氣相色譜法94PPT學習教案

1、會計學1氣相色譜法氣相色譜法94第一頁，共93頁。色譜法名稱起源：1906年,俄國植物學家茨維特 首先采用(ciyng)色譜法分離植物色素。（1）色譜法及由來第1頁/共93頁第二頁，共93頁。 色譜分析是一種重要的分離分析方法。它是利用不同物質(zhì)在兩相中具有不同的分配系數(shù)（或吸附系數(shù)、滲透性），當兩相做相對運動(xin du yn dn)時，這些物質(zhì)在兩相中進行多次反復分配而實現(xiàn)分離。色譜法：分離及分析功能區(qū)別光譜法：具有分析功能，不具分離第2頁/共93頁第三頁，共93頁。固定相 流動(lidng)相色譜柱被分離組分流動(lidng)相第3頁/共93頁第四頁，共93頁。1.按兩相狀態(tài)(zhung

2、ti)分類流動相流動相 總稱總稱固定相固定相色譜名稱色譜名稱 氣體氣體氣相色譜氣相色譜 (GC) 固體固體 氣氣- -固色譜固色譜（GSC） 液體液體 氣氣- -液色譜液色譜（GLC） 液體液體液相色譜液相色譜(LC) 固體固體 液固色譜液固色譜 (LSC) 液體液體 液液色譜液液色譜（LLC） 超臨界超臨界流體流體（CO2）超臨界流超臨界流體色譜體色譜 固體固體超臨界流體色譜超臨界流體色譜（SFC）第4頁/共93頁第五頁，共93頁。超臨界流體高于臨界壓力與臨界溫度時物質(zhì)(wzh)的一種狀態(tài)第5頁/共93頁第六頁，共93頁。色譜法分類(fn li)操作(cozu)分類柱色譜平板色譜毛細管電泳薄

3、層色譜紙色譜薄膜色譜填充柱毛細管柱微填充柱第6頁/共93頁第七頁，共93頁。3.按分離(fnl)機理分類色譜法分類(fn li)分配(fnpi)色譜吸附色譜離子交換色譜體積排阻色譜分離機理固體吸附劑吸附能力強弱固定液溶解度差異離子交換樹脂親和力差異多孔固定相選擇滲透第7頁/共93頁第八頁，共93頁。(2)色譜法的分類(fn li)固定(gdng)相氣相色譜法色譜法液相色譜法平板色譜法柱色譜法薄層色譜法紙色譜法氣液色譜法氣固色譜法分配色譜法吸附色譜法離子交換色譜法排阻色譜法超臨界流體色譜法親和色譜法分離過程流動相固定相使用形式第8頁/共93頁第九頁，共93頁。高分離(fnl)效率用量少高靈敏度操

4、作簡便(jinbin)、分析速度快液體樣品僅需1L氣體樣品15mL10-1310-11g幾分鐘至幾十分鐘分配系數(shù)和沸點很相近的多種化合物。(3) 氣相色譜法的特點第9頁/共93頁第十頁，共93頁。第10頁/共93頁第十一頁，共93頁。7.2 氣相色譜分析(s p fn x)流程第11頁/共93頁第十二頁，共93頁。7.2 氣相色譜分析(s p fn x)流程 氣相色譜法是利用物質(zhì)的沸點、極性、及吸附性質(zhì)的差異來實現(xiàn)混合物的分離。載氣(高壓瓶)1，經(jīng)降壓2、脫水及凈化，4調(diào)至適宜的流量而進入色譜柱，經(jīng)檢測器流出色譜儀。待流量、溫度及基線穩(wěn)定后，即可進樣。液態(tài)樣品用微量注射器吸取，由進樣器注入，氣

5、態(tài)樣品可用六通閥或注射器進樣，樣品被載氣帶入色譜柱，樣品組分經(jīng)反復多次溶解(rngji)/揮發(fā)或吸附/脫附流出色譜柱，然后進入檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。?2頁/共93頁第十三頁，共93頁。氣相色譜儀流程示意圖1.載氣瓶 2.減壓閥 3.針形閥 4.流量計 5.柱前壓力表 6.檢測器 7.進樣器 8.色譜柱 9.色譜柱恒溫箱 10.餾分(lifn)收集口(柱后分流閥) 11.測量電橋 12.記錄儀第13頁/共93頁第十四頁，共93頁。第14頁/共93頁第十五頁，共93頁。(1)氣相色譜圖第15頁/共93頁第十六頁，共93頁。第16頁/共93頁第十七頁，共93頁。 1.基線（底線） 柱中僅有純載氣通過

6、時，檢測器噪聲隨時間變化的曲線(qxin)， 即圖中Ot線。（避免：基線噪聲、基線漂移）(2)有關(guān)(yugun)色譜術(shù)語2.色譜(s p)峰色譜(s p)柱流出組分通過檢測器產(chǎn)生的響應信號的微分曲線。色譜峰第17頁/共93頁第十八頁，共93頁。3. 峰高和峰面積(min j)色譜峰頂點與基線(jxin)之間的垂直距離，以h表示， （圖中BA） 峰面積：每個組分的流出曲線與基線間所包圍的面積， 以A表示(biosh)。峰高與峰面積的大小和組分在樣品中的含量有關(guān)。峰面積第18頁/共93頁第十九頁，共93頁。3. 峰底寬度(kund)和半峰寬峰底寬度：通過色譜峰兩側(cè)拐點所作的切線與峰底相交兩點 之間

7、的距離，即IJ，常用(chn yn)Y表示，在峰高h/2處。峰拐點：在組分流出曲線(qxin)上二階導數(shù)等于零的點，即E點。半峰寬：色譜峰的寬度，即GH，常用符號Y1/2表示。第19頁/共93頁第二十頁，共93頁。 （2）保留(boli)時間 tR試樣從進樣開始到柱后出現(xiàn)峰（濃度）極大(j d)點時所經(jīng)歷的時間(OA)從進樣到色譜柱后出現(xiàn)待測組分信號(xnho)極大值所需的時間(OB)（1）死時間 tM4.保留值保留值：表示試樣中各組分在色譜柱內(nèi)停留時間的數(shù)值， 通常用時間、走紙距離或相應的載氣體積來表示。第20頁/共93頁第二十一頁，共93頁。（3）調(diào)整保留(boli)時間 tR 某組份的保

8、留時間扣除死時間后稱為(chn wi)該組份的調(diào)整保留時間，即 tR= tR-tM ( AB)（4）相對保留值ris指在一定實驗(shyn)條件下，組分i與另一標準組分s的調(diào)整保留值之比。Ris僅與柱溫及固定相性質(zhì)有關(guān)，與其他操作條件如：柱徑、柱長、填充情況及流動相流速無關(guān)。sisiRRRRisVVttr第21頁/共93頁第二十二頁，共93頁。（5）選擇性因子：指相鄰兩組分(zfn)調(diào)整保留值之比，以表示值的大小反映色譜柱對難分離物質(zhì)的分離選擇性,越大，相鄰兩組分色譜峰相距越遠，色譜柱的分離選擇性越高， 當接近于1或等于1時,說明相鄰兩組分色譜峰重疊(chngdi)未能分開。2121RRRRV

9、Vtt第22頁/共93頁第二十三頁，共93頁。每平方米吸附劑表面所吸附的組分量柱溫及柱平均壓力下每毫升載氣所含組分量 對于氣-液色譜，分配(fnpi)系數(shù)為：每毫升固定液中所溶解的組分量柱溫及柱平均壓力下每毫升載氣所含組分量K=K=第23頁/共93頁第二十四頁，共93頁。6.容量因子k組分在固定(gdng)相中的質(zhì)量組分(zfn)在流動相中的質(zhì)量第24頁/共93頁第二十五頁，共93頁。試樣(sh yn)，載氣進入(jnr)色譜柱吸附(xf)劑吸附(xf)脫附組分分離流出色譜柱7.4 氣固色譜及分離原理第25頁/共93頁第二十六頁，共93頁。氣相色譜圖第26頁/共93頁第二十七頁，共93頁。7.

10、5 氫火焰(huyn)離子化檢測器氫火焰離子化檢測器熱導檢測器電子俘獲檢測器質(zhì)譜檢測器氮磷檢測器(NPD)光離子檢測器(PID)火焰光度檢測器(FPD)原子發(fā)射光譜檢測器(AED)氧火焰離子化檢測器(O-FID)脈沖(michng)去放電檢測器(PDD)第27頁/共93頁第二十八頁，共93頁。(1)氫火焰檢測器（FID）的結(jié)構(gòu)及工作(gngzu)原理FID結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖(a)(b)發(fā)射極7.5 氫火焰(huyn)離子化檢測器第28頁/共93頁第二十九頁，共93頁。氫火焰離子化檢測器是利用有機物在氫焰的作用下，化學(huxu)電離而形成離子流，借測定離子流強度進行檢測。第29頁/共93頁

11、第三十頁，共93頁。工作原理試樣燃燒發(fā)生電離正離子電子收集極極化極微電流放大離子流輸出信號FID的工作(gngzu)原理第30頁/共93頁第三十一頁，共93頁。（2）檢測器的特點(tdin)結(jié)構(gòu)簡單線性范圍寬靈敏度高穩(wěn)定性好響應快第31頁/共93頁第三十二頁，共93頁。噪聲和漂移越小越好良好檢測器線性接近于1，線 性范圍越寬越好。響應信號的大小靈敏度越大，檢測限越小，檢測器性能越好。響應時間越小，檢測性能越好。（3）檢測器的性能指標第32頁/共93頁第三十三頁，共93頁。（4）影響氫火焰(huyn)檢測器靈敏度的因素第33頁/共93頁第三十四頁，共93頁。度開機(ki j)步驟第34頁/共93

12、頁第三十五頁，共93頁。7.6 氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)(jigu)與使用第35頁/共93頁第三十六頁，共93頁。分離系統(tǒng)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)氣路系統(tǒng)進樣系統(tǒng)(一) 氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)(jigu)第36頁/共93頁第三十七頁，共93頁。雙柱(shun zh)雙氣路單柱單氣路氣相色譜儀第37頁/共93頁第三十八頁，共93頁。14高壓(goy)鋼瓶與減壓閥氣體(qt)凈化器穩(wěn)壓(wn y)閥、穩(wěn)流閥與針形閥23管路連接與檢漏部件組成1) 氣路系統(tǒng)第38頁/共93頁第三十九頁，共93頁。單柱單氣路示意圖第39頁/共93頁第四十頁，共93頁。 雙柱(shun zh)雙氣路示意圖第40頁/共93頁第四

13、十一頁，共93頁。2) 進樣系統(tǒng)(xtng)進樣器汽化室進樣系統(tǒng)氣體：平面六通閥，0.5mL、1mL、3mL、5mL液體：微量進樣器，1L、5L、10L、50L、100L平面六通閥結(jié)構(gòu)(jigu)，取樣和進樣位置第41頁/共93頁第四十二頁，共93頁。3) 分離(fnl)系統(tǒng)分離系統(tǒng)柱箱精密恒溫箱參數(shù)：柱箱尺寸 和柱箱控溫參數(shù)色譜柱（核心）組成：柱管和固定相分類：填充柱和毛細管柱第42頁/共93頁第四十三頁，共93頁。4) 檢測(jin c)系統(tǒng)濃度型質(zhì)量型微分型檢測器熱導池檢測器電子捕獲檢測器氫火焰離子化檢測器火焰光度檢測器第43頁/共93頁第四十四頁，共93頁。5) 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6) 數(shù)據(jù)

14、處理系統(tǒng)柱箱汽化(qhu)室檢測器分離(fnl)效能靈敏度穩(wěn)定性第44頁/共93頁第四十五頁，共93頁。（二） 微量注射器的使用(shyng)進樣量過大進樣量過小峰形不對稱(duchn)峰形變寬分離度變小保留值發(fā)生變化峰高和峰面積與進樣量不呈線性關(guān)系檢測器靈敏度不夠(bgu)，導致不能檢出最大允許進樣量：固定其他實驗條件不變，加大進樣量，直至半峰寬變寬或保留值改變第45頁/共93頁第四十六頁，共93頁。 取樣前抽洗5-6次，排氣泡，排過量(guling)試液123取樣(qyng)后立即進樣，注射器垂直于進樣口，左手扶針頭，右手持注射器，迅速進樣。 進樣時操作穩(wěn)當、連貫、迅速第46頁/共93頁第

15、四十七頁，共93頁。第47頁/共93頁第四十八頁，共93頁。（三） 標準(biozhn)曲線法及其應用第48頁/共93頁第四十九頁，共93頁。相對(xingdu)校正因子第49頁/共93頁第五十頁，共93頁。mAxhxmx標準(biozhn)曲線繪制樣品(yngpn)測定Ah第50頁/共93頁第五十一頁，共93頁。(四)氣相色譜儀的維護(wih)與保養(yǎng)氣路系統(tǒng)的日常維護to add Title進樣系統(tǒng)的日常維護 to add TitleClick to add Title檢測系統(tǒng)的日常維護 to lick to add Title分離系統(tǒng)的日常維護 to 第51頁/共93頁第五十二頁，共93頁

16、。試樣(sh yn)，載氣進入(jnr)色譜柱組分溶解(rngji)在固定液中組分從固定液中揮發(fā) 組分分離流出色譜柱7.7 氣液色譜及分離原理第52頁/共93頁第五十三頁，共93頁。氣相色譜圖第53頁/共93頁第五十四頁，共93頁。組分(zfn)在兩相間分配瞬間平衡 載氣進入不是連續(xù)(linx)的而是脈動的試樣(sh yn)沿色譜柱方向擴散可忽略不計各踏板上的分配系數(shù)為一常數(shù)縱向擴散每次進氣為一個板體積一小段間隔內(nèi)H7.8 塔板理論及柱效能指標第54頁/共93頁第五十五頁，共93頁。(一)塔板理論(lln)第55頁/共93頁第五十六頁，共93頁。第56頁/共93頁第五十七頁，共93頁。第57頁

17、/共93頁第五十八頁，共93頁。第58頁/共93頁第五十九頁，共93頁。第59頁/共93頁第六十頁，共93頁。進樣mmmsmmmmmmmsmsms0.50.50.250.250.1250.1250.0630.0630.125+0.1250.125+0.1250.063+0.1250.125+0.0630.125+0.0630.063+0.1250.250.250.1250.1250.0630.063進氣進氣進氣 塔板號r 0 1 2 3第60頁/共93頁第六十一頁，共93頁。 1) 理論塔板高度和理論塔板數(shù) 當組分進入色譜柱后，在每塊塔板上進行兩相間的分配，塔板數(shù)越多，組分在柱內(nèi)兩相間達到(d

18、 do)分配平衡的次數(shù)也越多，柱效越高，分離就越好。 n50 流出曲線呈基本對稱(duchn)的峰形；當 n 達 103-106 流出曲線趨近于正態(tài)分布；(二) 柱效能(xionng)指標HLn 理論塔板數(shù)色譜柱長理論塔板高度第61頁/共93頁第六十二頁，共93頁。2）柱效能(xionng)指標理論(lln)塔板高度（H）222/1)(16)(54.5YtYtnRR2221)(16)(54.5YtYtnRR有效有效有效nLH理論(lln)塔板數(shù)(n)有效理論塔板數(shù)有效理論塔板高度第62頁/共93頁第六十三頁，共93頁。 注意事項：（1）n大，柱效高，分離好，前提是兩組分分配(fnpi)系數(shù)K應

19、有差 異，否則n無論多大，兩組分將無法分離。（2）同一色譜柱對不同的物質(zhì)的柱效能是不一樣的，因此用n表示柱效時必須注明(zh mn)對什么物質(zhì)而言。第63頁/共93頁第六十四頁，共93頁。第64頁/共93頁第六十五頁，共93頁。歸一化的計算公式同分異構(gòu)(tn fn y u)體,其fi相同峰高峰面積(min j)iiiinniiniiiAfAffAfAfAfAmmmmmm221121ihiihinhnhhihiihfhffhfhfhfh)()(,2,21 ,1,iiniiAAAAAA21第65頁/共93頁第六十六頁，共93頁。mmfAfAmmmmmmsssiissiii（2）外標法內(nèi)標法:選擇一

20、種與樣品性質(zhì)相近的物質(zhì)為內(nèi)標物，加入(jir)到已知質(zhì)量的樣品中，進行色譜分離，測量樣品中被測組分和內(nèi)標物的峰面積，被測組分的質(zhì)量分數(shù)可按下式計算： issiAA第66頁/共93頁第六十七頁，共93頁。mmH1.19131000解：913300605.460.140.8162）（有效n第67頁/共93頁第六十八頁，共93頁。7.9 速率(sl)理論1956年van Deemter等提出(t ch)了色譜過程動力學理論 速率理論式中： H塔板高度(god)； 流動相線速度； A渦流擴散項系數(shù) B分子擴散項系數(shù) C傳質(zhì)阻力項系數(shù)1、范第姆特方程CBAH第68頁/共93頁第六十九頁，共93頁。渦流擴

21、散展寬(zhn kun)因素A與填充物的平均(pngjn)直徑dp的大小和填充不均勻性有關(guān)，與流動相性質(zhì)、線速度和組分無關(guān)。A.渦流(wli)擴散項2、影響柱效能的因素 pdA2填充不規(guī)則因子顆粒平均粒徑第69頁/共93頁第七十頁，共93頁。渦流(wli)擴散示意圖第70頁/共93頁第七十一頁，共93頁。1）為彎曲因子，它反映了固定相顆粒對自由分子擴散的阻礙情況，空心毛細管沒有填充(tinchng)物阻礙， =1；而填充(tinchng)柱，一般小于1，阻礙越大， 越小。2） Dg為組分在流動相中擴散系數(shù)(cm2s-1) Dg ：隨柱溫升高而增加；與柱壓成反比; 與載氣相對分子質(zhì)量M成反比 因

22、此，在GC中應選擇載氣相對分子質(zhì)量大， 柱溫低，載氣流速(li s)大的條件。 B. 縱向（分子(fnz)）擴散項gDB2載氣MDg1第71頁/共93頁第七十二頁，共93頁。第72頁/共93頁第七十三頁，共93頁。C. 傳質(zhì)阻力 氣相傳質(zhì)阻力：組分從氣相擴散到固定(gdng)相表面所受的傳質(zhì)阻力液相傳質(zhì)阻力：組分從固定(gdng)相的氣液界面擴散到液相內(nèi)部所受 的傳質(zhì)阻力C=Cl+CgCl ：液相傳質(zhì)阻力項Cg： 氣相傳質(zhì)阻力項k：容量因子df：擔體表面液膜厚度(hud)Dl：組分在液相中的 擴散系數(shù)第73頁/共93頁第七十四頁，共93頁。 (1)熱導(r do)檢測器(TCD)結(jié)構(gòu) 熱導池有

23、池體和熱敏元件兩部分(b fen)構(gòu)成，分為雙臂熱導池和四臂熱導池(右圖)。第74頁/共93頁第七十五頁，共93頁。 (1)熱導(r do)檢測器(TCD)結(jié)構(gòu) 熱導池有池體和熱敏元件兩部分(b fen)構(gòu)成，分為雙臂熱導池和四臂熱導池(右圖)。第75頁/共93頁第七十六頁，共93頁。(2) 熱導池的結(jié)構(gòu)和工作(gngzu)原理第76頁/共93頁第七十七頁，共93頁。TCD靈敏度與橋電流的三次方成正比載氣與樣品的導熱能力相差越大，檢測器靈敏度就越高色譜峰的峰面積反比于載氣速度TCD的靈敏度與熱絲和池體間的溫度差成正比阻值高，溫度系數(shù)較大的熱敏元件(3)影響熱導檢測器靈敏度的因素 第77頁/共9

24、3頁第七十八頁，共93頁。7.11 色譜操作(cozu)條件的選擇第78頁/共93頁第七十九頁，共93頁。1）載氣種類(zhngli)： u小，分子擴散項起主要作用，應盡量選相對分子質(zhì)量大的載氣，如：N2,Ar u大，傳質(zhì)阻力項起主要作用，應盡量選相對分子質(zhì)量小的載氣，如：H2, He2）載氣流速（1）載氣種類及流速(li s)的選擇較高傳質(zhì)阻力項是影響柱效的主要因素(yn s)流速增大，柱效下降分子擴散項成為影響柱效的主要因素，流速增大，柱效增大, 較低第79頁/共93頁第八十頁，共93頁。（3）最佳載氣流速的獲取曲線最低點處塔板高度最小，相應(xingyng)的流速為最佳載氣流速最佳，但為

25、縮短分析時間，往往選略高于最佳。（1）H-曲線(qxin)的繪制2221)(16)(54.5YtYtnRR有效（2）最佳載氣流速(li s)的獲取曲線最低點H最小，即最佳最佳柱效第80頁/共93頁第八十一頁，共93頁。色譜(s p)柱的使用壽命柱的選擇性柱效能(xionng)分析(fnx)速度柱溫的影響第81頁/共93頁第八十二頁，共93頁。高柱溫有利于傳質(zhì)電腦分配系數(shù)變小，不利于分離.低柱溫有利于分配有利于組分分離過低被測組分冷凝1234柱溫要高于固定液的熔點.柱溫不能高于固定液最高使用溫度因此，選擇柱溫要兼顧幾方面(fngmin)的因素。一般原則是：1、在使最難分離的組分有盡可能好的分離前提下，采取適當?shù)偷闹鶞?，但以保留時間適宜，峰形不拖尾為度；2、對于(duy)寬沸程的多組分混合物，可采用程序升溫法。第82頁/共93頁第八十三頁，共93頁。柱:化學鍵合交聯(lián)開管柱固定(gdng)液:PEG-20M柱長30m，I.d. 0.25mm，thickness: 0.25m采用程序升溫方式香水(xingshu)的成分GC分析第83頁/共93頁第八十四頁