氣相色譜基本原理及應用

氣相色譜基本原理

及應用講解人：王曉娟.簡述氣相色譜法是二十世紀五十年代出現的一項重大科學技術成就。這是一種新的分離、分析技術，它在工業(yè)、農業(yè)、國防、建設、科學研究中都得到了廣泛應用。氣相色譜可分為氣固色譜和氣液色譜。氣固色譜的“氣”字指流動相是氣體，“固”字指固定相是固體物質。例如活性炭、硅膠等。氣液色譜的“氣”字指流動相是氣體，“液”字指固定相是液體。例如在惰性材料硅藻土涂上一層角鯊烷，可以分離、測定純乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烯、丙烷等雜質。氣相色譜的工作原理色譜分析是一種多組分混合物的分離、分析技術。它主要利用物質的物理性質對混合物進行分離，測定混合物的各組份。并對混合物中的各組份進行定量、定性分析。氣相色譜儀是以氣體作為流動相（載氣）。當樣品被送入進樣器后由載氣攜帶進入色譜柱。由于樣品中各組份在色譜柱中的流動相（氣相）和固定相（液相或固相）間分配或吸附系數的差異。在載氣的沖洗下，各組份在兩相間作反復多次分配，使各組份在色譜柱中得到分離，然后由接在柱后的檢測器根據組份的物理化學特性，將各組份按順序檢測出來。氣相色譜法的特點（1）分離效能高。對物理化學性能很接近的復雜混合物質都能很好地分離，進行定性、定量檢測。有時在一次分析時可同時解決幾十甚至上百個組分的分離測定。（2）靈敏度高。能檢測出ppm級甚至ppb級的雜質含量（3）分析速度快。一般在幾分鐘或幾十分鐘內可以完成一個樣品的測定。（4）應用范圍廣。氣相色譜法可以分析氣體、易揮發(fā)的液體和固體樣品。就有機物分析而言，應用最為廣泛，可以分析約20%的有機物。此外，某些無機物通過轉化也可以進行分析。不足之處：不適用于高沸點、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定物質的分析。被分離組分的定性較為困難。

氣相色譜分析的基本原理1、色譜分離的本質：分配系數的差異分配系數是在一定溫度下，溶質在互不混容的兩相中濃度之比。2、GC主要是利用物質的沸點、極性及吸附物質的差異來實現混合物的分離。如圖：樣品進樣汽化載氣色譜柱分離檢測器檢測器信號記錄氣相色譜法的分析流程1、氣路系統包括氣源、氣體凈化、氣體流量控制和測量裝置。2、進樣系統包括進樣器、汽化室和控溫裝置。3、分離系統包括色譜柱、柱箱和控溫裝置。4、檢測系統包括檢測器和控溫裝置。5、數據采集和處理系統包括放大器、色譜工作站或微處理機。

其中色譜柱和檢測器是關鍵部件。氣相色譜柱的分類色譜柱是由柱管和填充在其中的固定相組成，按照柱管的粗細和固定相的填充方式分為填充柱和毛細管柱。毛細管柱常用玻璃或熔融的石英拉制而成，內徑為0.2~0.5mm，長度30~300m，呈螺旋型。填充色譜柱通常用不銹鋼或玻璃材料制成，內徑為2~4mm，柱長為1~3m，做成U型或螺旋型，柱內填充固定相。毛細管柱填充柱檢測器的分類

根據檢測器的響應原理，可將其分為濃度型和質量型檢測器。濃度型：檢測的是載氣中組分濃度的瞬間變化，即

響應值與濃度成正比。質量型：檢測的是載氣中組分進入檢測器中速度變化，即響應值與單位時間進入檢測器的量

成正比。氣相色譜常用檢測器1.FID（氫火焰離子化檢測器）2.ECD（電子捕獲檢測器）3.TCD（熱導檢測器）4.FPD（火焰光度檢測器）氫火焰離子化檢測器FID原理：待測有機物在火焰中離子化，電離成的正負離子在兩極間的靜電場的作用下定向運動形成電流。電流的大小在一定范圍內于單位時間內進入檢測器的待測組分的質量成正比。FID是一種質量型檢測器。它對大多數有機物有很高的靈敏度，適用于痕量的有機物分析，是目前應用最廣泛的一種檢測器。電子捕獲檢測器ECD原理：載氣分子在63Ni輻射源中所產生的β粒子的作用下離子化，在電場中形成穩(wěn)定的基流，當含電負性基團的組分通過時，俘獲電子使基流減小而產生電信號。ECD是一種高選擇性、高靈敏度的檢測器，對含有較強電負性元素的物質，如含有鹵素、氧、硫、氮等的化合物有響應，元素的電負性越強，檢測器的靈敏度越高。熱導檢測器TCD原理：氣流中樣品濃度發(fā)生變化，則從熱敏元件上所帶走的熱量也就不同，從而改變熱敏元件的電阻值，電阻發(fā)生變化，整個線路就立即有信號輸出。TCD幾乎對所有可揮發(fā)的有機和無機物質均能響應。但靈敏度較低，被測樣品的濃度不得低于萬分之一?；鹧婀舛葯z測器FPD原理：燃燒著的氫焰中，當有樣品進入時，則氫焰的譜線和發(fā)光強度均發(fā)生變化，然后由光電倍增管將光度變化轉變?yōu)殡娦盘?。FPD對含磷、硫化合物有很高的選擇性，適當選擇光電倍增管前的濾光片將有助于提高選擇性，排除干擾。氣相色譜常用定量方法1、歸一化法2、內標法3、外標法1、歸一化法

當試樣中所以組分在檢測器上都有響應信號，并在色譜圖上都能出現色譜峰，可用此法計算各待測組分的含量。

wi=

其中各組分的質量分別為m1，m2，，mn，各組分含量的總和m為100%，其中組分i的質量分數為wi。2、內標法所謂內標法是將一定量的純物質作為內標物，加入到準確稱取的試樣中，根據被測物和內標物的質量及其在色譜圖上相應的峰面積比，求出某組分的含量。

wi=3、外標法所謂外標法就是應用待測組分的純物質來制作標準曲線。然后在相同的色譜操作條件下，分析待測試樣，從色譜圖上測出試樣的峰面積或峰高，根據標準曲線測出待測組分的含量。

外標法是最常用的定量方法。操作簡單，不需要測定校正因子。結果的準確性取決于進樣的重現性和色譜操作條件的穩(wěn)定性。

固體吸附劑1、活性炭屬于非極性吸附劑，吸附非極性和弱極性的有機氣體和蒸氣，吸附容量大，吸附力強，水的影響小。適用于采集有機氣體和蒸氣的混合物。2、硅膠是一種極性吸附劑，對極性物質有著強烈的吸附作用，可以吸附相當大量的水，以致降低甚至失去它的吸附性能。所以硅膠管只適宜在較干燥的環(huán)境中采樣，采樣時間不宜過長。

根據采樣后處理方法不同，固體吸附劑管可分為溶劑解吸型和熱解吸型。如下圖

固體吸附劑采樣管的規(guī)格類型管長，mm內徑，mm外徑，mm固體吸附劑量，mg活性炭管硅膠管前段后段前段后段溶劑解吸型70~803.5~4.05.5~6.010050200100熱解吸型1203.5~4.06.0+0.1100200氣相色譜儀的維護與保養(yǎng)1、每次新安裝了色譜柱后，都要在進樣前進行老化。2、新購買的色譜柱一定要在分析樣品前先測試柱性能是否合格。3、暫時不用的色譜柱從儀器上卸下后，柱兩端應當用一塊硅橡膠堵上，放在相應的柱包裝盒中，以免柱頭被污染。4、每次關機前都應將進樣口和檢測器的穩(wěn)定降到100℃以下，然后再關電源和載氣。5、開機的時候要保證先開氣后開機的原則，關機的時候要保證先關機后關氣的原則。6、載氣要求化學惰性，不與有關物質反應，氣體純度要求99.99%以上。氣相色譜的應用主要廣泛應用在衛(wèi)生防疫，食品衛(wèi)生，環(huán)境檢測，質量監(jiān)督，石油化工，精細化工，農藥，制藥，電力，白酒，礦山等行業(yè)及科研機關和大專院校。氣相色譜的應用在石油化學工業(yè)中大部分的原料和產品都可采用氣相色譜法來分析；在電力部門中可用來檢查變壓器的潛伏性故