氣相色譜儀基礎(chǔ)知識培訓(xùn)演示文稿

氣相色譜儀基礎(chǔ)知識培訓(xùn)演示文稿目前一頁\總數(shù)八十九頁\編于八點一、氣相色譜基礎(chǔ)色譜原理氣相色譜系統(tǒng)色譜基本理論載氣進樣口色譜柱檢測器定量分析方法目前二頁\總數(shù)八十九頁\編于八點1.色譜原理根據(jù)樣品各組分在流動相和固定相中的分配情況不同來進行分離。一些組分與固定相作用較強，故較慢流出色譜柱，從而得以分離。目前三頁\總數(shù)八十九頁\編于八點樣品組分分離示意圖目前四頁\總數(shù)八十九頁\編于八點2.氣相色譜系統(tǒng)目前五頁\總數(shù)八十九頁\編于八點

色譜圖檢測信號和時間的關(guān)系圖不同的色譜峰對應(yīng)相應(yīng)的組分可以得到相應(yīng)組分的保留時間和峰面積信息。保留時間–定性分析

峰面積–定量分析3.氣相色譜理論

CH4目前六頁\總數(shù)八十九頁\編于八點基本術(shù)語保留時間（Retentiontime)：組份從進樣到出現(xiàn)最大值所需要的時間，tR死時間(deadtime):

不被固定相滯留的組份，從進樣到出峰最大值所需要的時間，t0峰高（PeakHeight)從峰最大值到峰底的距離,峰面積（PeakArea)峰與峰底之間的面積目前七頁\總數(shù)八十九頁\編于八點分離度（Resolution)兩個相鄰峰的分離程度。以兩個組份保留值之差與其平均半峰寬值的比來表示：當R=1時，有5％的重疊；當R=1.5時，分離程度為99.7%，可視為基線分離

毛細管色譜柱比填充柱有更高的分辨率.目前八頁\總數(shù)八十九頁\編于八點例如，圖示中塔板數(shù)為3.塔板理論柱效能（ColumnEfficiency)峰展寬的度量.以塔板數(shù)來表示類似蒸餾中的氣液平衡

目前九頁\總數(shù)八十九頁\編于八點峰的形狀理想的峰型是高斯曲線.分子的理論統(tǒng)計學(xué)分布目前十頁\總數(shù)八十九頁\編于八點A.

渦流擴散(不同路徑的影響).?

取決于色譜柱大小、形狀和填充的好壞?

毛細管柱可忽略該項影響色譜柱效率的因素目前十一頁\總數(shù)八十九頁\編于八點B.

縱向擴散.氣相中分子的擴散

主要決定于氣體流速目前十二頁\總數(shù)八十九頁\編于八點C.傳質(zhì)阻力.?

樣品組分從氣相到液相容易.?

主要取決于氣體的流速和固定相量的多少。目前十三頁\總數(shù)八十九頁\編于八點

綜合上述三個峰展寬的因數(shù)

HEPT:理論塔板高度

(HeightEquivalenttoaTheoreticalPlate)：

HETP=A+B/

+C這里：A=渦流擴散B=縱向擴散C=傳質(zhì)阻力

=

載氣的線流量

低的HETP=高的色譜柱效率?

如果已知有效塔板數(shù)，則可計算：Neff=Lcol/HETP著名的范德母特（VanDeemter）方程

目前十四頁\總數(shù)八十九頁\編于八點?

由該圖可以得到最佳的線速度?

對于毛細管柱可忽略A項（渦流擴散），一般對于毛細管線速度為30-60cm/sec。VanDeemter圖目前十五頁\總數(shù)八十九頁\編于八點?

N2,變化最大,可得到最低的HETP.?H2和

He曲線較平坦，即使較高的流速下也能得到較低的HETP所以即使在較高的分析速度時，也可以得到較好的分離度.4.

載氣對VanDeemter圖的影響

常用毛細管柱的最佳載氣流量目前十六頁\總數(shù)八十九頁\編于八點氣體

作用：1）載氣：作為色譜的流動相2）檢測器的工作氣體。載氣：惰性：He,Ar,N2,H2.根據(jù)檢測器,價格及方便程度來決定采用壓力調(diào)節(jié)器以獲得恒定的儀器輸入壓力控制流量來得到恒定的流速

目前十七頁\總數(shù)八十九頁\編于八點氣體的類型由檢測器決定.氣體要求色譜級的高純氣體，99.999%

過濾系統(tǒng):

除氧.活性炭除碳氫化合物。分子篩除水氣體的供應(yīng)和控制載氣推薦采用H2、He:分離度好對TCD靈敏度最高，而且可保護W絲注意安全問題目前十八頁\總數(shù)八十九頁\編于八點

兩級的氣體壓力調(diào)節(jié)器.

低壓端可從0到100psig.

注意：不要用不干凈的管路氣體進口及連接如果管線太長，應(yīng)適當增加輸出壓力目前十九頁\總數(shù)八十九頁\編于八點氣體進口及連接（續(xù)）目前二十頁\總數(shù)八十九頁\編于八點5、進樣口作用：樣品進樣和汽化.要求：精度和重現(xiàn)性根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇進樣技術(shù)

目前二十一頁\總數(shù)八十九頁\編于八點填充柱進樣口柱上進樣(OnColumn)快速氣化（Flash-vaporization）毛細管柱進樣口分流/不分流進樣分流分流進樣規(guī)則不分流進樣的規(guī)則目前二十二頁\總數(shù)八十九頁\編于八點填充柱進樣口柱上進樣(OnColumn)快速氣化（Flash-vaporization）柱上進樣(Oncolumn)液體樣品直接注射進柱頭上消除了氣化時樣品損失。消除了傳輸過程中從進樣口到色譜柱之間的樣品損失?？捎糜跓岵环€(wěn)定物質(zhì)的分析。定量分析精度好。最好用于干凈稀釋的樣品。目前二十三頁\總數(shù)八十九頁\編于八點快速氣化（Flash-vaporization）對于濃度較高或較臟的樣品。色譜柱連接在進樣口底部。色譜柱完全填充。樣品在玻璃內(nèi)襯中氣化進樣口至少高于柱溫箱50C。能夠用于大口徑的毛細管。目前二十四頁\總數(shù)八十九頁\編于八點目前二十五頁\總數(shù)八十九頁\編于八點目前二十六頁\總數(shù)八十九頁\編于八點毛細管進樣只需要少的進樣量需要特別的進樣技術(shù)－分流/不分流/柱上進樣載氣流量小需要特別的硬件隔墊吹掃分流裝置壓力、流量調(diào)節(jié)目前二十七頁\總數(shù)八十九頁\編于八點毛細管柱進樣口要求不同的硬件和技術(shù)。直接進樣.分流/不分流進樣.柱上進樣直接進樣----(柱上進樣或快速氣化)只用于大口徑(0.53mm內(nèi)徑).將注射器中的樣品全部送入到色譜柱.允許緩慢注入較大體積的稀釋樣品(2μL)。相對低的進樣口溫度。目前二十八頁\總數(shù)八十九頁\編于八點分流/不分流進樣用于毛細管柱0.1mmto0.53mmID.可選用分流/不分流進樣(split/splitless.)分流(split)允許樣品中的代表部分進入到色譜柱中。當被測物濃度較高時。不分流(splitless)類似于直接進樣.樣品中絕大部分進入到色譜柱中。目前二十九頁\總數(shù)八十九頁\編于八點分流均勻氣化的樣品通過分流點(柱尖端Colomntip).樣品在玻璃襯管氣化要求：將樣品中具有代表性的樣品注入到色譜柱中?？芍噩F(xiàn)的分流比缺點可能會有進樣歧視現(xiàn)象。對寬沸程的樣品易產(chǎn)生非線性分流，使樣品失真不適于高純度物質(zhì)和痕量組分(<50ppm)的分析目前三十頁\總數(shù)八十九頁\編于八點分流比排氣口流量+色譜柱流量

色譜柱流量分流比的設(shè)定根據(jù)樣品的濃度和復(fù)雜程度來決定?？偭髁恳欢ㄒ笥?0ml/min隔墊吹掃：用途：趕走殘留樣品和溶劑。2-5mL/min的載氣直徑吹掃隔墊底部。可用燒結(jié)的限制器和針型閥來控制。在特有的毛細管柱進樣口上使用。分流比S.R.=目前三十一頁\總數(shù)八十九頁\編于八點目前三十二頁\總數(shù)八十九頁\編于八點目前三十三頁\總數(shù)八十九頁\編于八點目前三十四頁\總數(shù)八十九頁\編于八點目前三十五頁\總數(shù)八十九頁\編于八點分流進樣規(guī)則進樣口溫度比樣品中最高沸點的溫度至少高20C，以便高效且得到好的重現(xiàn)性。針頭不用預(yù)熱，快速進樣，并迅速拔出針頭。自動進樣器一般為1μL或更少。對高沸點的樣品應(yīng)在進樣口停留1-2s.如果程序升溫，柱溫箱的溫度應(yīng)該高于溶劑的沸點，進樣后應(yīng)快速升溫。以確保隔墊吹掃打開，設(shè)定為2-5mL/min.目前三十六頁\總數(shù)八十九頁\編于八點不分流進樣的規(guī)則將軟件置于不分流模式.所有進樣口的流量應(yīng)經(jīng)過色譜柱和隔墊吹掃.將進樣口溫度設(shè)置為沸點最高物質(zhì)的沸點上。開始時，柱溫箱溫度設(shè)定為比溶劑的沸點低20oC，保持1分鐘，然后以30oC/min的速度升到比溶劑沸點高40-60oC的溫度，然后再根據(jù)樣品需要程序升溫。進樣時間為分鐘后，進樣口切換到分流模式。排氣流量至少應(yīng)設(shè)為50mL/min.保證隔墊吹掃打開，并設(shè)為2-5mL/min.目前三十七頁\總數(shù)八十九頁\編于八點6.色譜柱目前三十八頁\總數(shù)八十九頁\編于八點色譜柱材料和結(jié)構(gòu)填充柱-短(2-3米),管內(nèi)徑較粗.

毛細管柱-長(>60米),內(nèi)徑較細.

所有材料均要求化學(xué)及熱性質(zhì)穩(wěn)定.

熱穩(wěn)定性-分析時所使用的溫度不應(yīng)致使色譜柱材質(zhì)受到破壞

化學(xué)穩(wěn)定性-在一定溫度下，色譜柱材質(zhì)不受分析物的影響注意：用色譜級、干凈的材料。目前三十九頁\總數(shù)八十九頁\編于八點填充柱玻璃、特氟瓏及不銹鋼材質(zhì)(惰性).填充柱中填有固態(tài)載體，上面涂有液態(tài)固定相，用于氣液色譜（GLC）或直接填充多孔固體，用于氣固色譜（GSC）.填充柱尺寸目前四十頁\總數(shù)八十九頁\編于八點固態(tài)載體是液態(tài)固定相附著的載體增加與樣品接觸的表面積。細小、均勻、多孔。大部分采用硅土.標準大小顆粒.直徑大小與目號的關(guān)系例如:

80/100目表明所有的顆粒將通過80目篩但不通過100目篩.80目篩是指篩網(wǎng)每英寸有80根標準直徑的網(wǎng)線。目前四十一頁\總數(shù)八十九頁\編于八點毛細管柱不銹鋼玻璃熔融硅.柔韌性及機械強度均較好惰性內(nèi)徑：0.05-0.80mm.長度：可大于100m,普通一般為30m。外層為聚酰亞胺，可修補柱子缺陷并且增加強度。柱子內(nèi)表面進行硅烷化處理。內(nèi)壁涂有固定相.目前四十二頁\總數(shù)八十九頁\編于八點毛細管柱截面圖毛細管柱WCOT-內(nèi)表面涂有很薄的固定相.PLOT–

內(nèi)表面涂有多孔的固體層或吸附劑SCOT–

內(nèi)表面先涂固態(tài)載體，然后再涂上固定相。目前四十三頁\總數(shù)八十九頁\編于八點色譜柱參數(shù)柱長、內(nèi)徑、涂膜厚度色譜柱長度

柱長度只有大的變化才會影響分辨率。

填充柱一般為2-3米.

毛細管柱可以根據(jù)需要進行裁剪。色譜柱內(nèi)徑填充柱固定為2mm。毛細管柱的內(nèi)徑可從0.10-0.8mm.內(nèi)徑的大小將影響到色譜柱的效率、保留時間和柱容量.較小的內(nèi)徑有較小的流失和較小的柱容量目前四十四頁\總數(shù)八十九頁\編于八點毛細管柱內(nèi)徑0.25mm：用于分流/不分流進樣，前提是被測物不會過載。0.32mm：用于分流/不分流進樣，允許較高濃度的分析物。0.53mm：如果想取代填充柱，并且被測物少于30種。典型的毛細管柱特點目前四十五頁\總數(shù)八十九頁\編于八點涂膜厚度固定相的總量.影響保留時間和容量。較厚的涂層會延長保留時間和增加柱容量。薄的涂層用于高沸點的分析物。標準的毛細管柱一般為0.25μm.0.53mm內(nèi)徑的毛細管柱一般為1.0-1.5μm.填充柱一般>10μm.目前四十六頁\總數(shù)八十九頁\編于八點柱容量柱容量是指色譜峰沒有明顯變形，樣品能夠進入到色譜柱中的最大允許量。以下因素可增加柱容量:膜厚(df).

溫度.

內(nèi)徑(ID).

固定相的選擇性.如果過載，可導(dǎo)致:

峰變寬.

不對稱.

拖尾或前伸峰.目前四十七頁\總數(shù)八十九頁\編于八點色譜柱中固定相流失柱流失可以從檢測器的背景信號中觀察到：

柱流失是由于固定相遭到破壞而導(dǎo)致的。柱流失隨著膜厚、柱內(nèi)徑、長度和溫度的增加而增加。極性柱有較高的柱流失。柱子損壞或退化，柱流失可能會增加。避免使用強酸或強堿按照制造商推薦的溫度

限制使用目前四十八頁\總數(shù)八十九頁\編于八點確保載氣流過毛細管柱15-30分鐘.緩慢程序升溫(5o/min)到老化溫度。最初老化溫度

4hours.如果柱子受到污染,可在推薦的最高色譜柱溫度低20oC的條件下，老化柱子。一般推薦的老化溫度為：

Tcond

=Tmax/2-Tapp/2+Tapp這里:Tcond

=老化溫度Tmax

=色譜柱推薦采用的最高溫度Tapp=應(yīng)用中使用的最高溫度在老化柱子時，一定不要將毛細管接在檢測器上。應(yīng)將那一端放空，同時將檢測器用悶頭堵上。如果是FID,容許接在上面，但應(yīng)該將檢測器溫度升上去。色譜柱老化目前四十九頁\總數(shù)八十九頁\編于八點溫度限制恒溫最高允許溫度:恒溫操作的最高允許溫度程序升溫最高允許溫度：短期允許的最高溫度，一般比恒溫允許的最高溫度高20oC。當柱子遭受熱破壞，可以看到嚴重的峰拖尾和柱流失。目前五十頁\總數(shù)八十九頁\編于八點固態(tài)固定相氣固色譜（GSC）最常用于氣體樣品的分析。采用的固定相可以是分子篩和氧化鋁固態(tài)吸附點少，不會導(dǎo)致拖尾。無液態(tài)固定相導(dǎo)致的柱拖尾。目前五十一頁\總數(shù)八十九頁\編于八點液體固定相固定相決定了色譜柱的選擇性。有數(shù)百種固定相，尤其是填充柱.許多固定相有多種商品名。毛細管柱的固定相選擇較簡單。“相似相溶原理”-用極性固定相分析極性物質(zhì)。-用非極性固定相分析非極性物質(zhì).極性表明了分子中電荷的分配情況。目前五十二頁\總數(shù)八十九頁\編于八點硅氧烷結(jié)構(gòu)固定相取代目前五十三頁\總數(shù)八十九頁\編于八點液態(tài)固定相的選擇根據(jù)極性選擇固定相。非極性柱分離弱極性物質(zhì)能得到較好的分離。對于普通的GC使用,常用到如VA-5這樣的弱極性柱。避免固定相中帶有檢測器能夠檢測的成分。用聚乙二烯乙二醇固定相來分析帶氫鍵的樣品氣體分析可能要求固態(tài)的固定相。

目前五十四頁\總數(shù)八十九頁\編于八點7.檢測器通用型檢測器（UniversalDetector)熱導(dǎo)檢測器（TCD）氫火焰檢測器（FID）

選擇性檢測器電子捕獲（ECD）脈沖火焰光度檢測器（FPD）氮磷檢測器（NPD)目前五十五頁\總數(shù)八十九頁\編于八點目前五十六頁\總數(shù)八十九頁\編于八點通用型檢測器(UniversalDetector)熱導(dǎo)檢測器（TCD）氣相色譜最早的檢測器,1946.測量樣品氣流導(dǎo)熱性能的變化。熱導(dǎo)-熱量從高溫物體到低溫物體的傳導(dǎo)。目前五十七頁\總數(shù)八十九頁\編于八點TCD熱導(dǎo)池兩個平行的氣流，樣品和參考?；菟雇姌蛴脕肀容^兩個氣流的阻抗。氣流的速度、壓力及電的變化影響被最小化。目前五十八頁\總數(shù)八十九頁\編于八點氣體的熱導(dǎo)分子越小，運動速度越快，導(dǎo)熱性能越好。H2

和He是最小的分子，它們的熱導(dǎo)性能比絕大部分有機物和無機氣體高6到10倍。H2

和He是最普通的載氣；N2

和Ar也可采用。目前五十九頁\總數(shù)八十九頁\編于八點TCD操作注意事項1.打開氣體鋼瓶(He,Ar或N2),並須確認鋼瓶無誤,輸出壓為80PSI（5.5kg/cm2)2.確定流速CarrierGas=ReferenceGas3.等待COL/INJ/DET溫度到達設(shè)定值4.設(shè)定ElectronicsOn5.等待TCD穩(wěn)定至少約30min左右6.開始分析樣品7.結(jié)束分析時設(shè)定ElectronicsOff8.降溫COL/INJ/DET=50℃(含F(xiàn)ilament)9.關(guān)閉氣體鋼瓶目前六十頁\總數(shù)八十九頁\編于八點氫火焰檢測器（FID）最常用的GC檢測器.-是有機物的通用型檢測器。-檢出限<10pg.-線性范圍可達6個數(shù)量級.-容易操作破壞型檢測器－－樣品燃燒信號值大小取決于碳原子數(shù)目及替代物的數(shù)量。目前六十一頁\總數(shù)八十九頁\編于八點FID結(jié)構(gòu)圖目前六十二頁\總數(shù)八十九頁\編于八點FID工作原理理論:在火焰頭和收集極（電極）上加一電壓。有機物都在火焰中燃燒(2000oF)。在電極之間產(chǎn)生離子化介質(zhì)和電子。帶電粒子被收集極吸引和捕獲。離子流被放大和記錄。目前六十三頁\總數(shù)八十九頁\編于八點響應(yīng)離子數(shù)目正比于碳原子數(shù)目(C-H鍵).一些官能團如羰基(CO=)、羥基(－OH）、鹵素（－X）、胺（NH4+）則很少或根本不會離子化。對無機氣體如H2O,CO2,SO2,和Nox不靈敏?；鹧嬉詺錃夂涂諝庾鳛槿細?。在控制的流速下進行電子點火。火焰無色－除非受到污染。目前六十四頁\總數(shù)八十九頁\編于八點燃燒氣H2流速45ml/min?？諝庖话銥闅錃獾?0倍。。大的空氣流速和熱檢測器可以趕走大量的水蒸氣。目前六十五頁\總數(shù)八十九頁\編于八點FID注意事項正確設(shè)置H2、空氣的流量檢測器溫度應(yīng)比柱溫箱設(shè)定的最高溫度高30C，且大于150C以防止水凝結(jié)在檢測器上FID在電路打開后，會自動點火。在GC報告熄火以前，最多會連續(xù)點火三次如果報告了熄火，要查找熄火的原因。然后再按GC上的“Ignite”功能鍵，當色譜柱拆下或不使用檢測器時，一點要關(guān)閉氫氣。以防止氫氣積累。目前六十六頁\總數(shù)八十九頁\編于八點選擇性檢測器電子捕獲檢測器（ECD）非破壞性。對鹵素、過氧化物、醌類金屬有機物及硝基化合物非常靈敏。而對胺類、醇類及碳氫化合物不靈敏。線性窄，－103.目前六十七頁\總數(shù)八十九頁\編于八點電子捕獲檢測器ECD主要用于食品、制藥、環(huán)保等領(lǐng)域，檢測痕量含鹵素等的樣品一定不要試圖去拆卸該檢測器目前六十八頁\總數(shù)八十九頁\編于八點電子捕獲檢測器ECD操作原理射線粒子使載氣離子化:N2+N2+e-在電場中生成的正離子和電子向兩極移動形成基流。當電負性樣品進入后即捕獲慢速低能量電子使基流下降形成信號。e-+samplecurrentloss目前六十九頁\總數(shù)八十九頁\編于八點氮磷檢測器(NPD）只對氮、磷有很高的選擇性氮的靈敏度：<0.5pg/sec；磷為：<0.05pg/sec主要應(yīng)用于：藥物、燃料、香料、農(nóng)藥殘留目前七十頁\總數(shù)八十九頁\編于八點氫氣流量為2.0ml/min，空氣流量為100ml/min。NPD使用前要進行珠老化，老化過程中載氣流量要小于5ml/min。根據(jù)樣品濃度選擇不同的背景值。NPD不能測定以鹵代烴為溶劑的樣品，極性溶劑如水、甲醇、乙醇等對珠壽命的影響較大。分析結(jié)束后要及時關(guān)閉珠電壓，建議采用內(nèi)標法定

氮磷檢測器(NPD）目前七十一頁\總數(shù)八十九頁\編于八點火焰光度檢測器FPD對P,S,和錫元素有選擇性其應(yīng)用包括水和空氣中污染物的檢測、農(nóng)藥和石油天然氣的分析。標配為S元素的濾光片，測定P和錫時調(diào)換相應(yīng)的濾光片目前七十二頁\總數(shù)八十九頁\編于八點火焰光度檢測器FPD目前七十三頁\總數(shù)八十九頁\編于八點FPD工作溫度為250–450度。

氫氣流量為75ml/min，空氣流量為90ml/min。FFD點火：打開氫氣和空氣，將FPD點火器直接至于FPD帽上即可點火。

FPD工作期間不許拿下FPD帽子，以防止FPD光電倍增管檢測器受損。分析結(jié)束后要及時關(guān)閉FPD光電倍增管檢測器,以延長檢測器壽命

火焰光度檢測器FPD目前七十四頁\總數(shù)八十九頁\編于八點8.

定量分析方法校正因子校正因子是定量計算公式中的比例常數(shù)，其物理意義是單位面積所代表的被測組分的量?？捎孟率奖硎荆?/p>

Mi–I組分的量；fi–I組分的校正因子；Ai–I組分的峰面積定量分析的依據(jù)是被測組分的量與響應(yīng)信號成正比，但相同含量的物質(zhì)由于物理、化學(xué)性質(zhì)的差別，即使在同一檢測器上產(chǎn)生的信號也不同，直接用響應(yīng)信號定量，必然導(dǎo)致較大誤差。故引入校正因子。目前七十五頁\總數(shù)八十九頁\編于八點歸一化法(Normalized%)將樣品中所有組份的含量之和定為100%。計算其中某一組份百分含量的定量方法：其中：xi－試樣中組份I的百分含量

fi－組份I的校正因子

Ai－組份I的峰面積或峰高目前七十六頁\總數(shù)八十九頁\編于八點優(yōu)點：方法簡便，進樣量與載氣流速的影響不大缺點：樣品中所有組份必須都能出峰，并且必須知道各自組份的校正因子。當樣品中各組份的校正因子近似相等，可不用校正因子，將面積直接歸一化，按下式計算：即%(NOCalibration)目前七十七頁\總數(shù)八十九頁\編于八點外標法（ExternalStandard)在相同分析條件下，比較標準物質(zhì)與樣品的色譜峰面積或峰高1.用已知的標準品配成不同濃度的標準樣，測量各種濃度的峰高或峰面積，繪制響應(yīng)信號與百分含量的關(guān)系曲線；2.測量樣品的峰面積或峰高，在校正曲線上查出其對應(yīng)的百分含量。要求：進樣量、色譜分析條件嚴格不變；目前七十八頁\總數(shù)八十九頁\編于八點樣品中加入內(nèi)標物，利用被測物與內(nèi)標物校正因子的比值不變來進行定量的。首先用被測物標準品和內(nèi)標物配制標準溶液，求得校正因子比值：然后，再由它和樣品的峰面