氣相色譜課件

2020 4 23 1 第五章氣相色譜法 2020 4 23 2 2020 4 23 3 5 1概述5 2氣相色譜的固定相及其選擇原則5 3氣相色譜儀5 4氣相色譜基本理論及分離條件的選擇5 5氣相色譜分析方法 2020 4 23 4 現(xiàn)有三種混合組分要分離 色譜柱 5 1概述 2020 4 23 5 現(xiàn)有三種混合組分要分離 11 1概述 2020 4 23 6 11 1概述 2020 4 23 7 11 1概述 2020 4 23 8 三種組分在色譜柱中完全達(dá)到分離 11 1概述 2020 4 23 9 時(shí)間 信號(hào) O 11 1概述 2020 4 23 10 時(shí)間 信號(hào) O 11 1概述 2020 4 23 11 時(shí)間 信號(hào) O 11 1概述 2020 4 23 12 一 色譜法的發(fā)展1906年 茨維特利用不同色素在活性碳酸鈣與石油醚的共同作用之下在玻璃柱中呈現(xiàn)出不同的運(yùn)行速度 能使其達(dá)到彼此分離 2020 4 23 13 茨維特在他的原始論文中 該分離方法叫做色譜法 在柱中出現(xiàn)的有顏色的色帶叫做色譜圖 填充CaCO3的玻璃柱管叫做色譜柱 具有大表面積的CaCO3固體顆粒稱為固定相 推動(dòng)被分離的組分 色素 流過(guò)固定相的惰性流體 上述實(shí)驗(yàn)用的是石油醚 稱為流動(dòng)相 2020 4 23 14 色譜法是一種分離技術(shù) 試樣混合物的分離過(guò)程也就是試樣中各組分在色譜柱中的兩相間不斷進(jìn)行著的分配過(guò)程 2020 4 23 15 問(wèn)題 不同組分在色譜柱中為什么呈現(xiàn)不同的運(yùn)行速度 因?yàn)楣潭ㄏ鄬?duì)不同組分有不同的吸附力 溶解能力 吸附力強(qiáng)的組分 運(yùn)行速度慢 運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng) 吸附力弱的組分 運(yùn)行速度快 運(yùn)行時(shí)間短 2020 4 23 16 問(wèn)題 不同組分在色譜柱中為什么呈現(xiàn)不同的運(yùn)行速度 若固定相呈液體狀態(tài) 則不同組分呈現(xiàn)不同運(yùn)行速度則是因?yàn)楣潭ㄒ簩?duì)不同組分有不同的溶解能力 溶解性強(qiáng)的組分 在色譜柱中運(yùn)行速度慢 運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng) 溶解性弱的組分 在色譜柱中運(yùn)行速度快 運(yùn)行時(shí)間短 2020 4 23 17 色譜法的定義色譜法又稱色層法或?qū)游龇?是一種物理化學(xué)分析方法 它利用不同溶質(zhì) 樣品 與固定相和流動(dòng)相之間的作用力 分配 吸附 離子交換等 的差別 當(dāng)兩相做相對(duì)移動(dòng)時(shí) 各溶質(zhì)在兩相間進(jìn)行多次 平衡 分配 使各溶質(zhì)達(dá)到相互分離 2020 4 23 18 二 色譜法的分類 1 按固定相和流動(dòng)相所處的狀態(tài)分類 2020 4 23 19 2 按分離過(guò)程的機(jī)理分類 2020 4 23 20 3 按固定相的使用形式分類 2020 4 23 21 1 基線在沒(méi)有組分進(jìn)入檢測(cè)器時(shí) 在當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件下 反映檢測(cè)器系統(tǒng)噪音隨時(shí)間變化的線 稱基線 如圖Ot 所視的直線 O t 三 色譜圖和有關(guān)術(shù)語(yǔ) 2020 4 23 22 1 死時(shí)間 tM 不與固定相作用的組分 如空氣 從進(jìn)樣到出峰最大值所需時(shí)間 即流動(dòng)相流經(jīng)色譜柱的平均時(shí)間 2 保留值 2020 4 23 23 2 保留時(shí)間 tR 組分從進(jìn)樣到柱后出現(xiàn)濃度極大值時(shí)所需的時(shí)間 即組分譜帶通過(guò)色譜柱的平均時(shí)間 tR tR 2020 4 23 24 3 調(diào)整保留時(shí)間 tR tR tR tM 表示扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間 即組分在固定相上的平均滯留時(shí)間 可用時(shí)間單位 如min或s 或長(zhǎng)度 cm 表示 tR tR 2020 4 23 25 4 死體積 VM 即不被固定相滯留的組分從進(jìn)樣到最大峰所需的流動(dòng)相體積 VM tM Fc 5 保留體積 VR VR tR Fc 即組分從進(jìn)樣到最大峰所需的流動(dòng)相體積 Fc為流動(dòng)相的體積流速 單位 mL min 2020 4 23 26 6 調(diào)整保留體積 VR 表示扣除死體積后的保留體積VR VR VM tR Fc 2020 4 23 27 7 相對(duì)保留值r21在相同操作條件下 組分2與參比組分1調(diào)整保留值之比 當(dāng)r21 1時(shí) 說(shuō)明組分1與組分2無(wú)法分離 2020 4 23 28 7 相對(duì)保留值r21 相對(duì)保留值只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān) 與其他色譜操作條件無(wú)關(guān) 它表示了固定相對(duì)這兩種組分的選擇性 也稱為選擇性系數(shù) 2020 4 23 29 1 峰寬用來(lái)衡量色譜峰寬度的參數(shù) 有三種表示方法 半峰寬 W1 2 色譜峰高一半處的寬度W1 2 2 354 峰底寬 Wb Wb 4 標(biāo)準(zhǔn)偏差 即0 607倍峰高處色譜峰寬度的一半 3 區(qū)域?qū)挾?2020 4 23 30 峰高與峰面積 其大小與各組分在樣品中的含量有關(guān) 是氣相色譜法定量的基礎(chǔ) 色譜峰 前伸峰 拖尾峰 分叉峰 饅頭峰 2020 4 23 31 從色譜圖中 可得到許多信息 1色譜峰的個(gè)數(shù) 可判斷所含組分的最少個(gè)數(shù) 2根據(jù)色譜峰的保留值 可以進(jìn)行定性分析 3根據(jù)色譜峰的面積或峰高 可以進(jìn)行定量分析 4色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾?評(píng)價(jià)柱效依據(jù) 5色譜峰兩峰間的距離 2020 4 23 32 四 色譜法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1 分離效率高 復(fù)雜混合物 有機(jī)同系物 異構(gòu)體 手性異構(gòu)體 2 靈敏度高 可以檢測(cè)出 g g 1 10 6 級(jí)甚至ng g 1 10 9 級(jí)的物質(zhì)量 3 分析速度快 一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個(gè)試樣的分析 4 應(yīng)用范圍廣 適用于沸點(diǎn)低于400 的各種有機(jī)或無(wú)機(jī)試樣及生物活性物質(zhì)的分析 2020 4 23 33 缺點(diǎn) 1 對(duì)于沸點(diǎn)高于450 的難揮發(fā)物質(zhì)或?qū)岵环€(wěn)定的物質(zhì) 不能用氣相色譜法測(cè)定 2 運(yùn)用氣相色譜法進(jìn)行未知物定性時(shí) 必須有待測(cè)組分的純品或相應(yīng)的色譜定性數(shù)據(jù) 否則難于從色譜峰得出定性結(jié)果 近年來(lái)通過(guò)化學(xué)反應(yīng) 熱降解等途徑將一些難揮發(fā)物質(zhì)適當(dāng)轉(zhuǎn)化為能進(jìn)行氣相色譜分析的物質(zhì) 通過(guò)運(yùn)用色譜 質(zhì)譜 GC MS 色譜 紅外光譜 GC IR 的聯(lián)用技術(shù) 增強(qiáng)了氣相色譜的定性能力 因此氣相色譜的應(yīng)用范圍正在逐漸擴(kuò)大 2020 4 23 34 第二節(jié)氣相色譜儀 2020 4 23 35 構(gòu)造載氣系統(tǒng) 進(jìn)樣系統(tǒng) 分離系統(tǒng) 檢測(cè)系統(tǒng) 溫度控制系統(tǒng) 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 載氣系統(tǒng) 進(jìn)樣系統(tǒng) 分離系統(tǒng) 檢測(cè)系統(tǒng) 記錄系統(tǒng) 2020 4 23 36 5 2 1載氣系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的密閉管路系統(tǒng)包括氣源 凈化干燥管和載氣流速控制要求載氣純凈 密封性好 流速穩(wěn)定 流速測(cè)量準(zhǔn)確常用載氣 氮?dú)?氫氣 氦氣 氬氣 2020 4 23 37 5 2 1載氣系統(tǒng)的主要部件 一 氣源 氣體鋼瓶和減壓閥 二 氣體凈化裝置凈化管 除去水分和雜質(zhì) 三 閥件系統(tǒng)穩(wěn)壓閥 穩(wěn)定載氣或燃?xì)鈮毫︶樞伍y 調(diào)節(jié)載氣流量 也可控制燃?xì)夂涂諝饬髁糠€(wěn)流閥 自動(dòng)控制載氣的穩(wěn)定流速管路連接 多用不銹鋼管 有時(shí)也用尼龍管或聚四氟乙烯管 檢漏 皂膜檢漏法堵氣觀察法載氣流量的測(cè)定 轉(zhuǎn)子流量計(jì)和皂沫流量計(jì) 2020 4 23 38 5 2 2進(jìn)樣系統(tǒng)將試樣通過(guò)注射器或進(jìn)樣閥瞬間壓入色譜柱中 通過(guò)氣化室產(chǎn)生的高溫 使樣品在極短的時(shí)間內(nèi)變成氣體 再由載氣帶入色譜柱中進(jìn)行分離 進(jìn)樣裝置 進(jìn)樣器 氣化室 氣體進(jìn)樣器 六通閥 推拉式和旋轉(zhuǎn)式兩種 試樣首先充滿定量管 切入后 載氣攜帶定量管中的試樣氣體進(jìn)入分離柱 2020 4 23 39 液體進(jìn)樣器 不同規(guī)格的專用注射器 填充柱色譜常用10 L 毛細(xì)管色譜常用1 L 新型儀器帶有全自動(dòng)液體進(jìn)樣器 清洗 潤(rùn)洗 取樣 進(jìn)樣 換樣等過(guò)程自動(dòng)完成 一次可放置數(shù)十個(gè)試樣 2020 4 23 40 分流進(jìn)樣器 使用毛細(xì)管柱時(shí) 柱內(nèi)固定相少 為防止超載 要使用分流進(jìn)樣器 分流比 在分析進(jìn)樣時(shí) 進(jìn)入毛細(xì)管柱內(nèi)的載氣流量與放空的載氣流量之比 范圍一般為1 10 1 100正確選擇液體樣品的氣化溫度十分重要 尤其對(duì)高沸點(diǎn)的和易分解的樣品 要求在氣化溫度下 樣品能瞬間氣化而不分解 2020 4 23 41 5 2 2 1氣化室作用 將液體樣品瞬間氣化為蒸氣 要求 氣化室熱容量大 溫度足夠高 體積盡量小 無(wú)死角 以防止樣品擴(kuò)散減小死體積 提高柱效 氣化室內(nèi)不銹鋼套管中插入石英玻璃襯管能起到保護(hù)色譜柱的作用 實(shí)際工作中應(yīng)保持襯管干凈 及時(shí)清洗 隔墊及時(shí)更換 2020 4 23 42 5 2 3分離系統(tǒng)由柱箱和色譜柱組成 其中 色譜柱是核心 主要作用是將多組分樣品分離為單一組分的樣品柱箱 柱箱的尺寸 一般不超過(guò)15dm3柱箱的操作溫度范圍 一般在90 450攝式度色譜柱的類型 填充柱 柱內(nèi)均勻 緊密填充固定相顆粒和色譜柱 柱長(zhǎng)1 5m內(nèi)徑一般為2 4mm 柱材料為不銹鋼和玻璃 毛細(xì)管柱 又稱空心柱 其分離效率比填充柱高 內(nèi)壁直接涂固定液 柱材料大多用熔融石英 柱長(zhǎng)為25 100m內(nèi)徑0 1 0 5mm 2020 4 23 43 5 2 3分離系統(tǒng) 色譜柱 色譜儀的核心部件 有填充色譜柱和毛細(xì)管色譜柱 柱材質(zhì) 不銹鋼管或玻璃管 內(nèi)徑3 6毫米 長(zhǎng)度可根據(jù)需要確定 填充柱柱填料 粒度為60 80或80 100目的色譜固定相 氣 固色譜 固體吸附劑 氣 液色譜 擔(dān)體 固定液柱制備對(duì)柱效有較大影響 填料裝填太緊 柱前壓力大 流速慢或?qū)⒅滤?反之空隙體積大 柱效低 2020 4 23 44 1 常用吸附劑型固定相 2020 4 23 45 2 常用擔(dān)體 固定液型固定相中 常用擔(dān)體有 1 紅色擔(dān)體 101型擔(dān)體 特點(diǎn)是 表面空隙小 比表面積大 機(jī)械強(qiáng)度高 擔(dān)液能力強(qiáng) 表面有吸附中心 2 白色擔(dān)體 6201型擔(dān)體 特點(diǎn)是 表面空隙較大 比表面積較小 機(jī)械強(qiáng)度較差 擔(dān)液能力中 表面無(wú)吸附中心 3 非硅藻土型擔(dān)體 聚合氟塑料擔(dān)體 玻璃微球擔(dān)體 高分子微球擔(dān)體等 特點(diǎn)是 表面空隙適中 比表面積適中 機(jī)械強(qiáng)度較強(qiáng) 耐高溫 耐強(qiáng)腐蝕 價(jià)格偏高 2020 4 23 46 3 固定液的選擇 一般按 相似相溶 原則來(lái)選擇 應(yīng)用時(shí)按實(shí)際情況而定 i 分離非極性物質(zhì) 一般選用非極性固定液 試樣中各組分按沸點(diǎn)次序流出 沸點(diǎn)低的先流出 沸點(diǎn)高的后流出 ii 分離極性物質(zhì) 選用極性固定液 試樣中各組分按極性次序分離 極性小的先流出 極性大的后流出 iii 分離非極性和極性混合物 一般選用極性固定液 這時(shí)非極性組分先流出 極性組分后流出 vi 分離能形成氫鍵的試樣 一般選用極性或氫鍵型固定液 試樣中各組分按與固定液分子間形成氫鍵能力大小先后流出 不易形成氫鍵的先流出 最易形成氫鍵的最后流出 v 復(fù)雜的難分離物質(zhì) 可選用兩種或兩種以上混合固定液 2020 4 23 47 4 色譜柱的維護(hù) 新裝色譜柱在使用前必須進(jìn)行老化 新買的色譜柱需測(cè)試柱的性能是否合格 色譜柱暫時(shí)不用時(shí) 卸下保管 關(guān)機(jī)前 應(yīng)將柱箱溫度降到50度以下 對(duì)于毛細(xì)管柱 柱效大幅度下降 表明固定液流失太多 也可能是高沸點(diǎn)極性化合物吸附太多 需加以處理 2020 4 23 48 5 2 4檢測(cè)系統(tǒng) 色譜儀的眼睛 通常由檢測(cè)元件 放大器 顯示記錄三部分組成 被色譜柱分離后的組分依次進(jìn)入檢測(cè)器 按其濃度或質(zhì)量隨時(shí)間的變化 轉(zhuǎn)化成相應(yīng)電信號(hào) 經(jīng)放大后記錄和顯示 給出色譜圖 2020 4 23 49 氣相色譜檢測(cè)器根據(jù)響應(yīng)原理的不同可分為濃度型檢測(cè)器和質(zhì)量型檢測(cè)器兩類 濃度型檢測(cè)器 測(cè)量的是載氣中某組分瞬間濃度的變化 即檢測(cè)器的響應(yīng)值和組分的瞬間濃度成正比 如熱導(dǎo)池檢測(cè)器 TCD 和電子捕獲檢測(cè)器 ECD 質(zhì)量型檢測(cè)器 測(cè)量的是載氣中某組分質(zhì)量比率的變化 即檢測(cè)器的響應(yīng)值和單位時(shí)間進(jìn)入檢測(cè)器的組分質(zhì)量成正比 如氫火焰離子化檢測(cè)器 FID 和火焰光度檢測(cè)器 FPD 2020 4 23 50 通用檢測(cè)器有 1 熱導(dǎo)池檢測(cè)器 測(cè)一般化合物和永久性氣體2 氫火焰離子化檢測(cè)器 測(cè)一般有機(jī)化合物專用檢測(cè)器有 3 電子俘獲檢測(cè)器 測(cè)帶強(qiáng)電負(fù)性原子的有機(jī)化合物4 火焰光度檢測(cè)器 測(cè)含硫 含磷的有機(jī)化合物特殊檢測(cè)器有 FTIR MS 測(cè)化合物結(jié)構(gòu) 2020 4 23 51 一 熱導(dǎo)檢測(cè)器TCD是根據(jù)不同的物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)原理制成的 優(yōu)點(diǎn) 熱導(dǎo)檢測(cè)器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 性能穩(wěn)定 幾乎對(duì)所有物質(zhì)都有響應(yīng) 通用性好 而且線性范圍寬 價(jià)格便宜 因此是應(yīng)用最廣 最成熟的一種檢測(cè)器 缺點(diǎn) 靈敏度較低 2020 4 23 52 二 火焰離子化檢測(cè)器 FID 火焰離子化檢測(cè)器是以氫氣和空氣燃燒的火焰作為能源 利用含碳有機(jī)物在火焰中燃燒產(chǎn)生離子 在外加的電場(chǎng)作用下 使離子形成離子流 根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號(hào)強(qiáng)度 檢測(cè)被色譜柱分離出的組分 2020 4 23 53 二 火焰離子化檢測(cè)器 FID 優(yōu)點(diǎn) 靈敏度很高 比TCD的靈敏度高約103倍 檢出限低 可達(dá)10 12g S 1 火焰離子化檢測(cè)器能檢測(cè)大多數(shù)含碳有機(jī)化合物 死體積小 響應(yīng)速度快 線性范圍可達(dá)106以上 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 操作簡(jiǎn)單 是目前應(yīng)用最廣泛的色譜檢測(cè)器之一 缺點(diǎn) 不能檢測(cè)永久性氣體 水 一氧化碳 二氧化碳 氮的氧化物 硫化氫等物質(zhì) 2020 4 23 54 三 電子捕獲檢測(cè)器 ECD 一種選擇性很強(qiáng)的檢測(cè)器 對(duì)具有電負(fù)性物質(zhì) 如含鹵素 硫 磷 氰等的物質(zhì) 的檢測(cè)有很高靈敏度 檢出限約10 14g cm 3 它是目前分析痕量電負(fù)性有機(jī)物最有效的檢測(cè)器 電子捕獲檢測(cè)器已廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥殘留量 大氣及水質(zhì)污染分析 以及生物化學(xué) 醫(yī)學(xué) 藥物學(xué)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中 它的缺點(diǎn)是線性范圍窄 只有103左右 且響應(yīng)易受操作條件的影響 重現(xiàn)性較差 2020 4 23 55 四 火焰光度檢測(cè)器 FPD 火焰光度檢測(cè)器 又稱硫 磷檢測(cè)器 它是一種對(duì)含磷 硫有機(jī)化合物具有高選擇性和高靈敏度的質(zhì)量型檢測(cè)器 檢出限可達(dá)10 12g S 1 對(duì)P 或10 11g S 1 對(duì)S 這種檢測(cè)器可用于大氣中痕量硫化物以及農(nóng)副產(chǎn)品 水中的毫微克級(jí)有機(jī)磷和有機(jī)硫農(nóng)藥殘留量的測(cè)定 2020 4 23 56 五 檢測(cè)器的性能指標(biāo) 一個(gè)優(yōu)良的檢測(cè)器應(yīng)具以下幾個(gè)性能指標(biāo) 靈敏度高 檢出限低 死體積小 響應(yīng)迅速 線性范圍寬 穩(wěn)定性好 通用性檢測(cè)器要求適用范圍廣 選擇性檢測(cè)器要求選擇性好 2020 4 23 57 1 靈敏度當(dāng)一定濃度或一定質(zhì)量的組分進(jìn)入檢測(cè)器 產(chǎn)生一定的響應(yīng)信號(hào)R 以進(jìn)樣量C 單位 mg cm 3或g s 1 對(duì)響應(yīng)信號(hào) R 作圖得到一條通過(guò)原點(diǎn)的直線 直線的斜率就是檢測(cè)器的靈敏度 S 因此 靈敏度可定義為信號(hào) R 對(duì)進(jìn)人檢測(cè)器的組分量 C 的變化率 R取mV 對(duì)濃度型檢測(cè)器 C取mg cm 3 靈敏度S的單位是mV cm3 mg 1 對(duì)質(zhì)量型檢測(cè)器 c取g s 1 則靈敏度S的單位為mV s g 1 S R Q 2020 4 23 58 在實(shí)際工作中 我們常常從色譜圖上測(cè)量峰的面積來(lái)計(jì)算檢測(cè)器的靈敏度 根據(jù)靈敏度的定義 可得濃度型檢測(cè)器靈敏度計(jì)算公式 式中 Sc 靈敏度 mV cm3 mg 1 Ai 色譜峰面積 cm2 C2 記錄儀靈敏度 mV cm 1 Fc 檢測(cè)器入口處載氣流速 cm3 min 1 wi 進(jìn)入檢測(cè)器的樣品量 mg C1 記錄紙移動(dòng)速度 cm min 1 2020 4 23 59 同樣 對(duì)于氣體樣品 進(jìn)樣量以體積cm3表示時(shí) 則靈敏度Sc的單位為mV cm3 cm 3 mV 質(zhì)量型檢測(cè)器靈敏度計(jì)算公式為 式中 Sm一靈敏度 mV s g 1 wi一進(jìn)入檢測(cè)器的樣品量 g 2020 4 23 60 2 檢出限 敏感度 當(dāng)檢測(cè)器輸出信號(hào)放大時(shí) 電子線路中固有的噪聲同時(shí)也被放大 使基線波動(dòng) 如右圖所示 檢出限定義為 檢測(cè)器恰能產(chǎn)生三倍于噪聲信號(hào)時(shí)的單位時(shí)間 單位 S 引入檢測(cè)器的樣品量 單位 g 或單位體積 單位 cm3 載氣中需含的樣品量 2020 4 23 61 無(wú)論哪種檢測(cè)器 檢出限都與靈敏度成反比 與噪音成正比 檢出限不僅決定于靈敏度 而且受限于噪聲 所以它是衡量檢測(cè)器性能好壞的綜合指標(biāo) 2020 4 23 62 3 最小檢測(cè)量在實(shí)際工作中 檢測(cè)器不可能單獨(dú)使用 它總是與柱 氣化室 記錄器及連接管道等組成一個(gè)色譜體系 最小檢測(cè)量指產(chǎn)生三倍噪聲信號(hào)時(shí) 色譜體系 即色譜儀 所需的進(jìn)樣量 2020 4 23 63 由此看出 最小檢測(cè)量與檢出限是兩個(gè)不同的概念 檢出限只用來(lái)衡量檢測(cè)器的性能 而最小檢測(cè)量不僅與檢測(cè)器性能有關(guān) 還與色譜柱效及操作條件有關(guān) 2020 4 23 64 4 線性范圍檢測(cè)器的線性范圍定義為進(jìn)樣量和響應(yīng)信號(hào)成直線關(guān)系的范圍 以最大和最小進(jìn)樣量之比來(lái)表示P150表 2020 4 23 65 5 響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間是指被測(cè)組分從進(jìn)入檢測(cè)器開始到產(chǎn)生信號(hào)傳遞到記錄儀上所需要的時(shí)間長(zhǎng)短 檢測(cè)器的死體積小 電路系統(tǒng)的滯后現(xiàn)象小 響應(yīng)速度就快 一般都小于1s 2020 4 23 66 5 2 5溫度控制系統(tǒng) 溫度是色譜分離條件的重要選擇參數(shù) 氣化室 柱室 檢測(cè)器三部分在色譜儀操作時(shí)均需控制溫度 氣化室 保證液體試樣瞬間氣化 檢測(cè)器 保證被分離后的組分通過(guò)時(shí)不在此冷凝 柱室 準(zhǔn)確控制分離需要的溫度 當(dāng)試樣復(fù)雜時(shí) 柱室溫度需要按一定程序控制溫度變化 各組分在最佳溫度下分離 2020 4 23 67 5 2 6記錄器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 一 記錄器記錄器又稱記錄儀 通常用自動(dòng)電子電位差計(jì) 它如實(shí)記錄氣相色譜檢測(cè)器輸出的信號(hào) 注意 1 選擇正確的量程 2 記錄誤差和不靈敏區(qū) 記錄誤差應(yīng)小于滿量程的 0 5 最大不超過(guò) 1 記錄不靈敏區(qū) 應(yīng)小于滿量程的0 2 最大不超過(guò)0 3 否則 記錄誤差大 靈敏度低 3 噪聲和飄移 記錄器本身的噪聲應(yīng)小于滿量程的0 2 飄移應(yīng)小于每小時(shí)滿量程的1 4 線形 在一量程內(nèi)和多量程之間均要有良好的線性關(guān)系 否則 將嚴(yán)重影響到定量結(jié)果的準(zhǔn)確度 2020 4 23 68 5 響應(yīng)速度 又稱全行程時(shí)間 對(duì)填充柱而言 選用1s和2 5s均可 但對(duì)毛細(xì)管柱 應(yīng)選滿量程時(shí)間小于0 5s的記錄器 否則記錄筆不能跟蹤快速變化的色譜峰 將造成峰型失真 6 零點(diǎn)位置 有的記錄器零點(diǎn)位置在量程的一端 若將基線調(diào)在記錄器的零點(diǎn)上 基線稍向負(fù)方向飄移 信號(hào)就超出記錄器的量程 調(diào)零點(diǎn)時(shí) 應(yīng)選用零點(diǎn)距標(biāo)尺一端有一定距離的記錄器 2020 4 23 69 二 色譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通常是指數(shù)字積分儀 色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)和色譜工作站 檢測(cè)器的輸出接該系統(tǒng)后 可得到峰面積等數(shù)據(jù) 或還可進(jìn)行定性 定量計(jì)算 打印分析結(jié)果 現(xiàn)在的色譜工作站還可控制儀器 需要注意的是 如果GC系統(tǒng)穩(wěn)定 噪聲 飄移小 色譜峰基本上完全分離 用儀器的初始值基本就可以得到由于手工的結(jié)果 如果基線噪聲 飄移及色譜峰不理想 各參數(shù)設(shè)置不當(dāng) 那么數(shù)據(jù)處理裝置打出的結(jié)果還不如手工準(zhǔn)確和精密 2020 4 23 70 三 色譜工作站處理機(jī)是僅作為色譜數(shù)據(jù)處理用 無(wú)其他功能 工作站除數(shù)據(jù)處理外 還可用于如汽化室 柱和檢測(cè)器的溫度 各種氣體的流量和壓力控制 2020 4 23 71 一 分離原理1 g s色譜 氣 固 2 g l色譜 氣 液 試樣A B載氣 試樣A B載氣 A組分與吸附劑 固定相 的作用弱 A組分不易溶于固定液 第三節(jié)氣相色譜的基本理論與操作條件選擇 2020 4 23 72 分離的先決條件 各組分的K不同影響因素 K只與固定相和溫度有關(guān) 與兩相體積 柱管特性和所用儀器無(wú)關(guān) 3 分配系數(shù)K 分配過(guò)程 組分在流動(dòng)相和固定相之間發(fā)生吸附 脫附和溶解 揮發(fā)的過(guò)程 分配系數(shù) 2020 4 23 73 分配系數(shù)K的討論 一定溫度下 組分的分配系數(shù)K越大 出峰越慢 試樣一定時(shí) K主要取決于固定相性質(zhì) 每個(gè)組份在各種固定相上的分配系數(shù)K不同 選擇適宜的固定相可改善分離效果 試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎(chǔ) 某組分的K 0時(shí) 即不被固定相保留 最先流出 2020 4 23 74 思考 請(qǐng)仔細(xì)觀察右面的4個(gè)色譜分離圖 并指出其中哪一個(gè)分離效果最佳 說(shuō)出你的理由 A B C D 2020 4 23 75 從色譜圖評(píng)價(jià)分離效果的原則 1 兩相鄰色譜峰的距離 越大則分離越好 2 色譜峰的峰形 越尖銳或?qū)ΨQ則分離越好 問(wèn)題 色譜法的分析效果由哪些因素決定的 2020 4 23 76 熱力學(xué)性質(zhì) 兩峰間的距離 兩相間的分配系數(shù)決定的 即與色譜過(guò)程的有關(guān) 動(dòng)力學(xué)性質(zhì) 峰的寬或窄是由組分在色譜柱中傳質(zhì)和擴(kuò)散行為決定的 即與色譜過(guò)程有關(guān) 因此 要從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面來(lái)研究色譜行為 2020 4 23 77 分離度 總分離效能指標(biāo) 塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對(duì)的實(shí)際分離程度 即柱效為多大時(shí) 相鄰兩組份能夠被完全分離 難分離物質(zhì)對(duì)的分離度大小受色譜過(guò)程中兩種因素的綜合影響 保留值之差 色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素 區(qū)域?qū)挾?色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素 色譜分離中的四種情況如圖所示 2020 4 23 78 分離度的表達(dá)式 R 0 8 兩峰的分離程度可達(dá)89 R 1 分離程度98 R 1 5 達(dá)99 7 相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn) 定義分離度 由于用柱效和柱的選擇性并不能真實(shí)地反映組分在色譜柱中的分離情況 因此需要引入分離度的概念 2020 4 23 79 一 載氣種類及其線速度u的選擇 一 載氣種類的選擇應(yīng)考慮三個(gè)方面 載氣對(duì)柱效的影響 檢測(cè)器要求及載氣性質(zhì) 氣相色譜操作條件的選擇 2020 4 23 80 1 載氣對(duì)柱效的影響 H A B u C u 1 當(dāng)u較小時(shí) H A B u以分子擴(kuò)散項(xiàng)B u為主 應(yīng)選擇摩爾質(zhì)量較大的載氣以減小擴(kuò)散系數(shù) 如N2 Ar 2 當(dāng)u較大時(shí) H A C u以傳質(zhì)阻力項(xiàng)為主 應(yīng)選擇摩爾質(zhì)量較小的載氣以減小氣相傳質(zhì)阻力項(xiàng) 如H2 He 一 載氣種類的選擇 2020 4 23 81 2 載氣對(duì)檢測(cè)器的影響 熱導(dǎo)池檢測(cè)器 H2氫焰檢測(cè)器 N2電子捕獲檢測(cè)器 要求高純N2 對(duì)載氣要求純度高于99 99 干燥 不含氧氣 通常用分子篩除去水分 用活性炭除去烴類雜質(zhì) 用氧阱除氧 2020 4 23 82 二 載氣線速度u的選擇 分子擴(kuò)散項(xiàng)與載氣流速成反比 傳質(zhì)阻力項(xiàng)與載氣流速成正比 所以必然有一最佳流速 H最小 柱效最高 2020 4 23 83 最佳載氣流速一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇 具體方法是固定其它實(shí)驗(yàn)條件 依次改變載氣流速 測(cè)定某組分的保留時(shí)間和峰寬度 計(jì)算出n和H 以塔板高度H對(duì)流速u作圖 得H u曲線圖 2020 4 23 84 由曲線可以看出 曲線有一最低點(diǎn) 塔板高度H最小 此時(shí)柱效最高 該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流速即為最佳流速 實(shí)際工作中 往往使流速稍高于最佳流速 這樣柱效改變不明顯 但可縮短分析時(shí)間 2020 4 23 85 二 柱溫的選擇 柱溫是氣相色譜分離的重要條件 1 柱溫的基本要求 選擇柱溫首先要考慮每種固定液都有一定的使用溫度范圍 柱溫不能高于固定液的最高使用溫度 否則會(huì)引起固定液揮發(fā)或分解而流失 柱溫也不能低于它的最低使用溫度 否則它可能為固態(tài) 2020 4 23 86 2 柱溫對(duì)分配系數(shù)和傳質(zhì)速度的影響 柱溫升高 使K變小 從而k r21變小 即組分的保留時(shí)間減小 選擇性變差 所以 若要提高柱的選擇性 宜采用較低柱溫 柱溫太低 使峰形變寬 柱效下降 2020 4 23 87 柱溫的選擇原則 在難分離組分對(duì)得到良好分離 而保留時(shí)間適宜 且色譜峰不拖尾的前題下 盡可能采用低的柱溫 柱溫的選擇還必須考慮試樣的沸點(diǎn) 沸點(diǎn)高的混合物采用較高的柱溫 反之 采用較低柱溫 對(duì)于沸點(diǎn)范圍較寬的試樣 則宜采用程序升溫方式 2020 4 23 88 三 柱長(zhǎng)和內(nèi)徑的選擇 增加柱長(zhǎng)度L 可以提高柱效 但同時(shí)分析時(shí)間延長(zhǎng) 所以在滿足分離的前題下 盡量使用短柱 一般柱長(zhǎng)為2 6m 柱內(nèi)徑大 則柱容量大 但填充不易均勻 降低柱效 通常使用內(nèi)徑為3 6mm柱 2020 4 23 89 四 進(jìn)樣量和進(jìn)樣時(shí)間的選擇 進(jìn)樣量的大小與柱中固定液的用量有關(guān) 固定液用量高 則允許的進(jìn)樣量也大些 組分就容易被檢測(cè)器檢出 但如果進(jìn)樣量太多 會(huì)影響組分的分離 最大允許進(jìn)樣量應(yīng)控制在使峰面積與進(jìn)樣量呈線性的范圍內(nèi) 一般液體試樣0 1 5 l 氣0 1 10ml 2020 4 23 90 五 汽化溫度的選擇 為了使試樣在進(jìn)樣后被完全瞬間氣化 以 試樣塞 的形式進(jìn)入色譜柱 必須對(duì)氣化室進(jìn)行控溫 而且溫度應(yīng)適當(dāng)高一些 一般比柱溫高30 70 但氣化溫度不能太高 否則會(huì)使試樣組分分解 2020 4 23 91 六 色譜柱的選擇色譜柱主要有兩類 填充柱和毛細(xì)管柱 1 填充柱填充柱由不銹鋼或玻璃材料制成 內(nèi)裝固定相 一般內(nèi)徑為2 4mm 長(zhǎng)1 3m 填充柱的形狀有U型和螺旋型二種 2 毛細(xì)管柱毛細(xì)管柱又叫空心柱 分為涂壁 多孔層和涂載體空心柱 涂壁空心柱是將固定液均勻地涂在內(nèi)徑0 l 0 5mm的毛細(xì)管內(nèi)壁而成 毛細(xì)管材料可以是不銹鋼 玻璃或石英 毛細(xì)管色譜柱滲透性好 而柱子可以做到長(zhǎng)幾十米 與填充柱相比 其分離效率高 分析速度塊 樣品用量小 但柱容量低 要求檢測(cè)器的靈敏度高 并且制備較難 2020 4 23 92 七 擔(dān)體的選擇 氣液色譜固定相 固定液 擔(dān)體 支持體 小顆粒表面涂漬上一薄層固定液 固定液特點(diǎn) 固定液在常溫下不一定為液體 但在使用溫度下一定呈液體狀態(tài) 固定液的種類繁多 選擇余地大 應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大 擔(dān)體 化學(xué)惰性的多孔性固體顆粒 具有較大的比表面積 固定液的用量 2020 4 23 93 分離非極性組分 用非極性固定液各組分按沸點(diǎn)由低 高流出 分離極性 非極性混合物 極性固定液非極性先出峰 八 固定液的選擇 原則 相似相溶 角鯊?fù)?鄰苯二甲酸二壬脂 2020 4 23 94 分離極性組分 極性固定液 極性小的先出峰 分離易形成氫鍵的組分 極性或氫鍵型固定液 不易形成氫鍵者先流出 聚乙二醇 600 2020 4 23 95 第四節(jié)氣相色譜分析方法 一 定性分析 氣相色譜法主要依據(jù)組分的保留值來(lái)定性 這一般需要有已知標(biāo)準(zhǔn)物來(lái)進(jìn)行對(duì)照 所以通常GC只能用于范圍已知的試樣的定性 而鑒定范圍未知的試樣往往有困難 近年來(lái) 色譜與質(zhì)譜 光譜等方法的聯(lián)用 為未知物的定性分析提供了新的有效手段 2020 4 23 96 一 利用已知的純物質(zhì)對(duì)照定性 1 保留值定性 在完全相同的條件下 分別測(cè)定并比較純物質(zhì)和被測(cè)未知組分的保留值 若兩者的保留值相同 則該組分與已知純物質(zhì)可能是同一物質(zhì) 必須嚴(yán)格控制條件 包括進(jìn)樣技術(shù) 2020 4 23 97 2 標(biāo)準(zhǔn)加入法定性 當(dāng)試樣比較復(fù)雜 相鄰的組分保留值很接近 或操作條件不易控制穩(wěn)定時(shí) 可以在得到未知試樣的色譜圖后 將待測(cè)組分的純物質(zhì)加入試樣中 在相同條件下再次進(jìn)行分析 又得到一色譜圖 對(duì)比兩個(gè)色譜圖 如果某一色譜峰高增加 則該組分與純物質(zhì)可能是同一物質(zhì) 2020 4 23 98 標(biāo)準(zhǔn)加入法定性譜圖 2020 4 23 99 3 雙柱 多柱 定性 在一根色譜柱上用保留值對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性時(shí)不一定可靠 因?yàn)椴煌镔|(zhì)有可能在同一色譜柱上具有相同的保留值 所以 要想使定性結(jié)果更加可靠 應(yīng)采用雙柱或多柱法進(jìn)行定性 即采用兩根或多根極性不同的色譜柱進(jìn)行分析 觀察待測(cè)組分和標(biāo)準(zhǔn)物的保留值是否始終一致 2020 4 23 100 二 與其它儀器分析方法結(jié)合定性 當(dāng)對(duì)試樣中所含組分完全未知時(shí) 可采用與其它儀器聯(lián)用的方法進(jìn)行定性 氣相色譜法可將混合物分離為單個(gè)純組分 而紅外 核磁共振 質(zhì)譜等可鑒定未知物的結(jié)構(gòu) 但要求被鑒定的未知物為純組分 因此 將這兩類方法聯(lián)用 發(fā)揮各自的特長(zhǎng) 是解決未知物定性問(wèn)題的最有效手段 2020 4 23 101 二 定量分析 氣相色譜定量分析的依據(jù) 一定操作條件下 進(jìn)入檢測(cè)器某組分的質(zhì)量mi與檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào) 峰面積Ai或峰高h(yuǎn)i 成正比 即 定量