安捷伦气相色谱基础培训分析

安捷伦气相色谱基础培训2020年7月25日星期六第一部分GC基础知识2020年7月25日星期六1.1概述色谱法是一种分离方法，它利用物质在两相中分配系数的微小差异进行分离。当两相做相对移动时，使被测物质在两相之间进行多次分配，这样原来的微小差异产生了很大的效果，使各组分分离，以达到分离分析及测定一些物理化学常数的目的。2020年7月25日星期六•理解色谱法(GasChromatography)•主要有2点：一是要有两相，二是要有差异。•两相：固定相和流动相•具体到气相色谱：•固定相就是色谱柱(column)，流动相就是气体或者称为载气(carriergas)。•差异就是指分配系数的差异。2020年7月25日星期六色谱过程示意图待分离组分，和载气ABCD2020年7月25日星期六分离的过程示意图2020年7月25日星期六样品流动相固定相1.2气相色谱法的定义和分类定义：用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法。分类：根据固定相的状态不同，气固色谱(GSC)（吸附原理）、气液色谱(GLC)（分配原理）气固色谱可用活性炭，硅胶，分子筛，高分子多孔小球等作为固定相，分离的主要对象是一些永久性的气体和低沸点的化合物。吸附-脱附气液色谱多用固定液涂渍在惰性载体上作为固定相，一般只要高沸点的有机化合物，蒸汽压低（在450℃以下有1.5KPa-10KPa的蒸汽压）且热稳定性好的有机化合物作为固定液。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。溶解-挥发2020年7月25日星期六1.3气相色谱法的特点•“三高”“一快”“一广”1.高效能：一般填充柱的理论塔板数可达数千，毛细管柱可达一百多万。2.高选择性：可以使一些分配系数很接近的以及极为复杂、难以分离的物质，获得满意的分离。3.高灵敏度：可以检测1011～1013g物质，适合于痕量分析。4.分析速度快：一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。5.应用广泛：可以分析气体试样，也可分析易挥发或可衍生转化为易挥发的液体和固体。分析的有机物，约占全部有机物(约300万种)的20%。6.不足之处：对被分离组分的定性能力较差。2020年7月25日星期六•从载气带着组分进入色谱柱起就用检测器检测流出柱后的气体，并用记录器记录信号随时间变化的曲线，此曲线就叫色谱流出曲线，当待测组分流出色谱柱时，检测器就可检测到其组分的浓度，在流出曲线上表现为峰状，叫色谱峰。•色谱图:试样中各组分经色谱柱分离后,在柱的末端收集各组分,经检测器转换为电信号,用纪录仪将各组分浓度记录下来,得到色谱图。1.4色谱图及有关术语2020年7月25日星期六•如图所示为一色谱流出曲线：•1）基线：在实验条件下，色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线称为基线。基线在稳定的条件下应是一条水平的直线。它的平直与否可反应出实验条件的稳定情况。•2）峰高（h）和峰面积：色谱峰顶点与基线的距离叫峰高。色谱峰与峰底基线所围成区域的面积叫峰面积。2020年7月25日星期六3）保留值a.死时间(tM)：不与固定相作用的物质从进样到出现峰极大值时的时间，它与色谱柱的空隙体积成正比。由于该物质不与固定相作用，因此，其流速与流动相的流速相近。据tM可求出流动相平均流速b.保留时间tr：试样从进样到出现峰极大值时的时间。它包括组份随流动相通过柱子的时间t0和组份在固定相中滞留的时间。c.调整保留时间tr’：某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间，它是组份在固定相中的滞留时间。即tr’=tr－tM4）色谱峰底宽W：由色谱峰的两边拐点做切线，与基线交点的距离。5）半峰高宽度W½：色谱峰高一半处的峰宽。也称为色谱峰半高宽度。2020年7月25日星期六1.5气相色谱构成示意图2020年7月25日星期六1.6气相色谱基本流路图500次更换进样垫100次更换一般为1:10吸咐不被气化的物质N2尾吹2020年7月25日星期六第二部分载气2020年7月25日星期六典型的气相色谱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限流器气源2020年7月25日星期六气源与载气种类对载气的要求如下：1、惰性（不与样品或固定相反应）2、气体扩散小，以提高柱效率3、容易得到并易纯化4、价格便宜5、满足检测器要求常用载气：N2H2HeArTCD用氢气、氦气比较好，灵敏度高，FID用氮气辅助气：氧气或空气2020年7月25日星期六1、气体不纯的不良影响2、气体的净化方法3、常用的净化物质的使用与老化1)样品失真或消失2)柱失效3)对固定液保留特性的影响4)对检测器的影响气体的净化2020年7月25日星期六气流调节阀•通常在减压阀输出气体的管线中还要串联稳压阀，用以稳定载气（或燃气）的压力•当用程序升温进行色谱分析时，由于色谱柱柱温不断升高引起色谱柱阻力不断增加，也会使载气流量发生变化。为了在气体阻力发生变化时，也能维持载气流速的稳定，需要使用稳流阀来自动控制载气的稳定流速。2020年7月25日星期六第三部分进样系统及技术2020年7月25日星期六阀进样2020年7月25日星期六气体进样液体进样阀2020年7月25日星期六WSPC排出口样品入口限流器载气色谱柱WSPC载气色谱柱取样状态进样状态样品上方取样进样法（顶空分析）顶空的概念样品顶空恒温箱气密型进样器1.样品放置在一个恒温箱中（或炉中），从而可以达温度平衡。2.利用一个气密型的进样器或其它合适的手段取出样品上方的相同的顶空气体。3.再使用一般的GC仪器来分析样品的顶空气体。2020年7月25日星期六顶空相关问题适于分析这样的挥发物：-不纯样品。-固体样品。-含有某些不做分析的高沸点组分样品。-含水量较高的样品。2020年7月25日星期六应用1.氯代甲烷2.二氯甲烷3.三氯甲烷4.四氯化碳123415min柱：HP-1(Cross-LinkedMethylSilicone)30mx0.53mmx2.65(HPPartNo.19095Z-123)载气：Helium,5.2psi炉温：40C进样口：1cc,不分流检测器：FID柱：HP-1(Cross-LinkedMethylSilicone)30mx0.53mmx2.65(HPPartNo.19095Z-123)载气：Helium,5.2psi炉温：60C进样口：1cc,分流比5:1检测器：FID1.苯2.甲苯10min12水中氯化烃顶空分析水中芳烃顶空分析2020年7月25日星期六药品中溶剂残留:USP4672020年7月25日星期六246810123451二氯甲烷(25ppm)2氯仿(12ppm)3苯(25ppm)4三氯乙烯(25ppm)5二噁环(25ppm)进样垫固定螺母2020年7月25日星期六进样垫石墨垫柱载气玻璃填充物齿形螺母衬管填充柱进样口示意图毛细管柱进样口分流方式是特为毛细管柱GC设计的样品引入方式可与熔融石英，玻璃，金属柱相接脉冲分流允许更大进样量脉冲不分流允许更大进样量分流方式用于含量较高组分分析不分流方式用于痕量组分分析2020年7月25日星期六分流/不分流流路系统2020年7月25日星期六不分流流路示意图进样过程中分流放空阀关闭（没有分流出口流量）在进样后的某指定时间，分流阀打开，将剩下的蒸汽清除出进样口。2020年7月25日星期六堵塞温度不正确污染泄漏2、操作条件的选择1)汽化室温度的选择2)进样垫的材料与处理3)进样量进样口操作1、进样口常见问题2020年7月25日星期六注意事项★进样口温度过低，将导致高分子量化合物气化不完全，并且不能有效转移到色谱柱中。(样品气化不完全)★进样口温度过高，导致热稳定性差的化合物分解。(样品分解)★样品从进样针注入时，不同组分的气化程度不同，高沸点组分残留量比例高。一般情况下进样速度必须很快，因为当进样时间太长时，试样原始宽度将变大，色谱峰半峰宽随之变宽，有时甚至使峰变形。一般地，进样时间应在1s以内。2020年7月25日星期六第四部分色谱柱2020年7月25日星期六气相色谱柱有多种类型。从不同的角度出发，可按色谱柱的材料、形状、柱内径的大小和长度、固定液的化学性能等进行分类。色谱柱使用的材料通常有玻璃、石英玻璃、不锈钢和聚四氟乙烯等，根据所使用的材质分别称之为玻璃柱、石英玻璃柱、不锈钢柱和聚四氟乙烯管柱等。在毛细管色谱中目前普遍使用的是玻璃和石英玻璃柱，后者应用范围最广。对于填充柱色谱,大多数情况下使用不锈钢柱，其形状有U型的和螺旋型的，使用U型柱时柱效较高。按照色谱柱内径的大小和长度，又可分为填充柱和毛细管柱。前者的内径在24mm，长度为110m左右；后者内径在0.20.5mm，长度一般在25100m。在满足分离度的情况下，为提高分离速度，现在也有人使用高柱效、薄液膜的10m短柱。2020年7月25日星期六根据固定液的化学性能，色谱柱可分为非极性、极性与手性色谱分离柱等。固定液的种类繁多，极性各不相同。色谱柱对混合样品的分离能力，往往取决于固定液的极性。常用的固定液有烃类、聚硅氧烷类、醇类、醚类、酯类以及腈和腈醚类等。新近发展的手性色谱柱使用的是手性固定液，主要有手性氨基酸衍生物、手性金属配合物、冠醚、杯芳烃和环糊精衍生物等。其中以环糊精及其衍生物为色谱固定液的手性色谱柱，用于分离各种对映体十分有效，是近年来发展极为迅速且应用前景相当广阔的一种手性色谱柱。在进行气相色谱分析时，色谱柱的选择是至关重要的。不仅要考虑被测组分的性质，实验条件例如柱温、柱压的高低，还应注意和检测器的性能相匹配。有关内容我们将在以后章节中加以详细讨论。2020年7月25日星期六“极性”一词常用来描述或评价固定液的性质。气相色谱中的所谓极性，是指含有不同功能团的固定液与分析物质的功能团和亚甲基之间相互作用的程度。如果一种固定液保留某种化合物的能力大于另一类，则认为这种固定液对于前一类化合物有较高的选择性。人们最初用来描述和区别固定液分离特性的方法是罗胥耐德(Rohrschneider)于1959年提出的相对极性方法。他首先规定固定液β,β-氧二丙腈的相对极性为100，角鲨烷为零，选用正丁烯与正丁烷或环已烷与苯作为物质对，然后分别测定物质对在氧二丙腈、角鲨烷以及被测固定液柱上的相对调整保留值并取对数。对于罗氏所建议的方法，有些人仍认为不够完善。1970年麦克雷诺(McReynolds)对这一方法提出改进方案。他采用丁醇、2-戊酮和硝基丙烷分别取代罗氏所用的乙醇、甲乙酮和硝基甲烷，实验温度改为120℃。为了与罗氏常数相区别，相应的麦氏常数用X'，Y'，Z'，U'，S'表示。2020年7月25日星期六许多色谱手册都列有这两种常数，但罗氏常数现在人们已经不太常用，使用比较广泛的是麦氏常数。固定相的评价是一个比较复杂的问题。不论是罗氏常数还是麦氏常数，许多人认为都还有不少缺点。为了寻求比较完美的表征方法，近年来Abraham等人提出了一种“溶剂化参数模型”（solvationparametermodel）。这一模型将溶质分子从气相溶解到固定相的过程分为三个阶段：(1)在固定相中形成一定大小的空穴。这一过程要打破溶剂-溶剂分子间的“键”，是一个吸收能量的过程。溶质分子越大，需要打破的溶剂-溶剂分子间的“键”越多，吸收的能量也越多。如果仅考虑这一阶段，溶质分子越大，其保留值越小；(2)孔穴周围的溶剂分子重新排列。这一过程虽然与熵及焓有关，但对Gibbs自由能的贡献不大；(3)溶质进入孔穴。这一过程产生溶质和溶剂之间的各种作用力。所有作用力都会导致释放能量，有利于溶质的溶解。2020年7月25日星期六色谱柱2020年7月25日星期六填充柱毛细管柱普通填充柱微填充柱分析填充柱制备填充柱壁涂毛细管柱(WCOT)多孔层毛细管柱(SCOT或PLOT)填充毛细管柱弹性石英毛细管柱(FSOT)壁处理毛细管柱分配型吸附型分配型吸附型普通弹性石英毛细管柱键合相弹性石英毛细管柱色谱柱分类色谱柱类型2020年7月25日星期六填充柱开管柱（毛细管柱）常规型小球填充柱多孔层小球填充柱