簡述氣相色譜儀的原理組成及應(yīng)用

1、簡述氣象色譜儀的原理組成及應(yīng)用氣相色譜分析于1952 年出現(xiàn)，經(jīng)過50 年的發(fā)展已成為重要的近代分析手段之一，由于它具有分離效能高，分析速度快，定量結(jié)果準，易于自動化等特點；且當其與質(zhì)譜，計算機結(jié)合進行色質(zhì)聯(lián)用分析時，又能對復(fù)雜的多組分混合物進行定性和定量分析。首先我們對氣象色譜儀進行探討：1 氣象色譜流程與分離原理氣象色譜儀分離的原理：分離原理是氣體流動相攜帶混合物流過色譜柱中的固定相，混合物與固定相發(fā)生作用，并在兩相間分配。由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，發(fā)生作用的大小、強弱也有差異，因此不同組分在固定相中滯留時間有長有短，從而按先后不同的次序從固定相中流出，從而達到各組分分離的目的。氣象

2、色譜法的一般流程主要包括三部分：載氣系統(tǒng)、色譜柱和檢測器。可用流程方框圖表示，如下圖：2 氣象色譜儀的基本組成和核心部分2.1氣路控制系統(tǒng) 主要作用是為了保證進樣系統(tǒng)、色譜柱系統(tǒng)和檢測器的正常工作提供穩(wěn)定的載氣和有關(guān)檢測器必須的燃氣、助燃氣以及輔助氣體，氣路控制系統(tǒng)的好壞將直接影響儀器的分離效率、靈敏度和穩(wěn)定性，從而將直接影響定性定量的準確性。氣路控制系統(tǒng)主要由開關(guān)閥、穩(wěn)定閥、針型閥、壓力表、電子流量計等部件組成。2.3 色譜柱和柱箱色譜柱的作用就是分離混合物樣品中的有關(guān)組分。是色譜分析的關(guān)鍵部分，主要有填充柱和毛細柱兩大類。色譜柱選用的正確與否，將直接影響分離的效率、穩(wěn)定性和檢測靈敏度。柱箱

3、就是裝接和容納各種色譜柱的精密控溫的爐箱，是色譜儀的重要組成部分之一，柱箱結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否，將直接影響整體性能。2.4 檢測器檢測器是氣象色譜儀的心臟部分，它的功能就是把隨載氣流出色譜柱的各種組分進行非電量轉(zhuǎn)換，將組分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，便于記錄測量的處理。檢測器的性能直接影響整機儀器的性能，主要影響穩(wěn)定性和靈敏度，檢測器的性能也決定了該儀器的應(yīng)用范圍。一般色譜儀的檢測器都有熱導(dǎo)檢測器和氫焰檢測器：A 熱導(dǎo)檢測器的原理：氣體具有熱導(dǎo)作用，不同物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)，熱導(dǎo)檢測器就是根據(jù)不同物質(zhì)熱導(dǎo)系數(shù)的差別而設(shè)計的，它對有機、無機樣品均勻響應(yīng)，而不破壞樣品，可用于常量分析。熱導(dǎo)檢測器是用熱導(dǎo)用熱電阻

4、式傳感器組成的一種檢測裝置，是基于氣體熱傳導(dǎo)原理。熱導(dǎo)檢測器熱電阻是采用錸鎢絲材料制成的熱導(dǎo)元件，裝在不銹鋼池體的氣室中，在電路上連接成典型的惠斯頓電橋電路。當熱導(dǎo)池氣室中的載氣流量穩(wěn)定，熱導(dǎo)池池體溫度恒定時，由錸鎢絲熱電阻組成的電橋電路就處于平衡狀態(tài)。當有樣品進入時，由于樣品熱導(dǎo)率的不同，錸鎢絲熱電阻發(fā)生變化，產(chǎn)生一個電壓信號，其大小即可反映組份的濃度。b.氫焰檢測器原理：它是以氫氣與空氣中的氧氣燃燒生成的火焰為能源，當有機物質(zhì)進入火焰時，在火焰的高能作用下，被激發(fā)而產(chǎn)生離子，在火焰的上下部有一對電極（上部是收集極，下部是極化極）兩電極間施加一定電壓（DC180-300V），有機物在氫火焰中

5、被激發(fā)產(chǎn)生的離子在極間直流電場的作用下做定向移動，形成了一種微弱電流，然后流經(jīng)高電阻（107-1010）放大取出電壓信號，送到記錄裝置被記錄下來。2.5 檢測電路每一種檢測器都必須對應(yīng)連接一個監(jiān)測器電路，例如：氫焰離子化檢測器，就必須配置一個微電流放大器，熱導(dǎo)檢測器就必須配置一個為了測量電橋所配套的恒流源電路等。檢測電路將直接影響檢測器穩(wěn)定性和靈敏度。2.6 溫度控制系統(tǒng)溫度是氣象色譜技術(shù)中十分重要的參數(shù)，必須對色譜柱和檢測器進行溫度控制，所以，一般氣相色譜儀中，至少有三路溫度控制，先進的機型中，溫度控制系統(tǒng)中一般用鉑電阻作為感溫元件；柱箱采用電爐絲，檢測器中采用內(nèi)熱式電熱管作為加熱元件，溫控

6、的執(zhí)行元件采用固態(tài)繼電器。儀器溫度控制系統(tǒng)（指溫控精度和穩(wěn)定性）直接影響儀器的分離效果，基線穩(wěn)定性和檢測靈敏度等性能。2.7 數(shù)據(jù)記錄與處理系統(tǒng)氣相色譜檢測器將樣品組分轉(zhuǎn)換成電信號后（色譜信號一般是微分信號） 就需要在檢測電路輸出端連接一個對輸出信號進行記錄和數(shù)據(jù)處理的裝置，記錄儀量程一般為-1+4mV，隨著計算機技術(shù)的普及應(yīng)用，八十年代中期起，在微型計算機中接入專用的色譜數(shù)據(jù)采集器，配置一套相應(yīng)的軟件就成為色譜數(shù)據(jù)工作站，可與色譜儀直接連用。數(shù)據(jù)記錄與處理系統(tǒng)一般都是與氣相色譜分開設(shè)計的獨立系統(tǒng)，可由使用者任意選配，但在使用上，是整套氣相色譜儀器不可分割的一個重要組成部分，它將直接影響定量精

7、度。3 氣象色譜儀的使用3.1開機3.1.1 按順序打開氣體發(fā)生器開關(guān)或鋼瓶總閥、減壓閥以及凈化器上的空氣開關(guān)閥，通氣10 分鐘左右（如長時間沒開機應(yīng)通氣20 分鐘以上）。若發(fā)現(xiàn)儀器進樣口膠墊已經(jīng)使用過，則擰下進樣口壓帽，更換進樣膠墊（如長期進針，進樣口內(nèi)可能進油，需定期把進樣口清洗一次）。3.1.2 在通氣期間，檢查各壓力表是否達到規(guī)定指示值。3.1.3 打開電源開關(guān)，觀察界面上的溫度設(shè)定值和流量是否正確。3.1.4 上述檢查無誤后，進行升溫，可以看到溫度指示燈亮，各路溫控開始加熱，此時可以打開工作站，走基線。3.1.5 點火：當氫焰溫度達到設(shè)定值后，按點火鍵點火，可以看到工作站上氫焰1 的

8、基線迅速上升，過幾秒之后以一定斜率向零點漂移，然后氫焰2 的基線迅速上升，過幾秒之后以一定斜率向零點漂移，說明兩氫焰已點著火。如按過點火鍵后，氫焰的基線有個大的跳動并迅速回到零點走直線，說明沒有點著火，需檢查原因。此時在工作站上打開“狀態(tài)”窗口，可以檢驗兩氫焰是否點著火。3.1.6 加橋流：進入“熱導(dǎo)”界面，觀察橋電流值，如果正確，按運行鍵，可以看到橋流指示燈亮，說明橋流已加上。3.1.7 參數(shù)設(shè)定：修改工作站的“采集設(shè)置”，設(shè)置采集類型，一般設(shè)定為“絕緣油”，然后對進樣方式、實驗時間、切換時間進行設(shè)定。3.1.8等基線穩(wěn)定后，即可進針。3.2 關(guān)機（1）關(guān)閉工作站。（2）關(guān)閉色譜儀電源開關(guān)。

9、（3）約30分鐘后，關(guān)閉氣體發(fā)生器或鋼瓶。氣象色譜技術(shù)在測定生物柴油中的應(yīng)用隨著日益嚴重的全球性能源短缺與環(huán)境惡化,控制汽車尾氣排放,保護人類賴以生存的自然環(huán)境成為目前人類急需解決的問題。世界各國的能源研究人員從環(huán)境保護和資源戰(zhàn)略的角度出發(fā),積極探索發(fā)展清潔的替代燃料及可再生能源,生物柴油就是其中一種。生物柴油,即脂肪酸甲乙酯,是一種含氧清潔燃料,由菜籽油、大豆油、回收烹飪油、動物脂等可再生油脂制備加工而成。生物柴油產(chǎn)業(yè)在我國具有巨大的發(fā)展?jié)摿?并將對保障石油安全、保護生態(tài)環(huán)境、促進農(nóng)業(yè)和制造業(yè)發(fā)展、提高農(nóng)民收人,產(chǎn)生相當重要的積極作用。在過去的年里,我國原油產(chǎn)量年均增長率僅為,但石油消費平均

10、增長速度卻達到,成為世界上石油消費增長最快的國家。按照我國目前左右的經(jīng)濟增長速度計算,我國對進口石油的依賴程度將越來越大。如果不及時發(fā)展替代能源,我國將面臨石油安全問題,嚴重時將導(dǎo)致能源危機,影響我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。目前制備生物柴油的主要制約因素之一就是成本高,生物柴油成本的是原料成本,因此采用廉價原料及提高轉(zhuǎn)化率,從而降低成本是生物柴油能否實現(xiàn)工業(yè)化的關(guān)鍵。在我國人多地少的情況下,不宜過多占用耕地種植生物柴油的原料,應(yīng)因地制宜,利用山區(qū)種植的油料植物,或者利用廢油、動物脂肪等原料,用于生物柴油的生產(chǎn)。支持發(fā)展多種原料,如海藻、山區(qū)油料植物和回收利用的廢油脂等。解決原料問題的一個很好的方案是

11、將廢食用油脂回收利用,不僅解決了生物柴油的原料問題,降低了生物成本,還解決了廢油脂的回收處理問題,使廢物資源化。其中氣象色譜技術(shù)在檢測生物柴油中起著重要的角色。測定甲酯一般采用法,但選用的色譜柱和檢測器存在較大差別。毛細管柱氣相色譜的靈活性和實用性能把樣品里許多分子量不同的組分分開,而且分離效果好?？捎糜谕瑫r測定植物油甲酯中甘油、甘油一醋、甘油二酯、甘油三酯的含量,樣品中甘油、甘油一酯、甘油二酯經(jīng)過甲硅烷基化后通過涂有一層0.01mm厚甲基聚硅氧烷的10m的毛細管柱而被測定。原則上,甘油、甘油一酯、甘油二酯和甘油三酯可以在一個涂有無衍生物的非極性固定相的惰性柱里分析,但是在常規(guī)分析中不能得到一

12、個好的峰形和回收率,而將甘油、甘油一酯、甘油二酯中的輕基經(jīng)甲硅烷基化后則能得到一個好的峰形、回收率和低的檢測界限。甘油和偏甘油酯要完全甲硅烷基化,必須嚴格控制衍生反應(yīng)的條件。以下幾種方式可以實現(xiàn)完全的甲硅烷基化:(1)N,O-雙三甲基硅烷基三氟乙酰胺作為甲硅烷基化試劑,并添加嘧啶或二甲基甲酞胺,在70下加熱15min;(2)BSTFA與1%三甲基氯硅烷作為甲硅烷基化試劑，并添加嘧啶，在室溫下反應(yīng)15min；（3）N-甲基，N-三甲基硅烷三氟乙酰胺作為甲硅烷基化試劑，并添加嘧啶，在室溫下反應(yīng)15min；（4）MSTF甲硅烷基化試劑，在70下加熱15min。都采用1,2,4-丁三醇作為不完全硅烷化的指示劑，不完全硅烷化則導(dǎo)致峰的裂開且峰高明顯降低。Mittelbach采用GC檢測了菜籽油甲酯中甘油中甘油、甘油一酯、甘油二酯、甘油三酯的含量。先將制備好的菜籽油甲酯100-5