氣相色譜法課件.

1、返回目錄返回目錄 氣相色譜法氣相色譜法 返回目錄返回目錄一、簡述一、簡述 n1. 定義n以惰性氣體為流動相、以固定液或固體吸附劑作為固定相的色譜法稱為氣相色譜法（GC）。以固定液作為固定相的色譜稱為氣液色譜，以固體吸附劑作為固定相的色譜稱為氣固色譜。氣液色譜的固定相是在化學惰性的固體顆粒表面上，涂一層高沸點有機化合物的液膜或直接將高沸點有機化合物均勻地涂敷在毛細管的內(nèi)壁，并形成一層均勻的液膜。返回目錄返回目錄n實現(xiàn)色譜分離的外因是由于流動相的不間斷的流動。n色譜分離能夠?qū)崿F(xiàn)的內(nèi)因是由于固定相與被分離的各組分發(fā)生的吸附（或分配）作用的差別。2、色譜分離的原理返回目錄返回目錄 氣液色譜法的原理n在

2、氣液色譜中，當載氣攜帶被測樣品進入色譜柱，氣相中的被測組分就溶解到固定液中。載氣連續(xù)流經(jīng)色譜柱，溶解在固定液中的組分會從固定液中揮發(fā)到氣相中，隨著載氣的流動，揮發(fā)到氣相中的組分又會重新溶解到前面的固定液中。這樣反復多次溶解、揮發(fā)、再溶解、再揮發(fā)。由于各組分在固定液中的溶解度不同，溶解度大的組分較難揮發(fā)停留在色譜柱中的時間就長些；而溶解度小的組分易揮發(fā)，停留在色譜柱中的時間就短些，經(jīng)過一定時間后，各組分就彼此分離并依次流出色譜柱。返回目錄返回目錄 氣固色譜法原理n氣固色譜中的固定相是一種具有多孔性及比表面積較大的吸附劑。樣品由載氣攜帶進入色譜柱時，立即被吸附劑所吸附。載氣不斷通過吸附劑，吸附的被

3、測組分被洗脫下來，洗脫的組分隨載氣流動，又被前面的吸附劑所吸附。隨著載氣的流動，被測組分在吸附劑表面進行反復吸附、解吸。由于各組分在氣固吸附劑表面吸附能力不同，吸附能力強的組分停留在色譜柱中的時間就長些；而吸附能力弱的組分停留在色譜柱中的時間就短些，經(jīng)過一定的時間后，各組分就彼此分離開并依次流出色譜柱。返回目錄返回目錄 3、氣相色譜法的優(yōu)點n1、分離效率高：是指它對性質(zhì)極為相似的組分有很強的分離能力。n2、靈敏度高：使用高靈敏度的檢測器可檢測出痕量組分。n3、分析速度快：相對化學分析而言，完成多組分分析僅需幾分鐘至幾十分鐘。n4、分析需要樣品量 很少。返回目錄返回目錄n4. 工作流程 示圖 1

4、.載氣瓶 2.壓力調(diào)節(jié)器 3.凈化器 4.穩(wěn)壓閥 5.柱前壓力表 6.轉(zhuǎn)子流量計 7.進樣器 8.色譜柱 9.色譜柱恒溫箱 10.餾分收集口(柱后分離閥) 11.檢測器 12.檢測器恒溫箱 13.記錄器 14.尾氣出口返回目錄返回目錄n5. 載氣n氣相色譜所用的流動相-氣體叫載氣。常用的載氣有氮氣（N2，純度為99.9995%），來自鋼瓶或氮氣發(fā)生器，由分離空氣來制得；氫氣（H2 ， 99.9999.9999%），來自鋼瓶或氫氣發(fā)生器（電解KOH或NaOH溶液得到）；氦氣 (He) 裝有鋼瓶；另外還有氬氣 （Ar）,甲烷，乙烷和二氧化碳等。返回目錄返回目錄n6. 色譜柱n色譜柱是氣相色譜儀中分

5、離的心臟，色譜柱的選擇是確定色譜分析方法的中心環(huán)節(jié)；要求色譜柱：效能高，選擇性好，快速（幾秒鐘至幾十分鐘）。色譜柱包括填充柱和毛細管柱。選擇色譜柱也就是選擇固定相，固定相指柱中的內(nèi)容物。返回目錄返回目錄n7. 固定相n固定液的選擇：n1）按 “相似相溶”原則：極性相似或官能團相似n2）按組分性質(zhì)主要差別： 沸點相差大的選非極性固定液 沸點相差小的選極性固定液 3）柱溫 固定液最高使用溫度防止固定液流失返回目錄返回目錄n（1）氣固色譜n吸附劑 n化學鍵合相 n高分子多孔小球 n（2）氣液色譜n載體（ 也叫擔體） n固定液 nA.烴類 nB.硅氧烷類 nC. 醇類 nD. 酯類 返回目錄返回目錄n

6、8. 檢測器n檢測器是將流出色譜柱的載氣中被分離組分的濃度和質(zhì)量轉(zhuǎn)化為電信號（電壓或電流）變化的裝置。 n氣相色譜儀的檢測器有30多種，我們用到的是熱導池檢測器（TCD），氫火焰離子化檢測器（FID）。返回目錄返回目錄進樣口結(jié)構(gòu)返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄n一、進樣口結(jié)構(gòu)分流/不分流進樣口是毛細管GC最常用的進樣口，它既可用作分流進樣，也可用作不分流進樣口，下圖是典型的分流/不分流進樣口示意圖。從結(jié)構(gòu)上看，分流/不分流進樣口與填充柱進樣有明顯的不同，一是前者有分流氣出口及其控制裝置，二是除了進樣口前有一個控制閥外，在分流氣路上還有一個柱前壓調(diào)節(jié)閥，三是二者使用的襯管結(jié)構(gòu)不同。而分流進樣和不

7、分流進樣在操作參數(shù)的設(shè)置，對樣品的要求以及襯管結(jié)構(gòu)方面也有很大區(qū)別 分流分流/不分流進樣不分流進樣返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄n二、分流進樣(一)載氣流路和襯管選擇分流進樣時載氣流路如圖4-2a所示。進入進樣口的載氣總流量由一個總流量閥控制，而后載氣分成兩部分:一是隔墊吹掃氣(13mL/min)，二是進入汽化室的載氣。進入汽化室的載氣與樣品氣體混合后又分為兩部分：大部分經(jīng)分流出口放空，小部分進樣色譜柱。以總流量為34 m1/min為例，如果隔墊吹掃氣流設(shè)置為3m1/min，則另31mL/min進入汽化室。當分流流量為1mL/min時。柱內(nèi)流量

8、為lml/min，這時分流比為30:1。返回目錄返回目錄n此儀器設(shè)計將柱前壓調(diào)節(jié)閥置于分流氣路上，這就可在總流量不變的情況下，改變柱前壓。柱前壓越高，柱流速越大，分析速度越快。而要在柱前壓不變(柱流速不變)的條件下改變分流比，則必須調(diào)節(jié)總流量?？偭髁吭酱螅至鞅仍酱?。分流進樣口可采用多種襯管，用于分流進樣的襯管大都不是直通的，管內(nèi)有縮徑處或者填充有玻璃毛。這主要是為了增大與樣品接觸的比表面，保證樣品完全汽化，減小分流歧視。返回目錄返回目錄n同時也是為了防止固體顆粒和不揮發(fā)的樣品組分進入色譜柱。注意，填充物應(yīng)位于襯管的中間，即溫度最高的地方，也是注射器針尖所到達的地方，這樣對提高汽化效率，減少注

9、射器針尖對樣品的歧視更為有效。另外，玻璃毛活性較大，不適合于分析極性化合物。此時可用經(jīng)硅烷化處理的石英玻璃毛。襯管的上端常用“O”形硅橡膠環(huán)密封。用一段時間后該環(huán)會老化而造成漏氣。故要及時更換。當進樣口溫度超過400時，最好采用石墨密封環(huán)。返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄n(二)樣品的適用性分流進樣適合于大部分可揮發(fā)樣品，包括液體和氣體樣品。此外，如果對樣品的組成不很清楚。也應(yīng)首先采用分流進樣口，對于一些相對“臟”的樣品，更應(yīng)采用分流進樣，因為分流進樣時大部分樣品被放空，只有一小部分樣品進入色譜柱，這在很大程度上防止了柱污染。只是在分流進樣不能滿足分析要求時（靈敏度太低），才考

10、慮其他進樣方式，如不分流進樣。 總之，分流進樣的適用范圍寬，靈活性很大。分流比可調(diào)范圍廣，故成為毛細管GC的首選進樣方式。返回目錄返回目錄n三)操作參數(shù)設(shè)置1.溫度進樣口溫度應(yīng)接近于或等于樣品中最重組分的沸點，以保證樣品快速汽化。 n2.載氣流速常用毛細管GC所用柱內(nèi)載氣流速可根據(jù)具體情況確定，同時還要測定隔墊吹掃氣流量和分流流量，前者一般為23mL/min，后者則要依據(jù)樣品情況(如待側(cè)組分濃度等)、進樣量大小和分析要求來改變。常用分流比范圍為20:1200:1，樣品濃度大或進樣量大時，分流比可相應(yīng)增大，反之則減小。用大口徑柱時分流比小一些(或采用不分流進樣)。返回目錄返回目錄 三、不分流進樣

11、 (一) 載氣流路和襯管選擇 不分流進樣與分流進樣采用同一個進樣口，不分流進樣是將分流氣路的電磁閥關(guān)閉圖4-2(b)，讓樣品全部進入色譜柱。這樣做的好處提高分析靈敏度。但是，在實際工作中、不分流進樣的應(yīng)用遠沒有分流進樣普遍，只是在分流進樣不能滿足分析要求時(主要是靈敏度要求)，才考慮使用不分流進樣。返回目錄返回目錄 這是因為不分流進樣的操作條件優(yōu)化較為復雜。操作技術(shù)的要求高。其中一個最突出的問題是樣品初始譜帶較寬(樣品汽化后的體積相對于柱內(nèi)載氣流量太大)汽化的樣品中溶劑是大量的，不可能瞬間進入色譜柱，結(jié)果溶劑峰就會嚴重拖尾，使早流出組分的峰被掩蓋在溶劑拖尾峰中如圖4-3(a)所示，從而使分析變

12、的困難，甚至不可能。有人也將這一現(xiàn)象叫做溶劑效應(yīng)。返回目錄返回目錄返回目錄返回目錄n消除這種溶劑效應(yīng)可從幾個方面考慮，但就載氣的流路來說，主要是采用所謂瞬間不分流技術(shù)。即進樣開始時關(guān)閉分流電磁閥，使系統(tǒng)處于不分流狀態(tài)圖4-2(b)。待大部分汽化的樣品進入色譜柱后，開啟分流閥，使系統(tǒng)處于分流狀態(tài)圖4-2(a)。這樣，汽化室內(nèi)殘留的溶劑氣體(當然包括一小部分樣品組分)就很快從分流出口放空，從而在很大程度上消除了溶劑拖尾如圖4-2(b)所示。分流狀態(tài)一直持續(xù)到分析結(jié)束，注射下一個樣品時再關(guān)閉分流閥。所以我們說，不分流進樣并不是絕對不返回目錄返回目錄n分流，而是分流與不分流的結(jié)合。這里，確定一個瞬間不

13、分流時間(從進樣到開啟分流閥的時間)往往是分析成敗的關(guān)鍵。原則上講，這一時間應(yīng)足夠長。以保證絕大部分樣品進人色譜柱，避免分流歧視的影響；同時又要盡可能短，以最大限度地消除溶劑拖尾、使早流出峰的分析更為準確。在實際工作中，常常是根據(jù)樣品的具體情況(如溶劑沸點、待測組分沸點和濃度等)或操作條件來確定一個優(yōu)化的折衷點。研究結(jié)果表明，這一時間值一般在3080S之間。文獻報道多采用0.75min，即從進樣到開啟分流閥的時問為0.75min，通常能保證95%以上的樣品進入色譜柱。返回目錄返回目錄n襯管的尺寸是影響不分流進樣性能的另一個重要因素。為了使樣品在汽化室盡可能少地稀釋，從而減小初始譜帶寬度，襯管的

14、容積小一些有利，一般為0.251mL，且最好使用直通式襯管。當用自動進樣器進樣時，因進樣速度快，樣品揮發(fā)快，故建議采用容積稍大一些的直通式襯管。對于干凈樣品，襯管內(nèi)可不填充玻璃毛，對于相對臟的樣品，則需要填充玻璃或石英毛，以保證分析的重現(xiàn)性并保護色譜柱不被污染。但要注意，由于不分流進樣時樣品在汽化室滯留的時間比分流進樣時長，熱不穩(wěn)定化合物的分解可能性也大，故襯管和其中填充的石英毛都必須經(jīng)硅烷化處理，且要及時清洗，更換和重新硅烷化。 返回目錄返回目錄n3.進樣量和進樣速度分流進樣的進樣量一般不超過2L,最好控制在0.5L以下，因為襯管的容積有限，液體汽化時體積要膨脹數(shù)百倍（防止倒灌現(xiàn)象）。進樣量

15、還和分流比相關(guān)，分流比大時，進樣量可大一些。至于進樣速度應(yīng)當越快越好，一是防止不均勻汽化，二是保持窄的初始譜帶寬度。因此，快速自動進樣往往比手動進樣的效果好。另一方面。由于分流進樣給檢測靈敏度提出了更高的要求，而當樣品濃度太低時。分流進樣并不總是合適的選擇。除了進行樣品預(yù)處理(如濃縮)外。既然分流進樣是因為柱容量小、樣品濃度高而不得不采用的方法。那么低濃度樣品采用不分流進樣，以提高檢測靈敏度就是理所當然的選擇了。返回目錄返回目錄n (二)操作參數(shù)設(shè)置(1)進樣口溫度 進樣口溫度的設(shè)置可以比分流進樣時稍低一些，因為不分流進樣時樣品在汽化室滯留時問長，汽化速度稍慢一些不會影響分離結(jié)果，不過，進樣口

16、溫度的底限是能保證待測組分在瞬間不分流時完全汽化，否則，過低的進樣口溫度會造成高沸點組分的損失，影響分析靈敏度和重現(xiàn)性。當然，過高的溫度又會造成樣品的分解。因此，要根據(jù)樣品的具體情況優(yōu)化進樣口溫度。返回目錄返回目錄n (2)載氣流速不分流進樣的載氣流速應(yīng)當高一些，其上限應(yīng)以保證分離度為準。分流出口的流量(開啟分流閥后)一般為3060mL/min。 n(3)進樣量和進樣速度 進樣量一般不超過2L。進樣量大時應(yīng)選用容積大的襯管，進樣速度則應(yīng)快一些，最好用自動進樣器。若采用手動進樣，進樣速度的重現(xiàn)性會影響分析結(jié)果。返回目錄返回目錄n檢測器：氫火焰離子化檢測器和熱導池檢測檢測器：氫火焰離子化檢測器和熱

17、導池檢測器器n氫火焰離子化檢側(cè)器（FID ），它是典型的破壞性、質(zhì)量型檢測器，是以氫氣和空氣燃燒生成的火焰為能源，當有機化合物進入以氫氣和氧氣燃燒的火焰，在高溫下產(chǎn)生化學電離，電離產(chǎn)生比基流高幾個數(shù)量級的離子，在高壓電場的定向作用下，形成離子流，微弱的離子流經(jīng)過高阻放大，成為與進入火焰的有機化合物量成正比的電信號，因此可以根據(jù)信號的大小對有機物進行定量分析。返回目錄返回目錄n氫火焰檢測器結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)異、穩(wěn)定可靠、操作方便。 其主要特點是對幾乎所有揮發(fā)性的有機化合物均有響應(yīng)，而且具有靈敏度高（10-1310-10g/s），基流?。?0-1410-13A），線性范圍寬（106107），死體積小

18、（1L），響應(yīng)快（1ms），可以和毛細管柱直接聯(lián)用。n其主要缺點是需要三種氣源及其流速控制系統(tǒng)，尤其是對防爆有嚴格的要求。返回目錄返回目錄n氫火焰離子化檢測器的結(jié)構(gòu):氫火焰離子化檢測器（FID）由電離室和放大電路組成：FID的電離室由金屬圓筒作外罩，底座中心有噴嘴;噴嘴附近有環(huán)狀金屬圈(極化極，又稱發(fā)射極)，上端有一個金屬圓筒(收集極)。兩者間加90300V的直流電壓，形成電離電場加速電離離子的運動。收集極捕集的離子流經(jīng)放大器的高阻產(chǎn)生信號、放大后輸送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；燃燒氣、輔助氣和色譜柱由底座引入；燃燒氣及水蒸氣由外罩上方小孔逸出。返回目錄返回目錄n尾吹氣的作用：減小柱外效應(yīng)，防止峰展寬；提

19、夠FID最佳靈敏度操作條件；保證使用的線性范圍。n注意：FID長期不用，在重新操作之前，最好在溫度大于150以上烘烤2小時。返回目錄返回目錄熱導池檢測器n（一）工作原理：熱導池檢測器的工作原理是基于不同氣體具有不同的熱導系數(shù)，熱絲具有電阻隨溫度變化的特性。純載氣通過測量和參考熱絲池槽時，由于氣體的強制對流和熱傳導作用，把熱絲產(chǎn)生的絕大部分熱量傳遞給池體，其余的熱量則通過熱輻射、自然對流和熱絲引出端的熱傳導等幾種方式傳遞出去。當系統(tǒng)（包括載氣流量）不發(fā)生變化時，熱絲可處于熱平衡狀態(tài)，橋流輸出為零。返回目錄返回目錄n當進入測量池的載氣含有被測組分時，其熱導率發(fā)生了變化，使熱絲的溫度升高或降低，測量

20、池的熱絲電阻和參考池的熱絲電阻不再相等，使電橋失去平衡，橋路輸出不平衡電壓信號，此信號就是組分含量的量度。所以熱導池工作原理，實質(zhì)上是測量“參考池”中的載氣和“測量池”中二元混合氣的熱導率之差。n（二）結(jié)構(gòu)：熱導池的結(jié)構(gòu)主要由熱絲元件、池槽和池體三部分組成。n注意：TCD檢測器無論在任何情況下，都要保證有載氣通過，否則容易使熱絲燒掉。返回目錄返回目錄氣相色譜柱n（一）我們現(xiàn)用的色譜柱n填充柱：2m1/8inch Porapak Tn毛細柱：30m530um1um 改性聚乙二醇毛細柱返回目錄返回目錄(二)色譜柱的安裝n色譜柱的正確安裝才能保證發(fā)揮其最佳的性能和延長使用壽命。 正確的安裝請參考以下

21、步驟：步驟1. 檢查氣體過濾器、載氣、進樣墊和襯管等，保證輔助氣和檢測器的用氣暢通有效。如果以前做過較臟樣品或活性較高的化合物，需要將進樣口的襯管清洗或更換。步驟2. 將螺母和密封墊裝在色譜柱上，并將色譜柱兩端要小心切平返回目錄返回目錄n步驟3. 將色譜柱連接于進樣口上，色譜柱在進樣口中插入深度根據(jù)所使用的GC儀器不同而定。正確合適的插入能最大可能地保證試驗結(jié)果的重現(xiàn)性。通常來說，色譜柱的入口應(yīng)保持在進樣口的中下部，當進樣針穿過隔墊完全插入進樣口后如果針尖與色譜柱入口相差1-2cm，這就是較為理想的狀態(tài)。（具體的插入程度：當毛細管返回目錄返回目錄n柱連至分流、不分流進樣口時，色譜柱應(yīng)伸出4-6

22、mm；連至填充柱進樣口時，色譜柱應(yīng)伸出1-2mm；連至FID、TCD時，色譜柱頂?shù)筋^，然后向回拉約1mm.）避免用力彎曲擠壓毛細管柱，并小心不要讓標記牌等有鋒利邊緣的物品與毛細柱接觸摩擦，以防柱身斷裂受損。將色譜柱正確插入進樣口后，用手把連接螺母擰上，擰緊后（用手擰不動了）用扳手再多擰1/4-1/2圈，保證安裝的密封程度。因為不緊密的安裝，不僅會引起裝置的泄漏，而且有可能對色譜柱造成永久損壞。返回目錄返回目錄（三）色譜柱的老化n裝填好的色譜柱，連接于儀器上后，應(yīng)先試壓，試漏，而后在恒定的溫度下用載氣吹洗數(shù)小時后承受分析，一般稱此為柱子的老化過程。n老化的目的：1、任何制作好的新柱，在柱涂漬過程中難免在柱中殘留有機溶劑，或任何固定液都有沸點低的不純物，不經(jīng)老化就用于分析，上述低沸點物質(zhì)大量從