第08章气体成分分析课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第8章 气体成分分析,1,第8章 气体成分分析1,研究的意义,成分分析在工业生产及科学研究中具有广泛的用途。,例：,在,燃烧过程,中，可以通过对烟气中的O,2,或CO,2,含量的分析来了解燃烧状况；,在,环境保护,方面，分析排烟中NO,x,含量、可以了解环境状况等。,本章介绍热工过程中常用的气体成分分析方法和仪表。,2,研究的意义 成分分析在工业生产及科学研究中具有广泛的用途。2,主要介绍内容,氧化锆氧量计,红外气体分析,色谱法,离子色谱仪,气相色谱仪,液相色谱仪,质谱法,原子吸收光谱仪,原子发射光谱仪,3,主要介绍内容氧化锆氧量计3,例：某实验室气体分析设备一览,4,例：某实验室气体分析设备一览4,典型气体分析仪器设备及工作原理,化学法奥式烟气分析仪,电化学方法气体分析仪 ；,物理方法,红外、色谱、荧光、顺磁等。,5,典型气体分析仪器设备及工作原理化学法奥式烟气分析仪5,一、化学法便携奥式烟气分析仪,化学法,用配制成的化学溶液,吸收特定气体,成分的方法。,奥式烟气分析仪,典型的化学法，它可以用来分析烟气中的O,2,、CO,2,、SO,2,、CO等；,主要用于,燃烧效率分析,方面，是一种经济有效的方法。,6,一、化学法便携奥式烟气分析仪化学法6,便携奥式烟气分析仪,返回,7,便携奥式烟气分析仪返回7,二、电化学法,电化学法是现在应用得较为普遍的一种方法，它应用的是,电化学传感器,。,原理：,传感器与特定成分发生反应,产生电信号, 信号的大小与该种成分的浓度成对应的关系, 确定气体的浓度。,8,二、电化学法电化学法是现在应用得较为普遍的一种方法，它应用的,GA-60分析仪流程图,9,GA-60分析仪流程图9,三、物理方法,应用物理学原理（光学特性，磁化性能等）进行气体浓度测定的方法。,Model 880A (CO, CO2, SO2),Model 951A （NO/NO2分析仪）,Model 755R （氧气分析仪）,Model 48C (CO),Model 41C (CO,2,),Model 42C (NOx),Model 43C (SO,2,),10,三、物理方法应用物理学原理（光学特性，磁化性能等）进行气体浓,气体分析系统图,11,气体分析系统图11,1、Model 880A,880A是红外气体分析系统，能连续检测混合气体中某种特殊组分的浓度。,工作原理：,有些分子为不同原子构成的多原子气体，对入射的红外线按波长选择性吸收能量。,2,3,4,5,6,7,8,波长,m,CO,SO,2,CO,2,CO,SO,2,SO,2,吸收率(%),100,12,1、Model 880A880A是红外气体分析系统，能连续检,式中k,:被测气体对红外辐射的吸收系数,C,:,被测气体的浓度,l,:,通过气样的光程长度,射入某种气体的外来辐射能，只有其频率符合该气体分子的特征频率时，气体才能吸收此辐射能。,两束等能量的红外光分别进入并行的两个光学器件。一个通入参考气体，另一个通入采样气体。检测器可连续测量两个气室中所吸收的红外光能量的差别，这个差别就是采样气体中待测气体成分的浓度。,检测器,信号调,节电路,Sample in,Sample out,红外光源,设有一束红外线入射强度为,I,0,经过浓度为,C,的气体后，透射的红外线的强度为,I, 根据比尔-朗伯定律：,13,式中k :被测气体对红外辐射的吸收系数检测器信号调Sam,2、 NO/NO,2,分析仪（ Model 951A）,1) 基本原理：利用化学荧光法测量,NO,，是依据,NO,与臭氧,O,3,反应生成,NO,2,和,O,2,，其中的一些,NO,2,被提升到电子激越状态，然后随着光子的挥发又迅速恢复到原态。,NO+O,3,NO,2,*+O,2,NO,2,*NO,2,+h,式中：h - 普朗克常数, - 频率， Hz,当,NO,与,O,3,在反应室中混合时，化学荧光反应产生的发射光强与,NO,的浓度成正比，用光电倍增管可以测到这个光强信号，并将其转换为电信号。,14,2、 NO/NO2分析仪（ Model 951A）1) 基本,2) NOx的确定,采样气体先进入一个转换室，将,NO,2,转换成,NO,2NO,2,2NO+O,2,仪表的输出与总的,NO,成正比，包括采样气体中原有的,NO,加上从,NO,2,转换来的,NO,，这个总和也称为,NOx,，即,NOx=NO+NO,2,15,2) NOx的确定采样气体先进入一个转换室，将NO2转换成N,工作过程,16,工作过程16,3、 O,2,分析仪（ Model 755R ）,基本原理：,氧具有很强的顺磁性，而大多数其它气体具有弱抗磁性。,进入仪器的气体的体积磁化率由检测器或磁性元件来测量。,17,3、 O2分析仪（ Model 755R ）基本原理：17,顺磁性物质的主要特征,不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩。,在无外加磁场时，由于顺磁物质的原子做无规则的热振动，宏观看来，没有磁性；,在外加磁场作用下，每个原子磁矩比较规则地取向，物质显示极弱的磁性。,磁化强度与外磁场方向一致， 为正，而且严格地与外磁场H成正比。,顺磁性物质的磁性除了与H有关外，还依赖于温度。其磁化率H与绝对温度T成反比。,18,顺磁性物质的主要特征不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁,工作过程,充入氮气的哑铃形空心玻璃试验体被悬挂在一个铂/镍合金条上，并处于一个非均匀磁场中；,由于“磁浮力”的作用，球形试验体受到一个位移力，产生一个位移力矩，这个力矩大小与试验体周围包围着的气体的体积磁化率成正比。,在哑铃体长度方向的导线中产生反馈电流，该电流产生电磁力，将此电磁力作用在球体上则得到复原力矩，该复原力矩与位移力矩大小相等，方向相反。,19,工作过程充入氮气的哑铃形空心玻璃试验体被悬挂在一个铂/镍合金,4、 CO分析仪 （ Model 48C ）,工作原理：,基于一氧化碳吸收,4.6um,波长的红外光。,工作步骤：,样品通过采样管进入仪器，如右图。样品流过光具座，来自红外光源的辐射光通过一个在,CO,和,N,2,之间交替的气体滤波器，再通过一个窄带通干涉滤波器进入光具座，再进入样品气体吸收红外光，由红外检测器检测辐射光信号。,20,4、 CO分析仪 （ Model 48C ）工作原理：基于一,工作过程,CO,气体滤波器能产生一个参考光束，这个参考光束已不能再被样品池中的,CO,气体所减弱。,红外辐射光能从消光片的,N2,部分全部透过，从而产生一个测量光束，其中的红外光被样品池中的,CO,吸收。,在两种气体滤波器之间交互变化的消光信号为检测信号，其幅值与气体池中的,CO,浓度成正比。,由于非,CO,气体吸收的参考光与测量光相同，所以不能在红外检测器上产生调制信号。即气体滤波相关系统只对,CO,气体有响应。,21,工作过程CO气体滤波器能产生一个参考光束，这个参考光束已不能,5、Model 41C 的工作原理（CO2分析仪）,工作原理：,基于,CO,2,吸收红外光。,工作步骤：,样品通过采样管进入仪器，如右图。,样品流过光具座。来自红外光源的辐射光通过一个在,CO,2,和,N,2,之间交替的气体消光片，再通过一个窄带通干涉滤波器进入光具座被进入的样品气体吸收。由红外检测器检测辐射光信号。,22,5、Model 41C 的工作原理（CO2分析仪）工作原理：,工作过程,消光片的,CO,2,部分能产生一个参考光束，这个参考光束不能再被样品池中的,CO,2,气体所减弱。,滤波轮的,N,2,部分能完全透过红外辐射光，产生一个测量光束，而被样品池中的,CO,2,吸收，旋转的消光片就能使检测器产生调制信号，放大的调制检测信号的幅度直接与样品池中的,CO,2,浓度成一一对应关系。,由于非,CO,2,气体吸收的参考光与测量光相同，所以不能在红外检测器上产生调制信号。,23,工作过程消光片的CO2部分能产生一个参考光束，这个参考光束不,6、,NOX分析仪（Model 42C）,Model 42C 的,工作原理,是基于一氧化氮和臭氧反应后，产生一个光强与,NO,的浓度成正比的光束的特性。红外光发射导致电子激励,NO,2,分子衰减到较低的能级。,NO + O,3,NO,2,+ O,2,+ hv,在测量,NO,2,前，必须将,NO,2,利用化学发光反应转化成,NO,，这个转化是在加热到325的,NO,2,NO,钼转化器中进行。,24,6、 NOX分析仪（Model 42C）Model 42C,采样气通过采样管进入仪器。采样气流过一个特殊的滤波器、一个毛细管，然后到达电磁阀。电磁阀可将采样气直接通入一氧化氮反应室，或者先通入,NO,2,NO,转换器，在通入反应室。在反应室前安装流量传感器用于测量流量。,干空气通过干空气管进入仪器，先通过一个流量传感器，再通过一个无声放电臭氧器。臭氧器产生化学发光法所需的必要的臭氧浓度,臭氧与采样气中的,NO,反应产生电子受激的,NO,2,分子，封装在热电冷却器中的光电倍增管来检测,NO,2,的光强。,在,NO,方式和,NOx,方式中的,NO,和,NOx,的浓度计算存储在内存中，这两种浓度之间的差别用来计算,NO,2,浓度。,25,采样气通过采样管进入仪器。采样气流过一个特殊的滤波器、一个毛,7、 SO,2,分析仪（ Model 43C ）,Model 43C 的工作原理是基于,SO,2,分子吸收紫外光，在某一波长受到激励后衰减到较低的能级后在另一个不同的波长发射紫外光。其反应公式如下,SO,2,+ hv,1,SO,2,*,SO,2,+ hv,2,26,7、 SO2分析仪（ Model 43C ）Model 43,样品通过采样管进入仪器，首先进入碳氢化合物脱除器，通过对样品中的碳氢化合物加压使之渗透过中心管的管壁将样品中的碳氢化合物脱除，而SO,2,分子在通过碳氢化合物脱除器时不受影响。,样品进入荧光室，SO,2,分子受到脉动的紫外光激励，聚光透镜将脉动的紫外光聚焦到透镜上，透镜组有四个可选的镜头使之只有能反射激励SO,2,分子的波长的光通过。,当受激SO,2,分子衰减到较低的能级就能发射与SO,2,浓度成比例的紫外光。带通滤波器只允许受激SO,2,分子能发射的波长的光到达光电倍增管。光电倍增管用于检测来自衰减的SO,2,分子发射的紫外光。位于荧光室后部的光检测器连续检测脉动的紫外光源，将其输出信号接到补偿紫外光波动的电路。,被检测的样品然后顺序流过一个流量传感器、一个毛细管和碳氢化合物脱除器的中心管外侧。,返回,27,样品通过采样管进入仪器，首先进入碳氢化合物脱除器，通过对样品,几种气体分析仪器的综合比较,28,几种气体分析仪器的综合比较 28,29,29,返回,30,返回30,8.1 氧化锆氧量计,功能：分析测量,烟气氧含量,。,特点,结构简单、灵敏度高、测量范围大、响应快。,在烟气氧含量分析测量中得到广泛应用。,31,8.1 氧化锆氧量计功能：分析测量烟气氧含量。31,一、氧化锆测氧原理,氧化锆(,ZrO,2,)是一种,固体电解质,，具有离子导电特性。,在常温下,ZrO,2,是单斜晶体。当温度升高到,1150,时，晶体发生相变，由单斜晶体变为立方晶体；当温度下降时，相变过程可逆。,32,一、氧化锆测氧原理氧化锆(ZrO2)是一种固体电解质，具有离,即使在高温，,ZrO,2,晶体中含有的氧离子空穴浓度也很小，虽然热激发会造成氧离子空穴，但其浓度仍十分有限，使得,ZrO,2,还不足以作为良好的,固体电解质,。,在,ZrO,2,中掺入少量的其他低价氧化物，如,CaO,、,Y,2,O,3,等，钙离子,Ca,2+,会进入,ZrO,2,晶体，置换出锆离子,Zr,4+,、在晶体中留下了一个氧离子空穴，此空穴的多少与掺杂量有关。,当温度上升到,800,以上时，掺有,CaO,的,ZrO,2,，成为一种良好的氧离子导体。,本节讨论的氧化锆，便是这种,掺入CaO的ZrO,2,材料,。,33,即使在高温，ZrO2晶体中含有的氧离子空穴浓度也很小，虽然热,氧浓差电势,在一块氧化锆两侧分别附上一个多孔的铂电极、并使其处于高温环境；,如果两侧气体中的含氧量不同，则在两电极间就会产生电动势；,此电动势是由于固体电解质两侧气体的含氧浓度不同产生的，故叫,氧浓差电势,，这样的装置叫做,氧浓差电池,。,34,氧浓差电势在一块氧化锆两侧分别附上一个多孔的铂电极、并使,能斯特方程氧浓差电势的确定,如果被分析的气体和参比气体的总压相等，为,p,，气体的含氧量为,，,有,35,能斯特方程氧浓差电势的确定如果被分析的气体和参比气体的总压,特点,在,T,一定时，氧浓差电势,E,与被测气体含氧量,1,成单值关系。,氧浓差电势与温度有关。在测量系统中必须采用恒温措施或对温度变化带来的误差进行补偿。,为保证一定的灵敏度，工作温应度在600以上。由于ZrO,2,的烧结温度为1200 ，故工作温度不能超过1150。,应保持参比气体和被测气体总压相等。,36,特点在T一定时，氧浓差电势E与被测气体含氧量1成单值关系,二、氧化锆氧量计的组成,1氧化锆管,氧化锆管是测氧计的发送器，有,封头式,和,无封头式,两种。两个铂电极分别附在内、外壁上，并用铂丝作为电极引出线。对氧化锆管的要求是,性能稳定、复制性好、孔隙小、纯度高等,。,37,二、氧化锆氧量计的组成 1氧化锆管37,2温度补偿,38,2温度补偿38,第8.3章 傅立叶红外光谱仪,39,第8.3章 傅立叶红外光谱仪39,一、概述,红外光谱仪的用途：,鉴别化合物和确定物质分子结构，对单一组分或混合物中各组分可以进行定量分析，尤其对一些较难分离并在紫外、可见区找不到明显特征峰的样品也可以进行定量分析。,与色谱联用：可进行多组分样品的分离和定性。,与热失重仪联用：可进行材料的热稳定性研究。,与拉曼光谱联用：可得到红外光谱弱吸收的信息。,40,一、概述红外光谱仪的用途：40,二、傅立叶变换红外光谱仪的特点,扫描速度快，1秒内可测得多张红外谱,光通量大，可以检测透射率比较低的样品，并能检测气体、固体、液体、薄膜和金属镀层等不同样品：,分辨率高，便于观察气态分子的精细结构,测定光谱范围宽，全波段分辨率一致,高信噪比,抗杂散光能力强,41,二、傅立叶变换红外光谱仪的特点扫描速度快，1秒内可测得多张红,三、理论基础,依据,分子内部原子间的相对振动,和,分子转动,等信息进行测定,双原子分子振动只有一种振动方式，振动频率取决于化学键常数和原子的折合质量。,多原子分子振动则有多种振动方式。,红外光谱法研究的是分子中原子的相对运动，也可归结为化学键的振动。,不同的化学键或官能团，其振动能级从基态跃迁到激发态所需的能量不同，因此要吸收不同的红外光。,物质吸收不同的红外光，将在不同波长出现吸收峰，形成红外光谱。,42,三、理论基础依据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息进行,红外谱图的横坐标是红外光的波数（波长的倒数），谱图的纵坐标是透过率。,红外波段通常分为近红外（133004000cm,-1,）、中红外（4000400cm,-1,)和远红外（40010cm,-1,)，研究最为广泛的是中红外区。,43,红外谱图的横坐标是红外光的波数（波长的倒数），谱图的纵坐标,四、工作原理,44,四、工作原理44,仪器结构,Nicolet公司的AVATAR 360 FT-IR,45,仪器结构Nicolet公司的AVATAR 360 FT-IR,应用软件,Spectrum v2.00 用于扫描背景和样品,Spectrum Beers Law 用于建立定量测量的方法,TimeBase 用于随时间变化监测样品变化,46,应用软件Spectrum v2.00 用于扫描背景和样品,Spectrum v2.00：扫描背景和样品,47,Spectrum v2.00：扫描背景和样品 47,Spectrum Beers Law：建立定量测量的方法,48,Spectrum Beers Law：建立定量测量的方法4,气相色谱仪,49,气相色谱仪49,50,50,气相色谱仪,一、概述,分析对象：,气体、可挥发的物质,方法简介：,物理分离的方法，基于不同物质物化性质的差异，在固定相和流动相构成的两相体系中具有不同的分配系数（或吸附性能）；,当两相作相对运动时，这些物质随流动相一起迁移，并在两相间进行反复多次的分配（吸附-脱附或溶解-析出），使那些分配系数只有微小差别的物质，在迁移速度上产生了很大的差别。,经过一段时间后，各组分之间达到了彼此的分离。,被分离的物质顺序地通过检测装置，给出每个物质的信息，一般是一个对称或不对称的色谱峰。通过出峰的时间和峰面积的大小，对被分离的物质进行定性和定量分析。,51,气相色谱仪一、概述51,优点：,分离效能高，如使用毛细管柱，每米总柱效可达106理论塔板数，100米长的毛细管柱，2小时内从某样品中分析出近300个组分；,高选择性，它可以对同位素、空间异构体、光学异构体进行有效的分离；,分析速度快，一般分析时间为几分钟到几十分钟，快速分析时，1秒内可分析7个组分。,局限性：,如果没有标准的样品供对照，在定性方面将存在很多困难；,弥补办法：,色谱-质谱、色谱-红外光谱、色谱-原子吸收光谱。,52,优点：52,二、工作原理,原理,：,基于组分与固定相之间的吸附或溶解作用，相邻两组分之间的分离程度，既取决于组分在两相间的,分配系数,，又取决于组分在两相间的,扩散作用,和,传质阻力,。,扩散作用,与色谱过程的热力学因素有关，,传质阻力,与色谱过程的动力学因素有关。,53,二、工作原理原理：53,塔板理论,马丁（Martin）和欣革（Synge）最早提出塔板理论，将色谱柱比作蒸馏塔，把一根连续的色谱柱设想成由许多小段组成。,在每一小段内，一部分空间为固定相（填料 ）占据，另一部分空间充满流动相。组分随流动相进入色谱柱后，在两相间进行分配。并假定在每一小段内组分可以很快地在两相中达到分配平衡；,一个小段称作一个理论塔板（theoretical plate），一个理论塔板的长度称为理论塔板高度（theoretical plate height）H。,经过多次分配平衡，分配系数小的组分，先离开蒸馏塔，分配系数大的组分后离开蒸馏塔。由于色谱柱内的塔板数相当多，因此即使组分分配系数只有微小差异，仍然可以获得好的分离效果。,54,塔板理论马丁（Martin）和欣革（Synge）最早提出塔板,塔板理论：流出曲线方程式,c- 气相中组分的浓度,W-,进样量,V,R,-组分的保留体积,V-载气体积,n-,理论塔板数,55,塔板理论：流出曲线方程式c- 气相中组分的浓度55,由流出曲线方程可以推导出理论塔板数n的计算公式,n-理论塔板数,V,R,-组分的保留体积,t,R,-组分的保留时间,y1/2-半峰宽,进样量越大，色谱峰越高,保留体积越大，色谱峰越低,柱效越高，色谱峰越高,早流出的谱峰高且窄,后流出的谱峰低且宽,56,由流出曲线方程可以推导出理论塔板数n的计算公式n-理论塔板,速率理论方程,H-理论塔板高度,A-,涡流扩散项系数,B-分子扩散项系数,CG-气相传质阻力系数,CL-液项传质阻力系数,影响板高的因素很多，但当色谱体系选定后，唯一的变数就是载气线速度,线速度较小时,，后两项可以忽略，分子扩散项是主要因素,线速度较大时,，传质阻力项是主要因素,57,速率理论方程H-理论塔板高度影响板高的因素很多，但当色谱,三、仪器结构,载气系统,进样系统,分离系统,检测系统,数据处理系统,58,三、仪器结构载气系统58,载气系统,载气的选择,没有腐蚀性，常用的有H,2,、N,2,、He、Ar,根据检测器的特性来决定（如热导池检测器，选H,2,或He做载气,载气的控制,调节最佳载气流速,保持恒定流速,返回,59,载气系统载气的选择返回59,进样系统,注射器进样,：微量注射器,气体进样阀,：六通阀，气体进样的体积比较大，进样量由定量管决定。,自动进样器,分流进样器,：样品汽化后，一小部分被载气带入色谱柱中，一大部分被放空，放空部分与进入色谱柱部分之比为分流比，一般分流比为10100,汽化室,：把液体样品瞬间加热变成蒸汽，然后有载气带入色谱柱。,返回,60,进样系统注射器进样：微量注射器返回60,分离系统,色谱柱（气相色谱仪的心脏）,填充柱：,直径26mm；柱长0.5 10m,填充物质，利用相似相溶的原则选择,毛细管柱：,直径0.1 0.5mm；柱长20 100m,没有填料，内壁涂一层固定液膜或吸附剂,返回,61,分离系统色谱柱（气相色谱仪的心脏）返回61,检测系统,1、热导检测器,浓度型检测器，基于不同物质具有不同的热导系数，当被测组分与载气的热导系数不同时，电桥输出不平衡信号。几乎对所有的物质都有响应，是目前应用最广泛的通用型检测器。,62,检测系统1、热导检测器62,2、氢火焰离子化检测器,质量型检测器，是利用有机物在氢火焰中离子化的机理。,当微量有机物被引入氢火焰时，产生大量的碳正离子，电流急剧增加，将该电流转换为电压信号，便可作为被分离组分的信息。,是对有机化合物进行分析的常用检测器。灵敏度高，线性范围宽，响应稳定可靠，但只能检测那些在氢火焰中燃烧产生大量碳正离子的有机化合物。,63,2、氢火焰离子化检测器质量型检测器，是利用有机物在氢火焰中离,3、电子捕获检测器,浓度型检测器。放射性离子化检测器。,基于载气分子(N,2,),通过检测器时，在辐射线是作用下电离成正离子和自由电子，自由电子在电场条件下形成检测器的基流。当对电子有亲合力的点负性强的组分进入检测器时，这些组分捕获电子，形成带有负电荷的离子，由于电子被捕获，因而降低了检测器原有的基流，电信号发生了变化，这个变化与被测组分浓度成正比。,返回,64,3、电子捕获检测器浓度型检测器。放射性离子化检测器。返回64,4、火焰光度检测器,对含硫和含磷化合物有比较高的灵敏度和选择性。,当含磷和含硫物质在富氢火焰（即有过剩氢存在的还原焰）中燃烧时，分别发射具有特征的光谱，透过干涉滤光片，用光电倍增管测量特征光的强度，但其强度与被测组分的含量不是简单的线性关系。,返回,65,4、火焰光度检测器对含硫和含磷化合物有比较高的灵敏度和选择性,液相色谱仪,66,液相色谱仪66,67,67,高效液相色谱仪（HPLC),High Performance Liquid Chromatography,液相色谱：以液体作流动相,类型：,吸附色谱,分配色谱,凝胶色谱,应用：用于分析那些气相色谱难以分析的物质，如挥发份差，极性强，具有生物活性，热稳定性差的物质,68,高效液相色谱仪（HPLC)High Performance,吸附色谱,固定相是固体吸附剂，常用的有硅胶、氧化铝、活性炭等无机吸附剂,样品主要靠氢键结合力吸附到硅羟基上，与流动相分子竞争吸附点，反复地被吸附，又反复地被流动相分子顶替解吸，随着流动相的流动而在柱中向前移动。,因为不同的待测分子在固定相表面的吸附能力不同，因而吸附-解吸的速度不同，各组分被洗出的时间也就不同，使得各组分彼此分离。,应用：用于结构异构体分离和族分离。如石油中的烷、烯、芳烃的分离。,69,吸附色谱固定相是固体吸附剂，常用的有硅胶、氧化铝、活性炭等无,分配色谱,原理：基于样品分子在包覆于惰性载体上的固定相液体和流动相液体之间的分配平衡，也称,液液色谱,；,固定相：化学键合固定相，极性很小。,常用的流动相，如甲醇、乙睛以及它们与水的混合溶液，极性比固定相大，被称做反向HPLC；,70,分配色谱原理：基于样品分子在包覆于惰性载体上的固定相液体和流,凝胶色谱,原理：根据样品分子的尺寸不同而达到分离，又常被称做体积排阻或空间排阻色谱。,固定相：多孔性填料,样品分子的分离受填料孔径的影响，比填料孔径大的样品分子不能进入填料的孔内，最先流出色谱柱；填料颗粒上有很多不同尺寸的孔，在那些可以进入填料孔内的样品分子中，体积较大的样品分子可以利用的孔少，所以样品分子按体积从大到小的顺序依次流出色谱柱。,流动相的作用不是为了控制分离，而是为了溶解样品或减小流动相粘度。,71,凝胶色谱原理：根据样品分子的尺寸不同而达到分离，又常被称做体,仪器结构及原理,高压泵：将流动相以稳定的流速输送到色谱系统，其流量变化通常要求小于0.5%，要求能耐4060MPa,的高压,进样器：六通阀进样器，进样体积由1050,L,的,定量管确定,72,仪器结构及原理高压泵：将流动相以稳定的流速输送到色谱系统，其,色谱柱,：实现分离的核心部件，要求柱效高、柱容量大和性能稳定。最常用的分析型色谱柱是内径4.6mm，长100300mm的内部抛光的不锈钢管柱，内部填充510,m粒径的球形颗粒填充料。,检测器,：连续检测经色谱柱分离后的流出物的组成和含量变化的装置。主要利用被测物的某一物理或化学性质与流动相有差异的原理，当被测物从色谱柱流出时，会导致流动相背景值发生变化，从而在色谱图上以色谱峰的形式表现出来。,73,色谱柱：实现分离的核心部件，要求柱效高、柱容量大和性能稳定,检测器的类型,紫外-可见光检测器,：有较高的灵敏度和选择性，常选择被测物质能产生最大吸收的波长做检测波长。,示差折光检测器（RI),：凡是与流动相的折射率有差别的被测物都可以用RI检测。,荧光检测器,：当某些物质被一定强度和波长的紫外光照射后发射出较激发光波长要长的荧光，荧光强度与激发光强度、量子效率和样品浓度成正比。有非常高的灵敏度和良好的选择性，灵敏度要比紫外检测法高2-3个数量级。,74,检测器的类型紫外-可见光检测器：有较高的灵敏度和选择性，常,化学发光检测器,：基于某些物质在常温下进行化学反应，生成处于激发态的反应中间体和中间产物，当它们从激发态返回基态时发射出光子，因为物质激发态的能量来自于化学反应，故称化学发光。,电化学检测器,：利用物质的电活性，通过电极上的氧化或还原反应进行检测。一般只用于检测那些既没有紫外吸收，又不产生荧光，但有电活性的物质。,75,化学发光检测器：基于某些物质在常温下进行化学反应，生成处于,第8.3章 离子色谱仪(IC),76,第8.3章 离子色谱仪(IC)76,1、离子色谱仪(IC),离子色谱,：,以,离子性物质,为分析对象的液相色谱，用于测量被测物质的离子浓度。,与气相色谱仪的区别,：,使用离子交换剂固定相和电导检测器；,离子交换色谱,：,使用低交换容量的离子交换剂，这种交换剂的表面有交换基团。,带负电荷的交换基团可用于阳离子的分离，带正电荷的交换基团可用于阴离子的分离。,77,1、离子色谱仪(IC)离子色谱：77,阴离子交换过程：,由于静电场相互作用，样品阴离子以及淋洗剂阴离子都与固定相中带正电荷的交换基团作用，样品离子不断进入固定相，又不断地被淋洗离子交换而进入流动相，在两相中达到动态平衡；,离子抑制色谱：,以,酸碱平衡理论,为依据，通过降低（或增加）流动相pH值来抑制酸（或碱）的离解，使酸（或碱）性离子化合物尽量保持未离解状态。,78,阴离子交换过程：78,仪器结构与原理,79,仪器结构与原理79,第九节 原子发射光谱仪(ICP),80,第九节 原子发射光谱仪(ICP)80,用途,快速进行多元素同时测定。,可测定元素周期表中70余种元素，在冶金、化工、地质、环境保护、材料科学及能源等领域均有广泛地应用。,81,用途快速进行多元素同时测定。81,原理：,原子或离子受热能、电能或光能作用时，外层电子得到一定的能量由低能级E1跃迁到高能级E2，这时的原子（或离子）是处于激发态。给予原子（离子）的能量E=E1-E2,称为激发能（单位：电子伏特eV)。,处于激发态的原子中电子是不稳定的，它只能在高能态的轨道上停留约10,-8,秒,然后自发地跃迁到低能级轨道上，其能量以光的形式发射出来，形成一条谱线。,处于高能级的电子亦可经过几个中间能级跃迁回到原能级，这时可产生几种不同波长的光，在光谱中形成几条谱线。,一种元素可以产生不同波长的谱线，它们组成该元素的原子光谱。,82,原理：82,ICP,的基本结构,等离子体,及进样系统,RF,发生器,分光系统,检测器,计算机系统,样品,测量,系统,高频 / 大功率,能量,27.12,Mhz,（40.68Mhz),0-2Kw,复合光,单色光,电源,信号,1.对RF发生器的要求：频率稳定性和功率稳定性好、传输效率高、响应速度快、点燃等离子体容易。,2.对等离子体及进样系统的要求：高效、稳定、多功能、维护方便、全自动控制、保护功能。,3.对分光系统的要求：设计优越、结构简单、光程适当、聚焦好、分辨率高、光能量强。,4.对检测系统的要求：能永久的记录下样本的全部信息,83,ICP的基本结构等离子体RF发生器分光系统检测器计算机系统样,全谱直读型 ICP,发射光谱仪,84,全谱直读型 ICP 发射光谱仪84,参考文献：,1.现代仪器分析实验与技术陈培榕，邓勃主编，清华大学出版社,85,参考文献：1.现代仪器分析实验与技术陈培榕，邓勃主编，清,复习题,你了解几种气体分析技术？测量烟气中的气体成分SO2、CO2、CO、NO、NO2、O2，主要采用那些原理来测量？,你了解几种光谱分析技术？各自的主要用途是什么？测量原理是什么？,气相色谱仪有几种检测器？各自的检测机理是什么？适用于那种被测组分？,86,复习题你了解几种气体分析技术？测量烟气中的气体成分SO2、C,