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1、气相色谱仪的硬件与软件操作实验目的1.安全教育；2.气相色谱仪的硬件操作与软件操作；3.了解气相色谱仪的基本结构与掌握仪器分离分析的基本原理。实验原理 气相色谱仪是实现气相色谱过程的仪器，仪器型号繁多，但总的说来，其基本结构是相似的，主要由载气系统、进样系统、分离系统(色谱柱)、检测系统以与数据处理系统构成。气相色谱仪利用试样中各组分在色谱柱中的气相和固定相的分配系数不同，当气化后的试样被载气带入色谱柱进行时，组分就在其中的两相中进行反复多次的分配，由于固定相各个组分的吸附和溶解能力不同，因此各组分在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，是彼此分离，顺序离开色谱柱进入检测器。检测器将各组
2、分的浓度或质量的变化转换成一定的电信号，经过放大后在记录仪上记录下来，即可得到各组分的色谱峰。根据保留时间，便可进行定性分析。主要试剂与物理性质 名称分子量熔点/沸点/ 外观甲醇（AR）32.04186-97 64.7 无色液体实验仪器仪器：GC-2010气相色谱仪；SPB-3全自动空气泵；SPN-300氮气发生器；SPH-300氢气发生器；微量进样器（1L）；容量瓶；毛细管色谱柱（SPB-5 30.0m0.32mm0.25um）；实验步骤1. 开机：依次打开全自动空气泵，氮气发生器（注意排气，逆时针旋转松开氮气发生器右侧螺丝，约30分钟后，待载气稳定即压力表指针稳定指向0.4 M pa后顺时
3、针旋转拧紧氮气发生器右侧螺丝），氢气发生器。然后打开GC GC-2010气相色谱仪开关“POWER”由“0”至“-”，最后打开电脑上的工作站。2. 点击工作站桌面GC Real Time Analysis，长声蜂鸣表示联机成功。3. 在GC Real Time Analysis软件上设置相应的色谱分析条件的设置：选择“仪器参数”并设置进样器温度（SPL）150 、检测器温度（FID）200 、柱温为70（保留时间5 min）、停止时间5 min、分流比为50 (分流比过大，超出压力围。则机器显示错误CAR1 primary pressure out of range。因此只能调为50)、尾吹流
4、量30 mL /min、氢气流量30mL/min，空气流量300 mL /min。4. 设置完毕后，先点击“开启系统”，接着点击“下载参数”。待进样器SPL1、柱箱、FID的温度达到设定温度，依次打开氢气、打开火焰。等GC状态显示“准备就绪”后，点击“单次分析”，接着点击“样品记录”，依次输入“样品名称”和“数据文件”（注意输入名称的上下对应）。单击“文件夹”按钮图标，在“查找围”中选中D盘文件夹“2014曾志老师近代有机实验”修改并保存文件名。点“开始”并注射样品液（0.1L）。5.数据软件处理5.1单次数据分析5.1.1 在桌面双击“GC Post Run Analysis”，点击确定按钮
5、后，在“文件夹目录中”选中该样品记录双击鼠标，打开保存的路径，找到甲醇的色谱峰。使用放大缩小按钮，调试图谱中的色谱峰全部完整显示在方框。5.1.2 在谱图上单击鼠标右键的“显示设置”，在“显示设置”中选择“展开色谱”根据实际需要填写的“时间”和“强度”后点击。确定用鼠标点击“编辑”可根据需要选择改变“积分”中的“最小峰面积/高”、“斜率”等参数设置（通常改变一项参数，就能达到去除杂质峰的效果）。通常改变“最小峰面积”值比较快捷方便。然后又点击“定量”在“定量方法”中选择“面积归一法”，然后点击查看。复制谱图到Word文档，在谱图中点击鼠标右键选择“复制”；复制数据，单击鼠标左键全选，然后鼠标右
6、键“复制表格到剪贴板”。在Word文档中选中“插入”“表格”“插入表格”。将处理后的谱图复制到Word文档，打印出来，观察记录的各峰保留时间，确定各个峰的归属，从而达到定性的目的。保存Word文档。5.2. 多组数据进行比较5.2.1同样方式，在桌面双击“GC Post Run Analysis”，点击确定按钮后。先找到所需要对比的多组数据保存路径，选定打开。5.2.2可以选中想要平移的谱线根据需要选择右上方的五组箭头按钮以与数字按钮，进行上下平移，可以使两组数据对比更显著。复制谱图到Word文档，在谱图中点击鼠标右键选择“复制”复制数据，单击鼠标左键全选，然后鼠标右键“复制表格到剪板”。 在
7、Word文档中全选表格容，单击“插入”“表格”“插入表格”。将处理后的谱图复制到Word文档，打印出来，观察记录的各峰保留时间，确定各个峰的归属，从而达到定性的目的。保存Word文档。6.关机 分析结束后，选择“仪器参数” 进样器温度80；检测器温度80 、柱温为40，点击“下载参数”, 待检测器、进样口、柱箱温度均降至至少80以下时，方可点击，关闭工作站、GC电源和载气气源。实验结果第一次进样：峰号组分名保留时间面积峰高浓度单位拖尾因子分离度1甲醇12.41910036292.65098617.90.000001.380-第二次进样：峰号组分名保留时间面积峰高浓度单位拖尾因子分离度1甲醇22
8、.4167918176.33459391.30.000001.233-第三次进样：峰号组分名保留时间面积峰高浓度单位拖尾因子分离度1甲醇32.4139379718.03418156.30.000001.538-三次进样的数据对比：组分名保留时间面积峰高浓度拖尾因子甲醇12.41910036292.65098617.90.000001.380甲醇22.4167918176.33459391.30.000001.233甲醇32.4139379718.03418156.30.000001.538平均2.4169111395.63992055.20.000001.384实验讨论1.三个色谱峰的拖尾因子
9、较大，拖尾峰是指前沿陡峭、后沿较前沿平缓的不对称峰。拖尾因子是通过计算5%峰高处峰宽与峰顶点至前沿的距离比来评价峰形的参数，常用T来表示：式中W0.05h为5%峰高处的峰宽，d1为峰顶点至峰前沿之间的距离中国药典规定峰高法定量时T应该在0.95-1.05之间，低于0.95为前延峰，高于1.05为拖尾峰。拖尾因子的大小可以反映色谱分离效果和测量精度，拖尾因子越大，色谱分离效果越差。本实验三次测定的拖尾因子均大于1.05，分离效果不佳。查阅文献知，能引起色谱峰拖尾的原因较复杂，具体原因有：（1）进样量过大；（2）进样器污染或汽化室中的衬管堵塞；（3）衬管未脱活，造成待测物被吸附后逐步释放；（4）载
10、气流速过高；（5）载气系统漏气；（6）色谱柱安装不正确；（7）色谱柱严重流失或污染；（实验使用的气相色谱仪已使用多年，受污染、柱流失较严重，故峰拖尾情况严重）（8）柱温太低或高于溶剂沸点温度；（9）汽化室死体积太大；（10）进样口汽化室温度太低；（11）放大器不佳，电容充放电不好。2.在该色谱分析条件下，在一定的误差围，测得甲醇的保留时间约为2.416。同一物质（甲醇）在一样条件下三次进样的保留时间、面积、峰高都不一样。查阅文献知，影响气相色谱平行分析时，保留时间不平行的因素很多，具体分析与进样、载气、温控与柱系统有关，同时也与仪器较旧有关，具体原因有：（1）进样技术（快、准、齐）不佳；（三次
11、进样分别是不同的学生操作，操作技术不熟练进样情况也不同）（2）漏气，特别是微漏；（3）载气流速控制不好，不恒定；（4）柱温控制不好，或未达到平衡；（5）柱温过高超过了色谱固定液的温度上限或太靠近温度下限；（6）色谱柱（主要是固定相）被破坏；（7）进样量太大等。思考题1.保留时间与调整保留时间，哪个用来作定性分析的指标较好？与相对保留值相比呢？答：（1）调整保留时间。调整保留时间tR 表示组分在柱中固定相的滞留时间；保留时间tR 表示样品组分从进样开始至每个组分的流出曲线达极大值（峰顶）所需的时间；死时间tM表示不被固定相滞留的组分从进样到出现峰最大值所需的时间，与被测组分的性质无关。三者的关系
12、是：tR =tRtM ，tR 反映了被测组分和固定相的热力学性质，所以用tR 作为被测组分的定性指标具有更本质的含义，更好一些。（2）相对保留值。在一样色谱操作条件下，将某一物质的调整保留时间/体积与一标准物（如正壬烷）的调整保留时间/体积相比，即为相对保留值。当载气的流速和温度发生微小变化时，被测组分与参比组分的保留值同时发生变化，而它们的比值相对保留值则不变，因此，相对保留值能抵消色谱操作条件的变化对保留值的影响，仅与固定相的性质和柱温相关，与柱长、固定相的填充情况和载气的流速无关。因此在柱温和固定相一定时，相对保留值为定值，是定性分析的较可靠因素，具有通用性。2.在气相色谱分析工作中，色
13、谱柱是一个很昂贵的耗材，那么影响色谱柱使用寿命的主要因素有哪些？答：（1）色谱柱破损 石英毛细管柱的聚酰亚胺层，如有少许破损就很难再保护脆弱的石英毛细管。当柱箱连续地加热和冷却、柱箱风扇的振动和柱架等都会对毛细管造成应力，最终在色谱柱有弱点处破裂。大径柱更容易破裂。如果已经断裂的色谱柱仍在高温下连续运行或是做多阶温度程序运行，很可能损坏色谱柱，因破裂的后半段暴露在高温的氧气中，这样会很快地破坏固定相；而断裂的前半段，由于有载气流过，氧的影响会小些。（2）热损伤 超过色谱柱温度上限，会造成色谱柱固定相和管表面加速损坏，色谱柱的过量流失会使活性组分拖尾，降低柱效。一般热损坏是一个很慢的过程，但有氧
14、存在时，会大大加速热损坏。（3）氧损伤 氧是毛细管柱的大敌，在接近室温下，不会对色谱柱有太大损害，柱温升高时会严重损坏色谱柱。对极性固定相，即使温度和氧浓度很低时，也会发生严重损坏。（4）化学损伤 有少数化合物会使固定相遭到破坏，主要是无机与矿物碱和酸，这些矿物碱和酸不会挥发，通常积累在色谱柱的前端，如果使其停留在那里就会破坏固定相，使色谱柱过早地大量流失，使活性化合物拖尾，柱效降低。化学损伤多发生在色谱柱的前端，所以可把色谱柱的前端切掉0.51m，比较严重的情况下可以截去5m或更长。如果使用保护柱就会减小色谱柱被损害的长度，但需要经常处理或更换保护柱。酸或碱还常常会破坏石英管的去活表面，因而
15、会引起活性化合物的峰形变坏。（5）污染 通常有两种基本类型的污染物，不挥发性污染物和半挥发性污染物。不挥发性污染残留物不能洗脱出来，而是累积在色谱柱里，影响溶质的分配，残留物还会和活性化合物相互作用，造成峰的拖尾，减小峰面积。半挥发性污染物最后会洗脱出去，但需要几个小时或几天时间。污染物的来源有许多，进样是最主要的来源。生物液体和组织、土壤、废水、地下水和类似的含有大量半挥发的和不挥发物质的基体，甚至使用净化方法，样品也会含有少许这些物质并带到注射样品中，几次到几百次进样就会造成残留物的积累故障。柱上进样、不分流和大口径柱直接进样等进样方法常常造成上述色谱柱的严重污染。污染物还会来源于气体管路、净化器、密封垫、隔垫的碎屑或其他与样品可能接触的物质，如样品瓶、溶剂、注射器、移液管等，这
