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1、1.3 气相色谱仪,进样系统,分离系统,检测系统,数据处理系统,气路系统,心脏,眼睛,一、气路系统,高压钢瓶,减压阀,净化器,压力表,稳流阀,稳压阀,载气,高压气瓶或气体发生器 纯度要高（99.99%），使用ECD及极性毛细管柱要达到99.999% 净化器 分子筛（5A或13X）- 吸附有机杂质 变色硅胶-除去水蒸汽 高效脱氧剂-ECD及极性毛细管柱用,压力-流量调节系统,现代高档气相色谱仪均采用高精度的电子压力控制（Electromic pneumatic control, EPC）或电子流量控制（EPC）技术，使得系统的稳定性和重现性达到新的高度。,电子压力控制（EPC）：采用电子压力传感
2、器和电子流量控制器，通过计算机来实现压力和流量的自动控制。,恒流模式,恒压模式,压力编程模式,省气,二、进样系统,1. 固定隔垫的螺母； 2. 隔垫； 3. 隔垫吹扫装置； 4. 隔垫吹扫气出口； 5. 汽化室； 6. 加热块； 7. 玻璃衬管；8. 石英玻璃毛；9. 载气入口； 10. 柱连接件固定螺母；11. 色谱柱固定螺母； 12. 色谱柱；13. 3的放大图,填充柱进样口,毛细管柱进样口,进样技术,大口径毛细管柱直接进样(direct injection) 分流进样（split injection） 不分流进样(splitless injection) 冷柱上进样(cold on-co
3、lumn injection) 程序升温汽化进样(programmed temperature vaporizer, PTV) 阀进样,1. 大口径毛细管柱直接进样(direct injection) 大口径（0.53mm 内径）毛细管柱接在填充柱进样口，所有汽化的样品全部进入色谱柱。,进样口温度：一般应高于待测组分沸点1025() 载气流速：不高于15mL/min 进样量：一般不应超过1L,操作温度：应接近或等于样品中最重组分的沸点 载气压力和流量：氮气2040cm/s 氢气4060cm/s 死体积：足够小以保证样品进入色谱柱的初始谱带尽可能窄，从而减小柱外效应。但太小时，又会因样品汽化后体
4、积膨胀而引起压力的剧烈波动，严重时会造成样品的“倒灌”，反而增加了柱外效应。,2. 分流进样（split injection）,惰性：石英玻璃衬管；石英玻璃棉。 隔垫吹扫：消除进样口密封垫中的挥发物对分析的干扰。“鬼峰” 分流比：10 200:1 进样量：一般不超过2 L，最好控制在0.5 L以下。 进样速度：越快越好,分流进样的作用,起始谱带窄,控制样品进样量,二甲基二氯硅烷（DMCS）,分流比（split ratio）,或,皂膜流量计,分流比的测定,分流歧视(discrimination),在一定分流比条件下，不同样品组分的实际分流比是不同的，这就会造成进入色谱柱的样品组分不同于原来的样品
5、组成，从而影响定量分析的准确度。,主要原因：不均匀汽化，即由于样品中个组分的极性不同，沸点各异，因而汽化速度各不相同。 另一原因：不同样品组分在载气中的扩散速度不同，而扩散速度与温度成正比。,解决措施,较高的汽化温度 合适的衬管 较小的分流比（在样品浓度和柱容量允许的条件下） 初始温度尽可能高一些 柱入口端超过分流点且处于汽化室衬管的中央（同轴） 如操作是重现的，可以通过标准样品的校准来消除歧视效应对定量精度的影响。,3. 不分流进样(splitless injection),问题：样品初始谱带较宽（样品汽化后的体积相对于柱内载气流量太大），汽化的样品中溶剂是大量的，不可能瞬间进入色谱柱，结果
6、溶剂峰就会严重拖尾，使早流出组分的峰被掩盖在溶剂拖尾峰中，从而使分析变得困难，甚至不可能。,瞬间不分流技术 进样开始时关闭分流电磁阀，使系统处于不分流状态，待大部分汽化的样品进入色谱柱后，开启分流阀，使系统处于分流状态。,瞬间不分流时间：根据样品的具体情况（如溶剂沸点、待测组分沸点和浓度等）或操作条件来确定一个优化的时间点。一般在30s 80s之间。文献报道多采用0.75min，通常能保证95%以上的样品进入色谱柱。 衬管的尺寸：容积小一些有利，一般0.25 1mL，且最好使用直通式衬管。,溶剂聚焦效应,当样品被引入温度比溶剂沸点低2040的柱入口时，样品中的溶剂开始凝聚在柱子起始段，形成厚度
7、沿载气流动方向递增的液膜层，对溶质起了一个临时固定液的作用。根据分配系数 K= k 的关系，在一定温度下K为常数，沿着流动的方向相比 递减，分配比 k 递增，结果造成走在前沿的分子移动慢，后面的分子移动快，致使组分谱带被压缩锐化。,溶剂聚焦的控制,柱温：应根据样品、溶剂沸点和固定液性质而定。 溶剂种类：对固定液溶解小（甲醇、丙酮不宜选用）；沸点至少要比样品中最低沸点组分低20。 进样量：一般0.5 2 L 进样口温度：,常见溶剂的沸点和 实现溶剂聚焦宜采用的色谱柱初始温度,4. 冷柱上进样(cold on-column injection) 将样品直接注入处于室温或更低温度的色谱柱内，然后再逐
8、步升高温度使样品组分依次汽化通过色谱柱进行分离。,优点： 消除了进样口对样品的歧视效应。 避免了样品的分解，可分析热不稳定化合物。 容易实现早流出峰的溶剂聚焦。 分析准确度、精密度均比分流/不分流高。 缺点：柱超载；操作复杂；柱污染；在溶剂峰前面流出组分很难实现聚焦，测定较为困难。,5. 程序升温汽化进样(programmed temperature vaporizer, PTV) 将液体或气体样品注射入处于低温的进样口衬管内，然后按设定程序升高进样口温度。,消除了注射器针头的样品歧视。 不需要特殊注射器。 可以实现大体积进样。 抑制了分流歧视。 可除去溶剂和低沸点组分，实现样品浓缩。 不挥发
9、物可滞留在衬管中，保护了色谱柱。 可低温捕集气体样品，便于同阀进样或顶空进样技术结合。 有多种操作模式（分流、不分流和溶剂消除）。,三、分离系统,色谱柱和柱箱,一般填充柱,毛细管柱,内径/mm,24,柱长/ m,23,0.20.53,25120,色谱柱,不锈钢,石英,管材,开管型,填充型,壁涂开管柱 （WCOT）,载体涂渍开管柱 （SCOT）,多孔层开管柱 （PLOT）,1. 固定相,液体固定相,完全分离,柱效,柱选择性,？,固定相,固体固定相,液体固定相,stationary liquid,support,液态（操作温度下）,蒸气压 ,（流失 ）,溶解能力,（K）,选择性 ,稳定性（热、化学
10、）,黏度,凝固点,（Cn）,最高使用温度,最低使用温度,浸润性,高沸点的有机化合物,填充柱 1.10 毛细管柱 1.05,固定液的分类,固定液,二甲基聚硅氧烷,低苯基聚硅氧烷,酯类,氰丙基聚硅氧烷,待测组分分子,OV-17,DNP,聚酯类,DEGS,PEG-20M,FFAP,聚乙二醇类,聚乙二醇衍生物,氢键型,强极性,中等极性,非极性,SE-30,OV-1,OV-101,SE-54,SE-52,中苯基聚硅氧烷,OV-1301,OV-1701,氢键力,静电力诱导力,诱导力 色散力,色散力,毛细管色谱柱常用固定液,（一）聚硅氧烷类(poly siloxanes) 热稳定性高、成膜性好、可用 范围宽
11、、能在侧链上引入不同 功能基团以适应各种需要。 应用几率占现有固定液的一半以上 1)聚二甲基硅氧烷油，如OV-101 2)聚二甲基硅氧烷胶，如OV-1、SE-30 3)聚苯基甲基硅氧烷，如SE-52、SE-54、OV-17 4) 聚氰丙基苯基硅氧烷，如OV-1301、OV-1701 OV-225 5) 聚三氟丙基甲基硅氧烷，如OV-210,COLUMN PHASE COMPOSITION :,high polarity polyethyleneglycol,100% cyanopropyl siloxane,（二）聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG又名 carbowax
12、)及其产品类,PEG-20M：平均分子量约为20000 药物分析应用最多的 FFAP： PEG-20M和2-硝基对苯二酸的 反应产物,HO(CH2CH2O)nH 或HOCH2CH2OCH2nCH2OH,七种常用固定液的性能,定向力由极性分子永久偶极矩使分子间产生静电作用引起,固定液与组分的作用力,色散力由于分子电中心瞬间位移产生瞬间偶极矩，能使周围分子极化，被极化的分子又反过来加剧瞬间偶极矩变化幅度而产生,诱导力极性分子的永久偶极使非极性分子极化而产生诱导偶极，两分子间相互吸引而产生,氢键力H原子与电负性强的原子形成氢键,前三种统属范德华力，后者属特殊范德华力。,氢键强弱顺序为： F-HFO-
13、HOO-HNN-HNNCHN,固定液的特性,极性,选择性,相对极性P,角鲨烷的P2为0 , -氧二丙腈的P1为100,0, +1(非极性)； +1, +2(弱极性)； +3(中等极性)； +4, +5(强极性),固定液特性常数I,Rohrschneider,缺点,未能反映出固定液与组分间的全部作用力,麦克雷诺,McRevnolds,I = Ip Is,保留指数 Kovats,或,吡啶质子接受体， 易极化形成H键,苯电子给予体,乙醇质子给予体,甲乙酮定向偶极力,硝基甲烷电子接受体,典型化合物,作用力,Rohrschneider常数,McRevnolds常数,苯,正丁醇,2戊酮,1硝基丙烷,吡啶,
14、典型化合物,保留指数 Kovats,人为规定正构烷烃的保留指数为其碳数乘100,其他物质的保留指数，则可采用两个相邻正构烷烃保留指数进行标定。,测定时，将碳数为n和n+1的正构烷烃加于样品x中进行分析,在气相色谱中，样品各组分能否在色谱柱分离，主要是基于它们在固定液中溶解度和蒸气压的不同。 在色谱柱内，样品组分溶解在固定液中，构成以固定液为溶剂和以样品组分为溶质的溶液。由于样品量很小，此溶液可看成是稀溶液（即溶质分子间没有作用力）。 气液色谱热力学主要是根据溶液理论来考察组分在气相中的行为、组分与固定液形成的性质及溶质和溶剂的相互作用。,固定液的选择性,溶液理论Henry law,式中pi是溶
15、质（组分）在气相的分压，p是气相中的 总压， 是气相中溶质的摩尔分数。,式中pi是溶质（组分）在气相的分压，是活度系数，它与溶质的性质及存在的环境有关，是溶质和溶剂分子间作用力的量度，在气液色谱中是组分与固定液分子间作用力的量度。xi,l 是溶质在溶液中摩尔分数，p0为该温度下纯态组分的饱和蒸气压。,理想气体分压定律,溶质在液相和气相中的摩尔分数比,分配系数,式中 ng 和 nl 分别为单位体积气相、液相的物质的量（mol）。,理想气体公式,即,上式说明色谱过程中，溶质的分配系数与温度有关，同时决定于组分与固定液相互作用力、组分蒸气压以及固定液的量。,对于两个不同组分，它们的相对保留值为,这就
16、是所谓的赫林顿(Herington)分离公式。 两组分的分离既可以由它们的相对挥发度（柱温T）决定，也受到活度系数 （固定相的类型）影响。 这是GC与蒸馏分离的本质区别，是GC的分离效率远大于蒸馏的原因。 例如，对于沸点相同的组分，只要选择合适的固定液就可能将它们分开。,固定液的选择,使难分离物质对达到完全分离,相似性原则,极性,化学官能团,非极性非极性,沸点,中等极性中等极性,强极性极性,组分,固定液,流出顺序,沸点，极性,极性,主要差别,混合固定液,混涂,混装,串联,未知的复杂样品？,试验,例如苯与环己烷的分离：苯的沸点80.1， 环己烷的沸点80.7。 两组分都是非极性分子，无永久偶极。若用非极性固定液很难分开，但苯比环己烷易极化。若用强极性的, -氧二丙腈固定液，使苯产生
