气相色谱试验讲义
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? 池体温度：池体温度与钨丝温度相差越大，越 有利于热传导，检测器的灵敏度也就越高，但 池体温度不能低于分离柱温度，以防止试样组 分在检测器中冷凝。
影响TCD灵敏度的因素
? 载气种类：载气与试样的热导系数相差越大， 在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大， 检测灵敏度越高。载气的热导系数大，传热好， 通过的桥路电流也可适当加大，则检测灵敏度 进一步提高。氦气也具有较大的热导系数，但 价格较高。
（GasChromatography,GC ）
什么是色谱?
? 分配系数（ K）
? 在一定温度下，组分在两相之间分配达到平衡 时的浓度比。
K
?
组分在固定相中的浓度 ?
Cs
组分在流动相中浓度 Cm
? 气相色谱法是以气体为流动相，以液体 或固体为固定相的色谱方法。
– 气-液色谱（GLC）和气-固色谱（GSC）
分离系统
分析系统
气相色谱结构流程
载气系统 进样系统
1-载气钢瓶；2-减压阀； 3-净化干燥管；4-针形阀； 5-流量计; 6-压力表；7进样口；8-色谱柱; 9-检测 器；10-放大器；11-温度
控制器；12-记录仪或工 作站
色谱柱
检测系统
温控系统
气相色谱分离过程
? 待测样品在高温的气化室气化后在惰性气体的 带动下进入色谱柱，色谱柱内含有液体或固体 固定相，每种组分都倾向于在流动相和固定相 之间形成分配或吸附平衡。但由于载气是流动 的，这种平衡实际上很难建立。由于载气的流 动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配 或吸附、解吸。结果是在载气中分配浓度大的 组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大 的组分后流出色谱柱，进入检测器。
快速分析， 1秒可以分析十几个组分。 ? 应用范围广 ——适用于沸点低于 400℃的各种有
机或无机试样的分析。
过程工程学报，2002, 2(2): 122-126
气相色谱法（GC）的特点
? 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。
GC的应用范围
? 生物化学分析：脂肪酸和脂肪胺 ? 石油化工分析：用 200 m的毛细管一次可以分析
200个化合物 ? 环境分析：如水中有机物分析 ? 食品分析：如粮食中残留农药的分析、白酒分析 ? 药物临床分析：氨基酸、兴奋剂的分析 ? 军工分析：如火药、炸药分析等
气相色谱组成
检测器 +控制系统
进样系统
气路系统
热导检测器的结构
– 池体（一般用不锈钢制成）、热敏元件（钨丝） – 参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置
之前。 – 测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接
在紧靠近分离柱出口处。
影响TCD灵敏度的因素
? 桥路电流I ：I ? ，钨丝的温度 ? ，钨丝与池体之 间的温差 ? ，有利于热传导，检测器灵敏度提高 。检测器的响应值 S ∝ I 3，但稳定性下降，基 线不稳。桥路电流太高，还可能造成钨丝烧坏 。
?TCD是基于物质的热导系数而设 计的检测器。用来测量气体热导 的热导池一般是由热的良导体不 锈钢制成。当流经热导池的气体 的热导率发生?? 变化时，热导池 池体发生? Q的热量变化，引起 热敏元件? T的温度变化，从而 使热敏丝的阻值变化? R，这种 变化由惠斯顿电桥测定，最后反 映出组分的浓度变化? C。
检测器 响应特性 敏感度, g/s 响应时间, 最小检测量,
s
g
TCD 浓度型
10-6-10-10 ? 1
10-6
g/ml
FID 质量型
2×10-12
?百度文库0.1
? 5×10-13
ECD 浓度型
10-14g/ml ? 1
10-14
FPD P, 质量;S,浓度 P: 10-12;
平方
S:10-11
? 0.1
? 气相色谱法主要利用物质的沸点、极性 及吸附性质的差异来实现混合物的分离。
气相色谱法（GC）的特点
? 高选择性——分离分析性质极为相近的物质。 ? 高效——可在较短的时间内同时分离分析极其复
杂的混合物。 ? 高灵敏度 ——可以检测10-11~10-13g物质。检测浓
度可达到 ppt级。 ? 分析速度快 ——一般分析只要 100~101min，某些
氢火焰离子化检测器（FID）
? 1958年，J．Harley首先发展了这种检测器，它是GC 中最常用的一种，特别适于毛细管GC。它有很多优点， 比如通用性强，几乎对所有的样品都有响应，而对水、 空气、惰性气体、不电离的物质则几乎没有响应；灵 敏度高，线性范围宽，响应速度快。
? 10-10
TID 质量型
N:10-3;
?1
P:10-14
10-13
PID 质量型
10-13
? 0.1
10-11
检测器的分类
? 微分型和积分型 ? 浓度型和质量型 ? 通用型和专用型 ? 破坏型和非破坏型
?TCD——微分型、浓度型、通用型、非破坏型 ?FID——微分型、质量型、通用型、破坏型
热导检测器（TCD ）
? 在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性 及来源是否广泛等因素。
气体种类
GC检测器
? 把柱后流出的组分信号转变为可测量的信号 （一般是电信号）
? 性能：
– 灵敏度 – 检测限
GC检测器
? 热导检测器（ TCD） ? 氢火焰离子化检测器（ FID） ? 电子捕获检测器（ ECD） ? 火焰光度检测器（ FPD） ? 热离子检测器（ TID） ? 光离子化检测器（ PID） ?检测器一般都要求灵敏度高、检测限低、死体 积小、响应快、线性范围宽、稳定性好。
? 检测器通过不同的反应机理将样品的浓度信号 转换为电信号，并将电信号放大后传送给记录 仪或色谱工作站，就是色谱图。
? 如果没有样品流出时，此时记录的信息是检测 器的本底信号，即色谱图的基线。
GC色谱图
影响分离的因素
? 色谱柱的选择
– 柱长和柱径 – 固定液的极性 – 载体的选择
? 色谱柱的温度 ? 载气的流速 ? 进样时间和进样量
载气种类的选择
? 载气种类的选择应考虑三个方面：载气对柱效的影响、 检测器要求及载气性质。
? 载气摩尔质量大，可抑制试样的纵向扩散，提高柱效。 载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用较小 摩尔质量的载气（如H2，He），可减小传质阻力，提 高柱效。
? 热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高 检测灵敏度。在氢焰检测器中，氮气仍是首选目标。
影响TCD灵敏度的因素
? 载气种类：载气与试样的热导系数相差越大， 在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大， 检测灵敏度越高。载气的热导系数大，传热好， 通过的桥路电流也可适当加大，则检测灵敏度 进一步提高。氦气也具有较大的热导系数，但 价格较高。
（GasChromatography,GC ）
什么是色谱?
? 分配系数（ K）
? 在一定温度下，组分在两相之间分配达到平衡 时的浓度比。
K
?
组分在固定相中的浓度 ?
Cs
组分在流动相中浓度 Cm
? 气相色谱法是以气体为流动相，以液体 或固体为固定相的色谱方法。
– 气-液色谱（GLC）和气-固色谱（GSC）
分离系统
分析系统
气相色谱结构流程
载气系统 进样系统
1-载气钢瓶；2-减压阀； 3-净化干燥管；4-针形阀； 5-流量计; 6-压力表；7进样口；8-色谱柱; 9-检测 器；10-放大器；11-温度
控制器；12-记录仪或工 作站
色谱柱
检测系统
温控系统
气相色谱分离过程
? 待测样品在高温的气化室气化后在惰性气体的 带动下进入色谱柱，色谱柱内含有液体或固体 固定相，每种组分都倾向于在流动相和固定相 之间形成分配或吸附平衡。但由于载气是流动 的，这种平衡实际上很难建立。由于载气的流 动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配 或吸附、解吸。结果是在载气中分配浓度大的 组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大 的组分后流出色谱柱，进入检测器。
快速分析， 1秒可以分析十几个组分。 ? 应用范围广 ——适用于沸点低于 400℃的各种有
机或无机试样的分析。
过程工程学报，2002, 2(2): 122-126
气相色谱法（GC）的特点
? 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。
GC的应用范围
? 生物化学分析：脂肪酸和脂肪胺 ? 石油化工分析：用 200 m的毛细管一次可以分析
200个化合物 ? 环境分析：如水中有机物分析 ? 食品分析：如粮食中残留农药的分析、白酒分析 ? 药物临床分析：氨基酸、兴奋剂的分析 ? 军工分析：如火药、炸药分析等
气相色谱组成
检测器 +控制系统
进样系统
气路系统
热导检测器的结构
– 池体（一般用不锈钢制成）、热敏元件（钨丝） – 参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置
之前。 – 测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接
在紧靠近分离柱出口处。
影响TCD灵敏度的因素
? 桥路电流I ：I ? ，钨丝的温度 ? ，钨丝与池体之 间的温差 ? ，有利于热传导，检测器灵敏度提高 。检测器的响应值 S ∝ I 3，但稳定性下降，基 线不稳。桥路电流太高，还可能造成钨丝烧坏 。
?TCD是基于物质的热导系数而设 计的检测器。用来测量气体热导 的热导池一般是由热的良导体不 锈钢制成。当流经热导池的气体 的热导率发生?? 变化时，热导池 池体发生? Q的热量变化，引起 热敏元件? T的温度变化，从而 使热敏丝的阻值变化? R，这种 变化由惠斯顿电桥测定，最后反 映出组分的浓度变化? C。
检测器 响应特性 敏感度, g/s 响应时间, 最小检测量,
s
g
TCD 浓度型
10-6-10-10 ? 1
10-6
g/ml
FID 质量型
2×10-12
?百度文库0.1
? 5×10-13
ECD 浓度型
10-14g/ml ? 1
10-14
FPD P, 质量;S,浓度 P: 10-12;
平方
S:10-11
? 0.1
? 气相色谱法主要利用物质的沸点、极性 及吸附性质的差异来实现混合物的分离。
气相色谱法（GC）的特点
? 高选择性——分离分析性质极为相近的物质。 ? 高效——可在较短的时间内同时分离分析极其复
杂的混合物。 ? 高灵敏度 ——可以检测10-11~10-13g物质。检测浓
度可达到 ppt级。 ? 分析速度快 ——一般分析只要 100~101min，某些
氢火焰离子化检测器（FID）
? 1958年，J．Harley首先发展了这种检测器，它是GC 中最常用的一种，特别适于毛细管GC。它有很多优点， 比如通用性强，几乎对所有的样品都有响应，而对水、 空气、惰性气体、不电离的物质则几乎没有响应；灵 敏度高，线性范围宽，响应速度快。
? 10-10
TID 质量型
N:10-3;
?1
P:10-14
10-13
PID 质量型
10-13
? 0.1
10-11
检测器的分类
? 微分型和积分型 ? 浓度型和质量型 ? 通用型和专用型 ? 破坏型和非破坏型
?TCD——微分型、浓度型、通用型、非破坏型 ?FID——微分型、质量型、通用型、破坏型
热导检测器（TCD ）
? 在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性 及来源是否广泛等因素。
气体种类
GC检测器
? 把柱后流出的组分信号转变为可测量的信号 （一般是电信号）
? 性能：
– 灵敏度 – 检测限
GC检测器
? 热导检测器（ TCD） ? 氢火焰离子化检测器（ FID） ? 电子捕获检测器（ ECD） ? 火焰光度检测器（ FPD） ? 热离子检测器（ TID） ? 光离子化检测器（ PID） ?检测器一般都要求灵敏度高、检测限低、死体 积小、响应快、线性范围宽、稳定性好。
? 检测器通过不同的反应机理将样品的浓度信号 转换为电信号，并将电信号放大后传送给记录 仪或色谱工作站，就是色谱图。
? 如果没有样品流出时，此时记录的信息是检测 器的本底信号，即色谱图的基线。
GC色谱图
影响分离的因素
? 色谱柱的选择
– 柱长和柱径 – 固定液的极性 – 载体的选择
? 色谱柱的温度 ? 载气的流速 ? 进样时间和进样量
载气种类的选择
? 载气种类的选择应考虑三个方面：载气对柱效的影响、 检测器要求及载气性质。
? 载气摩尔质量大，可抑制试样的纵向扩散，提高柱效。 载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用较小 摩尔质量的载气（如H2，He），可减小传质阻力，提 高柱效。
? 热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高 检测灵敏度。在氢焰检测器中，氮气仍是首选目标。