農(nóng)藥分析與加工

GasChromatography第四章氣相色譜法第一節(jié)概述氣相色譜法（GC）是英國(guó)生物化學(xué)家馬丁等人在研究液液分配色譜的基礎(chǔ)上，于1952年創(chuàng)立的一種極有效的分離方法，它可分析和分離復(fù)雜的多組分混合物。目前由于使用了高效能的色譜柱，高靈敏度的檢測(cè)器及微處理機(jī)，使得氣相色譜法成為一種分析速度快、靈敏度高、應(yīng)用范圍廣的分析方法。氣相色譜法的特點(diǎn)：三高一快一廣1.高選擇性—選擇性檢測(cè)器2.高效能—在很短的時(shí)間內(nèi)就能分離測(cè)定性質(zhì)極為復(fù)雜的混合物3.高靈敏度—分離微量、痕量組分用高靈敏度的檢測(cè)器可測(cè)出樣品中10-11~10-13g組分樣品用量少：4.分析速度快—樣品準(zhǔn)備好后，幾分鐘~幾十分鐘即可5.應(yīng)用范圍廣

在柱溫條件下有一定蒸氣壓且穩(wěn)定性好的樣品都能測(cè)定，只要在–196~450℃溫度范圍內(nèi)有27~1330Pa蒸氣壓且不分解的物質(zhì)原則上都能測(cè)定，不論它是氣體、液體和固體。對(duì)于揮發(fā)性低和受熱易分解的物質(zhì)，若能通過(guò)化學(xué)衍生方法使其轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性大、熱穩(wěn)定性好的衍生物，同樣可用氣相色譜分離和分析。

GC主要用于分離和定量，可廣泛應(yīng)用在環(huán)保、臨床、藥物、農(nóng)藥、食品、污染物等方面的測(cè)定

對(duì)不宜汽化的高分子，熱穩(wěn)定性差、化學(xué)性質(zhì)極為活潑或強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)不能用GC測(cè)定。應(yīng)用范圍受到限制，在所有的有機(jī)物分析中只有15~20%能用GC進(jìn)行分離分析。

氣相色譜法又可分為:氣固色譜（GSC）氣液色譜（GLC）：氣固色譜：是用多孔性固體為固定相，分離的對(duì)象主要是一些永久性的氣體和低沸點(diǎn)的化合物.氣液色譜：固定相是用高沸點(diǎn)的有機(jī)物涂漬在惰性載體上．由于可供選擇的固定液種類多，故選擇性較好，應(yīng)用亦廣泛。

第二節(jié)基本原理原理：利用樣品中各組分在色譜中的吸附力或溶解度不同，也就是利用各組分在色譜柱中氣相和固定相中的分配系數(shù)不同來(lái)達(dá)到各組分的分離。進(jìn)樣時(shí)刻A時(shí)刻B時(shí)刻C時(shí)刻D時(shí)刻E時(shí)刻F色譜柱（加熱）檢測(cè)器（加熱）色譜圖進(jìn)樣（加熱）數(shù)據(jù)處理機(jī)或工作站載氣

1．色譜流出曲線

—由檢測(cè)器輸出的電信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間作圖所繪制的曲線，又稱為色譜圖。2．基線

—在操作條件下，只有純載氣通過(guò)，沒(méi)有組分流出時(shí)的流出曲線。第三節(jié)基本概念3．色譜峰—組分經(jīng)柱子分離后進(jìn)入檢測(cè)器被記錄的信號(hào)，是流出曲線上的突起部分。定性參數(shù)4．保留時(shí)間(retentiontime；tR)

從進(jìn)樣到某組分在柱后出現(xiàn)濃度極大時(shí)的時(shí)間間隔，即從進(jìn)樣開(kāi)始到某個(gè)組分的色譜峰頂點(diǎn)的時(shí)間間隔。5．死時(shí)間(deadtime；t0)

分配系數(shù)為零的組分，即不被固定相吸附或溶解的組分（如空氣、甲烷等）的保留時(shí)間。6．調(diào)整保留時(shí)間(adjustedretentiontime；t’R

)t’R=tR-t07．保留體積(retentionvolume；VR)

從進(jìn)樣開(kāi)始到某個(gè)組分在柱后出現(xiàn)濃度極大時(shí)，所需通過(guò)色譜柱的流動(dòng)相體積。8．死體積(deadvolume；V0)1第四節(jié)氣相色譜儀

GC-7890氣相色譜儀

帶色譜工作站GC-7890氣相色譜儀外觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)

6890氣相色譜儀

毛細(xì)管柱色譜（美國(guó)安捷倫科技公司Agilent)GC-MS整機(jī)外觀圖檢測(cè)和記錄系統(tǒng)氣路系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)控溫系統(tǒng)氣相色譜儀一.氣路系統(tǒng)氣密性流量測(cè)量準(zhǔn)確性流速穩(wěn)定性1.對(duì)氣路的要求：2.氣路結(jié)構(gòu)3.氣源與載氣種類氣密性好載氣要純凈、且穩(wěn)定單柱單氣路，簡(jiǎn)單適于恒溫分析雙柱雙氣路適于程序升溫惰性（不與樣品或固定相反應(yīng)）、容易得到并易純化、滿足檢測(cè)器要求常用載氣：N2

H2

He

Ar氣路系統(tǒng)—載氣連續(xù)運(yùn)行的密閉管路系統(tǒng)二、進(jìn)樣系統(tǒng)—

進(jìn)樣裝置和汽化室汽化室：可控溫度為50~500℃，一般比柱溫高30~70℃1、進(jìn)樣裝置液體：0.5、1、5、10、25、50L(一般進(jìn)樣0.1~10L）氣體：0.25~5mL注射器或六通閥(一般進(jìn)樣0.1~10mL）2.汽化室樣品在汽化室汽化，并很快被帶入色譜柱三、分離系統(tǒng)

—把混合物樣品中各組分進(jìn)行分離的裝置

分離系統(tǒng)由色譜柱組成，它是色譜儀的核心部件，其作用是分離樣品。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,玻璃或聚四氟乙烯等材料制成，內(nèi)裝固定相，一般內(nèi)徑為2～6mm，長(zhǎng)1～5m。填充柱的形狀有U型和螺旋型二種。柱內(nèi)填充固定相，制作簡(jiǎn)單，柱容量大，操作方便，分離效果足夠高，n在102~103之間，應(yīng)用普遍

（2）毛細(xì)管柱毛細(xì)管材料：不銹鋼、玻璃和石英毛細(xì)管柱又叫空心柱，分為壁涂空心柱，多孔層空心柱，載體涂漬空心柱，化學(xué)鍵合相毛細(xì)管柱、交聯(lián)毛細(xì)管柱。毛細(xì)管色譜柱滲透性好，傳質(zhì)阻力小，而柱子可以做到長(zhǎng)幾十米。與填充柱相比，其分離效率高（理論塔板數(shù)可達(dá)106）、分析速度快、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。四、控制溫度系統(tǒng)在氣相色譜測(cè)定中，溫度是重要的指標(biāo)，它直接影響色譜柱的選擇分離、檢測(cè)器的靈敏度和穩(wěn)定性。控制溫度主要指對(duì)色譜柱爐，汽化室，檢測(cè)器三處的溫度控制。色譜柱的溫度控制方式有恒溫和程序升溫二種。對(duì)于沸點(diǎn)范圍很寬的混合物，往往采用程序升溫法進(jìn)行分析。程序升溫指在一個(gè)分析周期內(nèi)柱溫隨時(shí)間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達(dá)到用最短時(shí)間獲得最佳分離的目的。五、檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

樣品經(jīng)色譜柱分離后，各成分按保留時(shí)間不同，順序地隨載氣進(jìn)入檢測(cè)器，把進(jìn)入的組分按時(shí)間及其濃度或質(zhì)量的變化，轉(zhuǎn)化成易于測(cè)量的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)必要的放大傳遞給記錄儀或計(jì)算機(jī)，最后得到該混合樣品的色譜流出曲線及定性和定量信息。第五節(jié)

氣相色譜的固定相混合組分在色譜柱上能否分離，主要取決于所用固定相，選擇固定相是GC的關(guān)鍵問(wèn)題

常用固體吸附劑主要有強(qiáng)極性的硅膠，弱極性的氧化鋁，非極性的活性炭和特殊作用的分子篩等。使用時(shí)，可根據(jù)它們對(duì)各種氣體的吸附能力不同，選擇最合適的吸附劑.主要用來(lái)分析永久性氣體和一些低沸點(diǎn)物質(zhì)一．固體固定相高分子多孔小球——由苯乙烯或乙基乙烯基等單體與交聯(lián)劑二乙烯苯交聯(lián)共聚而成?；瘜W(xué)鍵合固定相——由一些化學(xué)試劑與硅膠表面的硅醇基經(jīng)化學(xué)鍵合而成。二、氣液色譜固定相

載體(擔(dān)體)和固定液組成氣液色譜固定相

1.載體(擔(dān)體)——承擔(dān)固定液的惰性物質(zhì)（l）對(duì)載體的要求①具有足夠大的表面積和良好的孔穴結(jié)構(gòu)，使固定液與試樣的接觸面較大，能均勻地分布成一薄膜，但載體表面積不宜太大，否則猶如吸附劑，易造成峰拖尾；②表面呈化學(xué)惰性，沒(méi)有吸附性或吸附性很弱，更不能與被測(cè)物起反應(yīng)；③熱穩(wěn)定性好；形狀規(guī)則，粒度均勻，具有一定機(jī)械強(qiáng)度。（2）載體類型

大致可分為硅藻土和非硅藻土兩類。硅藻土載體是目前氣相色譜中常用的一種載體，它是由單細(xì)胞海藻骨架組成，主要成分是二氧化硅和少量無(wú)機(jī)鹽，根據(jù)制造方法不同，又分為:

紅色硅藻土載體和白色硅藻土載體紅色載體和白色載體

紅色載體:

是將硅藻土與粘合劑在900℃煅燒后，破碎過(guò)篩而得，因鐵生成氧化鐵呈紅色，故稱紅色載體，其特點(diǎn)是表面孔穴密集、孔徑較小、比表面積較大。對(duì)強(qiáng)極性化合物吸附性和催化性較強(qiáng)，如醇、胺、酸等極性化合物會(huì)因吸附而產(chǎn)生嚴(yán)重拖尾。因此它適宜于分析非極性或弱極性物質(zhì)。國(guó)產(chǎn)：6201，201，301等

白色載體:是將硅藻土與20％的碳酸鈉（助熔劑）混合煅燒而成，它呈白色、比表面積較小、吸附性和催化性弱，適宜于分析各種極性化合物。國(guó)產(chǎn)：101，102系列，英國(guó)和美國(guó)的Chromosorb系列等比較兩種載體的優(yōu)缺點(diǎn)

紅色載體白色載體柱效較高較低強(qiáng)度高低比表面大（3~10m2/g）?。?~3m2/g）活性中心有少適宜涂漬非極性固定液極性固定液適于分離非極性、弱極性化合物極性化合物常見(jiàn)的載體載體特點(diǎn)用途產(chǎn)地白色硅藻土載體

101，102白色載體PH>7略呈堿性

適用于涂漬極性固定液，分析極性或堿性物質(zhì)

上海試劑一廠

101,102硅烷化白色載體

經(jīng)過(guò)硅烷化處理

分析氫鍵型化合物

上海試劑一廠

Celite545Chromosorb（A、G、W）比表面積1.0m2/g，極性小

一般應(yīng)用

英國(guó)，

美國(guó)

常見(jiàn)的載體擔(dān)體

特點(diǎn)

用途

產(chǎn)地

紅色硅藻土載體

6201載體，201載體

PH<7略呈酸性

分離非極性和弱極性物質(zhì)

大連紅光化工廠，上海試劑一廠

釉化6201載體，301載體

性能介于紅色擔(dān)體與白色擔(dān)體之間

大連紅光化工廠，上海試劑一廠

C－22保溫磚

比表面積4.1~6m2/g一般應(yīng)用

英國(guó)

ChromosorbP比表面積4.0m2/g非極性物質(zhì)的分離

美國(guó)

GaschromR比表面積4.1~6m2/g美國(guó)

Chezasob比表面積3.0m2/g一般應(yīng)用

捷克

非硅藻土載體有有機(jī)玻璃微球，聚四氟乙烯，高分子多孔微球載體等。這類載體常用于特殊分析，用于極性樣品和強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)HF、Cl2等分析。但由于表面非浸潤(rùn)性，其柱效低。

（3）載體的表面處理(去活性處理）硅藻土載體表面不是完全惰性的，具有活性中心。如硅醇基或含有礦物雜質(zhì)，如氧化鋁、鐵等，使色譜峰產(chǎn)生拖尾。因此，使用前要進(jìn)行化學(xué)處理，以改進(jìn)孔隙結(jié)構(gòu)，屏蔽活性中心。處理方法有酸洗、堿洗、硅烷化及添加減尾劑等。（i）酸洗：用3~6mol·L-1鹽酸浸煮載體、過(guò)濾，水洗至中性。甲醇淋洗，脫水烘干?？沙o(wú)機(jī)鹽，F(xiàn)e,Al等金屬氧化物。適用于分析酸性物質(zhì)。（ii）堿洗：用5%或10%NaOH的甲醇溶液回流或浸泡，然后用水、甲醇洗至中性，除去氧化鋁，用于分析堿性物質(zhì)。(iii)硅烷化：用硅烷化試劑與載體表面硅醇基反應(yīng)，使生成硅烷醚，以除去表面氫鍵作用力。如：常用硅烷化試劑有二甲基二氯硅烷（DMCS），六甲基二硅烷胺（HMDS）等。CH3CH3CH3CH32．固定液—高沸點(diǎn)有機(jī)物

（l）對(duì)固定液要求：A在操作溫度下固定液應(yīng)是液體，不易揮發(fā)、不易流失（有較低蒸氣壓）；而且粘度越低越好。B良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。C對(duì)組分有良好的選擇性。D對(duì)樣品組分有足夠的溶解能力。（2）組分分子與固定液間的作用力在氣相色譜中，載氣是情性的，且組分在氣相中濃度很低，組分分子間作用力很小，可忽略。在液相中，由于組分濃度低，組分之間的作用力也可忽略。主要存在的作用力是組分與固定液分子間的作用力，這種作用力反映了組分在固定液中的熱力學(xué)性質(zhì)。作用力大的組分，由于溶解度大，分配系數(shù)大。

（2）組分分子與固定液間的作用力

這種分子間作用力是一種較弱的分子間的吸引力，它不像分子內(nèi)的化學(xué)鍵那么強(qiáng)。它包括定向力、誘導(dǎo)力、色散力和氫鍵4種作用力。前三種統(tǒng)稱范德華力。而氫鍵力則與它們有所不同，是一種特殊的范德華力。

（3）固定液的選擇

對(duì)固定液的選擇并沒(méi)有規(guī)律性可循。一般可按“相似相溶”原則來(lái)選擇。在應(yīng)用時(shí)，應(yīng)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，這時(shí)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。對(duì)于樣品極性情況未知的，一般用最常用的幾種固定液做試驗(yàn)。常見(jiàn)的固定液

名稱

英文和牌號(hào)

最高使用溫度

/℃

常用溶劑

相對(duì)極性

適用對(duì)象（參考）

角鯊?fù)椋ó惾椋?/p>

Squalane（SQ）

150乙醚、甲苯

－一般烴類及非極性化合物

阿皮松L（真空潤(rùn)滑脂L）

ApiezonL（APL）

300苯、氯仿

－

高沸點(diǎn)烴類、酯類、醚

甲基硅油

silliconoil（DC－200,DC－500,OV－1,OV101）

200～270甲苯、乙醚

－

非極性或弱極性化合物

名稱

英文和牌號(hào)

溫度最高使用

/℃

常用溶劑

相對(duì)極性

適用對(duì)象（參考）

二甲基硅橡膠

dimethylphthalate300～320氯仿＋丁醇（1：1）

＋1高沸點(diǎn)弱極性或非極性

鄰苯二甲酸二丁酯

dibutylphthalateDBP100二氯甲烷、丙酮

＋2非極性和弱極性物

鄰苯二甲酸二壬酯dinonylphthaalateDNP160乙醚、甲醇

＋2弱極性物質(zhì)（醇、醛、酮

常見(jiàn)的固定液常見(jiàn)的固定液名稱

英文和牌號(hào)

溫度最高使用

/℃

常用溶劑

相對(duì)極性適用對(duì)象（參考）磷酸三甲苯酯

tricresylphosphateTCP130二氯甲烷、丙酮

＋2弱極性物質(zhì)（醇、醛、酮

有機(jī)皂土

Bentone－34200甲苯

＋4芳烴

聚乙二醇（1500~20000）polyethylenegol（PEG或Carbowax）

80~200丙酮、乙醇、氯仿

氫鍵型

極性化合物，醛、酮、酯，分離芳烴和非芳烴

ββ＇－氧二丙腈

oxydipr-opionile(ODPN)

100甲醇、丙酮＋5芳烴和非芳烴分離，低級(jí)烴，含氧化合物

第六節(jié)氣相色譜檢測(cè)器

氣相色譜檢測(cè)器是把載氣里被分離的各組分的濃度或質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。目前檢測(cè)器的種類多達(dá)數(shù)十種。根據(jù)檢測(cè)原理的不同，可將其分為濃度型檢測(cè)器和質(zhì)量型檢測(cè)器兩種：

（l）濃度型檢測(cè)器

測(cè)量的是載氣中某組分濃度瞬間的變化，即檢測(cè)器的響應(yīng)值和組分的濃度成正比。如熱導(dǎo)檢測(cè)器和電子捕獲檢測(cè)器。

（2）質(zhì)量型檢測(cè)器

測(cè)量的是載氣中某組分進(jìn)入檢測(cè)器的速度變化，即檢測(cè)器的響應(yīng)值和單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器某組分的量成正比。如火焰離子化檢測(cè)器和火焰光度檢測(cè)器等。檢測(cè)器的主要性能指標(biāo)常用噪聲、漂移、靈敏度、線性范圍等性能指標(biāo)來(lái)描述。檢測(cè)器的穩(wěn)定性噪聲(Noise；N)：儀器、其他操作條件使基線在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生起伏的信號(hào)。漂移(Drift；d)：基線朝單方向規(guī)律性移動(dòng)。靈敏度單位濃度或質(zhì)量的組分通過(guò)檢測(cè)器時(shí)所產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)R的大小叫靈敏度。響應(yīng)信號(hào)的變化量通過(guò)檢測(cè)器待測(cè)物濃度或質(zhì)量的變化量S越大，檢測(cè)器越靈敏檢測(cè)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)，如圖所示。取基線起伏的平均值為噪聲的平均值，用符號(hào)RN表示。由于噪聲會(huì)影響測(cè)量試樣色譜峰的辨認(rèn)，所以在評(píng)價(jià)檢測(cè)器的質(zhì)量時(shí)提出了檢測(cè)限這一指標(biāo)

檢測(cè)限——某組分產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)為二倍于噪聲信號(hào)時(shí)，單位時(shí)間（單位：S）或單位體積（單位：mL）通過(guò)檢測(cè)器的量。敏感度D表示為

D=2RN/S

D越小，檢測(cè)器越敏感，檢測(cè)器的檢測(cè)能力越強(qiáng)，所需樣品量越少。線性范圍

被測(cè)物質(zhì)的量與檢測(cè)器的信號(hào)成線形關(guān)系的范圍。一個(gè)優(yōu)良的檢測(cè)器應(yīng)具：靈敏度高，線性范圍寬，響應(yīng)迅速，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。一、熱導(dǎo)檢測(cè)器（thermalconductivitydetector,TCD）

熱導(dǎo)檢測(cè)器是通用型檢測(cè)器。幾乎對(duì)所有物質(zhì)都有響應(yīng)。

由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，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。其主要缺點(diǎn)是靈敏度較低。1.熱導(dǎo)池結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：熱導(dǎo)池由池體和熱敏元件構(gòu)成池體用不銹鋼制成；池體內(nèi)裝兩根電阻完全相等的鎢絲或鉑絲熱敏元件。構(gòu)成參比臂和測(cè)量臂。熱導(dǎo)池檢測(cè)器結(jié)構(gòu)圖

熱導(dǎo)池檢測(cè)器檢測(cè)原理是基于不同的物質(zhì)有不同的導(dǎo)熱系數(shù)。參比臂和測(cè)量臂與固定電阻組成惠斯登電橋。熱導(dǎo)檢測(cè)器電橋線路示意圖：2.熱導(dǎo)池檢測(cè)原理未進(jìn)樣時(shí)：（無(wú)信號(hào)輸出）R1=R2R參=R測(cè)R參×R1＝R測(cè)×R2△

R參=△

R測(cè)進(jìn)樣后：（輸出信號(hào)）△

R參≠△

R測(cè)R2R13．影響熱導(dǎo)檢測(cè)器靈敏度的因素

（l）橋電流

橋電流增加，使鎢絲溫度提高，鎢絲和熱導(dǎo)池體的溫差加大，氣體就容易將熱量傳出去，靈敏度就提高。

響應(yīng)值與工作電流的三次方成