实验五+气相色谱法.ppt

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气相色谱仪,商品化有填充柱、毛细管柱和制备气相色谱仪等三种。,需要说明的是，先进的气相色谱仪往往兼具填充柱、毛细管柱，分析、制备等多种功能。,19.2.1 填充柱气相色谱仪,19.2.1 填充柱气相色谱仪,1.,气路系统,1.,载气瓶，,2,减压阀，,3,稳流阀，,4,流量计，,5,分流阀，,6,注射器，,7,进样器，,8,色谱柱，,9,色谱炉,(,箱,),，,10,皂膜流量计，,11,检测器，,12,记录仪，,13,静电计或电桥，,14,模数转换器，,15,数据系统。,2.,进样系统,一个优良的检测器应具以下几个性能指标：,灵敏度高,检出限低,响应线性范围宽,稳定性好,响应速度快,通用性强,19.3.2.检测器的主要性能指标,19.3.2.检测器的主要性能指标,1.,灵敏度,气相色谱检测器灵敏度,(S),定义为：通过检测器物质量变化,(,Q,),与响应信号变化（,R,）之比：,2.检出限,19.3.2.检测器的主要性能指标,3.,线性范围,热导检测器,(TCD),是根据不同的物质具有不同的热导系数原理制成的。热导检测器由于结构简单，性能稳定，,几乎对所有物质都有响应，通用性好，而且线性范围宽，价格便宜，因此是应用最广，最成熟的一种检测器。,其主要缺点是灵敏度较低。,19.3.3.热导检测器,(TCD),氢,火焰离子化检测器是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。它的特点是：灵敏度很高，,比热导检测器的灵敏度高约,10,3,倍；检出限低，可达,10,-12,gS,-1,；火焰离子化检测器能检测大多数含碳有机化合物；死体积小，响应速度快，线性范围也宽，可达,10,6,以上；而且结构不复杂，操作简单，是目前应用最广泛的色谱检测器之一。其主要缺点是不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。,19.3.4.氢火焰离子化检测器,(FID),电子捕获检测器也称电子俘获检测器，它是一种选择性很强的检测器，对具有电负性物质（如含卤素、硫、磷、氰等的物质）的检测有很高灵敏度（检出限约,10,-14,gcm,-3,）。它是目前分析痕量电负性有机物最有效的检测器。电子捕获检测器已广泛应用于农药残留量、大气及水质污染分析，以及生物化学、医学、药物学和环境监测等领域中。它的缺点是线性范围窄，只有,10,3,左右，且响应易受操作条件的影响，重现性较差。,19.3.5.电子捕获检测器,(ECD),火焰光度检测器，又称硫、磷检测器，它是一种对含磷、硫有机化合物具有高选择性和高灵敏度的质量型检测器，检出限可达,10,-12,gS,-1,（对,P,）或,10,-11,gS,-1,（对,S,）。这种检测器可用于大气中痕量硫化物以及农副产品，水中的毫微克级有机磷和有机硫农药残留量的测定。,19.3.6.火焰光度检测器,(FPD),氮磷检测器（,nitrogen phosphorus detector,NPD,），又称热离子检测器（,thermionic detector TID,），是一种质量检测器，适用于分析,N,、,P,化合物的高灵敏度、高选择性检测器。,19.3.7.氮磷检测器,(NPD),氮磷检测器的使用寿命长、灵敏度极高，可以检测到,510,-13,g/s,偶氮苯类含氮化合物，,2.510,-13,g/s,的含磷化合物，如马拉松农药。它对,N,、,P,化合物有较高的响应，而对其他化合物的响应值低,10,4,10,5,倍。,19.4.1.,固体固定相,1.,固体吸附剂,19.4.气相色谱固定相,2.高分子多孔微球,主要以苯乙烯和二乙烯基苯交联共聚制备，亦或引入极性不同的基团，可获得具有一定极性的聚合物。,适用性广，既适用作气固色谱固定相，又可作气液色谱载体；选择性高，分离效果好，具有疏水性能，对水的保留能力比绝大多数有机化合物小，特别适合有机物中微量水的测定，也可用于多元醇、脂肪酸、腈类、胺类等分析；热稳定性好，可在,2500C,以上温度长期使用；粒度均匀，机拭强度高，不易破碎；耐腐蚀，可用于氨、氯气、氯化氢等分析。,3.,化学键合固定相,一般采用硅胶为基质，利用硅胶表面的硅羟基与有机试剂经化学键合而成。其特点是：使用温度范围宽；抗溶剂冲洗；无固定相流失；寿命长；传质速度快。在很高的载气线速下使用时，柱效下降很小。,19.4.1.固体固定相,19.4.3.1.,固定液的基本要求,（,l,）对固定液要求首先是选择性好。固定液的选择性可用相对调整保留值,2.1,，来衡量。对于填充柱一般要求,2.1,1.15,；对于毛细管柱，,2.1,1.08.,另外还要求固定液有良好的热稳定性和化学稳定性；对试样各组分有适当的溶解能力；在操作温度下有较低蒸气压，以免流失太快。,（,2,）组分分子与固定液间的作用力 在气相色谱中，载气是情性的，且组分在气相中浓度很低，组分分子间作用力很小，可忽略。在液相中，由于组分浓度低，组分间的作用力也可忽略。液相里,主要存在的作用力是组分与固定液分子间的作用力,，这种作用力反映了组分在固定液中的热力学性质。作用力大的组分，由于溶解度大，分配系数大。,19.4.3.液体固定相,这种分子间作用力是一种较弱的分子间的吸引力，它不像分子内的化学键那么强。它包括有,定向力、诱导力、色散力和氢键,作用力,4,种。前三种统称范德华力，都是由电场作用而引起的。而氢键力则与它们有所不同，是一种特殊的范德华力。此外，固定液与被分离组分间还可能存在形成,化合物或配合物等的键合力,。,19.4.3.1.固定液的基本要求,3.按固定液的化学结构分类,这种分类方法是按固定液官能团的类型分类。便于按分离样品和固定液的化学结构、按“相似相溶”的原则选择固定液。,(1).,烃类,(2).,醇和聚醇,(3).,酯和聚酯,(4).,聚硅氧烷类,(5).,特殊选择性固定液：有机皂土、液晶、手性固定液。,19.4.3.3.固定液的分类,1.,固定液涂渍,将固定液涂渍到载体表面以形成均匀溶膜，首先选择能溶解固定液和适当挥发性的溶剂，如氯仿、丙酮、乙酸乙酯、乙醇、苯、甲苯等。根据样品性质确定固定液与载体重量比，制备固定液溶液。,常用固定液涂渍方法有蒸发法与过滤法。,2.,柱填充、老化,一般将色谱柱与真空泵连接，在泵抽吸、振动或轻轻敲击条件下将涂渍固定液载体紧密填入色谱柱，然后将柱接入色谱柱箱内，在一定载气流下加热进行色谱柱老化，以除去残余溶剂、挥发性杂质，促进固定液膜更趋均匀。,19.4.3.4.填充柱制备,19.5.1.,毛细管柱的特点和类型,由于填充柱内填充的填料颗粒不均匀，多路径使涡流扩散严重、渗透性差、柱效低。,1957,年美国工程师,Golay M J E,基于色谱动力学理论，在细而长的毛细管柱内壁涂上固定液，（见图,19-12,）用于色谱分离。这种柱子被称为开管柱（,open tubular column,），习惯上称作毛细管柱（,capillary column,）。毛细管柱色谱的出现是气相色谱发展的一个重要里程碑。,19.5.毛细管柱气相色谱,19.5.1.1.毛细管柱的特点,1.,柱的渗透性好。,2.,柱效高，可采用长色谱柱。,3.,相比高、传质加快、柱容量小。,19.5.1.2.,毛细管柱的类型,1.,涂壁开管柱。,2.,壁处理开管柱。,3.,多孔层开管柱。,4.,载体涂层开管柱。,5.,填充毛细管柱。,19.5.1.毛细管柱的特点和类型,毛细管柱的制备技术比填充柱要复杂得多，通常制备一根柱子要经过选材、拉制、粗糙化、表面惰化、固定液涂渍等几个主要步骤。,1.,毛细管柱的材料,2.,拉制,3.,内壁粗糙化、惰化,4.,固定液的涂渍,5.,固定相的固定化,19.5.3.毛细管柱的制备,19.6.气相色谱分离条件的选择,19.6.1.,固定液及其含量的选择,1.,固定液选择的一般规律,一般可按“相似相溶”的原则来选择固定液。,2.,根据固定液选择性常数选择固定液,固定液选择性常数（,Rohrsneider,或,McReynold,）能较好地反映固定液对不同类型化合物的分离选择性。,19.6.2,载体及其粒度的选择,载体的粒度愈小，填装愈均匀，柱效就愈高。但粒度也不能太小。否则，阻力压也急剧增大。一般粒度直径为柱内径的,1/20,l/25,为宜。在高压液相色谱中，可采用极细粒度，直径在,m,数量级。,19.6.3,柱长和内径的选择,填充柱的柱长一般为,1,5m,，毛细管柱的柱长一般为,20,50m,。,柱内径增大可增加柱容量、有效分离的样品量增加。但径向扩散路径也会随之增加，导致柱效下降。内径小有利于提高柱效，但渗透性会随之下降，影响分析速度。一般填充柱内径为,3,6mm,，毛细管柱柱内径为,0.2,0.5mm,左右。,19.6.气相色谱分离条件的选择,19.6.4.气相色谱操作条件选择,1.,载气及载气线速度的选择,曲线的最低点，塔板高度,H,最小，柱效最高，其相应的流速是最佳流速,.,当然，载气的选择还要考虑与,检测器,相适应。,2,温度的选择,柱温是一个重要的操作参数，直接影响分离效能和分析速度。提高柱温可使气相、液相传质速率加快，有利于降低塔板高度，改善柱效,;,一旦增加柱温同时又加剧纵向扩散，从而导致柱效下降。另外，为了改善分离，提高选择性，往往希望柱温较低，这又增长了分析时间。因此，选择柱温要兼顾几方面的因素。一般原则是：,在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取适当低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。,具体操作条件的选择应根据实际情况而定。,19.6.4.气相色谱操作条件选择,另外，柱温的选择还应考虑固定液的使用温度，,柱温不能高于固定液的最高使用温度,，否则固定液挥发流失，对分离不利。,对于宽沸程的多组分混合物，可采用程序升温法，即在分析过程中按一定速度提高柱温，在程序开始时，柱温较低，低沸点的组分得到分离，中等沸点的组分移动很慢，高沸点的组分还停留于柱口附近；随着温度上升，组分由低沸点到高沸点依次分离出来。图,19-13,是正构烷烃恒温和程序升温色谱图比较。,由图,19-13,不难看出，采用程序升温后不仅改善分离，而且可以缩短分析时间，得到的峰形也很理想。,19.6.4.气相色谱操作条件选择,19.6.4.气相色谱操作条件选择,19.6.4.气相色谱操作条件选择,3.,进样量,进样量的大小对柱效、色谱峰高、峰面积均有一定影响。进样量过大会引起色谱柱超负荷、柱效下降、峰形扩张、保留时间改变。另外，由于检测器超负荷会出现畸形峰。一般，对于填充柱，液体试样的进样量,0.1,10L,，气体试样进样量控制在,0.1,10mL,之间。,19.7.1.,环境中有机污染物的分析,19.7.气相色谱分析的应用,多氯联苯（,PCB,）,Aroclor GC,分离图,色谱峰：图中标号为氯的取代数,色谱柱：,SE-S2,50m0.25 mm,柱温：,19.7.1.环境中有机污染物的分析,废水中酚的分离,色谱峰：,1,苯酚,2,氯酚,3 2-,硝基酚,4 2.4-,二甲酚,5 2.4-,二氯酚,6 4-,氯,-3-,甲酚,7 2,，,4,，,6-,三氯酚,8 2,，,4-,二硝基酚,9 4-,硝基酚,10 3-,甲基,-4,，,6-,二硝基甲酚,11,五氯酚 色谱柱：,SPB-5,15m0.53mm,载气：,He,柱温：,19.7.2.食品,葡萄酒样品中风味组分分离图,1.,乙酸乙酯,2.,乙酸异丁酯,3.,丁酸乙酯,4,正丙醇,.5.,异丁醇,6.,乙酸异戊酯,7.4-,甲基,-2-,戊醇,8.,异戊醇,9.,己酸乙酯,10.,乳酸乙酯,11.,正己醇,12.,辛酸乙酯,13.,里哪醇,14.,癸酸乙酯,15.,丁二酸二乙酯,19.,己酸,17.-,苯乙醇,18,辛酸,.19,癸酸,色谱条件：,PEG-20M,毛细管柱（,35m0.32mm I.D.,）柱温：,40,o,C,停留,8min,，以,5,o,C/min,的速度升至,230,o,C,，停留,20min,。,19.7.3.生物、医学,人体排泄物中胆汁酸分析图,色谱峰：,1,甾醇,2,胆固醇,3,粪甾醇,4,谷甾醇,5,降胆酸（内标）,6,石胆酸,7,异去氧胆酸,8,去氧胆酸,9,熊去氧胆酸,色谱柱：,CP-Sil-S CB,手性醇的分离图,色谱柱：,Chiragil-Ni ckcl,（,）,25m0.25mm,载气：氦气,19.7.4.石油化工,无铅汽油分析,1,异丁烷,2,正丁烷,3,异戊烷,4,正戊烷,5 2.3,二甲基丁烷,6 2-,甲基戊烷,7 3-,甲基戊烷,8,正己烷,9 2.4-,二甲基戊烷,10,苯,112-,甲基己烷,12 3-,甲基苯,13,正庚烷,14,甲苯,15,乙基苯,19,间二甲苯,17,对二甲苯,18,邻二甲苯,19 1-,甲基,-3-,乙基苯,20 1.,，,3,，,5-,三甲基苯,21 1,，,2,，,4-,三甲基苯,22 1,，,2,，,3-,三甲基苯,23,萘,24 2-,甲基萘,25 3-,甲基萘,色谱柱：,AT-Petro,100m0.25mm,柱温：,35 200,2/min,载气,:He,