GC气相色谱.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,*,*,气相色谱,Gas Chromatography,Chromatographic Analysis,chapter 3,1941,British scientists,A.J.P.Martin and R.L.M.Synge,(,Biochem.J.,1941,35,1358),*Liquid-liquid partition chromatography,*A theoretical framework for the basic chromatographic process,*A predication,“a gas might be used,instead of a liquid in chromatography”,1952,A.T.James and A.J.P.Martin,Gas-liquid chromatography,Biochem.J.,1952,50,679(volatile fatty acids),生物化学分析：,GC,开始是用于生物化学领域，,Martin,首先进行了脂肪酸和脂肪胺的分析。,石油化工分析：用,200m,的毛细管,GC,法一次可以分析,200,个化合物。,环境分析：如水中有机物分析。,食品分析：如粮食中残留农药的分析。,药物临床分析：氨基酸、兴奋剂的分析。,法庭分析：各种物证鉴定。,空间分析：如飞船中气氛分析。,军工分析：如火药、炸药分析。,GC,特点：,高选择性、高效、高灵敏度、分析速度快,GC,应用：,第一节 气相色谱仪的结构,第二节,气相色谱固定相,第三节,气相色谱分离条件的选择,第四节,毛细管气相色谱,第五节,顶空气相色谱,第六节,色谱定性与定量分析,内 容,第一节 气相色谱仪的结构,载气系统,进样系统,分离系统,检测系统,记录及数据处理系统,温控系统,一、,GC,仪结构框图,GC,流程示意图,1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化器；4-稳流阀；5-流量计;6-压力表；,7-,进样口；,8-,色谱柱；9-检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；,3.,分离系统：实现混合样品的组分分离,色谱柱：色谱仪的核心部件。,毛细管柱,4.,检测系统：对流出柱的样品组分进行识别与响应,色谱仪的眼睛。,由检测元件、放大器、显示记录组成；,被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；,检测器：通用型对所有物质均有响应；,专属型对特定物质有高灵敏响应；,浓度型检测器的响应值和组分的浓度,成正比。,质量型检测器的响应值和单位时间内进入,检测器某组分的质量成正比。,温度是色谱分离条件的重要选择参数；,气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；,气化室：保证液体试样瞬间气化；,检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；,分离室：准确控制分离需要的温度。程序升温,5.,温控系统,一般情况下，气化室的温度比色谱柱温高1050,检测器的温度也比色谱柱温略高,检测器的一般要求,检测器一般都要求灵敏度高、检测限低、死体积小、响应快、线性范围宽、稳定性好。,线性范围：,FID,的线性范围高达,7,，,ECD,为,3,，,TCD,为,3.,稳定性：,用基线噪音和漂移来表示,.,响应时间、时间常数：,由信号测量的电子系统和检测器本身的时间常数组成,.,三、常用检测器,三、常用检测器,1）.,TCD,的结构,池体：一般用不锈钢制成,热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加,工的,钨丝,制成。,参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前,测量臂：,携带被分离组分的载气流过，连接在紧靠近分离柱出口处。,1.,热导池检测器,（,TCD）,（,thermal conductivity detector,）,浓度型检测器,2),TCD,工作原理,不同的物质有不同的热导系数。,用来测量气体热导的热导池一般是由热的良导体不锈钢制成。当流经热导池的气体的,热导率发生,变化,时，,热导池,池体发生,Q,的热量变化,，,引起,热敏元件,T,的温度变化,，,从而使热敏丝的,阻值变化,R,，这种变化由惠斯顿电桥测定，最后反映出组分的,浓度变化,C,。,3).,影响热导检测器灵敏度的因素,桥路电流,I,：,检测器的响应值,S,I,3,，,但,I,太高时，基线不稳,还可能造成钨丝烧坏。,池体温度：,池体温度低,，,越有利于热传导，检测器的灵敏度越高，但池体温度不能低于分离柱温度，以防止试样组分在检测器中冷凝。,载气种类：,载气与试样的热导系数相差越大，,产生的温差和电阻差也就越大，,检测灵敏度越高。,热敏元件的阻值：,阻值高，电阻温度系数大的，灵敏度高。,2.,氢,火焰离子化检测器,flame ionization detector,FID,1,),FID,的结构,a.,FID,需用到三种气体：,N,2,：载气携带试样组分；,H,2,：为燃气；,空气：助燃气。,b.,在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（100300,V）,构成一个外加电场。,极化极,质量型检测器,2).,FID,离子化,的原理,(1),CnHm CH,(2),CH+O CHO,+,+e,(3),CHO,+,+H,2,O H,3,O,+,+CO,A,区：预热区,B,层：点燃火焰,C,层：热裂解区：,温度最高,D,层：反应区,3).,特点,(1)典型的,质量型检测器;,(2)对,含碳有机化合物具有很高的灵敏度,;,(,3),结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速等特点;,(,4),比,TCD,灵敏度高,出近3个数量级，检测下限可达10,-12,gs,-1,。,(,5),对水、空气、惰性气体、不电离的物质则几乎没有响应。,CS,2,作为常用溶剂。,Some compounds not detected by the FID,H,2,O NO H,2,S,CS,2,He,CO,2,NO,2,COS Ar,CO N,2,O SiCl,4,Kr,N,2,NH,3,SiHCl,3,Ne,O,2,SO,2,SiF,4,Xe,水、永久性气体、氮氧化物、碳氧化物、部分硫化物,3.,电子捕获检测器(,ECD),electron capture detector,ECD,1).,ECD,的结构和工作原理,浓度型检测器,63,Ni,e-,-,+,sample,对具有,电负性物质（,如,含卤素、硫、磷、氰,、,氧、硝基、羧基、共轭双键体系、有机金属化合物,等）的检测,有很高灵敏度,（检出限约1,O,-14,gcm,-3,）。,它是目前分析,痕量电负性有机物,最有效的检测器。,线性范围窄（,10,24,）。,2).,ECD,的适用范围及特点,4.,火焰光度检测器,(,FPD),flame photometric detector,含硫、磷化合物的高选择性检测器。,394,nm 526 nm,/,nm,*,sample,Air+O,2,H,2,S,2,*HPO*,质量型检测器,第一节 气相色谱仪的结构,第二节,气相色谱固定相,第三节,气相色谱分离条件的选择,第四节,毛细管气相色谱,第五节,顶空气相色谱,第六节,色谱定性与定量分析,内 容,第二节 气相色谱固定相,(1).,液体固定相,(2).,固体吸附剂,(3).,新型合成固定相,一、气液色谱固定相,载体,(,担体,),和固定液,组成气液色谱固定相。,1.,载体,(,担体,),（,l,）,对载体的要求,？,具有足够大的表面积和良好的孔穴结构,；,表面呈,化学惰性,；,热稳定性好,；,形状规则,，,粒度均匀,，具有一定机械强度。,用色谱理论解释对于气相色谱载体要求：,表面积小：液膜厚，传质阻力大，柱效低，,表面积大：液膜极薄，裸露载体活性中心，峰拖尾,过深和过浅孔穴同时存在：同一组分不同分子差速移行，谱带扩散严重，应使载体表面液膜分布成均一厚度。,化学惰性：对组分产生吸附，破坏正常气液分配过程，使峰展宽；,粒度均匀：使涡流扩散与分子扩散减小，提高柱效；机械强度好：不易破碎，粒度始终均匀。,对固定液有良好浸润性：液膜厚度不均，同一组分的不同分子差速移型，柱效低。,（,2,）载体类型：,硅藻土和非硅藻土。,硅藻土载体常用，主要成分是二氧化硅和少量无机盐。,硅藻土类载体,红色硅藻土,孔径约2,mm,比表面积约4,m,2,/g,表面吸附性较强且有一定的催化活性,适于涂渍高含量固定液，分离非极性化合物,白色硅藻土,孔径8,-9mm,比表面积约,1 m,2,/g,催化活性小,适于涂渍低含量固定液，分离极性化合物,（,3,）,载体的表面处理,硅藻土载体,表面,不是完全惰性的，,具有活性中心,。如硅醇基,或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾。因此，使用前要进行化学处理，以改进孔隙结构，屏蔽活性中心。处理方法有,酸洗、碱洗、硅烷化,及,添加减尾剂,等。,（,i,）,酸洗,：,用,3-6molL,-1,盐酸浸煮载体、过滤，水洗至中性。甲醇淋洗，脱水烘干。可除去无机盐，,Fe,Al,等金属氧化物。适用于分析酸性物质。,（,ii,）碱洗,：用,5%,或,10%NaOH,的甲醇溶液回流或浸泡，然后用水、甲醇洗至中性，除去氧化铝，用于分析碱性物质。,(iii),硅烷化,：用,硅烷化试剂与载体表面硅醇基反应,，使生成硅烷醚，以除去表面氢键作用力,。如：,常用硅烷化试剂有,二甲基二氯硅烷（,DMCS,），,六甲基二硅烷胺（,HMDS,）,。,（,l,）对固定液要求：,选择性好；,有良好的热稳定性和化学稳定性；,在操作温度下有较低蒸气压；,对载体有良好的浸渍能力。,2,固定液,用色谱理论解释对于气相色谱固定液要求：,对组分有高的选择性：,K,大；,良好热、化学稳定性：若固定液挥发，使基线噪音增加，影响痕量组分检测；膜厚下降，柱效改变，保留值不重现性。,在操作温度下有较低蒸气压：承受较高柱温，故一般为聚合物，以免流失太快。,对载体有良好浸润性：液膜均匀，传质阻力均匀，不存在裸露的载体表面，柱效高。,这种分子间作用力是一种较弱的分子间的吸引力，包括,定向力、诱导力、色散力和氢键作用力,4,种。此外，还可能存在形成化合物或配合物等的,键合力,。,（,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，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。,范德华力,定向力,-,+,-,+,Mobile,Phase,Flow,诱导力,极性分子的永久偶极 非极性分子的诱导偶极,利用极性固定液来分离非极性组分(分子)和可极化组分(分,子)的混合物,b.p.80.81 80.10,色散力,非极性分子的“瞬间”偶极矩,同步电场,极化周围的分子,非极性固定液分离非极性组分(分子)混合物,氢键,F H,F,O H,F,O H,N,N H,N,NC N,N,键合力,与固定相分子之间形成化合物或配合物,（,3,）,固定液的特性,固定液的特性主要是指它的极性或选择性，用它可描述和区别固定液的分离特征。目前大都采用,相对极性和固定液特征常数,表示。,（,3,）固定液的特性,1,）,相对极性,P,规定,-,氧二丙腈,P=100,，角鲨烷,P=0,被测固定液：,q,1,-,氧二丙腈柱上测定值，,q,2,角鲨烷柱上的测定值，,q,x,被测固定液柱上测定值,每,20,个相对极性为一级，,0100,分为五级，用,+1,，,+2,，,+5,表示，非极性为“,-”,，共,6,级,（,3,）固定液的特性,2,）固定液的特征常数,罗胥耐得常数（罗氏常数）,保留指数,X,Y,Z,U,S,分别为固定液对应于苯、乙醇、甲乙酮、硝基甲烷、吡啶等各种作用力的极性因子，称为固定液的特征常数，即,罗氏常数,。,把前,5,种的,I,之和叫总极性。,2,）固定液的特征常数,麦克雷诺固定相特征常数,麦氏对罗胥耐德常数改进，选苯、正丁醇、戊酮,-2,、硝基丙烷、吡啶、,2-,甲基戊醇,-2,、,1-,碘代丁烷、辛炔,-2,、,1,4-,二噁烷、顺式茚满十种标准物质。,固定液名称 型号 麦氏平均极性,角鲨烷,SQ 0,阿皮松,L APL 29,聚二甲基硅氧烷,（甲基硅橡胶）,SE-30,，,OV-101,43,苯基（,10%,）甲基聚硅氧烷,OV-3 85,苯基（,20%,）甲基聚硅氧烷,OV-7 118,苯基（,50%,）甲基聚硅氧烷,OV-17,177,苯基（,60%,）甲基聚硅氧烷,OV-22 219,三氟丙基（,50%,）甲基聚硅氧烷,QF-1,，,OV-210 300,-,氰已基（25%）,甲基聚硅氧烷,XE-60 357,聚乙二醇,-,20000,PEG-20M 462,己二酸二乙二醇酯,DEGA 552,丁二酸二乙二醇酯,DEGS 686,1,2,3-,三（2-氰乙氧基）丙烷,TCEP 829,3.,常用的气液色谱固定液,选择性分离手性异构体和位置异构体，主要是手性氨基酸的衍生物，手性金属配合物，环糊精衍生物，液晶，冠醚类固定液,1,）液晶和高分子液晶固定相：主要分离位置异构体,2,）冠醚和高分子冠醚：主要分离位置异构体,3,）含手性氨基酸的衍生物聚硅氧烷固定相：分离对映异构体,4,）环糊精及其衍生物类手性固定相：分离对映异构体,次要羟基边,主要羟基边,1.37nm,0.57nm,-CD,6,个葡萄糖单元,-CD,1.53nm,0.78nm,7,个葡萄糖单元,-CD,1.69nm,0.95nm,8,个葡萄糖单元,4.,选择性气液色谱固定液,二、气固色谱固定相,实际上是吸附,GC,，它的固定相是吸附剂，常用的吸附剂有碳黑、硅胶、氧化铝等；,碳黑,：将碳黑在,2000-3000,度高温煅烧，对烷烃、脂肪酸、胺、酚的分离效果很好。；,分子筛,：比表面积大，对永久性和烃类气体有很好的分离效果；,高分子小球,：,硅胶,：峰易拖尾；,氧化铝,：主要用于气体和低级烃类的分离。,三、色谱柱的制备,对气固色谱来说，可将担体直接装入色谱柱，对气液色谱而言，还需将固定液涂布后才能装柱。,固定液涂布：,担体颗粒均匀，选好溶剂，按固定液的配比溶解，溶剂以刚好没过担体为度，为涂布均匀可先用真空泵将载体抽空，将气体排除，涂布后再脱气。干燥已涂布的固定液时，给热量要小，速度要慢。,色谱柱的装填：,采用手工操作，抽空或轻微震动方可装填致密均匀。,色谱柱的老化：,色谱柱装入,GC,仪后，在高于色谱操作温度下，通入载气，空载运行数小时，除去溶剂和杂质，使固定液液膜进一步均匀化,。,N,2,抽气,第一节 气相色谱仪的结构,第二节,气相色谱固定相,第三节,气相色谱分离条件的选择,第四节,毛细管气相色谱,第五节,顶空气相色谱,第六节,色谱定性与定量分析,内 容,第三节 气相色谱分离条件的选择,气相色谱条件指色谱分析时所用的,色谱柱（固定液、柱尺寸）、柱温、载气和流速、检测器及其温度、进样方法及其温度。,通常在色谱图要注明这些条件。色谱条件的选择和优化可参考有关色谱理论解释。,分离度,分析速度,灵敏度,一、,色谱柱,不锈钢柱；但分析较为活泼的物质时多用玻璃柱。,内径,2-3 mm,的色谱柱；长度,1-3 m,。,二、,载气和流速,载气选择应考虑分离和检测,两方面。,重载气,（氮气、氩气）,有利于降低纵向扩散,；,轻载气,（氢气、氦气）,有利于降低气相的传质阻力,。,TCD,应用轻载气，而,FID,也多用轻载气。,流速对柱效、保留时间和检测器响应均有一定影响，,压力或流量控制质量（即稳定性）在,GC,分析中非常重要。,GC,中的流速表示：柱前流量：阀、表,柱后流量：泡沫流量计,柱中平均线速度,三、柱温,柱温的选择是,GC,分析的一个最重要因素之一。,柱温的选择：,样品的沸程,固定液的使用温度,柱温对分离的影响：,保留时间：,lgt,R,=A+RT,-1,相对保留值：,lg,=aT,-1,+b,柱效：呈双曲线变化,峰高和峰面积：峰高有影响，峰面积无,样品含多个,k,值差别很大组分。在这种情况下,若设计等温,不能达到最佳分离。,在色谱图上所确定的空间里,要分离的组分太多而容纳不下,超过色谱图的峰容量。,程序升温,：,在分离过程中,柱温按预定速率,随时间呈线性或非线性增加,以使各组分在最佳柱温下流出色谱柱。,程序升温用于,气相色谱,。,（,a,）较低柱温,（,b,）中等柱温,（,c,）较高柱温,不同色谱条件的分离图,S,t,1 2,3 4,5 6,T,t,分离度增加，峰变窄,有利于痕量组分的检测,而且使分析时间减少,。,对于宽沸程的多组分混合物，可采用程序升温法。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。,怎样理解色谱柱温度在色谱分离中的作用？,柱温是热力学因素,：,GC,中，组分从气相转移至液相（吸附至固体的吸附中心），相转移焓值大，大，,K,对柱温变化敏感。,GC,柱需置于恒温箱中。,HPLC,中，组分从一种液相转移到另一种液相，焓值小，,K,对柱温变化不敏感，可在室温下操作。,柱温是动力学因素,柱温变化引起分子扩散速率，两相传质速率变化。,所以，选择合适的柱温。,提高分离选择性，柱温宜低；为减小传质阻力，提高柱效，柱温应适当高些。,三、固定液的选择,1.,选择固定液前对样品的了解,2.,选择固定液的基本原则：,（,1,）“相似相溶”原则,（,2,）特殊作用力：如诱导力，氢键力，受质子力，给质子力，形成超分子,（,3,）混合固定液,（,4,）协同效应：如杯环芳烃和环糊精，液晶和冠醚,问题：分别用,SE-30,、邻苯二甲酸二壬酯和聚乙二醇,-20M,作固定液，分离,二氯甲烷（,40,）,、,三氯甲烷（,62,）和,四氯化碳（,77,）,，预测出峰顺序？,SE-30,：,非极性固定液，色散力，沸点顺序出峰即,，,邻苯二甲酸二壬酯：,中等极性固定液，色散力和诱导力，,聚乙二醇,-20M,作固定液：,强极性固定液，,四、进样方式和汽化室温度,进样方式：,直接柱头进样,；六通阀进样,汽化室温度：汽化室温度应足够高，保证样品瞬间气化。,五、检测器和检测器温度,热导检测器（,TCD,）,：,基于各种物质有不同的导热系数原理而设计。它是浓度型的总体性质，即通用检测器。,氢火焰离子化检测器（,FID,）,：,是一种高灵敏度、线性范围广、适用于含碳有机物分析的质量型检测器（准通用型检测器）。,检测器温度：不应低于柱温,第一节 气相色谱仪的结构,第二节,气相色谱固定相,第三节,气相色谱分离条件的选择,第四节,毛细管气相色谱,第五节,顶空气相色谱,第六节,色谱定性与定量分析,内 容,第四节 毛细管气相色谱（高分辨气相色谱）,毛细管气相色谱，是指采用高分辨毛细管色谱柱来分离复杂组分的气相色谱法,。它的出现是气相色谱发展史上的一个重要里程碑。,1957,年,戈雷,(Golay),发表“,涂壁毛细管气液分配色谱理论和实践,”论文，首先提出毛细管速率方程，并第一次实现了毛细管气相色谱分离。,1979,年,弹性石英毛细管,开始应用,将毛细管气相色谱推上高潮。八十年代将,固定液固载化,是毛细管色谱技术的又一个重要发展。它大大提高了色谱柱的稳定性,延长了柱寿命,并使液膜进一步增厚,提高了色谱性能,(,如可在高温下使用,),。,一、毛细管色谱柱的特点,渗透性好：,一般毛细管的比渗透率约为填充柱的,100,倍,在同样的柱前压下,可使用更长的毛细管柱,(,如,100,米以上,),而载气的线速可保持不变。,例如：,2.4 m,填充柱的柱压降是,2.5,10,-6,Pa,，在同样的柱压降下，可使用,0.27 mm,内径,WCOT,柱,192m,，,0.5 mm,内径,SCOT,柱,250m,。这就是,毛细管柱高柱效的主要原因,。,相比（,）大：,相比大，,传质快,，,有利于提高柱效,；,k,值小实现有利于快速分析,。可,采用较高线流速缩短分析时间,。,总柱效高,从单位柱长的柱效看,毛细管柱和填充柱处于同一数量级,但,毛细管柱的长度比填充柱可长,12,个数量级,因此,其总柱效远高于填充柱,，这样就大大提高分离复杂混合物的能力。,柱容量小,毛细管柱允许的进样量小。这样对进样和检测技术要求更高,。进样量取决于柱内固定液含量，由于毛细管柱涂渍的固定液仅几十,mg,，液膜厚度为,0.351.5,m,，柱容量小，一般进样量为,10,3,10,5,L,，故需要采用,分流进样,技术。,毛细管柱,(capillary column),又称开管柱或空心柱。大量实验证实,它,的,最大特点在于它的“空心性”，而不是它的“细小性”,。正确的名称“,开管柱,”，但习惯称作,毛细管柱,。,填充柱,毛细管色谱柱的类型,薄层毛细管,薄膜毛细管,二、毛细管气相色谱柱的类型,1.,常规毛细管柱,内径,0.1,0.3mm,一般,0.25mm,左右。按内壁的状态可分为：,物理涂渍形式,a.,壁涂层毛细管柱,(wall coated open tubular column,WCOT,),：把固定液涂在毛细管内壁上，现在大部分毛细管柱是这种类型的。,b.,多孔层毛细管柱,(porous layer open tubular column,PLOT,),：先在毛细管内壁上附着或沉积一层多孔固体，然后再在多孔固体上涂以固定液。该技术增大了表面积，在不增加液膜厚度的情况下，加大涂渍量。这样，可提高进样量，有利于痕量分析。,载体涂渍毛细管柱,(support coated open tubular column,SCOT,),：先在毛细管内壁上粘附一层载体，如硅藻土载体，在此载体上涂以固定液。应该说，,SCOT,是,PLOT,中的一种特殊形式。,虽然,涂渍型毛细管柱,的柱效较高，但,热稳定性和耐溶剂性较差,。于是,发展了固载化技术,。,a.,键合毛细管柱：,将固定液分子中的功能基团通过,反应键合,至柱表面，形成一稳定的液膜。,。,b,.,交联（,cross-linking,）毛细管柱：,采用交联引发剂，在高温或辐射处理下，将固定液分子化学结合，交联生成一网状的大分子覆盖在毛细管内壁。,c.,键合交联柱,：固定液分子既和内表面键合，其自身又交联成网状大分子。,固载化形式,2.,小内径毛细管柱,(Microbore column),内径小于,100,m,，一般为,50,m,的弹性石英毛细管。进行快速分析。在毛细管超临界色谱中多用这类色谱柱。,3,.,大内径厚膜毛细管柱,(Megabore Column),83,年,HP,推出,内径一般为,0.53 mm,，是弹性石英管，有时也用,0.75mm,内径的玻璃毛细管柱。其固定液膜可以是,1,m,，或高达,5,m,的厚液膜。它可以直接进样分析，用于代替填充柱使用。,这种柱以牺牲部分柱效来增加柱容量、提高流量，以便适应代替填充柱的要求。,填充柱和毛细管柱的比较,色谱参数,填充柱,WCOT,SCOT,柱长度，,m,15,10100,1050,渗透性,10,-7,，,cm,110,50800,2001000,柱内径，,mm,24,0.10.8,0.50.8,液膜厚度，,m,10,0.11,0.82,相比,4200,1001500,50300,每个峰的容量，,ng,1010E6,100,50300,柱效，,N/m,5001000,10004000,6001200,最小板高，,mm,0.52,0.12,0.22,分离能力,低,高,中等,相对压力,高,低,低,最佳线速，,cm/s,520,10100,20160,毛细管柱与填充柱分离一些硝基化合物的比较,（,a,）填充柱,1.5m,，涂,QF-1,，恒温；（,b,）毛细管柱，,21m,，涂,OV-101,三、,毛细管气相色谱仪,由于毛细管柱的体积流量小、柱容量小和出峰快等特殊性，,毛细管气相色谱仪对,气路、进样、检测和记录,等方面也有一些特殊的要求,。,载气,+,样品,毛细管柱,分流放空,FID,补充气,柱后,F,c,L,（,1,）气路系统,压力,-,流量调节系统,：对高压气体减压，稳定流量和压力，使色谱系统具有优异,精度和重现性,。现代高档气相色谱仪均采用高精度的电子压力控制（,Electromic,pneumatic control,EPC,）,，使得系统的稳定性和重现性达到新的高度。,电子压力控制（,EPC,）,：采用电子压力传感器和电子流量控制器，通过计算机来实现压力和流量的自动控制。,分流进样作用,：毛细管柱的载气体积流量比填充柱低得多，将样品从气化室冲洗到色谱柱需要较长的时间，导致,进样器内色谱区带严重扩张,。此外，,柱容量小,，,要使柱子不超载，进入柱中的样品量不应超过,0.01-0.001,L,。,采用常规的进样方式，,无法控制,这样,小的进样量,。,尾吹气路作用,：由于毛细管柱的载气体积流量很小，进入检测器后发生突然减速，引起色谱峰扩张。为了,减少谱带扩展,，同时也是,调节氢火焰检测器灵敏度,，使氢氮比达到,1,左右，必须在色谱柱出口增加辅助尾吹气。,不分流模式,分流模式,比例阀,1,比例阀,1,比例阀,2,比例阀,2,流量传感器,流量传感器,压力传感器,压力传感器,气源,气源,毛细管进样口,毛细管进样口,隔垫吹扫调节器,隔垫吹扫调节器,隔垫出口,隔垫出口,分流出口,分流出口,低速流,高速流,至检测器,至检测器,开关阀,开关阀,捕集器,捕集器,四、速率方程,Golay,推导出毛细管速率方程（,p120,）：,分子扩散项；,开管柱,只有一个气体流路，,没有涡流扩散项,即,A=0,；,分子扩散项与填充柱相似,开管柱,没有扩散路径弯曲,，故路径弯曲因子,=1,；,与,Van Deemter-Golay,方程比较：,流型扩散项或气相传质项；,液相传质项。,传质项与填充柱相当,而在,C,m,项则以,r,代替,d,p,，且,C,m,一般比填充柱小。,除,u,外的实验参数都视为常数,则：,H=B/u,(C,s,C,m,)u,最佳线速,:u,opt,=B/(C,s,C,m,),1/2,=(B/C,m,),1/2,最小塔板高度：,H,min,=2(BC,m,),1/2,=r(1,6k,11k,2,)/(3(1,k),2,),1/2,=Cr,细半径毛细管柱,有利于,提高单位柱长的柱效,，是实现毛细管色谱高效和快速的重要手段。,五、毛细管色谱柱的制备,（,P108,）,1.,毛细管气相色谱柱的材料,塑料、铜、镍、金、银、不锈钢、石英。,现在使用,石英,、不锈钢。,2.,毛细管气相色谱柱的,拉制,用光导纤维拉制弹性石英毛细管柱，外面涂覆一层聚酰亚胺或镀铝。,3.,毛细管气相色谱柱的,预处理,（,1,）,粗糙化（易涂渍成均匀的液膜）,1,）沉积石墨化碳黑,2,）沉积氯化钠，,350,下加热,1h,3,）沉积硅烷化二氧化硅，加粘接剂一起涂渍。,（,2,）,去活（去活性基团如硅醇基、硅氧桥）,1,）石英毛细管柱的水热处理,使石英表面水化，把表面上的硅醇基和硅氧桥转化为自由硅醇基。,2,）石英毛细管柱的去活：,PEG20M,去活；,硅烷化去活,；,聚硅氧烷高温裂解去活,；,含氢硅油裂解去活,；,全硅烷化去活,4.,毛细管气相色谱柱的,涂渍,（,1,）毛细管气相色谱柱用的固定液,常用,聚二甲基硅氧烷（,OV-1,，,SE-30GC,）,含苯基的聚硅氧烷（,OV-17,硅生胶，,OV-25,）,含氰基的聚硅氧烷（,OV-225,，,0V-275,，,OV-1701,）,含氟聚硅氧烷（,OV-210,，,OV-215,）,聚乙二醇类（,Superox20M,，,Superox4,）,便于交联的聚硅氧烷固定相：引入乙烯基；,使用端羟基聚硅氧烷；引入间隔基,特殊选择性固定相：手性固定相,4.,毛细管气相色谱柱的涂渍,（,2,）毛细管气相色谱柱的涂渍,1,）静态涂渍法,2,）动态涂渍法,（,3,）毛细管气相色谱柱的,交联,通过高温缩合或加入引发剂（过氧化物，偶氮化合物，臭氧等），分子间形成,SiOSi,键或,SiCCSi,键，使,线型分子为网状结构，提高固定相的稳定性和耐热性。,BSL-110(,聚烃,)320,BSL-210(,聚不饱和烃,)275,SE-30(,甲基硅橡胶,)20,350,SE-52(,键合,5,苯基、甲基硅橡胶或,二甲基,硅氧烷,)20,350,SE-54(1,乙烯基,5,苯基甲基硅橡胶,)20,320,SPB-50(,键合,50:50,二苯基,:,二甲基硅氧烷,)50,300,SPB-1701(,键合,14%,氰丙基,86%,二甲基硅氧烷,)50,300,SP-2125(2,氰丙基,5,苯基硅橡胶,)20,350,Superrex-0.1(,聚乙二醇,分子量,10,5,50,280,Superrex-4 (,聚乙二醇,分子量,410,6,50,300,OV351(,改性聚乙二醇,)(,极性柱,)50,300,毛细管柱常用固定相,第一节 气相色谱仪的结构,第二节,气相色谱固定相,第三节,气相色谱分离条件的选择,第四节,毛细管气相色谱,第五节,顶空气相色谱,第六节,色谱定性与定量分析,内 容,第五节 顶空气相色谱,一、概述,1.,顶空气相色谱的概念,液体或固体中,的,挥发性成分,进行,GC,分析的一种,间接测定,法，它是在,热力学平衡的蒸气相,与,被分析样品同时存在于一个密闭系统中进行,的。实际上，这是一种,特殊的样品采集方法,，即“顶空进样技术”。,GC headspace Analysis,GC-HS analysis,2.,顶空气相色谱的类别,静态,和,动态,（,吹扫,-,捕集,）顶空气相色谱,静态顶空气相色谱原理,检测器,检测器,样品瓶,色谱柱,动态（吹扫,-,捕集）顶空气相色谱原理,检测器,阱,色谱柱,样品瓶,静态顶空气相色谱仪的典型装置,注射器,密封垫,螺帽,容器,样品,恒温浴,动态顶空气相色谱仪的典型装置,捕集管,冷却水,样品管,水浴,洗气瓶,N,2,一、概述,3.,静态,和,动态,顶空气相色谱分析的,比较,静态顶空气相色谱分析,动态顶空气相色谱分析,两相间存在平衡,问题,没有两相间平衡问题,不需要用气体吹扫,需要用气体吹扫,液相或气相,样品存在于平衡的气相中,用吸附剂吸附样品并浓缩（或用冷肼富集）,样品用气密性注射器进样,样品从吸附剂上脱附进入色谱柱,二、顶空气相色谱法的原理,1.,色谱,峰面积和样品蒸汽分压,的,关系,A,i,p,i,A,i,=b,i,p,i,p,i,=p,0i,x,i,I,A,i,=b,i,p,0i,x,i,I,2.,顶空气相色谱分析中的校正因子,x,i,=A,i,/b,i,p,0i,I,=f,i,A,i,f,i,=1/b,i,p,0i,I,I,=,1,理想溶液,I,=,常数 理想稀溶液,I,=f(x),真实溶液,第五节 顶空气相色谱,三、顶空气相色谱装置,1.,静态顶空气相色谱分析装置,2.,动态顶空气相色谱分析装置,3.,固相萃取、膜渗透萃取与顶空气相色谱结合,毛细管,GC,吸附阱,载气,渗透膜,样品,加热器,第五节 顶空气相色谱,四、顶空气相色谱法的应用,1.,浸出液残留溶剂的测定,2.,血样中酒精含量的测定,3.,固体样品中的挥发性有机物,例,1,：,血样中的酒精,30m,0.53 mm i.d.,涂渍,1.5,m,聚二甲基硅氧烷,标准样品：,0.1%,乙醇,100ml,和正丙醇,100ml,配制成,1000ml,水溶液。,样品,50,，阀温,150,，连接管温,200,，温度平衡,30min,He,，,27ml/min,，,22ml,样品安瓶，加压,0.2min,，,平衡,0.25min,，,样品管中平衡,0.2min,，,进样,0.3min,第五节 顶空气相色谱,例,2.,在职业病和法庭分析中，经常要测定体液等中的苯、甲苯、二甲苯等有毒成分，采用顶空分析是一种有效、方便、快速的方法。司法部司法鉴定科学技术学院制订了分析水、尿、血中苯类化合物的静态顶空分析方法。,方法：,5,mL,青霉素小瓶，取1,mL,试样（水、尿、血），加入0.4内标物和约1,g,硫酸铵至饱和，加盖密封，置于80,C,的恒温器中30,min，,取0.6,mL,顶空的气样色谱分析。,色谱柱：2,m,2,mm；80-100,目；固定液,PEG 20M,柱温：110,C,，以10,C,/,min,程序升温到110,C。,第一节 气相色谱仪的结构,第二节,气相色谱固定相,第三节,气相色谱分离条件的选择,第四节,毛细管气相色谱,第五节,顶空气相色谱,第六节,色谱定性与定量分析,内 容,第六节 色谱定性与定量分析,一、,定性方法,1.,利用保留值定性,(1)GC,中利用保留值定性的方法,1,）已知物对照法,在一定条件下与已知物的保留值对照，进行定性。,为了避免载气流速和温度微小变化的影响，可采用：,A.,用相对保留值定性,B.,用,已知物增加峰高法定性,定性结果往往需用其它方法再加以确认。,甲醇,乙醇,正丙醇,正丁醇,正戊醇,1.,利用保留值定性,气相色谱中利用保留值定性的方法,2,）利用文献保留数据定性,保留指数,（,I,）,又叫柯瓦茨指数，它,仅与柱温和固定相性质有关,，与其它色谱条件无关，不同实验室测定的重现性较好，精度可达,0.03,个指数单位。可以,利用保留指数定性。,利用,同一物质在同一柱上的保留指数与柱温,通常,是线性,的，进行内插得到不同柱温的保留指数。可用两三个不同温度时的保留指数进行对照。,定性结果往往需用其它方法再加以确认。,3,）利用保留值的经验规律定性,A.,双柱定性,在两根不同极性的柱子上，将未知物与已知物的保留值或者文献上的保留值（保留指数）进行对比，可以大大提高定性分析结果的准确度。使用柱子越多，可信度越高。,实验证明：,各类同系物在两根极性不同的色谱柱上,的,比保留体积（,V,g,),的对数成线性,。,正构烷烃,酮,伯醇,仲醇,叔醇,3,）利用保留值的经验规律定性,B.,碳数规律定性,同系物间,，,在一定的温度下,，,调整保留值,（或比保留值、相对保留值）的,对数与该分子的碳数成线性关系,，即：,碳数,烷烃,醇类,甲酸酯类,乙酸酯类,甲基酮类,注意：碳原子数为,1,或,2,时，以及碳数较大时，可能与线性关系发生偏差。,3,）利用保留值的经验规律定性,C.,沸点规律定性,同族具有相同碳原子数目的碳链异构体的调整保留值,（或比保留值、相对保留值）的,对数与沸点成线性关系,，即：,T,b,CX,4,X,代表,F,Cl,或,Br,CH,2,X,2,CHX,3,1.,利用保留值定性,（,2,）,LC,中,利用保留值定性的方法,在,LC,中，组分的保留行为不仅与固定相有关，还与流动相的种类、组成有关。在气相色谱中的保留值规律在液相色谱中就不适用了，也不能直接用保留指数定性。,在,LC,中主要是,用与已知物对照的方法定性,，改变条件进一步判断。,利用文献数据只能作为参考。,利用三维图谱进行定性，可靠性大大增加。,一、定性方法,2.,收集洗脱物后进行定性,收集分离后组分，分别进行仪器分析、化学分析或者物理测定方法进行定性。,使用中需要注意：,使用非破坏性检测器；,排除前后组分的干扰；,收集时的时间差；,溶剂中的杂质，做试剂空白等,一、定性方法,3.,化学衍生法定性,这一方法特别,适用于官能团的定性,（,1,）,柱前预处理法,如：,a.,含,羟基,的化合物：,与乙酸酐反应,，生成乙酸酯，色谱峰提前的组分是含羟基的化合物。,b.,卤代烷,：与,乙醇硝酸银,反应，生成白色沉淀色谱峰消失。,c.,伯胺，仲胺,：与,三氟乙酸酐,反应，生成胺类乙酰物，叔胺不反应，色谱峰消失的为伯胺或仲胺。,d.,石油中,烷烯芳烃,：与,HBr,加成,，峰后移。,e.,酮类,：与,2,4-,二硝基苯肼,反应，生成黄色沉淀，色谱峰消失。,f.,对气体可以使用注射器反应法等,一、定性方法,3.,化学衍生法定性,（,2,）,柱上选择性除去法,预柱反应，利用吸附或化学反应除去某些组分，由组分的消失来判断组分类别。,（,3,）,柱后