第四章,色谱分析仪器与技术

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4.进样器和检测器的温度 温度比恒温箱最高温度高出25~50℃,防止样品组分 冷凝。 5.恒温操作 温度一般要求比样品最高沸点低40℃左右。 原则是温度每上升1℃,保留时间缩短5%。温度每上 升30℃,分配系数下降一半,分析速度加快一倍。
6.程序操作 ,常用线性升温。
第三节 高效液相色谱仪
序升温。
四、程序升温控制系统
(一)恒温控制系统
恒温是指在整个工作过程中温度始终控制在设定的范 围内。恒温控制系统是一种闭环负反馈自动控制系统 ,由恒温控制电路、恒温箱及测温、补偿等环节构成 。
(二)程序升温控制系统
程序升温就是指色谱柱的温度在分离的过程中按照预 定的程序逐步增加。
常用的程序升温方式有:
• 这是决定色谱最终分离结果好坏的基础。
色谱工作就是使用外力使含有样品的流动 相(气体、液体)通过一固定于柱中或平板 上、与流动相互不相溶的固定相表面。当流 动相中携带的混合物流经固定相时,混合物 中的各组分与固定相发生相互作用(分配、 吸附、离子交换等) 。由于混合物中各组分 在性质和结构上的差异,与固定相之间产生 的作用力的大小、强弱不同,随着流动相的 移动,混合物在两相间经过反复多次的分配 平衡,使得各组分被固定相保留的时间不同, 吸附力大的固着不动或移动缓慢,吸附力小 的被流动相溶剂洗下来随流动相向下流动, 从而按一定次序由固定相中先后流出。与适 当的柱后检测方法结合,实现混合物中各组 分的分离与检测。
(二)进样气化装臵
作用是接收样品后,立即使其气化。为使样品集中地成 一窄带状被带入色谱柱,要求死体积尽量小,峰扩展尽 量小。
接色谱柱
散热片(预热)
取样器
加热块
载气入口 汽化室示意图
三、气相色谱柱与温度控制
(一)气相色谱柱 1.固定相-----注:极性对极性
色谱柱是整个气相色谱系统的核心,样品各个组分的分离便在此 完成。优良的色谱柱应具有适当的尺寸和固定相。
线性程序(单阶线性升温) 非线性程序(多阶线性升温)
四、程序升温控制系统
1.线性程序
即柱温T随时间变化成比例地升高。可表示为T=T0+rT ,式中T0为初温,℃ ;t表示时间,min ;r代表升温速 度,℃ / min。
2.非线性程序
线性-恒温 适于高沸点组分较多的样品的分离。 恒温-线性 适于低沸点组分较多的样品的分离。 恒温-线性-恒温 适于组分沸点范围很宽的样品。 多种升温速度 适于复杂样品。
载气+样品 绝缘体
阴极 ( 池体 )
阳极 极 化 电 源 数据 处理 放大 器 记 录 仪
放射源 出口
63Ni
电子捕获检测器基本原理图
六、气相色谱仪的工作原理
• 气态样品或经气化室气化了的液态样品被载气(流动相 )带入色谱柱(固定相)。在色谱柱中经过多次反复吸 附—脱附—析出的分配过程后,依次离开色谱柱,进入 检测器;检测器把流入的组分定量的转换成电信号,经 放大处理后,送往显示与记录系统,从而得到被测样品 各个组分的色谱图。 • 柱参数的合理选择影响分Βιβλιοθήκη Baidu效果,柱参数就是有关色谱 操作的所有参数的统称。
2.基线
表明纯流动相流过检测器时所产生的响应,反映了检测器 噪声随时间变化的情况。
3.色谱峰
样品中分离出的各组分进入检测器时,色谱流出曲线就会偏 离基线,检测器的输出信号根据流入组分的浓度或质量的变 化显示出的峰,即为色谱峰。
三、色谱分析的常用术语和参数
4.进样峰和空气峰
进样峰是进样时操作条件被干扰出现的,也可在进样时通过连 动装臵进行标记,是色谱分离过程中时间的起点。 空气峰是由于空气等物质不被固定相吸收,最先被流动相冲洗 出来到达检测器而形成的峰形。
FID)
简称氢焰检测器,是电离检测器的一种,属第二类(质量 流速类)检测器。 由电极、电离室、离子源、极化电源、本底电流补偿环节 以及静电计、记录仪等构成。
热导检测器检测原理是载气和 样品各组分具有不同的导热系数。
工作 热导池
支承丝 电桥 载气 E 仪记 录 输出电阻
热敏元件
参比 热导池
热导检测器基本原理图
三、气相色谱柱与温度控制
(二)温度控制
温度控制要求为:
①点温度的稳定性; ②温度场的均匀性; ③恒温范围可以调节; ④绝热性能好,从启动到稳定点的时间要短; ⑤要有足够的可用恒温空间,供装色谱柱之用。 温度控制器主要有:
开关式、比例调节器式、作用调节器式。
四、程序升温控制系统
气相色谱仪的温度控制方式: 恒温:适用于样品中各组分的沸点分布范围较窄时,用 恒温操作,可以得到较好分离结果。 程序升温:当样品中各组分的沸点相差较明显时(一般在 沸点分布范围大于80℃~100℃时) ,此时最好使用程
3.程序升温控制方式
电子式 机电式
四、程序升温控制系统
4.程序升温操作中须注意的问题
升温方式:根据样品的性质决定。 起始温度:根据样品中沸点最低组分的沸点决定, 起始温度在其附近或稍低一点均可。
升温速度:影响到分离效率和分析时间。
终止温度:取决于固定液的最高使用温度及高沸点组 分的沸点。可以以其中较低的温度为依据来确定终 止温度。
2.柱管形状和尺寸
柱管形状:U型管、盘形管和螺线管,以U型管最常用。 柱子的尺寸应对容量(样品量)和分析速度最佳化。为获得最大 效率,可用内径较小(相对接触面积)、长度较长的毛细管柱。 当分析的样品量较大且分离不困难时,可用内径较大、长度较短 的填充柱。
三、气相色谱柱与温度控制
(二)温度控制
温度对于固定相极为重要。操作时必须要知道所用固定相 温度的极限,把全部操作保持在临界温度下10℃~15 ℃ 进行。 在气相色谱仪中,温度不仅对样品在色谱柱上的分离过程 有很大影响,对许多检测器(如热导、电子捕获、示差折 光等)的检测结果也有很大影响。 控温的关键在于温度的稳定性。 温度控制一般是通过对具有一定体积的恒温箱内部的温度 控制来实现的。
(二)净化器
用于净化载气,去除其中的水分、有机烃类杂质,碳氢 化合物、二氧化碳和其他惰性气体。
(三)稳压阀和稳流阀
作用为控制载气流量和压强,保证载气的平稳性。
二、进样系统
(一)载气预热器、取样器
载气预热器用于载气加热,以防止气化后的样品遇到冷 的载气后被冷凝,影响样品的分离。 取样器通常使用微升注射器,将液体样品注入色谱柱。 常用5μl和10μl注射器。若为气态样品,则需气密注射 器。
非放射性电子捕获检测器,其离子化源是低能电子。 电子捕获检测器灵敏度最高,线性范围较窄,常用于痕量分析 。
4.脉冲放电检测器(pulsed discharge detector, PDD)
一种氦光离子化检测器,当用纯氦作载气和放电气体时,它具 有通用型检测器的功能; 既能灵敏地检测无机气体,又能灵敏地检测有机化合物。
第三节 高效液相色谱仪
第四节 色谱仪的数据处理系统 第五节 色谱仪在临床实验室的应用
第一节 色谱法的原理与分类
一、色谱法的基本原理
• 色谱分离中的两相:固定相和流动相
• 色谱法利用待分离的样品组分在两相中分配的差异而实现分离。 • 色谱分离的两要素是互不相溶的两相以及样品各组分在两相中 分配的差异。
第二节 气相色谱仪
电离室
电极
极 化 电 源-
+ 离子源 E0 R0 记 录 仪


本底电流 补偿环节
氢焰检测器基本原理图
五、气相色谱仪常用检测器
3.电子捕获检测器(electron capture detector,ECD )
放射性电子捕获检测器,由一个阴极(内装圆筒状β放射源3H 或63Ni的池体)和一个不锈钢阳极组成,其离子化源为放射性 核素;
第四章 色谱分析仪器与技术
谢国明
重点提示
1.色谱法的基本原理是什么?
2.色谱法的分类和特点是什么? 3.色谱分析的常用术语和参数有哪些? 4.气相色谱仪的基本结构是怎样的? 5.气相色谱仪常用的检测器有哪些?
6.高效液相色谱仪的构造和工作原理是什么?
7.高效液相色谱仪常用的检测器有哪些?
目 录
第一节 色谱法的原理与分类 第二节 气相色谱仪
第三节 高效液相色谱仪HPLC
高压泵 储液槽
脱气装置
梯度装置
流量控制器
温控装置
进样装置
记录仪
数据处理器
检测器
分离柱
废液
高效液相色谱仪主要由溶剂输送系统、进样系统、分离系统(色谱柱) 、温度控制系统、检测系统和数据处理与显示系统等构成。
(二)色谱法的特点
– 应用范围广、样品用量少、选择性高、效能高和灵敏度 高。
三、色谱分析的常用术语和参数
检 测 器 响 应 R
2 空 气 峰 a
进 样 峰
基 线 b
1
进 样 峰 h
3
tRa
时间t(min) tR1
tR2 tR3
色谱图
三、色谱分析的常用术语和参数
1.色谱图
色谱分离分析过程中,所记录的检测器响应信号随时间变 化的曲线叫做色谱图。
载 气 源 减 压 阀 净 化 器 稳 压 阀 稳 流 阀 气 化 室 色 谱 柱 检 测 器 放 大 器 记 录 仪
温度控制系统
气相色谱仪方框图
一、气路系统
(一)载气源和减压阀
载气一般选用氦气、氮气、氢气或氩气。气体贮存在高 压罐中。 减压阀的作用是把气体的压强从10MPa~15MPa的高压 降低至0.2MPa~0.4MPa的工作压强。
五、气相色谱仪常用检测器
(1)浓度型检测器
浓度型检测器的输出信号与被分离的组分在载气中的浓度 成比例。色谱流出曲线上的每一点都对应于该瞬间组分在 载气中的浓度。
如上图,峰a为某组分的响应曲线。峰面积为A1组分全部质 量为M,系统工作在线性范围之内,即K1为一常数,则检
测器的响应为:
五、气相色谱仪常用检测器
K=Cs╱Cm=(Xs/Vs)╱(Xm/Vm)
一、色谱法的基本原理
色谱 柱( 固定 相)
1 2 3
样品1
2 1 2 3 3 3
样品2 样品3
响 应 R

进样 峰


1
2 3
色谱分离原理示意图
时间(t )
二、色谱法的分类与特点
(一)色谱法的分类
– 按流动相和固定相物理状态分类:气/液相、气液/固 – 按所利用的物理化学原理分类:吸附、分配、离子交换 – 按操作形式分类:柱、纸、薄层、棒 – 按色谱动力学过程分类:冲洗、顶替
气相色谱仪的流程图
六、气相色谱仪的工作原理
• 气相色谱仪的参数选择 1.色谱柱和填料
所有新色谱柱使用前必须经老化处理以除去填料中的污 染物和减轻对检测器的污染。
2.色谱柱长
选择柱长的依据是分离度和分离速度。
3.载气流速
以兼顾灵敏度和分辨率为出发点。
六、气相色谱仪的工作原理
• 气相色谱仪的参数选择
五、气相色谱仪常用检测器
(一)气相色谱仪检测器分类 1.积分型检测器 积分型检测器的响应信号与分离出组分的总量成正比,色 谱图是一种阶梯状曲线。 一个阶梯表示一种物质从色谱柱中分离出来,阶梯的垂直 高度与该物质的总量成比例。
每一个峰代表一种物质的出现,峰与基线所界定的面积与 样品组分的含量成比例。 2.微分型检测器 微分型检测器的响应与已分离组分在载气中的浓度或质量 流速有关,记录仪记录下来的色谱图是常见的峰形曲线。 微分型检测器分为浓度检测器(第一类)和质量流速检测 器(第二类)。 .㎏/(m2•s)
5.保留参数
保留时间 、死时间和死体积
6.峰高
色谱峰顶点与基线之间的垂直距离称为峰高(peak height) ,单位为mV。
7.峰宽参数
峰底宽、半峰宽、标准偏差。
第二节 气相色谱仪
第二节 气相色谱仪
气相色谱仪主要由气路系统、进样系统、分离系统、检测 系统、温度控制系统、数据处理、记录系统及电源、电子 线路等构成。
(2)质量流速检测器
质量流速检测器的输出信号与已分离组分流过检测器 的质量流速(单位时间内通过的组分质量)成比例。 色谱峰上的每一点都对应于分离物质该瞬时的质量流 速,系统工作在线性范围之内,即K2为一常数。
A2 =K2 M
五、气相色谱仪常用检测器
(二)气相色谱仪常用的检测器
1.热导检测器 (thermal conductivity detector,TCD) 由热导池、测量桥路、热敏元件、稳压电路、信号衰减及 基线调节等部分组成; 具有结构简单,线性、稳定性好,适用范围广等特点,还 可与其他检测器联用。 适用于有机化合物的检测 2.氢火焰离子化检测器 (hydrogen flame ionization detector,
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