气相培训课件-141006综述

2024/7/41气相色谱分析法气相色谱分析法2024/7/42v色谱分析是一种集分离、分析于一体的方法，先分离后检测、边分离边检测。v色谱分析灵敏高效，可用于各领域各类样品的分离检测。一一气相色谱理论气相色谱理论2024/7/4319031903年年，俄俄国国植植物物学学家家TswattTswatt，在在研研究究植植物物叶叶绿绿素素时时，加加入入植植物物叶叶绿绿素素提提取取液液的的石石油油醚醚溶溶液液并并不不断断加入纯的石油醚。加入纯的石油醚。现象：现象：在碳酸钙上出现了在碳酸钙上出现了具有具有不同颜色的色带不同颜色的色带，并将由此色，并将由此色带组成的谱图命名为带组成的谱图命名为“色谱图色谱图”。19061906年，在生物学报上发表了第一年，在生物学报上发表了第一篇色谱论文，并将其命名为篇色谱论文，并将其命名为“色谱色谱法法”，chromatography.chromatography.一一色谱法引论色谱法引论2024/7/44色谱法色谱法是利用混合物不同组分在是利用混合物不同组分在固定相固定相和和流动相流动相中中分配系数分配系数(或吸附系数、渗透性等或吸附系数、渗透性等)的差的差异，使不同组分在作相对运动的两相中异，使不同组分在作相对运动的两相中进进行反复分配，实现分离的分析方法。行反复分配，实现分离的分析方法。固定相：固定相：在色谱分离中固定不动、对样品产生保留的一相。流动相：流动相：色谱过程中携带待测组分向前移动的物质。2024/7/45 常见常见色谱法的分类色谱法的分类根据流动相的根据流动相的物态可分为物态可分为气相色谱气相色谱(GC)液相色谱液相色谱(LC)2024/7/46二二 色谱流出曲线及有关术语色谱流出曲线及有关术语2024/7/471、峰、峰peak色谱流出组分通过检测器所产生的响应信号时间曲线。2、基线、基线baseline在正常操作条件下，仅有流动相通过时响应信号时间曲线。3、基线噪声、基线噪声baselinenoise由各种因素所引起的基线波动。4、保留时间、保留时间rententiontimetR组分从进样到出峰极大值的时间2024/7/485、峰宽、峰宽peakwidthatbaseW过峰拐点做两条切线，切线与基线两交点的距离。6、半高峰宽、半高峰宽peakwidthathalfheightWh/2峰高一半处的峰宽。2024/7/49一、利用一、利用保留时间保留时间定性定性 Retentiontime(tR):定定性，最简便，使用最多，性，最简便，使用最多，缺点是受操作条件影响缺点是受操作条件影响大，大，u、T的微小变化的微小变化使使tR改变，影响结果。改变，影响结果。用已知纯物质用已知纯物质 对照定性对照定性2024/7/410二、峰高与峰面积定量二、峰高与峰面积定量目标物在仪器上的响应和目标物的峰高目标物在仪器上的响应和目标物的峰高/峰面积成峰面积成正比。即浓度越高，峰高正比。即浓度越高，峰高/峰面积越大。峰面积越大。2024/7/411三三 色谱分析的基本原理色谱分析的基本原理 组分保留时间为何不同？组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？色谱峰为何变宽？2024/7/412组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓度组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度（一）（一）分配系数分配系数2024/7/413组分一定时，组分一定时，K主要取决于固定相性质主要取决于固定相性质组分及固定相一定时组分及固定相一定时,温度增加温度增加,K减小减小试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础值是分离的基础选择适宜的固定相可改善分离效果选择适宜的固定相可改善分离效果影响影响K的因素的因素 固定相固定相温度温度2024/7/414(二）色谱理论二）色谱理论1 塔板理论塔板理论柱分离效能指标柱分离效能指标*k=12024/7/4151、将塔分成若干小段，每段相当一块塔板，用n表示，在每块板上组分瞬间达到气液平衡。2、所有组分开始时都处在柱中第零号塔板上。3、流动相以脉冲形式进入，每个脉冲相当于一个塔板体积。4、组分在所有板上线性吸附或分配，分配系数是一常数。2024/7/416塔板号塔板号载载气塔板体气塔板体积积数数01234柱出口柱出口01234567891011121314151610.50.250.1250.0630.0320.0160.0080.0040.0020.00100000000.50.50.3750.250.1570.0950.0560.0320.0180.0100.0050.0020.001000000.250.3750.3750.3130.2350.1650.1110.0720.0450.0280.0160.0100.0050.0020.0010.000.1250.250.3130.3130.2740.220.1660.0940.0700.0490.0330.0220.0140.00800000.0630.1570.2350.2740.2740.2470.2070.1510.1100.080.0570.0400.027000000.0320.0790.1180.1380.1380.1240.1040.0760.0560.0400.0280.0202024/7/417理论塔板数理论塔板数理理论论塔塔板板高高度度色谱柱长度色谱柱长度柱效能柱效能指标指标当当色色谱谱柱柱长长度度一一定定时时，塔塔板板数数 n 越越大大(塔塔板板高高度度 H 越越小小)，被被测测组组分分在在柱柱内内被被分分配配的的次次数数越越多多，柱柱效效能能越越高高，所所得色谱峰越窄。得色谱峰越窄。2024/7/4182 速率理论速率理论影响柱效的因素影响柱效的因素流动相流动相线速度线速度范弟姆特方程范弟姆特方程2024/7/4191)涡流扩散项涡流扩散项A固定相颗粒越小，填充的越均匀固定相颗粒越小，填充的越均匀A越小，越小，H越小，柱效越高，色谱峰越窄。越小，柱效越高，色谱峰越窄。2024/7/4202)分子扩散项分子扩散项B/u(纵向扩散项纵向扩散项)流动相流动相柱内谱带构型柱内谱带构型相应的响应信号相应的响应信号产生原因：产生原因：浓度梯度浓度梯度影响因素：影响因素：流动相流速；流动相流速；气体扩散系数气体扩散系数2024/7/4213)传质阻力项传质阻力项Cu 气相传质阻力气相传质阻力固定相颗粒越小，载气分子量越小固定相颗粒越小，载气分子量越小气相传质阻力越小气相传质阻力越小2024/7/422四四 分离度分离度定义：定义：tr2,tr1:组分组分2和组分和组分1的保留时间的保留时间W2,W1:组分组分2和组分和组分1的峰底宽度的峰底宽度2024/7/423R=1.5完全分离完全分离小结：小结：对于同一固定相毛细柱而言：色谱柱越长，内径越小，对于同一固定相毛细柱而言：色谱柱越长，内径越小，膜厚越厚，色谱柱的柱效越高，色谱柱的分离效果越好。膜厚越厚，色谱柱的柱效越高，色谱柱的分离效果越好。相反的，相反的，而当柱箱的温度越高，载气的流量而当柱箱的温度越高，载气的流量/压力越大，样品的压力越大，样品的出峰时间越快出峰时间越快2024/7/425二二气相色谱技术气相色谱技术v气相色谱可分析的有机物占目前发现总有机物的1520。v定性定量准确，可同时分析多种有机物。v应用范围：挥发温度500 热稳定性好 相对分子量 400 为什么用气相色谱？2024/7/426GC工作过程工作过程检测器进样器色谱柱GAS 气源柱温箱数据处理2024/7/427载气系统载气系统进样系统进样系统分离系统分离系统检测和检测和记录系统记录系统温控系统温控系统2024/7/428（一）载气系统（一）载气系统常用载气：常用载气：氮气、氦气、氢气、氩气氮气、氦气、氢气、氩气气源气源净化干燥管净化干燥管载气流速控制装置载气流速控制装置 载气系统载气系统载气选择依据载气选择依据检测器检测器柱效柱效纯度纯度 2024/7/429（二）进样系统（二）进样系统2024/7/430进样口剖面图进样口剖面图2024/7/431（三）分离系统（三）分离系统(色谱柱色谱柱)色谱柱色谱柱填充柱填充柱毛细管柱毛细管柱柱内径柱内径1-10mm0.05-0.5mm柱长度柱长度 0.5-10m10-150m总塔板数总塔板数103 106样品容量样品容量 10-1000 0.1-50323 分离系统填充柱和毛细管柱填充柱和毛细管柱切面填充柱和毛细管柱切面2024/7/433毛细管柱长度色谱柱过短，柱效低，可能出现未能有效分离目标物的情况。理论上毛细管柱越长，柱效越高，对同一类的有机物分离效果越好。但过长的毛细柱会增加目标物的纵向扩散，造成峰型展宽。选择合适长度的毛细柱很重要。毛细管柱内径0.25mm：用于分流/不分流进样，或柱上进样，前提是被测物不会过载。0.32mm：用于分流/不分流进样，或柱上进样，允许较高浓度的分析物。0.53mm：内径接近填充柱，允许比较大的进样量。涂膜厚度v影响保留时间和容量。v较厚的涂层会延长保留时间和增加柱容量。v薄的涂层用于高沸点的分析物。v标准的毛细管柱一般为0.25 m.v0.53 mm内径的毛细管柱一般为1.0-1.5 m.液体固定相v固定相决定了色谱柱的选择性。v有数百种固定相，尤其是填充柱.v许多固定相有多种商品名。v毛细管柱的固定相选择较简单。v“相似相溶原理”-用极性固定相分析极性物质。-用非极性固定相分析非极性物质.2024/7/437 固定液的选择原则固定液的选择原则“相似相溶相似相溶”a.非极性物质非极性物质非极性固定液非极性固定液。沸点沸点越低的组分越早出峰。越低的组分越早出峰。C1-C10烷烃、苯系物等b.极极性物质性物质极性固定液极性固定液。极性极性越小的组分越早出峰。越小的组分越早出峰。醇类、脂类等c.极极性与非极性混合物性与非极性混合物极性固定液极性固定液。极性越小的组分越早出峰。极性越小的组分越早出峰。常用固定相与相应色谱柱固定相极性相应色谱柱应用100二甲基聚硅氧烷非极性OV-1,OV-101,SE-30,DB-1,HP-1,BP1常规使用，碳氢化合物，芳香化合物，农药，酚类，除草剂，胺，脂肪酸甲酯5苯基-95 二甲基聚硅氧烷非极性SE-54,DB-5,HP-5,BP5芳香化合物，农药，杀虫剂，药物，碳氢化合物14氰丙苯基-86二甲基聚硅氧烷中等极性HP-1701,DB-1701,OV-1701,BP-10农药，杀虫剂，药物50苯基-50 二甲基聚硅氧烷中等极性HP-50,DB-17,OV-17药物，杀虫剂，乙二醇聚乙二醇极性HP-20M(HP-Wax),DB-Wax,BP20溶剂，醇类，游离酸，芳香化合物FFAP聚乙二醇（TPA处理）极性HP-FFAP,DB-FFAP,BP21溶剂，醇类，游离酸，芳香化合物色谱柱中固定相流失柱流失可以从检测器的背景信号中观察到：柱流失是由于固定相遭到破坏而导致的。v柱流失随着温度的增加而增加。v极性柱有较高的柱流失。v柱子损坏或退化，柱流失可能会增加。v避免使用强酸或强碱v按照制造商推荐的温度限制使用2024/7/440(四四)检测系统检测系统1 热导池检测器热导池检测器(TCD)参比参比测量测量R1R2ABR1*R参比参比=R2*R测量测量只有载气通过时只有载气通过时载气载气+组分组分R1*R参比参比R2*R测量测量利用载气与组分热导系数的差异进行测量利用载气与组分热导系数的差异进行测量 H2H2H2H2H2H2CH4CH4CH4CH4CH4CH4CHO+CHO+CHO+CHO+CHO+CO2CO2CO2H 02H 02H 02H 02H2H2H2H2H2H2 FID 是 一 个 破 坏 性、质 量 型 检 测 器。火 焰 中 生 成 大 量 的 碳 正 离 子，被 收 集 后 形 成 检 测 器 信 号。响 应 值 与 化 合 物 中 含 有 的碳-氢 键 个 数 成 正 比。色 谱 柱 喷 嘴2氢氢火焰离子化检测器火焰离子化检测器(FID)火焰离子化机理火焰离子化机理 柱子末端 喷嘴空气入口H 入口+尾吹气2FID 检测器收集部件 毛细管柱 柱尾位置(距喷嘴顶端 1-2 mm)FID 的 结 构2024/7/443 适用范围适用范围 含碳有机化合物含碳有机化合物 影响检测灵敏度的因素影响检测灵敏度的因素氢气、载气、空气比例。氢气、载气、空气比例。2024/7/4443电子捕获检测器电子捕获检测器(ECD)2024/7/445 电子电子捕获机理捕获机理 适用范围适用范围 卤素及亲电子物质卤素及亲电子物质 非破坏型检测器非破坏型检测器2024/7/446饮用水中三卤甲烷色谱图饮用水中三卤甲烷色谱图水水氯氯氯氯仿仿二二氯氯溴溴甲甲烷烷二二溴溴氯氯甲甲烷烷溴溴仿仿2024/7/4474火焰光度检测器火焰光度检测器(FPD)2024/7/448 响应机理响应机理 适用范围适用范围 含硫、磷化合物含硫、磷化合物含磷化合物含磷化合物含硫化合物含硫化合物在富氢火焰中燃烧，使含硫、磷的化合物经燃烧后又被氢还原，产生激发态的S2*(S2的激发态)和 HPO*(HPO的激发态)，这两种受激物质反回到基态时辐射出400nm和550nm左右的光谱，用光电倍增管测量这一光谱的强度，光强与样品的质量流速成正比关系。FPD的原理2024/7/449三三九九一一一一乙乙拌拌磷磷地地亚亚农农倍倍硫硫磷磷对对硫硫磷磷丙丙硫硫磷磷乙乙硫硫磷磷乙乙丙丙硫硫磷磷谷谷硫硫磷磷壤壤虫虫磷磷丰丰索索磷磷蝇蝇毒毒磷磷马马拉拉硫硫磷磷一一0五五九九2024/7/450DetectorCharacteristics 1、斜率灵敏度、斜率灵敏度 Sensitivity,S定义：定义：一定浓度或一定重量的被测组分进入检测器后，就产生一定浓度或一定重量的被测组分进入检测器后，就产生一定的响应信号，以被测组分的量对响应信号作图，得一直一定的响应信号，以被测组分的量对响应信号作图，得一直线，该直线的斜率称灵敏度线，该直线的斜率称灵敏度mR mR4 4 检测器的基本性能指标检测器的基本性能指标 检测器的输出信号可由放大器放大，以提高灵敏度，但是在放大过程中，噪音也被放大，有时，噪音甚至会掩盖信号，因而单用灵敏度评价检测器不够，从而引出如检测限的概念。检检测测限限是是指指恰恰能能产产生生相相当当于于两两倍倍噪噪音音信信号号大大小小的的响响应应信信号号时时，引引入入检检测测器器的的组组分分量量。两两倍倍的的噪噪音音信信号号是是可可辩认的最小峰。辩认的最小峰。公式：D=2N/S D=2N/S N：基线噪声 S：灵敏度 2024/7/4512、检测限、检测限 Minimum Detectivity2024/7/452Noise levelSignalIllustration of a signal-to-noise ratio(S/N)of 2.D=2N/S2024/7/4533、线性范围、线性范围 Linear range(mV)M(mg)R10-610-1Linear rangeA large value is desired.ECD：5104(林丹)FID：107TCD：105FPD：103 S,104 P(甲基对硫磷)2024/7/454谢 谢！钟 林