气相色谱仪基本原理及结构

气相色谱仪的基本原理及结构色谱理论基础1.“色谱”二字的由来*朗格于1850年关于色谱分离过程的报告是最原始的色谱法论文集*拉姆齐在1905年用色谱法分离过气体混合物2.茨维特实验的原形*色谱法最初是由俄国植物学家茨威特首先提出并命名的.1906年茨维特用右边图示的实验装置实现了多种物质的分离并确立了色谱柱,*1952年马丁和辛格创立了气液色谱法并由此获得了1952年的诺贝尔奖金*1958年出现了第一台商品化的GC*我国在1956年开展研究，1965年前后北分、上分相继投入试制绿色两种叶绿素黄色三种叶绿素脱脂棉填料纯石油醚色谱柱检测器色谱图时刻A时刻B时刻C时刻D时刻E时刻F进样色谱理论基础气相色谱仪原理简述▲原理概述：◇色谱分析是一种多组份混合物的分离、分析工具。它主要利用物质的物理性质对混合物进行分离，测定混合物的各个组份。并对混合物中的各个组份进行定性、定量分析。色谱法主要包括气相色谱法和液相色谱法。◇气相色谱仪是以气体作为流动相（载气）。当样品被送入进样器后由载气携带进入色谱柱,由于样品中各个组份在色谱柱中的流动相（气相）和固定相（液体或固体）间分配或吸附系数的差异,在载气的冲洗下，各个组份在两相间作反复多次分配，使各组份在色谱柱中得到分离，然后由接在柱后的检测器根据组份的物理化学特性，将各个组份按顺序检测出来。根据色谱柱固定相的状态不同，又可将其分为气固色谱和气液色谱。气固色谱是用多孔性固体为固定相，分离的主要对象是一些永久性的气体和低沸点的化合物。但由于气固色谱可供选择的固定相种类甚少，分离的对象不多，且色谱峰容易产生拖尾，因此实际应用较少。气相色谱多用高沸点的有机化合物涂渍在惰性载体上作为固定相，一般只要在450℃以下有1.5KPa-10KPa的蒸汽压且热稳定性好的有机及无机化合物都可用气液色谱分离。由于在气液色谱中可供选择的固定液种类很多，容易得到好的选择性，所以气液色谱有广泛的实用价值。气相色谱仪的结构气相色谱仪由五大系统组成：气路系统进样系统分离系统控温系统检测和记录系统气相色谱仪的简单气路流程图inputAIRH2inputN2inputINJFIDNeedleValveNeedleValve稳流阀压力表压力表稳稳稳稳稳稳稳稳稳气源色谱柱检测器信号处理计算装置气相色谱仪的简单气路流程图inputAIRH2Ninput2input分流放空清扫放空二位三通阀背压阀进样器FID毛细管色谱柱气路系统气相色谱仪具有一个让载气连续运行、管路密闭的气路系统。通过该系统，可以获得纯净的、流速稳定的载气。它的气密性、载气流速的稳定性以及测量流量的准确性，对色谱结果均有很大的影响，因此必须注意控制。常用的载气有氮气和氢气，也有用氦气、氩气和空气。载气的净化，需经过装有活性炭或分子筛的净化器，以除去载气中的水、氧等不利的杂质。流速的调节和稳定是通过减压阀、稳压阀和针形阀串联使用后达到。一般载气的变化程度1%。进样系统进样系统包括进样器和气化室两部分。进样系统的作用是将液体试样，在进入色谱柱之前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中。进样的大小，进样时间的长短，试样的气化速度等都会影响色谱的分离效果和分析结果的准确性和重现性。进样系统进样器（外部）液体样品的进样一般采用微量注射器，现在有手动的，也有自动进样器。气体样品的进样常用色谱仪本身配置的推拉式六通阀或旋转式六通阀定量进样。气化室为了让样品在气化室中瞬间气化而不分解，因此要求气化室热容量大，无催化效应。为了尽量减少柱前谱峰变宽，气化室的死体积应尽可能小。进样系统进样器（仪器）：◇进样器的作用是将样品送入色谱柱。如果是液体样品，进样器还必须将其汽化，因此采用微机对进样器进行温度控制。◇根据不同种类的色谱柱及不同的进样方式，共有四种进样器可供选择：1.填充柱进样器2.毛细管不分流进样器附件3.毛细管分流进样器附件4.毛细管分流/不分流进样器填充柱进样器载气入口（接稳流阀出口）硅橡胶垫进样口导向件填充色谱柱色谱柱的两种接法1.柱上进样接法2.普通接法毛细管进样器－－分流状态载气输入隔垫清扫输出0.5-5ml/分钟分流输出根据分流比调节针形阀背压阀三通管毛细管色谱柱二位三通电磁阀由主机微机板控制经稳压后载气入口稳流阀毛细管进样器－－不分流状态载气输入隔垫清扫输出0.5-5ml/分钟分流输出根据分流比调节针形阀背压阀三通管毛细管色谱柱二位三通电磁阀由主机微机板控制稳流阀大口径毛细柱不分流进样薄片式导向件石英玻璃内衬管不锈钢进样器接头密封螺母和石墨密封圈带钢套石墨密封圈开槽螺母不锈钢检测器接头0.53mm毛细管柱色谱柱安装关键所在：确保石英玻璃管收口处将毛细管柱紧紧夹住毛细管色谱柱喷嘴尾管离子室底座分离系统分离系统由色谱柱组成。色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。（1）填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相，一般内径为2~4mm，长1~3m。填充柱的形状有U型和螺旋型二种。（2）毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁、多孔层和涂载体空心柱。空心毛细管柱材质为玻璃或石英。内径一般为0.2~0.5mm，长度30~300m，呈螺旋型。色谱柱的分离效果除与柱长、柱径和柱形有关外，还与所选用的固定相和柱填料的制备技术以及操作条件等许多因素有关。控温系统温度直接影响色谱柱的选择分离、检测器的灵敏度和稳定性。控制温度主要是对色谱柱箱、汽化室、检测室的温度控制。色谱柱的温度即柱箱的控制方式有恒温和程序升温二种。对于沸点范围很宽的混合物，一般采用程序升温法进行。程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。柱箱柱箱：◇色谱柱是气相色谱仪的心脏，样品中的各个组份在色谱柱中经过反复多次分配后得到分离，从而达到分析的目的，柱箱的作用就是安装色谱柱。◇由于色谱柱的两端分别连接进样器和检测器，因此进样器和检测器的下端（接头）均插入柱箱。◇柱箱能够安装各种填充柱和毛细管柱，并且操作方便。◇色谱柱（样品）需要在一定的温度条件下工作，因此采用微机对柱箱进行温度控制。并且由于设计合理，柱箱内的梯度很小。◇对于一些成份复杂、沸程较宽的样品，柱箱还可进行三阶程序升温控制。且程序设定后自动运行无需人工干预，降温时还能自动后开门排热。检测和放大记录系统检测系统检测器是一种将载气里被分离组分的量转变为测量的信（一般电信号）的装置.根据检测原理的差别，气相色谱检测器可分为浓度型和质量型两类。浓度型检测器测量的是载气中组分浓度的瞬间变化，即检测器的响应值正比于组分的浓度。如热导检测器（TCD）、电子捕获检测器（ECD）。质量型检测器测量的是载气中所携带的样品进入检测器的速度变化，即检测器的响应信号正比于单位时间内组分进入检测器的质量。如氢焰离子化检测器（FID）和火焰光度检测器（FPD）。检测和放大记录系统记录系统记录系统是一种能自动记录由检测器输出的电信号的装置。以前用数据处理机，现在一般都用色谱工作站如Ｎ2000，ＦＬ9500等．气相色谱仪的检测器检测器的作用是将样品的化学信号转化为物理信号（电信号）。检测器也需要在一定的温度条件下才能正常工作，因此采用微机对检测器进行温度控制。根据各种样品的化学物理特性，常用的有五种检测器可供选择：1.氢火焰离子化检测器(FID)2.热导检测器(TCD)3.电子捕获检测器(ECD)4.氮磷检测器(NPD)5.火焰光度检测器(FPD）火焰离子化检测器（FID）介绍原理：在氢氧焰的高温作用下，许多分子均将分裂为碎片，并有自由基和激态分子产生，从而在氢焰中形成这些高能粒子所组成的高能区，当有机分子入此高能区时，就会被电离，从而在外电路中输出离子电流信号。特点：灵敏度高，死体积小，应答时间快，除载气外还需引入空气和氢气，对永久性气体和水无应答。适用范围：有机化合物，能直接用于毛细管色谱分析。噪音：≤3×10-14A敏感度：≤3×10-12g/S(n-c16)线性：≥106空气入口氢气入口热导检测器（TCD）介绍原理：气流中样品浓度发生变化，则从热敏元件上所带走的热量也就不同，而改变热敏元件的电阻值，由于热敏元件为组成惠斯顿电桥之臂，只要桥路中任何一臂电阻发生变化，则整个线路就立即有信号输出。特点：热敏元件一般为铼钨丝组成，温度系数为正。适用范围：普遍适用。噪音：20uv灵敏度：8000mvml/mg线性范围：10000电子捕获检测器（ECD）介绍原理：射线与载气分子作用产生慢电子，具有亲电基团的试样分子能捕获慢电子而变成负离子，这种负离子能与载气受放射粒子所产生的正离子复合，从而改变检测器的基流，使之减少，输出信号。特点：只对具有亲电基团的样品分子才有应答对水敏感，载气必须充分干燥，脱氧，易受污染。适用范围：对卤素、硝基等负电性化合物选择性极好。噪音：≤20uv灵敏度：≤1×10-13g/ml(r-666)线性：10000废气口尾吹气信号输出电极色谱柱放射源63Ni氮磷检测器（NPD）介绍原理：在FID中加入一个用碱金属盐制成的玻璃珠当样品分子含有在燃烧时能与碱盐起反应的元素时，则将使碱盐的挥发度增大，这些碱盐蒸气在火焰中将被激发电离，而产生新的离子流，从而输出信号。特点：这是一种有选择性的检测器，对含有能增加碱盐挥发性的化合物特别敏感。适用范围：对含氮有机物，含磷有机物有很高的灵敏度。噪音：≤4×10-13A敏感度：≤5×10-13g/S(P)≤1×10-12g/S(N)线性范围：103(P)空气入口氢气入口火焰光度检测器（FPD）介绍原理：燃烧着的氢焰中，当有样品进入时，则氢焰的谱线和发光强度均发生变化，然后由光电倍增管将光度变化转变为电信号。特点：对磷、硫化合物有很高的选择性，适当选择光电倍增管前的滤光片将有助于提高选择性，排除干扰。使用范围：含磷、硫的有机化合物的分析噪音：10~20uv敏感度：≤1.4×10-12g/S(P)≤5×10-11g/S(S)线性范围：1000(P),100(S)空气入口氢气入口PMT滤光片