气相色谱基本原理及应用

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热导检测器TCD

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，从而改变热敏元件的电阻
值，电阻发生变化，整个线路就立即有信号输出。

TCD几乎对所有可挥发的有机和无机物质均能响应。 但灵敏度较低，被测样品的浓度不得低于万分之一。
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火焰光度检测器FPD

原理：燃烧着的氢焰中，当有样品进入时，则氢
气相色谱基本原理 及应用
讲解人：王晓娟
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简述
气相色谱法是二十世纪五十年代出现的一项重大科学技
术成就。这是一种新的分离、分析技术，它在工业、农
业、国防、建设、科学研究中都得到了广泛应用。气相 色谱可分为气固色谱和气液色谱。气固色谱的“气”字
指流动相是气体，“固”字指固定相是固体物质。例如
活性炭、硅胶等。气液色谱的“气”字指流动相是气体， “液”字指固定相是液体。例如在惰性材料硅藻土涂上 一层角鲨烷，可以分离、测定纯乙烯中的微量甲烷、乙 炔、丙烯、丙烷等杂质。
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。

FPห้องสมุดไป่ตู้对含磷、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。
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气相色谱常用定量方法

1、归一化法
2、内标法 3、外标法


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1、归一化法
当试样中所以组分在检测器上都有响应信号， 并在色谱图上都能出现色谱峰，可用此法计算各 待测组分的含量。 mi wi=mi 100% 100%
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根据采样后处理方法不同，固体吸附剂管可分为溶 剂解吸型和热解吸型。如下图 固体吸附剂采样管的规格
固体吸附剂量，mg 类型 管长，mm 内径，mm 外径， mm 活性炭管 前段 后段 硅胶管 前段 后段
溶剂解吸型
热解吸型
70~80
120
3.5~4.0
3.5~4.0
5.5~6.0
6.0+0.1
100
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电子捕获检测器ECD


原理：载气分子在63Ni辐射源中所产生的β粒子的 作用下离子化，在电场中形成稳定的基流，当含 电负性基团的组分通过时，俘获电子使基流减小 而产生电信号。 ECD是一种高选择性、高灵敏度的检测器，对含 有较强电负性元素的物质，如含有卤素、氧、硫、 氮等的化合物有响应，元素的电负性越强，检测 器的灵敏度越高。



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氢火焰离子化检测器FID


原理：待测有机物在火焰中离子化，电离成的正负 离子在两极间的静电场的作用下定向运动形成电流。 电流的大小在一定范围内于单位时间内进入检测器 的待测组分的质量成正比。 FID是一种质量型检测器。它对大多数有机物有很 高的灵敏度，适用于痕量的有机物分析，是目前应 用最广泛的一种检测器。
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固体吸附剂
1、活性炭 属于非极性吸附剂，吸附非极性和弱极性的有机气体和蒸 气，吸附容量大，吸附力强，水的影响小。适用于采集有机气
体和蒸气的混合物。
2、硅胶 是一种极性吸附剂，对极性物质有着强烈的吸附作用，可 以吸附相当大量的水，以致降低甚至失去它的吸附性能。所以 硅胶管只适宜在较干燥的环境中采样，采样时间不宜过长。
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2、内标法
所谓内标法是将一定量的纯物质作为内标 物，加入到准确称取的试样中，根据被测物 和内标物的质量及其在色谱图上相应的峰面 积比，求出某组分的含量。
wi= Ai ms fi 100%
As m
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3、外标法
所谓外标法就是应用待测组分的纯物质来制 作标准曲线。然后在相同的色谱操作条件下，分析 待测试样，从色谱图上测出试样的峰面积或峰高， 根据标准曲线测出待测组分的含量。 外标法是最常用的定量方法。操作简单，不 需要测定校正因子。结果的准确性取决于进样的重 现性和色谱操作条件的稳定性。
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气相色谱柱的分类



色谱柱是由柱管和填充在其中的固定相组成，按照 柱管的粗细和固定相的填充方式分为填充柱和毛细 管柱。 毛细管柱常用玻璃或熔融的石英拉制而成，内径为 0.2~0.5mm，长度30~300m，呈螺旋型。 填充色谱柱通常用不锈钢或玻璃材料制成，内径为 2~4mm，柱长为1~3m，做成U型或螺旋型，柱内 填充固定相。
m1 m2 mi mn Aifi 100 % A1 f 1 A2 f 2 Aifi Anfn m
其中各组分的质量分别为m1，m2， ， mn， 各组分含量的总和m为100%，其中组分i的质量 分数为wi。
100
50
200
100
200
20
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气相色谱仪的维护与保养
1、每次新安装了色谱柱后，都要在进样前进行老化。 2、新购买的色谱柱一定要在分析样品前先测试柱性能是否合格。 3、暂时不用的色谱柱从仪器上卸下后，柱两端应当用一块硅橡胶 堵上，放在相应的柱包装盒中，以免柱头被污染。 4、每次关机前都应将进样口和检测器的稳定降到 100℃以下，然 后再关电源和载气。 5 、开机的时候要保证先开气后开机的原则，关机的时候要保 证先关机后关气的原则。 6、载气要求化学惰性，不与有关物质反应，气体纯度要求 99.99%以上。
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气相色谱法的特点
（1）分离效能高。对物理化学性能很接近的复杂混合物质 都能很好地分离，进行定性、定量检测。有时在一次分析时 可同时解决几十甚至上百个组分的分离测定。 （2）灵敏度高。能检测出ppm级甚至ppb级的杂质含量 （3）分析速度快。一般在几分钟或几十分钟内可以完成一 个样品的测定。 （4）应用范围广。气相色谱法可以分析气体、易挥发的液 体和固体样品。就有机物分析而言，应用最为广泛，可以分 析约20%的有机物。此外，某些无机物通过转化也可以进行 分析。 不足之处： 不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。 被分离组分的定性较为困难。
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气相色谱的工作原理
色谱分析是一种多组分混合物的分离、分析技术。它主要 利用物质的物理性质对混合物进行分离，测定混合物的各组份。 并对混合物中的各组份进行定量、定性分析。 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。由于样品中各组份在色谱柱 中的流动相（气相）和固定相（液相或固相）间分配或吸附系 数的差异。在载气的冲洗下，各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，将各组份按顺序检测出来。
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气相色谱的应用
主要广泛应用在卫生防疫，食品卫生，环境检测，
质量监督，石油化工，精细化工，农药，制药， 电力，白酒，矿山等行业及科研机关和大专院校。
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气相色谱的应用
在石油化学工业中大部分的原料和产品都可采用气相色谱法 来分析； 在电力部门中可用来检查变压器的潜伏性故障； 在环境保护工作中可用来监测城市大气和水的质量； 在农业上可用来监测农作物中残留的农药； 在商业部门可和来检验及鉴定食品质量的好坏； 在医学上可用来研究人体新陈代谢、生理机能； 在临床上用于鉴别药物中毒或疾病类型； 在宇宙舴中可用来自动监测飞船密封仓内的气体等等。 有机合成领域内的成份研究和生产控制； 尖端科学上军事检测控制和研究。
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气相色谱分析的基本原理
1、色谱分离的本质：分配系数的差异 分配系数是在一定温度下，溶质在互不混容的两相中浓度之 比。 2、GC主要是利用物质的沸点、极性及吸附物质的差异来实现 混合物的分离。如图：
样品 进样汽化 色谱柱分离 检测器 载气
信号记录
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气相色谱法的分析流程
1、气路系统 包括气源、气体净化、气体流量控制和 测量装置。 2、进样系统 包括进样器、汽化室和控温装置。 3、分离系统 包括色谱柱、柱箱和控温装置。 4、检测系统 包括检测器和控温装置。 5、数据采集和处理系统 包括放大器、色谱工作站或 微处理机。 其中色谱柱和检测器是关键部件。
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毛细管柱
填充柱
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检测器的分类
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。 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 测器的量 成正比。
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气相色谱常用检测器

1. FID（氢火焰离子化检测器） 2. ECD（电子捕获检测器） 3. TCD（热导检测器） 4. FPD（火焰光度检测器）
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