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1、气相色谱 Gas Chromatography (GC),简介 特点 基本理论 仪器流程及主要部件 应用 发展趋势,Chromatography,Is a technique used to separate and identify the components of a mixture. Works by allowing the molecules present in the mixture to distribute themselves between a stationary and a mobile medium. Molecules that spend most of th
2、eir time in the mobile phase are carried along faster.,Introduction,Gas Chromatography,Here the mobile phase is an unreactive gas (eg Nitrogen) flowing through a tube. And the stationary phase is an involatile liquid held on particles of a solid support.,Introduction,Gas Chromatography (GC) is now a
3、 mature analytical tool particularly useful in the analysis of volatile and thermally stable analytes.,Characteristic,气相色谱可用来分析能瞬间气化且不分解的、沸点350的稳定的物质。 被广泛应用于环境样品中污染物的分析、药品质量检测、天然产物成分分析、食品中农药残留量测定、工业产品质量控制等领域，也可用于科研及常规分析。 在药物分析中，GC主要用于原料药及制剂的鉴别与含量测定，残留有机溶剂的检查。,Characteristic,In the animation below th
4、e red molecules are more soluble in the liquid (or less volatile) than are the green molecules.,Basic principle,Basic principle,色谱术语和流出曲线,基线漂移 基线噪声 保留值 （相对保留值） 保留时间 tR （调整保留时间 tR ） 保留体积 VR（调整保留体积 VR ） 死时间 tM 死体积 VM,Rention time (RT),Relative rention time (RRT),色谱柱的分离效能指标,柱效能 有效塔板数（neff） 有效板高（Heff ）,
5、分配系数(capacity factor, k) 是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量比。,分离度 相邻两组色谱峰保留值之差 与两个色谱峰峰底宽度总和 之半的比值。,选择性 固定相对于两个相邻组分 的相对保留值。,a =,tR2,tR1,（1）高柱效，高分离度 （2）高柱效，低分离度 （3）低柱效，低分离度 （4）低柱效，高分离度,气相色谱中影响柱效率的因素,色谱分析的基本原理,组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远，两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力学性质有关。 但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠
6、，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。 因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。,色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离。,速率理论,式中： m为流动相的线速度； A，B，C为常数， A为涡流扩散项系数、 B为分子扩散项系数、 C为传质阻力项系数。,Van Deemter方程的数学简化式,1956年荷兰学者van Deemter提出 吸收了塔板理论中板高的概念 考虑了组分在两相间的扩散和传质过程 在动力学基础上较好地解释了影响板高的各种因素 该理论模型对气相、液相色谱都适用,涡流扩散项A,A与填充物的平均直径dp的大小和填充不
7、规则因子有关，与流动相的性质、线速变和组分性质无关。,A2dp,分子扩散项B/u （纵向扩散项）,B2Dg,柱内谱带构型,相应的响应信号,传质阻力项Cu,气液色谱,CCm(流动相传质阻力系数)Cs(固定相传质系数),弯曲因子是填充柱内流动相扩散路径弯曲的因素，它反映了固定相颗粒的几何形状对自由分子扩散的阻碍情况。Dg为组分在流动相中扩散系数（cm2s-1）。,CCg (气相传质阻力系数)Cl(液相传质阻力系数),液液分配色谱,两个组分完全分离的条件,两组分的分配系数必须有差异 区域扩宽的速率应小于区域分离的速度 在保证快速分离的前提下，提供足够长的色谱柱。,GC system 原理,当多组分的
8、混合样品进入色谱柱后，由于吸附剂对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不同。 吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来，因此最后离开色谱柱。 如此，各组分得以在色谱柱中彼此分离，顺序进入检测器中被检测、记录下来。,气相色谱的流动相为惰性气体，气固色谱法中以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定相。,分配系数的差异是所有色谱分离的实质性的原因,沸点：两者相差0.6 苯 80.1 环己烷 80.7 ,GC system,五大系统： 气路系统 进样系统 分离系统 温控系统 检测记录系统,GC system,组成,GC
9、 system Oven,GC system Carrier Gas,气体纯度选择应掌握以下原则: 1. 微量分析比常量分析要求高， 2. 毛细管柱分析比填充柱分析要求高 3. 程序升温分析比恒温分析要求高 4. 浓度型检测器质量型检测器要求高； 5. 从仪器寿命和保持仪器的高灵敏度讲，中高档仪器比低档仪器要求高。,气路系统，是一个载气连续运行、管路密闭的系统。 常用的载气有：氢气、氮气、氦气、氩气和空气。 气体除空气可由空压机供给外，一般都由高压钢瓶供给。通常都要经过净化、稳压和控制、测量流量。,手动进样,自动进样,(Manual injection),GC system - Injecti
10、on,(Automatic injection),GC system Columns,当面对一个未知物时，先试用现有GC柱； 如果该柱分离不理想，根据你对样品的了解，基本原则是分析物与固定相有相似化学性质时才会相互作用。这说明对样品越了解，越容易找到合适的固定相。,选择GC柱：,非极性分子通常仅由C和H组成并且无偶极矩，直联（正烷）是常见的非极性化合物的例子。比如大多数石油馏分中的烃，你可以试用SE-30毛细管色谱柱，它按沸点顺序分离。,极性或可极化组分样品能够在中极性和/或可极化固定相色谱柱上进行分析，如有苯基或类似基团固定相，比如OV-17或OV-225柱；有芳族化合物，试着用有苯基的SE
11、-54或OV-35柱。分离物质通常有：炔（主要由C和H组成同时包含不饱和键）和芳香族化合物。,高极性分子主要由C和H组成同时也有其他原子，如：N、O、P、S或卤素。样品包括有醇类、胺类、硫醇类、酮类、 有机卤化物等。可以选用聚乙二醇（PEG）固定相（聚乙二醇-20M ），即通常所说的WAX固定相。,Since these high efficiency columns also lead to higher resolutions, this technique is often referred as High Resolution Gas Chromatography (HRGC).,GC
12、 system Columns,The development of open tubular columns, also called capillary columns, in which a stationary phase is coated on the inside wall of a fused silica tube, allowed this technique to achieve very high efficiencies.,The major advantage of these columns for most separations is the fact tha
13、t they are not packed, thus avoiding the many problems related to the use of solid packing materials. Thus, open tubular columns have very low pressure drops (difference between the pressure at the column head and at the column end), allowing us to prepare long columns with small internal diameters.
14、,This allows the production of columns having a large number of plates (close to 1 million plates for a column 100 m long with a 100 um id).,Packing column,Capillary column,GC system - Detector,热导池检测器,Flame Ionization Detector (FID),氢火焰离子化检测器,Thermal Conductivity Detector (TCD),氢火焰离子化检测器（FID） 热导池检测器
15、（TCD) 氮磷检测器 （NPD） 火焰光度检测器（FPD） 电子捕获检测器（ECD) ,The Gas Chromatography /Mass Spectrometry (GC/MS) instrument separates chemical mixtures by GC and identifies the components at a molecular level by MS. It is one of the most accurate tools for analyzing environmental samples. Mass spectrometry identifies
16、 compounds by the mass of the analyte molecule. A “library” of known mass spectra, covering several thousand compounds, is stored on a computer.,http:/www.chemistry.nmsu.edu/Instrumentation/GC_MS.html,on the left an open mass spectrometer and on the right an open gas chromatograph,GS-MS,GC system - 操作规程,1. 打开稳压电源； 2. 打开氮气阀，打开净化器上的载气开关阀，然后检查是否漏气，保证气密性
