現(xiàn)代儀器分析氣相色譜析教案2011

1、山 東 中 醫(yī) 藥 大 學(xué)教 案 首 頁(yè)教研室主任：呂青濤授 課 人：呂青濤 研究生(部) 2011 年級(jí) 中藥 專業(yè) 班 2011 年 10 月 11日題 目:氣相色譜法教學(xué)目的與要求:掌握1 氣相色譜儀器2 毛細(xì)管色譜簡(jiǎn)介3 進(jìn)樣系統(tǒng)4 檢測(cè)器5 定性分析6 定量分析 內(nèi)容與時(shí)間分配:1 氣相色譜儀器2 毛細(xì)管色譜簡(jiǎn)介3 進(jìn)樣系統(tǒng)4 檢測(cè)器5 定性分析6 定量分析重點(diǎn)與難點(diǎn):1、熒光的產(chǎn)生；2、熒光光譜與激發(fā)光譜；3、熒光與分子結(jié)構(gòu)4、影響因素5、分析方法教具準(zhǔn)備:PPT教 案 尾 頁(yè)氣相色譜法1.概述GC是以氣體為流動(dòng)相的柱色譜法按固定相狀態(tài)分為 氣固：固體吸附劑 氣液：載體上涂漬液體的

2、固定相色譜柱種類 填充柱色譜 毛細(xì)管柱色譜 空心 填充1.1氣相色譜儀的一般流程載氣調(diào)至所需流速；氣化室，色譜柱，檢測(cè)器調(diào)至最佳工作狀態(tài)；分析樣品從進(jìn)樣器 載氣氣化室（氣化）色譜柱分離檢測(cè)器記錄儀 保留值：定性 A或h：定量氣路系統(tǒng)載氣連續(xù)運(yùn)行的密閉管路氣源（高壓氣瓶）減壓閥，壓力表凈化器氣流調(diào)節(jié)器流量計(jì)氣化室色譜柱檢測(cè)器放空進(jìn)樣系統(tǒng)：使樣品瞬間氣化，進(jìn)入色譜柱進(jìn)樣裝置氣化室分離系統(tǒng)：分離組分色譜柱，柱室檢測(cè)系統(tǒng)：將載氣中組分的濃度或量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)溫度控制系統(tǒng)氣化室，柱室，檢測(cè)室控溫?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄儀，積分儀或色譜工作站1.2 GC的特點(diǎn)分離效能高（柱效高）n=106性質(zhì)相似的組分也可分離，因

3、氣體粘度小，移動(dòng)快，可以用長(zhǎng)柱子分離汽油有200多個(gè)組分，人尿300多個(gè)組分分析速度快幾分幾十分鐘靈敏度高檢測(cè)限：10-1210-14g應(yīng)用廣泛分析氣化溫度在450且不分解的物質(zhì)，可分析20的有機(jī)化合物2儀器結(jié)構(gòu)2.1載氣系統(tǒng)：H2、N2、He、Ar等載氣主要根據(jù)檢測(cè)器特性決定如：熱導(dǎo)池：H2、He（分子量小，熱導(dǎo)系數(shù)大，粘度小）載氣流量控制：根據(jù)速率方程，選擇最佳穩(wěn)定流量H=A+B/u+CuA：渦流擴(kuò)散項(xiàng)B/u：縱向擴(kuò)散項(xiàng)Cu：傳質(zhì)阻力項(xiàng)對(duì)上式求導(dǎo)：dH/du=-B/u2+C=0 當(dāng)u較小時(shí)，B項(xiàng)為色譜峰擴(kuò)張的主要因素，此時(shí)應(yīng)采用相對(duì)分子質(zhì)量較大的載氣（N2，Ar），使組分在載氣中有較小的擴(kuò)

4、散系數(shù)。當(dāng)u較大時(shí)，C項(xiàng)為控制因素，宜采用相對(duì)分子量較小的載氣（H2、He），此時(shí)組分在載氣中有較大的擴(kuò)散系數(shù)，可減小氣相傳質(zhì)阻力，提高柱效。對(duì)于填充柱：N2：1012cms-1 H2：1520 cms-12.2進(jìn)樣系統(tǒng)2.2.1進(jìn)樣口結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)操作溫度范圍最高氣化溫度350420，常用250載氣壓力和流量設(shè)定范圍常見(jiàn)儀器載氣壓力范圍：0100psi流量范圍：0200mlmin-1死體積 0.21ml氣化室死體積小，樣品初始譜帶窄，柱外效應(yīng)小，但死體積太小，會(huì)因樣品氣化后體積膨脹引起壓力的劇烈波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起樣品“倒灌”，反而增加柱外效應(yīng)。惰性氣化室內(nèi)壁應(yīng)有足夠惰性，不對(duì)樣品發(fā)生吸附或化

5、學(xué)反應(yīng)或?qū)悠贩纸馄鸫呋饔?。所以，氣化室不銹鋼套管中要插入一個(gè)石英或玻璃管柱。隔墊吹掃功能隔墊：硅橡膠材料殘留溶劑 低分子齊聚物 進(jìn)入色譜柱，引起“鬼峰” 氣化室高溫使其部分降解 隔墊吹掃 隔墊排出物被排出 溫度較氣化溫度低，防止隔墊老化隔墊吹掃器出口玻璃襯管加熱塊石英玻璃毛（此處為襯管中心，溫度最高，樣品氣化，不會(huì)被吹掃氣流失）載氣大部分進(jìn)入襯管，起載氣作用，一部分向上流動(dòng)（13mlmin-1），從隔墊下方流過(guò)，放空。 保護(hù)色譜柱不揮發(fā)物質(zhì)會(huì)滯留在襯管不進(jìn)入色譜柱，積存產(chǎn)生“鬼峰”，所以清洗，更換 硅烷化脫活處理襯管 一般襯管中填入少量硅烷化處理的石英玻璃毛。 加快樣品氣化，避免顆粒物填塞

6、色譜柱 襯管容積：至少等于樣品溶劑氣化后體積 氣化后體積膨脹150500倍2.2.2進(jìn)樣注射器進(jìn)樣氣體 液體a注射速度快b取樣應(yīng)準(zhǔn)確，重現(xiàn)c避免樣品間干擾（洗針3次）d選擇合適的注射器（10l多用）e減少注射歧視（組分沸點(diǎn)不同，氣化速度和針內(nèi)殘留不同） 方法： 熱針進(jìn)樣 溶劑沖洗：針內(nèi)先吸一段溶劑，再吸樣品液體氣體 進(jìn)樣閥（定量管，RSD可達(dá)0.5%）V氣體=（102103）V液體自動(dòng)進(jìn)樣器（效率高，精度高，費(fèi)用高）分流進(jìn)樣（毛細(xì)管氣相色譜） 減少進(jìn)樣量 防止柱污染分流技術(shù)：小部分被載氣帶入色譜柱，大部分被放空進(jìn)入色譜柱部分：放空部分=分流比（一般1:101:200）進(jìn)樣量2l（一般0.5l）

7、進(jìn)樣速度：越快越好 防止不均勻氣化 保持窄的初始譜帶寬度分流歧視：在一定分流比條件下，不同樣品組分的實(shí)際分流比是不同的，從而選成進(jìn)入色譜柱的樣品組成不同于原來(lái)的樣品組成，影響定量結(jié)果的準(zhǔn)確度。 各組分在載氣中的擴(kuò)散速度不同原因 各組分極性不同，沸點(diǎn)不同，氣化速度不同 分流比較大 解決方法 快速氣化，包括采用較高氣化溫度和選用合適的襯管 在樣品濃度和柱容量允許情況下，分流比盡量小一些不分流進(jìn)樣： 提高靈敏度 消除分流歧視低濃度樣品，但由于溶劑效應(yīng)會(huì)引起初始譜帶變寬冷柱上進(jìn)樣：樣品直接注入處于室溫活低于室溫的色譜柱，逐步升高溫度使組分依次氣化通過(guò)色譜柱分離 消除歧化效應(yīng)優(yōu)點(diǎn) 避免樣品分解 準(zhǔn)確度，

8、精密度高 要求進(jìn)樣體積小，否則會(huì)超載缺點(diǎn) 操作復(fù)雜：對(duì)起始柱溫、溶劑性質(zhì)、進(jìn)樣速度有嚴(yán)格的要求，且要特殊 程序升溫氣化進(jìn)樣（PTV） 將氣體或液體樣品，注入處于低溫的進(jìn)樣口襯管內(nèi)，按設(shè)定程序升高進(jìn)樣口溫度 缺點(diǎn)：PTV進(jìn)樣口結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作技術(shù)要求更高一些；價(jià)格貴一些。2.3分離系統(tǒng)（色譜柱）2.3.1固定相（1）氣固色譜聚合物固定相分離強(qiáng)極性化合物（醇，酮，酸，酯，胺等）吸附劑活性炭（300） 氧化鋁（500） 分子篩（400） 硅膠（400） （2）氣液色譜固定液 烴類（非極性） 硅氯烷類（通用型）化學(xué)分類法 醇類（極性） 酯類（中強(qiáng)極性） 其它 非極性極性分類法（按相對(duì)極性） 弱極性 中等

9、極性 強(qiáng)極性 角鯊?fù)? ,-氯二丙腈100 紅色：略呈酸性 擔(dān)體 硅藻土型 白色：略呈堿性 非硅藻土型：氟擔(dān)體，玻璃微球擔(dān)體，高分子多孔微球等2.3.2柱體 填充柱（普通、微、填充毛細(xì)管柱） 毛細(xì)管柱內(nèi)徑（/mm）長(zhǎng)度(m)每米柱效(n)柱材料柱容量程序升溫應(yīng)用填充柱250.531000玻璃，不銹鋼mg級(jí)基線漂移毛細(xì)管柱0.10.5310603000熔融石英載氣，出負(fù)峰B橋電流大，靈敏度高，一般與I3成正比使用注意事項(xiàng)A操作時(shí)，開(kāi)機(jī)時(shí)應(yīng)先通載氣后加橋流；關(guān)機(jī)時(shí)，應(yīng)先關(guān)橋流后關(guān)載氣。否則易燒斷熱導(dǎo)池中的熱敏元件B橋電流不可過(guò)大，保護(hù)熱絲C定量時(shí)，用峰面積定量時(shí)，應(yīng)保持載氣流速恒定（A反比于v）2

10、.4.2氫火焰離子化檢測(cè)器 FID原理與結(jié)構(gòu)依據(jù)：利用有機(jī)物在氫焰作用下電離成離子流，根據(jù)離子流的濃度來(lái)檢測(cè)有機(jī)物進(jìn)入氫火焰，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生離子。收集極與極化環(huán)間加有電壓，使離子在其間作定向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生離子流。離子流強(qiáng)度與進(jìn)入檢測(cè)器中組分的量及分子中的含碳量有關(guān)，所以，測(cè)定離子流強(qiáng)度可對(duì)物質(zhì)定量。以苯為例，說(shuō)明化學(xué)電離反應(yīng)如下：C6H66CH6CH+3O26HCO+6e 與O2生成CHO+6HCO+6H2O6CO+6H3O+ H3O+為電荷傳遞介質(zhì)在外電場(chǎng)作用下，H3O+及CHO+及電子向兩極運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電流特點(diǎn)：靈敏度高，響應(yīng)快，線性范圍寬一般只測(cè)定含碳有機(jī)物，檢測(cè)時(shí)樣品被破壞注意事項(xiàng)A為質(zhì)量型

11、檢測(cè)器，所以峰高與流速成正比，若以h定量，則須使載氣恒速BN2多為載氣N2:H2=1:11:1.5 H2:空氣=1:51:10C無(wú)機(jī)組分在該檢測(cè)器上不出峰：H2S、H2O、SO2等2.4.3電子捕獲檢測(cè)器 ECD結(jié)構(gòu)與原理依據(jù)：電負(fù)性有機(jī)物捕獲自由電子，根據(jù)自由電子（基流）下降的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)組分進(jìn)行定量。放射性離子化檢測(cè)器檢測(cè)電負(fù)性有機(jī)物檢測(cè)器內(nèi)有兩個(gè)電極和筒狀的放射源（H3或Ni63）放射源不斷放射粒子，即初級(jí)電子，約每秒達(dá)108個(gè)，相當(dāng)于比10-9A略大的電流。當(dāng)載氣（Ar或N2）進(jìn)入內(nèi)腔，受轟擊產(chǎn)生次級(jí)電子。初級(jí)、次級(jí)電子向陽(yáng)極移動(dòng)，產(chǎn)生基流（背景電流I0）當(dāng)電負(fù)性組分進(jìn)入檢測(cè)器后，捕獲這

12、些自由電子，從而使基流下降，在記錄器上產(chǎn)生系列倒峰。在一定濃度（C）范圍內(nèi)，響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度與組分濃度關(guān)系為Ie：信號(hào)電流I0：基流K：為檢測(cè)器常數(shù)A：組分的電子吸收系數(shù)C：組分濃度特點(diǎn)：專屬性濃度型檢測(cè)器，靈敏度高；線性范圍窄（103）。分析電負(fù)性有機(jī)化合物（如含鹵素、硫、氧、硝基、羰基、氰基、共軛雙鍵體系、有機(jī)金屬化合物等）注意事項(xiàng)：A載氣使用高純氮（99.99%）。否則其中的氧氣、水及其它電負(fù)性雜質(zhì)會(huì)捕捉電子，使基流，靈敏度。B檢測(cè)器溫度高于柱溫，但不能過(guò)高（溫度過(guò)高，加速放射源放射，壽命縮短。滿足靈敏度的要求下，檢測(cè)器溫度適當(dāng)?shù)托〤一般使用低于飽和基流所對(duì)應(yīng)的極化電壓。D檢測(cè)器出口須安裝

13、幾米長(zhǎng)的金屬或塑料管道后，再與大氣相通，以防止氧氣反擴(kuò)散進(jìn)入檢測(cè)器，污染之。2.4.4火焰光度檢測(cè)器（FPD flame photometric detector）原理依據(jù)：含S、P的化合物在富氫火焰中燃燒產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光物質(zhì)，測(cè)定這些物質(zhì)特征波長(zhǎng)的光強(qiáng)對(duì)組分進(jìn)行定量。原理：在富氫火焰（H2:O23:1，即氫的供給量遠(yuǎn)大于化學(xué)計(jì)量值）中，含S或P的化合物燃燒生成化學(xué)發(fā)光物質(zhì)，產(chǎn)生特征波長(zhǎng)的光，投射到光電倍增管上產(chǎn)生電流，經(jīng)放大器放大，記錄下來(lái)，通過(guò)對(duì)特定波長(zhǎng)光強(qiáng)的測(cè)定，可測(cè)定含S或P的化合物的量。儀器結(jié)構(gòu) 燃燒系統(tǒng)：氫火焰部分（火焰噴嘴、點(diǎn)火器） 光學(xué)系統(tǒng)：石英窗、濾光片、散熱片、光電倍增管特點(diǎn)：

14、 硫、磷檢測(cè)器，質(zhì)量型檢測(cè)器 選擇性高，靈敏度高 對(duì)P 1.710-2g/s S 2.010-12g/s 線性范圍窄用于測(cè)定大氣痕量污染及水、農(nóng)產(chǎn)品中對(duì)有機(jī)磷或有機(jī)硫等農(nóng)殘的測(cè)定注意事項(xiàng)A燃燒火焰為富氫火焰，否則不產(chǎn)生特征光譜或靈敏度很低B為增長(zhǎng)光電倍增管的壽命，點(diǎn)火前不開(kāi)高壓電源C檢測(cè)器溫度低于100時(shí)，不要點(diǎn)火，以免使檢測(cè)器受潮3.定性、定量方法3.1定性方法3.1.1保留值定性已知物對(duì)照：（VR;tR）用不同極性色譜柱保留時(shí)間一致或采用峰高增加法相對(duì)保留值定性：保留指數(shù)定性（korats指數(shù)） a特點(diǎn)：重現(xiàn)性較好的定性參數(shù)，可依據(jù)所用的固定相和柱溫直接與文獻(xiàn)值對(duì)照，而不需對(duì)照品b方法：保

15、留指數(shù)I是把物質(zhì)的保留行為用兩個(gè)緊靠它的標(biāo)準(zhǔn)物（一般是兩個(gè)正構(gòu)烷烴）來(lái)標(biāo)定，并以均一標(biāo)度來(lái)表示（不用對(duì)數(shù)）。即將組分的保留行為換算成相當(dāng)于含有幾個(gè)C的正構(gòu)烷烴的保留行為來(lái)描述。被測(cè)物質(zhì)XN,i的保留值恰在兩個(gè)正構(gòu)烷烴的保留值之間XN,ZXN,i XN,Z1c計(jì)算XN：調(diào)整保留值（tR，VR）i：被測(cè)物質(zhì)Z,Z+1：具有Z個(gè)和Z+1個(gè)碳原子的正構(gòu)烷烴d舉例：乙酸丁酯在阿皮松柱上，柱溫為100時(shí)以相當(dāng)于調(diào)整保留時(shí)間的記錄紙距離來(lái)表示n-C7 XN,7=174.0mm lgXN,7=2.24乙酸丁酯 XN,i=310.0mm lg310.0=2.4914n-C8 XN,8=373.4mm lg373

16、.4=2.5722 3.1.2利用選擇性檢測(cè)器定性 3.1.3利用化學(xué)反應(yīng)定性 將色譜餾分通到官能團(tuán)分類試劑中，利用顯色或沉淀反應(yīng)，粗略判定組分含何官能團(tuán)或?qū)儆谀念惢衔铩?3.1.4兩譜聯(lián)用定性 氣質(zhì)聯(lián)用氣紅聯(lián)用 IR氣相色譜冷阱裝置 UV NMR MS3.2定量方法（復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)） 3.2.1校正因子 絕對(duì)質(zhì)量校正因子 相對(duì)校正因子：TCD：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 苯 FID：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 正庚烷 重量校正因子： 摩爾校正因子： 3.2.2歸一化法 當(dāng)試樣各組分都流出色譜柱，并在色譜圖上顯示色譜峰時(shí)，可用此法定量計(jì)算。 fi：重量校正因子 Pi：重量百分?jǐn)?shù) fi：摩爾校正因子 Pi：摩爾百分?jǐn)?shù)若組分fi 相近或

17、相同時(shí)，藥典規(guī)定，歸一化法須采用峰面積 3.2.3外標(biāo)法 工作曲線法 外標(biāo)一點(diǎn)法 ki為直線斜率（要求標(biāo)準(zhǔn)曲線過(guò)原點(diǎn)） 3.2.3內(nèi)標(biāo)法 將一定量?jī)?nèi)標(biāo)物加入樣品中則 mi：待測(cè)組分的量 m：樣品重量 ms：內(nèi)標(biāo)物的量 4.毛細(xì)管氣相色譜儀 氮?dú)猓ㄎ泊担涸黾又隹诘綑z測(cè)器的載氣流速，減少這段死體積的影響 氣路流程圖 5.制備氣相色譜儀 具有大容量的填充柱和組分收集系統(tǒng)，及自動(dòng)控制循環(huán)操作系統(tǒng)（多次重復(fù)操作） 儀器特點(diǎn)：具有載氣預(yù)熱器及單向閥（阻止大量樣品氣化時(shí)反沖） 柱內(nèi)徑一般10mm，柱長(zhǎng)310m；載體粒度4060目，固定液配比20左右制備柱出口流路 極少部分進(jìn)檢測(cè)器 絕大部分進(jìn)入收集系統(tǒng)（

18、冷卻收集） 6.頂空分析技術(shù) 6.1原理 用GC分析處于密閉系統(tǒng)中，熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的液體或固體樣品的氣相中揮發(fā)性組分，由此間接測(cè)定原始樣品中該組分含量的一種色譜方法?！皻庀嗌V鼻子” 頂空分析裝置 理論：Ai=CiPi Ci：常數(shù)（物質(zhì)種類、檢測(cè)器） Pi：揮發(fā)性組分的蒸氣壓 拉烏爾定律（稀溶液） Poi：飽和蒸氣壓 Xi：組分的摩爾分?jǐn)?shù) i：活度系數(shù) 6.2特點(diǎn)：可用于測(cè)定不能直接氣化的樣品中痕量揮發(fā)性組分事先不必對(duì)樣品中痕量組分進(jìn)行富集（如蒸餾、萃取等）柱子不會(huì)因注入水樣、高沸物或非揮發(fā)性樣品而過(guò)載或污染由于氣相中揮發(fā)性組分的濃度比其它組分濃度大，因此進(jìn)頂空氣樣，可提高樣品中揮發(fā)性組分的

19、檢測(cè)靈敏度，同時(shí)可得到比液體更好的靈敏度操作時(shí)注意恒溫密閉和預(yù)平衡（2030min）6.3應(yīng)用 均相樣品：如水中揮發(fā)性物質(zhì)、含醇飲料中痕量物質(zhì)、油料中揮發(fā)物等 液-固非均相樣品：如血液中的酸和有毒物質(zhì) 固體樣品：如野生物的芳香成分、聚合物中的單體或揮發(fā)性成分 7.裂解氣相色譜法（BGC） 7.1原理 在嚴(yán)格控制的操作條件下，使小量天然或合成的高分子化合物，進(jìn)行高溫?zé)崃呀猓傻头肿訜崃呀猱a(chǎn)物，在氣相色譜儀內(nèi)進(jìn)行分離分析。 由于裂解碎片的組成，相對(duì)含量與被測(cè)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因此每種物質(zhì)的裂解色譜圖具有各自的特征，稱為“指紋”熱解色譜圖，用其作為“指紋”鑒定高分子化合物。 7.2裂解方式 光照 加熱 熱降解：多無(wú)碳碳斷裂，降解產(chǎn)物與原化合物差別不大，如高級(jí)醇脫水成烯 熱裂解：5001100，共價(jià)鍵破裂，碳碳鍵斷裂，生成自由基，進(jìn)一步重組成穩(wěn)定的低分子 7.3操作條件 嚴(yán)格控制裂解器類型（包括其結(jié)構(gòu)和性能）嚴(yán)格控制裂解條件：加熱速率，升溫時(shí)間，裂解溫度等進(jìn)樣量：（g級(jí)）量小，可減小二次反應(yīng)色譜條件 高分子化合物：填充柱中等或強(qiáng)極性固定液 微生