色谱

气相色谱李秀敏1气相色谱原理(1)原理气相色谱仪是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，当汽化后的试样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，吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来，因此最后离开色谱柱。如此，各组分得以在色谱柱中彼此分离，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。色谱法简图（2）气相色谱的流程：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。根据色谱流出曲线上得到的每个峰的保留时间，可以进行定性分析，根据峰面积或峰高的大小，可以进行定量分析。2气相色谱结构气相色谱仪由以下五大系统组成：气路系统、进样系统、分离系统、温控系统、检测记录系统。载气源减压净化色谱柱进样检测器温控系统记录一般流程方框图载气源减压净化进样色谱柱检测器温控系统记录一般流程示意图（1）气路系统：包括气源、气体净化、气体流速控制和测量。（氢火焰检测器包括氢源、氧源、载气源，气体净化器，气体流速控制器，及测量。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。要求：气路要密闭洁净，载气要高纯。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。（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）。进样系统的作用是将液体或固体试样，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。进样器包括：气体进样器（六通阀）；液体进样器（一般采用微量注射器，其外形于医用注射器相似，常用规格有：0.5，1，5，10，和50μl。将样品吸入注射器，迅速刺入进样口硅橡胶垫。不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10μL；毛细管色谱常用1μL；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：一般为一根在外管绕有加热丝的不锈钢管，液体样品进入气化室后，受热而瞬间气化。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。（3）分离系统：包括色谱柱和柱箱。色谱柱：色谱仪的核心部件，包括填充柱和毛细管柱。柱材料包括金属、玻璃、融熔石英、Teflon等，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。填充柱：多为U形或螺旋形，内径2~4mm，长1~3m，内填固定相；毛细管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。内径0.1~0.5mm，长达几十至100m。通常弯成直径10~30cm的螺旋状。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。（4）温控系统：包括对三个部分的控温，即，气化室、柱箱和检测器。温度控制是否准确、升、降温速度是否快速是市售色谱仪器的最重要指标之一。控温方式：恒温和程序升温。柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点(分析时间20-30min)；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法。在使用火焰离子化检测器时，检测器温度一般应高于柱温，并不得低于150℃，以免水汽凝结，通常为250～350℃。记录系统：包括放大器、记录仪、或数据处理装置、工作站。最基本的功能是将检测器输出的模拟信号随时间的变化曲线，即将色谱图绘制出来。目前使用较多的是色谱数据处理机与色谱工作站。（5）检测系统：包括检测器和记录系统。检测器的作用是将经色谱柱分离后，从柱末端流出的各组分的量转化为易于测量的电信号的装置。根据测量原理的不同，可分为浓度型检测器和质量型检测器。浓度型检测器：测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。如热导池检测器和电子捕获检测器等。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，即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的质量成正比。如氢火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。氢火焰离子化检测器（FID）是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。结构：主体为离子室，内有石英喷嘴、发射极(极化极，此图中为火焰顶端)和收集极。工作过程：来自色谱柱的有机物与H2-Air混合并燃烧，产生电子和离子碎片，这些带电粒子在火焰和收集极间的电场作用下（几百伏）形成电流，经放大后测量电流信号（10-12A）。影响FID灵敏度的因素：1）载气和氢气流速：通常以N2为载气，其流速主要考虑其柱效能。但也要考虑其流速与H2流速相匹配。一般N2:H2=1:1~1:1.5；当以He为载气时，则氢气流速=1/3H2+10mL。2）空气流速：流速越大。灵敏度越大，到一定值时，空气流速对灵敏度影响不大。一般地，H2:Air=1:10。3）极化电压：在50V以下时，电压越高，灵敏度越高。但在50V以上，则灵敏度增加不明显。通常选择100~300V的极化电压。4）操作温度：比柱的最高允许使用温度低约50oC(防止固定液流失及基线漂移)。特点：灵敏度很高，比热导检测器的灵敏度高约103倍；检出限低，可达10-12g·S-1；能检测大多数含碳有机化合物；死体积小，响应速度快，线性范围也宽，可达106以上；而且结构不复杂，操作简单。缺点：不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。氢火焰离子化检测器示意图3气相色谱一般操作步骤1.反时针方向开启载气钢瓶阀门，减压阀上高压压力表指示出高压钢瓶内贮气压力。2.顺时针方向旋转减压调节螺杆，使低压压力表指示到要求的压力数。3.开启主机电源总开关，柱室内鼓风马达运转。4．调节分流阀使分流流量为实验所需的流量(用皂膜流量计在气路系统面板上实际测量)，柱流量即为总流量减去分流量。4.打开与气相色谱仪连接的电脑，并运行气相色谱仪工作软件，待软件与仪器连接成功后，即可进行实验。5.打开空气、氢气开关阀，调节空气、氢气流量为适当值。6.根据实验需要设置柱温、进样口温度和FID检测器温度。7．打开计算机与工作站；。8．FID检测器温度达到150℃以上，打开点火开关点火。9．设置FID检测器灵敏度和输出信号衰减。10.查看仪器基线是否平稳，待基线平直后，即可进样测试。11.实验完毕后，先关闭检测器电源，再停止加热，待色谱柱、进样口的温度降至80℃以下时，依次关闭氢气与空气，用氮气将色谱柱吹净后关闭色谱仪电源开关，计算机电源，最后关闭载气减压阀及总阀。12.做好实验室的整理和清洁工作，并检查好安全后，方可离开实验室。4测试条件的设定色谱条件的设定要根据不同化合物的不同性质选择柱子，一般情况极性化合物选则极性柱。非极性化合物选择非极性柱。色谱柱柱温的确定主要由样品的复杂程度决定。对于混合物一般采用程序升温法。柱温的设定要同时兼顾高低沸点或溶点化合物。以下提供几种方法，仅供参考。1、柱温60-80℃恒温5min升温速率10-15℃/min最终温度200℃，进口温度200℃检测温度220℃2、柱温100-160℃速率不变最终温度230℃进样口温度250℃检测器温度250℃3、对于高沸点(高溶点)的化合物可采用柱温200℃升至240℃进样口温度250℃检测温度260℃以上条件可根据不同的化合物任意改动，其目的要达到在最短的时间里，使每个化合物的组份完全分离。一般测试化合物有两种测试方法：①毛细管柱分流法：样品被直接进入色谱柱，不需稀释进样量要少于0.1μl。若为固体化合物，则尽可能用少量溶剂稀释，进样量为0.2-0.4μl②大口径毛细管法不分流：无论固体或液体，一定要稀释后，方可进样，进样量为0.2-0.4μl(1ml/mg)5气相色谱使用注意事项1、操作过程中，一定要先通载气再加热，以防损坏检测器。2、在使用微量进样器取样时要注意不可将进样器的针芯完全拔出，以防坏进样器。3、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。4、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。5、进样器所取样品要避免带有气泡以保证进样重现性。6、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。7、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。8、氢气发生器液位不得过高或过低；9、空气源每次使用后必须进行放水操作；10、气路系统。（1）气路系统最常出现的问题是泄漏。泄漏的结果轻则影响仪器正常工作，重则造成意外事故。检漏必须经常进行。检漏方法是用毛刷或毛笔蘸上肥皂水捡漏，EPC系统则可在一定程度上自动检漏。（2）稳压阀和针形阀的调节应慢慢进行。在不工作时，稳压阀应放松手柄(顺时针转动)以防纹波管疲劳失效；针形阀则相反，应将阀门处于“开”的状态(逆时针转动)，以防阀密封圈粘在阀门上而损坏。（3）当载气钢瓶压力低于1.5×106Pa时，由于易使流路压力不稳和流动相纯度下降，则应更换新气瓶。11、进样系统手动进样主要要求是：（1）进样速度要快。取样后，一手持注射器，另一手保护针尖(防止插入时弯曲)，小心地将针头穿过隔垫，随即以最快的速度将注射器插到底，同时迅速将供试品注射入汽化室，然后快速拔出注射器。（2）取样量要准确。（3）为避免供试品之间的相互干扰。取样前先用供试品溶剂洗针至少3次(抽满针管的2/3，再排出)，再用要分析的供试品洗针至少3次。（4）选用合适的注射器。GC分析最常用的是10μl微量注射器，其进样量一般不要小于1μl。进样量要控制在1μl以下，就应采用5μl或1μl的注射器，由于此类注射器往往是将供试品抽在针尖内，取样时应反复推拉针芯，以确保针尖内没有气泡。（5）微量注射器用后必须用甲醇等有机溶剂清洗干净。12、柱系统（1）新色谱柱一般在分析前先要测试柱性能是否合格。办法是按出厂时的测试条件进行验收。可避免不必要的经济损失。（2）色谱柱若短期内不用，应从仪器上卸下，柱两端用一块硅橡胶(可用废进样隔)堵上，并放在相应的柱包装盒中，以免柱头被污染。（3）每次关机前都应将柱箱温度降到50℃以下，然后再关电源和载气。温度高时切断载气，因空气扩散进入柱管会造成固定液氧化降解。（4）每次新安装色谱柱，使用前都要重新设定柱箱保护温度，确保温度不超过色谱柱的最高使用温度。（5）当色谱柱使用一段时间后，会因柱内滞留的高沸点组分使基线波动或出现鬼峰。此时应对色谱柱进行老化。（6）在老化色谱柱时，应将色谱柱后管路与检测器断开，以免仪器管路与检测器污染。13、检测器（FID）启动仪器前必须先通载气。（1）尽量采用高纯的气源(如纯度为99.99%的N2或H2)，空气必须经过0.5nm分子筛充分的净化。（2）在最佳的N2／H2比以及最佳空气流速的条件下操作。FID的灵敏度与三者的比例有直接关系。此比例接近或等于1：10：1。（3）色谱柱必须经过严格的老化处理。（4）离子室要注意外界干扰，保证使它处于屏