气相色谱分析原理与技术

气相色谱技术在职业卫生中的应用气相色谱技术在职业卫生中的应用山东省职业卫生与职业病防治研究院山东省职业卫生与职业病防治研究院邹邹薇薇„„气相色谱原理与技术气相色谱原理与技术„„气相色谱使用注意事项气相色谱使用注意事项„„气相色谱在职业卫生监测中气相色谱在职业卫生监测中的应用的应用一、气相色谱原理与技术一、气相色谱原理与技术„„（一）、气相色谱分离原理（一）、气相色谱分离原理„„（二）、方法的特点及应用范围（二）、方法的特点及应用范围„„（三）、气相色谱的流程及设备（三）、气相色谱的流程及设备„„（四）、气相色谱固定相（四）、气相色谱固定相„„（五）、填充柱的制备（五）、填充柱的制备„„((六六))、几种常见的检测器、几种常见的检测器„„（七）、定性与定量方法（七）、定性与定量方法（一）、气相色谱分离原理（一）、气相色谱分离原理„„气相色谱的分离是利用试样中各组分在色谱气相色谱的分离是利用试样中各组分在色谱柱中的气相和固定液液相间的分配系数不柱中的气相和固定液液相间的分配系数不同，当气化后的试样被载气带入色谱柱中运同，当气化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组分就在其中的两项间反复多次的分行时，组分就在其中的两项间反复多次的分配，由于固定相对各组分的吸附或溶解能力配，由于固定相对各组分的吸附或溶解能力不同，因此各组分在色谱柱中的运行速度就不同，因此各组分在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，顺不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，顺利离开色谱柱进入检测器，产生的讯号经放利离开色谱柱进入检测器，产生的讯号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱图。大后，在记录器上描绘出各组分的色谱图。（二）、方法的特点及应用范围（二）、方法的特点及应用范围„„选择性高选择性高„„分离效率高分离效率高„„灵敏度高灵敏度高„„分析速度快分析速度快„„应用范围广应用范围广（二）、方法的特点及应用范围（二）、方法的特点及应用范围„„选择性高选择性高是指气相色谱法对性质极为接是指气相色谱法对性质极为接近的物质，具有很强的分离能力，如邻近的物质，具有很强的分离能力，如邻位、间位、对位二甲苯三种异构体的分位、间位、对位二甲苯三种异构体的分离；离；„„分离效率高分离效率高是指气相色谱法能分离分配是指气相色谱法能分离分配系数很接近的组分，对组分复杂难以分系数很接近的组分，对组分复杂难以分离的物质，经色谱柱进行反复多次的分离的物质，经色谱柱进行反复多次的分配平衡，最后可达到分离的目的；配平衡，最后可达到分离的目的；（二）、方法的特点及应用范围（二）、方法的特点及应用范围„„灵敏度高灵敏度高是指气相色谱法可分析微量组分的是指气相色谱法可分析微量组分的含量，在环境保护中，它可用来直接分析大含量，在环境保护中，它可用来直接分析大气中或污水中气中或污水中1ppm1ppm至几十个至几十个ppbppb的微量毒的微量毒物；物；„„分析速度快分析速度快是相对于化学分析法而言的，通是相对于化学分析法而言的，通常完成一个气相色谱分析，仅需几分钟或几常完成一个气相色谱分析，仅需几分钟或几十分钟，并且所用样品量很少，对液样仅需十分钟，并且所用样品量很少，对液样仅需11微升左右，对气样约需微升左右，对气样约需11毫升左右。毫升左右。（二）、方法的特点及应用范围（二）、方法的特点及应用范围„„应用范围广应用范围广：：即可分析低含量的气、液即可分析低含量的气、液体，亦可分析高含量的气、液体，可不体，亦可分析高含量的气、液体，可不受组分含量的限制。气相色谱法常用于受组分含量的限制。气相色谱法常用于以下几个方面：（以下几个方面：（11）气体分析：如车）气体分析：如车间空气监测；（间空气监测；（22）液体分析：如在有）液体分析：如在有机化工生产中分析醇、醛、酸等；（机化工生产中分析醇、醛、酸等；（33））固体分析：如在冶金工业中分析金属及固体分析：如在冶金工业中分析金属及合金中的微量气体杂质。合金中的微量气体杂质。（三）、气相色谱的流程及设备（三）、气相色谱的流程及设备（三）、气相色谱的流程及设备（三）、气相色谱的流程及设备––气路系统气路系统：：包括气源、气体净化、气体包括气源、气体净化、气体流量控制和测量装置流量控制和测量装置––进样系统：进样系统：包括进样器、气化室和控温包括进样器、气化室和控温装置装置––分离系统：分离系统：包括色谱柱、柱箱和控温装包括色谱柱、柱箱和控温装置置––检测系统：检测系统：包括检测器和控温装置包括检测器和控温装置––记录系统：记录系统：包括放大器、记录仪和控温包括放大器、记录仪和控温装置装置（三）、气相色谱的流程及设备（三）、气相色谱的流程及设备„„11、载气、载气：：„„作为气相色谱载气的气体，要求要化学稳作为气相色谱载气的气体，要求要化学稳定性好；纯度高；价格便宜并易取得；能定性好；纯度高；价格便宜并易取得；能适合于所用的检测器。常用的载气有氢气、适合于所用的检测器。常用的载气有氢气、氮气、氩气、氦气、二氧化碳气等等。不氮气、氩气、氦气、二氧化碳气等等。不纯净的气体作载气，可导致柱失效，样品纯净的气体作载气，可导致柱失效，样品变化，氢焰色谱可导致基流噪音增大，热变化，氢焰色谱可导致基流噪音增大，热导色谱可导致鉴定器线性变劣等，所以载导色谱可导致鉴定器线性变劣等，所以载气必须经过净化。一般均采用化学处理的气必须经过净化。一般均采用化学处理的方法除氧，如用活性铜除氧；采用分子筛、方法除氧，如用活性铜除氧；采用分子筛、活性碳等吸附剂除有机杂质；采用硅胶，活性碳等吸附剂除有机杂质；采用硅胶，分子筛等吸附剂除水分。分子筛等吸附剂除水分。（三）、气相色谱的流程及设备（三）、气相色谱的流程及设备„„22、进样器和气化室、进样器和气化室：：„„进样器：用气相色谱法分析气体、可挥进样器：用气相色谱法分析气体、可挥发的液体和固体时，进入分析系统的样发的液体和固体时，进入分析系统的样品用量的多少、进样时间的长短，进样品用量的多少、进样时间的长短，进样量的准确度和重复性都对气相色谱的定量的准确度和重复性都对气相色谱的定性定量工作有很大影响。通常要求进样性定量工作有很大影响。通常要求进样量要适当，进样速度要快，进样方式要量要适当，进样速度要快，进样方式要简便易行。简便易行。––气体样品进样气体样品进样：注射器进样（灵活方便、：注射器进样（灵活方便、重复性差）及气体定量管进样重复性差）及气体定量管进样((重复性重复性好好))；；––液体样品进样液体样品进样：微量注射器（手动及全：微量注射器（手动及全自动）；自动）；––固体样品进样固体样品进样：通常用有机溶剂溶解：通常用有机溶剂溶解后，用微量注射器进样。后，用微量注射器进样。„„汽化室汽化室：：汽化室的作用，是将液体样品汽化室的作用，是将液体样品瞬间汽气化为蒸汽。汽化室实际上是一瞬间汽气化为蒸汽。汽化室实际上是一个加热器。正确选择样品的汽化温度十个加热器。正确选择样品的汽化温度十分重要，尤其对高沸点和易分解的样分重要，尤其对高沸点和易分解的样品，要求在汽化温度下，样品能瞬间汽品，要求在汽化温度下，样品能瞬间汽化而不分解。汽化温度的选择与样品的化而不分解。汽化温度的选择与样品的沸点、进样量和检测器的灵敏度有关。沸点、进样量和检测器的灵敏度有关。汽汽化温度应比柱温高化温度应比柱温高5050～～100100℃℃。。„„33、色谱柱及柱温控制：、色谱柱及柱温控制：„„色谱柱是气相色谱法的核心部分，许多组色谱柱是气相色谱法的核心部分，许多组成复杂的样品，其分离过程多是在色谱柱成复杂的样品，其分离过程多是在色谱柱内进行的，内进行的，色谱柱分为两类：填充柱和毛色谱柱分为两类：填充柱和毛细管柱。细管柱。„„填充柱填充柱可用玻璃管、不锈钢管、铜管、聚可用玻璃管、不锈钢管、铜管、聚四氟乙烯管等制成，内装固定相（色谱柱四氟乙烯管等制成，内装固定相（色谱柱内填充的固体物质，其作用是把样品中的内填充的固体物质，其作用是把样品中的混合组分分离成单一组分），一般内径为混合组分分离成单一组分），一般内径为22～～4mm4mm，长，长11～～3m3m。。填充柱的形状有填充柱的形状有UU型和螺旋型二种。型和螺旋型二种。„„毛细管柱毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁、多孔又叫空心柱，分为涂壁、多孔层和涂载体空心柱。空心毛细管柱材质层和涂载体空心柱。空心毛细管柱材质为玻璃或石英。内径一般为为玻璃或石英。内径一般为0.20.2～～0.5mm0.5mm，，长度长度3030～～300m300m，，呈螺旋型。呈螺旋型。„„色谱柱的分离效果色谱柱的分离效果除与柱长、柱径和柱除与柱长、柱径和柱形有关外，还与所选用的固定相和柱填形有关外，还与所选用的固定相和柱填料的制备技术以及操作条件等许多因素料的制备技术以及操作条件等许多因素有关。有关。„„柱温控制：柱温控制：柱温是一个重要的色谱操作柱温是一个重要的色谱操作参数，它直接影响分离效能和分析速参数，它直接影响分离效能和分析速度，柱温不能高于固定液的最高使用温度，柱温不能高于固定液的最高使用温度，否则会造成固定液大量挥发流失。度，否则会造成固定液大量挥发流失。某些固定液有最低操作温度。一般地某些固定液有最低操作温度。一般地说，操作温度至少必须高于固定液的熔说，操作温度至少必须高于固定液的熔点，以使其有效地发挥作用。点，以使其有效地发挥作用。„„色谱柱的温度控制方式色谱柱的温度控制方式有恒温和程序升有恒温和程序升温二种。温二种。„„一般单个组分化合物，用等温分析的方一般单个组分化合物，用等温分析的方法就行，而分析沸点范围很宽的混合物法就行，而分析沸点范围很宽的混合物时，有时要采用程序升温的方法来完成时，有时要采用程序升温的方法来完成分析任务。分析任务。„„程序升温指在一个分析周期内柱温随时程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化，间由低温向高温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。以达到用最短时间获得最佳分离的目的。„„44、检测器、检测器„„检测器是构成气相色谱仪的关键部件，检测器是构成气相色谱仪的关键部件，其作用是把被色谱柱分离的样品组分，其作用是把被色谱柱分离的样品组分，根据其物理的或化学的特性，转变成电根据其物理的或化学的特性，转变成电信号，经放大后由记录仪记录成色谱图。信号，经放大后由记录仪记录成色谱图。根据检测原理的差别，气相色谱检测器根据检测原理的差别，气相色谱检测器可分为浓度型和质量型两类。可分为浓度型和质量型两类。„„55、记录仪、记录仪„„记录系统是一种能自动记录由检测器输记录系统是一种能自动记录由检测器输出的电信号的装置。出的电信号的装置。（四）、气相色谱固定相：（四）、气相色谱固定相：„„气相色谱固定相可分为气液色谱固定相和气固色谱固气相色谱固定相可分为气液色谱固定相和气固色谱固定相两类。定相两类。„„11、、气液色谱固定相气液色谱固定相液体固定相是将固定液均匀涂液体固定相是将固定液均匀涂渍在载体而成。例如：三苯测定渍在载体而成。例如：三苯测定FFAP:6201FFAP:6201红色担体红色担体=5=5：：100100是用液体做固定相，将固定液均匀涂渍在载是用液体做固定相，将固定液均匀涂渍在载体而成。对固定液的要求：固定液一般为高沸点的有体而成。对固定液的要求：固定液一般为高沸点的有机物，在选择固定液时，一般按机物，在选择固定液时，一般按““相似相溶相似相溶””的规律选的规律选择，因为这时的分子间的作用力强，选择性高，分离择，因为这时的分子间的作用力强，选择性高，分离效果好。效果好。„„22、、气固色谱固定相气固色谱固定相采用固体吸附剂作固定相。例采用固体吸附剂作固定相。例如如甲醇测定的色谱柱为：甲醇测定的色谱柱为：GDXGDX--102102（五）、填充柱的制备（五）、填充柱的制备„„要制备一根分离效能较高的色谱柱，必要制备一根分离效能较高的色谱柱，必须把载体涂上一层薄而均匀的液膜，再须把载体涂上一层薄而均匀的液膜，再把涂好的固定相均匀而紧密地填充到色把