气相色谱仪的原理及应用.ppt

气相色谱仪的原理及应用,3种组分同时进入色谱柱,3种组分开始在色谱柱中分离,3种组分在色谱柱中基本达到分离,3种组分在色谱柱中完全达到分离,第一节 气相色谱法的原理, 色谱法是一种分离技术，是混合物最有效的分离和分析方法。 试样中各组分在色谱柱中的两相之间不断进行着分配。 其中一相固定不动，称为 固定相； 另一相是携带试样流过此固定相的流体（气体或液体），称为 流动相。,一、色谱法的定义和分类,一、色谱法的定义和分类,(1)气相色谱：流动相为气体（称为载气）。 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱； 按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱,一、色谱法的定义和分类,(2)液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。 按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。 离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同pH值的水溶液为流动相。,一、色谱法的定义和分类,薄层色谱和纸色谱： 比较简单的色谱方法,凝胶色谱法：测聚合物分子量分布。 超临界色谱: CO2流动相。 高效毛细管电泳: 九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。,一、色谱法的定义和分类,二 色谱法的特点,（1）分离效率高 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。 （2） 分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。 （3） 应用范围广 气相色谱：沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。 液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。,二 色谱法的特点,（4） 样品用量少 用极少的样品就可以完成一次分离和鉴定。 （5） 灵敏度高 可以检测出 10-1110-13g 级的物质量。 （6） 分离和测定一次完成 可以和多种波谱分析仪器联用，易于自动化。,不足之处：被分离组分的定性较为困难。,三、色谱流出曲线与术语,1.基线 无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。 2.保留值,（1）时间表示的保留值 保留时间（tR）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；,死时间（tm）：不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间； 调整保留时间（tR ）：tR= tRtM,（2）用体积表示的保留值,保留体积（VR）： VR = tRF0 F0为柱出口处的载气流量， 单位：m L / min。 死体积（VM）： VM = tM F0 调整保留体积(VR)： V R = VR VM,3. 相对保留值r21,组分2与组分1调整保留值之比： r21 = tR2 / t R1= V R2 / V R1,相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。,4. 区域宽度,用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法： （1）标准偏差()：即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。 （2）半峰宽(Y1/2)：色谱峰高一半处的宽度 Y1/2 =2.354 （3）峰底宽(Wb)：Wb=4 (4) 峰高（h）:峰最大值到峰底,5.分配比 k,在实际工作中，常用分配比来表征色谱分配平衡过程。分配比是指，在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡时的质量比：,1. 分配比是与组分及固定相的热力学性质有关的常数，随分离柱温度、柱压的改变而变化。 2. 分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的参数，数值越大，该组分的保留时间越长。 3. 分配比可以由实验测得。,分配比也称：容量因子；容量比,假设：(1) 在每一个平衡过程间隔内，平衡可以迅速达到； (2) 将载气看作成脉动（间歇）过程； (3) 试样沿色谱柱方向的扩散可忽略； (4) 每次分配的分配系数相同。,1.塔板理论 半经验理论； 将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，将连续的色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复（类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程）；,四 色谱分析的基本理论,色谱柱长：L， 虚拟的塔板间距离：H， 色谱柱的理论塔板数：n， 则三者的关系为： n = L / H 理论塔板数与色谱参数之间的关系为：,保留时间包含死时间，在死时间内不参与分配!,有效塔板数和有效塔板高度,单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。 组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数和有效塔板高度：,2、 速率理论,速率方程（也称范.弟姆特方程式） H = A + B/u + Cu H：理论塔板高度， u：载气的线速度(cm/s),减小A、B、C三项可提高柱效； 存在着最佳流速； A、B、C三项各与哪些因素有关（自习）？,1、色谱定性分析,（1）.利用纯物质定性的方法 利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中的位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。 利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。,五、色谱定性与定量分析,（2）利用文献保留值定性,利用相对保留值r21定性 相对保留值r21仅与柱温和固定液性质有关。在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。,（3）保留指数定性（自习）,又称Kovats指数()，是一种重现性较好的定性参数。测定方法： 将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为分子中碳原子个数乘以100（如正己烷的保留指数为600）。 其它物质的保留指数（IX）是通过选定两个相邻的正构烷烃，其分别具有Z和Z1个碳原子。被测物质X的调整保留时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值之间如图所示：,（4）与其他分析仪器联用的定性方法,小型化的台式色质谱联用仪（GC-MS；LC-MS） 色谱-红外光谱仪联用仪； 组分的结构鉴定,2、色谱定量分析方法,定量依据：被测物质的量与它在色谱图上峰面积或峰高成正比。 讨论：峰高定量与峰面积定量哪种方法更好？,（1）校正因子定量,试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即： m i = fi Ai 绝对校正因子：比例系数fi ，单位面积对应的物质量： f i =m i / Ai,相对校正因子fi ：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。,当mi、mS以摩尔为单位时，所得相对校正因子称为相对摩尔校正因子，用（f M）,表示；当mi、mS用质量单位时, 以（f W）,表示。 相对校正因子只与检测器类型有关，而与色谱条件无关。,（1）校正因子定量,（2）归一化法,特点及要求： 归一化法简便、准确； 进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响 不大； 仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。,（3）外标法,外标法也称为标准曲线法。,特点及要求： 外标法不使用校正因子，准确性较高， 操作条件变化对结果准确性影响较大。 对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的快速分析。,（4）内标法,内标物要满足以下要求： （a）试样中不含有该物质； （b）与被测组分性质比较接近； （c）不与试样发生化学反应； （d）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。 试样配制：准确称取一定量的试样W，加入一定量内标物mS,（4）内标法,计算式：,特点,(a) 内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大。 (b) 每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。 (c) 若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定，则：,（4）内标法,气固色谱：多孔性固体为固定相，常温常压下气体和低沸点化合物。 气液色谱：高沸点的有机化合物涂泽在载体上作为固定相，利用分子在两相间的分配系数不同分离。450以下有1.5kPa-10kPa的蒸气压且热稳定性能良好。,六、气相色谱法,Agilent 6890N,第二节 气相色谱仪的组成,气相色谱结构流程,1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；7-进样器；8-分离柱；9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；,载气系统,进样系统,色谱柱,检测系统,温控系统,结构流程,包括气源、净化干燥管和载气流速控制；,常用的载气有：氢气、氮气、氦气； 净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）； 载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。,1. 载气系统,2. 进样装置,进样装置：进样器+气化室； 气体进样器（六通阀）：推拉式和旋转式两种。 试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；,液体进样器：,不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。,气化室：将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。,3. 色谱柱（分离柱）,色谱柱：色谱仪的核心部件。 柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。 柱填料：粒度为60-80或80-100目的色谱固定相,3. 色谱柱（分离柱）,液-固色谱：固体吸附剂 液-液色谱：担体+固定液 柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大，流速慢或将 柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。,4. 检测系统,色谱仪的眼睛， 通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成； 被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；,4. 检测系统,检测器： 广普型对所有物质均有响应； 专属型对特定物质有高灵敏响应； 常用的检测器：热导检测器（基于各种物质有不同的导热系数而设计的检测器）、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器、热电子检测器、光离子化检测器。,氢焰检测器的原理,(1)当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在C层发生裂解反应产生自由基 ： CnHm CH (2)产生的自由基在D层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应： CH + O CHO+ + e (3)生成的正离子CHO+ 与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应： CHO+ + H2O H3O+ + CO,A区：预热区 B层：点燃火焰 C层：热裂解区： 温度最高 D层：反应区,氢焰检测器的原理,(4)化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流（约10-610-14A）； (5) 在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器。 (6) 组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离。,A区：预热区 B层：点燃火焰 C层：热裂解区： 温度最高 D层：反应区,电子捕获检测器,高选择性检测器（放射源 63N，产生射线；N2载气，产生电子，基流。含杂原子试样吸收电子产生负峰） 仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度，检测下限10-14 g /mL， 对大多数烃类没有响应。,较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。,火焰光度检测器,化合物中硫、磷在富氢火焰中被还原，激发后，辐射出400、550 nm 左右的光谱，可被检测； 该检测器是对含硫、磷化合物的高选择性检测器；,热离子检测器,氮、磷检测器；对氮、磷有高灵敏度； 在检测器的喷嘴与收集极之间加一个含硅酸铷的玻璃球，含氮、磷化合物在受热分解时，受硅酸铷作用产生大量电子，信号强；,5. 温度控制系统,温度是色谱分离条件的重要选择参数； 气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度； 气化室：保证液体试样瞬间气化； 检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；,分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；,第三节 气相色谱的应用,市售白酒品质的检测：,真假欠条,圆珠笔油墨 染料（铜钛箐/结晶紫） 溶剂（苯甲醇/苯氧基乙醇）,苯甲醇,苯氧基乙醇,笔迹样品,作业,P60 8,