气相色谱基础知识PPT

气相色谱基础知识
讲解人：马婷
气相色谱发展背景
植物学家茨维特在研究植物色素的过程中，在 一根玻璃管的底部塞上一团棉花，在管中填入粉末 状吸附剂，例如碳酸钙等，然后把该吸附柱与吸虑 瓶连接，把有色植物的叶子的石油醚萃取液倾注到 柱内的吸附剂上面，然后用纯净的石油醚洗脱。植 物叶中的几种色素就在柱上展开了， 在管内的碳 酸钙上形成三种颜色的5个色带。当时茨维特把这 种色带称之为“色谱”（Chromatography）。其 中玻璃管相当于色谱柱，碳酸钙为固定相，纯净的 石油醚为流动相。
进样系统
进样时应注意的问题
1、注射速度快 2、取样准确而重现 3、避免样品之间的相互干扰 4、选用合适的注射器 5、减少注射歧视
柱分离系统
毛细管柱结构
融熔石英
内径（I.D.）
0.1，0.25，0.32，0.53 毫米
长度
固定液
5-100 m(30 m最常用) 融熔石英
Βιβλιοθήκη Baidu
材质
固定液
理论塔板数一般都较大
气相色谱定性方法
1、用保留时间定性 2、用相对保留值定性 3、用保留指数定性 4、用双柱或多柱定性 5、用不同类型的检测器定性
常用气相色谱定量方法
1、归一化法 mi 100% wi=
mi 100% m m1 m2 mi mn Aifi 100% A1 f 1 A2 f 2 Aifi Anfn
程序升温与恒温对分离的影响比较
如图：
恒温：45oC
温度低，分离效果较好，但分析时间长
恒温：145oC
温度高，分析时间短，但分离效果差
程序升温：30~180oC
程序升温，分离效果好，且分析时间短
色谱柱的维护
1、每次新安装了色谱柱后，都要在进样前进行 老化。 2、新购买的色谱柱一定要在分析样品前先测试 柱性能是否合格。 3、暂时不用的色谱柱从仪器上卸下后，柱两端 应当用一块硅橡胶堵上，拨那个放在相应的 柱包装盒中，以免柱头被污染。 4、每次关机前都应将进样口和检测器的稳定降 到100℃以下，然后再关电源和载气。
GC1690气相色谱仪操作规程
1、启动仪器 每天检查气瓶的压力是否正常，检查接口是否漏气。打开仪 器电源。仪器进行自检。自检结束时，正常情况下出现 WELCOME USE 1690，稍后显示：GC1690。此符号表示 自检通过可设置各控温参数。操作如下： 设置初始柱箱温度为50℃ →按键顺序【初温】【50】 【置入】 设置初始柱箱时间为4min →按键顺序【初时】【4】【置入】 设置升温速率为6℃/min→按键顺序【升速】【6】【置入】 设置终止温度为180℃→按键顺序【终温】【180】【置入】 设置进样器温度为190℃→按键顺序【进样】【190】【置入】 设置检测器温度为250℃→按键顺序【换挡】【热导】【250】 【置入】 设置终时时间为5 min→按键顺序【终时】【5】【置入】 最后按【起始】。程序升温参数设置完毕。
， mn， 其中各组分的质量分别为m1，m2， 各组分含量的总和m为100%，其中组分i的质量 分数为wi。
2、内标法
所谓内标法是将一定量的纯物质作为内标 物，加入到准确称取的试样中，根据被测物 和内标物的质量及其在色谱图上相应的峰面 积比，求出某组分的含量。
wi= Ai ms fi 100%
检测系统
检测器的种类繁多，主要有以下几类： 1. 热导检测器(TCD) 2. 氢火焰离子化检测器(FID) 3. 电子捕获检测器(ECD) 4. 火焰光度检测器(FPD) 5. 氮磷检测器( NPD )也称热离子检测器(TID) 6. 原子发射检测器(AED) 7. 硫荧光检测器( SCD )
检测器的分类
如图：
色谱法的优缺点
色谱法的优点： 1、分离效率高 2、应用范围广 3、分析速度快 4、样品用量少 5、灵敏度高 6、分离和测定一次完成 7、易于自动化，可在工 业流程中使用 色谱法的缺点： 1、对所分析对象的鉴别功能 较差
气相色谱基本概念
t0：死体积 tr：保留时间 H：峰高 W：峰宽 A：峰面积 W1/2 ：半峰宽 相对保留值α、分离度R、 容量因子k、分配系数K
根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型和 质量型检测器。 浓度型：检测的是载气中组分浓度的瞬间变 化，即响应值与浓度成正比。 质量型：检测的是载气中组分进入检测器中速 度变化，即响应值与单位时间 进入检 测器的量成正比。
氢火焰离子化检测器(FID)
火焰离子化检测器（FID） 又称氢焰离子化检测器。主要用 于可在H2-Air火焰中燃烧的有机 化合物(如烃类物质)的检测。 原理：含碳有机物在H2-Air火焰中 燃烧产生碎片离子，在电场作用 下形成离子流，根据离子流产生 的电信号强度，检测被色谱柱分 离的组分。 结构：主体为离子室，内有石英喷 嘴、发射极(极化极，此图中为火 焰顶端)和收集极。 工作过程：来自色谱柱的有机物与 H2-Air混合并燃烧，产生电子和 离子碎片，这些带电粒子在火焰 和收集极间的电场作用下（几百 伏）形成电流，经放大后测量电 流信号（10-12 A）。
1、柱分离系统是色谱分析的心脏部分。分离柱包括填充 柱和开管柱(或称毛细管柱)。柱材料包括金属、玻璃、融 熔石英、Teflon等 2、开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。内径0.10.5mm，长达几十至100m。通常弯成直径10-30cm的螺旋状。 开管柱因渗透性好、传质快，因而分离效率高(n可达106)、 分析速度快、样品用量小。过去是填充柱占主要，但现在， 这种情况正在迅速发生变化，除了一些特定的分析之外， 填充柱将会被更高效、更快速的开管柱所取代！ 3、柱温：是影响分离的最重要的因素。选择柱温主要是 考虑样品待测物沸点和对分离的要求。柱温通常要等于或 略高于样品的平均 沸点(分析时间20-30min)；对宽沸程 的样品，应使用程序升温方法。
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气相色谱分析的基本原理
1、色谱分离的本质：分配系数的差异 分配系数是在一定温度下，溶质在互不混容的两相中浓度之 比。 2、GC主要是利用物质的沸点、极性及吸附物质的差异来实现 混合物的分离。如图：
样品 进样汽化 色谱柱分离 检测器 载气
信号记录
气相色谱仪器及操作
1、仪器基本配置
气路系统
气路系统：是为了获得纯净、稳定流速的载气和辅助气体。包 括压力计、流量计及气体净化器。 载 气：要求化学惰性，不与相关物质反应。载气的选择处 理考虑对柱效的影响外，还要与分析对象和所用的 检测器相配。 净 化 器：可除去气体中携带的水、氧气及其他杂质。 压 力 表：多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力(总是高于常 压。第二级，柱头压力指示。 流 量 计：通常在柱后，以皂膜流量计(Soap-bubble meter) 测流速。
2、点火
当进样温度和检测温度达到设定 温度时，打开H2和AIR气体阀， 空气的压力调为0.1 Mpa、氢气的 压力调为0.1 Mpa。同时打开电脑 和工作站，就可以点火。
3、关机
先把氢气关闭，再关空气，再把 进样口、检测器、色谱柱的温度 设到常温，等温度降下来后关闭 主机和载气。
气相色谱的维护和保养
1、气体净化管的定期检查 2、进样垫的维护与检修 3、玻璃衬管的维护与检修 4、注射器的维护 5、毛细管色谱柱的维护 6、柱的老化 7、除去受污染的柱入口部分 8、用溶剂清洗 9、 检测器FID的维护
气相色谱在公司的应用
1、车间混合溶剂的定量、定性 2、各技术部样品的定量、定性
mV
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
-10
100
M108
2
2.132' Y14 2.570' Y5 2.699' Y10 3.032' Y8 3.110' Y32
4
4.847' Y2
6
6.164' Y3 7.554' Y35
8 10 12 14
14.313' Y4
16 18 20 min
定量结果
─────────────────────── 序号 保留时间 名称 浓度 峰面积 ─────────────────────── 1 2.132 Y14 18.34 144020 2 2.570 Y5 10.23 66579 3 2.699 Y10 9.021 88460 4 3.032 Y8 18.15 159398 5 3.110 Y32 3.821 25539 6 4.847 Y2 16.43 305576 7 6.164 Y3 9.941 107119 8 7.554 Y35 6.677 68623 9 14.313 Y4 7.394 63209 ─────────────────────── 总计 100 1028523
As m
3、外标法
所谓外标法就是应用欲测组分的纯物质 来制作标准曲线。 用预测组分的纯物质加稀释剂配成不 同质量分数的标准溶液，取固定量标 准溶液进样分析，从所得色谱图上测 出相应信号，然后绘制响应信号（纵 坐标）对质量分数（横坐标）的标准 曲线。
仪器的主机结构
中部是色谱柱箱 右侧上部是微机 温度控制器 右侧下部是FID 微电流放大器 顶部是流量控制 部件及气路面板 柱箱上方后部是 离子化检测器 安装位置
FID特点
1、灵敏度高。 2、线性范围宽。 3、噪声低。 4、耐用且易于使用。 5、为质量型检测器，色谱峰高取决于单位时间内 引入检测器中组分的质量。 在样品量一定时， 峰高与载气流速成正比。 6、对无机物、永久性气体和水基本无响应，因此 FID特别适于水中和大气中痕量有机物分析或受 水、N和S的氧化物污染的有机物分析。 7、对含羰基、羟基、卤代基和胺基的有机物灵敏 度很低或根本无响应。 8、样品受到破坏。