69气相色谱仪原理和应用

气相色谱仪原理和应用目录引言气相色谱系统色谱基本理论检测器定量分析方法12345引言•“气相色谱分析”具有分离效能高，分析速度快，分析结果准确，易于自动化操作等特点，成为是近代重要的分析手段之一，能够与质谱，计算机结合进行色—质联用分析时，同时又能对复杂的的多组分混合物进行定性、定量分析，从而广泛的应用于环境科学、医药、生物化学、农药残留等领域。•以气体为流动相、以固定液或固体吸附剂作为固定相的色谱法称为气相色谱法（GC）。气相色谱的原理•气相色谱仪是以气体作为流动相（载气）。当样品被送入进样器后由载气携带进入色谱柱。由于样品中各组份在色谱柱中的流动相（气相）和固定相（液相或固相）间分配或吸附系数的差异。在载气的冲洗下，各组份在两相间作反复多次分配，使各组份在色谱柱中得到分离，然后由接在柱后的检测器根据组份的物理化学特性，将各组份按顺序检测出来。•条件：①在400℃以下的温度可以汽化(变成气体)的化合物。②在汽化时不会分解的化合物③在汽化时可以分解成固定比例碎片的化合物(热裂解GC)气相色谱系统检测器进样器色谱柱GAS气源柱温箱数据处理基本术语保留时间（Retentiontime)：组份从进样到出现最大值所需要的时间，tR死时间(deadtime):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（PeakHeigh)从峰最大值到峰底的距离峰面积（PeakArea)峰与峰底之间的面积载气和检测器用气通常用氦气和氮气(在使用毛细管柱作分析的情况时下，使用氦气作载气是比较理想的)。气体的纯度最好高于99.999%检测器用气FID...H2,空气ECD...N2(在使用填充柱的情况下，载气当然使用氮气，在使用毛细柱的情况下氮气被用做尾吹气）FTD...H2,AirFPD...H2,Air载气控制方式恒压控制恒流控制压力控制器流量控制器压力保持恒定流量保持恒定用于毛细柱用于填充柱用于宽口径柱直接进样方式无论柱的阻力（象柱子的内径、长度、柱温等）有多少，压力固定不变改变阻力，流量发生变化(阻力增加→流量减小)无论柱的阻力（象柱子的内径、长度、柱温等）有多少，流量固定不变改变阻力，压力发生变化(阻力增加→压力增加)检测器•检测器是将流出色谱柱的载气中被分离组分的浓度和质量转化为电信号（电压或电流）变化的装置。•热导检测器TCD•火焰离子检测器FID•电子俘获检测器ECD•氮磷检测器NPD•火焰光度检测器FPD热导检测器TCD•原理：气流中样品浓度发生变化，则从热敏元件上所带走的热量也就不同，从而改变热敏元件的电阻值，由于热敏元件为组成惠斯顿电桥之臂，只要桥路中任何一臂电阻发生变化，则整个线路就立即有信号输出。•特点：此检测器几乎对所有可挥发的有机和无机物质均能响应。但灵敏度较低，被測样品的浓度不得低于万分之一。属非破坏性检测器。TCD检测器使用事项•载气中含有氧时，热丝寿命会缩短，所以载气中必须彻底除氧。•用氢气做载气时，气体排至室外。•检测器通电之前，一定要确保载气已经通过检测器，防止热丝烧断。•检测器电流越高，灵敏度越高，但灯丝寿命会缩短。•使用应该注意尾吹气不能关闭，默认值为8mL/min。•关机时一定要先关检测器电源，然后关载气。氢火焰离子化检测器FID•原理：在氢氧焰的高温作用下，许多分子均将分裂为碎片，并有自由基和激态分子产生，从而在氢焰中形成这些高能粒子所组成的高能区，当有机分子进入此高能区时，就会被电离，从而在外电路中输出离子电流信号。•特点：体积小，灵敏度高，死体积小，应答时间快，但对部分物质如H2、O2、N2、CO、CO2、NO、NO2、CS2、H2O等无响应。属破坏性检测器。FID检测器使用事项•氢气、空气的比值1：10。•检测器温度设置高于色谱柱实际工作的温度，建议使用温度≥250℃。•在未接上色谱柱时，不要打开氢气阀门。•必须在温度升高后再点火，关闭时，应先熄火再降温。•因故障导致火焰熄灭，应尽量关闭氢气阀门，排除了故障重新点火时，再打开氢气阀门。火焰光度检测器FPD•原理:燃烧着的氢焰中，当有样品进入时，则氢焰的谱线和发光强度均发生变化，然后由光电倍增管将光度变化转变为电信号。•特点:对磷、硫化合物有很高的选择性，适当选择光电倍增管前的滤光片将有助于提高选择性，排除干扰。FPD检测器使用事项•建议FPD使用温度≥250℃。•FPD的氢气、空气流量与FID不同。•必须在温度升高后再点火，关闭时，应先熄火再降温。•滤光片表面应清洁无污物，勿用于触摸其表面。氮磷检测器NPD•原理:在FID中加入一个用碱金属盐制成的玻璃珠，当样品分子含有在燃烧时能与碱盐起反应的元素时，则将使碱盐的挥发度增大，这些碱盐蒸气在火焰中将被激发电离，而产生新的离子流，从而输出信号。•特点:这是一种有选择性的检测器，对含有能增加碱盐挥发性的化合物特别敏感。对含氮、磷有机物有很高的灵敏度。属破坏性检测器NPD检测器使用事项•氮磷检测器的使用温度保持在330ºC~340ºC，可以有效防止及减轻检测器的污染程度，还有利于铷珠在较低的电压下激发。•如果发现氮磷检测器的灵敏度异常降低，不要轻易增加铷珠的电压，可以将检测器的收集极拆下用砂纸打磨后，用棉签蘸丙酮等有机溶剂清洗。•定期(约2~3个月)清洗或更换进样器中的内衬管，避免农药组分在内衬管内的吸附。电子捕获检测器ECD原理：载气分子在63Ni辐射源中所产生的β粒子的作用下离子化，在电场中形成稳定的基流，当含电负性基团的组分通过时，俘获电子使基流减小而产生电信号。特点：对电负性物质（例如：卤化物,有机汞，有机氯及过氧化物，金属有机物，硝基、甾类化合物等）有很高的灵敏度。属非破坏性检测器。ECD检测器使用事项•气路要安装气体过滤器和氧气捕获器。•ECD使用温度为250℃~350℃，否则检测器很难平衡，建议使用温度为300℃。•ECD升温前通载气约10min，先升检测器温度再升进样口、柱温。•关闭载气和尾吹起后，用堵头封住ECD出口，避免空气进入。•使用填充柱时也需供给尾吹起（2~3mL/min）。检测器检测成份最小检量限*通用检测器热导检测器（TCD）除了载气以外的所有成份10ppm(10ng)氢火焰检测器（FID）有机化合物0.1ppm(0.1ng)高灵敏度选择性检测器电子捕获检测器（ECD）有机卤素0.1ppb(0.1pg)火焰热离子检测器（FTD）有机氮化合物无机，有机磷化物1ppb(1pg)0.1ppb(0.1pg)火焰光度检测器（FPD）无机、有机硫化物无机，有机磷化物无机，有机锡化合物10ppb(10pg)气相色谱理论色谱图：1.根据色谱峰的个数可以判断样品中所含组分的最少个数；2.根据色谱峰的保留时间和峰面积可以做定性和定量分析；3.色谱峰的保留值及区域宽度（峰高、峰面积）可以评价色谱柱的分离效能；4.两峰之间的距离是评价固定相（和流动相）选择是否合适的依据。分流/不分流进样分流/不分流进样是毛细管GC最常用的进样方式，它既可用作分流进样，也可用作不分流进样口，下图是典型的分流/不分流进样口示意图。从结构上看，分流/不分流进样口与填充柱进样有明显的不同，一是前者有分流气出口及其控制装置，二是除了进样口前有一个控制阀外，在分流气路上还有一个柱前压调节阀，三是二者使用的衬管结构不同。而分流进样和不分流进样在操作参数的设置，对样品的要求以及衬管结构方面也有很大区别。样品的适用性分流进样适合于大部分可挥发样品，包括液体和气体样品。此外，如果对样品的组成不很清楚。也应首先采用分流进样口，对于一些相对“脏”的样品，更应采用分流进样，因为分流进样时大部分样品被放空，只有一小部分样品进入色谱柱，这在很大程度上防止了柱污染。只是在分流进样不能满足分析要求时（灵敏度太低），才考虑其他进样方式，如不分流进样。总之，分流进样的适用范围宽，灵活性很大。分流比可调范围广，故成为毛细管GC的首选进样方式。分流进样规则•进样口温度比样品中最高沸点的温度至少高20C，以便高效且得到好的重现性。•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。•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。•以确保隔垫吹扫打开，设定为2-5mL/min。不分流进样的规则•将进样口温度设置为沸点最高物质的沸点上。•在进样口预热针头0.05min.以1.0µL/sec的速度进样。让注射器停在进样口几秒钟以确保样品完全气化。•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。•将软件置于不分流模式（splitless），所有进样口的流量应经过色谱柱和隔垫吹扫。•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50mL/min。•保证隔垫吹扫打开，并设为2-5mL/min。内标物所必需的特性•内标峰必需和样品中的其它所有物质的峰能够完全分开。•内标物应该在目标峰附近出峰。•内标物应该与目标成份的化学性质相似。(同系物等是比较理想的)•内标物化学性质应该的稳定的。•在内标法中,“选择内标物质的相当重要的--而且的困难的。