色譜分析技術-氣相色譜儀

知識點:氣相色譜法的優(yōu)缺點

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氣相色譜法優(yōu)點

1、分離效率高。幾十種甚至上百種性質類似的化合物可在同一根色譜柱上得到分離，能解決許多其他分析方法無能為力的復雜樣品分析。

2、分析速度快。一般而言，色譜法可在幾分鐘至幾十分鐘的時間內(nèi)完成一個復雜樣品的分析。

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氣相色譜法優(yōu)點3、檢測靈敏度高。隨著信號處理和檢測器制作技術的進步，不經(jīng)過預濃縮可以直接檢測10-9g級的微量物質。如采用預濃縮技術，檢測下限可以達到10-12g數(shù)量級。

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氣相色譜法優(yōu)點4、樣品用量少。一次分析通常只需數(shù)納升至數(shù)微升的溶液樣品。

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氣相色譜法優(yōu)點5、選擇性好。通過選擇合適的分離模式和檢測方法，可以只分離或檢測感興趣的部分物質。多組分同時分析。在很短的時間內(nèi)（20min左右），可以實現(xiàn)幾十種成分的同時分離與定量。

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氣相色譜法優(yōu)點6、應用范圍廣。分析對象是在柱溫條件下能汽化的有機或無機的試樣。

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氣相色譜法優(yōu)點

7、易于自動化。現(xiàn)在的色譜儀器已經(jīng)可以實現(xiàn)從進樣到數(shù)據(jù)處理的全自動化操作。

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氣相色譜法不足

1、在對組分直接進行定性分析時，必須用已知物或已知數(shù)據(jù)與相應的色譜峰進行對比，或與其他方法(如質譜、光譜)聯(lián)用，才能獲得直接肯定的結果。在定量分析時，常需要用已知物純樣品對檢測后輸出的信號進行校正。

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氣相色譜法缺點

2、不適用于沸點高于450℃的難揮發(fā)物質和熱不穩(wěn)定物質的分析。

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氣相色譜法缺點

3、體積大、功耗高等原因，在野外分析或航空航天等領域的應用受到限制。知識點:氣相色譜發(fā)展歷程

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—氣相色譜法概述一氣相色譜法的起源二氣相色譜法的發(fā)展三氣相色譜新技術四

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氣相色譜法概述氣相色譜法已有50多年的發(fā)展歷史,現(xiàn)在已成為一種成熟且應用廣泛的分離復雜混合物的分析技術，在石化分析、藥物分析、食品分析、環(huán)境分析、高聚物分析等領域均得到廣泛應用，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、建設、科學研究中的重要工具。

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氣相色譜法的起源近代首先認識到這種分離現(xiàn)象和分離方法大有可為的是俄國的植物學家Tswett。Tswett于1903年在波蘭華沙大學研究植物葉子的組成時,將葉綠素的石油醚抽提液倒入裝有碳酸鈣吸附劑的玻璃管上端，然后用石油醚進行淋洗，結果不同色素按吸附順序在管內(nèi)形成一條不同顏色的環(huán)帶,就像光譜一樣。1906年，Tswett在德國植物學雜志上發(fā)表的一篇論文中首次把這些彩色環(huán)帶命名為“色譜圖”，玻璃管稱為“色譜柱”，碳酸鈣稱為“固定相”，石油醚稱為“流動相”。Tswett開創(chuàng)的方法叫做“液涸色譜法”W,這就是色譜法的起源。

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氣相色譜法的起源1941年，英國科學家Martin和Synge在研究液-液分配色譜時，預言可以使用氣體作流動相，即氣^夜色譜法。他們在1941年發(fā)表的論文中寫到“流動相不一定是液體,也可以是蒸氣……以永久性氣體帶動揮發(fā)性混合物,在色譜柱中通過裝有浸透不揮發(fā)性溶劑的固體時，可以得到很好的分離”3。1950年,Martin和James使用硅藻土助濾劑做載體,硅油為固定相，用氣體流動相對脂肪酸進行精細分離,這就是氣^液分配色譜的起源。后來，他們在1952年的BiochemicalJournal上又連續(xù)發(fā)表了3篇論文,敘述了用氣相色譜分離低碳數(shù)脂肪酸、揮發(fā)性胺和吡啶類同系物的方法M,這標志著氣相色譜法正式進入歷史舞臺。當時在石油化工的分析中，正當傳統(tǒng)的分析方法無能為力時,氣相色譜法就像及時雨一樣,成為化學分析的得力助手。從此,科學家對氣相色譜法的研究逐步展開。

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氣相色譜法的發(fā)展在歷史上，氣相色譜法的發(fā)展總是和氣相色譜儀器的發(fā)展密不可分。每一種氣相色譜新技術的出現(xiàn),往往都伴隨著氣相色譜儀器的改進。因此，了解氣相色譜法的發(fā)展歷史可以從氣相色譜儀的發(fā)展入手。歷史上最早的氣相色譜儀是1947年由捷克色譜學家JaroslavJanak發(fā)明的。該儀器以C為流動相、杜馬測氮管為檢測器測定分離開的氣體體積。在樣品和CA進入測氮管之前,通過KOH溶液吸收掉CA,按時間記錄氣體體積的增量（圖1)0。這臺儀器雖然簡陋,但對當時的氣相色譜研究起到了巨大的推動作用。

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氣相色譜法的發(fā)展JaroslavJanak發(fā)明的氣相色譜儀也有一些明顯的不足：它只能測室溫下為氣體的樣品,樣品中的CA不能被測定,而且沒有實現(xiàn)自動化。20世紀50年代末,它逐漸被更先進的氣相色譜儀所取代。W55年,第一臺商品化氣相色譜儀誕生,標志著氣相色譜儀的發(fā)展進入了嶄新的時代。

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氣相色譜法的發(fā)展20世紀60年代末，出現(xiàn)了不分流進樣法，注入色譜儀的樣品氣化后全部進入色譜柱,適用于稀溶液中痕量組分的分析測定。Vogt發(fā)明了一種混合型進樣系統(tǒng),既可實現(xiàn)分流、不分流的單獨操作,又可以混合操作。1977年,Grob發(fā)明了冷柱頭進樣方法,將樣品以液態(tài)形式直接注入處于室溫或更低溫度下的色譜柱頭,然后逐漸升高溫度,樣品組分按照沸點順序依次氣化后進入色譜柱實現(xiàn)分離。20世紀90年代出現(xiàn)了采用電子壓力傳感器和電子流量控制器，通過計算機實現(xiàn)壓力和流量自動控制的電子程序壓力流量控制系統(tǒng),這是氣路系統(tǒng)的一大進步。溫控系統(tǒng)則基本朝著精細、快速、自動化方向發(fā)展。

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氣相色譜法的發(fā)展Golay創(chuàng)立了毛細管色譜柱理論,并制備了第一根毛細管色譜柱,開創(chuàng)了毛細管氣相色譜時代。毛細管柱自發(fā)明以來發(fā)展迅速,相繼出現(xiàn)了不銹鋼毛細管柱和玻璃毛細管柱。1979年,Dandeneau與Zerenner發(fā)明了彈性石英毛細管柱，它的優(yōu)點是柔韌性好,不易斷裂，且惰性內(nèi)表面易于硅烷化后涂漬固定液,柱效很高。這是氣相色譜領域的革命,從此毛細管色譜柱的發(fā)展得到質的飛躍。

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氣相色譜法的發(fā)展1952年,James與Martin在提出氣相色譜法的同時,發(fā)明了第一臺氣相色譜檢測器，它是一個接在填充柱出口的滴定裝置。W54年，Ray發(fā)明了熱導池檢測器，開創(chuàng)了現(xiàn)代氣相色譜檢測器的時代。1958年,Mcwillian和Harley同時發(fā)明了氫火焰離子化檢測器，這也是現(xiàn)在應用最為廣泛的檢測器之一。

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氣相色譜法的發(fā)展JaroslavJanak發(fā)明的氣相色譜儀也有一些明顯的不足：它只能測室溫下為氣體的樣品,樣品中的CA不能被測定,而且沒有實現(xiàn)自動化。20世紀50年代末,它逐漸被更先進的氣相色譜儀所取代。W55年,第一臺商品化氣相色譜儀誕生,標志著氣相色譜儀的發(fā)展進入了嶄新的時代。

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氣相色譜新技術氣相色譜發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)成為一門非常成熟的分析技術,但科學家及相關企業(yè)對氣相色譜的研究仍然沒有停止。近年來，氣相色譜出現(xiàn)了一些新的技術，主要有快速氣相色譜、微型氣相色譜、多維氣相色譜等。技能點:氣相色譜儀的結構原理—1—簡述氣相色譜儀的發(fā)展一氣相色譜儀的結構二氣相色譜儀分離原理三目錄頁—2—（氣相色譜儀的結構原理）簡述氣相色譜儀的發(fā)展氣相色譜儀遵循的色譜法Chromatography是現(xiàn)代分離分析的一個重要方法。起源：1906年俄國植物學家茨維特使用一根裝有碳酸鈣的玻璃管分離植物葉石油醚提取物，實現(xiàn)了多種物質的分離。1906年茨維特的實驗實現(xiàn)了多種物質的分離并確立了色譜柱。1952年馬丁和辛格創(chuàng)立了氣-液色譜法并由此獲得了1952年的諾貝爾獎金。1955年出現(xiàn)了第一臺商品化的GC。我國在1956年開展研究，1965年上海分析儀器廠投入試制并生產(chǎn)出可應用的產(chǎn)品。氣相色譜儀發(fā)展至今，在個行業(yè)應用廣泛，各種型號和種類很多，根據(jù)檢測和分析需要，確定產(chǎn)品的型號和配置。—3—（氣相色譜儀的結構原理）氣相色譜儀的結構氣相色譜儀結構組成：氣源和氣路控制系統(tǒng)、氣化室和進樣器、柱箱和色譜柱、檢測器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。色譜柱流量控制器穩(wěn)壓器空氣氫氣載氣分子篩脫水管固定進樣口檢測器電子部件PC

限流器

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—（氣相色譜儀的結構原理）氣源和氣路控制系統(tǒng)氣路控制系統(tǒng)包括供氣鋼瓶(或氣源)、過濾干操器、流量控制器、流量指示器等氣相色譜儀中的氣路是一個載氣連續(xù)運行的密閉管路系統(tǒng)。整個載氣系統(tǒng)要求載氣純凈、密閉性好、流速穩(wěn)定及流速測量準確?！?—（氣相色譜儀的結構原理）氣化室和進樣器（進樣系統(tǒng)）進樣系統(tǒng)包括樣品引入裝置（注射器和自動進樣器）和汽化室（進樣口）。進樣系統(tǒng)用來精確調整每次分析的進樣量，同時保證把液態(tài)樣品轉化為氣相，然后加人載氣氣流中，因此它具備溫度可以調整的汽化器。進樣定量的操作，在試驗室色譜儀中常用微量注射器人工注人，而在工業(yè)色譜儀中是采用轉閥控制的金屬定量管進樣。轉閥的切換可以由人工或自動程序控制系統(tǒng)操作。—6

—（氣相色譜儀的結構原理）柱箱和色譜柱柱箱設定的溫度是準確控制分離需要的溫度。當試樣復雜時，分離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。有程序升溫系統(tǒng)的柱箱,一般要有相應的計算機控制系統(tǒng),按照設定的程序對溫度的變化過程進行控制,溫度變化過程必須要平穩(wěn)、準確,要經(jīng)過驗證?！?

—（氣相色譜儀的結構原理）檢測器檢測器是把物質流出的組分轉換為電信號輸出，并經(jīng)放大器放大后由記錄儀表記錄或由數(shù)據(jù)處理裝置求積、顯示、打印。常用的檢測器有熱導池式；氫火焰離子化式；電子捕獲式和火焰光度式檢測器數(shù)種。—8

—（氣相色譜儀的結構原理）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)過去常用的記錄儀是電子電位差計?，F(xiàn)在一般氣相色譜儀的記錄裝置配備微處理機，有數(shù)字顯示和打印機構，可自動記錄峰數(shù)、保留時間、峰面積，并自動計算出分析結果。隨著近年來微型計算機的普遍推廣和價格的不斷降低，靠微機系統(tǒng)支持的色譜數(shù)據(jù)工作站在儀器分析領域得以迅速普及。色譜數(shù)據(jù)工作站為我們提供了強大的色譜分析應用軟件系統(tǒng)，如中文Windows操作平臺；多種譜圖處理功能；多種色譜參數(shù)應用軟件等。它不僅在功能上遠遠超出一般的微處理機，還明顯地提高了數(shù)據(jù)處理的精密度和可靠性。

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（氣相色譜儀的結構原理）7.氣相色譜的相關術語7.氣相色譜的相關術語：a.色譜圖：色譜柱流出物通過檢測器時所產(chǎn)生的響應信號對時間的曲線圖，期縱坐標為信號強度，橫坐標為保留時間b.色譜峰：色譜柱流出組分通過檢測器時產(chǎn)生的響應信號的微分曲線c.峰底: