《儀器分析》課件-模塊二氣相色譜法

儀器分析模塊二氣相色譜法項目一色譜法基礎知識01項目一色譜法基礎知識——1·色譜法基本原理掌握色譜法基本原理目標01掌握色譜法分離機制02了解色譜法的來源03相關標題文字在這里填寫項目的大標題071234色譜法色譜法色譜法1.色譜法是利用混合物不同組分在固定相和流動相中分配系數(shù)(或吸附系數(shù)、滲透性等)的差異，使不同組分在作相對運動的兩相中進行反復分配，實現(xiàn)分離的分析方法。一、色譜法引論01022.色譜原理根據(jù)樣品各組分在流動相和固定相中的分配情況不同來進行分離。一些組分與固定相作用較強，故較慢流出色譜柱，從而得以分離。3.色譜法的分類根據(jù)固定相的外形分柱色譜平面色譜{3.色譜法的分類0102034.色譜分析法的特點（1）優(yōu)點分離效率高；應用范圍廣；分析速度快；樣品用量少；靈敏度高；操作簡便（2）不足鑒別功能較差。01·色譜法相關知識項目一色譜法基礎知識——20502目標01掌握色譜法常用相關術語03一、色譜流出曲線及有關術語04色譜流出曲線（色譜圖）保留時間基線色譜峰峰高峰底05（一）色譜常用術語1.色譜流出曲線（色譜圖）

試樣中各組分經(jīng)色譜柱分離后，按照先后次序經(jīng)過檢測器，檢測器將流動相中各組分濃度（或含量）的變化轉變?yōu)橄鄳碾娦盘枺捎涗泝x所記錄信號-時間或信號-流動相體積曲線叫色譜流出曲線，也叫色譜圖。063.峰高（h）峰的頂點與基線之間的距離。4.峰底寬度（Wb）：

：從峰的拐點作切線，與基線兩交點之間的距離。075.半（高）峰寬（W1/2)：峰高一半處色譜峰的寬度。6.標準偏差（б）：0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半。

08術語098.死時間（t0）：不被固定相吸附或溶解的氣體，從進樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時需要的時間。7.峰面積（A）：色譜峰和基線包圍起來的面積。術語059.保留時間（tR）：指被測組分從進樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時需要的時間。10.調整保留時間（tR′）：指扣除死時間后的保留時間。tr′=tr-t001·色譜法相關知識項目一色譜法基礎知識——30502目標01掌握色譜法發(fā)展03掌握色譜法分類02色譜分析法實質上是一種物理化學分離方法，即利用不同物質在兩相（固定相和流動相）中具有不同的分配系數(shù)（或吸附系數(shù)），當兩相作相對運動時，這些物質在兩相中反復多次分配（即組分在兩相之間進行反復多次的吸附、脫附或溶解、揮發(fā)過程）從而使各物質得到完全分離。1.色譜法定義ABCD載氣3種組分同時進入色譜柱3種組分開始在色譜柱中分離3種組分在色譜柱中基本達到分離3種組分在色譜柱中完全達到分離2.色譜法分離過程示意圖學生提問、討論與總結10405學生提問、討論與總結2色譜法發(fā)展歷史106茨維特發(fā)現(xiàn)他的色譜法之后的20多年里，幾乎無人問津這一技術。到了1931年，德籍奧地利化學家?guī)於鳎≧.Kuhn）利用茨維特的方法在纖維狀氧化鋁和碳酸鈣的吸附柱上將過去一個世紀以來公認為單一的結晶狀胡蘿卜素分離成a和b兩個同分異構體，并由所取得的純胡蘿卜素確定出了其分子式。隨后他還發(fā)現(xiàn)了八種新類胡蘿卜素，并把它們制成純品，進行了結構分析。色譜法發(fā)展歷史2051938年，Kuhn因在維生素和胡蘿卜素的離析與結構分析中取得了重大研究成果被授予諾貝爾化學獎。從此色譜法開始為人們所重視，迅速為各國科學家們所注目，廣泛被采用起來。此后，相繼出現(xiàn)了各種色譜方法（如下表所示）。現(xiàn)在的色譜分析已經(jīng)失去顏色的含義，只是沿用色譜這個名詞。色譜法發(fā)展歷史051938年，Kuhn因在維生素和胡蘿卜素的離析與結構分析中取得了重大研究成果被授予諾貝爾化學獎。從此色譜法開始為人們所重視，迅速為各國科學家們所注目，廣泛被采用起來。此后，相繼出現(xiàn)了各種色譜方法（如下表所示）。現(xiàn)在的色譜分析已經(jīng)失去顏色的含義，只是沿用色譜這個名詞。年代發(fā)明者發(fā)明的色譜方法或重要應用1906Tswett用碳酸鈣作吸附劑分離植物色素。最先提出色譜概念。1931Kuhn,Lederer用氧化鋁和碳酸鈣分離a-、b-和g-胡蘿卜素。使色譜法開始為人們所重視。1938Izmailov,Shraiber最先使用薄層色譜法。1938Taylor,Uray用離子交換色譜法分離了鋰和鉀的同位素。1941Martin,Synge提出色譜塔板理論；發(fā)明液-液分配色譜；預言了氣體可作為流動相（即氣相色譜）。色譜法發(fā)展歷史3按固定相和流動相所處的狀態(tài)分類色譜法的分類1按固定相性質和操作方式分類色譜法的分類2按色譜分離過程的物理化學原理分類色譜法的分類3儀器分析模塊二氣相色譜法項目二氣相色譜法基礎原理01·分離原理項目一氣相色譜法基本原理——10502目標01掌握氣相色譜法分離原理03掌握氣相色譜法分離理論0205隨著計算機技術的發(fā)展及印刷技術的進步，平面設計在視覺感觀領域的表現(xiàn)也越來越豐富。1、分離效率高：是指它對性質極為相似的組分有很強的分離能力。2、靈敏度高：使用高靈敏度的檢測器可檢測出痕量組分。3、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。4、分析需要樣品量很少。特點特點特點1.氣相色譜法的特點2.氣相色譜法分離理論0374%茨維特實驗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)出不同的運行速度，能使其達到彼此分離。茨維特在他的原始論文中，把上述分離方法叫做色譜法。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；推動被分離的組分（色素）流過固定相的惰性流體（上述實驗用的是石油醚）稱為流動相；在柱中出現(xiàn)的有顏色的色帶叫做色譜圖（chromatogram）。2.氣相色譜法分離理論0374%色譜分析法實質上是一種物理化學分離方法，即利用不同物質在兩相（固定相和流動相）中具有不同的分配系數(shù)（或吸附系數(shù)），當兩相作相對運動時，這些物質在兩相中反復多次分配（即組分在兩相之間進行反復多次的吸附、脫附或溶解、揮發(fā)過程）從而使各物質得到完全分離。。3.氣相色譜法分離原理03分離原理氣相色譜儀是以氣體作為流動相（載氣）。當樣品被送入進樣器后由載氣攜帶進入色譜柱。由于樣品中各組份在色譜柱中的流動相（氣相）和固定相（液相或固相）間分配或吸附系數(shù)的差異。在載氣的沖洗下，各組份在兩相間作反復多次分配，使各組份在色譜柱中得到分離，然后由接在柱后的檢測器根據(jù)組份的物理化學特性，將各組份按順序檢測出來。54%74%儀器分析模塊二氣相色譜法項目三氣相色譜儀01·結構項目三氣相色譜儀——10501目標01掌握氣相色譜儀器原理02掌握氣相色譜儀結構02這里填寫二級標題這里填寫二級標題氣相結構色譜儀03氣相結構色譜儀04氣相色譜儀結構流程圖1.氣相結構色譜儀氣相結構色譜儀052.氣相色譜儀基本構造氣相結構色譜儀063.分類：常見的氣象色譜儀有單柱單氣路和雙柱雙氣路兩種類型單柱4.單柱單氣路型色譜儀由高壓氣瓶供給載氣經(jīng)減壓閥、穩(wěn)壓閥、轉子流量計、色譜柱、檢測器后放空的工作流程；氣相結構色譜儀065.雙柱雙氣路型色譜儀是將經(jīng)過穩(wěn)壓閥后的載氣分成兩路進入兩路色譜柱和檢測器，其中一路作為分析用，另一路作為補償用。這種結構可以補償氣流不穩(wěn)的或固定液流失對檢測器產(chǎn)生的影響，提高了儀器工作的穩(wěn)定性，因而特別適用于程序升溫和痕量分析。氣相結構色譜儀06

氣相色譜法分析時，載氣由高壓瓶供給，經(jīng)減壓減壓后，載氣進入凈化，然后由穩(wěn)壓閥控制載氣的流量和壓力，并由流量計顯示載氣進入柱之前的流量后，以穩(wěn)定的壓力進入氣化室、色譜柱、檢測器后放空。當氣化室中注入樣品是，樣品被氣化并被載氣帶入色譜柱進行分離。分離后各組分，先后流出色譜柱進入檢測器，檢測器將其濃度信號轉化變成電信號，再經(jīng)放大器放大后在記錄儀上顯示出來。得到色譜流出曲線。利用色譜流出曲線和色譜峰就可以進行定性和定量分析。6.氣象色譜法分析流程01·結構項目三氣相色譜儀——20501目標01掌握氣相色譜儀器原理02掌握氣相色譜儀結構02這里填寫二級標題這里填寫二級標題氣相結構色譜儀03氣相結構色譜儀04一、氣相色譜儀的主要部件（一）氣相色譜儀的氣路系統(tǒng)氣象色譜儀中的氣路系統(tǒng)是一個載氣連續(xù)運行的密閉管路系統(tǒng)，整個系統(tǒng)要求載氣純凈、密閉性好、流速穩(wěn)定劑流速測量準確1.載氣系統(tǒng)常用載氣：氮氣、氦氣、氫氣及氬氣氣源凈化干燥管載氣流速控制裝置{載氣系統(tǒng)載氣選擇依據(jù)檢測器柱效{04一、氣相色譜儀的主要部件2.載氣源氣源：一般可由高壓氣體鋼瓶或氣體發(fā)生器提供。實驗室一般使用前者，所提供的載氣純度要達到

99.99%以上。減壓閥：將鋼瓶中的氣體壓力減壓到2—5kgf.cm-2氣象色譜儀氣路系統(tǒng)05載氣源載氣源載氣源2.載氣源凈化器：多為填充了分子篩和活性炭的串聯(lián)管，可除去水、氧氣以及其他雜質。壓力表：多為兩級壓力指示。第一級鋼瓶壓力；第二級柱頭壓力指示。氣象色譜的載氣系統(tǒng)是載送樣品分離進行的惰性氣體，是氣相色譜的流動相。氣相結構色譜儀063.載氣壓力和流速控制裝置包括：開關閥、穩(wěn)壓閥、穩(wěn)流閥、針閥、阻力管等。4.載氣壓力和流速顯示01·儀器結構項目三氣相色譜儀——30501目標01掌握氣相色譜儀器原理02掌握氣相色譜儀結構02這里填寫二級標題這里填寫二級標題氣相結構色譜儀0304一、氣相色譜儀的主要部件（三）氣相色譜儀的分離系統(tǒng)氣象色譜儀中的分離系統(tǒng)是分析的心臟部分，GC儀器的分離系統(tǒng)包括柱箱、色譜柱及色譜柱與進樣口和檢測器的連接口

分離系統(tǒng)由色譜柱、柱溫箱組成，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：填充柱和毛細管柱。

1、填充柱

由不銹鋼或玻璃材料制成，內裝固定相，一般內徑為2～4mm，長1～3m。填充柱的形狀有U型和螺旋型二種。三、分離系統(tǒng)填充柱氣相結構色譜儀06

2、毛細管柱——空心柱

涂壁空心柱是將固定液均勻地涂在內徑0.l～0.5mm的毛細管內壁而成，毛細管材料可以是不銹鋼，玻璃或石英。

毛細管色譜柱滲透性好，傳質阻力小，而柱子可以做到長幾十米。與填充往相比，其分離效率高（理論塔板數(shù)可達106）、分析速度快、樣品用量小，但柱容量低、要求檢測器的靈敏度高，并且制備較難。氣相結構色譜儀06毛細管柱放到柱溫箱中，柱溫箱控溫范圍一般在15～350℃。柱溫是影響分離的重要的因素之一。選擇柱溫主要是考慮樣品待測物沸點和對分離的要求。柱溫通常要等于或略高于樣品的平均沸點；對寬沸程的樣品，應用程序升溫。毛細管柱放到柱溫箱中，柱溫箱控溫范圍一般在15～350℃。柱溫是影響分離的重要的因素之一。選擇柱溫主要是考慮樣品待測物沸點和對分離的要求。柱溫通常要等于或略高于樣品的平均沸點；對寬沸程的樣品，應用程序升溫。分離系統(tǒng)01·儀器結構項目三氣相色譜儀——40501目標01掌握氣相色譜儀器檢測系統(tǒng)原理02掌握氣相色譜儀檢測系統(tǒng)相關知識02這里填寫二級標題這里填寫二級標題氣相結構色譜儀03六、氣相色譜法中常用檢測器04檢測器

1.熱導池檢測器TCD

2.氫火焰離子化檢測器

FID

3.電子俘獲檢測器ECD

4.火焰光度檢測器FPD

下免是介紹檢測器

02六、常用檢測器（一）熱導池檢測器(TCD)熱導池檢測器(TCD)02五、檢測系統(tǒng)02六、常用檢測器02影響熱導池檢測器靈敏度的因素：六、常用檢測器橋路電流——提高橋路電流可以提高靈敏度，但橋路電流太大，會使噪音加大，基線不穩(wěn)。載氣——載氣與樣品氣導熱系數(shù)差別越大，靈敏度越高。導熱系數(shù)H2>He>N2，為了提高靈敏度，常采用H2作為載氣。熱敏元件的電阻值及電阻溫度系數(shù)——選擇阻值大、溫度系數(shù)高的熱敏元件。池體溫度——降低池體溫度，使池體與熱敏元件的溫差變大，可提高檢測器的靈敏度。2、氫火焰離子化檢測器（FID）檢測原理2、氫火焰離子化檢測器（FID）特點：結構簡單，操作簡便靈敏度高，比熱導池高約103倍檢出限低，可達10-12gs-1死體積小，響應快線性范圍寬3、電子捕獲檢測器(ECD)03ECD

選擇性很強，對具有電負性物質（如含鹵素、硫、磷、氰等的物質）的檢測有很高靈敏度（檢出限約10-14g·cm-3）。分析痕量電負性有機物最有效的檢測器。缺點：線性范圍窄，只有103左右，重現(xiàn)性較差。54%74%3、電子捕獲檢測器（ECD

）檢測原理在電場作用下，電子向正極定向移動，形成恒定基流形成的樣品負離子與載氣正離子復合成中性化合物，使基流降低而產(chǎn)生負信號——倒峰4、火焰光度檢測器（FPD

）05檢測原理含硫和磷的化合物在富氫火焰中燃燒時，生成的化學發(fā)光物質發(fā)出特征波長的光，記錄這些特征光譜，就能檢測硫和磷。4、火焰光度檢測器（FPD

）05對含磷、硫有機化合物具有較高選擇性和靈敏度。特別適用于大氣中痕量硫化物，農(nóng)副產(chǎn)品、水中痕量有機磷和硫農(nóng)藥殘留量的測定。和磷。特點：01·氣相色譜儀基本操作項目三氣相色譜儀——50501目標01掌握氣相色譜儀基本操作方法02掌握氣相色譜儀使用注意事項02這里填寫二級標題這里填寫二級標題氣相色譜儀基本操作03氣路的安裝與檢漏氣體的打開與設置（高壓高瓶、減壓閥、凈化器、穩(wěn)壓閥等的使用）載氣流量的測定氣相色譜儀開機、關機各溫度參數(shù)的設置進樣操作課程的導入問題：氣相色譜儀的操作過程如何分解？氣相色譜儀基本操作氣相色譜儀的分析流程展示。

(動畫：氣相色譜儀的分析流程)氣相色譜儀基本操作鋼瓶與減壓閥的連接。減壓閥與氣體管道的連接。氣體管道與凈化器的連接。凈化器與氣相色譜儀的連接。檢漏操作：用毛筆將皂液涂于各接頭處，看是否有氣泡溢出。若有，則表示漏氣；若無，則表示不漏氣。2.氣路的安裝與檢漏氣路連接與檢漏視頻氣相色譜儀基本操作開機前儀器和氣源等的準備檢查儀器電路和氣路。確保正常氣相色譜儀的種類及型號很多，其操作方法略有差異，但基本上都沿著如下流程進行：3.氣象色譜儀基本操作開機前儀器和氣源等的準備

接通載氣打開色譜儀主電源

設置氣化室、柱箱和檢測室溫度

打開氫氣和空氣氣源并調節(jié)流量

點火

待基線基本穩(wěn)定進樣分析

數(shù)據(jù)處理。開機前儀器和氣源等的準備檢查儀器電路和氣路。確保正常氣相色譜儀的種類及型號很多，其操作方法略有差異，但基本上都沿著如下流程進行：3.氣相色譜儀基本操作開機前儀器和氣源等的準備

接通載氣打開色譜儀主電源

設置氣化室、柱箱和檢測室溫度

打開氫氣和空氣氣源并調節(jié)流量

點火

待基線基本穩(wěn)定進樣分析

數(shù)據(jù)處理。氣相色譜儀基本操作4.分析完畢后關機步驟為：關閉氫氣和空氣穩(wěn)流閥

設置氣化室、柱箱和檢測室關機溫度（一般50℃一下）降溫至設定溫度

關閉電源開關

關閉鋼瓶總閥、旋松減壓閥。如果利用配套的電腦工作站（計算機控制與數(shù)據(jù)處理軟件），則接通載氣、打開儀器電源后打開電腦主機及顯示器電源并進入色譜工作站，各參數(shù)和文件保存路徑的設定、進樣分析（進樣可手動也可自動）處理數(shù)據(jù)、關機參數(shù)設置、關機在工作站中點擊相應的圖標即可。開機及關機時載氣和輔助氣源的操作同上。07（1）要經(jīng)常檢查色譜儀內外氫氣是否漏氣，嚴禁漏氣。（2）空氣泵在使用一個月左右要放一次水(帶壓放水)。放水方法是：在儀器停機后，面板壓力降至0.15MPa左右放水。具體步驟如下：把儀器后面放液管放在瓶子里，打開放液閥，液體和氣體就會排出。當看到只有氣體時關閉液體閥即可(開閥時間要短，手別離開手柄)如果排不出水和氣，可適當開機把壓力升高再排。（3）在各操作溫度未平衡之前將氫氣及空氣源關閉，以防檢測器內積水。（4）檢測器溫度不能低于進樣口溫度，否則會污染檢測器進樣口溫度應高于柱溫的最高值，同時化合物在此溫度下不分解。5.注意事項氣相色譜儀基本操作08（5）在點火時，不要使按鈕按下的時間過長，以免損壞點火圈，可多次點火。（6）含酸、堿、鹽、水、金屬離子的化合物不能分析,要經(jīng)過處理方可進行。（7）進樣器所取樣品要避免帶有氣泡以保證進樣重現(xiàn)性。（8）取樣前用溶劑反復洗針，再用要分析的樣品至少洗2～5次以避免樣品間的相互干擾。需直接進樣品，要將注射器洗凈后，將針筒抽干避免外來雜質的干攏。5.注意事項氣相色譜儀基本操作儀器分析模塊二氣相色譜法項目四氣相色譜法應用01·氣相色譜法定量分析項目四氣相色譜法應用——10501目標01掌握氣相色譜法定量分析原理02掌握氣相色譜法定量分析的方法02這里填寫二級標題這里填寫二級標題氣相結構色譜儀03氣相色譜法定量分析05

定量分析的任務是求出混合樣品中各組分的百分含量。色譜定量的依據(jù)是，當操作條件一致時，被測組分的質量（或濃度）與檢測器給出的響應信號成正比。即：

mi=fi

Ai

式中mi為被測組分i的質量；Ai為被測組分i的峰面積；

fi為被測組分i的校正因子。一、定量分析原理進行色譜定量分析時需要：（1）準確測量檢測器的響應信號—峰面積或峰高；（2）準確求得比例常數(shù)—校正因子；（3）正確選擇合適的定量方法，將測得的峰面積或峰高換算為組分的百分含量。定量分析

（1）峰高（h）乘半峰寬（W1/2）法：近似將色譜峰當作等腰三角形。此法算出的面積是實際峰面積的0.94倍：

A=1.064h·W1/2

（2）峰高乘平均峰寬法：當峰形不對稱時，可在峰高0.15和0.85處分別測定峰寬，由下式計算峰面積：

A=h·（W0.15+W0.85

）/2

（3）自動積分和微機處理法二、.峰面積的測量

02三、定量校正因子

試樣中各組分質量與其色譜峰面積成正比，即：

mi=fi·Ai絕對校正因子：比例系數(shù)f

i

，單位面積對應的物質量：

f

i=mi/Ai相對校正因子f

’i

：即組分的絕對校正因子與標準物質的絕對校正因子之比。3.定量計算方法1）歸一化法：要求試樣中所有組分全出峰，則其中組分i的含量為：校正因子相等時，直接用峰面積優(yōu)點：簡便、準確、進樣量對結果影響不大缺點：必須全部流出