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气相色谱测定永久性气体（实验报告）刘鹏1233351环境工程一、实验目的1.掌握气相色谱的基本原理与气相色谱仪组成结构及作用。2.了解TCD检测器的特点和使用方法。3.掌握气相色谱中利用保留时间定性的基本原理及外标定量方法和特点二、基本原理1．气相色谱工作原理气相色谱法是一种物理化学的分离方法。利用被测物质各组分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，组分就在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组分的吸附或溶解能力不同，因此各组分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分的色谱峰。气相色谱仪的组成部分（1）载气系统：包括气源、气体净化、气体流速控制和测量。（2）进样系统：包括进样器、汽化室（将液体样品瞬间汽化为蒸气）。（3）分离系统：色谱柱和柱温，包括恒温控制装置（将多组分样品分离为单个）。（4）检测系统：包括检测器，控温装置。（5）辅助系统/记录系统：包括放大器、记录仪，或数据处理装置、工作站。图1.气相色谱仪的基本结构（1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；）气相色谱的载气由高压钢瓶中流出，经减压阀降压到所需压力后，通过净化干燥管使载气净化，再经稳压阀和转子流量计后，以稳定的压力、恒定的速度流经气化室与气化的样品混合，将样品气体带入色谱柱中进行分离。分离后的各组分随着载气先后流入检测器，然后载气放空。检测器将物质的浓度或质量的变化转变为一定的电信号，经放大后在记录仪上记录下来，就得到色谱流出曲线。2．热导检测器的工作原理TCD由热导池及其检测电路组成。图3-2-1下部为TCD与进样器及色谱柱的连接示意图，上部为惠斯顿电桥检测电路图。载气流经参考池腔、进样器、色谱柱，从测量池腔排出。R1、R2为固定电阻；R3、R4分别为测量臂和参考臂热丝。当调节载气流速、桥电流及TCD温度至一定值后，TCD处于工作状态。从电源E流出之电流I在A点分成二路i1、i2至B点汇合，而后回到电源。这时，两个热丝均处于被加热状态，维持一定的丝温Tf，池体处于一定的池温Tw。一般要求Tf与Tw差应大于100℃以上，以保证热丝向池壁传导热量。当只有载气通过测量臂和参考臂时，由于二臂气体组成相同，从热丝向池壁传导的热量相等，故热丝温度保持恒定；热丝的阻值是温度的函数，温度不变，阻值亦不变；这时电桥处于平衡状态：R1·R3＝R2·R4,或写成R1/R4＝R2/R3。M、N二点电位相等，电位差为零，无信号输出。当从2进样，经柱分离，从柱后流出之组分进入测量臂时，由于这时的气体是载气和组分的混合物，其热导系数不同于纯载气，从热丝向池壁传导的热量也就不同，从而引起两臂热丝温度不同，进而使两臂热丝阻值不同，电桥平衡破坏。M、N二点电位不等，即有电位差，输出信号。三、实验方法四、数据处理1.原始数据样品色谱图标准样品实验数据气体类别组别体积分数峰面积氮气N213074723.7823069179.2733064521.9143067113.5153056011.95甲烷CH45108374.48542013539.433021892.9625034381.1616047381.34二氧化碳CO211017019.4822022583.1534050015.8645059425.5956076681.75min0.250.50.7511.251.51.7522.2525uV025005000750010000125001500017500TCD1A,(LML\STD000015.D)0.7481.1621.8672.数据处理①根据标准样品的实验数据，做出峰面积随气体体积分数变化的标准曲线。甲烷标准曲线图y=758.08x-660.95R2=0.982301000020000300004000050000010203040506070体积分数峰面积二氧化碳标准曲线y=1202.6x+1850R2=0.9863020000400006000080000100000010203040506070体积分数峰面积②根据标准曲线，计算实际测试样品中各组分的体积分数。气体种类峰面积体积分数%甲烷CH48374.48511.918854二氧化碳CO276681.7562.224971五、思考题天然气样品，成分可能有CH4、CO、CO2、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8等，希望用气相色谱检测含量，请问选用什么检测器，选用那些色谱柱？可以用多根色谱柱，分几次进样，完成测试任务。答：检测器：TCD和FID色谱柱：TDX分子筛45/60目10英尺×1/8（英寸）OV-10.2mm×50mm毛细管柱整个气路系统分为来两个气路，一气路流经OV-1毛细管，用于分析甲烷、乙烷、丙烷等碳氢化合物；二气路流经TDX分子筛填充柱，用于分析CO、CO2等永久气体。