VARIAN气相色谱基础培训

如果管线太长，应适当增加输出压力

气体进口及连接 （续）
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仪器上所有的气体都使用 1/8” Swagelok® 的接头连接

5 . 进样口
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作用：样品进样和汽化. 要求：精度和重现性 根据样品的性质选择进样技术

进样口
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填充柱进样口 • 柱上进样(On Column) • 快速气化（Flash-vaporization） 毛细管柱进样口 • 分流/不分流进样 • 分流 • 分流进样规则 • 不分流进样的规则
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隔垫吹 扫 载气进 口

进样垫 O型密封环 分流出口 分流 点

进样衬管

分流进样规则
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进样口温度比样品中最高沸点的温度至少高20C，以便高效且得到

好的重现性。
针头不用预热，快速进样，并迅速拔出针头。自动进样器一般为 1µL或更少。对高沸点的样品应在进样口停留1-2s.

分离度（Resolution)
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两个相邻峰的分离程度。以两个 组份保留值之差与其平均半峰宽 值的比来表示：

R

2 ( t R 2 t R 1 ) W2 W1

•当R=1 时，有5％的重叠；
•当R=1.5时，分离程度为99.7%，可视为基线分离 • 毛细管色谱柱比填充柱有更高的分辨率.

He H2 N2

气 体
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作用：

• 1）载气：作为色谱的流动相
• 2）检测器的工作气体。 载气：

惰性：He, Ar, N2, H2.
根据检测器, 价格及方便程度来决定 采用压力调节器以获得恒定的仪器输 入压力 控制流量来得到恒定的流速

气体的供应和控制
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•气体的类型由检测器决定. Detector TCD ECD

• 如果已知有效塔板数，则可计算：
Neff = Lcol / HETP

Van Deemter 图
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• 由该图可以得到最佳的线速度
• 对于毛细管柱可忽略A项（涡流扩散），一般对于毛细管线 速度为30-60 cm/sec。

4. 载气对Van Deemter图的影响
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分

流
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均匀气化的样品通过分流点(柱尖端Colomn tip). 样品在玻璃衬管气化 要求： • 将样品中具有代表性的样品注入到色谱柱中。

• 可重现的分流比
缺点 • 可能会有进样歧视现象。对宽沸程的样品易产生非线性分流，使 样品失真 • 不适于高纯度物质和痕量组分(<50ppm)的分析
Insert*

Injection point Split point

1079的进样垫直 径为11.５mm

1079 进样口气路图
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Septum purge

Gas in Splitter vent to filter, then to solenoid valve

1177分流/无分流毛细柱进样口
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气相色谱仪基础
美国瓦里安技术中国有限公司

内容提要
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１.色谱原理 ２.气相色谱系统 ３.气相色谱基本理论 ４.载气 ５.进样口 ６.色谱柱 ７.检测器 ８.定量分析

１.色 谱 原 理
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根据样品各组分在流动相和固定相中的分配情况不同来 进行分离。 一些组分与固定相作用较强，故较慢流出色谱柱，从而 得以分离。
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• 综合上述三个峰展宽的因数
• HEPT : 理论塔板高度 (Height equicalent to a theoretical Plate)： HETP = A + B /  + C  这里： A = 涡流扩散 B = 纵向扩散  = 载气的线流量 低的 HETP= 高的色谱柱效率 C = 传质阻力

柱效能（Column Efficiency)
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峰展宽的度量. 以塔板数来表示 类似蒸馏中的气液平衡

塔板理论

例如，图示中塔板数为3.

峰的形状
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理想的峰型是高斯曲线. 分子的理论统计学分布

影响色谱柱效率的因素
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A. 涡流扩散 (不同路径的影响 ).

如果程序升温，柱温箱的温度应该高于溶剂的沸点，进样后应快速
升温。 以确保隔垫吹扫打开，设定为2-5 mL/min.

不分流进样的规则
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将软件置于不分流模式（splitless）。所有进样口的流量应经过色 谱柱和隔垫吹扫.将进样口温度设置为沸点最高物质的沸点上。 用“三明治”技术慢慢进样。在进样口预热针头0.05 min. 以 1.0µL/sec
60 / 80 80 / 100 100 / 120 120 / 140 177 149 125 105 to to to to 260 177 149 125 m m m m

Model 1041
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标准工具包里带两个 柱螺母，一个闷头 可用于填充柱和0.53毛细管柱 标准配制如右图，用于0.53mm 的毛细管柱 如用于填充柱，则将右图中的 “530 micron insert”拆下 ，将填充柱装到顶 1041的进样垫为 10.5mm，与1079 （11.4mm）、1177 (9mm) 不一样。

FID He N2 H2 H2 Air

PFPD N2 He H2 H2 Air

TSD He N2

•气体要求色谱级的高纯气 体99.999 % 载气推荐采用H2、He:
1) 分离度好 2) 对TCD灵敏度最高，而且 可保护W丝

Carrier Gases

He N2 H2 Ar

N2

CH4+Ar r

Fuel Gases

- 在一定温度下，色谱柱材质不受分析物的影响 注意：用色谱级、干净的材料。

填充柱
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玻璃、特氟珑及不锈钢材质 (惰性).

填充柱尺寸
材质 不锈钢 玻璃 特氟珑
Pac k

内径 2 mm 2 mm 2 mm

外经 1/8 inch 1/4 inch 1/8 inch

长度 2-3 meters 2 meters <10 meters

分流比
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分流比S.R.

排气口流量 + 色谱柱流量

=

色谱柱流量

分流比的设定根据样品的浓度和复杂程度来决定。总流量一定要大于

20ml/min
隔垫吹扫： 用途：赶走残留样品和溶剂。

• 2-5 mL/min的载气直径吹扫隔垫底部。
• 可用烧结的限制器和针型阀来控制。 • 在特有的毛细管柱进样口上使用。

• N2, 变化最大, 可得到最低的HETP.

• H2 和 He 曲线较平坦，即使较高的 流速下也能得到较低的HETP
所以即使在较高的分析速度时，也可 以得到较好的分离度.

常用毛细管柱的最佳载气流量
载气 250 ml/min cm/sec 1.3 45 1.6 55 0.4 14 毛细管内径（微米） 320 ml/min 1.7 2.1 0.5 cm/sec 35 43 11 530 ml/min cm/sec 2.8 21 3.4 26 0.9 7

mL/min.

6. 色谱柱
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填充柱
• 长：2 - 3 m • 内径：2 - 4 mm • 玻璃和金属材质

毛细管柱
• 长：10 - 100 m • 内径：0.1 - 0.8 mm • 熔融氧化硅或不锈钢，聚酰亚胺涂层

色谱柱材料和结构
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•
•

填充柱
- 短(2-3 米), 管内径较粗. 毛细管柱 - 长(> 60 米), 内径较细. 所有材料均要求化学及热性质稳定. • • 热稳定性 - 分析时所使用的温度不应致使色谱柱材质受到破坏 化学稳定性

• 填充柱中填有固态载体，上面涂有液态固定相，用于气液色谱 （GLC）或直接填充多孔固体，用于气固色谱（GSC）.

固态载体
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是液态固定相附着的载体 增加与样品接触的表面积。 直径大小与目数的关系 细小、均匀、多孔。 大部分采用硅土. 颗粒大小（目） 平均的直径范围 标准大小颗粒.

的速度进样。让注射器停在进样口几秒钟以确保样品完全气化。
开始时，柱温箱温度设定为比溶剂的沸点低20º C，保持1分钟，然后以

30º C/min的速度升到比溶剂沸点高 40-60º C的温度，然后再根据样品
需要程序升温。进样时间为0.5-1.0分钟后，进样口切换到分流模 式。排气流量至少应设为50 mL/min.保证隔垫吹扫打开，并设为2-5

H2 Air

3) 注意安全问题

• 过滤系统:
• 除氧. • 活性炭除碳氢化合物。

• 分子筛除水

气体进口及连接
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• 两级的气体压力调节器.
• 低压端可从0到100 psig.
• 注意：不要用不干净的管路

载气的进口压力 燃烧气的进口压力

H2, He, N2, Ar 2 一般 80 psi(5.5kg/cm ) H2 一般 40 psi(2.8kg/cm2) Air 一般 60 psi(4kg/cm2)

分流/不分流进样
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用于毛细管柱0.1 mm to 0.53 mm ID. 可选用分流/不分流进样 (split/splitless.) 分流(split) 允许样品中的代表部分进入到色谱柱中。 当被测物浓度较高时。 不分流(splitless) 类似于直接进样. 样品中绝大部分进入到色谱柱中。

毛细管柱进样口
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要求不同的硬件和技术。 • 直接进样. • 分流/不分流进样. • 柱上进样 直接进样 ----(柱上进样或快速气化) 只用于大口径 ( 0.53 mm 内径). 将注射器中的样品全部送入到色谱柱.

允许缓慢注入较大体积的稀释样品 ( 2 µL)。
相对低的进样口温度。

快速气化（Flash-vaporization）
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对于浓度较高或较脏的样品。
色谱柱连接在进样口底部。 色谱柱完全填充。 样品在玻璃内衬中气化 进样口至少高于柱温箱50C。 能够用于大口径的毛细管。

毛细管进样
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只需要少的进样量 • 需要特别的进样技术－分流/不分流/柱上进样 载气流量小 • 但检测器需要尾吹 需要特别的硬件 • 隔垫吹扫 • 分流装置 • 压力、流量调节

样品组分分离示意图
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洗脱时

分离时
进样时

2. 气相色谱系统
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压力控制 控制面板
检测器 进样口 色谱工作站

气体钢瓶

气路控制

柱箱

计算机

3. 气相色谱基本理论
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 色谱图
检测信号和时间的关系图 不同的色谱峰对应相应的组分

可以得到相应组分的保留时间和峰面积信息。

• 取决于色谱柱大小、形状和填充的好坏
• 毛细管柱可忽略该项

影响色谱柱效率的因素
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B. 纵向扩散.

•气相中分子的扩散 •主要决定于气体流速

影响色谱柱效率的因素
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C. 传质阻力

•

样品组分从气相到液相容易.

• 主要取决于气体的流速和固定相量的多少。

著名的范德母特（Van Deemter）方程

填充柱进样口
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柱上进样(On Column)

快速气化（Flash-vaporization）
柱上进样(On column) 液体样品直接注射进柱头上 消除了气化时样品损失。 消除了传输过程中从进样口到色谱柱之间的样品损失。

可用于热不稳定物质的分析。
定量分析精度好。 最好用于干净稀释的样品。

Model 1079
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1079 进样口气路图
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(aHale Waihona Puke Baidu 分流 (b) 不分流

1079 进样口
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Septum nut Septum support Sealing ferrule Septum purge

Carrier gas in Split out
保留时间– 定性分析 峰面积 – 定量分析
CH4

基本术语
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保留时间（Retention time)：

组份从进样到出现最大值所需要的时间，tR
死时间(dead time): 不被固定相滞留的组份，从进样到出峰最大值所需要的时间，t0 峰高（Peak Heigh) 从峰最大值到峰底的距离 峰面积（Peak Area) 峰与峰底之间的面积