氣相色譜分析組成和基本原理.ppt

1、,第二章 氣相色譜分析 Gas Chromatography，GC,氣相色譜儀1,氣相色譜儀2,一、分類 按流動(dòng)相物態(tài)分：氣相色譜、液相色譜,第一節(jié) 氣相色譜法概述,按 系 統(tǒng) 特 征 分：柱色譜、薄層色譜、 紙色譜,按 分 離 原 理 分： 吸附色譜、分配色 譜、 離子交換色譜、凝膠色譜,1-載氣鋼瓶；2-減壓閥；3-凈化干燥管；4-針形閥；5-流 量計(jì);6-壓力表；7-進(jìn)樣器;8-色譜柱;9-熱導(dǎo)檢測(cè)器；10- 放大器；11-溫度控制器；12-記錄儀；,二、氣相色譜流程,待測(cè)物樣品被蒸發(fā)為氣體并注入到色譜分離柱柱頂，以惰性氣體（指不與待測(cè)物反應(yīng)的氣體，只起運(yùn)載蒸汽樣品的作用，也稱載氣）將待

2、測(cè)物樣品蒸汽帶入柱內(nèi)分離。,三、分離過(guò)程,四、氣相色譜的組成,1. 載氣系統(tǒng)：包括氣源、凈化干燥管和載氣流 速控制； 2. 進(jìn)樣系統(tǒng)：進(jìn)樣器及氣化室； 3. 色譜柱：填充柱（填充固定相）或毛細(xì)管柱 （內(nèi)壁涂有固定液）； 4. 檢測(cè)器：可連接各種檢測(cè)器，以熱導(dǎo)檢測(cè)器 或氫火焰檢測(cè)器最為常見(jiàn)； 5. 記錄系統(tǒng)：放大器、記錄儀或數(shù)據(jù)處理儀； 6. 溫度控制系統(tǒng)：柱室、氣化室的溫度控制。,第二節(jié) 氣相色譜分析理論基礎(chǔ),一、分離原理 不同的物質(zhì)在由兩相固定相和流動(dòng)相構(gòu)成的體系中，具有不同的分配系數(shù)。當(dāng)兩相做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些物質(zhì)也隨流動(dòng)相一起運(yùn)動(dòng)，并在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次的分配。分配系數(shù)上有微小差別的物質(zhì)在

3、移動(dòng)速度上產(chǎn)生差別，從而使各組份達(dá)到分離。,二、分配系數(shù)、分配比與滯留因子,分配系數(shù) 組分在色譜柱內(nèi)的固定相和流動(dòng)相間發(fā)生的吸附、脫附或溶解、揮發(fā)的過(guò)程稱為分配過(guò)程。在一定溫度下，組分在兩相間分配達(dá)到平衡時(shí)的濃度（單位：g/mL）的比值，稱為分配系數(shù)，用K表示。,分配比 在一定溫度、壓力下，在兩相間達(dá)到分配平衡時(shí)，組分在兩相中的質(zhì)量比，用k表示。 分配比越大，保留時(shí)間越長(zhǎng)；分配比為零，保留時(shí)間為死時(shí)間。,滯留因子Rs 組分與載氣在色譜柱內(nèi)的流速之比,三、塔板理論-柱分離效能指標(biāo),把色譜分離過(guò)程比擬作蒸餾工程，直接引用處理蒸餾過(guò)程的概念、理論和方法來(lái)處理色譜分離過(guò)程，即把連續(xù)的色譜過(guò)程看作許多小

4、段平衡過(guò)程的重復(fù)。,理論塔板假定,在一小段間隔（H）內(nèi)，氣相平均組成和液相平均組成很快達(dá)到平衡； 載氣以脈動(dòng)式進(jìn)入色譜柱，且每次進(jìn)氣為一個(gè)板體積； 試樣沿色譜柱方向縱向擴(kuò)散忽略不計(jì)； 分配系數(shù)在各板上是常數(shù)。,色譜柱長(zhǎng)：L 虛擬的塔板間距離：H 色譜柱理論塔板數(shù)：n 則三者的關(guān)系為： n = L / H 理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為：,有效塔板數(shù)和有效塔板高度,單位柱長(zhǎng)的塔板數(shù)越多，表明柱效越高。 用不同物質(zhì)計(jì)算可得到不同的理論塔板數(shù)。 組分在tM時(shí)間內(nèi)不參與柱內(nèi)分配。需引入有效塔板數(shù)和有效塔板高度：,根據(jù)塔板理論得出的結(jié)論,（1）色譜柱的有效塔板數(shù)越多，表示組分在色譜柱內(nèi)達(dá)到平衡的次數(shù)越

5、多，柱效越高，所得的色譜峰越窄，對(duì)分離有利 ; （2）如果兩組分在同一色譜柱上的分配系數(shù)相同，那么無(wú)論該色譜柱為它們提供的有效塔板數(shù)有多大，此兩組分仍無(wú)法分離; （3）由于不同物質(zhì)在同一色譜柱上分配系數(shù)不同，所以同一色譜柱對(duì)不同物質(zhì)的柱效能也不同，因此在用塔板數(shù)或塔板高度表示柱效能時(shí)，必須說(shuō)明是對(duì)什么物質(zhì)而言。,四、 分離度,塔板理論和速率理論都難以描述難分離物質(zhì)對(duì)的實(shí)際分離程度。即柱效為多大時(shí)，相鄰兩組份能夠被完全分離。 難分離物質(zhì)對(duì)的分離度大小受色譜過(guò)程中兩種因素的綜合影響： 保留值之差色譜過(guò)程的熱力學(xué)因素； 區(qū)域?qū)挾壬V過(guò)程的動(dòng)力學(xué)因素。,色譜分離中的四種情況如圖所示：, 柱效較高，K

6、(分配系數(shù))較大,完全分離； K 不是很大，柱效較高，峰較窄，基本上完全分離； 柱效較低，K 較大,但分離的不好； K 小，柱效低，分離效果更差。,分離度的表達(dá)式：,R =0.8：兩峰的分離程度可達(dá)89%； R =1.0：分離程度98%； R =1.5：達(dá)99.7%（相鄰兩峰完全分離的標(biāo)準(zhǔn)）,令Wb(2)=Wb(1)=Wb（相鄰兩峰的峰底寬近似相等），引入相對(duì)保留值和塔板數(shù)，可導(dǎo)出下式：,五、分離操作條件的選擇,載氣及其流速的選擇,塔板高度與載氣流速曲線,傳質(zhì)阻力項(xiàng)是影響柱效的主要因素，流速，柱效,流速 ，柱效 ，由于流速對(duì)這兩項(xiàng)完全相反的作用，流速對(duì)柱效的總影響使得存在著一個(gè)最佳流速值，以塔

7、板高度H對(duì)應(yīng)載氣流速u(mài)作圖，曲線最低點(diǎn)的流速即為最佳流速。,柱溫的選擇,柱溫是影響分離的最重要的因素。選擇柱溫主要是考慮樣品待測(cè)物沸點(diǎn)和對(duì)分離的要求。 柱溫通常要等于或略高于樣品的平均沸點(diǎn)(分析時(shí)間20-30min)；對(duì)寬沸程的樣品，應(yīng)使用程序升溫方法。,固定液性質(zhì)和用量 固定液量越大，所容許的進(jìn)樣量越多，但色譜柱效能越低，分析時(shí)間越長(zhǎng)。 擔(dān)體的性質(zhì)和粒度 擔(dān)體表面積越大、表面和孔徑分布均勻，固定液涂覆均勻，液相傳質(zhì)越快，柱效較高； 擔(dān)體粒度太細(xì)，阻力增加，對(duì)操作不利。,氣化溫度 氣化溫度越高對(duì)分離越有利； 一般選擇比柱溫高3070。,進(jìn)樣時(shí)間和進(jìn)樣量 一般在1秒內(nèi)完成，越快越好；進(jìn)樣時(shí)間長(zhǎng)，

8、會(huì)導(dǎo)致色譜峰變寬； 進(jìn)樣量適當(dāng)；進(jìn)樣太多，峰疊在一起，分離不好；進(jìn)樣太少，檢測(cè)器靈敏度不夠，不能出峰。,第三節(jié) 固定相及其選擇,一、氣固色譜固定相固體吸附劑 該類型色譜柱是利用其中固體吸附劑對(duì)不同物質(zhì)的吸附能力差別進(jìn)行分離。主要用于分離小分子量的永久氣體及烴類。,1. 常用固體吸附劑：硅膠(強(qiáng)極性)、氧化鋁(弱極性)、活性炭(非極性)、分子篩(極性，篩孔大小) 2. 人工合成固體吸附劑：高分子多孔微球(GDX)：人工合成的多孔聚合物，其孔徑大小可以人為控制?？稍诨罨笾苯佑糜诜蛛x。,二、氣液色譜固定相載體+固定液,氣液色譜固定相由載體和固定液構(gòu)成：載體為固定液提供大的惰性表面，以承擔(dān)固定液，使

9、其形成薄而勻的液膜。,1.擔(dān)體 (也稱載體) 1） 對(duì)載體的要求： 多孔性、比表面積大； 表面是化學(xué)惰性的； 熱穩(wěn)定性、有一定的機(jī)械強(qiáng)度； 粒度均勻、細(xì)小。,2）載體類型：分為硅藻土型和非硅藻土型，前者又分為白色擔(dān)體和紅色擔(dān)體。,3）載體表面處理：硅藻土含有硅醇基(SiOH)、Al2O3、Fe等，也就是說(shuō)，它具有活性而不完全化學(xué)惰性，需進(jìn)行化學(xué)處理。其處理過(guò)程如下：,2. 固定液及其選擇 1）對(duì)固定液的要求 熱穩(wěn)定性好、蒸汽壓低流失少； 化學(xué)穩(wěn)定性好不與其它物質(zhì)反應(yīng)； 對(duì)試樣各組分有合適的溶解能力（分配系數(shù)K 適當(dāng)）； 對(duì)各組分具有良好的選擇性。,2）固定液的組成 高沸點(diǎn)有機(jī)化合物 3）固定液的選擇