4.GC氣相培訓(xùn)-基礎(chǔ)[講課適用]

1、島津國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司 市場(chǎng)部 氣相色譜基礎(chǔ)培訓(xùn)氣相色譜基礎(chǔ)培訓(xùn) 目錄 1 什么是氣相色譜 介紹氣相色譜的功能和用途，以及色譜儀的基本結(jié)構(gòu)。 2 進(jìn)樣方式 介紹氣相色譜最常用的幾種進(jìn)樣方式。 3 組分分離 介紹如何進(jìn)行分離和怎樣選擇色譜柱。 4 組分檢測(cè) 介紹常用的氣相色譜檢測(cè)器及應(yīng)用范圍。 氣相色譜(GC) 是一種把混合物分離成單個(gè)組分的實(shí)驗(yàn)技 術(shù)，它被用來(lái)對(duì)樣品組分進(jìn)行鑒定和定量測(cè)定。 是基于時(shí)間的差別進(jìn)行的分離。 什么是氣相色譜 石油醚 碳酸鈣顆粒 色素 玻璃柱 將氣化的混合物或氣體通過(guò)含有某種物質(zhì)的管，基于管 中物質(zhì)對(duì)不同化合物的保留性能不同而得到分離。這樣，就 是基于時(shí)間的差別

2、對(duì)化合物進(jìn)行分離。樣品經(jīng)過(guò)檢測(cè)器以后， 被記錄的就是色譜圖（下圖） 每一個(gè)峰代表最初混合樣品中 不同的組分。 峰出現(xiàn)的時(shí)間稱(chēng)為保留時(shí)間，可以用來(lái)對(duì)每個(gè)組分進(jìn)行 定性。而峰的大小峰高或峰面積，則是組分含量大小的度量。 氣相色譜基本原理 氣相色譜應(yīng)用領(lǐng)域 載氣氣源將樣品帶入GC 系統(tǒng)。 載氣控制提供可控而純凈的平穩(wěn)載氣流。 進(jìn)樣口作為液體樣品的氣化室。 色譜柱實(shí)現(xiàn)樣品的分離。 檢測(cè)器捕捉信號(hào)的變化，對(duì)各組分做出響應(yīng)。 數(shù)據(jù)處理裝置。 氣相色譜結(jié)構(gòu) 進(jìn)樣口色譜柱檢測(cè)器 溫度控制區(qū) 氣相色譜主機(jī) 鋼瓶 氣源 載氣 控制 數(shù)據(jù)處理 載氣必須是純凈的。污染物可能與樣品或色譜柱反應(yīng)， 產(chǎn)生假峰，進(jìn)入檢測(cè)器使

3、基線噪音增大等 常用載氣： N2、 He 、 H2 、 Ar 載氣氣源 載氣凈化裝置 氧氣捕集器（阱） 分子篩過(guò)濾器 分流/吹掃過(guò)濾器 分子篩過(guò)濾器 針形閥控制（手動(dòng)） GC-14C/B, GC-17AP系列 電子方式（數(shù)字式）AFC & APC GC-17AA, & GC-2010 二者兼有 GC-2014 載氣控制 進(jìn)樣口的設(shè)計(jì)和選擇取決于色譜柱的直徑和類(lèi)型。 填充柱進(jìn)樣口 進(jìn)樣口 分流分流/不分流進(jìn)樣口示意圖不分流進(jìn)樣口示意圖 載氣 隔墊吹掃出口 分流出口 玻璃襯管 F2 F1 毛細(xì)管柱有較小的樣 品容量。進(jìn)樣量必須非常 少，通常遠(yuǎn)少于1微升， 以防止色譜柱超載。此時(shí) 采用分流模式。 不

4、分流進(jìn)樣模式則特 別適用于低濃度的樣品。 通過(guò)對(duì)分流閥的關(guān)閉來(lái)實(shí) 現(xiàn)不分流操作。 進(jìn)樣口 吹掃掉進(jìn)樣墊高溫脫落的組分，一般為橡膠中的增 塑劑或低聚物，減少鬼峰 吹掃溢出襯管的溶劑氣體，減少溶劑拖尾 常用流量范圍：3-5ml/min 隔墊吹掃的作用 樣品入口 樣品出口 載氣入口 連接色譜柱 定量環(huán) 氣體閥進(jìn)樣 頂空進(jìn)樣 靜態(tài)頂空 動(dòng)態(tài)頂空（吹掃捕集） T R A P 捕 集 阱 Purge Gas 吹掃氣體 Vent 排放 Detector 檢測(cè)器 GC Carrier Gas GC的載氣 GC 色譜柱 填充柱 柱材：不銹鋼，玻璃 內(nèi)徑：2.6-3mm 長(zhǎng)度：0.5-6m 填料：擔(dān)體和固定液的種

5、類(lèi) 固定液的濃度 1-30% 擔(dān)體有硅藻土、玻璃、 石英塑料擔(dān)體（TPA） 等。 填充柱有較大的樣品容 量，適用于氣體樣品的分析。 對(duì)于目前高靈敏度的檢測(cè)器 優(yōu)勢(shì)已經(jīng)不明顯。 對(duì)于液體樣品分析，毛 細(xì)管柱有更好的分離度。 色譜柱 毛細(xì)柱 柱材：熔融石英、鋁 內(nèi)徑：0.1mm-0.53mm 長(zhǎng)度：10-100m 固定相種類(lèi)：OV-1，PEG- 20M，OV-17等 固定相膜厚：0.1-5m 毛細(xì)管柱是將固定相涂 在管內(nèi)壁的開(kāi)口管，其中沒(méi) 有填充物。 柱效比填充柱高很多， 適合分析復(fù)雜化和五。應(yīng)用 比例占90%以上。 0.53mm 具有近似填充柱的負(fù)荷量，總柱效則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)填充柱。 達(dá)到同樣的分離度

6、時(shí)，0.53mm大口徑柱的分析時(shí)間顯 著快于填充柱?？煞奖愕牟捎弥线M(jìn)樣或直接進(jìn)樣技術(shù)， 適合于分析不太復(fù)雜的樣品，是填充柱理想的替代柱。 0.32mm 柱效稍低于0.25mm常規(guī)柱，負(fù)荷量大于常規(guī)柱的60%， 用特制注射針可做柱上進(jìn)樣。 0.25mm 最常用的內(nèi)徑規(guī)格。有較高的柱效，負(fù)荷量較低，必須 分流進(jìn)樣或無(wú)分流進(jìn)樣。用于復(fù)雜多組份樣品分析。 0.10mm 柱效高,負(fù)荷量低，流失較小，適合與質(zhì)譜等高靈敏度 檢測(cè)器聯(lián)用。 毛細(xì)管柱的內(nèi)徑 512m 短柱： 分離少于10個(gè)組份（不包含難分離物質(zhì)對(duì)）的簡(jiǎn)單樣品。 2530m 中長(zhǎng)柱： 分離1050個(gè)組份的樣品。 50m及以上 長(zhǎng)柱： 分離大于5

7、0個(gè)組份或包含有難分離物質(zhì)對(duì)的復(fù)雜樣品。 毛細(xì)管柱的長(zhǎng)度 0.10.2m 薄液膜： 低負(fù)荷量，高溫下流失較小，適合于高沸點(diǎn)化合物的分 析，適于配高靈敏檢測(cè)器。 0.250.33m 標(biāo)準(zhǔn)液厚： 一般商品柱的標(biāo)準(zhǔn)液膜。 0.55.0m 厚液膜： 較高的樣品負(fù)荷量，在高溫下流失較大，適于分析低沸 點(diǎn)樣品。 毛細(xì)管柱的液膜厚度 色譜柱如何對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分離 由于載氣的帶動(dòng)，樣品向柱的右端移動(dòng)，并且由于樣品區(qū) 域和周?chē)d氣中樣品濃度的不同而使得樣品區(qū)帶展寬。 在柱子內(nèi)壁涂覆一層高沸點(diǎn)物質(zhì)。與涂層之間沒(méi)有作用 的物質(zhì)（黃色）隨載氣一同流過(guò)色譜柱并首先從色譜柱中流 出；在涂層和載氣之間進(jìn)行分配的物質(zhì)（藍(lán)色）則以

8、較慢的 速度流過(guò)色譜柱而后流出色譜柱，樣品得到分離。 色譜柱如何對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分離 在填充柱內(nèi)，固定液被涂在粒度均勻的載體顆粒上，以 增大表面積，減少涂層厚度。涂好的填料被填充在金屬、玻 璃或塑料管內(nèi)。 氣體分析通常用填充柱完成。填充柱有足夠的柱容量來(lái)適 應(yīng)較大體積的氣體進(jìn)樣量。 氣體樣品分析常用填料包括： 分子篩氧氣、氮?dú)?、氦氣、氫氣、二氧化碳、一氧化碳?甲烷等。 氧化鋁丙烷或更大分子量的化合物 多孔性聚合物微球(Porapaks) 乙烷、丁烷、二氧化碳等 用毛細(xì)管柱還是填充柱？ 毛細(xì)管柱有比填充柱更高的分離度，即使選擇性低一些 通常也能實(shí)現(xiàn)足夠的分離。 一根毛細(xì)管柱能夠完成多種分析，而用填充

9、柱則可能需 要多根才能完成。 對(duì)毛細(xì)管柱和填充柱都適用的的固定液有： 甲基硅烷 非極性到中等極性 苯基甲基硅烷，5 到50% 的苯基烯烴、芳香化合物，中 等極性化合物 Carbowax 聚乙二醇酸，強(qiáng)極性的物質(zhì) 用毛細(xì)管柱還是填充柱？ 廣譜檢測(cè)器： FID、TCD 選擇性檢測(cè)器： FTD、FPD、ECD 氣相色譜常用檢測(cè)器氣相色譜常用檢測(cè)器 檢測(cè)器 FID（氫火焰離子化檢測(cè)器）氫火焰離子化檢測(cè)器） CH Oxidation CHO+ + e- 檢測(cè)器 原理 組分在氫火焰中燃燒生成碳正離子，被收集轉(zhuǎn)變成 電流，經(jīng)放大后即為檢測(cè)器信號(hào)。 應(yīng)用范圍 碳?xì)浠衔?對(duì)FID無(wú)響應(yīng)的物質(zhì) O2 、N2 、

10、H2 、CO 、CO2 、 CS2 、NH3 、H2O、稀有氣體、 氮的氧化物等 適用行業(yè) 石油化工、農(nóng)殘、水質(zhì)、食品、 醫(yī)藥 檢測(cè)器FID TCD（熱導(dǎo)檢測(cè)器熱導(dǎo)檢測(cè)器） 檢測(cè)器TCD 原理 當(dāng)攜帶了樣品的載氣流過(guò)檢測(cè)器時(shí)，因?qū)嵯禂?shù)的差異 使燈絲的溫度發(fā)生變化，引起電阻值發(fā)生變化而產(chǎn)生信 號(hào)。 應(yīng)用范圍 有機(jī)、無(wú)機(jī)化合物 適用行業(yè) 氣體分析 檢測(cè)器TCD TCD的半擴(kuò)散池設(shè)計(jì)的半擴(kuò)散池設(shè)計(jì) 檢測(cè)器TCD N2 N2+ + e - b ray reverse 檢測(cè)器ECD 原理： 當(dāng)電負(fù)性大的物質(zhì)通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，將會(huì)捕獲低能熱電 子，引起池電流的減小，為保持電流恒定所加上的相 應(yīng)脈沖數(shù)的變化即

11、為色譜信號(hào)。 應(yīng)用范圍 有機(jī)鹵代物，含電負(fù)性基團(tuán)（如 CO，NO2）的有機(jī)物等。 適用行業(yè) 農(nóng)殘、水質(zhì)、環(huán)境 檢測(cè)器ECD 光電倍增器部 帽部 頭部 底座部 S : ( S-S )* ( S-S ) + hv (394 nm) P : (PHO)* (PHO) + hv (526 nm) 檢測(cè)器FPD 原理 含硫或含磷化合物在火焰中燃燒發(fā)出特征波長(zhǎng)的光，經(jīng)光 電倍增管轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出。 應(yīng)用范圍 有機(jī)硫、有機(jī)磷化合物 適用行業(yè) 食品安全、農(nóng)殘、 氣體分析（含S成分） 檢測(cè)器FPD 硅酸銣硅酸銣加加熱熱到到 600 -800C. Rb. + CN Rb* + CN- 檢測(cè)器FTD 原理 含氮或含

12、磷化合物到達(dá)富含堿金屬鹽蒸氣的火焰中發(fā)生熱 分解，熱分解產(chǎn)物吸收堿金屬放出的電子，堿金屬陽(yáng)離子 被收集極收集，作為信號(hào)電流被檢測(cè)。 應(yīng)用范圍 有機(jī)氮、有機(jī)磷化合物 適用行業(yè) 食品安全、農(nóng)殘 檢測(cè)器FTD HETP B C A 載 氣 線 速 度 Van Deemter方程 HETP=A+B/u+Cu A渦流擴(kuò)散（橫向） B分子擴(kuò)散 C傳質(zhì)阻抗（縱向） HETP:理論塔板高度 載氣流速與分離能力的關(guān)系 柱效與載氣線速度的關(guān)系柱效與載氣線速度的關(guān)系 曲線最低點(diǎn)處的塔板 高度稱(chēng)為最小板高 Hmin，對(duì)應(yīng)的線速度 稱(chēng)為最佳線速u(mài)opt，此 時(shí)，柱效最好。 柱箱溫度程序時(shí)保持載氣線速度不變柱箱溫度程序時(shí)保持載氣線速度不變 色譜柱色譜柱 : DB-1 (30m x 0.25mmID 0.25m mm) 柱箱柱箱 : 40C保持保持 5 min -5 C/min to-200保持保持 10 min 先進(jìn)的載氣控制功能恒線速度方式 0 5 10 15 20 25 30 13579 VEL PRESS FLOW 0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5min 0 25000 50000 75000 2.465 2.980 3.833 4.054 4.334 4