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1、岛津气相色谱仪基础知识 岛津企业管理 中国 有限公司分析中心 第一部分 色谱原理和基本构成 3 色谱起源 4 色谱法 利用组分在两相间分配系数不同而进行分离的技术流动相 携带样品流过整个系统的流体固定相 色谱柱固定相 静止不动的一相 色谱是一种分离技术色谱主要是对混合物中的目标物进行分离和定量 色谱定义 5 液相色谱 以液体作为流动相的色谱分离方法适用于高沸点 大分子 热稳定性差的化合物的分析流动相具有运载样品分子和选择性分离的双重作用 气相色谱 以气体作为流动相的色谱分离方法适用于沸点较低 热稳定性好的中小分子化合物的分析流动相只具有运载样品分子的作用 GCvsHPLC 6 分离效率高分析速
2、度快检测灵敏度高样品用量少选择性好多组分同时分析易于自动化 色谱法特点 7 载气控制 手动 数字进样口 分流 不分流进样口 填充柱进样口 程序升温进样口色谱柱 填充柱 毛细柱检测器 FID TCD ECD FPD FTD数据处理 GCsolution GCsolutionLite 钢瓶He N2 载气控制 数据处理 气相色谱构成示意图 8 气相色谱基本流路图 隔垫吹扫出口 分流出口 载气 玻璃衬管 F2 F1 空气400 600mL min 氢气40 60mL min 石英棉 FID检测器 分流 不分流进样口 毛细柱 尾吹气约35mL min 9 温度压力 流量 温度 压力 流量 的时间程序
3、气相色谱基本控制参数 第二部分 载气部分 11 载气不纯带来的问题 载气中氧的存在导致固定相氧化 损坏色谱柱 改变样品的保留值 载气中水的存在导致部分固定相或硅烷化担体发生水解 甚至损坏柱子 气体中有机化合物或其它杂质的存在产生基线噪音和拖尾现象 气体中夹带的粒状杂质可能使气路控制系统失灵 载气纯度的重要性 12 保证载气纯度在99 999 以上加装载气净化装置10 的钢瓶气保有量 保证载气纯度的措施 13 100kPa 1bar1kPa 1 02 10 2kgf cm21kgf cm2 98 1kPa1kPa 1 45 10 1psi1psi 6 89kPa 压力单位换算 第三部分 进样口部
4、分 15 分流 不分流进样填充柱进样冷柱头进样程序升温进样 分流 不分流进样是GC最为常用的进样方式 GC进样方式 16 GC进样口的配置 分流 不分流进样口结构 进样方式 分流进样 Split 不分流进样 Splitless 导针器 载气 O型圈 石墨垫圈 螺母 玻璃衬管 色谱柱 隔垫 隔垫吹扫 分流出口 什么是分流进样 46mL min 分流比分流流量和色谱柱流量之比当柱流量为1mL min 分流流量为46mL min 分流比 46 1 载气 为什么要分流进样 防止色谱柱过载 20 减小色谱峰展宽 为什么要分流进样 0 25mmI D x30m df 0 25 m 1mL min 4mL
5、min 1mL min 载气 分流 3mL min 隔垫吹扫 e g SPL 2010 Split 25mm 石英棉 5 10mm 10mg 34mm 分流进样注意点 石英棉的装填 避免分流歧视 提高重现性 22 不适合微量组分的分析 g mL以下 未知样品分析时 初始分流比采用50 1或者100 1使用分流衬管正确装填石英棉定期更换分流出口的捕集阱 分流进样操作要点 什么是不分流进样 0 25mmI D x30m df 0 25 m 1mL min 50mL min 47mL min 载气 46mL min 分流 初始柱温 溶剂沸点 10 待机状态和进样后1min内 3mL min 进样时间
6、设为1min时 隔垫吹扫 0 25mmI D x30m df 0 25 m 1mL min 进样时的4mL min 1mL min CarrierGas P 0mL min 分流 50mL min 47mL min 46mL min 什么是不分流进样 进样1min后打开分流流路 3mL min 隔垫吹扫 分流流路1min后打开电磁阀的作用 进样后1min打开电磁阀 未打开电磁阀 进样时间内色谱峰展宽的影响 如何减小色谱峰展宽 1 溶剂聚焦效应2 高压进样 分流 隔垫吹扫 溶剂聚焦效应 初始柱温 溶剂沸点 10 溶剂在柱头重新冷凝 28 溶剂聚焦对峰形的影响 色谱柱 Rtx 530m 0 25m
7、m 0 25um进样量 1 0 L样品 5 g mL农药混标 溶剂为正己烷 柱温程序 150 to275 4 min 色谱柱 Rtx 530m 0 25mm 0 25um进样量 1 0 L样品 5 g mL农药混标 溶剂为正己烷 柱温程序 40 to150 25 min 然后275 4 min 29 0 25mmI D x30m df 0 25 m 1mL min 9mL min 载气 分流 初始柱温 溶剂沸点 10 6mL min 0mL min 3mL min 隔垫吹扫 高压进样 待机状态和进样后1min内 高压时间设为1min时 1mL min 6mL min 100Kpa 250Kpa
8、 进样1min后 柱压回到100Kpa 柱流量恢复为1mL min 主要用于分析微量组分 数十 g mL或更低 使用不分流衬管或去活性不分流衬管衬管中可装填少量石英棉以提高重现性如样品有强吸附性 最好不加石英棉必须使用程序升温方式 初始温度低于溶剂沸点10 20 建议使用高压进样方式不适合气体样品和低沸点溶剂类样品的分析不适合分析在溶剂峰之前出峰的组分 不分流进样操作要点 31 填充柱进样口 宽口径进样口 GC进样方式 32 冷柱头进样口 程序升温进样口 GC进样方式 33 热进样 分流 不分流进样口 宽口径进样口 存在歧视现象和样品热分解冷进样 冷柱头进样口 程序升温进样口 进样是在较低温度
9、下进行歧视效应和热解效应的影响小 歧视效应和热分解 34 低沸点组分百分比偏高 进针退针 高沸点组分残留 歧视效应的产生 35 快速进样法溶剂冲洗法热针法 减少歧视效应的方法 样品注入方面 36 概念样品是在冷状态 低于样品沸点的温度下进样 依据溶剂 气化室快速升温使样品气化PTV 程序升温 进样方式分流进样 高浓度样 无分流进样 低浓度样 大体积进样 LVI 痕量分析 OCI 冷柱头 进样方式一般适用于0 53内径的柱子没有分流流路 不能分析高浓度样品 污染柱子 进样量一般小于2 L 减少歧视效应的方法 冷进样 37 注意事项 样品气化不完全 进样口温度过低 将导致高沸点化合物气化不完全 并
10、且不能有效转移到色谱柱中 进样口温度 200 进样口温度 300 38 进样口温度过高 导致热稳定性差的化合物分解 进样口温度 280 进样口温度 200 注意事项 样品分解 39 注射速度快选择合适的注射器取样准确 重现减少注射针尖歧视 每次进样速度尽量一致选择合适溶剂清洗注射器 避免污染 注意事项 手动进样 第四部分 色谱柱 41 毛细柱柱材 熔融石英 不锈钢内径 0 1mm 0 53mm长度 10 100m固定相种类 OV 1 PEG 20M OV 17等固定相膜厚 0 1 5 m 填充柱 柱材 不锈钢 玻璃内径 2 6 3mm长度 0 5 6m填料 担体和固定液的种类固定液的浓度1 3
11、0 担体有硅藻土 玻璃 石英 塑料担体 TPA 等 色谱柱类型 42 固体 活性炭 氧化铝 硅胶 分子筛等 用于无机气体及低碳烃的分析应用比例约占10 液体 聚甲基硅氧烷 聚乙二醇 聚脂等 用于液体样品及高沸点化合物分析应用比例占90 以上 气相色谱的固定相 43 熔融石英 合成高纯石英外表面涂覆聚酰亚胺内表面经化学处理不锈钢用于高温分析最不易断裂内表面经特殊处理 毛细管柱管材 44 大多数固定相为聚合物毛细管柱 聚甲基硅氧烷 Polysiloxanes silicones 聚乙二醇 Polyethyleneglycols PEG 毛细管柱固定相 45 siloxane backbone 固定
12、相 聚甲基硅氧烷 46 苯基基团键入硅氧烷聚合物主链 温度稳定性更好 固定相 ms 或低流失柱 47 WAX or FFAP 类固定液e g Rtx WAX Stabilwax DA DB FFAP温度稳定性比聚硅氧烷类差 最高使用温度低于聚硅氧烷类固定液 固定相 聚乙二醇 48 常用商品化毛细柱对照表 49 选择与目标化合物极性相近的固定相 相似相溶 原则 峰形和分离变好分析非极性化合物 非极性柱 e g Rtx 1 分析极性化合物 极性柱 e g Rtx WAX 按照分析目的选择固定相当组分沸点差异大时 非极性柱 e g Rtx 1 当组分沸点差异不大时 如异构体 极性柱 e g Rtx
13、WAX 固定相选择 50 按所需分离状况选择需要高分离时 内径 细 长度 长 柱分离已足够 要缩短分析时间时 内径 粗 长度 短 膜厚 薄 柱按分析目的选择分析低沸点化合物时 长度 长 膜厚 厚 柱分析高沸点化合物时 长度 短 膜厚 薄 柱 柱内径 长度 膜厚选择 51 恒温分析程序升温分析适用于沸程窄样品组分适用于沸程宽样品组分 恒温分析与程序升温分析的比较 52 色谱柱固定相典型应用 53 柱内径流量 推荐 0 25mm1 2mL min0 32mm2 4mL min0 53mm5 8mL min 毛细管柱流量设定 54 恒流控制 使用填充柱和宽口径毛细管柱时 不管色谱柱温度如何变化 载气
14、流量始终恒定 柱温上升时柱头压力自动调整 恒压控制 通常用于毛细管柱 载气柱头压力始终恒定 柱温变化时柱内流速同时改变 恒线速度控制 用于毛细管柱 GC 2010Plus 2014具有此功能 柱内平均线速度维持不变 色谱柱温度变化时柱压自动调整 载气控制方式 55 HETP曲线 Rtx 1 30m 0 25mmi d 0 25 m 载气线速度与理论塔板高度关系 56 采用恒线速度方式 通常能得到最高的柱分离效率 0 25mmIDx30m df 0 25 mHe 150kPa 2 32mL min 45 1cm sec 柱温 平均线速度 载气不同控制方式比较 57 0 0 0 5 1 0 1 5
15、 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 min 0 25000 50000 75000 2 465 2 980 3 833 4 054 4 334 4 581 5 114 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 min 0 25000 50000 75000 1 867 2 305 3 117 3 333 3 594 3 844 4 331 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 min 0 25000 50000 75000 1 265 1 600 2 332 2 489 2 538 2 772 3 033 3 512
16、 线速度 15cm s 线速度 20cm s 线速度 30cm s 恒线速度应用数据 58 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 不要连接检测器 每天都要进行老化吗 视仪器基线情况 确定是否需要老化及老化时间 色谱柱的老化 第五部分 检测器 60 常用检测器 61 FID检测器 62 FID检测器进样过程 63 氢气 空气的比例1 10 检测器温度设置高于色谱柱实际工作的温度 建议使用温度 250 在未接上色谱柱时 不要打开氢气阀门 必须在温度升高后再点火 关闭时 应先熄火再降温 因故障导致火焰熄灭 应尽量关闭氢气阀门 排除了故障重新点火时 再打开氢气阀门 FID检测器使用事项 64 ECD检测器 65 ECD检测器进样过程 66 气路要安装气体过滤器和氧气捕集器 ECD使用温度为250 350 否则检测器很难平衡 建议使用温度为300 ECD升温前通载气约10min 先升检测器温度再升进样口 柱温 ECD电流最大为2nA 通常
