GC气相色谱理论.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,*,石油醚,碳酸钙颗粒,色素,玻璃柱,色 谱 起 源,1906年，分离植物色素,1952年，英国化学家,James,和,Martin,创立,GC,1954,年，,TCD,应用于气相色谱仪,1956,年，,Van,Deemter,提出速率理论,1957年，出现毛细管色谱,随后几年，,FID,ECD,FPD,FTD,相继出现,1959年，建立裂解气相色谱仪,60年代，出现,GC-MS,GC-FTIR,色谱的发展史,色谱方法的分类,1.,色谱是通过组分在流动相和固定相之间分配比的差异进行分离的。,2.,根据流动相和固定相的状态，色谱法分类,色谱的热力学理论,-,塔板理论,理论塔板数,N=5.545(,t,R,/W,H/2,)=L/HETP,H,H/2,W,H/2,开始,t,R,理论塔板数,（）,理论塔板高度,（）,理论塔板数,N,表示柱效的参数,N,越大，柱效越高,理论塔板高度,(,HETP),表示柱效的参数（与柱长无关）,H,越小，柱效越高,色谱的动力学理论,速,率理论,方程,填充柱,A：,涡流扩散项（多途径造成）,B：,纵向扩散项,C:,传质阻力项,U,：,载气线速度,：,(,Height Equivalent to a Theoretical Plate),u：,载气线速度,方程,填充柱,Van,Deemter,方程式,填充柱,毛细柱,气相色谱仪的基本流路图,钢瓶,He,N,2,载气控制,进样口,色谱柱,检测器,数据处理,载气控制：手动、数字,(,AFC),/,恒压、恒流,进样口：,DRI、SPL/,Splitless,、OCI、PTV,检测器：,FID、TCD、ECD、FPD、FTD,数据处理：,C-R6A、C-R7A、C-R8A、CLASS-GC10,气相色谱仪的基本流路图,隔垫吹扫出口,分流出口,载气,玻璃衬管,F,2,F,1,空气,400-600,ml/min,氢气,40-60,ml/min,尾吹气约,35,ml/min,FID,进样口、色谱柱、检测器的温度设定,进样口温度,考虑样品中各组分的沸点，设定温度使样品瞬间汽化。,色谱柱温度,考虑样品中各组分的沸点，及希望的分析周期，,宽沸程样品应使用程序升温。,检测器温度,防止检测器污染，一般比色谱柱温度高,20-30,。,DET.TINJ.TCOL.T+20,气相色谱仪的流动相,-,载气,氦气（纯度,99.99%,以上）,氮气（纯度,99.99%,以上）,氩气（纯度,99.99%,以上）特殊分析使用,氢气（纯度,99.99%,以上）注意安全,气相色谱进样方式简介,气相色谱的进样方式,填充柱进样口,毛细柱分流,/,无分流进样口,冷柱头进样,PTV,进样口,热进样和冷进样,热进样,分流,/,无分流进,样,直接进样,（全量注入,）,宽口毛细柱和填充柱,冷进样,PTV,进样,冷柱头进样,歧视效应和热分解,热进样,(,SPL,WBI),存在,歧视现象和样品热分解,冷进样,(,OCI,PTV),进样是在较低温度下进行,定量精度高,歧视效应和热解效应的影响小,歧视效应的产生,歧视,:,蒸溜现象,形成气溶胶,分溜现象,低沸点组分百分比偏高,进针,退针,高沸点组分残留,歧 视 效 应,进样体积越小，歧视现象越严重。,进 样 体 积 和 峰 面 积 比,(%),0.5 1.0 2.0 3.0 4.0(,uL,),52 51 50 49 48,n-,C9,n-,C4,减小热进样歧视现象的方法,快速进样法,溶剂冲洗法,热针法,溶剂冲洗法,蒸溜和分溜减少,溶剂,空气,样品,空气,(%),0.5 1.0 2.0 3.0 4.0(,uL,),52 51 50 49 48,n-C4,n-C9,冷进样,概念,样品是在冷状态,-,低于样品沸点的温度下进样,(,依据溶剂,),气化室快速升温使样品气化,PTV,进样方式,分流进样,(,高浓度样,),无分流进样,(,低浓度样,),大体积进样,LVI,(,痕量分析,),OCI,柱头进样,只适用于,0.53,内径的柱子,无分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子），进样量一般小于,2,ul,SPL-,无分流进样和,OCI,以及,PTV-,无分流进样的比较,(,热分解现象,),氨基甲酸盐农药的热解现象,Splitless,-SPL,Cool-on-column,Splitless,-PTV,进样体积上限,无分流进样,(,SPL,PTV),2uL,高压进样,(,SPL,PTV),5uL,直接进样（,全量进样）,3,uL,用宽口径毛细柱,冷柱头进样（,OCI）,2uL,LVI-PTV,进样,空衬管,10,uL,衬管,+,石英棉,50,uL,衬管,+,填料,大于,1000,uL,进样口的结构（,1）,填充柱进样口,毛细柱进样口,隔垫吹扫出口,分流出口,载气,玻璃衬管,F,2,F,1,隔垫吹扫出口,载气,玻璃衬管,填充柱,进样口的结构（,2）,冷柱头进样口,(,OCI),PTV,进样口,隔垫吹扫出口,分流出口,载气,玻璃衬管,F,2,F,1,加热,-250/,min,隔垫吹扫出口,载气,不锈钢衬管,0.53,mm,内径宽孔毛细柱,色谱柱的固定相,固体,-,活性炭、活性铝、硅胶、分子筛等，用于无机气体及低碳烃的分析,液体,-,硅酮、聚乙二醇、聚脂等，用于液体样品及高沸点化合物分析。,几种代表性固定液的极性,(,Mc Reynolds,常数,),Squalane,0,（,非极性）,PEG20M(DBWAX)322,（,强极性）,SE3015 FFAP 340,OV101(DB1)17 PEG1000 347,SE54(DB5)33,（,弱极性）,EGA 372,DC55074 DEGS 484,OV17119,（,中极性）,TCEP 593,（,超强极性）,BCEF 690,名称,I Benzene,名称,I Benzene,色谱柱的选择,固定液极性的选择（按相似相溶原则）,非极性固定液,-,有按沸点顺序溶出倾向,极性固定液,-,沸点相同时，按极性由小到大的顺序溶出,固定液的浓度或毛细管柱的膜厚,对低沸点化合物 高浓度（,10%30%,),高膜厚,(,15,m,),对高沸点化合物 低浓度（,1%5%,),低膜厚,(,0.250.5,m,),色谱柱的担体,担体的选择应从担体的比表面积及惰性方面考虑,根据待测样品的性质，进行过适当处理的担体，如：酸洗、碱洗、甲基硅烷化等,色谱柱的类型,填充柱,柱材：不锈钢，玻璃,内径：,2.6-3,mm,长度：,0.5-6,m,填料：担体和固定液的种类,固定液的浓度,1-30%,担体有硅藻土、玻璃、石英、塑料担体（,TPA）,等。,毛细柱,柱材：熔融石英、铝,内径：,0.2,mm-0.53mm,长度：,10-100,m,固定相种类：,OV-1，PEG-20M，OV-17,等,固定相膜厚：,0.2-5,m,内径对毛细柱分离的影响,0.22mm x 25m,进样量的改变对分离的影响,1,2,1,2,1,2,67,ng,完全分,离,335,ng,峰,分離,但峰较宽,670,ng,不完全分,离,色谱柱,：,CBP1-M25-025,柱 温,：50,分流比,：1:30,，,二恶烷,醋酸丙脂,膜厚对,毛细柱分离的影响,CBP1-W25-100,膜厚,1,um,CBP1-W25-500,膜厚,5,um,毛细柱的内径、膜厚及柱容量,内径,膜厚,柱容量,各公司常用毛细柱商品名及固定液对照表,色谱柱的老化,为什么必须进行色谱柱老化？,新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。,一般 采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度，并在高温段保持数小时。,新柱老化时，最好不要连接检测器。,每天都要进行老化吗？,视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间,。,出现鬼峰的原因,1.,进样口污染,2.,载气含水分及其它不纯物,3.,不锈钢管及阀污染,4.,进样垫及橡胶垫圈污染,5.,填料老化不足,6.,填充剂劣化,恒温分析和升温分析的比较,恒温分析,升温分析,沸程窄时采用恒温分析,恒温分析时，保留时间和碳数程指数关系,C8,C9,C10,C11,C8,C9,C10,C11,沸程宽时采用升温分析,升温分析时，碳数和保留时间程比例关系,基线调整困难，应确认空白是否有鬼峰出现。,色谱柱分离效率评价,色谱柱效率：峰尖,评价：理论板高,(,HETP)、,理论塔板数,(,N),对策：将,Van,Deemter,各因素,优化,选择性：峰的分离度,评价：分离因子或分离度,对策：选择极性相当的固定相,峰的对称性：吸附现象,评价：拖尾因子,对策：色谱柱进一步老化,气相色谱的检测器,FID,的检测原理,在氢火焰中，有机化合物燃烧产生,CHO,+,离子，该离子强度与含量成正比。,该检测器检出的是有机化合物。,无机气体及氧化物在该检测器无响应。,FID,检测器,TCD,的检测原理,利用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器。,灵敏度低，通常用来测气体样品。,ECD,检测原理,载气（氮气）,ECD,检测器中电离成正离子和自由电子,亲电子化合物与自由电子结合生成负离子，在检测池中移动速度比自由电子慢,生成的负离子与正离子结合,ECD,中自由电子减少（离子流减小）,自由电子减少与,亲电子化合物的浓度成正比,ECD,是高选择性、高灵敏度的检测器，用于检测,微量或痕量,的卤素化合物及硝基化合物。,ECD,检测器,火焰光度检测器（,FPD,）,原理,S、P,在还原火焰中燃烧，产生特征波长的光线（,S=394nm,P=526nm)。,这些光线通过滤光片，经光电倍增器放大并转化为电信号被检测。,该检测器对有机磷和有机硫化合物具有高选择性和高灵敏度。,FPD,检测器,火焰热离子,(,FTD or NPD),有机氮化合物在碱金属表面热分解成激发态氮化物,CN,*,CN,*,又从,碱金属表面吸收电子，生成,CN,-,，,放出电子后的碱金属生成正离子，产生的信号电流被检出。,该检测器对有机氮、磷化合物具有高灵敏度和高选择性。,FTD,检测器,分析数据是否可靠？（定量）,良好的峰面积重现性，一般,CV%,在0.5-3%,工作曲线具有良好的线性,微量注射器的残留现象（交叉污染）,峰形正常，避免拖尾峰和前沿峰,(,柱选择恰当、衬管无污染、温度及流量设定,),色谱峰分离良好,(,分离度,2.5),药典中对用色谱法进行检测的药品，都作出了具体规定，如：保留时间、分离度、拖尾因子等,分析数据不理想，应该,.,1.,检查是否漏气,用肥皂水检查各连接部位，并确认峰面积重现性,2.,检查色谱柱是否良好,长时间使用，因吸附、固定液流失、固定液分解及污染，造成柱劣化，更换新柱,3.,检查衬管是否正常,确认衬管有无破损、污染，确认石英棉的位置,4.,样品性质，是否易分解,对于不稳定的样品应注意保存温度，要避光并注意存放时间。,样品的预处理,有机溶剂萃取,固相萃取（吸附柱法）,吹扫捕集,静态顶空,微固相萃取,衍生化,样品的衍生化的目的,1,。降低气化温度将不挥发成分变为挥发性,2,。增加组分稳定性，防止热分解,3,。防止吸附,4,。改善分离,5,。加入官能团,使用选择性检测器,提高灵敏度,柱内径,（,mm,）,压力,(,ml/min),柱流量,(,ml/min),分流比,0.25,100200,1.22.5,1:30100,0.32,60100,24,1:1530,0.53,2540,510,1:210,分析方法,计算方法,气相色谱方法的建立,分析方法（仪器参数）,分析参数,选择分析系统（进样方式、色谱柱、检测器）,设定分离条件（载气流量、分流比、温度条件）,检测器参数（量程、极性、电流）,计算方法（数据处理参数）,峰处理参数（,WIDTH,SLOPE,DRIFT,T.DBL,等）,定量参数,定量方法：内标法、外标法、面积归一法等,工作曲线的制作,曲线点数：一点、两点及多点,曲线计算：线性范围、线性回归、折线、,二次曲线、三次曲线,定性参数：,保留指数及允许误差,其它参数,峰积分标记：,E，S，T，V，L,定 性 参 数：时间窗，时间带,显 示 参 数：,ATTEN，SPEED,峰处理参数,去除高频噪声,(,电磁干扰）,W,H/2,WIDTH/4,控制数据采集速度，,WIDTH/10,采一次数据,控制,S.TEST,时间，斜率测试时间为,10,WIDTH,推荐值：填充柱,5,毛细柱 23,WIDTH：,设为最窄峰的半高宽，单位：秒,峰处理参数,判断峰起点,滤除低平噪声（如蛇行等）,SLOPE,的确定：一般通过,S.TEST,进行，测定时间为,10倍,WIDTH,的时间。,特殊情况，可根据实际需要改变该值。,峰处理参数,SLOPE：10,倍,WIDTH,的所有信号的总和，用于：,斜率增加时，峰检测灵敏度降低；,斜率值降低时，峰检测灵敏度提高,峰处理参数,SLOPE,值,的手动设定,单位：,uv,/min,SLOPE,SLOPE,SLOPE,SLOPE,峰斜率，作为噪声滤除,SLOPE,峰斜率，积分不稳定，须手动设定,斜,率测试时要注意下列问题：,程序升温分析过程中有较大的基线漂移，请不要采用斜率测试获得的数值，要手动设定较大的斜率值（一个大于基线漂移的数值），以免基线作为色谱峰被检出。,如果小色谱峰不能检出时，将斜率设定为斜率测试获得数值约,1/2,。,要将蛇行基线上的色谱峰分别计算时，将斜率值设定为斜率测试获得值的,2,倍,峰处理参数,DRIFT：,判断相邻峰的积分方式,注：,1,）设定值为,0,时，积分仪将自动判断,2,）如,DRIFT,与基线至峰谷连线较接近时，积分可能不稳定，导致面积值变化较大，需加以注意。,(,T2),小于,(,T1),时，峰面积以垂直分割的方式计算。,(,T2),大于,(,T1),时，做基线处理。,峰处理参数,DRIFT,值的设定,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,通过拖尾峰和尾上峰高度的比值,(,H1/H2),和谷高度比,(,H3/H2)，,分离度,(,W1/W2),进行判断，如果条件确定，进行拖尾峰和尾上峰处理。,拖尾峰,T.DBL,2,x T.DBL,4,x T.DBL,WIDTH,SLOPE,2WIDTH,SLOPE/2,4WIDTH,SLOPE/4,8WIDTH,SLOPE/8,峰处理参数,设定值为,0,时，自动判断；,不使用时可设为,1000,T.DBL,设定为某值时，,SLOPE,和,WIDTH,按下图改变,T.DBL：,峰展宽一倍所需要的时间,积分峰标记,（,MK）,E,：,超量程峰，这种峰的面积计算是错误的,S,：,拖尾峰（溶剂峰常同时出现,S、E,两个标记,）,T,：,尾上峰，作过拖尾处理的峰,V,：,与前邻峰垂直分割,L,：,前沿峰,标记：,前延峰,色谱峰,A,作为拖尾峰处理，而色谱峰,B、C、D,作为色谱峰,A,的尾上峰处理。,尾上的没有分离开的色谱峰,C，,做垂线分割。,没有分离开的色谱峰,E、F、G,也做垂线分割。,峰处理参数,定性参数,保留时间允许误差：,时间窗,(,WINDOW)，,相对允差,设定简单，但所测组分保留时间跨度大时，不易设定,时间带,(,BAND)，,绝对,允差,设定较繁，需逐个组分设定,绝对保留值、相对保留值、多参考保留值,定量参数,校正级别（,曲线计算方法,）,单点校正（,liner),两点校正（,liner),多点校正,线性回归,点到点连线（折线）,二次曲线,三次曲线,注,CR6A,只能做单点或两点校正,注,二次曲线、三次曲线是,Gcsolution,的功能,单点校正,对每一组分仅做一个浓度的标样,标样,浓度应尽可能接近实际样品中各组分的浓度,单点校正曲线通过原点,多点校正,对每一,组分至少作三个不同浓度水平的校正,标样浓度范围应包含实际样品中各组分的浓度,多级,校正有几种方式,当,组分响应值随浓度变化不呈线性变化时，使用多线性校正（折线校正）或二次曲线、三次曲线,组分响应值随浓度变化呈线性变化时，使用最小二乘法，进行线性回归校正,定量方法,面积归一化法,校正面积归一化法,外标法,内标法,气相色谱的定量方法（一）,1,。面积百分率法（面积归一）,各组分浓度以面积百分率表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。,2,。校正面积百分率法（校正面积归一）,用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。,这两种方法应用的必须条件是：,1,。,样品中所有组分都出峰；,2,。,所有峰面积计算必须准确。,面积归一化法,各组分浓度以面积百分率表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。,公式：,优点：,1,）无需做校正，简便，快速,2,）进样量不严格要求,缺点：,1,）所有组分都流出且被检测到,2,）所有组分的检测灵敏度都相同,校正面积归一化法,用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。,公式：,式中：,Fi,为校正因子,，,Fi,浓度（含量）,/,面积,优点：,进样量要求不严格,缺点：,1,）所有组分都流出且被检测到,2,）所有组分都需作校正,3,。外标法,该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。,4,。内标法,在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。,该方法减小了进样误差对定量结果的影响。,气相色谱的定量方法（二）,外标法,该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。,公式：,优点：,1,）不需所有峰都流出或被检测到,2,）只对所测组分作校正,缺点：,1,）进样量必须准确,2,）仪器必须有良好的稳定性,内标法,在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。,公式：,优点：,1,）进样量不严格要求,2,）只对所测组分作校正,缺点：,1,）必须在样品中加一内标组分,2,）操作较为繁琐,3,）选择内标物困难,内标物的选择,内标物的峰与,试样中的所有成分的峰完全分离。,内标物的峰与目标成分的峰保留时间不应差太远。,内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。,气相色谱分析步骤,开机：连好流路，先开载气再开电源，开辅助气,设定流量、温度、检测器参数,用默认处理参数进行样品分析,根据图谱调整分析条件，再分析样品，直至得到理想谱图,确定定量方法（内标、外标、面积归一等）,选择校正点数，编辑,ID,表（输入组分的保留时间和标样浓度）,选择校正次数（每浓度取几次均值）,选择曲线计算方式（直线、最小二乘或折线）,按从低浓度到高浓度的顺序，分析完所有标样，即完成曲线制作,进行未知样分析，每次分析结束，自动计算定量结果,分析完了，关机：系统降温后，关电源，关载气。,