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气相色谱仪主讲人：冯婷主要内容一、基本原理二、基本概念三、基本结构四、仪器操作使用一、气相色谱仪基本原理气相色谱分析是基于被测组分在两相之间的分配，这两相中一个是表面积很大的固定相，另一个是载送被测组分前进的流动相气体，由于样品中不同物质在两相中具有不同分配系数，当两相作相对运动时，这些物质随流动相运动，并在两相中进行反复多次的分配，使那些分配系数只有微小差异的物质，在移动速度上产生了很大的差别，从而达到相互分离，然后再定性和定量。气相色谱仪就是实现此分析过程的装置。A+BBA+BAABABBA色谱柱检测器记录器图色谱分离过程示意图二、气相色谱仪基本概念气相色谱仪：以气体作流动相的色谱仪分析对象：气体、液体和沸点不太高的固体样品功能：将混合物分离为单一组分，并对其进行定性、定量的分析.三、气相色谱仪基本结构六大组成部分气路系统进样系统分离系统检测系统数据采集及处理系统辅助系统§3-1气路系统作用：为仪器提供纯净、稳定的载气和检测器所需的辅助气。载气：携带分析试样通过色谱柱，提供其在柱内运行的动力。辅助气：提供检测器燃烧或吹扫用。要求：连续而密闭常用的载气有氮气和氢气，也有用氦气、氩气和空气。载气的净化需经过装有活性炭和分子筛的过滤器，以除去载气中的水、有机物等不利杂质。气相色谱仪流路示意图气源a.气瓶：使用时应注意要在指定部门购买，气瓶不要放在房间内，远离明火、忌日晒、高温，要用铜或镀铜的扳手，氢气瓶用反扣螺母，注意密封。b.气体发生器（H2、N2）：在仪器工作时，一定要经常观察一些现象，例如：数字显示、输出压力表、液位、硅胶变色情况等。注意纯度，别返碱液，损坏仪器c.空气泵：要求无油，如果出口压力不稳，可加一稳压阀。气路控制系统a.双级减压阀：减压/稳压，使仪器入口压力稳定b.稳压阀/稳流阀：保证载气压力、流量稳定c.压力表：指示柱前压d.针阀：调节H2、Air流量大小；外圈调开关，里圈调流量大小，顺时针减小，逆时针增加黑色：（Air，Air2）450ml/min红色：（H2、补充气）60ml/min兰色：（Air1）130ml/min银色：开关阀e.小过滤器：进一步去除载气中杂质，60-80目颗粒f.脱氧过滤器：ECD专用，脱掉载气中O2、少量H2O过滤器寿命：40升气瓶，4瓶过滤器的老化条件：接法：过滤器出口接入载气N2，入口放空；温度：275℃时间：约4小时流量：30~60ml/min气密性检查一般检查载气流路。打开色谱柱箱，把色谱柱从检测器上拆下，将柱口堵死，然后开启载气，调节钢瓶输出压力为0.4MPa，打开主机面板上的载气旋钮，调节至0.3MPa以上，待稳定数分钟后关闭载气旋钮。半小时内其柱前压指示值不应下降超过半小格（0.01MPa）。如果超过视为气路有漏，则用肥皂水（最好是十二烷基苯磺酸钠溶液）逐个接头进行检漏。（试过后尽快将肥皂水擦干）§3-2进样系统作用：将样品送入仪器，并使之气化。包括进样口和汽化室两部分。常用的进样器有注射器和六通阀。汽化室是将液体样品瞬间气化为蒸汽的装置，要求气化室热容量大，温度要足够高，而且无催化效应，才能保证样品在瞬间汽化，且不分解，并迅速进入柱头使谱带扩散尽量减少。玻璃衬管/插件提供一个温度均匀的汽化室，防止局部过热。被污染时出现：峰形变坏，重复性差，鬼峰隔垫作用：保持色谱系统处于密封状态,防止空气进入系统.隔垫的寿命取决于进样的频率、针的质量和隔垫的成分，毛刺、锐边或粗糙的表面会降低隔垫的寿命。当有隔垫的碎屑被进样针打入样品瓶或进样口就会造成隔垫的污染。隔垫漏气的征兆包括保留时间增长、响应值降低、柱头压力减小并伴随检测器信号噪音加大。隔垫被污染的征兆是“鬼峰”的出现。分流/不分流进样分流：把进入注样器中的样品大部分分到仪器外面，只有小部分流经色谱柱。作用：减小柱负荷，减小柱污染。分流比＝（柱流量＋分流流量）/柱流量分流比越大出峰越小，峰之间的分离度明显改善，柱污染小，但含量低的组分会不出峰。隔垫吹扫：带走隔垫放出的挥发性气体，注样器反冲的蒸汽品，防止隔垫对样品的吸附以消除假峰或溶剂峰的拖尾。补充气：增加柱出口到检测器的载气速度，以减小这段死体积的影响，使仪器的灵敏度与峰形有所改善。补充气越大，样品进入检测器速度加快，峰变尖锐，灵敏度提高，但点火困难。不分流进样所谓不分流进样是当进样时把分流阀关闭，样品在气化室中蒸发成蒸气，并被载气送入毛细管柱。不分流进样系统与分流进样系统不同之处在于分流管和分流阀之间有一个缓冲空间。在进样时分流电磁阀关闭，但注射隔膜吹洗气（~2mL/min)一直保持，经过一段时间（30~90s），大部分溶剂和溶质蒸气进入色谱柱，电磁阀打开。气化室中剩余的溶剂和溶质通过分流阀吹走。载气+样品毛细管柱放空缓冲室六通阀进样技术由于气体的含量和气压直接有关，为保证每次进样的重复性，取样后要使定量管的压力与大气压平衡，依据经验一般在取样后平衡20~30秒即可，也可观察出口管不再冒气泡。切勿带压进样！§3-3分离系统主要指色谱柱，是色谱仪的核心部件。作用：将混合物分离成单一组分。常用色谱柱类型：填充柱（玻璃Φ6、不锈钢柱管Φ3）熔融石英毛细管柱（长度m×内径mm×膜厚μm）柱箱温度设定方式：恒温（窄沸程简单样品）程序升温（宽沸程多组分混合物）初温（保持）—升温速率—终温（保持）色谱柱的安装填充柱的安装安装时色谱柱一定要插到底，注意方向，有标志的一端接注样器，并用填充柱柱螺母和石墨压环密封好，保证不漏气。毛细管柱的安装在注样器一端要插入5.7cm，在检测器一端插入11.5cm，并用毛细管柱螺母和毛细管石墨压环密封好，保证不漏气，不堵死。色谱柱的老化在高于使用柱温下通载气进行处理，保持4～8时，使其性能稳定。毛细管柱推荐使用程序升温。须老化的色谱柱：新柱出现峰形变化，基线不稳定，出现异常鼓包等现象长时间未使用色谱柱标牌内容固定相名称、长度、内径、老化温度、最高使用温度色谱柱的保存将进样垫将毛细柱的两端封住，放入原包装内。选购毛细柱时的四个基本参数固定液非极性：SE30*，OV101、SE54*中极性：OV17，XE60*，OV1701*极性：PEG20M*，FFAP*，DEGS*柱内径（mm）0.2—0.25柱效高、负荷量低、流失小0.3—0.35负荷量大于毛细口径诸60%，柱效低0.53—0.6大口径毛细柱，负荷量近似填充柱，总柱效远远超过填充柱，分析速度快柱长（m）短柱10—15米分离少于10个组份的样品中长柱20—30米分离10—15个组份的样品长柱50米以上分离50个组份以上的样品液膜厚度（μm）薄液膜0.1—0.2μm低负荷量、高沸点化合物标准液膜0.25—0.33μm一般标准毛细柱分析厚液膜0.5—1μm符合量较大，低沸点样品特厚液膜1—5μm取代填充柱，分析沸点200℃以下复杂样品§3-4检测系统作用：对柱后已分离组分进行检测，将组分的浓度或质量用电信号的形式输出。要求：通用性强，响应线性范围宽，稳定性好，响应时间快。常用检测器：热导检测器TCD氢火焰离子化检测器FID火焰光度检测器FPD热离子氮磷检测器TSD（NPD）电子捕获检测器ECD检测器分类：根据特性：浓度型：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变化成正比。如：TCD、ECD质量型：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：FID、FPD根据功能：通用型：TCD、FID专用型：ECD、FPD、TSD基本概念基流：只有纯载气通过检测器时检测器的响应信号。主要由电器和载气中的杂质引起。（baseline）漂移：基流朝一定方向缓慢变化，通常用单位时间内的基流变化的数值表示。噪声：由于各种原因所引起的检测器信号的起伏。检测器性能评价指标灵敏度（或响应值）S单位量的物质通过检测器时产生的响应信号的大小在一定范围内，信号E与进入检测器的物质质量m呈线性关系：E=SmS=E/m单位：mV/（mg/cm3）（浓度型检测器）mV/（mg/s）（质量型检测器）S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越高。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱峰面积（A）除以试样质量求得：S=A/m检测限（敏感度）D检测器恰能产生二倍于噪音（2RN）时的单位时间（s）引入检测器的样品量（g）或单位体积（cm3）载气中需含的样品量。浓度型检测器：Dc=2RN/ScDc的物理意义指每毫升载气中含有恰好能产生二倍于噪声信号的溶质毫克数。质量型检测器：Dm=2RN/SmDm的物理意义指每秒通过的溶质克数，恰好能产生二倍于噪声的信号（2RN）。最小检测量噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。检测器响应值为2倍噪声水平时的试样浓度（或质量），被定义为该物质的最小检测量。信噪比：信号强度和噪声强度之比。衡量整个测量系统质量好坏的主要指标。线性范围检测器在线性工作时，被测物质的最大浓度（或质量）与最低浓度（或质量）之比。响应时间进入检测器的某一组分的输出信号达到其值的63%所需的时间。一般小于1s。§3-4-1热导检测器（TCD）特点结构工作原理影响TCD响应值的因素操作条件的选择操作使用操作注意事项故障判断TCD特点浓度型：响应值与载气中样品浓度成正比通用性：几乎对所有物质都有响应线形范围：105带有热丝保护电路：（H2或He载气时）无载气；漏气；信号过大超过4分钟；恒热丝平均温度供电，热丝温度可调信号输出可调：0.05mV；0.5mV；5mV结构池体形状：六方形材料：不锈钢气流方式：直通式池体积：140μl敏感元件热丝：铼钨丝，抗氧化能力强，寿命长，＜200℃很安全，＞400℃时性能损坏气路双气路，参考、测量臂不固定，需两根色谱柱TCD原理原理:根据不同的物质具有不同的热导系数原理制成的。工作原理：当只有载气通过敏感元件时，保持热平衡状态，桥路平衡；载气携带样品进入检测室，热导率发生变化，热平衡被破坏，电桥不平横，有信号输出，信号经放大器放大后由数据处理记录。R1=R2=R3=R4=32Ω敏感元件：铼钨丝R1*R3=R2*R4金属受热后，阻值发生变化ER1R4R2R3mA影响TCD响应值的因素1、几何因子：设计时一定；2、电性因子：设计时一定，电流可调，对响应值影响大，但太大时，噪声大、不稳定、缩短寿命.3、热导因子：λ载气－λ样品--------差值越大越好λ载气＞λ样品------信号大λ载气=λ样品-------无信号λ载气≈λ样品------低，出怪峰λ载气＜λ样品------出反峰m-----样品量大，峰变高操作条件的影响桥电流桥电流增加，使钨丝温度提高，钨丝和热导池体的温差加大，气体就容易将热量传出去，灵敏度就提高。响应值与工作电流的三次方成正比。增大电流有利于提高灵敏度，但电流太大会影响钨丝寿命。一般桥电流控制在100～200mA左右（N2作载气时为100～150mAH2作载气时150～200mA为宜）。池体温度池体温度降低，可使池体和钨丝温差加大，有利于提高灵敏度。但池体温度过低，被测试样会冷凝在检测器中。池体温度一般不应低于柱温。操作使用装柱：Ф3、Ф6的安装，注意新柱一定要老化，柱子老化时，通气升温烘烤，出口放空，不许接检测器；通气检漏：保证不漏气；测流量：30ml/min（Ф3柱），双路平衡；开机：1建立色谱配置表：a.温度极限；b.检查准情况；c.硬件开关打开；d.TCDCARRYGASHE？2建立方法：a.柱温；b.注样器温度；c.检测器温度；d.衰减；e.量程；f.是否自动调零；g.热丝温度；h.正极性输出；I.时间程序；3TCD温度升到后，打开柱温，给定热丝温度；稳定1～2小时按下STATUSDETECTOR观察基流调节池平衡：TCDABASELINExxMVA/Z（ATTEN、RANG）进样分析操作注意事项开机时，先通气，后通电，到温后再加桥流关机时先