2023年气相色谱培训教材.doc

气相色谱培训教材 气相色谱仪培训教材 第一章 气相色谱简介 1 气相色谱仪的组成 2 气相色谱仪的原理 3 根本术语 4 常用概念 5 气相色谱应用的领域 气相色谱仪的组成 1. 气体 载气：用于传送样品通过整个系统的气体。 检测器气体：某些检测器所需要的支持气体。 2. 进样系统 将样品蒸汽引入载气 3. 色谱柱 实现样品组分的别离 4. 检测器 对流出柱的样品组分进行识别和响应 5. 数据系统 将检测器的信号转换为色谱图，并进行定性、 6. 气相色谱的原理 在色谱法中存在. 两相，一相是固定不动的，我们把它叫做固定相；另一相那么不断流过固定相，我们把它叫做流动相。 7. 气相色谱的原理 色谱法的别离原理：. 就是利用待别离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行别离的。使用外力使含有样品的流动相(气体、液体)通过与流动相互不相溶的固定相外表。当流动相中携带的混合物流经固定相时，混合物中的各组分与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复屡次的分配平衡，使得各组分被固定相保存的时间不同，从而按一定次序由固定相中先后流出。按顺序离开色谱柱进入检测器，产生离子流信号经放大后，在工作站中描绘出各组分的色谱峰。 8. 根本术语 保存时间〔Retention time〕：. 组分从进样到出现最大值所需要的时间； 峰面积〔Peak Area〕：从峰的最大值到峰底的距离； 峰高〔Peak Heigh〕：峰与峰底之间包围的面积； 9. 根本术语 别离度〔resolution〕：又称分辨率，两个相邻峰的别离程度，两个组分保存时间之差与其平均半峰宽值比值。 R＝2(tR2－tR1)/(W1＋W2) 固定相、柱温及载气的选择是气相色谱别离条件选择的三个主要方面，用于提高相邻两组分的别离度，在作定量分析时，为了能获得较好的精密度与准确度，应使R≥1.5。 10. 常用概念 噪声：由于各种原. 因引起的基线波动，称为基线噪声。无论在无组分流出还是有组分流出时，这种波动均存在。它是一种背景信号。噪声分短期和长期噪声二类。 漂移：基线随时间单方向的缓慢变化，称基线漂移。 响应值：组分通过检测器产生的信号。该值取决于组分的性质和浓度。气相色谱分析是用各组分的响应值〔峰面积或峰高〕来定量的。为此，必须掌握各组分在不同检测器上的响应特征。 相对响应因子：又称相对响应值〔s〕就是说明组分响应特征的指标。它是指某一组分与相同量参比物质，两者响应值之比。 灵敏度：指通过检测器物质的量变化时，该物质响应值的变化率。 . 检测限：将产生两倍噪声信号时，单位体积的载气或单位时间内进入检测器的组分量 称为检测限。 线性：不同类型检测器的响应值与进入检测器组分浓度、质量或质量流量之间的关系。 线性范围：进入检测器的组分量与其响应值保持线性关系，或是灵敏度保持恒定所覆 盖的区间。 11. 气相色谱应用的领域 GC是一种极为广泛. 和重要的分析方法，范围从石油化工、环境保护，到食品分析、医疗卫生等 第二章 气相色谱仪的主要组成局部 1 气路局部 2 进样口 3 色谱柱 4 检测器 1. 气路 气体：载气〔用于. 传送样品通过整个系统的气体〕和检测器气体〔局部检测器所需要的支持气体〕。 载气纯度要求99.999%以上 气体的选择 根据检测器类型而选择. 〔不同检测器使用载气不同效果不同，FPD 和ECD可以选择氮气、氦气及氩气做载气，但是氮气效果更好〕 惰性〔所使用的气体不能和样品发生反响〕 纯洁〔气体的纯度可防止背景因素的影响〕 枯燥 捕集阱 脱水管：用来脱去气体中微量的水分。 烃类捕集阱：用于捕集气源中少量烃类。起源中的烃类会提高检测器本底输出，增大噪声。 脱氧管：用来脱去气体中微量的氧气。微量的氧气会破坏色谱柱，特别是毛细管柱，同时，氧气也会降低电子捕获检测器的性能。 捕集阱的安装 安装捕集阱尽量靠近仪器位置。 安装之前先将管路吹扫干净防止没必要的消耗。 安装顺序先脱水再脱烃后脱氧〔脱烃和脱氧管可以捕集水份，本钱比脱水管高，且难再生〕， 定期更换 减压阀压力：推荐0.4MPa 1kPa=0.145psi=0.01bar 管路的选择 使用铜管和不锈钢管连接管路。 管路使用前应用溶剂冲洗并使用载气枯燥。 定期对外加接头检漏。 塑料管不能用于管路连接〔会渗透氧气及其他污染物，同时会对检测组分有干扰〕 2. 进样口 进样口类型 进样口：使样品以一种可重复的方式注入的装置 填充进样口 分流/不分流进样口 程序升温气化进样口 挥发进样口 冷柱头进样 2.1 分流/不分流进样口——分流模式 分流模式用于含量较高组分分析 载气进入进样口后经总流量阀控制分两局部，一局部通过隔垫外表吹扫流出，另一局部经进样口进入衬管，在衬管中与样品气体混合后小局部进入色谱柱，大局部经分流出口放空，分流是通过分流平板的凹槽流出的。分流比为分流流量与柱流量的比值。 优点 防止柱污染 适用范围广 灵活性大 分流比可调 分流歧视 在分流比一定条件下，不同样品组分实际的分流比是不同的，这样就会造成进入色谱柱的样品组成不同于原来的样品组成，从而影响定量分析的准确度。 造成分流歧视的原因有： . 不均匀汽化 . 不同样品组分在载气中的扩散速度不同 . 分流比的大小 . 注意色谱柱的初始温度，防止样品发生局部冷凝 . 还要保证色谱柱安装时柱入口端超过分流点。 分流进样口参数设置 . 温度：接近或等于组分中最重组分的沸点，保证组分快速汽化 . 载气流速：氮气20-40cm/s . 分流比：20:1-200:1 分流比小分流歧视效应小，溶剂峰变宽，分流比大溶剂峰窄分流歧视效应大 衬管的选择 分流进样口可采用多种衬管，用于分流进样的衬管大都不是直通的，常见的管内都填充玻璃毛。 填充玻璃毛主要为了: . 增大与样品接触的比外表积，保证样品完全汽化。 . 减小分流歧视。 . 防止固体颗粒和不挥发组分进入色谱柱。 2.2 分流/不分流进样口——不分流模式 不分流模式用于痕量组分分析 不分流进样和分流进样采用同一个进样口，将分流气路的电磁阀关闭，使样品全部进入色谱柱。不分流进样不仅可以提高分析灵敏度，而且可以消除分流歧视。然而，在实际工作中，不分流进样应用远没有分流进样普遍，只有在分流进样不能满足分析要求时〔主要是灵敏度要求〕，才考虑使用不分流进样。 这就要引入溶剂效应的概念。 溶剂效应 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，结果溶剂峰就会严重拖尾，使早流出组分的峰被掩盖在溶剂溶剂拖尾峰中，加大分析难度， 这一现象被称为溶剂效应。 为了消除溶剂效应，可以采用瞬间不分流技术，在进样开始时关闭分流阀，使系统处于不分流状态，待大局部样品在衬管中汽化进入色谱柱后，在某指定时间开启分流阀，使系统处于分流状态，这样，将衬管中剩余的蒸汽吹扫出衬管。就可以很大程度消除进样体积大和柱流量小引起的溶剂拖尾。所以说不分流进样不是绝对的不分流，而是分流与不分流的结合。 瞬间不分流时间确实定 这里，确定一个从进样到开启分流阀的时间是很关键的。这一时间〔称瞬间不分流时间或分流延迟时间、溶剂吹扫时间〕应足够长，以保证绝大局部样品进入色谱柱，防止分流歧视影响；同时又要尽可能短，以最大限度地消除溶剂拖尾，使早流出峰的分析更为准确。在实际工作中，常常是根据待测组分沸点和浓度等来确定一个优化的折中点。大多采用0.75分钟〔即从进样到开启分流阀的时间为0.75分钟〕，通常能保证95%以上的样品进入色谱柱。 衬管的选择 选择直通式衬管，以保证样品在衬管中尽可能少地稀释。 对于相对“脏〞的样品，为保证分析的重现性和保护色谱柱不被污染那么需填充玻璃毛。但由于不分流进样时样品在衬管中滞留的时间比分流进样长，热不稳定化合物的分解可能性大，玻璃毛必须经过硅烷化处理，且及时清洗更换。 溶剂的选择 由于进样口温度、色谱柱初温、溶剂吹扫时间和进样体积都与溶剂沸点有关，所以不分流进样对样品溶剂有严格要求，一般来讲，使用高沸点溶剂比低沸点溶剂有利，因为溶剂沸点高时，容易实现溶剂聚焦，且可使用较高的色谱柱初始温度，还可以降低针尖歧视及衬管的压力突变。另外，溶剂的极性一定要与样品的极性相匹配，且要保证溶剂在所有被测组分之前出峰，溶剂还要与固定相匹配，才能实现有效的溶剂聚焦。 溶剂聚焦 . 主要使溶剂峰变窄 . 峰型美观 . 不会脱尾及变宽 . 影响别离效果 . 不分流进样是分析高沸点痕量组分的首选方法。 不分流进样口参数设置 . 温度：可以比分流进样稍低，但要保证待测组分瞬间完全汽化。温度过低会造成高沸点组分损失，温度过高会造成样品分解。 . 载气流速：流速应高一点，分流出口的流量一般为30 至60ml/min . 溶剂吹扫时间：0.75分钟。 分流/不分流进样口——维护 . 定期更换进样垫。 . 更换或清洗衬管。 . 更换O型环。 . 清洗分流平板。 . 清洗更换进样针 3. 色谱柱 填充柱以一些材料. 填充来吸附或吸收，由铜、不锈钢或硅酸硼玻璃制成，内径大约2-4mm，长度为0.5-10m。 . 毛细管柱内壁覆盖一种吸附或吸收材料，由熔融石英制成，内径细0.05-0.75mm，长度最长可达150m。 . 气相色谱中，固定相是一种固体材料，称为气固色谱法，用于永久气体和低分子量的烃类分析。固定相是粘性液体时〔一般是聚合物〕，称为气液色谱法，气液色谱法占整个气相色谱分析应用的90%左右。 . 通过样品在固定相的分配或不同溶解度实现别离. 组分基于不同的极性而别离〔偶竭力的作用〕，固定相可由其化学结构不同而引起的不同极性排序。 . 通常遵循“相似相溶〞或同极性相互作用。 . 色谱柱越长别离效果越好。 . 别离指标 . 柱效：色谱柱形成锋利峰的能力 . 别离度：色谱柱将两个峰彼此分开的能力 . 选择性：色谱柱确认两个峰化学或物理性质差异的能力 . 影响别离指标的因素 . 柱内径 . 长度 . 柱流量 . 炉箱温度 . 柱子固定相类型。 . 确保所分析组分与柱子的固定相有相互作用的能力。 . 理论塔板：别离理论假定色谱柱被分为一些板，简单理解为组分与固定相之间有相互作用的时刻 . 如何提高柱效 . 使用内径更小的色谱柱。 . 减小固定相百分组成。 . 减小固定相液膜厚度。 . 减小进样量。 . 选用更长的色谱柱。 . 使用程序升温改善后流出组分峰形。 . 长度：色谱柱的柱效与色谱柱的长度成正比，分辨率是色谱柱长度的平方根，保存时间与长度称正比。 . 直径：色谱柱的直径越小，效率越高，可加快分析速度；色谱柱的直径越大，可容纳的样品量越大，但效率会下降。 . 液膜厚度：液膜厚度影响别离的质量，膜厚越厚，色谱柱样品的容量越大，保存时间越长，峰越宽，效率越低，柱流失越大。 柱温操作 . 恒温 在整个分析过程中，柱箱温度保持恒定，升温速率为零，导致后流出的峰展宽。 . 程序升温