色谱分析-气相色谱.

2011年3月8日zfBZmedical气相色谱法气相色谱原理1气相色谱仪2填充柱气相色谱3毛细管柱气相色谱4顶空气相色谱5BZmedical气相色谱原理气相色谱法：以气体为流动相的柱色谱分离技术气相的分类：按固定相分气-固色谱气-液色谱按分离原理分吸附色谱分配色谱按柱子粗细分填充柱色谱毛细管柱色谱BZmedical气相色谱分离的原理气固色谱、气液色谱气——固色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分在吸附剂表面进行吸附，解吸附，再吸附，再解吸附……这样反复的过程不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。气——液色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分在固定液中进行溶解，挥发，再溶解，再挥发……的过程，使不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。BZmedical气相色谱常用术语和参数1.色谱图进样后检测仪器记录下来的检测器响应信号随时间或载气流出体积分布的曲线图。2.前伸峰(leadingpeak)前沿平缓后部陡起的不对称色谱峰3.脱尾峰(tailingpeak)前沿陡起后部平缓的不对称色谱峰BZmedical4.畸峰(distortedpeak)形状不对称的色谱峰。5.反峰(negativepeak)峰形与通常相反的色谱峰，也称倒峰、负峰。6.假峰(ghostpeak)除组分正常产生的色谱峰外，由于其它原因产生的吸收峰7.净保留体积(netretentionvolume)用压力梯度校正因子修正后的组分调整保留体积，VNBZmedical8.比保留体积(specificretentionvolume)组分在每g固定液校正到273.15K时的净保留体积，Vg9.相比率(phaseratio)气相与吸附剂或固定液体积之比β=VG/VS，VG/VL10.分配系数(partitionration)11.容量因子(capacityfactor)BZmedical12.相对保留值relativeretentionvalue相同操作条件下，组分与参比物质的调整保留值之比ri,s13.柱外效应extra-columneffect进样室到监测器之间的部分气路部分，由于进样方式、柱后扩散等因素对柱效能产生的影响。14.反吹backflushing一些组分被洗脱后，将载气反向通过色谱柱，使其他组分向相反方向移动的操作作用：节省时间，防止污染下一根色谱柱。BZmedical15.老化conditioning色谱柱在高于使用柱温下通载气进行处理的过程16.柱流失columnbleeding固定液随载气流出柱外的现象17.填充柱packedcolumn18.微填充柱micro-packedcolumn19.毛细管柱capillarycolumnBZmedical气相色谱仪构造BZmedical气相色谱仪构造主要包括载气系统进样系统分离系统检测系统记录系统温控系统载气→减压→净化→稳压→→色谱柱→检测器→记录仪进样(六通阀)气化汽BZmedical气相色谱仪部件气路系统电路系统BZmedical载气系统载气携带试样通过色谱柱辅助气提供监测器燃烧或吹扫用进样系统引入试样，主要是样品气化，部分气相色谱仪还有裂解装置，顶空进样装置等。一、气路系统------载气(辅助气体)及其所流经的部件BZmedical减压阀净化器稳压阀稳流阀流量计压力表六通阀气化器色谱柱和检测器气路系统仪器外BZmedical1.载气不干扰分析(辅助气体)常用：N2、H2、He辅助气体：Air，O2和H2高压钢瓶：气瓶氮气氦气氢气氧气二氧化碳空气颜色黑色棕色深绿色天蓝色黑色红色标字字色黄色白红黑白白BZmedical2.减压阀作用：将钢瓶流出的高压气体降低到所需压力最高进口压力：15MPa出口压力：0.6MPa注：不同气体需不同减压阀•氧气严禁接触油脂BZmedical3.净化器除去载气和辅助气体中干扰色谱分析的气态、液态和固态物质吸附法硅胶(水)、分子筛(微量水和CO2)、活性炭特殊净化手段---BZmedical4.稳压阀。调节气体流速和稳定流程中的气体压力5.稳流阀。程序控温色谱仪6.流量计转子流量计7.压力计指示柱前压力，柱前后压力，计算载气的平均速度，反映柱填料松紧程度，是否发生堵塞和漏气BZmedical8.六通阀9.气化器进样方便、热容大、无催化效应、无死角10.色谱柱分离效能与固定相的性质、柱填料制备技术、柱管材料、柱管的尺寸和形状、操作条件11.检测器反映流出物组成和浓度变化的装置样品与载气之间的物化差异BZmedical二、电路系统电源部件温度控制器精确控制气路系统中的气化器、柱室、检测器热导控制器微电流放大器记录设备其他BZmedical填充柱气相色谱分析单元1.气路系统管路密闭，连续运行常用载气：氢气、氦气、氮气等恒温色谱：单柱单气路程序升温：双柱双气路，补充固定液流失2.进样系统把样品快速、定量的加到色谱柱头气化室：将样品溶液或固体瞬间气化，常用玻璃插入管进样；六通阀BZmedicalBZmedical填充柱气相色谱3.色谱柱气固色谱：固定相为吸附剂颗粒气液色谱：固定液涂渍在惰性载体2-4mm，1-10m不锈钢，铜镀镍玻璃柱，聚四氟乙烯4.检测器稳定性好，灵敏度高，响应快，应用范围广BZmedical填充柱气相色谱显示记录单元1.温度控制系统气化室•样品气化而不分解•升温：–柱效能和峰形–保留时间、峰面积、峰形•温度比柱箱高10-50℃色谱柱•柱箱，空气夹层保温炉堂检测器BZmedical毛细管柱气相色谱毛细管柱气相色谱法Capillarycolumngaschromatography是利用毛细管柱作为气相色谱柱的一种高效、快速、高灵敏的分离分析方法。1957年，戈雷内壁涂渍一层极薄而均匀的固定液膜的毛细管中空，开管柱优点：相比大，渗透性好，分析速度快，总柱效高BZmedical1.毛细管色谱柱不锈钢，玻璃。熔融石英：化学惰性、热稳定性、机械强度好、具有弹性壁涂空心柱WCOT固定液直接涂在毛细管内壁多孔层空心柱PLOT管壁涂一层多孔性吸附剂固体微粒载体涂渍空心柱SCOT多孔颗粒和固定液BZmedical化学键合相毛细管柱固定相化学方法键合到硅胶表面或毛细管内壁热稳定性交联毛细管柱交联引发剂将固定相交联到毛细管管壁耐高温、抗溶剂抽提、液膜稳定、柱效高、柱寿命长等BZmedical毛细管柱与一般填充柱性能比较1.气源和流量控制系统流量小(几毫升/分钟)分流进样尾吹装置(减小死体积和柱尾端效应，配高灵敏度D)2.进样系统分流/不分流进样保留间隙进样程序升温进样BZmedical3.色谱柱柱箱柱接头4.检测系统最常用FID微型TCD、ECD、FPD、NPD5.记录和数据处理系统出峰时间短(1s)，响应速度快BZmedical1.分流进样进样时有吹扫气，气化样品大部分经分流管放空，只小部分被载气带入色谱柱样品扩展小，避免初始谱带扩展样品中各组分等比例分流，定量结果可靠用于浓度高的样品缺点:沸程宽，浓度差别大，微量成分毛细管柱气相色谱进样系统BZmedical2.不分流进样进样时不进行吹扫，大部分样品进入色谱柱后才打开分流阀，进行吹扫进样时间长30-90s，初始谱带展宽冷阱---组分被冷却捕集在柱头或保护柱，溶剂被吹出，冷阱迅速升温，短时间将溶质赶入色谱柱。溶剂效应----进样时关闭分流阀，低温下溶剂冷凝在柱头，对溶质其捕集作用，而后升温。定量精度和准确度好毛细管柱气相色谱进样系统BZmedical3.直接进样气化室没分流系统色谱柱与大口径毛细管柱直接相连载气采用10-25ml/min的高速定量精度和准确度好痕量分析毛细管柱气相色谱进样系统BZmedical4.冷柱头进样适用于大口径毛细管柱，预处理柱，进样部分温度很低，样品在冷的柱壁形成液膜，组分气化分析高沸点、热不稳定样品程序升温毛细管柱气相色谱进样系统BZmedical分流进样：质量分数0.001%-10%，沸程范围69-330℃不分流进样和直接进样：质量分数小于0.01%，沸程接近174-412℃冷柱头进样：热稳定性差，化学稳定性差，沸点较高顶空进样：气态进样血中毒物，酒及饮料中的挥发性物质，食品添加剂，植物中的芳香成分，聚合物中的挥发性成分BZmedical色谱柱色谱柱chromatographiccolumn填充柱和毛细管柱1.填充柱一般填充柱、微填充柱和填充毛细管柱缺点：渗透性较差、传质阻力较大，柱子不能过长(一般小于4m)制备色谱用BZmedical2.微填充柱micro-packedcolumn柱管内经1mm填料粒径与柱管内经的比值均匀性较好，柱效较高对试样负荷量小，需采用较灵敏的DBZmedical3.填充毛细管柱多孔性填料装入玻璃管拉制成内经为0.25-0.5mm的柱子碳分子筛、活性氧化铝、涂有固定液的硅藻土优点：填充密度小、柱效高和分析速度快BZmedical4.毛细管柱开口管柱、空心毛细管柱、戈雷柱内经0.1-0.5mm固定液均匀键合于内壁渗透性大、传质阻力小采用几十米、达百米以上分离效能高、分析速度快、样品用量少BZmedical预柱Pre-column前柱预分离或预处理化学反应柱参比柱referencecolumn双流路色谱仪两根相同的色谱柱自动补偿由于温度波动、流速变化、固定液流失或其他因素引起的噪声BZmedical复合柱combinedcolumn含多种固定相的色谱柱减尾剂：表面活性剂、酸、碱目数：每厘米(英寸)上的筛孔的数目BZmedical色谱固定相多为硅胶等吸附剂、高分子多孔小球、化学键合固定相。具有耐高温的特点，用于分析永久性气体，高沸点或强极性物质1.吸附剂基本特点受预处理影响大，操作条件和环境改变其吸附性能吸附等温线一般为非线性，要求进样量小高温下有催化活性固体固定相BZmedical1)硅胶强极性，分子通式，mSiO2·nH2O粗孔硅胶分析范围：C1-C4气体烃，N2O，SO2，H2S，SF6，CF2Cl2预处理：1：1盐酸浸泡2小时水洗至无SO42-和Cl-离子于200-500℃活化2h于干燥器中备用BZmedical2)碳素活性碳activecarbon比表面积300-800m2/g分析永久性气体和C1-C2烃类峰形拖尾严重和分离效果不理想，应用受限预处理•苯冲洗3次•空气吹干，450℃活化2h，在水蒸气中降温至150℃，再用空气吹干•用苯冲洗再生BZmedical石墨化碳黑(graphitecarbon)晶形碳比表面积100m2/g分析：H2S，SO2，痕量C1-C10醇类，低级脂肪酸、酚、胺类分析酸性物质用磷酸处理，碱性物质用碳酸钠BZmedical3)氧化铝γ型氧化铝中等极性预处理450-1350℃活化，降温后储于干燥器分析：C1-C4气体烃用氢氧化钠和金属盐改性的氧化铝，在250℃分析C15-C23的碳氢化合物BZmedical4)分子筛人工合成的泡沸石Na型的4A与13X分子筛Ca型的5A与10X分子筛4A，5A分子筛的平均孔径分离机理：吸附预处理：550℃活化2h，严密的储于干燥器内对含水量要求较高CO2不可逆吸附BZmedical2.高分子多孔小球材料：苯乙烯等的交联共聚体特性单体及交联剂制备性能不同的小球机械强度好，不易破碎疏水性，快速测定样品中的微量水耐腐蚀性•分析氨、氯气、氯化氢•睛、卤代烷、烃•醇、醛、酮、酸、酯BZmedical3.化学键合固定相Si-O-Si-C有机氯(氧)硅烷与硅醇基有机氯硅烷、有机烷氧基硅烷反应，在气相和液相广泛使用Si-O-C羟基与醇类的脂化反应易水解、热稳性差BZmedicalSi-N-C硅醇