分析气相测谱仪

气相色谱仪1气相色谱分析法2气相色谱法的分离原理3气相色谱仪的基本组成4气相色谱仪显示屏5故障及处理一、什么是色谱分析法•多组分的混合气体通过色谱柱时，被色谱柱内的填充剂所吸收或吸附，由于气体分子种类不同，被填充剂吸收或吸附的程度也不同，因而通过柱子的速度产生差异，在柱出口处就发生了混合气体被分离成各个组分的现象。这种采用色谱柱和检测器对混合气体先分离、后检测的定性、定量分析方法叫做气相色谱分析法。•填充剂叫做固定相，它可以是固体或液体；通过固定相而流动的流体，叫流动相，它可以是气体或液体。按流动相的状态，可以把色谱分析法分为气相色谱法和液相色谱法。色谱法分离原理：•不同物质在两相——固定相和流动相之间具有不同的分配系数，这些物质同流动相一起运动时，在两相间进行反复多次的分配，使分配系数不同的物质在移动速度上产生显著差别，从而使各组分达到完全分离。•如果再配上适当的检测器对分离物进行定性定量鉴定，就成为色谱分析法，简称色谱法。色谱法分类•依流动相不同可分为气相色谱法和液相色谱法。依固定相也可以是固体或者液体，•色谱法又可分为:–气-液色谱法–气-固色谱法–液-液色谱法–液-固色谱法•气相色谱法是一种以气体为流动相，采用柱色谱的物理分离分析技术。气相色谱仪的主要性能指标（1）测量对象。气相色谱仪的测量对象是气体和可气化的液体。（2）测量范围。是很重要的性能指标，能充分体现仪表的性能，主要体现在分析下限，即ppm、ppb级的含量可否分析。TCD(热导检测器）分析下限一般为10ppm，FID（氢火焰离子化检测器）一般为1ppm，FPD（火焰光度检测器）一般为0.05ppm及50ppb。（3）重复性。也是很重要的性能指标，对于色谱仪而言，有重复性而无精度指标，主要原因有两点：1、在线色谱仪普遍采用外标法，其精度依赖于标准气的精度，色谱仪仅仅是复现标准气的精度；2、重复性更能反映仪器本身的性能，它体现了色谱仪的稳定性。（4）分析流路数。分析流路数是指色谱仪具备分析多少个流路样品的能力。色谱仪分析流路最多为31个，包括标定流路，实际使用一般为1-3个流路。（5）分析组分数。是指单一采样点（流路）中最多可分析的组分数。分析组分太多会使柱系统复杂化，分析周期加长。实际使用时一般不超过6个组分。（6）分析周期。分析周期是指分析一个流路所需要的时间，从控制的角度说，分析周期越短越好。二、气相色谱仪的分离原理1.气相色谱仪的一般流程2.色谱图及其主要参数1.气相色谱仪的一般流程气-液色谱法在一定温度、压力下，组分在气液两相间分配达到平衡时的质量浓度比称为分配系数，即misiiCCkCsi—组分i在固定相中的质量浓度；Cmi—组分i在流动相中的质量浓度。在各个组分随流动相移动过程中，分配系数较大的组分受到的阻滞力也较大，在固定相中停留的时间较多，移动较慢。这种分配在柱管中要进行103~106次。这就使得那些分配系数只有微小差别的物质，在移动速度上产生差别，只要有足够的分配次数和足够的时间，最终都可以使各组分达到完全分离。色谱分析过程示意图2.色谱图及其主要参数由记录仪得到的色谱图又称流出曲线。它是被分析样品在载气的带动下经过色谱柱分离后进入检测器得到的信号图形，是进行成分定性分析和定量分析的依据。仪表风色谱图主要参数（1）基线（2）保留时间（3）区域宽度和分离度（1）基线•基线：色谱仪启动后，只有载气通过而没有样气注入时所记录的曲线。基线一般不取零值，仪器性能稳定时，它应当是平行于时间轴的直线。•衡量色谱仪优劣的主要指标:基线的漂移（2）保留时间•进样信号：当样气注入时，由于压力的突然变化或液体瞬间气化切断气流，都会使检测器产生一个不大的输出信号，如图中的O点。•死时间tr0：不能被固定相吸附或溶解的惰性组分（如空气、惰性气体等）从进样到出峰的时间，如图中的OA段，此峰也叫空气峰。tr0反映色谱柱中空隙体积的大小。•保留时间tr：被分析组分从进样开始到该组分流出曲线浓度极大值之间的时间，图中OB段。•校正保留时间tr'：保留时间扣除死时间的数值，即它表示该组分在固定相中停留的时间。（3）区域宽度和分离度•色谱峰所占区域宽度反映了分离条件的优劣。通常区域宽度有两种表示方法：①半峰宽：指色谱峰在峰高一半处的宽度，如上图中的CH段。②基线宽Wb：指通过流出曲线的拐点所作的切线在基线上的截距，如上图中的IJ段。分离度（或分辨力）•只有相邻的色谱峰能明显分开时，才能实现两组分的有效分离。衡量指标用分离度（或分辨力）来表示分离度定义相邻两色谱峰保留值（保留时间或保留体积）之差与两峰宽度平均值之比，即2/)(bararbWWttR2/12/1abrarbttttRR越大分散效果越好，R1时两峰有部分重叠；R=1时两个等面积的高斯峰分离效率达98%；R=1.5时，其分离效率达99.7%，可以认为完全分离。R若再大，则会加长分析时间。在工业气相色谱分析中，一般要求有很大的分离度，以便程序的安排和维持较长的柱寿命，R的取值可达5~10。定量分析（1）定量分析原理（2）峰面积的计算方法（1）定量分析原理•在气相色谱仪中，用检测器将组分质量浓度或质量转换为易于测量的电信号。•响应与质量浓度成正比的检测器称为浓度型检测器，例如热导池，其响应方程为•若响应与质量流量成正比，则称为质量型检测器，如氢焰离子化检测器，此时iKR1dtdmKRi2•在一定的操作条件下，被测组分的质量与它在色谱图上表现出的面积成正比，用通式表达为•显然，进行定量分析必须准确测出峰面积，求出定量校正因子，并选用合适的计算方法把测量值换算成被测组分在试样中的质量分数。isiiSfm（2）峰面积的计算方法①峰高乘半峰宽法常用计算面积方法=测量值/标准值*原面积2/12thS此方法适用于对称性好的正常峰，其真实峰面积是上述计算值的1.065倍。③峰高乘平均峰宽法•在峰高的15%和85%处分别测得峰宽，取两者平均值作为峰宽，此法可用于带前伸或拖尾的不对称峰85.015.0tthS③峰高乘以保留值法–在一定操作条件下，结构相近的同类物质的半峰宽与保留值基本上成正比关系。因此，在相对测量中可用此方法。此方法方便，保留值也容易测准确，适用于工厂分析。④自动积分仪法–配备电子自动积分仪，直接测出色谱峰面积，精确度达到0.2%～2%，但测量小峰时误差较大。三、工业气相色谱仪的基本组成•和一般实验室用气相色谱仪相比增加了取样系统，采用柱切技术，而且程序控制和信息处理完全是自动化的。电气部分1.取样系统•取样系统完成取样和样品预处理任务，是生产装置和工业气相色谱仪的接口设备。•实际上，在分析仪外部就应对样品进行初步的预处理，例如减压、除水、除尘等。•分析仪内部取样及样品预处理系统应具有调压、流路切换、流量监视、大气平衡和标准气（或标准液）校验等功能。•取样及样品预处理系统设计时还应考虑其它一些实际问题，例如，系统管路和部件的耐腐蚀性、防止泄漏、防爆、减少传输滞后时间以及控制排空污染等。•载气流路系统包括：载气源、净化器、压力与流量的稳定与调节装置。•通常使用钢瓶中的高压气体作载气源。钢瓶出口要有减压阀，使压力降到0.4～0.7MPa。为了避免污染色谱柱，要求载气纯度高，稳定性好。因此，多用硅胶、分子筛和活性炭等吸附载气中的水分和烃类化合物。可用作载气的气体有氢气、氮气、氩气等。载气只起到携带样品的作用。•气相色谱分析仪要求载气流量保持恒定，其变化应小于1%。所以在气路中要配置流量计和调节阀，还要加装稳压阀来连续调整并稳定流路的气压，从而达到稳定流量的目的。2.载气流路系统3.进样装置进样就是把气体、液体或经过转化的固体样品定量地送到色谱柱里，以便进行色谱分离。进样数量的恒定性，进样时间的长短，试样气化的速度等都会影响定量结果的重复性和准确性。（1）进样阀进样阀•要求：气密性好，死体积小，可靠耐用，切换时间快，有的场合还要求能够耐腐蚀和在一定温度条件下工作。备注：分离过程演示进样阀工作原理4.色谱柱•色谱柱是色谱分析仪的核心部件，它的好坏对整个仪器指标具有重要作用。•色谱柱有填充柱、微填充柱及毛细管柱三种，作用是使待测样品混合物在此分离。–填充柱中装有固体吸附物质或有固定液的担体，选择不同的填充物能够分离N2，O2，H2，Ar等高沸点的各种化合物。–毛细管柱具有较高的分离效率，固定相液体涂在内径很小的毛细管内壁上。•固定相可分为固体固定相和液体固定相两种。固体固定相是一个吸附剂，对不同组分有不同的吸附能力。5.检测器•仪器的关键部件，经过色谱柱分离的组分用检测器把它们转化为电信号进行定性和定量分析。•检测器分为浓度型和质量型两大类。–浓度型检测器的响应取决于载气和组分在混合物中组分的质量浓度，即输出正比于质量浓度，如热导检测器。–质量型检测器的响应取决于单位时间里进入检测器的组分质量，而输出正比于质量流量，如氢焰离子化检测器。检测器的分类（1）热导检测器（TCD）（2）氢火焰离子化检测器（FID）（3）火焰光度检测器（FPD）（4）电子捕获检测器（ECD）热导检测器•测量范围广，几乎可以测量所有非腐蚀性成分，从无机物到碳氢化合物。它利用被测气体与载气间及被测气体各组分间热导率的差别，使测量电桥产生不平衡电压，从而测出组分浓度。•特点：结构简单、性能稳定、灵敏度适宜、线性范围宽，经过检测器的被测组分不发生变化，而且价格低并易维修。6.电气部件•对于所有的色谱仪来说恒温控制器和信号衰减电路。7.数据处理部件8.恒温箱•将组分信号进行处理并转换成标准信号输出。•为保证仪器有效工作，色谱柱、检测器等需要温度恒定，把这些对温度敏感的元件装入有保温结构的恒温箱中，由温度控制器进行恒温控制。四、气相色谱仪显示屏1、进入本地模式色谱在远程模式时，只能查看数据，不能修改数据。在打到本地模式后才可以进行修改。远程模式时显示屏上方的LOCAL指示灯不亮，打到本地时LOCAL指示灯亮。打开方法如下：1603OPERATION键→操作：2、面板主要按键介绍：STATUS键→状态：在按下STATUS状态键后在按F2Signal信号键，就可以进入检测器状态界面。正常的TCD检测器的InputSignal在—100﹏100mv之间，若超出这一范围，则检测器的灵敏度等会下降。Stddeviation理论上应该是0.000mv，但因干扰等因素它不会保持0.000不变，在0.000—0.002之间波动则属正常，超出这一范围则检测器性能没有之前的好了。3、RESULT键→结果：最新结果保留时间流路流路1浓度4、ALARM键→报警：5、TEMP键→温度：恒温箱CHROM键→谱图：7、TABLE键→主菜单：单峰设置在单峰设置菜单中，可修改任意一个峰（PEAK）的开关门时间和峰面积。8、9、检测器的打开：2020/2/2检测器一定要在手动模式下打开，要是在主界面即OPERATION中直接打开检测器，则分析时间会一直累积。2020/2/2其它按键DISPLAY/RESET键：复位键，不能随便按；LOCAL/REMOTE键：本地、远程转换键；CANCEL键：取消键；BACKSPACE键：后退键；SET/ENT键：确认、进入键；PREV键：前一页，NEXT键：下一页。10、五、故障及处理有报警在换载气瓶时，由于某种原因造成载气压力降到0后，面板上报警ALARM指示灯变红，打开报警界面会有载气压力低的提示。等到载气压力恢复正常值后报警才能消除。只要有报警出现，运行模式和检测器都会自动关闭，这样是为了保护检测器。谢谢