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1、为什么用气相色谱,If you can do it by GC,You should do it by GC. -H.M.McNair 如果你能用气相色谱完成,你就应该用气相色谱完成。,气相色谱可分析的有机物占目前发现总有机物的1520。 应用范围: 挥发温度500 热稳定性好 相对分子量 400,气相色谱系统,一、气相色谱基础,色谱原理 气相色谱系统 色谱基本理论 载气 进样口 色谱柱 检测器 定量分析方法,1. 色谱原理,根据样品各组分在流动相和固定相中的分配情况不同来进行分离。 一些组分与固定相作用较强,故较慢流出色谱柱,从而得以分离。,样品组分分离示意图,2. 气相色谱系统,色谱图,检
2、测信号和时间的关系图 不同的色谱峰对应相应的组分 可以得到相应组分的保留时间和峰面积信息。 保留时间 定性分析 峰面积 定量分析,3. 气相色谱理论,CH4,基本术语 保留时间(Retention time): 组份从进样到出现最大值所需要的时间,tR 死时间(dead time): 不被固定相滞留的组份,从进样到出峰最大值所需要的时间,t0 峰高(Peak Heigh) 从峰最大值到峰底的距离, 峰面积(Peak Area) 峰与峰底之间的面积,分离度(Resolution) 两个相邻峰的分离程度。以两个组份保留值之差与其平均半峰宽值的比来表示:,当R=1 时,有5的重叠; 当R=1.5时,
3、分离程度为99.7%,可视为基线分离 毛细管色谱柱比填充柱有更高的分辨率.,例如,图示中塔板数为3.,塔板理论,柱效能(Column Efficiency),峰展宽的度量. 以塔板数来表示 类似蒸馏中的气液平衡 柱效的大小直接反应 色谱柱的分离能力,峰的形状,理想的峰型是高斯曲线. 分子的理论统计学分布,A. 涡流扩散 (不同路径的影响 )., 取决于色谱柱大小、形状和填充的好坏 毛细管柱可忽略该项,影响色谱柱效率的因素,B. 纵向扩散.,气相中分子的扩散 主要决定于气体流速,C. 传质阻力., 样品组分从气相到液相容易. 主要取决于气体的流速和固定相量的多少。,综合上述三个峰展宽的因数 HE
4、PT : 理论塔板高度 (Height equicalent to a theoretical Plate):,HETP = A + B / + C ,这里: A = 涡流扩散 B = 纵向扩散 C = 传质阻力 = 载气的线流量 低的 HETP= 高的色谱柱效率 如果已知有效塔板数,则可计算:,Neff = Lcol / HETP,著名的范德母特(Van Deemter)方程, 由该图可以得到最佳的线速度 对于毛细管柱可忽略A项(涡流扩散),一般对于毛细管线速度为30-60 cm/sec。,Van Deemter 图, N2, 变化最大, 可得到最低的HETP. H2 和 He 曲线较平坦,
5、即使较高的流速下也能得到较低的HETP 所以即使在较高的分析速度时,也可以得到较好的分离度.,4. 载气对Van Deemter图的影响,常用毛细管柱的最佳载气流量,气体,作用: 1)载气:作为色谱的流动相 2)检测器的工作气体。 载气: 惰性:He, Ar, N2, H2. 根据检测器, 价格及方便程度来决定 采用压力调节器以获得恒定的仪器输入压力 控制流量来得到恒定的流速,气体的类型由检测器决定. 气体要求色谱级的高纯气体,99.999 %,过滤系统: 除氧. 活性炭除碳氢化合物。 分子筛除水,气体的供应和控制,载气推荐采用H2、He: 分离度好 对TCD灵敏度最高,而且可保护W丝 注意安
6、全问题,两级的气体压力调节器. 低压端可从0到100 psig. 注意:不要用不干净的管路,气体进口及连接,如果管线太长,应适当增加输出压力,All gases connect to 1/8” Swagelok fittings on rear of instrument,气体进口及连接 (续),5、 进样口,作用:样品进样和汽化. 要求:精度和重现性 根据样品的性质选择进样技术,填充柱进样口 柱上进样(On Column) 快速气化(Flash-vaporization) 毛细管柱进样口 分流/不分流进样 分流 分流进样规则 不分流进样的规则,填充柱进样口,柱上进样(On Column) 快
7、速气化(Flash-vaporization) 柱上进样(On column) 液体样品直接注射进柱头上 消除了气化时样品损失。 消除了传输过程中从进样口到色谱柱之间的样品损失。 可用于热不稳定物质的分析。 定量分析精度好。 最好用于干净稀释的样品。,Model 1041,可用于填充柱和0.53毛细管柱 标准配制如右图,用于0.53mm的毛细管柱 如用于填充柱,则将右图中的“530 micron insert”拆下,将填充柱装到顶,标准工具包里带两个柱螺母,一个闷头 1041的进样垫为10.5mm,与1079(11.4mm)、1177 (9mm) 不一样。,快速气化(Flash-vaporiz
8、ation),对于浓度较高或较脏的样品。 色谱柱连接在进样口底部。 色谱柱完全填充。 样品在玻璃内衬中气化 进样口至少高于柱温箱50C。 能够用于大口径的毛细管。,毛细管进样,只需要少的进样量 需要特别的进样技术分流/不分流/柱上进样 载气流量小 但检测器需要尾吹 需要特别的硬件 隔垫吹扫 分流装置 压力、流量调节,毛细管柱进样口,要求不同的硬件和技术。 直接进样. 分流/不分流进样. 柱上进样 直接进样 -(柱上进样或快速气化) 只用于大口径 ( 0.53 mm 内径). 将注射器中的样品全部送入到色谱柱. 允许缓慢注入较大体积的稀释样品 ( 2 L)。 相对低的进样口温度。,分流/不分流进
9、样,用于毛细管柱0.1 mm to 0.53 mm ID. 可选用分流/不分流进样 (split/splitless.) 分流(split) 允许样品中的代表部分进入到色谱柱中。 当被测物浓度较高时。 不分流(splitless) 类似于直接进样. 样品中绝大部分进入到色谱柱中。,分流,均匀气化的样品通过分流点(柱尖端Colomn tip). 样品在玻璃衬管气化 要求: 将样品中具有代表性的样品注入到色谱柱中。 可重现的分流比 缺点 可能会有进样歧视现象。对宽沸程的样品易产生非线性分流,使样品失真 不适于高纯度物质和痕量组分(50ppm)的分析,分流比,排气口流量 + 色谱柱流量 色谱柱 流量
10、 分流比的设定根据样品的浓度和复杂程度来决定。总流量一定要大于20ml/min 隔垫吹扫: 用途:赶走残留样品和溶剂。 2-5 mL/min的载气直径吹扫隔垫底部。 可用烧结的限制器和针型阀来控制。 在特有的毛细管柱进样口上使用。,分流比S.R. =,Model 1079,1079 进样口气路图,(a) Split (b) Splitless,1079的进样垫直径为11.4mm,分流进样规则,进样口温度比样品中最高沸点的温度至少高20C,以便高效且得到好的重现性。 针头不用预热,快速进样,并迅速拔出针头。自动进样器一般为1L或更少。对高沸点的样品应在进样口停留1-2s. 如果程序升温,柱温箱的
11、温度应该高于溶剂的沸点,进样后应快速升温。 以确保隔垫吹扫打开,设定为2-5 mL/min.,不分流进样的规则,将软件置于不分流模式(splitless)。所有进样口的流量应经过色谱柱和隔垫吹扫. 将进样口温度设置为沸点最高物质的沸点上。 用“三明治”技术慢慢进样。在进样口预热针头0.05 min. 以1.0 L/sec的速度进样。让注射器停在进样口几秒钟以确保样品完全气化。 开始时,柱温箱温度设定为比溶剂的沸点低20C,保持1分钟,然后以30C/min的速度升到比溶剂沸点高 40-60C的温度,然后再根据样品需要程序升温。 进样时间为0.5-1.0分钟后,进样口切换到分流模式。排气流量至少应
12、设为50 mL/min. 保证隔垫吹扫打开,并设为2-5 mL/min.,6. 色谱柱,色谱柱材料和结构,填充柱 - 短(2-3 米), 管内径较粗. 毛细管柱 - 长( 60 米), 内径较细. 所有材料均要求化学及热性质稳定. 热稳定性 - 分析时所使用的温度不应致使色谱柱材质受到破坏 化学稳定性 - 在一定温度下,色谱柱材质不受分析物的影响 注意:用色谱级、干净的材料。,填充柱,玻璃、特氟珑及不锈钢材质 (惰性).,填充柱中填有固态载体,上面涂有液态固定相,用于气液色谱(GLC)或直接填充多孔固体,用于气固色谱(GSC).,填充柱尺寸,固态载体,是液态固定相附着的载体 增加与样品接触的表
13、面积。 细小、均匀、多孔。 大部分采用硅土. 标准大小颗粒.,直径大小与目号的关系,例如: 80/100目表明所有的颗粒将通过 80目筛但不通过 100目筛. 80目筛是指筛网每英寸有80根标准直径的网线。,毛细管柱,不锈钢 玻璃 熔融硅. 柔韧性及机械强度均较好 惰性 内径:0.05 - 0.80 mm . 长度:可大于100 m , 普通一般为30 m。 外层为聚酰亚胺,可修补柱子缺陷并且增加强度。 柱子内表面进行硅烷化处理。 内壁涂有固定相.,毛细管柱截面图,毛细管柱,WCOT - 内表面涂有很薄的固定相. PLOT 内表面涂有多孔的固体层或吸附剂 SCOT 内表面先涂固态载体,然后再涂
14、上固定相。,色谱柱参数,柱长、内径、涂膜厚度 色谱柱长度 柱长度只有大的变化才会影响分辨率。 填充柱一般为2-3 米. 毛细管柱可以根据需要进行裁剪。 色谱柱内径 填充柱固定为2 mm。 毛细管柱的内径可从0.10 - 0.8 mm. 内径的大小将影响到色谱柱的效率、保留时间和柱容量. 较小的内径有较小的流失和较小的柱容量,毛细管柱内径,0.25mm:用于分流/不分流进样,或柱上进样,前提是被测物不会过载。 0.32mm:用于分流/不分流进样,或柱上进样,允许较高浓度的分析物。 0.53mm:如果想取代填充柱,并且被测物少于30种。,典型的毛细管柱特点,涂膜厚度,固定相的总量. 影响保留时间和
15、容量。 较厚的涂层会延长保留时间和增加柱容量。 薄的涂层用于高沸点的分析物。 标准的毛细管柱一般为0.25 m. 0.53 mm内径的毛细管柱一般为1.0 - 1.5 m. 填充柱一般 10 m.,柱容量,柱容量是指色谱峰没有明显变形,样品能够进入到色谱柱中的最大允许量。 以下因素可增加柱容量 : 膜厚 (df). 温度. 内径 (ID). 固定相的选择性. 如果过载,可导致 : 峰变宽. 不对称. 拖尾或前伸峰.,色谱柱中固定相流失,柱流失可以从检测器的背景信号中观察到: 柱流失是由于固定相遭到破坏而导致的。 柱流失随着膜厚、柱内径、长度和温度的增加而增加。 极性柱有较高的柱流失。 柱子损坏
16、或退化,柱流失可能会增加。 避免使用强酸或强碱 按照制造商推荐的温度限制使用,确保载气流过毛细管柱15-30分钟. 缓慢程序升温(5/min)到老化温度。 最初老化温度 4 hours. 如果柱子受到污染, 可在推荐的最高色谱柱温度低20 C的条件下,老化柱子。 一般推荐的老化温度为: Tcond = Tmax/2 - Tapp/2 + Tapp 这里: Tcond = 老化温度 Tmax = 色谱柱推荐采用的最高温度 Tapp = 应用中使用的最高温度 在老化柱子时,一定不要将毛细管接在检测器上。应将那一端放空,同时将检测器用闷头堵上。如果是FID,容许接在上面,但应该将检测器温度升上去。,色谱柱老化,温度限制,恒温最高允许温度 :恒温操作的最高允许温度 程序升温最高允许温度:短期允许的最高温度,一般比恒温允许的最高温度高20C。 当柱子遭受热破坏,可以看到严重的峰拖尾和柱流失。,固态固定相,气固色谱(GSC)最常用于气体样品的分析。 采用的固定相可以是分子筛和氧