第三章 气相色谱仪的原理及应用

2020/1/19WELCOMEFollowmeinto2020/1/19仪器分析InstrumentalAnalysis2020/1/19第三章气相色谱仪的原理及应用2020/1/192020/1/19ABCD载气3种组分同时进入色谱柱3种组分开始在色谱柱中分离3种组分在色谱柱中基本达到分离3种组分在色谱柱中完全达到分离第一节气相色谱法的原理2020/1/19◆色谱法是一种分离技术，是混合物最有效的分离和分析方法。◆试样中各组分在色谱柱中的两相之间不断进行着分配。其中一相固定不动，称为固定相；另一相是携带试样流过此固定相的流体（气体或液体），称为流动相。一、色谱法的定义和分类2020/1/19色谱法液相色谱法气相色谱法气-液色谱法气-固色谱法液-固色谱法液-液色谱法一、色谱法的定义和分类2020/1/19(1)气相色谱：流动相为气体（称为载气）。按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱；按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱一、色谱法的定义和分类2020/1/19(2)液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。离子色谱：液相色谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同pH值的水溶液为流动相。一、色谱法的定义和分类2020/1/19薄层色谱和纸色谱：比较简单的色谱方法凝胶色谱法：测聚合物分子量分布。超临界色谱:CO2流动相。高效毛细管电泳:九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。一、色谱法的定义和分类2020/1/19二、色谱流出曲线与术语1.基线无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。2.保留值（1）时间表示的保留值保留时间（tR）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；死时间（tm）：不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间；调整保留时间（tR＇）：tR＇=tR－tM2020/1/19（2）用体积表示的保留值保留体积（VR）：VR=tR×F0F0为柱出口处的载气流量，单位：mL/min。死体积（VM）：VM=tM×F0调整保留体积(VR＇)：VR＇=VR－VM2020/1/193.相对保留值r21组分2与组分1调整保留值之比：r21=tR2/tR1=VR2/VR1相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。2020/1/194.区域宽度用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法：（1）标准偏差()：即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。（2）半峰宽(Y1/2)：色谱峰高一半处的宽度Y1/2=2.354（3）峰底宽(Wb)：Wb=4(4)峰高（h）:峰最大值到峰底2020/1/191、色谱定性分析利用前边的哪些参数定性比较好？三、色谱定性与定量分析2020/1/19•利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中的位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。•利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。2020/1/19利用相对保留值r21定性相对保留值r21仅与柱温和固定液性质有关。在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。2020/1/192、色谱定量分析方法利用前边的哪些参数定量比较好？定量依据：被测物质的量与它在色谱图上峰面积或峰高成正比。讨论：峰高定量与峰面积定量哪种方法更好？2020/1/19（1）校正因子定量试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即：mi=fi·Ai绝对校正因子：比例系数fi，单位面积对应的物质量：fi=mi/Ai2020/1/19相对校正因子f’i：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。•当mi、mS以摩尔为单位时，所得相对校正因子称为相对摩尔校正因子，用（f’M）,表示；当mi、mS用质量单位时,以（f’W）,表示。•相对校正因子只与检测器类型有关，而与色谱条件无关。（1）校正因子定量2020/1/19（2）归一化法特点及要求：归一化法简便、准确；进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。2020/1/19（3）外标法外标法也称为标准曲线法。特点及要求：外标法不使用校正因子，准确性较高，操作条件变化对结果准确性影响较大。对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的快速分析。2020/1/19（4）内标法内标物要满足以下要求：（a）试样中不含有该物质；（b）与被测组分性质比较接近；（c）不与试样发生化学反应；（d）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。试样配制：准确称取一定量的试样W，加入一定量内标物mS2020/1/19（4）内标法计算式：2020/1/19特点(a)内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大。(b)每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。(c)若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定，则：（4）内标法2020/1/19四色谱法的特点（1）分离效率高复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。（2）分析速度快一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（3）应用范围广气相色谱：沸点低于400℃的各种有机或无机试样的分析。液相色谱：高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。2020/1/19二色谱法的特点（4）样品用量少用极少的样品就可以完成一次分离和鉴定。（5）灵敏度高可以检测出10-11—10-13g级的物质量。（6）分离和测定一次完成可以和多种波谱分析仪器联用，易于自动化。不足之处：被分离组分的定性较为困难。2020/1/19由惰性气体将气化后的试样带入加热的色谱柱，并携带分子渗透通过固定相，达到分离的目的。气固色谱：多孔性固体为固定相，通过物理吸附保留试样分子，常温常压下气体和低沸点化合物。气液色谱：高沸点的有机化合物涂泽在载体上作为固定相，利用分子在两相间的分配系数不同分离。五、气相色谱法2020/1/192020/1/19气相色谱结构流程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-进样器；8-分离柱；9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；载气系统进样系统色谱柱检测系统温控系统2020/1/19包括气源、净化干燥管和载气流速控制；常用的载气有：氢气、氮气、氦气；净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。1.载气系统2020/1/192.进样装置进样装置：进样器+气化室；气体进样器（六通阀）：推拉式和旋转式两种。试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；2020/1/19液体进样器：不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10μL；毛细管色谱常用1μL；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。气化室：将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。2020/1/193.色谱柱（分离柱）色谱柱：色谱仪的核心部件。柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。柱填料：粒度为60-80或80-100目的色谱固定相2020/1/193.色谱柱（分离柱）气-固色谱：固体吸附剂气-液色谱：担体+固定液柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大，流速慢或将柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。AgilentGC6890N配有两个分离柱，填充柱和毛细管柱。2020/1/194.检测系统色谱仪的眼睛，通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；2020/1/194.检测系统检测器：广普型——对所有物质均有响应；专属型——对特定物质有高灵敏响应；常用的检测器：热导检测器（基于各种物质有不同的导热系数而设计的检测器）、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器、热电子检测器、光离子化检测器。2020/1/19电子捕获检测器•高选择性检测器（放射源63Ni，产生β射线；N2载气，产生电子，基流。含杂原子试样吸收电子产生负峰）•仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度，检测下限10-14g/mL，•对大多数烃类没有响应。•较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。2020/1/195.温度控制系统温度是色谱分离条件的重要选择参数；气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；气化室：保证液体试样瞬间气化；检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；2020/1/19应用领域分析对象举例环境水样中芳香烃，杀虫剂，除草剂，水中锑形态石油原油成分、汽油中各种烷烃和芳香烃化工喷气发动机燃料中烃类，石蜡中高分子烃食品、水果、蔬菜植物精炼油中各种烯烃、醇和酯，亚硝胺，香料中香味成分，人造黄油中的不饱和十八酸，牛奶中饱和和不饱和脂肪酸生物植物中萜类，微生物中胺类、脂肪酸类、脂肪酸酯类医药血液中汞形态、中药中挥发油法医学血液中酒精，尿中可卡因、安非他命，奎宁及其代谢物，火药成分，纵火样品中的汽油第三节气相色谱的应用2020/1/192020/1/19