气相色谱法_滨州医学院.ppt

<p>,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,BZ medical,Click to edit Master title style,2021,年,3,月,8,日,气相色谱法,zf,BZ medical,气相色谱法,气相色谱原理,1,气相色谱仪,2,填充柱气相色谱,3,毛细管柱气相色谱,4,顶空气相色谱,5,BZ medical,气相色谱原理,气相色谱法：以气体为流动相的柱色谱分离技术,气相的分类：,按固定相分,气,-,固色谱,气,-,液色谱,按分离原理分,吸附色谱,分配色谱,按柱子粗细分,填充柱色谱,毛细管柱色谱,BZ medical,气相色谱仪构造,BZ medical,气相色谱仪构造,主要包括,载气系统,进样系统,分离系统,检测系统,记录系统,温控系统,载气,减压,净化,稳压,色谱柱,检测器,记录仪,进样,BZ medical,载气系统,载气 携带试样通过色谱柱,辅助气 提供监测器燃烧或吹扫用,进样系统,引入试样，主要是样品气化，部分气相色谱仪还有裂解装置，顶空进样装置等。,柱系统,检测系统,数据采集和处理系统,温控系统,BZ medical,气相色谱分离的原理,气固色谱、气液色谱,气,固色谱,中被分离物随着载气的流动，被测组分在吸附剂表面进行吸附，解吸附，再吸附，再解吸附,这样反复的过程不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。,气,液色谱,中被分离物随着载气的流动，被测组分在固定液中进行溶解，挥发，再溶解，再挥发,的过程，使不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。,BZ medical,气相色谱常用术语和参数,1.,色谱图,进样后检测仪器记录下来的检测器响应信号随时间或载气流出体积分布的曲线图。,2.,前伸峰,(leading peak),前沿平缓后部陡起的不对称色谱峰,3.,脱尾峰,(tailing peak),前沿陡起后部平缓的不对称色谱峰,4.,畸峰,(distorted peak),形状不对称的色谱峰。,5.,反峰,(negative peak),峰形与通常相反的色谱峰，也称倒峰、负峰。,BZ medical,气相色谱常用术语和参数,6.,假峰,(ghost peak),除组分正常产生的色谱峰外，由于其它原因产生的吸收峰,7.,净保留体积,(net retention volume),用压力梯度校正因子修正后的组分调整保留体积，,V,N,8.,比保留体积,(specific retention volume),组分在每,g,固定液校正到,273.15K,时的净保留体积，,V,g,9.,相比率,phase ratio,气相与吸附剂或固定液体积之比,=,V,G,/,V,S,，,V,G,/,V,L,BZ medical,气相色谱常用术语和参数,10.,分配系数,partition ration,11.,容量因子,capacity factor,12.,相对保留值,relative retention value,相同操作条件下，组分与参比 物质的调整保留值之比,r,i,s,=,13.,柱外效应,extra-column effect,进样室到监测器之间的部分气路部分，由于进样方式、柱后扩散等因素对柱效能产生的影响。,14.,反吹,一些组分被洗脱后，将载气反向通过色谱柱。,作用：节省时间，或防止污染下一根色谱柱。,BZ medical,气相色谱常用术语和参数,15.,老化,色谱柱在高于使用柱温夏通载气进行处理的过程,16.,柱流失,固定液随载气流出柱外的现象,17.,填充柱,18.,微填充柱,19.,毛细管柱,BZ medical,色谱仪的构造,填充柱气相色谱,分析单元,1.,气路系统,管路密闭，连续运行,常用载气：氢气、氦气、氮气等,恒温色谱：单柱单气路,程序升温：双柱双气路，补充固定液流失,2.,进样系统,把样品快速、定量的加到色谱柱头,气化室：将样品溶液或固体瞬间气化，常用玻璃插入管,进样；六通阀,BZ medical,BZ medical,填充柱气相色谱,3.,色谱柱,气固色谱：固定相为吸附剂颗粒,气液色谱：固定液涂渍在惰性载体,2-4mm,，,1-10m,不锈钢，铜镀镍,玻璃柱，聚四氟乙烯,4.,检测器,稳定性好，灵敏度高，响应快，应用范围广,BZ medical,填充柱气相色谱,显示记录单元,1.,温度控制系统,气化室,样品气化而不分解,升温：,柱效能和峰形,保留时间、峰面积、峰形,温度比柱箱高,10-50,色谱柱,柱箱，空气夹层保温炉堂,检测器,BZ medical,填充柱气相色谱,显示记录单元,2.,方法与记录系统,BZ medical,毛细管柱气相色谱,毛细管柱气相色谱法,Capillary column gas chromatography,1957,年，戈雷,内壁涂渍一层极薄而均匀的固定液膜的毛细管,中空，开管柱,优点：相比大，渗透性好，分析速度快，总柱效高,BZ medical,毛细管柱气相色谱,1.,毛细管色谱柱,不锈钢，玻璃。,熔融石英：化学惰性、热稳定性、机械强度好、具有弹性,壁涂空心柱,WCOT,固定液直接涂在毛细管内壁,多孔层空心柱,PLOT,管壁涂一层多孔性吸附剂固体微粒,载体涂渍空心柱,SCOT,多孔颗粒和固定液,BZ medical,毛细管柱气相色谱,4.,化学键合相毛细管柱,固定相化学方法键合到硅胶表面或毛细管内壁,热稳定性,5,.,交联毛细管柱,交联引发剂将固定相交联到毛细管管壁,耐高温、抗溶剂抽提、液膜稳定、柱效高、柱寿命长等,BZ medical,毛细管柱气相色谱,毛细管柱与一般填充柱性能比较,1.,气源和流量控制系统,流量小,分流进样,尾吹装置,2.,进样系统,分流,/,不分流进样,保留间隙进样,程序升温进样,BZ medical,毛细管柱气相色谱,毛细管柱与一般填充柱性能比较,3.,色谱柱,4.,检测系统,最常用,FID,微型,TCD,BZ medical,1.,分流进样,进样时有吹扫气，气化样品大部分经分流管放空，只小部分被载气带入色谱柱,样品扩展小，避免初始谱带扩展,样品中各组分等比例分流，定量结果可靠,用于浓度高的样品,缺点,:,沸程宽，浓度差别大，微量成分,毛细管柱气相色谱,进样系统,BZ medical,2.,不分流进样,进样时不进行吹扫，大部分样品进入色谱柱后才打开分流阀，进行吹扫,进样时间长,30-90s,，初始谱带展宽,冷阱,-,组分被冷却捕集在柱头或保护柱，溶剂被吹出，冷阱迅速升温，短时间将溶质赶入色谱柱。,溶剂效应,-,进样时关闭分流阀，低温下溶剂冷凝在柱头，对溶质其捕集作用，而后升温。,定量精度和准确度好,毛细管柱气相色谱,进样系统,BZ medical,3.,直接进样,气化室没分流系统,色谱柱与大口径毛细管柱直接相连,载气采用,10-25ml/min,的高速,定量精度和准确度好,痕量分析,毛细管柱气相色谱,进样系统,BZ medical,4.,冷柱头进样,适用于大口径毛细管柱，预处理柱，进样部分温度很低，样品在冷的柱壁形成液膜，组分气化,分析高沸点、热不稳定样品,程序升温,毛细管柱气相色谱,进样系统,BZ medical,分流进样：质量分数,0.001%-10%,，沸程范围,69-330,不分流进样和直接进样：质量分数小于,0.01%,，沸程接近,174-412,冷柱头进样：热稳定性差，化学稳定性差，沸点较高,顶空进样：气态进样,血中毒物，酒及饮料中的挥发性物质，食品添加剂，植物中的芳香成分，聚合物中的挥发性成分,BZ medical,色谱固定相,多为硅胶等吸附剂、高分子多孔小球、化学键合固定相。具有耐高温的特点，用于分析永久性气体，高沸点或强极性物质,1.,吸附剂,基本特点,受预处理影响大，操作条件和环境改变其吸附性能,吸附等温线一般为非线性，要求进样量小,高温下有催化活性,固体固定相,BZ medical,1),硅胶,强极性,粗孔硅胶,分析范围：,C1-C4,气体烃，,N2O,，,SO2,，,H2S,，,SF6,，,CF2Cl2,预处理：,1,：,1,盐酸浸泡,2,小时,水洗至无,SO42-,和,Cl,-,离子,于,200-500,活化,2h,于干燥器中备用,BZ medical,2),碳素,活性碳,比表面积,300-800m,2,/g,分析永久性气体和,C1-C2,烃类,预处理,苯冲洗,3,次,空气吹干，,450,活化,2h,，在水蒸气中降温至,150,，再用空气吹干,用苯冲洗再生,石墨化碳黑,比表面积,100m,2,/g,分析：,H2S,，,SO2,，痕量,C1-C10,醇类，低级脂肪酸、酚、胺类,分析算性物质用磷酸处理，碱性物质用碳酸钠,BZ medical,3),氧化铝,型氧化铝,中等极性,预处理,450-1350,活化，降温后储于干燥器,分析：,C1,-C4,气体烃,用氢氧化钠和金属盐改性的氧化铝，在,250,分析,C15-C23,的碳氢化合物,BZ medical,4),分子筛,人工合成的泡沸石,Na,型的,4A,与,13X,分子筛,Ca,型的,5A,与,10X,分子筛,4A,，,5A,分子筛的平均孔径,分离机理：吸附,预处理：,550,活化,2h,，严密的储于干燥器内,对含水量要求较高,CO2,不可逆吸附,BZ medical,2.,高分子多孔小球,材料：苯乙烯等的交联共聚体,特性,单体及交联剂制备性能不同的小球,机械强度好，不易破碎,疏水性，快速测定样品中的微量水,耐腐蚀性,分析氨、氯气、氯化氢,睛、卤代烷、烃,醇、醛、酮、酸、酯,固体固定相,BZ medical,3.,化学键合固定相,Si-O-Si-C,有机氯硅烷、有机烷氧基硅烷反应，在气相和液相广泛使用,Si-O-C,易水解、热稳性差,Si-N-C,热稳定性差,Si-C,应用少,固体固定相,BZ medical,液体作为固定相的优点,较对称的色谱峰,种类多，可根据样品不同进行选择,色谱保留值的重复性好,固定液液膜厚度可调节,液体固定相,BZ medical,1.,硅藻土,红色硅藻土,载体表面孔隙密集，孔径较小，表面积大，能负荷更多的固定液，结构紧密，机械强度好,白色硅藻土,孔径大，表面积小，负荷的固定液少，柱效不如红色，但分析极性组分时拖尾小。应用广泛,载体,BZ medical,硅藻土的预处理,由于硅藻土在处理过程中产生的酸、碱性；表面的硅醇基；微孔结构等因素致使样品信号拖尾或造成死吸附,(1),酸洗。除去载体表面铁等金属化合物。,浓盐酸浸泡载体，加热煮,30min,，然后用水洗至中性，再用甲醇淋洗，烘干，过筛,(2),碱洗。除去,Al2O3,等碱性杂志,酸洗载体在,10%NaOH-,甲醇溶液中浸泡或回流，然后用水洗至中型，再用甲醇淋洗，烘干，过筛,BZ medical,硅藻土的预处理,(3),硅烷化。消除表面的硅醇基，减弱生成氢键的能力，使表面惰化,盐酸浸泡载体，用硅烷试剂与之反应生成,Si-O-Si-C,键。,该类载体适合分析水、醇、胺等易形成氢键而拖尾的物质；只能涂渍非极性或极性弱的固定液，只能在,270,以下使用，柱效也差。,(4),釉化。堵塞载体表面的微孔和改变表面性质,置于,2%,硼砂水溶液中浸泡，抽滤后，用和其体积相当的,0.5%,的硼砂水溶液淋洗，干燥后于,870,灼烧,3.5h,，再升温到,980,灼烧,40min,，冷却，用蒸馏水煮,4,次，洗涤并干燥。,该类载体吸附性能低，机械强度增加，适于分析醇、酸类极性较强的物质。分析甲醇、甲酸时有不可逆吸附。,BZ medical,硅藻土的预处理,(5),脱活剂,用一些表面活性剂饱和载体表面的吸附中心。,非离子型的聚乙二醇类；阳离子型的胺类,-,碱性样品；阴离子型的二羧酸、酸酐,-,酸性样品。,BZ medical,2.,氟载体,聚四氟乙烯,聚三氟氯乙烯,优点：耐腐蚀性强，用于分析腐蚀性气体，强极性物质,缺点：表面积小，机械强度差，操作温度低于,180,；润湿性差（固定液负荷小于,5%,），柱效比较低。,3.,玻璃微球,微球涂敷一层固体粉末，形成微孔结构，增大表面积,粉末：硅藻土，,Fe2O3,，,ZrO2,优点：可以在较低柱温、很大的载气线速度条件下分析高沸点物质（负荷的固定液小于,1%,，传质速度快）,缺点：柱负荷量太小，柱寿命短,BZ medical,非极性组分,-,红色硅藻土载体；极性组分,-,白色硅藻土载体,要求进样量大和负荷固定液多,-,红色硅藻土载体,分析腐蚀性气体时用氟载体,分析非极性高沸点组分，可选玻璃微球载体,选用载体的几个原则：,BZ medical,1.,对组分良好的选择性,对欲分离的两组分有较大的相对保留值,2.,蒸气压低,从色谱柱流失的固定液少，柱子的效能不变，不妨碍适用高灵敏度监测器,3.,润湿性好,能很均匀的涂布在载体表面或空心柱的内壁,4.,热稳定性好,在高温下发生分解或聚合反应,固定液应具备的条件：,BZ medical,5.,化学惰性好,不与组分、载体、载气发生不可逆的化学反应,6.,凝固点低，黏度适当,凝固点低,低温使用,黏度适当,减少因柱温下将黏度变大而造成的柱效降低的弊端,7.,成分稳定,防止各批次间固定液成分差别大，影响色谱峰定性的重复性,固定液应具备的条件：,BZ medical,极性：,含有不同官能团的固定液与分析物质的功能团之间相互作用的程度,固定液或组分的极性：,指其含有甲基、亚甲基、可极化的非极性基团、极性基团等的多少。,BZ medical,1.,内聚力,色散力,非极性分子间瞬间的偶极矩,诱导力,极性分子的永久偶极矩使另一个非极性分子极化，产生诱导偶极矩,定向力,两个极性分子间的静电作用,固定液与分析物质之间的作用力：,BZ medical,2.,氢键作用力,氢原子与一个电负性较大的原子,X,构成共价键时，由于,X,原子的吸电子效应，形成,XHY,。,X,电负性越大，氢键作用力越强。,3.,分子间特殊作用力,固定液与分子间形成弱的络合物。,加入硝酸银，银离子与双键的电子形成弱的络合物，增大了保留，后出色谱柱,重金属脂肪酸酯作固定液，出峰顺序：叔胺、仲胺、伯胺,固定液与分析物质之间的作用力：,BZ medical,非极性固定液分析非极性组分,诱导力作用小，利用其分离能产生不同程度极化的非极性组分,极性差别大的组分，选极性强的固定液,分析同分异构体用极性固定液，利用定向力分离,固定液为同系物时，分子小的较高的选择性，分子间的作用力与分子间的距离成反比,当分子中含,F,、,O,、,N,时，用含,-COOH,、,-OH,、,-NH2,的固定液，利用氢键作用力,根据作用力选择固定液：,BZ medical,1.,相对极性法,(,P,x,),苯和环己烷,正丁醇和对二甲苯,2.,相特征常数,McReynolds,常数，麦氏常数,固定液的极性：,BZ medical,1.,按极性分类,非极性,Px,为,0,弱极性,+1,+2,中等,+3,强极性,+4,+5,固定液的分类：,BZ medical,2.,按结构分类,烃类,聚硅氧烷,聚二醇,酯类,含氧化合物,含氮化合物,含硫及硫杂环,含卤素化合物及其聚合物,无机盐,固定液的分类：,BZ medical,1.,相似性原则：,非极性：鲨鱼烷,OV-101,中等极性：,OV-225,或,Carbowax,20M,强极性：,OV-275,2.,化学官能团,选择相同官能团的固定液,有支链、同分异构体：氢键,3.,分子间主要差别,沸点：非极性,极性：极性,分析已知样品选择固定液：,BZ medical,4.,按麦氏常数,苯、丁醇、戊酮、硝基丙烷、吡啶,5.,混合固定液,复杂的组分,6.,特殊性质,硝酸银分离烯烃,重金属脂肪酸酯保留胺类,有机皂土对芳烃异构体,手性固定相对旋光异构体选择性分离,分析已知样品选择固定液：,BZ medical,1.,毛细管柱初分离,分离效能高，速度快,确定样品中组分的数目和极性范围,2.,几种常用效果好的固定液,SE-30,OV-17,QF-1,PEG-20M,DEGS,极性依次增大,先选,QF-1,，换,OV-17,分析未知样品选择固定液：,BZ medical,检测器,微分型,浓度型和质量型,噪声和漂移,噪声,R,N,：各种因素引起的基线起伏，因素：载气流速、柱温波动，固定液流失,漂移,R,d,：基线朝单方向规律性移动，因素：监测器及部件性能差，柱温和载气流速的缓慢变化,总论,BZ medical,线性范围,进入检测器的组分量与响应值保持线性关系的区间，称线性范围。,其下限为检测器的检测限,响应值大于,5%,时为其上限,动态范围：响应值随组分量增大而增大，与线性无关，其范围大于线性范围。,灵敏度,检测限,产生,2,倍于噪声的信号时，引入检测器的最大物质量,BZ medical,响应速度和温度,响应速度,使用温度,检测器的使用温度要高于柱温。,通用型,热导池、气体密度,(,应用范围广，灵敏度低,),选择型,对个别元素有响应，电子捕获；火焰光度,(,应用面窄，灵敏度高,),BZ medical,BZ medical,BZ medical,BZ medical,BZ medical,BZ medical,BZ medical,BZ medical,BZ medical,BZ medical,BZ medical,BZ medical,BZ medical,Thank You!,</p>