气相色谱法_上海海洋大学.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,气相色谱法,:,（,GC,）是以气体（载气）为流动相的色谱法。,分离的原理：利用物质的沸点，极性及吸附性的差异进行分离。,第七章 气相色谱法,第七章 气相色谱法,7-1,气相色谱仪的基本组成,一 载气系统,二 进样系统,三 分离系统,四 检测系统,;,五 记录及数据处理系统,六 温度控制系统：,7-2,气相色谱固定相,一 气,-,固色谱固定相,二 气,-,液色谱固定相,7-3,气相色谱检测器,7-4,气相色谱法的实验技术,一 分离操作条件的选择,二 样品衍生化方法,7-1,气相色谱仪的基本组成：,关键部件：,色谱柱：是混合物中各组分能否分离的关键。（色谱仪的“心脏”）,检测器：决定分离后的组分能否产生信号。（色谱仪的“眼睛”）,因此，色谱仪的核心是分离系统和检测系统。,一，载气系统：,是一个载气连续运行的密闭管路系统。,包括：载气钢瓶，减压阀，净化器，流量计等。,作用：提供纯净的，压力和流量稳定，可调的载气的密闭管路系统。,1.,载气,要求：化学惰性，不与样品或固定相发生化学反应，专门用来载送样品，无毒，价廉和高纯度，不含水分，氧气或其他杂质。,常用载气：,N,2,、,He,、,H,2,、,Ar,载气的净化：净化管：（金属管或高强度塑料管）内装净化剂。,净化剂：活性炭：除去油性组分。,硅胶或分子筛：除去水分等。,2.,稳压和流量调节装置：色谱分析要求流动相有十分稳定的压力和流量，并可根据需要随意调节，载气流量是稳压阀或稳流阀调节控制。色谱柱的柱入口压力（柱前压力）由压力表指示，反映柱入口与大气压之差。柱出口压力（柱后压力）一般为常压。,载气流量的指示：,柱前流量：由转子流量计指示。,柱后流量：由皂膜流量计指示。,二 进样系统,包括：进样口：要求进样方便，气密性好。,气化器：要求热容量大，死体积小，温度可调。,进样方法：,手动进样：微量注射器,自动进样：六通进样阀,液体样品：常用微量注射器进样。规格：,0.5L,1L,5L,10L,50L,进样量：,0.5-1L.,气体样品：常用六通进样阀进样或,0.25-5mL,注射器进样。,三,分离系统,包括：色谱柱，柱箱色谱柱于柱箱中，,(,柱箱中有柱温控制装置）,作用：将试样中的各组分分离出。,色谱柱的类型（内有固定相）：,填充柱：固定相均匀，密实地填充在内。,毛细管柱：固定液直接涂在管内壁在或键合于内表面。,填充柱：材料：不锈钢，玻璃，聚四氟乙烯等。,内径：,3-6mm,柱长：,1-5m,特点：制备简单，能填充多种固定相，柱容量大，分离效果较高，应用广泛。,毛细管柱：材料：石英，不锈钢，玻璃（控制而,成）,内径：,0.1-0.5mm,柱长：,30-300m,特点：渗透性好，分离效率高，但制备复杂，允许进样量少。,四 检测系统,包括：检测器和信号放大器。,作用：把色谱柱中分离开的各组分经检测器时的浓度或质量变化转变为易于测量的电信号，给放大器放大后输送给记录仪。,五 记录及数据处理系统,常有种类：色谱数据处理机（积分仪）和色谱工作站（微机）。,六 温度控制系统：,需温控的部件：气化室，色谱柱，检测器，温度精度：,1,一般：气化室温度比色谱柱温度高,30-70,。（保证气化）,检测器温度和色谱柱温度接近或稍高于色谱柱（防止组分冷凝于检测器）,即：,T,气化室,T,检测器,T,色谱柱,7-2,气相色谱固定相,一、气,-,固色谱固定相,固定相：多孔性的较大表面积的固体吸附剂颗粒。（易吸潮失活，使用前需活化）,分离对象：永远性气体及低分子量，低沸点的烃类等。,二、气,-,液色谱固定相,固定相：涂在载体表面上的固定液。,载体（又称担体）,作用：提供一个具有较大表面积的惰性表面，使固定液显均匀薄膜状地牢固保留在其表面上。,载体要求：（,1,）表面多孔且分布均匀；,（,2,）表面积大；,（,3,）化学惰性好；,（,4,）热稳定性好；,（,5,）机械强度好。,一般使用硅藻土载体。由天然硅藻土经锻炼制得，按制造方法不同，可分为红色载体和白色载体。,2.,固定液,一般是高沸点有机物，均匀涂在担体表面，呈液膜状态,热稳定性好；,呈液态；,挥发性小，对试样中各组分有适当的溶解能力；,选择性好。,附录（水的相图）,3.,组分分子与固定液间的作用力及固定液的选择,固定液分离各组分是由于各组分在固定液中的溶解度差异，而此差异与固定液间的作用力大小有关。,作用力：定向力，诱导力，色散力，氢键力。,A.,静电力（定向力）：具有永久偶极矩的分子间的静电引力，产生的力。,极性固定液分离极性试样时，组分极大越大。保留时间越长。,B.,诱导力：在只有永久偶极矩的极性分子诱导下，使非极性分子产生诱导偶极矩而产生的力。,极性固定液分离非极性分子和可极化分子时，极性越小。保留时间短。,C.,色散力：由于电子运动使非极性分子内部正负电荷中心相对位置的瞬间变化产生瞬间偶极而产生的力。,非极性固定液分离非极性试样时，低沸点的组分先出峰。,D.,氢键力：由于分子中产生氢键而产生的力。,含氢键的固定液分离能形成氢键的试样时，越不易形成氢键的组分，越先出样。,4.,固定液的特性,a.,相对极性,P,。,规定：强极性固定液：,，,氧,=,丙腈的相对极性,P=100,，,非极性固定液：角鲨烷的相对极性,P=0,其他固定液在此之间，每,20,为一级。,P,：,0,+1,非极性固定液。,+1,+2,弱极性固定液。,+3,中极性固定液。,+4,+5,强极性固定液。,b.,固定液的特征常数（麦氏常数）,表,16-1,中，极性随序号增大而增大。,5.,固定液的分类（见表,16,1,）,7-3,气相色谱检测器,检测器的组成部分,:,传感器,利用物质的各种物理，化学及物理化学性质与载气的差异。感应出被测物质的存在及其量的变化。,检测电路,将传感器产生的信号转变成电信号。,检测器类型,:,通用性检测器,对绝大多数物质都有响应。,选择性检测器,仅对某些物质有响应，而对其他物,质无响应或响应很小。,根据检测原理分类：,浓度型,响应值与进入检测器的浓度的变化成比,例。如：热导池检测器、电子捕获检测器。,质量型,响应值与单位时间内进入检测器的某组分质量成比例。如：火焰离子化检测器、火焰光度检测器。,7-4,气相色谱法的实验技术,一，分离操作条件的选择,载气及其流速的选择：,常用载气：,N,2,，,He,，,H,2,，,Ar,等。,根据,作,-u,曲线，得最佳流速,图,7-4,通常：为了缩短分析时间，往往使流速稍高于最佳流速。,当,u,较小时：（分子扩散次）起主要作用。,应造大分子量载气：,N,2,，,Ar,当,u,较大时：（传质阻力次）起主要作用。,应造小分子量载气：,He,，,H,2,2.,温度的选择,（,1,）气化室温度的选择,一般选择气化室温度高于样品中沸点最高的组分的沸点,10-50,。以保证样品在气化室中瞬间气化。但温度不能高于各组分的化学稳定温度。,（,2,）柱温的选择,通常情况，比各组分平均沸点稍低。,柱温不能高于固定液的最高使用温度。防止固定液挥发流失。,柱温提高时：组分的保留时间缩短，扩散时间减少，柱效提高，但各组分保留时间靠近，分离度降低。,柱温下降时：组分的保留时间增加，分离度提高。但扩散时间增加，柱效下降，峰型扩展，且分析时间延长。,若试样中各组分的沸点范围很宽，则需采用“程序升温法”。,（,3,）检测器温度的选择,检测器的温度应高于柱温,10-25,。,“程序升温”中，检测器的温度比样品中沸点最高组分的沸点高,10-20,。,因此，温度的选择一般为：气化室温度检测器温度柱温,3,进样条件的选择,进样速度必须很快，进样时间应小于,1s,，否则起始宽度变大，峰形变宽。,进样量适当，最大允许进样量应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系的范围内，进样量太小，会因检测器灵敏度不够而检测不出。,一般：液体进样量：,0.1-5mL,检测器的组成部分,:,传感器,利用物质的各种物理，化学及物理化学性质与载气的差异。感应出被测物质的存在及其量的变化。,检测电路,将传感器产生的信号转变成电信号。,二，,样品衍生化方法,1,样品衍生化的目的和意义,气相色谱分析中，对某些极性大，挥发性和热稳定性差的样品，不能直接分析，必须对其进行化学衍生化，使其能满足气相色谱分析的要求。,衍生化的目的,:,（,1,）改善样品的挥发性。,（,2,）增加热稳定性和化学稳定性。,（,3,）分离结构近似的化合物。,（,4,）提高分离检测的选择性和灵敏度。,（,5,）提高定性准确度。,2,衍生方法的选择,（,1,）反应条件要易于控制，操作尽量简单；,（,2,）反应能定量进行；,（,3,）衍生产物易纯化；,（,4,）衍生产物具备良好的色谱行为，易于分离和检测；,（,5,）衍生试剂价廉易得。,常用的衍生化方法有酰化，酯化，烷烃化和硅烷化等。,酯化：用于对羟基进行衍生。,酰化：用于置换羟基，巯基，氨基及亚胺基等基团中的活泼氢原子。,烷基化：对羟基化合物衍生，产生为醚，极性小，挥发性大。,硅烷化：几乎所有极性基团都可进行硅烷化，产物是挥发性较大且容易辨别的碎片离子。是色谱,质谱联用较理想的衍生物。,常用的硅烷化试剂：三甲基氯硅烷，六甲基二氧硅烷，三甲基硅烷基咪唑，三甲基硅烷基酰胺等。,3,衍生物的制备,衍生化试剂一般活性很高，需在无水条件进行反应，且通常在密封体系内完成。,衍生反应结束后，可直接取样分析，必要时可用干燥惰性气体吹去副产物及过量试剂。有时衍生反应不能计量地转化，给定量分析带来误差。,可采用下列方法补救：,让衍生试剂大大过量，推动平衡向生成物方向移动。,加入一个与样品性质接近的标准物，让两者都与衍生试剂反应，假定两者转化率相同，由于衍生前后二者比例不变，根据类比，进行定量。,7-5,毛细管气相色谱法。,7-6,气相色谱法的应用。,图,7-4,载气及其流速的选择,