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气相色谱法第一部分GC基础知识2019年9月17日星期二31.1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。2019年9月17日星期二4•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。2019年9月17日星期二51.2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2019年9月17日星期二61.3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1011～1013g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。2019年9月17日星期二7•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色谱流出曲线（色谱图）及有关术语2019年9月17日星期二8•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。2019年9月17日星期二93）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。2019年9月17日星期二101.5气相色谱构成示意图2019年9月17日星期二111.6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尾吹第二部分载气2019年9月17日星期二132.1常用载气1、载气要求：作为气相色谱载气的气体，要求要化学稳定性好；纯度高；价格便宜并易取得；能适合于所用的检测器。2、常用载气氮气(黑)、氦气(银灰)、氩气(白)、氢气(深绿)、二氧化碳(黑)等TCD用氢气、氦气比较好，灵敏度高，FID用氮气惰性气体化学稳定性好、价格高。2019年9月17日星期二14•3、气体的净化•净化管通常为内径50mm，长200～250mm的金属管•装填什么物质取决于载气纯度的要求(如，除去水分可用吸附剂硅胶和分子筛，除去烃类化合物，可用活性炭）。•净化管的出口和入口应加上标志，出口应当用少量纱布或脱脂棉轻轻塞上，严防净化剂粉尘流出净化管进入色谱仪。2019年9月17日星期二15•4、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。第三部分进样口2019年9月17日星期二173.1进样系统•气化室•将液体试样瞬间气化的装置。•进样装置•气体进样器（六通阀）：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；2019年9月17日星期二18•微量注射器进样阀•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。2019年9月17日星期二193.12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。第四部分色谱柱2019年9月17日星期二21色谱柱：色谱仪的核心部件。柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径2-6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：载体+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。2019年9月17日星期二222019年9月17日星期二234.2色谱柱选择的要素柱材质固定相内径膜厚长度2019年9月17日星期二244.2.1柱材质不锈钢和熔融石英共同点：良好的惰性和自由度不锈钢的优势：良好的耐磨性和抗刮伤特性，可以缠绕为更小的尺寸，卓越的温度适应性。熔融石英的优势：易于和保护柱连接，易于确认毛细柱内的高沸点污染物。2019年9月17日星期二254.2.2固定相固定相选择的基本原则：相似相溶原理，选用非极性的固定相分析非极性化合物如果化合物可以用不同极性的固定相分析，选用极性最小的固定相。非极性固定相的使用寿命长于极性固定相。应用范围较广的五种固定相，Rtx-1、Rtx-5、Rtx-50、Rtx-1701和Rtx-wax可以满足90%以上的分析需求。2019年9月17日星期二264.2.4色谱柱的选择根据极性来选择适合的固定相，从来选择适当的色谱柱。2019年9月17日星期二274.2.5气相色谱毛细管柱常用固定相2019年9月17日星期二284.2.7内径内径选择的基本原则：★0.10mm口径柱适用于快速气相色谱分析。★0.25mm口径柱具有较高的柱效，用于标准的GC/MS应用和分流/不分流分析。★0.32mm口径柱中等柱效，多用于不分流进样。★0.53mm口径柱，可以替代填充柱，适合于痕量分析。增加色谱柱的内径，可以增加分离的样品量，但由于纵向扩散路径的增加，会使柱效降低。2019年9月17日星期二294.2.8内径对分离度的影响较小的内径可以获得更好的分离度，或者在更短的时间内获得同样的分离度2019年9月17日星期二304.2.9膜厚膜厚选择的基本原则：★增加膜厚可以提高分离度和加强保留，厚些的液膜可以有效降低过载拖尾峰和其他化合物的共流出。★如果样品的浓度范围很宽，就需要更厚的液膜，反之，如果目标组分的分离足够，并且没有共流出的问题，就可以使用比较薄的液膜，对于挥发性有机物来说，厚液膜更为合适。★液膜厚度的改变将直接影响化合物的流出温度。膜越厚，保留越强，流出温度相应也越高。★标准膜厚(0.25~0.5µm)：最广泛的应用，对于流出达到300℃的大多数样品分析效果良好。★薄液膜(0.1~0.2µm)：适合石化分析，甘油三酯等高沸点的物质。★厚液膜(1~5µm)：适合于流出温度在100~200℃之间的低沸点化合物2019年9月17日星期二314.2.10膜厚对分离度的影响2019年9月17日星期二324.2.11长度长度选择的基本原则：★色谱柱越长，柱效越高。★选择可以满足分离度要求的最短的柱子。★如果即使是最长规格的色谱柱依然无法满足分离度的要求，请考虑更换固定相或膜厚。★分离度和柱长的平方根成正比，两倍的柱长只能增加40％的分离度。★标准柱(25~30m)：标准柱长，满足大部分应用。★短柱(5~15m)：通常用于10个组份以下简单样品的快速分析。★长柱(50m以上)：复杂样品分析。2019年9月17日星期二334.2.11柱长对分析时间的影响恒温分析：保留时间由柱长决定，柱长加倍分析时间也加倍。程升分析：保留时间主要取决于柱温，分离度的提升和恒温分析类似，但分析时间只是略有增加。由于分离度正比于柱长的平方根，所以增加柱长对分离是有利的。但增加柱长会使各组分的保留时间增加，延长分析时间。因此，在满足一定分离度的条件下，应尽可能使用较短的柱子。2019年9月17日星期二344.3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。2019年9月17日星期二354.4柱温的选择柱温是一个重要的色谱操作参数，它直接影响分离效能和分析速度。柱温不能高于固定液的最高使用温度，否则会造成固定液大量挥发流失。某些固定液有最低操作温度。一般地说，操作温度至少必须高于固定液的熔点，以使其有效地发挥作用。降低柱温可使色谱柱的选择性增大，但升高柱温可以缩短分析时间，并且可以改善气相和液相的传质速率，有利于提高效能。所以，这两方面的情况均需考虑。柱温分为恒温和程序升温两种恒温：对于沸程不太宽的简单样品，可采用恒温模式。一般的气体分析和简单液体样品分析都采用恒温模式。程序升温：对于沸程较宽的复杂样品，如果在一恒温下分很难达到好的分离效果。2019年9月17日星期二36恒温：45oC程序升温：30~180oC恒温：145oC温度低，分离效果较好，但分析时间长程序升温，分离效果好，且分析时间短温度高，分析时间短，但分离效果差第五部分检测器2019年9月17日星期二38•检测器：是将流出色谱柱的被测组分的浓度转变为电信号的装置，是色谱仪的眼睛。•通常由检测元件、放大器、数模转换器三部分组成.•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；•常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器、氮磷检测器。5.1检测器定义2019年9月17日星期二395.2检测器分类根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型和质量型检测器。•浓度型：检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与浓度成正比。•如TCD、ECD。•质量型：检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响应值与单位时间•进入检测器的质量成正比。如FID、FPD。根据应用范围，分为通用型检测器和选择型检测器•通用型：对所有物质有响应，如TCD、FID。•选择型：对特定物质有高灵