现代仪器分析气相色谱析教案2011

1、山 东 中 医 药 大 学教 案 首 页教研室主任：吕青涛授 课 人：吕青涛 研究生(部) 2011 年级 中药 专业 班 2011 年 10 月 11日题 目:气相色谱法教学目的与要求:掌握1 气相色谱仪器2 毛细管色谱简介3 进样系统4 检测器5 定性分析6 定量分析 内容与时间分配:1 气相色谱仪器2 毛细管色谱简介3 进样系统4 检测器5 定性分析6 定量分析重点与难点:1、荧光的产生；2、荧光光谱与激发光谱；3、荧光与分子结构4、影响因素5、分析方法教具准备:PPT教 案 尾 页气相色谱法1.概述GC是以气体为流动相的柱色谱法按固定相状态分为 气固：固体吸附剂 气液：载体上涂渍液体的

2、固定相色谱柱种类 填充柱色谱 毛细管柱色谱 空心 填充1.1气相色谱仪的一般流程载气调至所需流速；气化室，色谱柱，检测器调至最佳工作状态；分析样品从进样器 载气气化室（气化）色谱柱分离检测器记录仪 保留值：定性 A或h：定量气路系统载气连续运行的密闭管路气源（高压气瓶）减压阀，压力表净化器气流调节器流量计气化室色谱柱检测器放空进样系统：使样品瞬间气化，进入色谱柱进样装置气化室分离系统：分离组分色谱柱，柱室检测系统：将载气中组分的浓度或量转化成电信号温度控制系统气化室，柱室，检测室控温数据处理系统记录仪，积分仪或色谱工作站1.2 GC的特点分离效能高（柱效高）n=106性质相似的组分也可分离，因

3、气体粘度小，移动快，可以用长柱子分离汽油有200多个组分，人尿300多个组分分析速度快几分几十分钟灵敏度高检测限：10-1210-14g应用广泛分析气化温度在450且不分解的物质，可分析20的有机化合物2仪器结构2.1载气系统：H2、N2、He、Ar等载气主要根据检测器特性决定如：热导池：H2、He（分子量小，热导系数大，粘度小）载气流量控制：根据速率方程，选择最佳稳定流量H=A+B/u+CuA：涡流扩散项B/u：纵向扩散项Cu：传质阻力项对上式求导：dH/du=-B/u2+C=0 当u较小时，B项为色谱峰扩张的主要因素，此时应采用相对分子质量较大的载气（N2，Ar），使组分在载气中有较小的扩

4、散系数。当u较大时，C项为控制因素，宜采用相对分子量较小的载气（H2、He），此时组分在载气中有较大的扩散系数，可减小气相传质阻力，提高柱效。对于填充柱：N2：1012cms-1 H2：1520 cms-12.2进样系统2.2.1进样口结构与技术指标操作温度范围最高气化温度350420，常用250载气压力和流量设定范围常见仪器载气压力范围：0100psi流量范围：0200mlmin-1死体积 0.21ml气化室死体积小，样品初始谱带窄，柱外效应小，但死体积太小，会因样品气化后体积膨胀引起压力的剧烈波动，严重时会引起样品“倒灌”，反而增加柱外效应。惰性气化室内壁应有足够惰性，不对样品发生吸附或化

5、学反应或对样品分解起催化作用。所以，气化室不锈钢套管中要插入一个石英或玻璃管柱。隔垫吹扫功能隔垫：硅橡胶材料残留溶剂 低分子齐聚物 进入色谱柱，引起“鬼峰” 气化室高温使其部分降解 隔垫吹扫 隔垫排出物被排出 温度较气化温度低，防止隔垫老化隔垫吹扫器出口玻璃衬管加热块石英玻璃毛（此处为衬管中心，温度最高，样品气化，不会被吹扫气流失）载气大部分进入衬管，起载气作用，一部分向上流动（13mlmin-1），从隔垫下方流过，放空。 保护色谱柱不挥发物质会滞留在衬管不进入色谱柱，积存产生“鬼峰”，所以清洗，更换 硅烷化脱活处理衬管 一般衬管中填入少量硅烷化处理的石英玻璃毛。 加快样品气化，避免颗粒物填塞

6、色谱柱 衬管容积：至少等于样品溶剂气化后体积 气化后体积膨胀150500倍2.2.2进样注射器进样气体 液体a注射速度快b取样应准确，重现c避免样品间干扰（洗针3次）d选择合适的注射器（10l多用）e减少注射歧视（组分沸点不同，气化速度和针内残留不同） 方法： 热针进样 溶剂冲洗：针内先吸一段溶剂，再吸样品液体气体 进样阀（定量管，RSD可达0.5%）V气体=（102103）V液体自动进样器（效率高，精度高，费用高）分流进样（毛细管气相色谱） 减少进样量 防止柱污染分流技术：小部分被载气带入色谱柱，大部分被放空进入色谱柱部分：放空部分=分流比（一般1:101:200）进样量2l（一般0.5l）

7、进样速度：越快越好 防止不均匀气化 保持窄的初始谱带宽度分流歧视：在一定分流比条件下，不同样品组分的实际分流比是不同的，从而选成进入色谱柱的样品组成不同于原来的样品组成，影响定量结果的准确度。 各组分在载气中的扩散速度不同原因 各组分极性不同，沸点不同，气化速度不同 分流比较大 解决方法 快速气化，包括采用较高气化温度和选用合适的衬管 在样品浓度和柱容量允许情况下，分流比尽量小一些不分流进样： 提高灵敏度 消除分流歧视低浓度样品，但由于溶剂效应会引起初始谱带变宽冷柱上进样：样品直接注入处于室温活低于室温的色谱柱，逐步升高温度使组分依次气化通过色谱柱分离 消除歧化效应优点 避免样品分解 准确度，

8、精密度高 要求进样体积小，否则会超载缺点 操作复杂：对起始柱温、溶剂性质、进样速度有严格的要求，且要特殊 程序升温气化进样（PTV） 将气体或液体样品，注入处于低温的进样口衬管内，按设定程序升高进样口温度 缺点：PTV进样口结构复杂，操作技术要求更高一些；价格贵一些。2.3分离系统（色谱柱）2.3.1固定相（1）气固色谱聚合物固定相分离强极性化合物（醇，酮，酸，酯，胺等）吸附剂活性炭（300） 氧化铝（500） 分子筛（400） 硅胶（400） （2）气液色谱固定液 烃类（非极性） 硅氯烷类（通用型）化学分类法 醇类（极性） 酯类（中强极性） 其它 非极性极性分类法（按相对极性） 弱极性 中等

9、极性 强极性 角鲨烷0 ,-氯二丙腈100 红色：略呈酸性 担体 硅藻土型 白色：略呈碱性 非硅藻土型：氟担体，玻璃微球担体，高分子多孔微球等2.3.2柱体 填充柱（普通、微、填充毛细管柱） 毛细管柱内径（/mm）长度(m)每米柱效(n)柱材料柱容量程序升温应用填充柱250.531000玻璃，不锈钢mg级基线漂移毛细管柱0.10.5310603000熔融石英载气，出负峰B桥电流大，灵敏度高，一般与I3成正比使用注意事项A操作时，开机时应先通载气后加桥流；关机时，应先关桥流后关载气。否则易烧断热导池中的热敏元件B桥电流不可过大，保护热丝C定量时，用峰面积定量时，应保持载气流速恒定（A反比于v）2

10、.4.2氢火焰离子化检测器 FID原理与结构依据：利用有机物在氢焰作用下电离成离子流，根据离子流的浓度来检测有机物进入氢火焰，燃烧过程中产生离子。收集极与极化环间加有电压，使离子在其间作定向运动，产生离子流。离子流强度与进入检测器中组分的量及分子中的含碳量有关，所以，测定离子流强度可对物质定量。以苯为例，说明化学电离反应如下：C6H66CH6CH+3O26HCO+6e 与O2生成CHO+6HCO+6H2O6CO+6H3O+ H3O+为电荷传递介质在外电场作用下，H3O+及CHO+及电子向两极运动，产生电流特点：灵敏度高，响应快，线性范围宽一般只测定含碳有机物，检测时样品被破坏注意事项A为质量型

11、检测器，所以峰高与流速成正比，若以h定量，则须使载气恒速BN2多为载气N2:H2=1:11:1.5 H2:空气=1:51:10C无机组分在该检测器上不出峰：H2S、H2O、SO2等2.4.3电子捕获检测器 ECD结构与原理依据：电负性有机物捕获自由电子，根据自由电子（基流）下降的信号强度对组分进行定量。放射性离子化检测器检测电负性有机物检测器内有两个电极和筒状的放射源（H3或Ni63）放射源不断放射粒子，即初级电子，约每秒达108个，相当于比10-9A略大的电流。当载气（Ar或N2）进入内腔，受轰击产生次级电子。初级、次级电子向阳极移动，产生基流（背景电流I0）当电负性组分进入检测器后，捕获这

12、些自由电子，从而使基流下降，在记录器上产生系列倒峰。在一定浓度（C）范围内，响应信号强度与组分浓度关系为Ie：信号电流I0：基流K：为检测器常数A：组分的电子吸收系数C：组分浓度特点：专属性浓度型检测器，灵敏度高；线性范围窄（103）。分析电负性有机化合物（如含卤素、硫、氧、硝基、羰基、氰基、共轭双键体系、有机金属化合物等）注意事项：A载气使用高纯氮（99.99%）。否则其中的氧气、水及其它电负性杂质会捕捉电子，使基流，灵敏度。B检测器温度高于柱温，但不能过高（温度过高，加速放射源放射，寿命缩短。满足灵敏度的要求下，检测器温度适当低些）C一般使用低于饱和基流所对应的极化电压。D检测器出口须安装

13、几米长的金属或塑料管道后，再与大气相通，以防止氧气反扩散进入检测器，污染之。2.4.4火焰光度检测器（FPD flame photometric detector）原理依据：含S、P的化合物在富氢火焰中燃烧产生化学发光物质，测定这些物质特征波长的光强对组分进行定量。原理：在富氢火焰（H2:O23:1，即氢的供给量远大于化学计量值）中，含S或P的化合物燃烧生成化学发光物质，产生特征波长的光，投射到光电倍增管上产生电流，经放大器放大，记录下来，通过对特定波长光强的测定，可测定含S或P的化合物的量。仪器结构 燃烧系统：氢火焰部分（火焰喷嘴、点火器） 光学系统：石英窗、滤光片、散热片、光电倍增管特点：

14、 硫、磷检测器，质量型检测器 选择性高，灵敏度高 对P 1.710-2g/s S 2.010-12g/s 线性范围窄用于测定大气痕量污染及水、农产品中对有机磷或有机硫等农残的测定注意事项A燃烧火焰为富氢火焰，否则不产生特征光谱或灵敏度很低B为增长光电倍增管的寿命，点火前不开高压电源C检测器温度低于100时，不要点火，以免使检测器受潮3.定性、定量方法3.1定性方法3.1.1保留值定性已知物对照：（VR;tR）用不同极性色谱柱保留时间一致或采用峰高增加法相对保留值定性：保留指数定性（korats指数） a特点：重现性较好的定性参数，可依据所用的固定相和柱温直接与文献值对照，而不需对照品b方法：保

15、留指数I是把物质的保留行为用两个紧靠它的标准物（一般是两个正构烷烃）来标定，并以均一标度来表示（不用对数）。即将组分的保留行为换算成相当于含有几个C的正构烷烃的保留行为来描述。被测物质XN,i的保留值恰在两个正构烷烃的保留值之间XN,ZXN,i XN,Z1c计算XN：调整保留值（tR，VR）i：被测物质Z,Z+1：具有Z个和Z+1个碳原子的正构烷烃d举例：乙酸丁酯在阿皮松柱上，柱温为100时以相当于调整保留时间的记录纸距离来表示n-C7 XN,7=174.0mm lgXN,7=2.24乙酸丁酯 XN,i=310.0mm lg310.0=2.4914n-C8 XN,8=373.4mm lg373

16、.4=2.5722 3.1.2利用选择性检测器定性 3.1.3利用化学反应定性 将色谱馏分通到官能团分类试剂中，利用显色或沉淀反应，粗略判定组分含何官能团或属于哪类化合物。 3.1.4两谱联用定性 气质联用气红联用 IR气相色谱冷阱装置 UV NMR MS3.2定量方法（复习实验） 3.2.1校正因子 绝对质量校正因子 相对校正因子：TCD：标准物质 苯 FID：标准物质 正庚烷 重量校正因子： 摩尔校正因子： 3.2.2归一化法 当试样各组分都流出色谱柱，并在色谱图上显示色谱峰时，可用此法定量计算。 fi：重量校正因子 Pi：重量百分数 fi：摩尔校正因子 Pi：摩尔百分数若组分fi 相近或

17、相同时，药典规定，归一化法须采用峰面积 3.2.3外标法 工作曲线法 外标一点法 ki为直线斜率（要求标准曲线过原点） 3.2.3内标法 将一定量内标物加入样品中则 mi：待测组分的量 m：样品重量 ms：内标物的量 4.毛细管气相色谱仪 氮气（尾吹）：增加柱出口到检测器的载气流速，减少这段死体积的影响 气路流程图 5.制备气相色谱仪 具有大容量的填充柱和组分收集系统，及自动控制循环操作系统（多次重复操作） 仪器特点：具有载气预热器及单向阀（阻止大量样品气化时反冲） 柱内径一般10mm，柱长310m；载体粒度4060目，固定液配比20左右制备柱出口流路 极少部分进检测器 绝大部分进入收集系统（

18、冷却收集） 6.顶空分析技术 6.1原理 用GC分析处于密闭系统中，热力学平衡状态下的液体或固体样品的气相中挥发性组分，由此间接测定原始样品中该组分含量的一种色谱方法。“气相色谱鼻子” 顶空分析装置 理论：Ai=CiPi Ci：常数（物质种类、检测器） Pi：挥发性组分的蒸气压 拉乌尔定律（稀溶液） Poi：饱和蒸气压 Xi：组分的摩尔分数 i：活度系数 6.2特点：可用于测定不能直接气化的样品中痕量挥发性组分事先不必对样品中痕量组分进行富集（如蒸馏、萃取等）柱子不会因注入水样、高沸物或非挥发性样品而过载或污染由于气相中挥发性组分的浓度比其它组分浓度大，因此进顶空气样，可提高样品中挥发性组分的

19、检测灵敏度，同时可得到比液体更好的灵敏度操作时注意恒温密闭和预平衡（2030min）6.3应用 均相样品：如水中挥发性物质、含醇饮料中痕量物质、油料中挥发物等 液-固非均相样品：如血液中的酸和有毒物质 固体样品：如野生物的芳香成分、聚合物中的单体或挥发性成分 7.裂解气相色谱法（BGC） 7.1原理 在严格控制的操作条件下，使小量天然或合成的高分子化合物，进行高温热裂解，生成低分子热裂解产物，在气相色谱仪内进行分离分析。 由于裂解碎片的组成，相对含量与被测物质的结构密切相关，因此每种物质的裂解色谱图具有各自的特征，称为“指纹”热解色谱图，用其作为“指纹”鉴定高分子化合物。 7.2裂解方式 光照 加热 热降解：多无碳碳断裂，降解产物与原化合物差别不大，如高级醇脱水成烯 热裂解：5001100，共价键破裂，碳碳键断裂，生成自由基，进一步重组成稳定的低分子 7.3操作条件 严格控制裂解器类型（包括其结构和性能）严格控制裂解条件：加热速率，升温时间，裂解温度等进样量：（g级）量小，可减小二次反应色谱条件 高分子化合物：填充柱中等或强极性固定液 微生