GC结构和使用

特点：
这是一种有选择性的检测器，对含有能增加碱盐挥 发性的化合物特别敏感。
空气入口
氢气入口
适用范围：
对含氮有机物，含磷有机物有很高的灵敏度。
噪音： ≤5×10-13A 敏感度： ≤1×10-13g/S 线性范围： 103
***
气相色谱仪的检测器
NPD与铷珠稳压电源、放大器原理
低压大电流 直流稳压电源
Rf
电流 调节
空气入口
－
-250V
氢气入口
＋
A 接数据处理机或 色谱工作站
Rz -6V
Zero ADJ +6V
气相色谱仪的检测器
电子捕获检测器（ECD）介绍
原理：
β 射线与载气分子作用产生慢电子，具有亲电基 团的试样分子能捕获慢电子而变成负离子，这种 负离子能与载气受放射粒子所产生的正离子复合， 从而改变检测器的基流，使之减少，输出信号。
信号输出
特点：
只对具有亲电基团的样品分子才有应答对水敏感， 载气必须充分干燥，脱氧，易受污染。
废气口
电极 放射源 63Ni
适用范围：
对卤素、硝基等化合物选择性极好。
尾吹气
噪音： ≤1×10-12A 灵敏度： ≤1×10-13g/ml 线性： 10000
色谱柱
***
气相色谱仪的检测器
ECD与脉冲调制器、放大器原理
图2
分流状态
毛细管色谱柱
毛细管柱的应用
分流/不分流进样
应用上的几个问题
关键: 1.柱子的安装 2.载气系统的流量调节
清扫放空 毛细管色谱柱 背压阀 进样器 input FID
•内部
填充柱内有涂过固定液的填料，所以在气路中会形成气阻 毛细柱为空管，固定液涂在毛细管的内管壁表面，气阻很小
•分离效率
填充柱低，塔板数一般不超过2000/米 毛细柱高，塔板数一般达几万
•流量
填充柱的流量一般为20～30毫升/分 毛细柱的流量一般为0.2～5毫升/分 ***
填充柱和毛细柱的特点对比
2 N ×V × d Mt = E max× 2∆t1 / 2
气相色谱仪的介绍--气路系统
气源 色谱柱
压力表
检测器
信号处理 计算装置
INJ
N2 input
压力表 稳稳稳 稳流阀
FID
H2 input
稳稳稳 Needle Valve Needle Valve
AIR
input 稳稳稳
*
气相色谱仪的介绍--气路系统
***
色谱仪器的重要指标
色谱仪器的哪些指标重要？
1.保留时间的重复性（重现性） 2.色谱峰面积或峰高的重复性（重现性） 3.在以上基础之上的灵敏度（敏感度）等等
色谱仪器的重要指标
A.色谱仪器靠哪些手段保证其重复性? GC:温度控制的稳定;气体流量的稳定;检测器的设计及制造 LC:高压输液泵流量的稳定;检测器的设计制造;流动相的配比 B.色谱仪器检测器的敏感度的衡量： 1.国产仪器怎样衡量的？ 2.国外仪器怎样衡量的？
•对样品的承受能力
填充柱大，一般液体进样量为0.5～2ul 毛细柱小，一般液体进样量为0.01～0.1ul
•对仪器系统的要求
填充柱低，只需一路载气即可 毛细管高，除了载气外，还需分流、清扫和尾吹气体
•在操作上
填充柱操作简单，只需调整一路载气即可 毛细柱操作复杂，除了调整载气外，还需调整清扫、分流和尾吹 ***
气 相 色 谱 仪 的 气 路 控 制 部 分
进样器 input FID
N2
分流放空 二位三通阀
清扫放空 背压阀
毛细管色谱柱
input
H2
input
AIR
气路系统的主要部件－－稳压阀
气体输出
阀针
气体输入
波纹管 弹簧
调节旋钮
书21页
气路系统的主要部件－－稳流阀
阀门
硅橡胶
压缩弹簧
橡胶膜片
P0 B
A P1
光电耦合器
CPU 运 算 控 制
温 度 设 定
气相色谱仪的检测器
火焰离子化检测器（FID）介绍
原理：
在氢氧焰的高温作用下，许多分子均将分裂为碎片， 并有自由基和激态分子产生，从而在氢焰中形成这 些高能粒子所组成的高能区，当有机分子进入此高 能区时，就会被电离，从而在外电路中输出离子电 流信号。
特点：
稳流阀 分流输出 根据分流比调节 二位三通电磁阀 由主机微机板控制 背压阀
不分流状态
毛细管色谱柱
气路系统的主要部件－毛细柱进样口
针形阀 三通管 载气输入 隔垫清扫输出 0.5-5ml/分钟
稳流阀
分流输出 根据分流比调节 二位三通电磁阀 由主机微机板控制 背压阀
经稳压后载气入口
分流状态
毛细管色谱柱
*
A +
Rz
接色谱数据处理 或 色谱工作站
滤光片
空气入口
氢气入口
Zero ADJ
可调节直流 负高压 （-300V--700V）
书153页
ห้องสมุดไป่ตู้ 填充柱和毛细柱的特点对比
•材料
填充柱的材料为不锈钢或玻璃管 毛细柱的材料为柔性石英管
•外观
填充柱的内径粗，一般2～3毫米；长度一般0.5～3米 毛细柱的内径细，0.2～0.53毫米；长度一般15～100米
皂膜流量计
放空
组成： 1.玻璃管 2.盛起泡剂的橡皮囊 3.秒表 原理： 被测气体流量从侧管进入主管， 顶起在主管中已经存在的起泡 剂的液膜，将液膜上升体积的 时间加以计量，则得流量。
20ml
10ml
0ml
接被测气体流量 起泡剂
气路系统的主要部件－－流量的计量2
转子流量计
气体出口
50ml
转子放大图
填充柱 进样口 加热
毛细柱 进样口 加热
辅助 加热
检测器 控制 电路1
检测器 控制 电路2
检测器 控制 电路3
后开门 步进 电机
气相色谱仪的电路部分
气相色谱仪的温度控制详图
开关 加热丝 220V/50Hz 可控硅 控制器件
Pt 测 温 铂 电 阻
物 理 量 转 模 拟 量
模 拟 量 转 数 字 量
PMT
滤光片
特点：
对磷、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。
空气入口 氢气入口
使用范围：
含磷、硫化合物的分析
噪音： 10~20uv 敏感度： ≤1×10-11g/S 线性范围： 1000
***
气相色谱仪的检测器
FPD与负高压电源、放大器原理
Rf
PMT
稳流阀 载气输入 三通管 针形阀 隔垫清扫输出 0.5-5ml/分钟
道的开启而得到清洗，在不分流期
经稳压后载气入口
分流输出 根据分流比调节 二位三通电磁阀 由主机微机板控制 背压阀
间被压缩的溶质也由于柱温的逐渐 升高而开始在柱子中运动并进行分 离。由于压缩的原因进入柱子的样 品量比只分流进样多几倍甚至几百 倍，等于有了一个柱头浓缩的过程 所以毛细管分流/不分流进样的检测 限比普通分流进样的检测限要提高 1~3个数量级。
气路系统的主要部件－－流量的计量4
组成： 1.稳压阀 2.压力表 3.可调气阻 原理： 在稳压阀后加一固定 气阻，在稳压阀与气 阻间加入一各压力表 此时稳压阀输出气体 流量越大，只要气阻 不变，则压力表显示 值也越大。
压力显示型
压力表
稳压阀
可调气阻
气路系统的主要部件－－流量的计量5
电子气体流量计 电子气体流量计的原理是： 在气体的流路中接入一个流量传感器，流量传 感器将气体流量这个物理量转成与之成正比的模拟 量，这个模拟量可以是电压或电流，将这个模拟量 量化后转成数字量，即可在色谱仪的屏幕上以数字 显示出来。
化学分析中的二个概念
化学分析的目的：
1.要确定被分析物是什么性质，即给物质定性。 定性。 2.要确定被分析物中每个组份的含量的大小，即给物质定量
定性分析
定量分析
色谱仪器的重要指标
为什么色谱仪器的重复性指标最重要？
色谱分析仪器完成分析过程的工作原理：
用已知的标准物来比对、衡量未知物。
由上述的工作原理可知，色谱分析仪器对同一种样品 分析后所得结果的重复性是最重要的指标。
子前端形成一层临时固定液膜，溶 质在这一层临时固定液膜上的运动 呈前慢后快状态，被分析样品在进 入色谱柱前端的同时也得到了压缩。
图1
不分流状态
毛细管色谱柱
毛细管柱的应用
分流/不分流进样原理简述
经过40~ 60秒后分流通道被打开， 与此同时柱温根据设定已开始逐渐 升温，溶剂首先汽化并在柱子中向 前运动，进样器汽化管由于分流通
灵敏度高，死体积小，应答时间快，除载气外还需 引入空气和氢气，对永久性气体和水无应答。
空气入口 氢气入口
适用范围：
有机化合物，能直接用于毛细管色谱分析。
噪音： 敏感度： 线性：
≤5×10-14A ≤1×10-11g/S ≥ 106 ***
气相色谱仪的检测器
FID与微电流放大器的原理
Rf Ii
-
A
+ I
40ml
组成： 1.进出口接头 2.锥形玻璃管 3.转子 原理： 气体从气体入口进入后， 将转子托起，气体流量越 大，转子托起越高，转子 被托起的高度和流量的大 小成正比。
30ml
20ml
10ml
0ml
气体入口
气路系统的主要部件－－流量的计量3
刻度针形阀、刻度稳流阀 组成： 刻度旋钮 原理： 利用稳流阀、针形 阀旋转的度数和流 量近似成正比这一 原理来进行流量的 计量。
特点：
热敏元件一般为铼钨丝组成，温度系数为 正。
适用范围：
普遍适用。
噪音： 20uv 灵敏度： 5000mvml/mg 线性范围： 10000
***
气相色谱仪的检测器
TCD与稳流电源的原理
To TCD main Power
Contr
From main CPU
D/A Vout
+
A
R1
D/A
R4
Data
针形阀
P出
P0
书22页
气路系统的主要部件－－针形阀
气体入口 阀针 弹簧 阀杆 旋钮
气体出口
书25页
气路系统的主要部件－填充柱进样口
硅橡胶垫
填充色谱柱
进样口导向件
色谱柱的两种接法
载气入口 （接稳流阀出口）
1.柱上进样接法 2.普通接法
气路系统的主要部件－毛细柱进样口
针形阀 载气输入 三通管 隔垫清扫输出 0.5-5ml/分钟
接色谱柱A
R3
R2
B
接色谱柱B
To Workstation
当A、B两色谱柱都无样品流出时 R1=R2=R3=R4 AB两端的电压等于零 AB两端的电压等于零
书151页
气相色谱仪的检测器
热离子化检测器（NPD）介绍
原理：
在FID中加入一个用碱金属盐制成的玻璃珠当样品 分子含有在燃烧时能与碱盐起反应的元素时，则 将使碱盐的挥发度增大，这些碱盐蒸气在火焰中 将被激发电离，而产生新的离子流，从而输出信号。
信号输出
脉冲变压器
+
+
接色谱数据处理 或 色谱工作站
电极 废气口
Zero ADJ
尾吹气 放射源 63Ni
脉冲放大
脉冲宽度 调节
V/F转换
色谱柱
书152页
气相色谱仪的检测器
火焰光度检测器（FPD）介绍
原理：
燃烧着的氢焰中，当有样品进入时，则氢焰的谱线和 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。
气相色谱仪的电路部分
气 相 色 谱 仪 的 电 子 控 制 部 分 框 图
键盘与显示 接口电路1 ROM CPU RAM 6 温度控制输出 多路开关 与 温度A/D转换 220V输入 柱箱 加热 检测器 加热 Col 测温 Det 测温 TCD 测温 Inj 测温 Cap 测温 Aux 测温
热导 检测器 加热
M12螺母和石墨 密封圈
带钢套石墨密封圈
开槽螺母
0.53mm毛细管柱
毛细管柱的应用
分流/不分流进样原理简述
针形阀 三通管
由于在进样时分流通道被关闭，在 进样器中被迅速气化的样品气体在
载气输入
隔垫清扫输出 0.5-5ml/分钟
稳流阀
柱头聚集并冷凝，大量的溶剂在柱
经稳压后载气入口
分流输出 根据分流比调节 二位三通电磁阀 由主机微机板控制 背压阀
气路系统的主要部件－－
大口径毛细柱不分流进样
薄片式导向件 离子室底座 石英玻璃内衬管
喷嘴尾管 不锈钢 进样器接头 毛细管 色谱柱
色谱柱安装关键所 在： 确保石英玻璃管收口 处将毛细管柱紧紧夹 住
不锈钢 检测器接头
密封螺母和石墨 密封圈
带钢套石墨密封圈
开槽螺母
0.53mm毛细管柱
气路系统的主要部件－－流量的计量1
Vout
To Workstation
≥200V FID Rz
+6V
Vout=-Ii×Rf
Zero Adj -6V
Vout=-(Ii×Rf+±6V/Rz×Rf)
书150页
气相色谱仪的检测器
热导检测器（TCD）介绍
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，由于热敏元件为组成惠斯 顿电桥之臂，只要桥路中任何一臂电阻发 生变化，则整个线路就立即有信号输出。
毛细管柱的应用
大口径柱不分流进样
薄片式导向件 离子室底座
应用上的几个问题
关键:减少死体积,减少进样量. 1.进样口的安装. 2.检测器的安装. 3.流量的调节. 4.根据柱长控制进样量 5.是否需要尾吹?
色谱柱安装关键所 在： 确保石英玻璃管收口 处将毛细管柱紧紧夹 住
石英玻璃内衬管
喷嘴尾管 不锈钢 进样器接头 毛细管 色谱柱 不锈钢 检测器接头