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1、气相色谱仪的基本原理及结构 安徽省疾控预防控制中心 陈俊波 安徽大禹仪器有限公司 刘秀敏 色谱理论基础 1.“色谱”二字的由来 *朗格于1850年关于色谱分离过程的报告是最 原始的色谱法论文集 *拉姆齐在1905年用色谱法分离过气体混合物 2.茨维特实验的原形 *色谱法最初是由俄国植物学家茨威特首先提出并 命名的.1906年茨维特用右边图示的实验装置 实现了多种物质的分离并确立了色谱柱, *1952年马丁和辛格创立了气液色谱法并由此 获得了1952年的诺贝尔奖金 *1958年出现了第一台商品化的GC *我国在1956年开展研究，1965年前后北分、 上分相继投入试制 色 谱 柱检测器色 谱 图
2、 时刻A 时刻B 时刻C 时刻D 时刻E 时刻F 进样 色谱理论基础 气相色谱仪原理简述 原理概述： 色谱分析是一种多组份混合物的分离、分析工具。它主 要利用物质的物理性质对混合物进行分离，测定混合物的 各个组份。并对混合物中的各个组份进行定性、定量分析 。色谱法主要包括气相色谱法和液相色谱法。 气相色谱仪是以气体作为流动相（载气）。当样品被送 入进样器后由载气携带进入色谱柱,由于样品中各个组份 在色谱柱中的流动相（气相）和固定相（液体或固体）间 分配或吸附系数的差异,在载气的冲洗下，各个组份在两 相间作反复多次分配，使各组份在色谱柱中得到分离，然 后由接在柱后的检测器根据组份的物理化学特性，
3、将各个 组份按顺序检测出来。 根据色谱柱固定相的状态不同，又可将其分为气固 色谱和气液色谱。气固色谱是用多孔性固体为固定 相，分离的主要对象是一些永久性的气体和低沸点 的化合物。但由于气固色谱可供选择的固定相种类 甚少，分离的对象不多，且色谱峰容易产生拖尾， 因此实际应用较少。气相色谱多用高沸点的有机化 合物涂渍在惰性载体上作为固定相，一般只要在 450以下有1.5KPa-10KPa的蒸汽压且热稳定性好 的有机及无机化合物都可用气液色谱分离。由于在 气液色谱中可供选择的固定液种类很多，容易得到 好的选择性，所以气液色谱有广泛的实用价值。 气相色谱仪的结构 气相色谱仪由五大系统组成： 气路系统
4、进样系统 分离系统 控温系统 检测和记录系统 气相色谱仪的简单气路流程图 气相色谱仪的简单气路流程图 气路系统 气相色谱仪具有一个让载气连续运行、管路密闭 的气路系统。通过该系统，可以获得纯净的、流 速稳定的载气。它的气密性、载气流速的稳定性 以及测量流量的准确性，对色谱结果均有很大的 影响，因此必须注意控制。 常用的载气有氮气和氢气，也有用氦气、氩气和 空气。载气的净化，需经过装有活性炭或分子筛 的净化器，以除去载气中的水、氧等不利的杂质 。流速的调节和稳定是通过减压阀、稳压阀和针 形阀串联使用后达到。一般载气的变化程度1% 。 进样系统 进样系统包括进样器和气化室两部分。 进样系统的作用是
5、将液体试样，在进入色 谱柱之前瞬间气化，然后快速定量地转入到 色谱柱中。进样的大小，进样时间的长短， 试样的气化速度等都会影响色谱的分离效果 和分析结果的准确性和重现性。 进样系统 进样器（外部） 液体样品的进样一般采用微量注射器，现 在有手动的，也有自动进样器。 气体样品的进样常用色谱仪本身配置的推 拉式六通阀或旋转式六通阀定量进样。 气化室 为了让样品在气化室中瞬间气化而不分解，因 此要求气化室热容量大，无催化效应。为了尽量 减少柱前谱峰变宽，气化室的死体积应尽可能小 。 进样系统 进样器（仪器）： 进样器的作用是将样品送入色谱柱。如果是液 体样品，进样器还必须将其汽化，因此采用微机 对进
6、样器进行温度控制。 根据不同种类的色谱柱及不同的进样方式，共 有四种进样器可供选择： 1.填充柱进样器 2.毛细管不分流进样器附件 3.毛细管分流进样器附件 4.毛细管分流/不分流进样器 填充柱进样器 毛细管进样器分流状态 毛细管进样器不分流状态 大口径毛细柱不分流进样 分离系统 分离系统由色谱柱组成。 色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。 （1）填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相，一般 内径为2 4mm，长1 3 m。填充柱的形状有U型和螺旋 型二种。 （2）毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁、多孔层和涂载体空 心柱。空心毛细管柱材质为玻璃或石英。内径一般为0.2 0.5mm，长度30 30
7、0m，呈螺旋型。 色谱柱的分离效果除与柱长、柱径和柱形有关外，还与所 选用的固定相和柱填料的制备技术以及操作条件等许多因 素有关。 控温系统 温度直接影响色谱柱的选择分离、检测器的灵 敏度和稳定性。控制温度主要是对色谱柱箱、汽化 室、检测室的温度控制。色谱柱的温度即柱箱的控 制方式有恒温和程序升温二种。 对于沸点范围很宽的混合物，一般采用程序升 温法进行。程序升温指在一个分析周期内柱温随时 间由低温向高温作线性或非线性变化，以达到用最 短时间获得最佳分离的目的。 柱箱 柱箱： 色谱柱是气相色谱仪的心脏，样品中的各个组份在色谱 柱中经过反复多次分配后得到分离，从而达到分析的目的 ，柱箱的作用就是
8、安装色谱柱。 由于色谱柱的两端分别连接进样器和检测器，因此进样 器和检测器的下端（接头）均插入柱箱。 柱箱能够安装各种填充柱和毛细管柱，并且操作方便。 色谱柱（样品）需要在一定的温度条件下工作，因此采 用微机对柱箱进行温度控制。并且由于设计合理，柱箱内 的梯度很小。 对于一些成份复杂、沸程较宽的样品，柱箱还可进行三 阶程序升温控制。且程序设定后自动运行无需人工干预， 降温时还能自动后开门排热。 检测和放大记录系统 检测系统 检测器是一种将载气里被分离组分的量转变为测量的信（一 般电信号）的装置.根据检测原理的差别，气相色谱检测器 可分为浓度型和质量型两类。 浓度型检测器测量的是载气中组分浓度的
9、瞬间变 化，即检测器的响应值正比于组分的浓度。如热导 检测器（TCD）、电子捕获检测器（ECD）。 质量型检测器测量的是载气中所携带的样品进入检 测器的速度变化，即检测器的响应信号正比于单位 时间内组分进入检测器的质量。如氢焰离子化检测 器（FID）和火焰光度检测器（FPD）。 检测和放大记录系统 记录系统 记录系统是一种能自动记录由检测器输 出的电信号的装置。以前用数据处理机，现 在一般都用色谱工作站如2000，9500 等 气相色谱仪的检测器 检测器的作用是将样品的化学信号转化为物理信 号（电信号）。检测器也需要在一定的温度条件 下才能正常工作，因此采用微机对检测器进行温 度控制。 根据各
10、种样品的化学物理特性，常用的有五种检 测器可供选择： 1.氢火焰离子化检测器(FID) 2.热导检测器(TCD) 3.电子捕获检测器(ECD) 4.氮磷检测器(NPD) 5.火焰光度检测器(FPD） 火焰离子化检测器（FID）介绍 原理： 在氢氧焰的高温作用下，许多分子均将分裂 为碎片，并有自由基和激态分子产生，从而 在氢焰中形成这些高能粒子所组成的高能区 ，当有机分子入此高能区时，就会被电离， 从而在外电路中输出离子电流信号。 特点： 灵敏度高，死体积小，应答时间快，除载气 外还需引入空气和氢气，对永久性气体和水 无应答。 适用范围： 有机化合物，能直接用于毛细管色谱分析。 噪音： 310-
11、14A 敏感度： 310-12g/S(n-c16) 线性： 106 热导检测器（TCD）介绍 原理： 气流中样品浓度发生变化，则从热 敏元件上所带走的热量也就不同，而 改变热敏元件的电阻值，由于热敏元 件为组成惠斯顿电桥之臂，只要桥路 中任何一臂电阻发生变化，则整个线 路就立即有信号输出。 特点： 热敏元件一般为铼钨丝组成，温度 系数为正。 适用范围： 普遍适用。 噪音： 20uv 灵敏度： 8000mvml/mg 线性范围： 10000 电子捕获检测器（ECD）介绍 原理： 射线与载气分子作用产生慢电子，具 有亲电基团的试样分子能捕获慢电子而 变成负离子，这种负离子能与载气受放 射粒子所产生
12、的正离子复合，从而改变 检测器的基流，使之减少，输出信号。 特点： 只对具有亲电基团的样品分子才有应答 对水敏感，载气必须充分干燥，脱氧， 易受污染。 适用范围： 对卤素、硝基等负电性化合物选择性极 好。 噪音： 20 uv 灵敏度： 110-13g/ml (r-666) 线性： 10000 氮磷检测器（NPD）介绍 原理： 在FID中加入一个用碱金属盐制成的玻 璃珠当样品分子含有在燃烧时能与碱盐 起反应的元素时，则将使碱盐的挥发度 增大，这些碱盐蒸气在火焰中将被激发 电离，而产生新的离子流，从而输出信 号。 特点： 这是一种有选择性的检测器，对含有能 增加碱盐挥发性的化合物特别敏感。 适用范围： 对含氮有机物，含磷有机物有很高的灵 敏度。 噪音： 410-13A 敏感度： 510-13g/S(P) 110-12g/S(N) 线性范围： 103(P) 火焰光度检测器（FPD）介绍 原理： 燃烧着的氢焰中，当有样品进入时 ，则氢焰的谱线和发光强度均发生 变化，然后由光电倍增管将光度变 化转变为电信号。 特点： 对磷、硫化合物有很高的选择性， 适当选择光电倍增管前的滤光片将 有助于提高选择性，排除干扰。 使用范围： 含磷、硫的有机化合物的分析 噪音： 1020uv 敏感度： 1.410-12g/S(P) 510-11g/S(S) 线性范围： 1000(P),100(S)
