岛津GC基础知识

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,*,81,Shimadzu International Trading (Shanghai) Co. Limited,GC,基础知识,岛津国际贸易（上海）有限公司,分析中心,第一部分,色谱原理和基本构成,色谱法的起源,石油醚,碳酸钙颗粒,色素,玻璃柱,色谱法的定义和分类,色谱是通过组分在流动相和固定相之间分配比的差异进行分离的。,根据流动相的状态，色谱法分类,色谱类型,流动相,主要分析对象,气相色谱法,气体,挥发性有机物,液相色谱法,液体,可以溶于水或有机溶剂的各种物质,超临界流体色谱法,超临界流体,各种有机化合物,电色谱法,缓冲溶液、电场,离子和各种有机化合物,色谱法的特点,分离效率高,分析速度快,检测灵敏度高,样品用量少,选择性好,多组分同时分析,易于自动化,色谱法的基本原理,死时间：,t,0,溶质保留时间：,t,s,保留时间：,t,R,容量因子：,k,色谱法基本原理,分离度,选择性系数,色谱过程动力学,-,塔板理论,理论塔板数,N,：,b,1/2,为半峰宽，,w,为峰底宽,理论塔板高度,H,：,色谱过程动力学,-,速率理论,色谱动力学,-,速率理论,Van,Deemter,速率方程式,H,B,C,A,H=A+B/,u+Cu,A,：涡流扩散,B,：纵向扩散项,C,：传质阻力项,HETP:,理论塔板高度,U,气相色谱基本构成,气相色谱构成示意图,载气控制：手动、数字,(AFC),/,恒线速度、,恒压、恒流,进样口：,DRI,、,SPL/,Splitless,、,OCI,、,PTV,色谱,柱：填充柱、毛细柱,检测器：,FID,、,TCD,、,ECD,、,FPD,、,FTD,数据处理,：,C-R8A,、,Gcsolution,、,Clarity_Shimadzu,进样口,色谱柱,检测器,温度控制区,气相色谱主机,钢瓶,He,N,2,载气控制,数据处理,气相色谱基本流路图,隔垫吹扫出口,分流出口,载气,玻璃衬管,F,2,F,1,空气,400-600ml/min,氢气,40-60ml/min,尾吹气约,35ml/min,气相色谱基本控制参数,温度,压力（流量）,温度、压力（流量）的时间程序,载气纯度的重要性,载气不纯带来的问题：,载气中氧的存在导致固定相氧化，损坏色谱柱，改变样品的保留值。,载气中水的存在导致部分固定相或硅烷化担体发生水解，甚至损坏柱子。,气体中有机化合物或其它杂质的存在产生基线噪音和托尾现象。,气体中夹带的粒装杂质可能是气路控制系统失灵。,第二部分,载气部分,保证载气纯度的措施,保证载气纯度在,99.999%,以上。,加装载气净化装置。,10%,的钢瓶气保有量。,压力单位换算,100kPa,1bar,1kPa,1.0210,-2,kgf/cm,2,1kgf/cm,2,98.1kPa,1kPa,1.4510,-1,psi,1pasi,6.89kPa,第三部分,进样口部分,气相色谱进样方式,热进样,分流,/,无分流进,样,直接进样（全量注入）,宽口毛细柱和填充柱,冷进样,PTV,进样,冷柱头进样,进样口的结构,填充柱进样口,隔垫吹扫出口,载气,玻璃衬管,填充柱,隔垫吹扫出口,分流出口,载气,玻璃衬管,F,隔垫吹扫出口,载气,玻璃衬管,宽孔径毛细柱,WBI,进样口,分流,/,无分流进样口,进样口结构,冷柱头进样口,(OCI),PTV,进样口,隔垫吹扫出口,分流出口,载气,玻璃衬管,F,2,F,1,加热,-250/min,隔垫吹扫出口,载气,玻璃衬管,0.53mm,内径,宽孔毛细柱,分流,/,无分流进样口,分流比,=,柱流量,/,（分流流量,+,柱流量）,分流流量,柱流量,时,分流比,=,柱流量,/,分流流量,分流比的设定要依据样品浓度,（浓度越高分流比越大）,分流比的设定要依据毛细柱容量,（柱容量越低，分流比越大）,常用的分流比范围为,1:201:200,根据具体情况可用范围很宽，比如：0.1,mm,毛细柱快速分析可用1：500以上的分流比,歧视效应和热分解,热进样,(SPL, WBI),存在,歧视现象和样品热分解,冷进样,(OCI, PTV),进样是在较低温度下进行,定量精度高歧视效应和热解效应的影响小,歧视效应的产生,低沸点组分百分比偏高,进针,退针,高沸点组分残留,进样量和歧视效应的关系,进样体积越小，歧视现象越严重。,(%),0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 (,uL,),52 51 50 49 48,n-,C9,n-,C4,减少歧视效应的方法,-,样品注入方面,快速进样法,溶剂冲洗法,热针法,溶剂冲洗法,蒸溜和分溜减少,溶剂,空气,样品,空气,(%),0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 (,uL,),52 51 50 49 48,n-C4,n-C9,减少歧视效应的方法,-,冷进样,概念,样品是在冷状态,-,低于样品沸点的温度下进样,(,依据溶剂,),气化室快速升温使样品气化,PTV,进样方式,分流进样,(,高浓度样,),无分流进样,(,低浓度样,),大体积进样,LVI,(,痕量分析,),OCI,柱头进样,只适用于,0.53,内径的柱子,没有分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子），进样量一般小于,2ul,SPL-,无分流进样和,OCI,以及,PTV-,无分流进样的比较,氨基甲酸盐农药的热解现象,Splitless,-SPL,Cool-on-column,Splitless,-PTV,进样体积推荐限值,无分流进样,(SPL,PTV),2uL,高压进样,(SPL,PTV),5uL,直接进样（,全量进样）,3uL,用宽口径毛细柱,冷柱头进样（,OCI,）,2uL,LVI-PTV,进样,空衬管,10uL,衬管,+,石英棉,50uL,衬管,+,填料,1000uL,隔垫吹扫的作用,吹扫掉进样垫高温脱落的组分，一般为橡胶中的增塑剂或低聚物，减少鬼峰,吹扫溢出衬管的溶剂气体，减少溶剂拖尾,常用流量范围：,3,5,mL,/min,第四部分,色谱柱,色谱柱类型,毛细柱,柱材：熔融石英、铝,内径：,0.2mm-0.53mm,长度：,10-100m,固定相种类：,OV-1,，,PEG-20M,，,OV-17,等,固定相膜厚：,0.2-5,m,填充柱,柱材：不锈钢，玻璃,内径：,2.6-3mm,长度：,0.5-6m,填料：担体和固定液的种类,固定液的浓度,1-30%,担体有硅藻土、玻璃、石英、塑料担体（,TPA,）,等。,气相色谱的固定相,固体：,活性炭、活性铝、硅胶、分子筛等，用于无机气体及低碳烃的分析,应用比例约占10%,液体：,硅酮、聚乙二醇、聚脂等，用于液体样品及高沸点化合物分析。,应用比例占90%以上,毛细柱选择,-,固定相,相似相溶原理，选用非极性的固定相分析非极性化合物,如果化合物可以用不同极性的固定相分析，选用极性最小的固定相。,非极性固定相的使用寿命长于极性固定相。,最通用的固定相是,OV-1,和,SE-54,。,对于偶极或氢键化合物，选用含腈基或聚乙二醇的固定相。,轻烃或永久气体，选用,PLOT,柱。,应用范围最广的五种固定相，,Rtx-1,、,Rtx-5,、,Rtx-50,、,Rtx-1701,和,Rtx,-wax,可以满足,90%,以上的分析需求。,毛细柱选择,-,内径,0.25mm,口径柱具有较高的柱效， 用于标准的,GC/MS,应用和分流,/,无分流分析。,0.32mm,口径柱中等柱效，多用于无分流进样。,0.53mm,口径柱，可以替代填充柱，适合于痕量分析。,内径对毛细柱分离的影响,0.22mm x 25m,毛细柱选择,-,膜厚,标准膜厚（,0.25,0.5m,）：最广泛的应用，对于流出达到,300,的大多数样品分析效果良好。,薄液膜（,0.1,0.2m,）：适合石化分析，甘油三酯等高沸点的物质。,厚液膜（,1,5m,）：适合于流出温度在,100,200,之间的低沸点化合物。,膜厚对毛细柱分离的影响,CBP1-W25-100,膜厚,1um,CBP1-W25-500,膜厚,5um,毛细柱选择,-,柱长,标准柱（,25,30m,）：标准柱长，满足大部分应用。,短柱（,5,15m,）：通常用于,10,个组份以下简单样品的快速分析。,长柱（,50m,以上）：复杂样品分析。,几种代表性固定液的极性,名称,I Benzene,名称,I Benzene,Squalane,0,（,非极性）,PEG20M(DBWAX) 322,（,强极性）,SE3015 FFAP 340,OV101(DB1)17 PEG1000 347,SE54(DB5)33,（,弱极性）,EGA 372,DC55074 DEGS 484,OV17119,（,中极性）,TCEP 593,（,超强极性）,BCEF 690,常用毛细柱商品名及固定液对照表,固定相,J&W,SGE,RESTEK,SUPELCO,CHROMPACK,聚甲基硅氧烷,OV-1,DB-1,BP-1,Rtx-1,SPB-1,CP,Sil,5 CB,聚苯基甲基硅氧烷（,5%,苯基）,SE-52,DB-5,BP-5,Rtx-1,MXT-5,SPB-1,PTE-5,SAC-5,CP,Sil,8 CB,聚苯基甲基硅氧烷（,20%,苯基）,OV-7,Rtx-20,聚苯基甲基硅氧烷（,50%,苯基）,OV-17,DB-17,Rtx-50,SP-2250,6%,腈乙基甲基硅酮,Rtx-1301,OVI-G43,14%,腈乙基甲基硅酮,OV-1701,DB-1701,BP-10,Rtx-1701,SPB-1701,CP,Sil,19 CB,50%,三氟丙基甲基硅氧烷,OV-210,DB-210,Rtx-200,CP,Sil,43 CB,50%,腈乙苯基甲基硅酮,DB-225,Rtx-225,50%,腈乙基甲基硅酮,DB-23,聚乙二醇（硝苯二酸修饰）,FFAP,DB-FFAP,Stabilwax,-DA,Nukol,CP Wax 58 CB,FFAP-CB,聚乙二醇,PEG-20M,DB-WAX,BP-20,Stabilwax,Supecolwax-10,Carbowax,20M,CP Wax 52 CB,联苯基聚甲基硅氧烷,（,14%,联苯基）,DB-XLB,毛细柱的内径、膜厚及柱容量,一般进样量范围,1.,填充柱,气体,: 0.,550,ml,液体,: 0.,11,ml,2.,毛细柱,气体,: 0.,11,ml,液体,: 0.,0042,.0,ul,进样量毛细柱分离的影响,色谱柱的老化,为什么必须进行色谱柱老化？,新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。,一般采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度，并在高温段保持数小时。,新柱老化时，最好不要连接检测器。,每天都要进行老化吗？,视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。,第五部分,检测器,常用检测器,检测器,载气种类,测定浓度,应用,热导（,TCD,）,氦、氢、氩、氮,50ppm,以上,无机气体、,有机化合物,氢火焰离子化（,FID,）,氦、氮,数,ppm,以上,有机化合物,电子捕获（,ECD,）,氮,数,ppb,以上,有机卤素,等化合物,火焰热离子,（,FTD,）,氦、,(,氮,),数,ppb,以上,氮、磷,化合物,火焰光度,（,FPD,）,氦、氮,约,0.1ppm,硫、磷,化合物,FID,的检测原理,在氢火焰中，有机化合物燃烧产生,CHO,+,离子，该离子强度与含量成正比。,该检测器检出的是有机化合物。,无机气体及氧化物在该检测器无响应。,FID,检测器结构,CH,Oxidation,CHO,+,+,e,-,组分在氢火焰中氧化,TCD,检测原理和结构,几乎所有化合物,包括,N2,和,O2,都可用,TCD,进行检测（除载气,）,惠斯通电桥,ECD,检测原理,载气（氮气）,ECD,检测器中电离成正离子和自由电子,亲电子化合物与自由电子结合生成负离子，在检测池中移动速度比自由电子慢,生成的负离子与正离子结合,ECD,中自由电子减少（离子流减小）,自由电子减少与,亲电子化合物的浓度成正比,ECD,是高选择性、高灵敏度的检测器，用于检测微量或痕量的卤素化合物及硝基化合物。,对电负性集团有高选择性,和高灵敏度,(,如卤素,),ECD,检测器结构,N,2,N,2,+,+,e,-,PCB +,e,-,PCB,-,PCB + N,2,+,(neutral compound),ray,reverse,FTD,检测器,有机氮化合物在碱金属表面热分解成激发态氮化物,CN,*, CN,*,又从碱金属表面吸收电子，生成,CN,-,，放出电子后的碱金属生成正离子，产生的信号电流被检出。,该检测器对有机氮、磷化合物具有高灵敏度和高选择性。,FTD,检测器结构,对含,N,或,P,的化合物,具有高选择性,硫酸铷,加热到,600 -800,Rb,. + CN,Rb,* + CN,-,(,Rb,* indicates an excited,Rb,.),FPD,检测原理,S,、,P,在还原火焰中燃烧，产生特征波长的光线（,S=394nm,P=526nm),。这些光线通过滤光片，经光电倍增器放大并转化为电信号被检测。,该检测器对有机磷和有机硫化合物具有高选择性和高灵敏度。,FPD,检测器结构,S :,( S-S )* ( S-S ) +,hv,(,394 nm,),P :,(PHO)* (PHO) +,hv,(,526 nm,),对含,P,或,S,的化合物,具有高选择性,第六部分,数据分析,气相色谱分析步骤,开机：连好流路，先开载气再开电源，开辅助气,设定流量、温度、检测器参数,用默认处理参数进行样品分析,根据图谱调整分析条件，再分析样品，直至得到理想谱图,确定定量方法（内标、外标、面积归一等）,选择校正点数，编辑,ID,表（输入组分的保留时间和标样浓度）,选择校正次数（每浓度取几次均值）,选择曲线计算方式（直线、最小二乘或折线 ）,按从低浓度到高浓度的顺序，分析完所有标样，即完成曲线制作,进行未知样分析，每次分析结束，自动计算定量结果,分析完了，关机：系统降温后，关电源，关载气。,数据可靠性判断,良好的峰面积重现性，一般,CV%,在,0.5,3%,工作曲线具有良好的线性,微量注射器的残留现象（交叉污染）,峰形正常，避免拖尾峰和前沿峰,(,柱选择恰当、衬管无污染、温度及流量设定,),色谱峰分离良好,(,分离度,2.5),数据不良时的检查措施,1.,检查是否漏气,用检漏液检查各连接部位，并确认峰面积重现性,2.,检查色谱柱是否良好,长时间使用，因吸附、固定液流失、固定液分解及污染，造成柱劣化，更换新柱,3.,检查衬管是否正常,确认衬管有无破损、污染，确认石英棉的位置,4.,样品性质，是否易分解,对于不稳定的样品应注意保存温度，要避光并注意存放时间。,计算方法,峰处理参数（,WIDTH, SLOPE, DRIFT, T.DBL,等）,定性：保留指数及允许误差（时间窗，时间带）,定量：,定量方法：内标法、外标法、面积归一法等,工作曲线的制作,曲线点数：一点、两点及多点,曲线计算：线性范围、线性回归、折线、二次曲线、三次曲线,峰处理参数,-WIDTH,控制数据采集速度，,WIDTH/10,采一次数据,去除高频噪声,(,电磁干扰）,WH/2WIDTH/4,控制,S.TEST,时间，斜率测试时间为,10WIDTH,推荐值：填充柱,5,毛细柱 23,WIDTH,：,设为为最窄峰的半高宽，单位：秒,峰处理参数,-SLOPE,判断峰起点,滤除低平噪声（如蛇行等）,SLOPE,的确定：一般通过,S. TEST,进行，测定时间为,10,倍,WIDTH,的时间。,特殊情况，可根据实际需要改变该值。,SLOPE,：,10,倍,WIDTH,的所有信号的总和，用于：,SLOPE,值的手动设定,单位：,uv,/min,SLOPE,SLOPE,SLOPE,SLOPE,峰斜率，作为噪声滤除,SLOPE,峰斜率，积分不稳定，须手动设定,峰处理参数,-DRIFT,DRIFT,：,判断相邻峰的积分方式,注：,1,）设定值为,0,时，工作站将自动判断,2,）如,DRIFT,与基线至峰谷连线较接近时，积分可能不稳定，导致面积值变化较大，需加以注意。,DRIFT,值的设定,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,峰处理参数,-T.DBL,T.DBL,2,x T.DBL,4,x T.DBL,WIDTH,SLOPE,2WIDTH,SLOPE/2,4WIDTH,SLOPE/4,8WIDTH,SLOPE/8,设定值为,0,时，自动判断；,不使用时可设为,1000,。,T.DBL,设定为某值时，,SLOPE,和,WIDTH,按下图改变,T.DBL,：,峰展宽一倍所需要的时间,积分峰标记,E,：,超量程峰，这种峰的面积计算是错误的,S,：,拖尾峰（溶剂峰常同时出现,S,、,E,两个标记）,T,：,尾上峰，作过拖尾处理的峰,V,：,与前邻峰垂直分割,L,：,前沿峰,标记：,定性参数,保留时间允许误差：,时间窗,(%)-,相对允差,设定简单，但所测组分保留时间跨度大时，不易设定,时间带,-,绝对允差,设定较繁，需逐个组分设定,绝对保留值、相对保留值、多参考保留值,定量方法,面积归一化法,校正面积归一化法,外标法,内标法,定量方法简介一,1,、面积百分率法（面积归一）,各组分浓度以面积百分率表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。,2,、校正面积百分率法（校正面积归一）,用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。,这两种方法应用的必须条件是：,样品中所有组分都出峰,所有峰面积计算必须准确,定量方法简介二,3,、外标法,该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。,4,、内标法,在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。,该方法减小了进样误差对定量结果的影响。,面积归一化法,公式：,优点：,1,）无需做校正、简便、快速,2,）进样量不严格要求,缺点：,1,）所有组分都流出且被检测到,2,）所有组分的检测灵敏度都相同,校正面积归一化法,公式：,式中：,Fi,为校正因子，,Fi,浓度（含量）,/,面积,优点：,进样量要求不严格,缺点：,1,）所有组分都流出且被检测到,2,）所有组分都需作校正,外标法,公式：,优点：,1,）不需所有峰都流出或被检测到,2,）只对所测组分作校正,缺点：,1,）进样量必须准确,2,）仪器必须有良好的稳定性,内标法,公式：,优点：,1,）进样量不严格要求,2,）只对所测组分作校正,缺点：,1,）必须在样品中加一内标组分,2,）操作较为繁琐,3,）选择内标物困难,定量参数（制备工作曲线）,校正级别（,曲线计算方法,）,单点校正（,liner),两点校正（,liner),多点校正,线性回归,点到点连线（折线）,二次曲线,三次曲线,单点校正,对每一组分仅做一个浓度的标样,标样浓度应尽可能接近实际样品中各组分的浓度,单点校正曲线通过原点,多点校正,对每一组分至少作三个不同浓度水平的校正,标样浓度范围应包含实际样品中各组分的浓度,多级校正有几种方式,当,组分响应值随浓度变化不呈线性变化时，使用多线性校正（折线校正）或二次曲线、三次曲线,组分响应值随浓度变化呈线性变化时，使用最小二乘法，进行线性回归校正,