气相色谱法

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2)分子筛——合成的硅铝酸的钠盐和钙盐: 吸附 + 分子筛机制
3)高分子多孔微球(GDX,苯乙烯、二乙烯基苯聚合交联而成: 常用于药物分析(乙醇量、水分、残留有机溶剂)定性、定量
有机合成高分子聚合物 吸附 + 分配 + 分子筛机制 4)化学键合相(化学键合多孔微球固定相) 稳定性好,分析极性和非极性组分 吸附 + 分配机制
一、 气相色谱速率理论
Van Deemter 等人在研究气液色谱时提出了速率理论,他在 塔板理论的基础上引入了影响板高的动力学因素,将色谱 过程与柱内组分的分子运动联系起来,认为影响板高的因 素有三,并建立了速率方程(范第姆特方程)。
RC
质量型检测器:测量组分质量的变化
响应值与单位时间进入检测器的组分质量成正比
[FID、FPD、NPD(TID)]
2、按对组分的选择性分
R dw dt
通用型检测器:TCD
专属型检测器:FID(含C、H)、FPD(含S、P )、NPD
(含N、P )、ECD(含电负性基团)
三、检测器的性能指标 噪音(noise;N)
适用范围:溶剂、一般气体和惰性气体,工业流程中气体, 药物中微量水分
3)使用注意事项 A、热导检测器为浓度型检测器,当进样量一定时,峰面积 与载气流速成反比,而峰高受流速影响较小。因此,用A定 量时,需严格保持流速稳定。 B、为避免热丝烧断,没有通载气时不能加桥电流,关仪器 时应先切断桥电流再关载气。 C、在热导池体温度与载气流速等实验条件恒定时,检测器 的灵敏度取决于载气与组分的热导率之差。在用TCD 检测 器时,用氮气为载气,灵敏度低、易出倒峰 一般选氢气为载气。 见 p255 表12-1 D、检测器温度不得低于柱温,通常检测器温度高于柱温 2050C。
N2:H2= 1:11:1.5; H2: Air =1:51:10 C、使用温度:高于柱温30~50ºC,不得低于150ºC。 D、极化电压:100 300V。
7—5 分离条件的选择
主要根据分离度方程以及Van Deemter方程(色谱速 率理论方程)来选择 一、气相色谱速率理论 二、实验条件的选择ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
D、酯类:中强极性固定液 (分离范围广) 非聚酯类 聚酯类:丁二酸二乙二醇酯(DEGS)
3)固定液的选择 固定液的选择依据:使最难分离的物质达到要求的分离度, 同时又要有适宜的分析时间。
A、按相似相溶原则选择 B、按组分性质的主要差别选择
A、按相似相溶原则选择
a、按极性相似原则选择 固定液与被测组分极性“相似相溶”,K 大,选择性好
1 2,R1 R2,R1 R2 R3 R4 ,
VAB 0,IG 0 基线 B、进样后:测量臂通样品气体 + 载气、参比臂通载气时
1 2,R1 R2,R1 R2 R3 R4 ,
VAB 0,IG 0 色谱峰 1组分<1载气,热传导散热少, R1,R1/R2>1,信号为正峰 VAB 的大小取决于组分与载气的热导率之差以及组分在载气 中的浓度,因此在载气与组分一定时,峰高(VAB)或峰面 积可用于定量。
2)结构与原理
热丝 R1、R2:材质、电阻 相同的热敏元件 R3、R4:固定电阻 阻值相等
惠斯登电桥
双臂热导池检测器
测量臂——接在色谱柱后(通样品气体+载气,电阻为 R1) 参比臂——接在色谱柱前(只通载气,电阻 R2) 两个等阻值电阻 R3 = R4
原理:依据组分与载气的热导率差别进行检测
A、进样前:两臂均通载气时
2)结构
离子化机理:化学电离理论 氢火焰→自由基→正离子
3)检测原理和离子化机理
检测原理:离子流的强度与进入 检测器中组分的质量及分子中的 含碳量有关。组分一定时,测定 离子流强度可以对物质进行定量。 电流(离子流)的大小与有机物 引入的质量成正比。
有机化合物→离子对→离子流→ 流向阴、阳极→放大→记录
二、气—液分配色谱柱
2、载体(担体)
1)作用:承载固定液的作用
2)要求 比表面积大(多涂渍固定液); 化学惰性(不与固定液、待测成分发生化学反应); 无吸附性(不吸附被测组分); 孔分布均匀,有一定的机械强度; 热稳定性好。
3)分类: A、硅藻土类:具有一定粒度的多孔性固体微粒
红色载体:与非极性固定液及化合物配伍。 白色载体:与极性固定液及化合物配伍 B、非硅藻土类: 玻璃微球:适用于高沸点样品。比表面积小。 氟载体(聚四氟乙烯等):多孔性载体。适用于强腐蚀性 样品
极性分类法
A、相对极性(P)法(5级分度法) 规定相对极性:,'-氧二丙腈柱 100;角鲨烷柱0 分离物质对:苯-环己烷(正丁烷-丁二烯)
0—20: +1,非极性固定液 21—40: +2,弱极性固定液 41—60: +3,中等极性固定液 61—100: +4、+5,强极性固定液
q1(lgr1) : 苯与环己烷在β,β'-氧二丙腈柱上的相
漂移
2、灵敏度(sensitivity,S (Sc、Sm);响应值、应答值) 用来评价检测器质量,响应信号变化与通过检测器物质量 变化的比值; 是和其他类型检测器相比较的重要指标。 3、检测限(Detectability,敏感度) 检测限是以检测器恰能产生3(2)倍噪音信号(峰高、毫 伏)时,单位时间引入检测器的组分量或单位体积载气中 所含的组分量来表示的。 D = 3N/S
2、氢焰离子化检测器(Hydrogen Ionization Detector, FID) 目前最常用的检测器
1)特点:质量型检测器
利用有机物在氢火焰作用下化学电离而形成离子流,借 测定离子流强度进行检测。 优点: 专属型检测器(只能测含C有机物) 灵敏度高(> TCD) 响应快 线性范围宽
缺点: 燃烧会破坏离子,无法回收(不能制备纯物质)
被分离物质 非极性
固定液 非极性
主要作用力
出峰顺序
色散力
按沸点顺序,沸点低 者先出柱。相同沸点 的极性组分先出。
中等极性 中等极性 诱导力和色 按沸点顺序。相同沸
散力
点的极性组分后出柱。
极性
极性
静电力 按极性顺序出柱。非 极性组分先出柱。
能形成氢键 氢键型 的试样
氢键力 按形成氢键的能力大 小出柱。
4)载体的处理方法: 目的:钝化(除去硅醇基),减弱吸附性(Al、Fe、Al2O3) 酸洗:除去Al、Fe;用于分析酸类和酯类 碱洗:除去Al2O3;用于分析胺类等碱性化合物 硅烷化:除去硅醇基最有效的办法;用于分析形成氢键能
力较强的化合物。 釉化:降低了色谱峰的脱尾,也增加了载体的机械强度
7—4 检测器
检测系统(检测器及温控装置)
记录和数据处理系统
7—3 色谱柱
柱管 (粗细)
填充柱: 2~4米柱长 3~6 mm内径
毛细管柱:几十米~几百米柱长
0.2~0.5mm内径
色谱柱组成
固定相
固体吸附剂:气—固吸附色谱柱 载体+固定液:气—液分配色谱柱
一、气—固吸附色谱柱固定相
1)吸附剂——硅胶(极性,吸附力强)、氧化铝、 活性炭、石墨化碳黑(非极性)
2、按分离原理分
吸附色谱 分配色谱
3、按柱子直径分
填充柱色谱 毛细管柱色谱
4、按用途分
分析型色谱 制备型色谱
7—1 气相色谱法的分类和特点
三、气相色谱法的特点和应用 1、特点:“三高” “一快” “一少”、“一广” 2、适用 适于分析热稳定性好的气体、易挥发的液体及固体; 不适合分析不易气化或不稳定性物质; 样品的衍生化使应用范围进一步扩大; 自然界中有20%多的有机物可用气相色谱法进行分析,在药物 分析中成为对挥发性成分检查和含量测定的重要方法。 中国药典检查药物中的有机溶剂残留量一般采用GC。
低苯基硅橡胶 SE52:含苯基5%,350ºC 中苯基硅橡胶 OV17:含苯基50%,350ºC 高苯基硅橡胶 OV25:含苯基75%,350ºC c、氟基硅氧烷:中等极性 三氟丙基甲基聚硅氧烷 QF-1:含三氟丙基50%,275ºC d、氰基硅氧烷:强极性
化学分类法
C、醇类(氢键型固定液)(分离强极性化合物): 非聚合醇 聚合醇:聚乙二醇-20000(Carbowax-20M:225ºC)
Px
100(1
q1 qX ) q1 q2
对保留值的对数。 q2 (lgr2) : 角鲨烷柱上的相对保留值的对数。 qx (lgrx) : 在待测柱上的相对保留值的对数。
极性分类法
B、固定液常数法(罗氏特征常数法和麦氏常数和法) 麦氏常数和↑,固定液极性↑ 五种化合物代表不同类型的相互作用力:苯、丁醇、
A、按相似相溶原则选择
b、按化学官能团相似选择 固定液与被测组分化学官能团相似,作用力强,选择性高
酯类:选酯或聚酯固定液 醇类:选醇类或聚乙二醇固定液
B、按组分性质的主要差别选择
组分的沸点差别为主 : 选非极性固定液 按沸点顺序出柱 沸点低的先出柱
组分的极性差别为主 :选极性固定液 按极性强弱出柱 极性弱的先出柱
4)使用FID时应该注意的几个问题
A、FID为质量型检测器,峰高取决于单位时间内引入检测器 中组分的质量。在进样量一定时,峰高与载气流速成正比。 在用峰高定量时,需保持载气流速恒定。而峰面积与载气流 速无关,故一般用峰面积定量。 B、使用三种气体,气体流量比:
载气:N2气 燃气:H2气 助燃气:空气
1、热导检测器(Thermal Conductivity Detector, TCD) 原理:依据组分与载气的热导率差别进行检测
1)特点:浓度型检测器 A、优点: a、通用型,应用广泛 b、结构简单 c、稳定性好 d、线性范围宽 e、不破坏组分,可重新收集制备
B、缺点:因大多数组分与载气热导率差别不大,故灵 敏度稍低。
比较灵敏度与敏感度优劣: 灵敏度:未考虑噪音因素,衡量检测器好坏不全面。 敏感度:考虑了噪音影响。检测限越低,检测器性能越高。
4、线性范围(与定量分析有关) 指检测器的响应信号强度与被测物质浓度(或质量)之间成 线性(正比)关系的范围。 范围良好的检测器其线性相关系数r 接近1
二、常用检测器的特点和检测原理
2-戊酮、硝基丙烷、吡啶
化学分类法(相似相溶原则)
A、烃类(分离非极性的化合物): 例 角鲨烷:标准的非极性固定液
B、聚硅氧烷类(分离不同极性的化合物): a、甲基硅氧烷:弱极性
甲基硅油(n < 400 ) 甲基硅油Ⅰ:230ºC 甲基硅橡胶(n > 400) SE30、OV1:350ºC b、苯基硅氧烷 :极性稍强(随苯基↑,极性↑) 甲基苯基硅油 (n < 400 ) 甲基苯基硅橡胶( n > 400) :按苯基含量不同分
二、气—液分配色谱柱(固定相:固定液/载体+固定液)
1、固定液(p258)
1)要求 A、蒸气压低,不易气化,固定液流失慢、柱寿命长,检测本 底低; B、操作柱温下固定液呈液态,易于形成均匀液膜; C、操作条件下固定液热稳定性和化学稳定性好; D、固定液对样品应有较好的溶解度及选择性。
2)分类 极性分类法 化学分类法
例:苯(80.1ºC),环己烷(80.7ºC) 选非极性柱 :分不开 选中强极性柱 : 较好分离,环己烷先出柱
C、使用混合固定液
混涂、混装、串联
D、按指定固定液进行选择 尝试法选择 [SE-30 ( +1 ) 、 OV-17 ( +2 ) 、 QF-1 ( +3 ) 、 PEG-20M(+3)及DEGS(+4)]
第七章 气相色谱法
Gas Chromatography
7—1 7—2
7—3
7—4 7—5 7—6 7—7
概述 气相色谱仪
色谱柱
检测器 色谱条件的选择 定性分析 定量分析
7—1 气相色谱法的分类和特点
一、气相色谱法:以气体为流动相的柱色谱分离、分析方法。
二、GC分类 1、按固定相分
气-固色谱 气-液色谱
检测器: 是将流出色谱柱的被测组分的浓度或质量转变为相应 电信号的装置。
一、气相色谱检测器分类 二、常用检测器的特点和检测原理 三、检测器的性能指标
一、气相色谱检测器分类: 1、按检测原理分(按照检测器的输出信号与组分含量之间的关系分)
浓度型检测器:测量组分浓度的变化
响应值与组分的浓度成正比(TCD、ECD)
四、气相色谱法的发展 GC-MS、GC-FTIR、GC-NMR等分析仪器的出现,弥补了气相 色谱定性分析能力差的不足。
7—2 气相色谱仪
气相色谱仪基本结构
气相色谱仪的基本流程
载气→减压→净化→稳压→ →色谱柱→检测器→记录仪
基本结构
气路系统
进样并气化
进样系统(进样装置、气化室以及加热装置)
色谱柱系统(色谱柱、柱温箱及温控装置)
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