培训资料--气相色谱基础知识.

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1、气相色谱法 第一部分 GC基础知识 *3 1.1 概 述 色谱法是一种分离方法，它利用物质在两相 中分配系数的微小差异进行分离。当两相做 相对移动时，使被测物质在两相之间进行多 次分配，这样原来的微小差异产生了很大的 效果，使各组分分离，以达到分离分析及测 定一些物理化学常数的目的。 *4 理解色谱法(Gas Chromatography ) 主要有2点：一是要 有两相，二是要有差异 。 两相：固定相和流动相 具体到气相色谱： 固定相就是色谱柱(column)，流动相就是气 体或者称为载气(carrier gas )。 差异就是指分配系数的差异。 *5 1.2 气相色谱法的定义和分类 定义：用

2、气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法。 分类：根据固定相的状态不同，气固色谱(GSC) （吸附原理）、 气液色谱(GLC) （分配原理） p 气固色谱可用活性炭，硅胶，分子筛，高分子多孔小球等作 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。吸附-脱附 p 气液色谱多用固定液涂渍在惰性载体上作为固定相，一般只 要高沸点的有机化合物，蒸汽压低（在450以下有1.5KPa- 10KPa的蒸汽压）且热稳定性好的有机化合物作为固定液。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。 溶解-挥发 *6 1.3 气相色谱法的特点 “三高” “

3、一快” “一广” 1.高效能：一般填充柱的理论塔板数可达数千，毛细管柱可 达一百多万。 2.高选择性：可以使一些分配系数很接近的以及极为复杂、 难以分离的物质，获得满意的分离。 3.高灵敏度：可以检测1010 11 11 1010 13 13g g物质，适合于痕量分析 4.分析速度快：一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完 成。 5.应用广泛：可以分析气体试样，也可分析易挥发或可衍生 转化为易挥发的液体和固体。 分析的有机物，约占全部有机物(约300万种)的20%。 6.不足之处：对被分离组分的定性能力较差。 *7 从载气带着组分进入色谱柱起就用检测器 检测流出柱后的气体，并用记录器记录信 号

4、随时间变化的曲线，此曲线就叫色谱流 出曲线，当待测组分流出色谱柱时，检测 器就可检测到其组分的浓度，在流出曲线 上表现为峰状，叫色谱峰。 色谱图:试样中各组分经色谱柱分离后,在柱 的末端收集各组分,经检测器转换为电信号, 用纪录仪将各组分浓度记录下来,得到色谱 图。 1.4 色谱流出曲线（色谱图）及有关 术语 *8 如图所示为一色谱流出曲线 ： 1）基线：在实验条件下， 色谱柱后仅有纯流动相进 入检测器时的流出曲线称 为基线。基线在稳定的条 件下应是一条水平的直线 。它的平直与否可反应出 实验条件的稳定情况。 2）峰高（h）和峰面积 ： 色谱峰顶点与基线的距离 叫峰高。色谱峰与峰底基 线所围成

5、区域的面积叫峰 面积。 *9 3）保留值 a. 死时间(tM) ：不与固定相作用的物质从进样到出现峰极大值时的 时间，它与色谱柱的空隙体积成正比。由于该物质不与固定相作用， 因此，其流速与流动相的流速相近。据 tM可求出流动相平均流速 b. 保留时间tr：试样从进样到出现峰极大值时的时间。它包括组份随 流动相通过柱子的时间t0和组份在固定相中滞留的时间。 c. 调整保留时间tr ：某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间， 它是组份在固定相中的滞留时间。即 tr= tr tM 4）色谱峰底宽W ：由色谱峰的两边拐点做切线，与基线交点的距离 。 5）半峰高宽度W ：色谱峰高一半处的峰宽。也称为色谱

6、峰半高宽 度。 *10 1.5 气相色谱构成示意图 *11 1.6 气相色谱基本流路图 500次更换 进样垫100次更换 一般为1:10 吸咐不被气化的物质 N2尾吹 第二部分 载气 *13 2.1 常用载气 1、载气要求： 作为气相色谱载气的气体，要求要化学稳定性 好；纯度高；价格便宜并易取得；能适合于所用 的检测器。 2、常用载气 氮气(黑)、氦气(银灰)、氩气(白)、氢气(深绿) 、二氧化碳(黑)等 TCD 用氢气、氦气比较好，灵敏度高， FID 用氮气 惰性气体化学稳定性好、价格高。 *14 3、气体的净化 净化管通常为内径50mm，长200250mm 的金属管 装填什么物质取决于载气

7、纯度的要求(如， 除去水分可用吸附剂硅胶和分子筛，除去烃 类化合物，可用活性炭）。 净化管的出口和入口应加上标志，出口应当 用少量纱布或脱脂棉轻轻塞上，严防净化剂 粉尘流出净化管进入色谱仪。 *15 4、气流调节阀 通常在减压阀输出气体的管线中还要串联稳压 阀，用以稳定载气（或燃气）的压力 当用程序升温进行色谱分析时，由于色谱柱 柱温不断升高引起色谱柱阻力不断增加，也会使 载气流量发生变化。为了在气体阻力发生变化时 ，也能维持载气流速的稳定，需要使用稳流阀来 自动控制载气的稳定流速。 第三部分 进样口 *17 3.1 进样系统 气化室 将液体试样瞬间气化的装置。 进样装置 气体进样器（六通阀）

8、：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； *18 微量注射器进样阀 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。 *19 3.12 注意事项 进样口温度过低，将导致高分子量化合物气化不完全 ，并且不能有效转移到色谱柱中。(样品气化不完全 ) 进样口温度过高，导致热稳定性差的化合物分 解。 (样品分解) 样品从进样针注入时，不同组分的气化程度不 同，高沸点组分残留量比例高。 一般情况下进样速度必须很快，因为当进样时 间太

9、长时，试样原始宽度将变大，色谱峰半峰宽 随之变宽，有时甚至使峰变形。一般地，进样时 间应在1s以内。 第四部分 色谱柱 *21 色谱柱：色谱仪的核心部件。 柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径2-6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。 气-固色谱：固体吸附剂 气-液色谱：载体+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。 *22 *23 4.2 色谱柱选择的要素 l 柱材质 l 固定相 l 内径 l 膜厚 l 长度 *24 4.2.1 柱材质 不锈钢和熔融石英 共同点：良好的惰性和自由度

10、不锈钢的优势：良好的耐磨性和抗刮伤特性 ，可以缠绕为更小的尺寸，卓越的温度适 应性。 熔融石英的优势：易于和保护柱连接，易于 确认毛细柱内的高沸点污染物。 *25 4.2.2 固定相 固定相选择的基本原则： 相似相溶原理，选用非极性的固定相分析非极性化合物 如果化合物可以用不同极性的固定相分析，选用极性最小 的固定相。 非极性固定相的使用寿命长于极性固定相。 应用范围较广的五种固定相，Rtx-1、Rtx-5、Rtx-50、Rtx- 1701和Rtx-wax可以满足90%以上的分析需求。 *26 4.2.4 色谱柱的选择 根据极性来选择适合的固定相，从来选择适 当的色谱柱。 *27 4.2.5

11、气相色谱毛细管柱常用固定相 *28 4.2.7 内径 内径选择的基本原则： 0.10mm口径柱适用于快速气相色谱分析。 0.25mm口径柱具有较高的柱效，用于标准的 GC/MS应用和分流/不分流分析。 0.32mm口径柱中等柱效，多用于不分流进样。 0.53mm口径柱，可以替代填充柱，适合于痕量 分析。 增加色谱柱的内径，可以增加分离的样 品量，但由于纵向扩散路径的增加，会使 柱效降低。 *29 4.2.8 内径对分离度的影响 较小的内径可以获 得更好的分离度，或 者在更短的时间内获 得同样的分离度 *30 4.2.9 膜厚 膜厚选择的基本原则： 增加膜厚可以提高分离度和加强保留，厚些的液膜可

12、以有效降低过载 拖尾峰和其他化合物的共流出。 如果样品的浓度范围很宽，就需要更厚的液膜，反之，如果目标组分 的分离足够，并且没有共流出的问题，就可以使用比较薄的液膜，对 于挥发性有机物来说，厚液膜更为合适。 液膜厚度的改变将直接影响化合物的流出温度。膜越厚，保留越强， 流出温度相应也越高。 标准膜厚(0.250.5m)：最广泛的应用，对于流出达到300的大多数 样品分析效果良好。 薄液膜(0.10.2m)：适合石化分析，甘油三酯等高沸点的物质。 厚液膜(15m)：适合于流出温度在100200之间的低沸点化合物 *31 4.2.10 膜厚对分离度的影响 *32 4.2.11 长度 长度选择的基本

13、原则： 色谱柱越长，柱效越高。 选择可以满足分离度要求的最短的柱子。 如果即使是最长规格的色谱柱依然无法满足分离度的要求 ，请考虑更换固定相或膜厚。 分离度和柱长的平方根成正比，两倍的柱长只能增加40 的分离度。 标准柱(2530m)：标准柱长，满足大部分应用。 短柱(515m)：通常用于10个组份以下简单样品的快速分 析。 长柱(50m以上)：复杂样品分析。 *33 4.2.11 柱长对分析时间的影响 恒温分析 ：保留时间由柱长决定，柱长加倍分析时间也加倍。 程升分析： 保留时间主要取决于柱温，分离度的提升和恒温分析类似 ，但分析时间只是略有增加。 由于分离度正比于柱长的平方根，所以增加柱长

14、对分离是有利的。 但增加柱长会使各组分的保留时间增加，延长分析时间。因此，在满足 一定分离度的条件下，应尽可能使用较短的柱子。 *34 4.3 色谱柱的老化 为什么必须进行色谱柱老化？ 新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不 稳 ，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在 同样问题。一般采用升温老化，即从室温程序升 温到最高温度，并在高温段保持数小时。 新柱老化时，最好不要连接检测器。 每天都要进行老化吗？ 视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化 时间。 *35 4.4 柱温的选择 l 柱温是一个重要的色谱操作参数，它直接影响分 离效能和分析速度。 柱温不能高于固定液的最高使用温度，否则会造

15、成固定液 大量挥发流失。某些固定液有最低操作温度。一般地说， 操作温度至少必须高于固定液的熔点，以使其有效地发挥 作用。 降低柱温可使色谱柱的选择性增大，但升高柱温可以 缩短分析时间，并且可以改善气相和液相的传质速率，有 利于提高效能。所以，这两方面的情况均需考虑。 l 柱温分为恒温和程序升温两种 恒温：对于沸程不太宽的简单样品，可采用恒温模式。一 般的气体分析和简单液体样品分析都采用恒温模式。 程序升温：对于沸程较宽的复杂样品，如果在一恒温下分 很难达到好的分离效果。 *36 恒温：45oC 程序升温：30180oC 恒温：145oC 温度低，分离效果较好，但分析时间长 程序升温，分离效果好

16、，且分析时间短 温度高，分析时间短，但分离效果差 第五部分 检测器 *38 检测器：是将流出色谱柱的被测组分的浓度转变为 电信 号的装置，是色谱仪的眼睛。 通常由检测元件、放大器、数模转换器三部分组成. 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； 常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子 捕获检测器、火焰光度检测器、氮磷检测器。 5.1 检测器定义 *39 5.2 检测器分类 根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型和质量型检测器。 浓度型：检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与浓度成正比。 如TCD、ECD。 质量型：检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响应值与单位时间