气相色谱基本原理及应用.ppt

气相色谱基本原理及应用讲解人：王晓娟讲解人：王晓娟.简述气相色谱法是二十世纪五十年代出现的一项重大科学技术成就。这是一种新的分离、分析技术，它在工业、农业、国防、建设、科学研究中都得到了广泛应用。气相色谱可分为气固色谱和气液色谱。气固色谱的“气”字指流动相是气体，“固”字指固定相是固体物质。例如活性炭、硅胶等。气液色谱的“气”字指流动相是气体，“液”字指固定相是液体。例如在惰性材料硅藻土涂上一层角鲨烷，可以分离、测定纯乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烯、丙烷等杂质。气相色谱的工作原理 色谱分析是一种多组分混合物的分离、分析技术。它主要利用物质的物理性质对混合物进行分离，测定混合物的各组份。并对混合物中的各组份进行定量、定性分析。气相色谱仪是以气体作为流动相（载气）。当样品被送入进样器后由载气携带进入色谱柱。由于样品中各组份在色谱柱中的流动相（气相）和固定相（液相或固相）间分配或吸附系数的差异。在载气的冲洗下，各组份在两相间作反复多次分配，使各组份在色谱柱中得到分离，然后由接在柱后的检测器根据组份的物理化学特性，将各组份按顺序检测出来。气相色谱法的特点（1）分离效能高分离效能高。对物理化学性能很接近的复杂混合物质都能很好地分离，进行定性、定量检测。有时在一次分析时可同时解决几十甚至上百个组分的分离测定。（2）灵敏度高灵敏度高。能检测出ppm级甚至ppb级的杂质含量（3）分析速度快分析速度快。一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个样品的测定。（4）应用范围广应用范围广。气相色谱法可以分析气体、易挥发的液体和固体样品。就有机物分析而言，应用最为广泛，可以分析约20%的有机物。此外，某些无机物通过转化也可以进行分析。不足之处不足之处：不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。被分离组分的定性较为困难。气相色谱分析的基本原理1、色谱分离的本质：分配系数的差异 分配系数是在一定温度下，溶质在互不混容的两相中浓度之比。2、GC主要是利用物质的沸点、极性及吸附物质的差异来实现混合物的分离。如图：样品进样汽化载气色谱柱分离检测器检测器信号记录气相色谱法的分析流程1、气路系统、气路系统 包括气源、气体净化、气体流量控制和测量装置。2、进样系统、进样系统 包括进样器、汽化室和控温装置。3、分离系统、分离系统 包括色谱柱、柱箱和控温装置。4、检测系统、检测系统 包括检测器和控温装置。5、数据采集和处理系统、数据采集和处理系统 包括放大器、色谱工作站或微处理机。其中色谱柱和检测器是关键部件。气相色谱柱的分类色谱柱是由柱管和填充在其中的固定相组成，按照柱管的粗细和固定相的填充方式分为填充柱和毛细管柱。毛细管柱常用玻璃或熔融的石英拉制而成，内径为0.20.5mm，长度30300m，呈螺旋型。填充色谱柱通常用不锈钢或玻璃材料制成，内径为24mm，柱长为13m，做成U型或螺旋型，柱内填充固定相。毛细管柱 填充柱检测器的分类 根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型和质量型检测器。浓度型：检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即 响应值与浓度成正比。质量型：检测的是载气中组分进入检测器中速度变 化，即响应值与单位时间进入检 测器的量 成正比。气相色谱常用检测器1.FID（氢火焰离子化检测器）2.ECD（电子捕获检测器）3.TCD（热导检测器）4.FPD（火焰光度检测器）氢火焰离子化检测器FID原理：待测有机物在火焰中离子化，电离成的正负离子在两极间的静电场的作用下定向运动形成电流。电流的大小在一定范围内于单位时间内进入检测器的待测组分的质量成正比。FID是一种质量型检测器。它对大多数有机物有很高的灵敏度，适用于痕量的有机物分析，是目前应用最广泛的一种检测器。电子捕获检测器ECD原理：载气分子在63Ni辐射源中所产生的粒子的作用下离子化，在电场中形成稳定的基流，当含电负性基团的组分通过时，俘获电子使基流减小而产生电信号。ECD是一种高选择性、高灵敏度的检测器，对含有较强电负性元素的物质，如含有卤素、氧、硫、氮等的化合物有响应，元素的电负性越强，检测器的灵敏度越高。热导检测器TCD原理：气流中样品浓度发生变化，则从热敏元件上所带走的热量也就不同，从而改变热敏元件的电阻值，电阻发生变化，整个线路就立即有信号输出。TCD几乎对所有可挥发的有机和无机物质均能响应。但灵敏度较低，被测样品的浓度不得低于万分之一。火焰光度检测器FPD原理：燃烧着的氢焰中，当有样品进入时，则氢焰的谱线和发光强度均发生变化，然后由光电倍增管将光度变化转变为电信号。FPD对含磷、硫化合物有很高的选择性，适当选择光电倍增管前的滤光片将有助于提高选择性，排除干扰。气相色谱常用定量方法1、归一化法2、内标法3、外标法1、归一化法 当试样中所以组分在检测器上都有响应信号，并在色谱图上都能出现色谱峰，可用此法计算各待测组分的含量。wi=其中各组分的质量分别为m1，m2，mn，各组分含量的总和m为100%，其中组分i的质量分数为wi。2、内标法所谓内标法是将一定量的纯物质作为内标物，加入到准确称取的试样中，根据被测物和内标物的质量及其在色谱图上相应的峰面积比，求出某组分的含量。wi=3、外标法 所谓外标法就是应用待测组分的纯物质来制作标准曲线。然后在相同的色谱操作条件下，分析待测试样，从色谱图上测出试样的峰面积或峰高，根据标准曲线测出待测组分的含量。外标法是最常用的定量方法。操作简单，不需要测定校正因子。结果的准确性取决于进样的重现性和色谱操作条件的稳定性。固体吸附剂1、活性炭 属于非极性吸附剂，吸附非极性和弱极性的有机气体和蒸气，吸附容量大，吸附力强，水的影响小。适用于采集有机气体和蒸气的混合物。2、硅胶 是一种极性吸附剂，对极性物质有着强烈的吸附作用，可以吸附相当大量的水，以致降低甚至失去它的吸附性能。所以硅胶管只适宜在较干燥的环境中采样，采样时间不宜过长。根据采样后处理方法不同，固体吸附剂管可分为溶剂解吸型和热解吸型。如下图 固体吸附剂采样管的规格类型管长，mm内径，mm外径，mm固体吸附剂量，mg活性炭管硅胶管前段后段前段后段溶剂解吸型70803.54.05.56.010050200100热解吸型1203.54.06.0+0.1100200气相色谱仪的维护与保养1、每次新安装了色谱柱后，都要在进样前进行老化。2、新购买的色谱柱一定要在分析样品前先测试柱性能是否合格。3、暂时不用的色谱柱从仪器上卸下后，柱两端应当用一块硅橡胶堵上，放在相应的柱包装盒中，以免柱头被污染。4、每次关机前都应将进样口和检测器的稳定降到100以下，然后再关电源和载气。5、开机的时候要保证先开气后开机的原则，关机的时候要保 证先关机后关气的原则。6、载气要求化学惰性，不与有关物质反应，气体纯度要求 99.99%以上。气相色谱的应用主要广泛应用在卫生防疫，食品卫生，环境检测，质量监督，石油化工，精细化工，农药，制药，电力，白酒，矿山等行业及科研机关和大专院校。气相色谱的应用在石油化学工业中大部分的原料和产品都可采用气相色谱法来分析；在电力部门中可用来检查变压器的潜伏性故障；在环境保护工作中可用来监测城市大气和水的质量；在农业上可用来监测农作物中残留的农药；在商业部门可和来检验及鉴定食品质量的好坏；在医学上可用来研究人体新陈代谢、生理机能；在临床上用于鉴别药物中毒或疾病类型；在宇宙舴中可用来自动监测飞船密封仓内的气体等等。有机合成领域内的成份研究和生产控制；尖端科学上军事检测控制和研究。