氣相色譜法分析與應(yīng)用.ppt

氣相色譜法分析 主要內(nèi)容 色譜分析概述 氣相色譜原理 氣相色譜構(gòu)造 GC應(yīng)用 2 一 色譜分析概述 起源 色譜分析法是一種分離技術(shù) 它是由俄國(guó)物理學(xué)家茨維特 Tswett 在1906年創(chuàng)立的 他在研究植物葉中的色素時(shí) 先用石油醚浸提植物中的色素 然后將浸提液注入到一根填充CaCO3的直立玻璃管的頂端 圖a 再加入純石油醚進(jìn)行淋洗 淋洗結(jié)果使玻璃管內(nèi)植物色素被分離成具有不同顏色的譜帶 圖b 他把這種分離方法稱為色譜法 玻璃管稱為色譜柱 管內(nèi)填充物 CaCO3 是固定不動(dòng)的 稱為固定相 淋洗劑 石油醚 是攜帶混合物流過(guò)固定相的流體 稱為流動(dòng)相 3 2 原理混合物中各組分在兩相間進(jìn)行分配 其中一相是不動(dòng)的 固定相 另一相 流動(dòng)相 攜帶混合物流過(guò)此固定相 與固定相發(fā)生作用 在同一推動(dòng)力下 不同組分在固定相中滯留的時(shí)間不同 依次從固定相中流出 又稱色層法 層析法 4 超臨界流體色譜 SFC 氣相色譜 GC 氣固色譜 GSC 氣液色譜 GLC 液相色譜 LC 液固色譜 LSC 液液色譜 LLC 按兩相物理狀態(tài)分 3 色譜法分類 二 氣相色譜介紹 2 1定義 氣相色譜 gaschromatography簡(jiǎn)稱GC 定義 以氣體為流動(dòng)相的色譜法 6 1941 Britishscientists A J P MartinandR L M Synge Biochem J 1941 35 1358 Liquid liquidpartitionchromatography Atheoreticalframeworkforthebasicchromatographicprocess Apredication agasmightbeusedinsteadofaliquidinchromatography 1952 A T JamesandA J P MartinGas liquidchromatography Biochem J 1952 50 679 volatilefattyacids 2 2原理 GC主要是利用物質(zhì)的沸點(diǎn) 極性及吸附性質(zhì)的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)混合物的分離 其過(guò)程如下圖所示 待分析樣品在汽化室汽化后被惰性氣體 即載氣 也叫流動(dòng)相 帶入色譜柱 柱內(nèi)含有液體或固體固定相 由于樣品中各組分的沸點(diǎn) 極性或吸附性能不同 每種組分都傾向于在流動(dòng)相和固定相之間形成分配或吸附平衡 在載氣中濃度大的組分先流出色譜柱 而在固定相中分配濃度大的組分后流出 組分流出色譜柱后 立即進(jìn)入檢測(cè)器 檢測(cè)器能夠?qū)悠方M分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào) 而電信號(hào)的大小與被測(cè)組分的量或濃度成正比 當(dāng)將這些信號(hào)放大并記錄下來(lái)時(shí) 就是氣相色譜圖 8 色譜圖 Chromatogram 正常峰形是對(duì)稱的正態(tài)分布曲線 2 3GC分類 1 按固定相分類氣 固 GSC 氣 液 GLC 2 按分離機(jī)理分類吸附色譜法分配色譜法 3 按柱類型分類 填充柱毛細(xì)管柱 2 6mm L2 4m 0 1 0 5mm L10 100m 2 3 1氣 液色譜原理 各溶質(zhì)在氣相 流動(dòng)相 和液相 固定相 間分配系數(shù)不同達(dá)到分離固定相 涂漬在惰性多孔固體基質(zhì) 載體或擔(dān)體 上的液體物質(zhì) 常稱固定液 11 常用的固定液 聚甲基硅氧烷 非極性 聚乙二醇 強(qiáng)極性 含5 或20 苯基的聚甲基硅氧烷 非極性 中等極性 含氰基和苯基的聚甲基硅氧烷 中極性 50 三氟丙基聚硅氧烷 高極性 基質(zhì) 常用無(wú)機(jī)載體 硅藻土 玻璃粉末或微球 金屬粉末或微球 金屬化合物常用有機(jī)載體 聚四氟乙烯 聚乙烯 聚乙烯丙烯酸酯 12 2 3 2氣 固色譜原理 氣 固色譜的固定相是固體吸附劑 分離是基于樣品分子在固定相表面的吸附能力的差異而實(shí)現(xiàn)的 固體吸附劑 碳質(zhì)吸附劑 活性炭 石墨化碳黑 碳分子篩 氧化鋁 硅膠 無(wú)機(jī)分子篩和高分子小球 應(yīng)用 氣 固色譜不如氣 液色譜應(yīng)用廣泛 主要用于永久性氣體和低沸點(diǎn)烴類的分析 在石油化工領(lǐng)域應(yīng)用很普遍 13 2 4氣相色譜儀的基本部件氣相色譜儀由五大系統(tǒng)組成 氣路系統(tǒng) 進(jìn)樣系統(tǒng) 分離系統(tǒng) 控溫系統(tǒng)以及檢測(cè)和記錄系統(tǒng) 14 2 4 1氣路系統(tǒng)氣路系統(tǒng)是指流動(dòng)相 載氣連續(xù)運(yùn)行的密閉系統(tǒng) 它包括氣源鋼瓶 凈化器 氣體流速控制和測(cè)量裝置 通過(guò)該系統(tǒng) 可以獲得純凈的 流速穩(wěn)定的載氣 常用的載氣 氮?dú)?氫氣 氦氣及氬氣 載氣的凈化 經(jīng)過(guò)裝有活性炭 分子篩或硅膠的凈化器 以除去載氣中的水 氧 油等不利的雜質(zhì) 15 2 4 2進(jìn)樣系統(tǒng)組成 進(jìn)樣系統(tǒng)包括進(jìn)樣裝置和汽化室兩部分 作用 是將液體或固體試樣 在進(jìn)入色譜柱之前瞬間氣化 然后快速定量地轉(zhuǎn)入到色譜柱中 注意事項(xiàng) 進(jìn)樣的多少 進(jìn)樣時(shí)間的長(zhǎng)短 試樣的氣化速度等會(huì)影響色譜的分離效果和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性 16 進(jìn)樣器液體樣品的進(jìn)樣一般采用微量注射器 氣體樣品的進(jìn)樣常用色譜儀本身配置的推拉式六通閥或旋轉(zhuǎn)式六通閥定量進(jìn)樣 也可采用氣密性針進(jìn)樣 手動(dòng)進(jìn)樣 17 18 Agilent7890GC分流 無(wú)分流進(jìn)樣口 載氣 注射器針頭 襯管 色譜柱 分流出口 進(jìn)樣口外壁 進(jìn)樣方式與進(jìn)樣過(guò)程 Agilent7890GC分流 無(wú)分流進(jìn)樣口 1 進(jìn)樣 載氣 樣品分子 溶劑分子 分流出口 總流量 色譜柱 隔墊 吹掃出口 放空閥 隔墊 吹掃出口 2 樣品氣化 進(jìn)樣方式與進(jìn)樣過(guò)程 進(jìn)樣方式與進(jìn)樣過(guò)程 Agilent7890GC分流 無(wú)分流進(jìn)樣口 隔墊 吹掃出口 放空閥 為了保證分流比的概念真實(shí)有效 樣品 溶劑 被分析物 必須與載氣充分混合 形成一個(gè)均勻的混合物 這一混合物的一小部分將會(huì)從進(jìn)樣口的底部進(jìn)入色譜柱 而大部分的混合物則會(huì)從分流出口流出 3 樣品與載氣的混合 如果進(jìn)樣量過(guò)大 溶劑會(huì)膨脹為很大的體積 致使進(jìn)樣口襯管過(guò)載 其結(jié)果必將導(dǎo)致樣品從吹掃出口流出而造成樣品損失 同時(shí)也會(huì)造成載氣輸入管路的污染 分流出口 總流量 色譜柱 放空閥 隔墊 吹掃出口 4 襯管過(guò)載 2 4 3分離系統(tǒng) 分離系統(tǒng)是指把混合樣品中各組分分離的裝置 它由色譜柱組成 色譜柱的分類 1 填充柱 由不銹鋼 玻璃和聚四氟乙烯等材料制成 常用的為不銹鋼柱 柱管內(nèi)徑為2 6mm 柱長(zhǎng)1 5m 柱形有U型和螺旋型二種 2 毛細(xì)管柱又叫空心柱 分為涂壁 多孔層和涂載體空心柱 空心毛細(xì)管柱材質(zhì)為玻璃或石英 內(nèi)徑一般為0 2 0 5mm 長(zhǎng)度30 300m 呈螺旋型 在目前檢測(cè)中應(yīng)用最廣的也是毛細(xì)管柱 21 氣相色譜柱 填料 管 填充柱 PackedColumn 融熔石英 固定液 毛細(xì)管柱 CapillaryColumn 內(nèi)徑 I D 2 4毫米長(zhǎng)度0 5 5米 2米最常用 填料涂覆有0 5 25 固定液的擔(dān)體固定液理論塔板數(shù)一般都很小 內(nèi)徑 I D 0 1 0 25 0 32 0 53毫米長(zhǎng)度5 100m 30m最常用 材質(zhì)融熔石英固定液理論塔板數(shù)一般都較大 氣相色譜柱 多孔層開口柱 PLOT 多孔高分子小球 氧化鋁等 管壁涂漬開口柱 WCOT 或化學(xué)鍵合 填充柱 毛細(xì)管柱 硅藻土 擔(dān)體 固定液 不銹鋼或玻璃 融熔石英或不銹鋼 固定液 與填充柱相比 毛細(xì)管柱的特點(diǎn)有 分離效能高 分析速度快 樣品用量少 24 2 4 4溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)是指對(duì)氣相色譜的汽化室 色譜柱和檢測(cè)器進(jìn)行溫度控制的裝置 由于汽化室 色譜柱和檢測(cè)器要求的適合溫度各有不同 所以要求配有三種不同的溫控裝置 以便設(shè)定控制和測(cè)定各處的溫度 為滿足分析要求 除可以恒溫外 還可采用程序升溫 一般情況下 汽化室的溫度比柱溫高 以保證試樣能瞬間汽化而不分解 而檢測(cè)器溫度是三者之間最高的 以防止樣品在檢測(cè)室冷凝 25 2 4 5檢測(cè)和記錄系統(tǒng)檢測(cè)記錄系統(tǒng)是指從色譜柱流出的各個(gè)組分 經(jīng)過(guò)檢測(cè)器把濃度 或質(zhì)量 信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 并經(jīng)放大器放大后由記錄儀顯示出最終獲得分析結(jié)果的裝置 它包括檢測(cè)器 放大器和記錄儀 26 檢測(cè)器分類 據(jù)檢測(cè)原理的不同可分為濃度型檢測(cè)器和質(zhì)量型檢測(cè)器兩大類 濃度型檢測(cè)器常用 熱導(dǎo)池檢測(cè)器 TCD 電子捕獲檢測(cè)器 ECD 質(zhì)量型檢測(cè)器常見(jiàn) 氫火焰離子化檢測(cè)器 FID 火焰光度檢測(cè)器 FPD 27 Detectors 檢測(cè)器 最小可檢量是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定的 會(huì)隨著分析的化合物不同而變化 檢測(cè)器靈敏度比較 MSD FPD S NPD P NPD N ECD FID TCD AED 10 3mg100 Sensitivity SIM SCAN 10 6ug0 1 10 9ng1ppm 10 12pg1ppb 10 15fg1ppt 29 氫火焰離子化檢測(cè)器 FID 屬于選擇性檢測(cè)器 只對(duì)碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生信號(hào) 特點(diǎn) 1 死體積小 2 靈敏度高 比TCD高100 1000倍 3 穩(wěn)定性好 4 響應(yīng)快 5 線性范圍寬 6 適合于痕量有機(jī)物的分析 30 三 藥物中殘留有機(jī)溶劑種類及限度 定義 殘留溶劑是指在原料或輔料的生產(chǎn)中 以及在溶劑制備過(guò)程中使用或產(chǎn)生而又未能完全去除的有機(jī)溶劑 服用后對(duì)人體有毒性和致癌作用 近年來(lái)日益引起各方面的重視 在新藥研究中要求越來(lái)越嚴(yán)格 31 種類 按照毒性大小和對(duì)環(huán)境的危害程度 根據(jù)國(guó)際協(xié)調(diào)大會(huì) ICH 指導(dǎo)原則 中國(guó)藥典 2015版 將溶劑分成四類 第一類溶劑是指已知可以致癌并被強(qiáng)烈懷疑對(duì)人和環(huán)境有害的溶劑 殘留量必須控制在規(guī)定的范圍內(nèi) 如 苯 2ppm 四氯化碳 4ppm 1 2 二氯乙烷 5ppm 1 1 二乙烷 8ppm 1 1 1 三氯乙烷 1500ppm 等 32 第二類溶劑是指無(wú)基因毒性但有動(dòng)物致癌性的溶劑 按每日用藥10克計(jì)算的每日允許接觸量如下 正己烷 290ppm 乙腈 410ppm 二氯甲烷 600ppm N N 二甲基乙酰胺 1090ppm 甲醇 3000ppm 等 第三類溶劑是指對(duì)人體低毒的溶劑 這類溶劑包括 二甲亞砜 異丙基苯 乙酸乙酯 甲酸乙酯等 注意 在無(wú)需論證的情況下 殘留溶劑的量不高于0 5 是可接受的 但高于此值則須證明其合理性 33 第四類溶劑是指目前尚無(wú)足夠毒理學(xué)資料 但藥品生產(chǎn)企業(yè)在使用中應(yīng)提供該類溶劑在制劑中殘留水平的合理性論證報(bào)告 這類溶劑包括 石油醚 異辛烷 異丙醚 三氯醋酸等 氣相色譜法是中國(guó)藥典對(duì)有機(jī)殘留溶劑測(cè)定的法定檢測(cè)方法 也是檢測(cè)有機(jī)溶劑的最常用 最適用的方法之一 34 氣相色譜分析在制藥行業(yè)的應(yīng)用 1 氣相色譜法