氣相色譜法及其應(yīng)用

1、氣相色譜法及其應(yīng)用氣相色譜法及其應(yīng)用指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：趙建軍趙建軍 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 氣相色譜法的基本理論氣相色譜法的基本理論 氣相色譜儀的構(gòu)造及各部分功能氣相色譜儀的構(gòu)造及各部分功能 氣相色譜分析方法及其應(yīng)用氣相色譜分析方法及其應(yīng)用 色譜法引論色譜法引論 “色譜法色譜法” 名稱的由來名稱的由來石油醚石油醚(流動相流動相)碳酸鈣碳酸鈣( (固定相固定相) )色色譜譜帶帶是利用混合物不同組分在是利用混合物不同組分在和和中分配系數(shù)中分配系數(shù)(或吸附系數(shù)、滲透或吸附系數(shù)、滲透性等性等)的差異，使不同組分在作相對的差異，使不同組分在作相對運動的兩相中進行反復(fù)分配，實現(xiàn)分運動的兩相中進行反復(fù)分配，實現(xiàn)

2、分離的分析方法。離的分析方法。色譜法色譜法 色譜法的分類色譜法的分類根據(jù)流動相的根據(jù)流動相的物態(tài)可分為物態(tài)可分為氣相色譜氣相色譜(GC)液相色譜液相色譜(LC)超臨界流體色譜超臨界流體色譜(SFC)根據(jù)分離機理根據(jù)分離機理可分為可分為吸附色譜吸附色譜分配色譜分配色譜離子交換色譜離子交換色譜排阻色譜排阻色譜第一部分：第一部分：氣相色譜基本理論一、簡介一、簡介: :氣相色譜法（氣相色譜法（GCGC）是英國生物化學(xué)家）是英國生物化學(xué)家 Martin A Martin A T PT P等人在研究液液分配色譜的基礎(chǔ)上，于等人在研究液液分配色譜的基礎(chǔ)上，于19521952年創(chuàng)年創(chuàng)立的一種極有效的分離方法它

3、可分析和分離復(fù)雜的多立的一種極有效的分離方法它可分析和分離復(fù)雜的多組分混合物。組分混合物。 目前由于使用了高效能的色譜柱，高靈敏度的檢目前由于使用了高效能的色譜柱，高靈敏度的檢測器及微處理機，使得氣相色譜法成為一種分析速度測器及微處理機，使得氣相色譜法成為一種分析速度快、靈敏度高、應(yīng)用范圍廣的分析方法。如氣相色譜快、靈敏度高、應(yīng)用范圍廣的分析方法。如氣相色譜與質(zhì)譜（與質(zhì)譜（GCGCMSMS）聯(lián)用、氣相色譜與）聯(lián)用、氣相色譜與FourierFourier紅外光紅外光譜譜(GC(GCFTIRFTIR）聯(lián)用、氣相色譜與原子發(fā)射光譜（）聯(lián)用、氣相色譜與原子發(fā)射光譜（GCGCAESAES）聯(lián)用等。）聯(lián)用

4、等。二、二、分類氣相色譜法可分為氣固色譜（氣相色譜法可分為氣固色譜（GSCGSC）和氣液色譜（）和氣液色譜（GLCGLC）nGSCGSC是用多孔性固體為固定相，分離的對象主要是一些永是用多孔性固體為固定相，分離的對象主要是一些永久性的氣體和低沸點的化合物；久性的氣體和低沸點的化合物；nGLCGLC的固定相是用高沸點的有機物涂漬在惰性載體上由的固定相是用高沸點的有機物涂漬在惰性載體上由于可供選擇的固定液種類多，故選擇性較好，應(yīng)用亦廣于可供選擇的固定液種類多，故選擇性較好，應(yīng)用亦廣泛。泛。 三、三、氣相色譜分離原理 當(dāng)載氣攜帶樣品進入色譜柱時，基于不同組分在兩當(dāng)載氣攜帶樣品進入色譜柱時，基于不同組

5、分在兩相間的溶解或吸附能力不同（分配系數(shù)不同），當(dāng)兩相相間的溶解或吸附能力不同（分配系數(shù)不同），當(dāng)兩相作相對運動時，試樣中各組分就在兩相中進行反復(fù)多次作相對運動時，試樣中各組分就在兩相中進行反復(fù)多次的分配，使得原來分配系數(shù)只有微小差異的各組分產(chǎn)生的分配，使得原來分配系數(shù)只有微小差異的各組分產(chǎn)生很大的分離效果，從而各組分彼此得以分離開來很大的分離效果，從而各組分彼此得以分離開來 四、分離分析中的應(yīng)用四、分離分析中的應(yīng)用氣體、易揮發(fā)的物質(zhì)及可轉(zhuǎn)化為易揮氣體、易揮發(fā)的物質(zhì)及可轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)化合物的液體或固體物質(zhì)發(fā)化合物的液體或固體物質(zhì)適用對象適用對象1、適用對象、適用對象2 2、應(yīng)用領(lǐng)域1）石油化工分

6、析石油化工分析原油分析，煉廠氣分析，油品分析，油品添加劑分析原油分析，煉廠氣分析，油品分析，油品添加劑分析等等2）環(huán)境分析環(huán)境分析大氣污染分析，飲用水分析，水資源分析，土壤分析大氣污染分析，飲用水分析，水資源分析，土壤分析等等3）食品分析食品分析農(nóng)藥殘留分析，香精香料分析，食品添加劑分析等農(nóng)藥殘留分析，香精香料分析，食品添加劑分析等4）藥物和臨床分析藥物和臨床分析血液中乙醇，麻醉劑及氨基酸的分析；某些揮發(fā)性藥血液中乙醇，麻醉劑及氨基酸的分析；某些揮發(fā)性藥品的分析品的分析第二部分第二部分 氣相色譜儀系統(tǒng)及功能氣相色譜儀系統(tǒng)及功能GC工作過程示意圖工作過程示意圖載氣系統(tǒng)載氣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)分離

7、系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測和檢測和記錄系統(tǒng)記錄系統(tǒng)溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)一、載氣系統(tǒng)一、載氣系統(tǒng)常用載氣：常用載氣：氮氣氮氣、氦氣氦氣、氫氣氫氣及氬氣及氬氣氣源氣源凈化干燥管凈化干燥管載氣流速控制裝置載氣流速控制裝置 載氣系統(tǒng)載氣系統(tǒng)載氣選擇依據(jù)載氣選擇依據(jù)檢測器檢測器柱效柱效 二、進樣系統(tǒng)二、進樣系統(tǒng)注射器注射器氣化室氣化室進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng) 進樣器進樣器氣化室氣化室溫度比柱溫高溫度比柱溫高出出1050取樣位置取樣位置 試樣導(dǎo)入色譜柱試樣導(dǎo)入色譜柱六通閥進樣器六通閥進樣器三、分離系統(tǒng)三、分離系統(tǒng)( (色譜柱色譜柱) ) 分離系統(tǒng)由色譜柱組成，它是色譜儀的核心部分離系統(tǒng)由色譜柱組成，它是色譜儀的核心部件，其作用

8、是分離樣品。色譜柱主要有兩類：填件，其作用是分離樣品。色譜柱主要有兩類：填充柱和毛細管柱。充柱和毛細管柱。 1.1.毛細管柱毛細管柱 毛細管柱又叫空心柱，分為涂壁、多孔層和毛細管柱又叫空心柱，分為涂壁、多孔層和涂載體空心柱。涂壁空心柱是將固定液均勻地涂涂載體空心柱。涂壁空心柱是將固定液均勻地涂在內(nèi)徑在內(nèi)徑0.050.050.5mm0.5mm的毛細管內(nèi)壁而成，毛細管材的毛細管內(nèi)壁而成，毛細管材料可以是不銹鋼，玻璃或石英。料可以是不銹鋼，玻璃或石英。 毛細管色譜柱滲透性好，傳質(zhì)阻力小，而柱毛細管色譜柱滲透性好，傳質(zhì)阻力小，而柱子可以做到長幾十米。與填充往相比，其分離效子可以做到長幾十米。與填充往相

9、比，其分離效率高（理論塔板數(shù)可達率高（理論塔板數(shù)可達10106 6）、分析速度塊、樣品）、分析速度塊、樣品用量小，但柱容量低、要求檢測器的靈敏度高，用量小，但柱容量低、要求檢測器的靈敏度高，并且制備較難。并且制備較難。 色譜柱色譜柱填充柱填充柱毛細管柱毛細管柱柱內(nèi)徑柱內(nèi)徑1-10 mm0.05-0.5 mm柱長度柱長度 0.5-10 m10-150 m總塔板數(shù)總塔板數(shù)103 106樣品容量樣品容量 10-1000 0.1-502.2.填充柱填充柱 填充柱由不銹鋼或玻璃材料制成，內(nèi)裝固定相，填充柱由不銹鋼或玻璃材料制成，內(nèi)裝固定相，一般內(nèi)徑為一般內(nèi)徑為1 110 mm10 mm，長，長0.50.

10、510m10m。填充柱的形狀。填充柱的形狀有有U U型和螺旋型二種。型和螺旋型二種。g g 固定液的選擇原則固定液的選擇原則“相似相溶相似相溶”a. 非極性物質(zhì)非極性物質(zhì)非極性固定液非極性固定液。 沸點沸點越低的組分越早出峰。越低的組分越早出峰。b. 極極性物質(zhì)性物質(zhì)極性固定液極性固定液。 極性極性越小的組分出越早出峰。越小的組分出越早出峰。c. 極極性與非極性混合物性與非極性混合物極性固定液極性固定液。 極性越小的組分出越早出峰。極性越小的組分出越早出峰。d. 易易形成氫鍵物質(zhì)形成氫鍵物質(zhì)極性或氫鍵型固定液。極性或氫鍵型固定液。 不易形成氫鍵的組分先出峰，易形成氫鍵不易形成氫鍵的組分先出峰，

11、易形成氫鍵的組分后出峰。的組分后出峰。e. 復(fù)雜難分離樣品復(fù)雜難分離樣品多種固定液混合多種固定液混合固定液固定液極性極性適用范圍適用范圍100二甲基聚硅氧二甲基聚硅氧烷烷非極性非極性脂肪烴化合物，石脂肪烴化合物，石化產(chǎn)品化產(chǎn)品(50三氟丙基三氟丙基)甲基甲基聚硅氧烷聚硅氧烷中等極性中等極性極性化合物，如高極性化合物，如高級脂肪酸級脂肪酸聚乙二醇聚乙二醇中強極性中強極性極性化合物，如醇、極性化合物，如醇、羧酸酯等羧酸酯等常用毛細管色譜柱固定液常用毛細管色譜柱固定液四、控溫系統(tǒng)四、控溫系統(tǒng)n在氣相色譜測定中，溫度是重要的指標(biāo)，它在氣相色譜測定中，溫度是重要的指標(biāo)，它直接影響色譜柱的選擇分離、檢測器

12、的靈敏直接影響色譜柱的選擇分離、檢測器的靈敏度和穩(wěn)定性?？刂茰囟戎饕笇Χ群头€(wěn)定性?？刂茰囟戎饕笇ιV柱、氣色譜柱、氣化室、檢測器化室、檢測器三處的溫度控制。三處的溫度控制。 n色譜柱的溫度控制方式有：色譜柱的溫度控制方式有： 恒溫和程序升溫恒溫和程序升溫n程序升溫指在一個分析周期內(nèi)柱溫隨時間由程序升溫指在一個分析周期內(nèi)柱溫隨時間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達到用低溫向高溫作線性或非線性變化，以達到用最短時間獲得最佳分離的目的。最短時間獲得最佳分離的目的。 n對于沸點范圍很寬的混合物，往往采用程序?qū)τ诜悬c范圍很寬的混合物，往往采用程序升溫法進行分析。升溫法進行分析。程序升溫程序升溫50

13、250，8/min恒溫恒溫150 正構(gòu)烷烴恒溫和程序升溫色譜圖比較正構(gòu)烷烴恒溫和程序升溫色譜圖比較程序升溫不僅可以改善分離，而且可程序升溫不僅可以改善分離，而且可以縮短分析時間。以縮短分析時間。五、檢測系統(tǒng)五、檢測系統(tǒng) 氣相色譜檢測器是把載氣里被分離的各組分的濃度氣相色譜檢測器是把載氣里被分離的各組分的濃度或質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。目前檢測器的種類多達或質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。目前檢測器的種類多達數(shù)十種。根據(jù)檢測原理的不同，可將其分為濃度型檢數(shù)十種。根據(jù)檢測原理的不同，可將其分為濃度型檢測器和質(zhì)量型檢測器兩種：測器和質(zhì)量型檢測器兩種： n （l l）濃度型檢測器濃度型檢測器 測量的是載氣中某組

14、分濃測量的是載氣中某組分濃度瞬間的變化，即檢測器的響應(yīng)值和組分的濃度成正度瞬間的變化，即檢測器的響應(yīng)值和組分的濃度成正比。如熱導(dǎo)檢測器和電子捕獲檢測器。比。如熱導(dǎo)檢測器和電子捕獲檢測器。n （2 2）質(zhì)量型檢測器質(zhì)量型檢測器 測量的是載氣中某組分進測量的是載氣中某組分進入檢測器的速度變化，即檢測器的響應(yīng)值和單位時間入檢測器的速度變化，即檢測器的響應(yīng)值和單位時間內(nèi)進入檢測器某組分的量成正比。如火焰離子化檢測內(nèi)進入檢測器某組分的量成正比。如火焰離子化檢測器和火焰光度檢測器等。器和火焰光度檢測器等。1 . 熱導(dǎo)池檢測器熱導(dǎo)池檢測器 (TCD)參比參比測量測量R1R2AB工作原理：純載氣是一條工作原理

15、：純載氣是一條直線，當(dāng)有有試樣氣通過直線，當(dāng)有有試樣氣通過時，由于導(dǎo)熱系數(shù)與載氣時，由于導(dǎo)熱系數(shù)與載氣不同，測量池中熱敏電阻不同，測量池中熱敏電阻上的溫度發(fā)生變化，其阻上的溫度發(fā)生變化，其阻值隨之改變，電橋平衡遭值隨之改變，電橋平衡遭破壞，破壞，ABAB兩點間的電位不兩點間的電位不再相等，記錄儀上即出現(xiàn)再相等，記錄儀上即出現(xiàn)峰電位。待測組分的導(dǎo)熱峰電位。待測組分的導(dǎo)熱系數(shù)越大，測量池中熱敏系數(shù)越大，測量池中熱敏電阻上的溫度變化越大，電阻上的溫度變化越大，其電阻值也越大。其電阻值也越大。利用載氣與組分熱導(dǎo)系數(shù)的差異進行測量利用載氣與組分熱導(dǎo)系數(shù)的差異進行測量影響熱導(dǎo)檢測器靈敏度的因素影響熱導(dǎo)檢測

16、器靈敏度的因素載氣種類；載氣種類；熱絲工作電流；熱絲工作電流；熱絲與池體溫度差。熱絲與池體溫度差。適用范圍適用范圍 測量對象：通用測量對象：通用 色譜柱：填充柱色譜柱：填充柱 2 .氫氫火焰離子化檢測器火焰離子化檢測器 (FID) CH6HC66裂解裂解 CHO6e6O3CH62 OH6CO6OH6CHO632火焰離子化機理火焰離子化機理 火焰離子化檢測器是以火焰離子化檢測器是以氫氣和空氣燃燒的火焰氫氣和空氣燃燒的火焰作為能源，利用含碳有作為能源，利用含碳有機物在火焰中燃燒產(chǎn)生離子，在外加的電場作用下，使離子形成離子流，機物在火焰中燃燒產(chǎn)生離子，在外加的電場作用下，使離子形成離子流，根據(jù)離子流

17、產(chǎn)生的電信號強度進行（被色譜柱分離出的）組分的檢測。根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號強度進行（被色譜柱分離出的）組分的檢測。 適用范圍適用范圍 含碳有機化合物含碳有機化合物 影響檢測靈敏度的因素影響檢測靈敏度的因素 氫氮比；空氣流量；極化電壓。氫氮比；空氣流量；極化電壓。3 .3 .電子捕獲檢測器電子捕獲檢測器 (ECD)(ECD) eNN22 ABeABABNNAB22 電子電子捕獲機理捕獲機理 適用范圍適用范圍 鹵素及親電子物質(zhì)鹵素及親電子物質(zhì)其主要缺點是不能檢測永久性氣體、水、一氧化碳、其主要缺點是不能檢測永久性氣體、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氫等物質(zhì)。二氧化碳、氮的氧化物、硫化氫等

18、物質(zhì)。飲用水中三鹵甲烷色譜圖飲用水中三鹵甲烷色譜圖水水氯氯氯仿氯仿二氯溴甲烷二氯溴甲烷二溴氯甲烷二溴氯甲烷溴仿溴仿4、火焰光度檢測器火焰光度檢測器 (FPD) 222SOCOO2RS S2OH4H4SO222 *2C390SSS )nm394(hSSmax*2 )nm526(hHPOHPOmax* 響應(yīng)機理響應(yīng)機理 適用范圍適用范圍 含硫、磷化合物含硫、磷化合物含磷化合物含磷化合物含硫化合物含硫化合物三三九九一一一一乙乙拌拌磷磷地地亞亞農(nóng)農(nóng)倍倍硫硫磷磷對對硫硫磷磷丙丙硫硫磷磷乙乙硫硫磷磷乙乙丙丙硫硫磷磷谷谷硫硫磷磷壤壤蟲蟲磷磷豐豐索索磷磷蠅蠅毒毒磷磷馬馬拉拉硫硫磷磷一一0五九五九5、質(zhì)譜檢測器

19、、質(zhì)譜檢測器毛毛細細管管柱柱接口接口離子源離子源離子檢測器離子檢測器加加熱熱器器溫溫度度傳傳感感器器n電子轟擊電子轟擊n化學(xué)電離化學(xué)電離n場致電離場致電離n激光激光n-均屬于離子源均屬于離子源n基線：是柱中僅有流基線：是柱中僅有流動相通過時，檢測器動相通過時，檢測器 響應(yīng)訊號的記錄值響應(yīng)訊號的記錄值 。穩(wěn)定的基線應(yīng)該是一穩(wěn)定的基線應(yīng)該是一條水平直線條水平直線n峰高：色譜峰頂點與峰高：色譜峰頂點與基線之間的垂直距離，基線之間的垂直距離，以以h h表示表示 。n峰寬：色譜峰兩側(cè)拐峰寬：色譜峰兩側(cè)拐點上的切線在基線上點上的切線在基線上的截距的截距 ，以，以W W表示。表示。n半峰寬：峰高一半時半峰寬

20、：峰高一半時峰的寬度，以峰的寬度，以W1/2W1/2表表示。示。一、色譜圖一、色譜圖第三部分氣相色譜分析方法及應(yīng)用第三部分氣相色譜分析方法及應(yīng)用二、保留值定性分析依據(jù)二、保留值定性分析依據(jù)1 .1 .死時間死時間t t0 00tLu 流動相流動相平均線速度平均線速度柱長柱長2 .保留時間保留時間tr3 .校正校正(調(diào)整調(diào)整)保留時間保留時間4 4 . .死體積死體積V V0 0cFtV 005 5 . . 保留體積保留體積V Vr rcrrFtV 6 6 . .校正校正( (調(diào)整調(diào)整) )保留體積保留體積三、峰高與峰面積定量分析的依據(jù)三、峰高與峰面積定量分析的依據(jù)四、區(qū)域?qū)挾戎?、區(qū)域?qū)挾戎?/p>

21、效峰底寬度峰底寬度W半峰寬半峰寬W1/2標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差 35. 242/1WW五、五、 分離度分離度)WW()tt (2)WW(21ttR211r2r211r2r 定義：定義：tr2, tr1: 組分組分2和組分和組分1的保留時間的保留時間W2, W1: 組分組分2和組分和組分1的峰底寬度的峰底寬度R=1.5完全分離完全分離六、色譜流出曲線上的信息六、色譜流出曲線上的信息1. 根據(jù)色譜峰的個數(shù)，可判斷樣品所含的最少組份數(shù)。根據(jù)色譜峰的個數(shù)，可判斷樣品所含的最少組份數(shù)。2. 根據(jù)色譜峰的保留值，可以進行定性分析。根據(jù)色譜峰的保留值，可以進行定性分析。3. 根據(jù)色譜峰的面積或峰高根據(jù)色譜峰的面積

22、或峰高, 可以進行定量分析可以進行定量分析4. 色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾仁窃u價色譜柱分離效能的依據(jù)色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾仁窃u價色譜柱分離效能的依據(jù)5. 色譜峰兩峰間的距離，是評價固定相色譜峰兩峰間的距離，是評價固定相(或流動相或流動相)選擇是否合選擇是否合適的依據(jù)。適的依據(jù)。 七、氣相色譜定性與定量分析方法七、氣相色譜定性與定量分析方法（一）定性分析（一）定性分析用已知純物質(zhì)用已知純物質(zhì) 對照定性對照定性保留值定性保留值定性峰高增加法定峰高增加法定性性 （二）定量分析（二）定量分析 任何一種物質(zhì)，在色譜分析的過程中，任何一種物質(zhì)，在色譜分析的過程中，其峰高或峰面積與其存在的的濃度或含量其峰高或峰面積與其存在的的濃度或