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色谱分析仪器的使用--气相色谱(GC)与气质联用(GC-MS)江苏大学食品与生物工程学院孙宗保2010.11GC与GC-MS的基本原理GC与GC-MS应用仪器使用与维护色谱法简介GC与GC-MS的基本原理色谱流出的谱图信息GC与GC-MS的基本原理一气相色谱仪及工作原理气相色谱主要构成GC与GC-MS的基本原理气相色谱工作过程GC与GC-MS的基本原理PurposeOfThisCourseTolearntheoperationsofthe6890G.C.whileachievingabasicunderstandingofthefunctionandimpacteachofoftheG.C.componentshasonsampleanalysisandtolearnbeginningtroubleshootingskills.色谱柱流量控制器稳压器空气氢气载气分子筛脱水管固定进样口检测器电子部件PC限流器典型的气相色谱载气系统进样系统色谱柱检测系统温控系统实验室气相色谱仪照片气相色谱仪主要部件1.载气系统包括气源、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。GC与GC-MS的基本原理2.进样系统气相色谱仪主要部件自动进样器GC与GC-MS的基本原理ColumnFlow1mL/minSplitVentFlow46mL/min(Septum)PurgeVentFlow3mL/minTotalFlow50mL/min注射针Sample3mL/min柱流量1mL/min分流出口流量46mL/min隔垫吹扫总流量50mL/min分流进样样品汽化分流进样需注意的问题尽量减少分流歧视:分流比越大,越有可能造成分流歧视保证样品快速汽化(适当添加经硅烷化处理的玻璃毛)分流进样时,柱的初始温度尽可能高一些柱安装时注意柱与衬管同轴ColumnFlow1mL/min(Septum)PurgeVentFlow3mL/min不分流进样SplitVentFlow0mL/minTotalFlow4mL/minSyringeNeedleSampleVentFlow3mL/minTotalFlow50mL/minColumnFlow1mL/minSplitVentFlow46mL/minVentFlow3mL/minTotalFlow50mL/minPurge阀打开–不分流结束=Solvent=Analyte=Solvent=Analyte不分流进样需注意的问题柱初始温度尽可能低一些,最好低于溶剂的沸点10-20度。溶剂要与柱子固定相匹配。衬管尺寸尽量小(0.25-1ml),使样品在衬管内尽量少稀释。最好使用直通式衬管,对于比较脏的样品,要加经硅烷化处理的玻璃毛并注意经常更换根据样品(溶剂沸点,待测组分沸点,浓度等)优化开启分流阀的时间,一般在30-80秒之间,多用0.75分钟,可以保证95%以上的样品进入柱子.手动进样应注意的问题注射速度快取样准确,重现避免样品间互相干扰选用合适的注射器,用10ul进样器进样量不要小于1ul。减少注射针尖歧视:每次进样速度尽量一致,玻璃毛放在衬管中间偏下位置,即针尖到达的位置。取样后可用滤纸拭去针尖外面的残留样品,但要注意不要吸去针内样品3.色谱柱毛细管柱分离效能高、分析速度快、样品用量少制备简单、定量准确、特殊用途填充柱毛细管柱分类壁涂开管柱(WCOT)--内表面涂有很薄的固定相.载体涂渍开管柱(SCOT)--内表面先涂固态载体,然后再涂上固定相.多孔层开管柱(PLOT)--内表面涂有多孔的固体层或吸附剂.(主要用于永久气体和低分子量有机化合物的分离)常用毛细管柱固定液||CH2CH2-O-CH2CH2-OHOHn固定相组成极性类似品牌应用SE-30、OV-1OV-101二甲基硅氧烷非极性DB-1、HP-1、CP-Sil5CB、SPB-1、007-1、Rtx-1、BP-1……烃类、胺类、酚类、农药、PCBs、挥发油、硫化物等SE-54SE-525%苯基,1%乙烯基甲基硅氧烷非极性DB-5、HP-5、CPSil8CB、SPB-5、Rtx-5、Bp-5……药物、芳烃类、酚、酯、生物碱、卤代烃OV-17017%氰甲基,7%苯基甲基硅氧烷中等极性DB-170、BP-10、HP-1701、CPSil19CB、Rtx-1701、SPB-1701、……药物、农药、除草剂、TMS糖OV-1750%苯基甲基硅氧烷中等极DB-17、HP-50、SP2250、CP-Sil19、Rtx-50、SPB-50、……药物、农药、甾类等PEG-20M聚乙二醇20M极性DB-WAX、HP-Wax、CarbowaxSUPELCOWAX10、CPWAX52CB……醇类、酯、醛类、溶剂、单芳、精油等FFAP聚乙二醇20M对苯二甲酸的反应产物极性DB-FFAP.HP-FFAP.Nukol、SP-1000……醇、酸、酯、醛、腈XE-6025%氰乙基甲基硅氧烷中极性酯、硝基化合物OV-22525%氰乙基,25%苯基甲基硅氧烷中极性DB-225、HP-225、SP-2330、SPB-225、CP-SIL43CB……脂肪酸酯、PUFA、AlditolOV-21050%三氟丙基硅氧烷极性DB210、Rtx200…极性化合物、有机氯化合物OV-27510%三氟丙基硅氧烷强极性DB210、SP2401、Rtx200……极性化合物先试手边的柱子向老师或同学咨询查询已发表的相似应用如果难以确定,先用一个非极性柱,如HP1或HP5柱选择恒温程序升温在整个分析过程中,色谱炉温保持恒定。用初始时间设定运行结束时间。升温速率设为“0”。后流出的峰展宽。当组分有较宽的沸点范围(100°C)时使用。减少分析时间并使峰变窄。增加柱流失,引起基线漂移。可设多阶程序升温。柱温操作色谱柱老化色谱柱流失色谱柱温度极限色谱柱容量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:广普型——对所有物质均有响应;专属型——对特定物质有高灵敏响应。4.检测系统检测器类型(FID:hydrogenflameionizationdetector)(1)典型的质量型检测器;(2)对有机化合物具有很高的灵敏度;(3)无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应;(4)氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速等特点;(5)比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级,检测下限可达10-12g·g-1。氢焰检测器特点氢焰检测器的结构(1)在发射极和收集极之间加有一定的直流电压(100—300V)构成一个外加电场。(2)氢焰检测器需要用到三种气体:N2:载气携带试样组分;H2:为燃气;空气:助燃气。(3)使用时需要调整三者的比例关系,检测器灵敏度达到最佳。氢焰检测器的原理(1)当含有有机物CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时,在C层发生裂解反应产生自由基:CnHm──→·CH(2)产生的自由基在D层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应:·CH+O──→CHO++e(3)生成的正离子CHO+与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应:CHO++H2O──→H3O++COA区:预热区B层:点燃火焰C层:热裂解区:温度最高D层:反应区(4)化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流(约10-6~10-14A);(5)在一定范围内,微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比,所以氢焰检测器是质量型检测器;(6)组分在氢焰中的电离效率很低,大约五十万分之一的碳原子被电离;(7)离子电流信号输出到记录仪,得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线。氢焰检测器的原理氮磷检测器(NPD)NPD的原理NPD是在FID的喷嘴和收集极之间放置一个含有硅酸铷的玻璃珠。这样含氮磷化合物受热分解在铷珠的作用下会产生多量电子,使信号值比没有铷珠时大大增加,因而提高了检测器的灵敏度。这种检测器多用于微量氮磷化合物的分析中。只对氮、磷有很高的选择性氮的灵敏度:0.1pg/sec;磷为:0.05pg/sec主要应用于:药物、燃料、香料、农药残留pptrillionppbppmppthousandpercent1ppm=1ng1Lm1mgLiter1LmLiter==TCDFIDECDAEDPIDNPD(N)NPD(P)MSD(SIM)(SCAN)FPD(S)IRDELCDELCD(SorN)(X)10-15fg10-12pg10-9ng10-6mg10-3mgGC检测器比较二气质联用仪及工作原理质谱分析原理及质谱仪1基本原理概述质谱分析是将样品转化为运动的带电气态离子碎片,于磁场中按质荷比(m/z)大小分离并记录的分析方法。其过程为可简单描述为:其中,z为电荷数,e为电子电荷,U为加速电压,m为碎片质量,V为电子运动速度。离子源轰击样品带电荷的碎片离子电场加速(zeU)获得动能(1/2mV2)磁场分离(m/z)检测器记录GC与GC-MS的基本原理进样系统离子源质量分析器检测器1.气体扩散2.直接进样3.色谱1.电子轰击(EI)2.化学电离(CI)3.场致电离(FI)4.场解析(FD)5.快原子轰击(FAB)6.基质辅助激光解析电离质谱(MALDI)7.电喷雾电离(ESI)1.单聚焦磁偏转2.双聚焦磁偏转3.飞行时间(TOF)4.四极杆5.离子肼电子倍增器2、仪器组成按质量分析器(或者磁场种类)可分为静态仪器和动态仪器,即稳定磁场(单聚焦及双聚焦质谱仪)和变化磁场(飞行时间和四极杆质谱仪)。MS仪器一般由进样系统、电离源、质量分析器、真空系统和检测系统构成。GCMSGC与GC-MS的基本原理(1)进样系统(2)真空系统质谱仪中所有部分均要处于高度真空的条件下(10-4-10-6托或mmHg柱),其作用是减少离子碰撞损失。真空度过低,将会引起:a)大量氧会烧坏离子源灯丝;b)引起其它分子离子反应,使质谱图复杂化;c)干扰离子源正常调节;d)用作加速离子的几千伏高压会引起放电。高真空泵(扩散泵)加热区.......................................................................................出口(到机械泵)机械泵转子吸油阱进油口油液面排油口定子泵腔油液面观察窗10-1-10-2torr10-5-10-6torr到前级泵轴转速可达60,000每分钟旋转叶片固定叶片MOTORMOTOR分子涡轮泵离子源透镜组Quad-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e(3)电离源(EI)作用过程:采用高速(高能)电子束冲击样品,从而产生电子和分子离子M+,M+继续受到电子轰击而引起化学键的断裂或分子重排,瞬间产生多种离子。特点:使用最广泛,谱库最完整;电离效率高;结构简单,操作方便;但分子离子峰强度较弱或不出现(因电离能量最高)。电子的产生(灯丝)样品分子与电子流混合…Inlet-Ionizer–MassFilter-Detector–DataSystem-e离子源-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e样品被电离的地方(电离盒)+++++透镜组QuadGC与GC-MS的基本原理(4)质量分析器作用是将不同碎片按质荷比m/z分开。质量分析器类型:磁分析器、飞行时间、四极杆、离子阱等。四极杆质量分析器采用的是过滤式分离的方式逐一将离子分离,因此该质量分析器又被称为四极杆质谱过滤器。对于不同质量数的离子,在整个分析器的电场中存在着其自身对应的稳定厂区,当质量分析器所设的电压通过某个离子的稳定厂区时,该离子便会通过质量分析器而进入检测
本文标题:色谱分析仪器的使用-气相色谱及气质联用
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