气相色谱仪基本知识培训

直径大小与目号的关系
颗粒大小（目） 平均的直径范围
60 / 80 80 / 100 100 / 120 120 / 140
177 to 260 m 149 to 177 m 125 to 149 m 105 to 125 m
例如: 80/100目表明所有的颗粒将通过 80目筛但不通过 100目筛 . 80目筛是指筛网每英寸有80根标准直径的网线。
p 填充柱进样口 • 柱上进样(On Column) • 快速气化（Flash-vaporization）
p 毛细管柱进样口 • 分流/不分流进样 • 分流 • 分流进样规则 • 不分流进样的规则
填充柱进样口
p 柱上进样(On Column) p 快速气化（Flash-vaporization）
分流/不分流进样
p 用于毛细管柱0.1 mm to 0.53 mm ID. p 可选用分流/不分流进样 (split/splitless.) 分流(split)
p 允许样品中的代表部分进入到色谱柱中。 p 当被测物浓度较高时。
不分流(splitless)
p 类似于直接进样. p 样品中绝大部分进入到色谱柱中。
柱流失是由于固定相遭到破坏而导致的。
p 柱流失随着膜厚、柱内径、长度和温度的增加而增加。
H2, He, N2, Ar 一般 80 psi(5.5kg/cm2) H2 一般 40 psi(2.8kg/cm2) Air 一般 60 psi(4kg/cm2)
如果管线太长，应适当增加输出压力
气体进口及连接 （续）
5、 进样口
p 作用：样品进样和汽化. p 要求：精度和重现性 p 根据样品的性质选择进样技术
分流
p 均匀气化的样品通过分流点(柱尖端Colomn tip). p 样品在玻璃衬管气化 p 要求：
• 将样品中具有代表性的样品注入到色谱柱中。 • 可重现的分流比 p 缺点 • 可能会有进样歧视现象。对宽沸程的样品易产生非线
性分流，使样品失真 • 不适于高纯度物质和痕量组分(<50ppm)的分析
柱容量. • 较小的内径有较小的流失和较小的柱容量
毛细管柱内径
0.25mm：用于分流/不分流进样，前提是被测物不会过载。 0.32mm：用于分流/不分流进样，允许较高浓度的分析物。 0.53mm：如果想取代填充柱，并且被测物少于30种。
柱内径 ID
0.18 mm 0.25 mm 0.32 mm 0.53 mm
柱上进样(On column)
p 液体样品直接注射进柱头上 p 消除了气化时样品损失。 p 消除了传输过程中从进样口到色谱柱之间的样品损失。 p 可用于热不稳定物质的分析。 p 定量分析精度好。 p 最好用于干净稀释的样品。
快速气化（Flash-vaporization）
p 对于浓度较高或较脏的样品。 p 色谱柱连接在进样口底部。 p 色谱柱完全填充。 p 样品在玻璃内衬中气化 p 进样口至少高于柱温箱50C。 p 能够用于大口径的毛细管。
43
0.5
11
530
ml/min cm/sec
2.8
21
3.4
26
0.9
7
❖ 气体
作用：
• 1）载气：作为色谱的流动 相
• 2）检测器的工作气体。
载气：
p 惰性：He, Ar, N2, H2. p 根据检测器, 价格及方便程度来决定 p 采用压力调节器以获得恒定的仪器
输入压力 p 控制流量来得到恒定的流速
剂 • SCOT – 内表面先涂固态载体，然后再涂
上固定相。
毛细管柱截面图
色谱柱参数
柱长、内径、涂膜厚度
▪色谱柱长度
• 柱长度只有大的变化才会影响分辨率。 • 填充柱一般为2-3 米. • 毛细管柱可以根据需要进行裁剪。
▪色谱柱内径
• 填充柱固定为2 mm。 • 毛细管柱的内径可从0.10 - 0.8 mm. • 内径的大小将影响到色谱柱的效率、保留时间和
样品组分分离示意图
2. 气相色谱系统
3. 气相色谱理论
❖ 色谱图
p 检测信号和时间的关系图 p 不同的色谱峰对应相应的组分 p 可以得到相应组分的保留时间和峰面积信息。 p 保留时间– 定性分析
峰面积 – 定量分析
CH4
基本术语
保留时间（Retention time)：
组份从进样到出现最大值所需要的时间，tR
长度 2-3 meters 2 meters <10 meters
Pack
• 填充柱中填有固态载体，上面涂有液态固定相，用于 气液色谱（GLC）或直接填充多孔固体，用于气固色 谱（GSC）.
固态载体
p 是液态固定相附着的载体
p 增加与样品接触的表面积。
p 细小、均匀、多孔。
p 大部分采用硅土. p 标准大小颗粒.
气相色谱仪基础课程
一、气相色谱基础
1. 色谱原理 2. 气相色谱系统 3. 色谱基本理论 4. 载气 5. 进样口 6. 色谱柱 7. 检测器 8. 定量分析方法
1. 色谱原理
p 根据样品各组分在流动相和固定相中的分配情况不同 来进行分离。
p 一些组分与固定相作用较强，故较慢流出色谱柱，从 而得以分离。
C = 传质阻力
• 如果已知有效塔板数，则可计算： Neff = Lcol / HETP
Van Deemter 图
• 由该图可以得到最佳的线速度
• 对于毛细管柱可忽略A项（涡流扩散），一般对 于毛细管线速度为30-60 cm/sec。
4. 载气对Van Deemter图的影响
• N2, 变化最大, 可得到最低的HETP.
流速 (20 cm/sec 氦气) 0.3 mL/min 0.7 mL/min 1.2 mL/min 2.6 mL/min
流速 (40 cm/sec 氢气) 0.6 mL/min 1.4 mL/min 2.4 mL/min 5.2 mL/min
典型的毛细管柱特点
▪涂膜厚度
p 固定相的总量. p 影响保留时间和容量。 p 较厚的涂层会延长保留时间和增加柱容量。 p 薄的涂层用于高沸点的分析物。 p 标准的毛细管柱一般为0.25 µm. p 0.53 mm内径的毛细管柱一般为1.0 - 1.5 µm. p 填充柱一般 > 10 µm.
• 热稳定性 • - 分析时所使用的温度不应致使色谱柱材质受到破坏 • 化学稳定性 • - 在一定温度下，色谱柱材质不受分析物的影响
p 注意：用色谱级、干净的材料。
填充柱
玻璃、特氟珑及不锈钢材质 (惰性).
填充柱尺寸
材质 不锈钢 玻璃 特氟珑
内径 2 mm 2 mm 2 mm
外经 1/8 inch 1/4 inch 1/8 inch
毛细管柱
p 不锈钢 玻璃 熔融硅. p 柔韧性及机械强度均较好 p 惰性 p 内径：0.05 - 0.80 mm . p 长度：可大于100 m , 普通一般为30 m。 p 外层为聚酰亚胺，可修补柱子缺陷并且增加强度。 p 柱子内表面进行硅烷化处理。 p 内壁涂有固定相.
毛细管柱
• WCOT - 内表面涂有很薄的固定相. • PLOT – 内表面涂有多孔的固体层或吸附
R 2(tR 2 tR1 ) W2 W1
•当R=1 时，有5％的重叠； •当R=1.5时，分离程度为99.7%，可视为基线分离 • 毛细管色谱柱比填充柱有更高的分辨率.
柱效能（Column Efficiency)
p 峰展宽的度量. p 以塔板数来表示 p 类似蒸馏中的气液平衡
塔板理论
例如，图示中塔板数为3.
气体的供应和控制
•气体的类型由检测器决定.
•气体要求色谱级的高纯气 Detector TCD ECD FID
体，99.999 %
Carrier He N2
He
Gases N2 CH4+Ar r N2
H2
H2
Ar
载气推荐采用H2、He: Fuel
H2
Gases
Air
1) 分离度好
FPD NPD
N2
He
不分流进样的规则
1. 将软件置于不分流模式. 所有进样口的流量应经过色 谱柱和隔垫吹扫.
2. 将进样口温度设置为沸点最高物质的沸点上。 3. 开始时，柱温箱温度设定为比溶剂的沸点低20ºC，保
持1分钟，然后以30ºC/min的速度升到比溶剂沸点高 40-60ºC的温度，然后再根据样品需要程序升温。 4. 进样时间为0.5-1.0分钟后，进样口切换到分流模式。 排气流量至少应设为50 mL/min. 5. 保证隔垫吹扫打开，并设为2-5 mL/min.
He
N2
H2
H2
H2
Air Air
2) 对TCD灵敏度最高，而 且可保护W丝
3) 注意安全问题
• 过滤系统:
• 除氧. • 活性炭除碳氢化合物。 • 分子筛除水
气体进口及连接
• 两级的气体压力调节器. • 低压端可从0到100 psig.
• 注意：不要用不干净的管路
载气的进口压力 燃烧气的进口压力
死时间(dead tim源自文库): 不被固定相滞留的组份，从进样到出峰最大值所需要的时
间，t0
峰高（Peak Height) 从峰最大值到峰底的距离, 峰面积（Peak Area) 峰与峰底之间的面积
分离度（Resolution)
两个相邻峰的分离程 度。以两个组份保留 值之差与其平均半峰 宽值的比来表示：
毛细管进样
p 只需要少的进样量
• 需要特别的进样技术－分流/不分流/柱上进样
p 载气流量小 p 需要特别的硬件
• 隔垫吹扫 • 分流装置 • 压力、流量调节
毛细管柱进样口
要求不同的硬件和技术。
• 直接进样. • 分流/不分流进样. • 柱上进样 直接进样
----(柱上进样或快速气化) p 只用于大口径 ( 0.53 mm 内径). p 将注射器中的样品全部送入到色谱柱. p 允许缓慢注入较大体积的稀释样品 ( 2 µL)。 p 相对低的进样口温度。
峰的形状
p 理想的峰型是高斯曲线. p 分子的理论统计学分布
影响色谱柱效率的因素
A. 涡流扩散 (不同路径的影响 ).
• 取决于色谱柱大小、形状和填充的好坏 • 毛细管柱可忽略该项
B. 纵向扩散.
•气相中分子的扩散 • 主要决定于气体流速
C. 传质阻力.
• 样品组分从气相到液相容易. • 主要取决于气体的流速和固定相量的多少。
分流进样规则
p 进样口温度比样品中最高沸点的温度至少高20C，以便高效 且得到好的重现性。
p 针头不用预热，快速进样，并迅速拔出针头。自动进样器一 般为1µL或更少。对高沸点的样品应在进样口停留1-2s.
p 如果程序升温，柱温箱的温度应该高于溶剂的沸点，进样后 应快速升温。
p 以确保隔垫吹扫打开，设定为2-5 mL/min.
6. 色谱柱
填充柱
• 长：2 - 3 m • 内径：2 - 4 mm • 玻璃和金属材质
毛细管柱
• 长：10 - 100 m • 内径：0.1 - 0.8 mm • 熔融氧化硅或不锈钢，聚酰亚胺涂层
色谱柱材料和结构
p 填充柱
p - 短(2-3 米), 管内径较粗.
p 毛细管柱
p - 长(> 60 米), 内径较细. p 所有材料均要求化学及热性质稳定.
著名的范德母特（Van Deemter）方程
• 综合上述三个峰展宽的因数
• HEPT : 理论塔板高度 (Height Equivalent to a Theoretical Plate)： HETP = A + B / + C
这里：
A = 涡流扩散 B = 纵向扩散 = 载气的线流量
低的 HETP= 高的色谱柱效率
分流比
分流比S.R.=
排气口流量 + 色谱柱流量 色谱柱 流量
p 分流比的设定根据样品的浓度和复杂程度来决定。总流量一定要大 于20ml/min
隔垫吹扫：
用途：赶走残留样品和溶剂。
• 2-5 mL/min的载气直径吹扫隔垫底部。 • 可用烧结的限制器和针型阀来控制。 • 在特有的毛细管柱进样口上使用。
• H2 和 He 曲线较平坦，即使较高的 流速下也能得到较低的HETP
所以即使在较高的分析速度时，也可 以得到较好的分离度.
常用毛细管柱的最佳载气流量
载气
He H2 N2
毛细管内径（微米）
250
ml/min cm/sec
1.3
45
1.6
55
0.4
14
320
ml/min cm/sec
1.7
35
2.1
柱容量
柱容量是指色谱峰没有明显变形，样品能够进入到色谱柱中 的最大允许量。 以下因素可增加柱容量 :
• 膜厚 (df). • 温度. • 内径 (ID). • 固定相的选择性. 如果过载，可导致 : • 峰变宽. • 不对称. • 拖尾或前伸峰.
色谱柱中固定相流失
柱流失可以从检测器的背景信号中观察到：