气相色谱法及其应用.ppt

气相色谱法及其应用 指导教师 赵建军 主要内容 气相色谱法的基本理论 气相色谱仪的构造及各部分功能 气相色谱分析方法及其应用 色谱法引论 色谱法 名称的由来 石油醚 流动相 碳酸钙 固定相 色谱带 是利用混合物不同组分在固定相和流动相中分配系数 或吸附系数 渗透性等 的差异 使不同组分在作相对运动的两相中进行反复分配 实现分离的分析方法 色谱法 色谱法的分类 根据流动相的物态可分为 气相色谱 GC 液相色谱 LC 超临界流体色谱 SFC 根据分离机理可分为 吸附色谱分配色谱离子交换色谱排阻色谱 第一部分 气相色谱基本理论 一 简介 气相色谱法 GC 是英国生物化学家MartinATP等人在研究液液分配色谱的基础上 于1952年创立的一种极有效的分离方法它可分析和分离复杂的多组分混合物 目前由于使用了高效能的色谱柱 高灵敏度的检测器及微处理机 使得气相色谱法成为一种分析速度快 灵敏度高 应用范围广的分析方法 如气相色谱与质谱 GC MS 联用 气相色谱与Fourier红外光谱 GC FTIR 联用 气相色谱与原子发射光谱 GC AES 联用等 二 分类 气相色谱法可分为气固色谱 GSC 和气液色谱 GLC GSC是用多孔性固体为固定相 分离的对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物 GLC的固定相是用高沸点的有机物涂渍在惰性载体上 由于可供选择的固定液种类多 故选择性较好 应用亦广泛 三 气相色谱分离原理 当载气携带样品进入色谱柱时 基于不同组分在两相间的溶解或吸附能力不同 分配系数不同 当两相作相对运动时 试样中各组分就在两相中进行反复多次的分配 使得原来分配系数只有微小差异的各组分产生很大的分离效果 从而各组分彼此得以分离开来 四 分离分析中的应用 气体 易挥发的物质及可转化为易挥发化合物的液体或固体物质 适用对象 1 适用对象 2 应用领域 1 石油化工分析原油分析 炼厂气分析 油品分析 油品添加剂分析等 2 环境分析大气污染分析 饮用水分析 水资源分析 土壤分析等 3 食品分析农药残留分析 香精香料分析 食品添加剂分析等4 药物和临床分析血液中乙醇 麻醉剂及氨基酸的分析 某些挥发性药品的分析 第二部分气相色谱仪系统及功能 GC工作过程示意图 载气系统 进样系统 分离系统 检测和记录系统 温控系统 一 载气系统 常用载气 氮气 氦气 氢气及氩气 气源净化干燥管载气流速控制装置 载气系统 二 进样系统 温度比柱温高出10 50 取样位置试样导入色谱柱 六通阀进样器 三 分离系统 色谱柱 分离系统由色谱柱组成 它是色谱仪的核心部件 其作用是分离样品 色谱柱主要有两类 填充柱和毛细管柱 1 毛细管柱毛细管柱又叫空心柱 分为涂壁 多孔层和涂载体空心柱 涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0 05 0 5mm的毛细管内壁而成 毛细管材料可以是不锈钢 玻璃或石英 毛细管色谱柱渗透性好 传质阻力小 而柱子可以做到长几十米 与填充往相比 其分离效率高 理论塔板数可达106 分析速度块 样品用量小 但柱容量低 要求检测器的灵敏度高 并且制备较难 2 填充柱填充柱由不锈钢或玻璃材料制成 内装固定相 一般内径为1 10mm 长0 5 10m 填充柱的形状有U型和螺旋型二种 固定液的选择原则 相似相溶 a 非极性物质 非极性固定液 沸点越低的组分越早出峰 b 极性物质 极性固定液 极性越小的组分出越早出峰 c 极性与非极性混合物 极性固定液 极性越小的组分出越早出峰 d 易形成氢键物质 极性或氢键型固定液 不易形成氢键的组分先出峰 易形成氢键的组分后出峰 e 复杂难分离样品 多种固定液混合 常用毛细管色谱柱固定液 四 控温系统 在气相色谱测定中 温度是重要的指标 它直接影响色谱柱的选择分离 检测器的灵敏度和稳定性 控制温度主要指对色谱柱 气化室 检测器三处的温度控制 色谱柱的温度控制方式有 恒温和程序升温程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化 以达到用最短时间获得最佳分离的目的 对于沸点范围很宽的混合物 往往采用程序升温法进行分析 程序升温50 250 8 min 恒温150 正构烷烃恒温和程序升温色谱图比较 程序升温不仅可以改善分离 而且可以缩短分析时间 五 检测系统 气相色谱检测器是把载气里被分离的各组分的浓度或质量转换成电信号的装置 目前检测器的种类多达数十种 根据检测原理的不同 可将其分为浓度型检测器和质量型检测器两种 l 浓度型检测器测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化 即检测器的响应值和组分的浓度成正比 如热导检测器和电子捕获检测器 2 质量型检测器测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化 即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的量成正比 如火焰离子化检测器和火焰光度检测器等 1 热导池检测器 TCD 利用载气与组分热导系数的差异进行测量 影响热导检测器灵敏度的因素 载气种类 热丝工作电流 热丝与池体温度差 适用范围测量对象 通用色谱柱 填充柱 2 氢火焰离子化检测器 FID 火焰离子化机理 火焰离子化检测器是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源 利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子 在外加的电场作用下 使离子形成离子流 根据离子流产生的电信号强度进行 被色谱柱分离出的 组分的检测 适用范围含碳有机化合物 影响检测灵敏度的因素氢氮比 空气流量 极化电压 3 电子捕获检测器 ECD 电子捕获机理 适用范围卤素及亲电子物质 其主要缺点是不能检测永久性气体 水 一氧化碳 二氧化碳 氮的氧化物 硫化氢等物质 饮用水中三卤甲烷色谱图 水 氯 氯仿 二氯溴甲烷 二溴氯甲烷 溴仿 4 火焰光度检测器 FPD 响应机理 适用范围含硫 磷化合物 含磷化合物 含硫化合物 5 质谱检测器 电子轰击化学电离场致电离激光 均属于离子源 基线 是柱中仅有流动相通过时 检测器响应讯号的记录值 稳定的基线应该是一条水平直线 峰高 色谱峰顶点与基线之间的垂直距离 以h表示 峰宽 色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距 以W表示 半峰宽 峰高一半时峰的宽度 以W1 2表示 一 色谱图 第三部分气相色谱分析方法及应用 二 保留值 定性分析依据 1 死时间t0 流动相平均线速度 柱长 2 保留时间tr 3 校正 调整 保留时间 4 死体积V0 5 保留体积Vr 6 校正 调整 保留体积 三 峰高与峰面积 定量分析的依据 四 区域宽度 柱效 峰底宽度W半峰宽W1 2标准偏差 五 分离度 定义 tr2 tr1 组分2和组分1的保留时间 W2 W1 组分2和组分1的峰底宽度 R 1 5完全分离 六 色谱流出曲线上的信息 1 根据色谱峰的个数 可判断样品所含的最少组份数 2 根据色谱峰的保留值 可以进行定性分析 3 根据色谱峰的面积或峰高 可以进行定量分析4 色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱分离效能的依据5 色谱峰两峰间的距离 是评价固定相 或流动相 选择是否合适的依据 七 气相色谱定性与定量分析方法 一 定性分析 用已知纯物质对照定性 保留值定性峰高增加法定性 二 定量分析任何一种物质 在色谱分析的过程中 其峰高或峰面积与其存在的的浓度或含量是成正比的 以相同的色谱条件测定已知浓度 或含量 的样品和未知浓度 或含量 的样品 通过峰面积或峰高即可方便的计算出未知样品的浓度 含量 常用的几种定量分析方法 试样中所有组分均须出峰 要求 操作条件如进样量 载气流速等变化时对结果的影响较小 优点 1 归一化法如果试样中所有组分均能流出色谱柱并显示色谱峰 则可用此法计算组分含量 设试样中共有n个组分 各组分的量分别为m1 m2 mn 则i种组分的百分含量为 2 外标法 校准曲线法 以一个标准物质的系列浓度来求未知样品的浓度 不使用校正因子 需准确控制进样量 载气流速等操作条件 适合测定大批量样品 3 内标法 对内标物的要求 a 试样中不含有该物质 b 与被测组分性质比较接近 c 不与试样发生化学反应 d 出峰位置应位于被测组分附近 且无组分峰影响 准确度高 优点 岛津GC 2014型 再见