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1、江苏建康职业学院仪器分析仪器分析张张 威威 主编主编第九章 气相色谱法 仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院学习目标 1了解气相色谱仪的组成系统及作用；2熟悉气相色谱仪常用检测器的结构、工作原理和应用；3理解气相色谱仪固定相的作用、固定液的分类、操作条件的选择；4了解毛细管柱的特点和类型。 仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院1分离效能高； 2灵敏度高 ； 3样品用量少 ； 4分析速度快，操作简便； 5应用范围广 ；局限性 ?引言：什么是气相色谱？有哪些特点？ 仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院主要内容9-1 气相色谱仪 9-2 气相色谱的固定相9-
2、3 气相色谱检测器9-4 操作条件的选择9-5 毛细管柱色谱 仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院1-气源；9-1 气相色谱仪 2-气路控制系统； 3-进样系统； 4-分离系统；5-检测系统；6-温度控制系统； 7-记录系统仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院9-1 气相色谱仪气相色谱仪结构简介：气路系统气路系统进样系统进样系统分离系统分离系统检测系统检测系统温控系统温控系统记录系统记录系统仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院一、气路系统 包括：气源、气体净化器、气体流速控制和测 量器仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院一、气路系统 气体
3、从载气瓶经减压阀、流量控制器和压力调气体从载气瓶经减压阀、流量控制器和压力调 节阀，然后通过色谱柱，由检测器排出，形成节阀，然后通过色谱柱，由检测器排出，形成 气路系统。整个系统应保持密封，不能有气体气路系统。整个系统应保持密封，不能有气体 泄漏。泄漏。仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院一、气路系统1.载气 常用载气是氦气、氢气、氮气2.净化载气保证基线的稳定性及提高仪器的灵敏度3.流速控制保证操作条件的稳定性，对流速控制要 求很高。仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院二、进样系统进样系统包括进 样器和气化室两 部分，其作用是 让液体试样在进 人色谱柱前瞬间 气化
4、，然后快速 定量地加到色谱 柱中。 针式 六通阀仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院三、分离系统-色谱柱色谱柱填充柱毛细管柱柱内径24 mm0.1-0.5 mm柱长度 110 m30100 m总塔板数103 106材质金属、玻璃玻璃、石英 形状U型和螺旋型螺旋形 样品容量 10-1000 0.1-50仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院四、检测系统和记录系统检测系统气相色谱检测系统通常由检测器组成，检测器 把组分及其浓度变化以不同方式转换成易于测 量的电信号。浓度型检测器：热导检测器TCD、电子捕获检测器ECD 质量型检测器：氢火焰离子化检测器FID、火焰光度检测器
5、FPD仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院四、检测系统和记录系统记录系统记录系统是一种能自动记录并处理由检测 器输出的电信号的装置，以对试样进行定 性、定量分析。记录系统包括放大器、记录仪和色谱数据 处理机等组成。 一般色谱图约于30分钟内记录完毕。仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院五、温度控制系统温度控制系统主要控制色谱柱、气化室、 检测室三处的温度 温度控制方式：恒温、程序升温对于沸点范围很宽的混合物，一般采用程 序升温法进行。仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院9-2 气相色谱的固定相固定相固定相固体固定相固体固定相液体固定相液体固定相聚合物固
6、定相聚合物固定相吸附剂吸附剂 高分子多孔微球高分子多孔微球 化学键合相化学键合相 固定液固定液 载体载体仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院吸附剂强极性的硅胶；弱极性的氧化铝；非极性的活性炭；特殊作用的分子筛，等。一、固体固定相仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院高分子多孔微球是一种人工合成的新型固定相。优点无有害的吸附活性中心，极性组分也能获 得正态峰；无流失现象，柱寿命长；具有强疏 水性能，特别适于分析混合物中的微量水分； 粒度均匀，机械强度高，具有耐腐蚀性能；热 稳定性好，最高使用温度为200300。 一、固体固定相仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职
7、业学院化学键 合相固定相化学键合相是新型气相色谱固定相，具有 分配与吸附两种作用；传质快、柱效高、分离效果好、不流失、 柱寿命长；价格较贵。 一、固体固定相仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院二、液体固定相 （一）固定液 1对固定液的要求 （1）热稳定性好 （2）化学稳定性好 （3）固定液的粘度和凝固点低 （4）各组分必须在固定液中有一定的溶解度 2固定液的分类按其化学结构类型分类 按其极性进行分类 仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院二、液体固定相（二）载体 载体的特点：具有多孔性；化学惰性 热稳定性好；具有一定的机械强度 硅藻土类载体 红色载体：适用于涂渍高含量
8、固定液，分 离非极性化合物。 白色载体：适用于涂渍低含量固定液，分 离极性化合物。 仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院三、聚合物固定相聚合物固定相以苯乙烯或乙基苯乙烯为单 体，二乙烯基苯为交链剂共聚而成。 既是优良的吸附剂，可直接作为固定相使 用；也可作为载体使用。 特点： 1能控制其孔径大小及表面性质； 2颗粒是均匀的圆球，色谱容易填充均匀， 机械强度高，可获较高管柱效率，重现性 好；仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院三、聚合物固定相特点： 3直接用作固定相时无液膜存在，也就无 流失问题，可获得稳定的基线，有利于大 幅度程序升温操作，用于宽沸点的样品的 分离；
9、 4与烃类的亲和力极小，是按分子量顺序 分离，适合样品中水含量的测定； 5耐腐蚀，能用来分离活泼性气体，如 HCl、HCN、Cl2、SO2、NH3等。 仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院9-3 气相色谱检测器检测器是将流出色谱柱的载气中被分离组 分的浓度或质量的变化转换为电信号变化 的装置。检测器检测器主要技术指标主要技术指标热导检测器热导检测器氢焰离子化检测器氢焰离子化检测器仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院一、检测器的主要技术指标一个优良的检测器应具以下几个性能指标 ：灵敏度高，检出限低，死体积小，响应 迅速，线性范围宽，稳定性好。通用性检测器要求适用范围广
10、；选择性检 测器要求选择性好。下表列出四种常用检测器的性能指标。仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院一、检测器的主要技术指标仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院一、检测器的主要技术指标1噪音和漂移噪音：在无样品通过检测器时，由仪器本 身及工作条件等偶然因素引起的基线起伏 波动称为噪音。噪音的大小用噪音带（峰- 峰值）的宽度来衡量。 漂移：基线随时间朝某一方向的缓慢变化 称为漂移。通常用一小时内基线水平的变 化来表示。仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院一、检测器的主要技术指标2灵敏度：又称响应值或应答值
11、。指单位物 质的含量(质量或浓度)通过检测器时所产 生的信号变化率。浓度型检测器用Sc表示 ，质量型检测器用Sm表示。3检测限：又称敏感度。指某组分的峰高为 噪音的两倍时，单位时间内载气引入检测 器中该组分的质量(或浓度)。 仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院二、热导检测器(TCD) 参比测量R1R2AB仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院二、热导检测器(TCD)浓度型检测器，具有结构简单、测定范围 广、稳定性好、线性范围宽、样品不被破 坏等优点，因此在气相色谱中得到广泛的 应用；缺点是灵敏度低，一般适宜作常量分析。仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学
12、院二、热导检测器(TCD)注意事项:氢气和氦气是最常用的载气。氢气价格便 宜，但使用时应注意安全；氦气价格较高 。氮气灵敏度低，有时出倒峰。不通载气时不能加桥电流，否则热敏元件 会烧断。应尽量采取低桥电流，以防止热 敏元件受损而引起基线噪音的增加。仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院二、热导检测器(TCD)注意事项:热导检测器，峰面积与载气流速成反比。 因此，用峰面积定量时，应保持载气流速 恒定。一般检测室温度应高于柱温2050，以防止样品组分在检测室中冷凝，引起基线不 稳。 仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院三、氢火焰离子化检测器(FID) 仪器分析高职高专“十
13、一五”规划教材江苏建康职业学院三、氢火焰离子化检测器(FID)注意事项:氢火焰离子化检测器需使用氮气作载气，氢 气作燃气，空气是助燃气。三者比例是氮气 氢空气为l(1-1.5)10，否则会影响火 焰温度及组分的电离过程。氢火焰离子化检测器在进样量一定时，峰高 与载气流速成正比。因此，当用峰高定量时 ，需保持载气流速恒定。仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院三、氢火焰离子化检测器(FID)注意事项:极化电压：氢火焰中生成的离子只有在电场 作用下才能向两极定向运动形成电流。因此 极化电压的大小直接影响响应值。一般选用 的极化电压为150300 V仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏
14、建康职业学院9-4 操作条件的选择 操作条件选择操作条件选择载气及其流速选择载气及其流速选择柱温选择柱温选择载气选择载气选择载气流速选择载气流速选择柱温与固定液配比、保留值柱温与固定液配比、保留值柱温与柱效、分析时间柱温与柱效、分析时间柱温与试样沸点柱温与试样沸点载体和固定液含量的选择载体和固定液含量的选择仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院（一）载气种类的选择载气种类的选择考虑三因素：载气对柱效的影 响、检测器要求及载气性质。 氢气：相对分子质量小，热导系数大，黏度小 等特点，故在使用热导检测器时，常采用它作 为载气。缺点：氢气易燃、易爆。 氮气：扩散系数小，可以得到较高的柱效
15、，常 用作除TCD外的其他几种检测器的载气 氦气：热导系数大，黏度小，使用安全，可用 于热导和氢火焰离子化检测器。仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院（二）载气流速的选择 当u小时，纵向扩散项(B/u) 是色谱峰扩张的主要因素，应 采用分子量较大的载气，如氮 气、氩气； 当u大时，传质阻力项(Cu)为 控制因素，宜采用分子量较小 的载气，如氢气或氦气。 此外，载气还要考虑不同检 测器的适应性。仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院二、柱温的选择T T和固定液配比、保留值间的关系：和固定液配比、保留值间的关系：t tR R不变，固定液少，则不变，固定液少，则T T ；
16、TT，有利，有利 于难分离物质对的分离于难分离物质对的分离柱温和柱效、分析时间的关系：柱温和柱效、分析时间的关系： TT，柱效，柱效TT，分析时间，分析时间 柱温和试样沸点间的关系：柱温和试样沸点间的关系： 依据固定液的最低最高温度极限，和依据固定液的最低最高温度极限，和 色谱仪的温度使用范围色谱仪的温度使用范围柱温选择柱温选择仪器分析高职高专“十一五”规划教材江苏建康职业学院三、载体和固定液含量的选择 固定液量：固定液量：5%5%用硅藻土，用硅藻土，5%5% 用硅烷化载体用硅烷化载体分析对象：分析对象：酸性样品用酸性载体酸性样品用酸性载体 ，碱性样品用碱性载体；高沸点，碱性样品用碱性载体；高沸点 组分用
