度,考虑了噪音影响,小结：,固定液分类，固定液选择，分离条件选择,两种类型检测器特点，检测原理，使用注意,灵敏度与检测限优劣衡量,