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第一章气相色谱一、气相色谱的基本原理利用试样中各组份在气相和固定液液相间的分配系数不同，当汽化后的样品被载气带入色谱柱中运行时，组份就在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同，因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，按顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流讯号经放大后，在记录器上描绘出各组份的色谱峰。二、气相色谱仪的组成结构及作用（简答）1、载气系统：包括气源、气体净化、气体流速控制，提供稳定流量/压力的高纯载气。2、进样系统：包括注射器和进样口（隔垫、衬管），样品被注射器注入衬管后（液体样品将瞬间汽化），被载气带入色谱柱，分流功能也在进样口实现。3、色谱柱和柱温箱：在恒温或程序升温控制下，样品中各组分在色谱柱上实现分离4、检测系统：获得与各组分含量呈比例的信号。5、记录系统：包括放大器及记录仪，或数据处理装置及工作站，记录检测器获得的信号，得到色谱图，并可以对色谱峰进行积分等处理。色谱三温（填空）1、汽化室温度：高于沸点。2、色谱柱温度：低于沸点。提高柱温可减小气相、液相传质阻力，改善色谱柱分离效果；但又可使分子扩散加剧，影响柱效；并且温度较低，则会使分析时间延长。3、检测器温度：应选择高于色谱柱温，可避免组分在检测器端冷凝或产生其他问题。检测器类型（填空，列举几种检测器）检测器载气测定浓度应用热导检测器（TCD）氦、氢、氩、氮50ppm以上无机气体、有机化合物氢火焰离子化检测器（FID）氦、氮数ppm以上有机化合物电子捕获检测器（ECD）氮数ppb以上有机卤素等化合物火焰热离子检测器（FTD）氦、(氮)数ppb以上氮、磷化合物火焰光度检测器（FPD）氦、氮约0.1ppm硫、磷化合物氮磷检测器（N/P）氮、磷化合物质谱检测器（MS）1、浓度型检测器：测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测信号值与组分的浓度成正比。热导检测器；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，即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。FID；3、广普型检测器：对所有物质有响应，热导检测器；4、专属型检测器：对特定物质有高灵敏响应，电子俘获检测器。几种气体装在钢瓶中的颜色：氮气-黑色；氢气-绿色；氧气-蓝色；氨气-黄色（填空）氢火焰离子化检测器（FID）原理在外加电场作用下，氢气在空气中燃烧，形成微弱的离子流。当载气带着有机物样品进入氢火焰时，有机物与O2进行化学电离反应，所产生的正离子被外加电场的负极收集，电子被正极捕获，形成微弱的电流信号，经放大器放大，由记录仪绘出色谱峰。质谱检测器的工作原理质谱分析是先将物质离子化，按离子的质荷比分离，然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。以电子轰击或其他的方式使被测物质离子化，形成各种质荷比（m/e）的离子，然后利用电磁学原理使离子按不同的质荷比分离并测量各种离子的强度，从而确定被测物质的分子量和结构。有机质谱仪主要用于有机化合物的结构鉴定，它能提供化合物的分子量、元素组成以及官能团等结构信息。分为四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、飞行时间质谱仪和磁质谱仪等。本实验中使用的是四极杆质谱仪。（填空题）色谱柱选择色谱柱的选择主要是选择固定液或固定相，遵循“相似相溶”原理。基于此原理的色谱流出规律如下：①分离非极性物质：一般选用非极性固定液，这时样品中的各组分按沸点次序先后流出色谱柱，沸点低的先流出，沸点高的后流出；②分离极性物质：选用极性固定液，这时样品中的各组分主要按极性顺序分离，极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出色谱柱；③分离非极性和极性混合物：一般选用极性固定液，这时非极性组分先出峰，极性组分（或易被极化的组分）后出峰。挥发性有机酸属于极性物质，所以选择极性色谱柱DB-WAXetr，其固定相是聚乙二醇（PEG），强极性。最高使用温度240℃。苯系物是非极性的化合物，部分有弱极性，针对苯系物样品的测定，选择固定相为5%苯基95%二甲硅亚芳基硅氧烷的非极性柱DB-5MS，“MS”是指针对质谱检测器设计的低流失气相色谱柱。三、气相色谱定性定量方法（掌握）1、利用纯物质保留时间定性的方法利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。它的依据是在相同的色谱操作条件下，同一种物质应具有相同的保留值，当用已知物的保留时间与未知物组分的保留时间完全相同，则认为它们可能是相同的化合物。这个方法是以各组分的色谱峰必须分离为单独峰为前提，同时还需要有作为对照用的标准物质。利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。2、质谱图定性方法以相同的70eV能量电子轰击样品束，同一种物质应具有相同的质谱图。国际上通用的标准质谱库收集了大部分已知化合物在70eV电子轰击电离源下产生的质谱图，如NIST库。用未知物组分的质谱与质谱库中的标准图比对，按照相似度可排列出可能的化合物。如果要进一步确认，则需用标准样品进样，以保留时间辅助确定。3、色谱定量方法色谱定量分析的依据是被测物质的量与它在色谱图上的峰面积（或峰高）成正比。数据处理软件（工作站）可以给出包括峰高和峰面积在内的多种色谱数据。因为峰高比峰面积更容易受分析条件波动的影响，且峰高标准曲线的线性范围也较峰面积的窄，因此，通常情况是采用峰面积进行定量分析。外标法又称标准曲线法，依照测量标准品所绘制的曲线来计量被测样品的含量的方法。当样品中所有组分都得到良好的分离并都能被检测而得到色谱峰时，则可利用外标法定量计算样品中各组分的浓度。其定量的依据是被测物质的量与它在色谱图上的峰面积（或峰高）成正比。数据处理软件（工作站）可以给出包括峰高和峰面积在内的多种色谱数据。一般由被测物所配标准浓度与峰面积做标准曲线，由标准曲线求出被测物浓度。优点是不使用校正因子，准确性较高，适用于标准曲线的基体和样品的基体大致相同的情况下大批量试样的快速分析；缺点是操作条件变化对结果准确性影响较大，当样品基体复杂时不正确，对进样量的准确性控制要求较高。内标法是选择适当的物质作为内标物质，定量加入被测样品中，根据被测组分和内标物质的峰面积之比，乘以校正因子，对应内标物质加入量所进行含量测定的方法。其优点是色谱条件对结果影响不大，准确度、精度较高；缺点是选择合适的内标物质比较困难。归一法即面积归一法，是测量各杂质峰的面积和色谱图上除溶剂峰以外的总色谱峰面积，计算各杂质峰面积及其之和占总面积峰的比值来定量的方法。优点是简便易懂；缺点是要求检测器对所进样品全部都能响应，而且相应的校正因子应尽量相近，只能进行粗略定量，不宜用于微量杂质的检查。标准加入法是将一定量已知浓度的标准溶液加入待测样品中，测定加入前后样品的浓度。加入标准溶液后的浓度将比加入前的高，其增加的量应等于加入的标准溶液中所含的待测物质的量。如果样品中存在干扰物质，则浓度的增加值将小于或大于理论值。标准加入法可以有效克服外标法基体复杂时不准确的缺点，但速度很慢，适合样品数量少的时候用。四、气相色谱预处理技术1、将取得的污泥发酵液，离心5000-8000转/min，取上清液过0.45um膜，稀释50-100倍，在2mL气相色谱样品瓶中，加入0.9mL稀释后样品，再加入3%磷酸0.9mL（使得pH2）。2、吹扫捕集原理：通过吹脱管用氮气将水样中的挥发性有机物VOCs连续吹脱出来，通过气流带入并吸附于捕集管中，待水样中VOCs被全部吹脱出来后，停止对水样的吹脱并迅速加热捕集管，将捕集管中的VOCs热脱附出来，进入气相色谱仪。气相色谱仪采用在线冷柱头进样，使加热脱附的VOCs冷凝浓缩，然后快速加热进样。与其他方法相比，吹扫捕集法具有样品用量少，组分损失小，检测限低，无溶剂污染，操作快捷方便等特点。吹扫捕集条件：吹脱时间8min，捕集温度35℃，解析温度180℃，解析时间6min，烘烤温度220℃，烘烤时间25min，吹扫气体为高纯N2，吹脱流速40mL/min。（掌握）五、气相色谱试验步骤1.气相色谱(FID)测定污泥发酵液中的挥发性有机酸1.通载气N2约1分钟后，打开氢气和空气钢瓶。2.打开稳压电源、打开气相色谱仪主电源，打开电脑及工作站。3.分别设定柱温、进样口温度和检测器温度50℃、220℃和250℃。4.当温度达到设定值后，在工作站中，设定分析文件名、文件路径和仪器方法，等待仪器显示ready。6.将标准样品系列依次从低浓度到高浓度手动进样0.5uL，按start按钮开始进样测试。7.将样品自动进样0.5uL，按start按钮开始进样测试。8.测试结束后，对每个色谱图进行积分处理，并记录所有数据。9.启动降温程序，待柱温、进样口温度和检测器温度均降至50℃以下后，依次关闭气10.相色谱仪、化学工作站，关掉气体钢瓶及稳压电源。2、吹扫捕集-气相色谱-质谱联用法测定污水中苯系物1．在工作站中，设定分析文件名、文件路径和仪器方法，等待仪器显示ready。2．将标准样品系列依次从放在吹扫捕集自动进样器的样品盘上，点start按钮开始，吹扫捕集装置将按照设定好的程序进行吹扫、捕集，脱附后样品直接注入气相色谱，自动开始色谱测定。3．测试结束后，对每张色谱图的每个色谱峰进行定性分析，通过搜索标准质谱库，为每个色谱峰定性，并进行积分处理，并记录所有数据。六、气相色谱注意事项1、检测器温度不能低于进样口温度，否则会污染检测器进样口温度应高于柱温的最高值，同时化合物在此温度下不分解。2、含酸、碱、盐、水、金属离子的化合物不能分析，要经过处理方可进行。3、进样器所取样品要避免带有气泡以保证进样重现性。4、取样前用溶剂反复洗针，再用要分析的样品至少洗2-5次以避免样品间的相互干拢。5、需直接进样品，要将注射器洗净后，将针筒抽干避免外来杂质的干拢。七、气相色谱思考题1.影响气相色谱分离的因素有哪些？对于不同的分析对象，只要选择合适的流动相和固定相，一般可以达到分离的目的。这也是色谱分离比其他分析法具有更高的分离能力和选择性的原因。但当分析不同类型样品时，需要换用不同的色谱柱才能实现相应的分析要求。同时，色谱三温（汽化室温、柱温和检测室温度）的优化也是十分重要的影响因素。2.通过标准谱库的检索，分析出峰时间为5.59min、7.17min和7.79min的色谱峰代表什么物质？（掌握）氯苯正丙苯异丁苯3.通过S/N分析质谱分析中，全扫描和单离子扫描的区别。（掌握）全扫描是对指定质量范围内的离子全部扫描并记录，得到的是完整的制品图，它提供未知物的相对分子质量和结构信息，可以进行库检索，灵敏度较差。选择离子扫描是对离子进行选择性检测，只记录选定的离子，不相关的干扰离子统统被排除；选定离子的检测灵敏度大大提高。但选择离子扫描值能检测有限的几个离子，不能得到完整的质谱图，因此不能用来对未知物进行定性分析。4.吹扫捕集预处理与顶空预处理的特点和区别。（掌握）顶空色谱进样法是一种方便、快捷的色谱进样技术。其基本原理就是将待分析的样品置入一密闭容器内，在一定温度下样品中的挥发性组份经过一段时间，在两相中达到平衡，通过抽取顶部空间气体进行色谱分析。吹扫捕集通过吹脱管用惰性气体将水样中的挥发性有机物VOCs连续吹脱出来，通过气流带入并吸附于捕集管中，待水样中VOCs被全部吹脱出来后，停止对水样的吹脱并迅速加热捕集管，将捕集管中的VOCs热脱附出来，进入气相色谱仪。气相色谱仪采用在线冷柱头进样，使加热脱附的VOCs冷凝浓缩，然后快速加热进样。与其他方法相比，吹扫捕集法克服了色谱分离中溶剂主峰掩盖其他峰的问题，而且比静态顶空有更高的检测灵敏度，有富集功能，更适于痕量和超痕量分析，具有样品用量少，组分损失小，检测限低，无溶剂污染，操作快捷方便等特点。存在的问题是，所用时间较多，吹扫中有可能引入杂质以及吸附剂性能的选择等。两者区别：（1）目前的顶空主要是做易挥发性的物质，而吹扫捕集的加热温度能达到检测半挥发性物质的要求；(2)吹扫捕集相对顶空来说，灵敏度会更高，但是吹