12气相色谱法1130

气相色谱法《分析化学》系列课件广东药学院医药化工学院医药化学系•发展英国Martin等人于1941年首次提出了用气体作流动相；1952年第一次用气相色谱法分离测定复杂混合物；1955年第一台商品气相色谱仪；近年电子计算机技术。第一节气相色谱法的分类和一般流程一、气相色谱法的分类和特点1.按固定相分气-固色谱气-液色谱2.按分离原理分吸附色谱分配色谱3.按柱子粗细分填充柱色谱毛细管柱色谱二、特点：–高效能：neff可达103—106–高选择性：特别复杂试样–高灵敏度：可以检测1011~1013g物质–分析速度快、操作简单：色谱操作及数据处理自动化–应用广泛：气体和易挥发或可衍生化为气体–弱点：受试样蒸气压限制和定性困难。适于分析气体、易挥发的液体及固体不适合分析不易气化或不稳定性物质样品的衍生化使应用范围进一步扩大占有机物20%二、气相色谱仪的组成包括气源、净化干燥管和载气流速控制；常用的载气有：氢气、氮气、氦气；净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。1.气路系统气路系统进样系统分离系统检测器温控系统2.进样系统进样装置：进样器+气化室；液体进样器：不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。气化室：将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。推拉式和旋转式两种。试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；气体进样器（六通阀）：气相色谱进样方式简介气相色谱的进样方式•填充柱进样口•毛细柱分流/无分流进样口•冷柱头进样•程序升温进样口（PTV进样口）热进样和冷进样•热进样–分流/无分流进样–直接进样（全量注入）•宽口毛细柱和填充柱•冷进样•PTV进样•OCI冷柱头进样进样口的结构（1）•填充柱进样口•毛细柱进样口隔垫吹扫出口分流出口载气玻璃衬管F2F1隔垫吹扫出口载气玻璃衬管填充柱进样口的结构（2）•冷柱头进样口(OCI)•PTV进样口隔垫吹扫出口分流出口载气玻璃衬管F2F1加热-250℃/min隔垫吹扫出口载气不锈钢衬管0.53mm内径宽孔毛细柱歧视效应的产生•歧视:蒸溜现象形成气溶胶分溜现象低沸点组分百分比偏高进针退针高沸点组分残留歧视效应和热分解•热进样(SPL（分流不分流进样口）,WBI（宽口径进样口）)–存在歧视现象和样品热分解•冷进样(OCI,PTV)–进样是在较低温度下进行–定量精度高歧视效应和热解效应的影响小不均匀气化是分流歧视的上要原因之一，即由于样品中各组分的极性不同，沸点各异，因而气化速度各不相同。理论上讲，只要气化温度足够高，就能使样品的全部组分迅速气化。只要气化室内样品处于均相气体状态，分流歧视就是可以忽略的。然而，实际上样品在气化室是处于一种运动状态，即必须随载气流动。从气化室气化到进入色谱柱的时间很短(以秒计)，沸点不同的组分到达分流点时，气化状态可能不完全相同。这样，由于分流流量远大于柱内流量，气化不太完全的组分就比完全气化的组分可能多分流掉一些样品。造成分流歧视的另外一个原因是不同样品组分在载气中的扩散速度不同。而扩散速度与温度是成正比的。所以。尽量使样品快速气化是消除分流歧视的重要措施，包括采用较高的气化温度，也包括使用合适的衬管。分流比的大小也会影响分流歧视，一般地讲，分流比越大，越有可能造成分流歧视。所以，在样品浓度和柱容量允许的条件下，分流比小一些有利。至于分流比的测定定是很简单的，只要在分流出口用皂膜流量计测定分流流量，再测定柱内流量(因为柱内流量很小，用皂膜流量计测定时误差较大，故常用测定死时间的办法进行流量计算)。二者之比即为分流比。严格地讲，两个流量值应校正到相同的温度和压力条件下，才能获得准确的分流比。实际工作中人们更关心的是分流比的重现性，分流比则常用整数之比表示，故一般不需要很准确地测定。具体分析中要消除分流歧视，还应注意色谱柱的初始温度尽可能高一些。这样，气化温度和柱箱温度之差就会小一些，因而样品在气化室经历的温度梯度就会小一些，可避免气化后的样品发生部分冷凝。最后一个问题是色谱柱的安装，一是要保证柱入口端超过了分流点。二是保证柱入口端处于气化室衬管的中央，即气化室内色谱柱与衬管是同轴的。气相色谱定量分析方法有归一化法、内标，外标法。归一化法只能做相对的百分含量，应用起来有很大的局限性；而对内标和外标法来说，歧视效应带来的是系统误差（您不会选择沸点差别太大的物质做内标物吧？），优化起来也没有多大意义，而对归一化法就不一样了，歧视效应带来的影响是非常明显的。歧视效应•进样体积越小，歧视现象越严重。进样体积和峰面积比(%)0.51.02.03.04.0(uL)5251504948n-C9n-C4减小热进样歧视现象的方法•快速进样法•溶剂冲洗法•热针法溶剂冲洗法蒸溜和分溜减少溶剂空气样品空气(%)0.51.02.03.04.0(uL)5251504948n-C4n-C9冷进样•概念•样品是在冷状态--低于样品沸点的温度下进样(依据溶剂)•气化室快速升温使样品气化•PTV（程序升温蒸发）进样方式•分流进样(高浓度样)•无分流进样(低浓度样)•大体积进样—LVI(痕量分析)•OCI（冷柱头进样法）柱头进样•只适用于0.53内径的柱子•无分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子），进样量一般小于2ulSPL-无分流进样和OCI以及PTV-无分流进样的比较(热分解现象)氨基甲酸盐农药的热解现象Splitless-SPLCool-on-columnSplitless-PTV进样体积上限•无分流进样(SPL,PTV)2uL•高压进样(SPL,PTV)5uL•直接进样（全量进样）3uL用宽口径毛细柱•冷柱头进样（OCI）2uL•LVI-PTV进样–空衬管10uL–衬管+石英棉50uL–衬管+填料大于1000uL3.分离系统色谱柱：色谱仪的核心部件。柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。柱填料：粒度为60-80或80-100目的色谱固定相。气-固色谱：固体吸附剂气-液色谱：担体+固定液柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大，流速慢或将柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。4.温控系统温度是色谱分离条件的重要选择参数；气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；气化室：保证液体试样瞬间气化；检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；恒温分析和升温分析的比较恒温分析升温分析•沸程窄时采用恒温分析•恒温分析时，保留时间和碳数程指数关系C8C9C10C11C8C9C10C11•沸程宽时采用升温分析•升温分析时，碳数和保留时间程比例关系•基线调整困难，应确认空白是否有鬼峰出现。5.检测系统色谱仪的眼睛，通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；检测器：广谱型——对所有物质均有响应；专属型——对特定物质有高灵敏响应；常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器；1.检测器特性检测器类型浓度型检测器：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；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。广谱型检测器：对所有物质有响应，热导检测器；专属型检测器：对特定物质有高灵敏响应，电子俘获检测器；检测器性能评价指标响应值（或灵敏度）S：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表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号的大小。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/m1．浓度型检测器的灵敏度（Sc）灵敏度越高，噪音越大)(2cmA—峰面积—）—记录器灵敏度（—cmmVC/1）—记录纸纸速倒数（—cmCmin/2）—柱出口载气流速（—min/3mLC）—进样量（—mgw的电信号样品进入检测器所产生载气携带指mgmLSC11wCCCASC321]/[mgmLmV2．质量型检测器的灵敏度（Sm）wCCASm6021]/[gsmV的信号强度样品进入检测器所产生秒钟携带指gSm11)(2cmA—峰面积—）—记录器灵敏度（—cmmVC/1）—记录纸纸速倒数（—cmCmin/2）—进样量（—gw（二）噪声与漂移1．噪声：无样品通过时，由仪器本身和工作条件等偶然因素引起基线的起伏称为噪声（以噪声带衡量）2．漂移：基线随时间向一个方向的缓慢变化称为漂移（以一小时内的基线水平变化来表示）最低检测限（最小检测量）噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。从图中可以看出：如果要把信号从本底噪声中识别出来，则组分的响应值就一定要高于N。检测器响应值为2倍噪声水平时的试样浓度（或质量），被定义为最低检测限（或该物质的最小检测量）。线性度：检测器响应值的对数值与试样量对数值之间呈比例的状况。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。色谱柱的老化•为什么必须进行色谱柱老化？新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。一般采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度，并在高温段保持数小时。新柱老化时，最好不要连接检测器。•每天都要进行老化吗？视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。出现鬼峰的原因1.进样口污染2.载气含水分及其它不纯物3.不锈钢管及阀污染4.进样垫及橡胶垫圈污染5.填料老化不足6.填充剂劣化（三）检测限（敏感度）质量型检测器浓度型检测器mmSND2]/[sg检测器中物质的质量指单位时间内载气引入mDCCSND2]/[]/[mLgmLmg或检测器中物质的质量指单位体积的载气引入CD组分峰高为噪音二倍时的灵敏度检测限↓小，仪器性能↑好比较灵敏度与敏感度优劣：灵敏度——未考虑噪音因素，衡量检测器好坏不全面敏感度——考虑了噪音影响2.热导检测器thermalconductivitydetector,TCD热导检测器的结构池体（一般用不锈钢制成）热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。检测原理平衡电桥，右图。不同的气体有不同的热导系数。钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：R参=R测;R1=R2则：R参·R2=R测·R1无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。进样后:载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，R参≠R测则：R参·R2≠R测·R1这时电桥失去平衡，a、b两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。影响热导检测器灵敏度的因素①桥路电流I：I，钨丝的温度，钨丝与池体之间的温差，有利于热传导，检测器灵敏度提高。检测器的响应值S∝I3，但稳定性下降，基线不稳。桥路电流太高时，还可能造成钨丝烧坏。②池体温度：池体温度与钨丝温度相差越大，越有利于热传导，检测器的灵敏度也就越高，但池体温度不能低于分离柱温度，以防止试样组分在检测器中冷凝。③载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。载气的热导系数大，传热好，通过的桥路电流也可适当加大，则检测灵敏度进一步提高。氦气也具有较大的