气相色谱基础知识培训

培训人：姚明川培训时间：2014-1-13培训内容：1.掌握气相色谱的基本原理2.了解气相色谱仪的组成中学实验还有印象吗？1.1气相色谱的基本原理是什么？当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序从色谱柱中流出。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当没有待测组分进入检测器时，在实验操作条件下，反映检测器噪声随时间变化的曲线称为基线。稳定的基线是一条直线。（只有在基线平直稳定情况下才能进样检测。）主要依据是每个组份的保留值。一般需要标准样品，离开已知纯物质的对照，就无法识别各色谱峰代表何种组份。对某一未知试样，单独用色谱法定性十分困难，因此常需要与化学分析及其它仪器分析方法相结合。一定的操作条件下，被测组份的质量mi与检测器产生的响应信号（色谱图上表现为峰面积）Ai成正比，比例系数称为峰面积绝对校正因子，即mi=fiAi,这就是色谱定量分析的依据。1）归一化法：要求试样中所有n个组分全部流出色谱柱，并全部出峰，则其中组分i的含量为：fi为i物质的相对定量校正因子；Ai为其峰面积。此法简单、准确，操作条件影响小，但应用不多。如果被测组分的校正因子相近，可直接用峰面积归一化法进行定量：假定：检测器响应都相同；所有组分都流出都检测到。优点：无需做校正；简单、快速的定量过程；进样量不要求严格。缺点：以上所有的假定；需测量所有的组分；所有的面积都必须准确。2）外标法：也叫标准曲线法，以Ai对xi作图得标准曲线。该法不需校正因子。但进样量和操作条件必须严格控制，外标法适于日常分析和大批量同类样品分析。优点：可以校正检测器的响应；只对欲分析的组分峰做校正；无需所有峰都能被检测到。缺点：进样量必须准确；仪器必须有良好的稳定性；需定期做校正。3）内标法：在配制的每个标准溶液中以及待测试样中加一固定量为ms的内标物，以Ai/As对xi作图，得内标法校正曲线。优点：进样量不严格要求；只对欲分析的组分峰做校正；缺点：在标样和未知样品中都要加入内标化合物，而且引入的内标量必须相同、准确。载气系统进样系统检测系统色谱柱分离系统温控系统载气系统：获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气体净化装置。载气：要求化学惰性，不与有关物质反应。载气的选择除了要求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。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。净化器：多为分子筛和活性碳管的串联，可除去水、氧气以及其它杂质。流量计：在柱头前使用转子流量计，但不太准确。通常在柱后，以皂膜流量计测流速。许多现代仪器装置有电子流量计，并以计算机控制其流速保持不变。常以微量注射器(穿过隔膜垫)或六通阀将样品注入气化室(汽化室温度比样品中最易蒸的物质的沸点高约50oC)，通常六通阀进样的重现性好于注射器。注射器进样六通阀进样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、聚四氟乙烯等。温度控制是否准确、变温速度是否快速是市售色谱仪器的最重要指标之一。控温系统包括对三个部分的控温，即：气化室、柱箱和检测器。控温方式：恒温和程序升温。柱温：是影响分离的最重要的因素。其变化应小±0.xoC。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；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法。气相色谱检测器种类繁多，本节将介绍我们最为常用的两种检测器：1.热导检测器(Thermalconductivitydetector,TCD);2.氢火焰离子化检测器(Flameionizeddetector,FID);3.电子捕获检测器（Electroncapturedetector，ECD）4.火焰光度检测器（Flamephotometricdetector，FPD）TCD的原理：由于不同气态物质所具有的热传导系数不同，当它们到达处于恒温下的热敏元件（如Pt,Au,W,半导体）时，其电阻将发生变化，将引起的电阻变化通过某种方式转化为可以记录的电压信号，从而实现其检测功能。构成：由池体和热敏元件构成。通常将参比臂和样品臂组成惠斯登电桥。如图：1）在只有载气通过时，四个臂的温度都保持不变，电阻值也不变。此时，调节电路电阻使电桥平衡，AB两端无电压信号输出；2）当有样品随载气进入两个样品臂时，此时热导系数发生变化，或者说，测量臂的温度发生变化，其电阻亦发生变化，电桥失去平衡，AB两端有电压信号输出。当载气和样品的混合气体与纯载气的热导系数相差越大，则输出信号越强。特点：对任何气体均可产生响应，因而通用性好，而且线性范围宽、价格便宜、应用范围广，但灵敏度较低。影响TCD灵敏度的因素：1）桥电流；2）池体温度；3）载气种类；4）热敏元件阻值。综述：较大的桥电流、较低的池体温度、低分子量的载气以及具有大的电阻温度系数的热敏元件可获得较高的灵敏度。工作原理：当空气和氢气混合进入喷嘴，经点火形成氢火焰时，利用有机物在氢火焰中发生化学电离，产生含碳的正离子，其形成的离子流由收集极收集，再经放大器放大，将电流信号变成电压信号输出，再经记录仪记录得到色谱图，其有机物的响应值基本上与含碳原子的数目成正比。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。1）载气和氢气流速：通常以N2为载气，其流速主要考虑其柱效能。但也要考虑其流速与H2流速相匹配。一般N2:H2=1:1。2）空气流速：流速越大，灵敏度越大，到一定值时，空气流速对灵敏度影响不大。一般地，H2:Air=1:10。3）极化电压：在50V以下时，电压越高，灵敏度越高。但在50V以上，则灵敏度增加不明显。通常选择100~300V的极化电压。4）操作温度：比最高允许温度低约50oC(防止固定液流失及基线漂移)。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。6）对无机物、永久性气体和水基本无响应（不足？），因此FID特别适于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。