氣相色譜基本知識課件

氣相色譜基本知識一、概述

１.起源：色譜分析法是一種分離技術(shù).它是由俄國物理學(xué)家茨維特(Tswett)在1906年創(chuàng)立的,他在研究植物葉中的色素時,先用石油醚浸提植物中的色素,然后將浸提液注入到一根填充CaCO3的直立玻璃管的頂端(圖a),再加入純石油醚進(jìn)行淋洗,淋洗結(jié)果使玻璃管內(nèi)植物色素被分離成具有不同顏色的譜帶(圖b),他把這種分離方法稱為色譜法;玻璃管稱為色譜柱;管內(nèi)填充物(CaCO3)是固定不動的,稱為固定相;淋洗劑(石油醚)是攜帶混合物流過固定相的流體,稱為流動相.2.原理

使混合物中各組分在兩相間進(jìn)行分配,其中一相是不動的(固定相),另一相(流動相)攜帶混合物流過此固定相,與固定相發(fā)生作用,在同一推動力下,不同組分在固定相中滯留的時間不同,依次從固定相中流出,又稱色層法,層析法3.分類(1)氣相色譜、液相色譜、超臨界流體色譜(流動相)(2)柱色譜,紙(PC)色譜,薄層色譜(TLC)(固定相)(3)吸附色譜,分配色譜,離子交換色譜,排阻色譜(物理化學(xué)分離原理)二、氣相色譜的定義與分類定義：

氣相色譜法是以惰性氣體(N2、Ｈe、Ar、H2等)為流動相的柱色譜分離技術(shù),其應(yīng)用于化學(xué)分析領(lǐng)域,并與適當(dāng)?shù)臋z測手段相結(jié)合,就構(gòu)成了氣相色譜分析法。分類：根據(jù)固定相的狀態(tài)不同，可將其分為氣固色譜和氣液色譜。３.氣相色譜流程

氣相色譜法用于分離分析樣品的基本過程如下圖：

氣相色譜過程示意圖由高壓鋼瓶1供給的流動相載氣。經(jīng)減壓閥2、凈化器3、流量調(diào)節(jié)器4和轉(zhuǎn)子流速計5后，以穩(wěn)定的壓力恒定的流速連續(xù)流過氣化室6、色譜柱7、檢測器8，最后放空。

氣相色譜儀由五大系統(tǒng)組成：氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)以及檢測和記錄系統(tǒng)。

三、氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)

２.進(jìn)樣系統(tǒng)組成：進(jìn)樣系統(tǒng)包括進(jìn)樣裝置和汽化室兩部分。作用：是將液體或固體試樣，在進(jìn)入色譜柱之前瞬間氣化，然后快速定量地轉(zhuǎn)入到色譜柱中。進(jìn)樣的多少，進(jìn)樣時間的長短，試樣的氣化速度等都會影響色譜的分離效果和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。1）進(jìn)樣器

液體樣品的進(jìn)樣一般采用微量注射器。氣體樣品的進(jìn)樣常用色譜儀本身配置的推拉式六通閥或旋轉(zhuǎn)式六通閥定量進(jìn)樣,也可采用氣密性針進(jìn)樣(手動進(jìn)樣)進(jìn)樣口類型：1)分流/不分流進(jìn)樣口(SSI)2)隔墊吹掃填充柱進(jìn)樣口(PPI)3)冷柱頭進(jìn)樣口4)程序升溫汽化進(jìn)樣口(PTV):進(jìn)樣口的加熱絲可程序升溫，適合多組分難分離的物質(zhì)分離5)頂空進(jìn)樣6)微相固萃取進(jìn)樣SSI不分流模式流路圖ＳＳＩ分流流量計算隔墊吹掃填充進(jìn)樣口歧視效應(yīng):

由于各種化合物的沸點不同,進(jìn)入汽化室時,低沸點的完全氣化,而高沸點的未完全氣化,已經(jīng)氣化的物質(zhì)被載氣帶入色譜柱,從而造成高沸點的物質(zhì)回收率低,重現(xiàn)性差,且有拖尾,這種效應(yīng)叫歧視效應(yīng).減少歧視效應(yīng)的方法:1)采用分流/不分流技術(shù)2)采用溶劑效應(yīng)(即利用冷柱頭進(jìn)樣技術(shù)/冷柱箱進(jìn)樣技術(shù)):把進(jìn)樣口的溫度設(shè)高,柱的起始溫度設(shè)低(溫度的設(shè)定依據(jù)所用的溶劑而言,如丙酮的沸點56度,設(shè)定的溫度應(yīng)低于丙酮的沸點),這樣丙酮到達(dá)柱頭時,會凝結(jié)下來,樣品會被丙酮溶解凝聚在柱頭,然后瞬時升溫,溫度要能夠保證所有的樣品成分及溶劑都揮發(fā),使其在同一起跑線上,同時被載氣帶動,這樣可以將歧視效應(yīng)降到最低.典型的進(jìn)樣口問題

１.污染：重復(fù)使用同一根針進(jìn)樣，會產(chǎn)生殘留與污染，上一次進(jìn)樣的物質(zhì)會影響下一次進(jìn)樣，形成“記憶效應(yīng)”。用洗針的方法來消除“記憶效應(yīng)”。洗針：首先要根據(jù)化合物的性質(zhì)選用不同的溶劑洗針，并需要洗20次以上，再用樣品液洗針，以免帶來稀釋效應(yīng)２.針歧視：氣相色譜進(jìn)樣針的針頭為斜面，造成液體滑坡，從而產(chǎn)生蒸餾效應(yīng)，低沸點的更容易出來，從而帶來的歧視效應(yīng)對低沸點的影響更大。通過快速自動進(jìn)樣(進(jìn)樣針頭為錐型)、增大進(jìn)樣量和/或使用沸點更高的溶劑來減少針歧視。

3.進(jìn)樣的速度1)對于有的樣品,進(jìn)樣速度要快2)留針:對于粘滯的樣品,先刺入隔墊,進(jìn)針2/3,推針不馬上進(jìn)行,待升溫使其溶解后再推針.4.泄漏：

進(jìn)樣墊和柱泄漏會改變保留時間和峰面積。樣品可能從泄漏處跑掉，空氣會擴(kuò)散入進(jìn)樣口造成柱損傷。定期更換進(jìn)樣墊并在第一次發(fā)生問題時檢查柱連接。５.進(jìn)樣口溫度、分流比等設(shè)置不正確進(jìn)樣口的日常維護(hù)更換隔墊清洗或更換進(jìn)樣針進(jìn)行泄漏測試和維修清洗或更換襯管/內(nèi)插件更換O-形環(huán)清洗或更換分流平板和金屬墊片(SSI)２.氣化室

為了讓樣品在氣化室中瞬間氣化而不分解，因此要求氣化室熱容量大，并不使樣品分解。為了盡量減少柱前譜峰變寬，氣化室的死體積應(yīng)盡可能小。常用金屬塊制成汽化室、外套加熱塊，為消除金屬表面的催化作用，在汽化室管內(nèi)有石英襯管,襯管有分流與不分流之分。襯管是可以清洗的。３.分離系統(tǒng)：

分離系統(tǒng)是指把混合樣品中各組分分離的裝置，它由色譜柱組成色譜柱的分類：1)填充柱由不銹鋼、玻璃和聚四氟乙烯等材料制成，常用的為不銹鋼柱，柱管內(nèi)徑為2-６mm，柱長1-５m。柱形有U型和螺旋型二種。2)毛細(xì)管柱又叫空心柱，分為涂壁、多孔層和涂載體空心柱。空心毛細(xì)管柱材質(zhì)為玻璃或石英。內(nèi)徑一般為0.2-0.5mm，長度30-300m，呈螺旋型。

填充柱氣相色譜填充柱氣相色譜的柱管通常內(nèi)徑寬，內(nèi)徑為不銹鋼管，為節(jié)省柱溫箱空間而將柱管彎成環(huán)狀。在管內(nèi)壁涂漬液體物質(zhì)（氣-液色譜）或在管內(nèi)填充固體吸附劑（氣-固色譜）氣-液色譜氣-液色譜的原理：各溶質(zhì)在氣相（流動相）和液相（固定相）間分配系數(shù)不同達(dá)到分離。固定液的選擇:固定液的選擇一般根據(jù)“相似相溶”的原則，待測組分分子與固定液分子的性質(zhì)（極性、官能團(tuán)）相似時，其溶解度就大。１）按極性相似原則選擇：２）按官能團(tuán)相似選擇：若待測物質(zhì)為酯類，則選用酯或聚酯類固定液；若待測物質(zhì)為醇類，可選用聚乙二醇固定液。３）按主要差別選擇：若待測各組分之間沸點是主要矛盾，可選用非極性固定液，若極性是主要矛盾，則選用極性固定液４）選擇混合固定液：對于難分離的復(fù)雜樣品，可選用兩種或兩種以上的固定液。

常用的基質(zhì)：無機(jī)載體（如硅藻土、玻璃粉末或微球、金屬粉末或微球、金屬化合物）和有機(jī)載體（如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯）2.氣-固色譜氣-固色譜的固定相是固體吸附劑，分離是基于樣品分子在固定相表面的吸附能力的差異而實現(xiàn)的。常用的固體吸附劑有碳質(zhì)吸附劑（活性炭、石墨化碳黑、碳分子篩）、氧化鋁、硅膠、無機(jī)分子篩和高分子小球。氣-固色譜不如氣-液色譜應(yīng)用廣泛，主要用于永久性氣體和低沸點烴類的分析，在石油化工領(lǐng)域應(yīng)用很普遍。

毛細(xì)管柱毛細(xì)管柱是用熔融二氧化硅拉制的空心管，也叫彈性石英毛細(xì)管。柱內(nèi)徑通常為0.1~0.5mm，柱長30~50m，繞成直徑20cm左右的環(huán)狀。用這樣的毛細(xì)管作分離柱的氣相色譜稱為毛細(xì)管氣相色譜或開管柱氣相色譜，其分離效率比填充柱要高得多。

毛細(xì)管氣相色譜在分流／不分流進(jìn)樣口安裝毛細(xì)管柱的步驟：１.檢查氣體過濾器、載氣、進(jìn)樣隔墊和襯管等２.把毛細(xì)管柱螺母和墊圈安裝于柱上。（毛細(xì)管端口朝下）３.使用玻璃刻痕工具刻劃柱。刻痕部位必須平直，確保裂口整齊。４.用柱切割器的劃痕部位的對面折斷柱。用放大鏡觀察末端，確保沒有毛邊或呈鋸齒狀。用濾紙擦毛細(xì)管柱壁，去掉指紋和粉末５.在柱墊圈上端以上留出柱4-6mm，用打印機(jī)改正液在柱螺母下作標(biāo)記．６.將柱插入進(jìn)樣口，把螺帽和墊圈上部的柱子滑向進(jìn)樣口底部．用手指擰緊柱螺帽直至柱被固定．７.調(diào)節(jié)柱位置,使柱上改正液標(biāo)記正好在柱螺帽底部.８.擰緊螺帽1/4-1/2圈,用輕微的力部能將柱從接頭上拉下.

９.在檢測器上安裝毛細(xì)管柱其步驟與進(jìn)樣口相同，但是在柱墊圈上端以上留出的距離不一樣（ＦＩＤ：４８mm）注意：如果在應(yīng)用中系統(tǒng)所使用的是ＥＣＤ或是ＮＰＤ等，那么在老化色譜柱時，不接檢測器。１０.進(jìn)行氣體檢漏:當(dāng)我們對進(jìn)樣口和檢測器進(jìn)行載氣檢漏時,使用電子檢測計(ElectronicLeakDetector)是最為有效的方法之一.１１.確定載氣流量,再對色譜柱的安裝進(jìn)行檢查.１２.色譜柱的老化：對色譜柱升溫到一恒定溫度，通常為其溫度上限。超過溫度上限，那樣極易損壞色譜柱。升溫速度一定要快，不要將程序升溫的速度設(shè)太慢。當(dāng)達(dá)到老化溫度后，記錄并觀察基線。比例放大基線，以便容易觀察。毛細(xì)管柱問題1

RT（保留時間）和面積增大.峰寬變大.后面的峰變形差

原因：柱過載.

典型色譜圖#9#8#7#6#5#4#3#2#1問題色譜圖毛細(xì)管柱問題2

鬼峰：殘留或柱污染

典型色譜圖#9#8#7#6#5#4#3#2#1問題色譜圖毛細(xì)管柱問題3

RT和面積完全不同：用錯了柱子

典型色譜圖#9#8#7#6#5#4#3#2#1問題色譜圖毛細(xì)管柱問題4

色譜完全變形：柱子已經(jīng)被嚴(yán)重破壞或嚴(yán)重退化

典型色譜圖#9#8#7#6#5#4#3#2#1Time(min.)6810121416問題色譜圖020406080100120

溫控系統(tǒng)是指對氣相色譜的汽化室、色譜柱和檢測器進(jìn)行溫度控制的裝置，由于汽化室、色譜柱和檢測器要求的適合溫度各有不同，所以要求配有三種不同的溫控裝置，以便設(shè)定控制和測定各處的溫度，為滿足分析要求，除可以恒溫外，還可采用程序升溫。一般情況下，汽化室的溫度比柱溫高，以保證試樣能瞬間汽化而不分解，而檢測器溫度是三者之間最高的，以防止樣品在檢測室冷凝。溫控系統(tǒng)檢測和記錄系統(tǒng)

檢測記錄系統(tǒng)是指從色譜柱流出的各個組分，經(jīng)過檢測器把濃度（或質(zhì)量）信號轉(zhuǎn)換成電信號，并經(jīng)放大器放大后由記錄儀顯示出最終獲得分析結(jié)果的裝置，它包括檢測器、放大器和記錄儀。檢測器的種類很多，據(jù)檢測原理的不同可分為濃度型檢測器和質(zhì)量型檢測器兩大類。濃度型檢測器常用的有熱導(dǎo)池檢測器（ＴＣＤ）和電子捕獲檢測器（ＥＣＤ）；質(zhì)量型檢測器常見的有氫火焰離子化檢測器（ＦＩＤ）和火焰光度檢測器（ＦＰＤ）。

氫火焰離子化檢測器（ＦＩＤ）

屬于選擇性檢測器（只對碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生信號），它的特點是死體積小，靈敏度高（比ＴＣＤ高１００-１０００倍），穩(wěn)定性好，響應(yīng)快，線性范圍寬，適合于痕量有機(jī)物的分析，但樣品被破壞，無法進(jìn)行收集，不能檢測永久性氣體及Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｓ等

ＦＩＤ檢測器的結(jié)構(gòu)及原理

主要部件是離子室，Ｈ２與載氣在進(jìn)入噴嘴前混合，空氣（助燃?xì)猓┯梢粋?cè)引入，在火焰上方筒狀收集電極（作正極）和下方的圓環(huán)狀極化電極（作負(fù)極）間施加恒定電壓，當(dāng)待測有機(jī)物由載氣攜帶從色譜柱流出，進(jìn)入火焰后，在火焰高溫（2000℃左右）作用下發(fā)生離子化反應(yīng)，生成的許多正離子和電子，在外電場作用下，向兩極定向移動，形成了微電流（微電流的大小與待測有機(jī)物含量成正比），微電流經(jīng)放大后，由記錄儀記錄下來。ＦＩＤ檢測器使用注意事項１.載氣、氫氣和空氣須過濾凈化，一般常用分子篩，活性炭和硅膠作為干燥凈化劑，定期更換干燥凈化劑。２.選擇FID的操作條件時應(yīng)注意所用氣體流量和工作電壓，一般N2和H2流速的最佳比為1:1-1.5:1（此時靈敏度高、穩(wěn)定性好），氫氣和空氣的比例為1:10，極化電壓一般為100-300Ｖ。３.當(dāng)分析樣品水分太多或進(jìn)樣量太多時，會使火焰溫度下降，影響靈敏度，有時甚至?xí)够鹧嫦?。?離子頭，管道和離子室必須清潔，不得有有機(jī)物污染，否則引起本底電流增大，噪聲增大，靈敏度降低，若不清潔，可用水、酒精和苯依次清洗烘干5.應(yīng)在氫氣通氣半小時以上再點火，以免火點不著。等火點著了后再通尾吹氣

電子捕獲檢測器(ElectronCaptureDetector)

電子捕獲檢測器是一種高選擇性、高靈敏度的檢測器，應(yīng)用廣泛，僅次于TCD和FID。它的選擇性是指它只對具有電負(fù)性的物質(zhì)如含鹵素，S，P，O，N的物質(zhì)有響應(yīng)，而且電負(fù)性越強(qiáng)，檢測的靈敏度越高；高靈敏度表現(xiàn)在能檢測出10-14g/ml的電負(fù)性物質(zhì)，因此可測定痕量的電負(fù)性物質(zhì)—多鹵、多硫化合物，甾族化合物，金屬有機(jī)物等。ECD的主要部件是離子室，離子室內(nèi)裝有β放射源（H3或Ni63）作負(fù)極，不繡剛棒作正極。當(dāng)載氣（一般為高純N2）從色譜柱出來進(jìn)入檢測器時，由放射源放射出的β射線使載氣電離，產(chǎn)生正離子和慢速低能量的電子，在恒定或脈沖電場的作用下，向極性相反的電極運動，形成電流—基流；當(dāng)載氣攜帶電負(fù)性物質(zhì)進(jìn)入檢測器時，電負(fù)性物質(zhì)捕獲低能量的電子，使基流降低產(chǎn)生負(fù)信號而形成倒峰，檢測信號的大小與待測物質(zhì)的濃度呈線性關(guān)系（在線性范圍內(nèi)）色譜定性與定量分析方法

色譜定性分析１.保留時間定性２.利用不同的檢測方法定性３.保留指數(shù)定性４.柱前或柱后化學(xué)反應(yīng)定性５.與其他儀器聯(lián)用定性色譜定量方法１.校正因子定量２.歸一化法３.外標(biāo)法４.內(nèi)標(biāo)法５.標(biāo)準(zhǔn)加入法一般需要建立2個文件:開機(jī)文件和關(guān)機(jī)文件開機(jī)文件:注意首先加熱檢測器(防止污染),再加熱進(jìn)樣器,柱箱關(guān)機(jī)文件:先關(guān)進(jìn)樣器,柱箱,最后關(guān)檢測器,