气相色谱-刘盛田

1、气相色谱在卫生检测中应用刘盛田刘盛田2016.41 概述一一.“色谱法色谱法”名称名称的由来的由来碳酸钙碳酸钙( (固定相固定相) )色色谱谱带带石油醚石油醚(流动相流动相)根据流动相的根据流动相的物态可分为物态可分为气相色谱气相色谱(GC)二二. 色谱法色谱法的分类的分类液相色谱液相色谱(LC)气气-液色谱液色谱气气-固色谱固色谱液液-液色谱液色谱液液-固色谱固色谱2气相色谱法的特点“三高三高” “一快一快” “一广一广”1.高效能：一般填充柱的理论塔板数可达数千，毛细管柱可达一百多万。高效能：一般填充柱的理论塔板数可达数千，毛细管柱可达一百多万。 2.高选择性：可以使一些分配系数很接近的以

2、及极为复杂、难以分离的物质，高选择性：可以使一些分配系数很接近的以及极为复杂、难以分离的物质，获得满意的分离。获得满意的分离。3.高灵敏度：可以检测高灵敏度：可以检测10 1110 13g物质，适合于痕量分析物质，适合于痕量分析4.分析速度快：一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。分析速度快：一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。 5.应用广泛：可以分析气体试样，也可分析易挥发或可衍生转化为易挥发的应用广泛：可以分析气体试样，也可分析易挥发或可衍生转化为易挥发的液体和固体。液体和固体。 分析的有机物，约占全部有机物分析的有机物，约占全部有机物(约约300万种万种)的的20%。 6.不足

3、之处：对被分离组分的定性能力较差。不足之处：对被分离组分的定性能力较差。载气减压净化稳压进样分离检测处理记录3气相色谱仪一一、载气系统、载气系统作用：作用： 供给色谱分析所需要的载气、燃气、助燃气。供给色谱分析所需要的载气、燃气、助燃气。包括：包括： 气体钢瓶（气体发生器）、减压阀、净化管（脱氧管、脱水气体钢瓶（气体发生器）、减压阀、净化管（脱氧管、脱水管）、稳压阀和稳流阀、气体管路等组件。管）、稳压阀和稳流阀、气体管路等组件。气密性好气密性好载气要纯净、且稳定载气要纯净、且稳定常用载气：氮气、氦气、氢气及氩气常用载气：氮气、氦气、氢气及氩气 作为动力，驱动样品在色谱柱中流动，并把分离后的各组

4、分推进作为动力，驱动样品在色谱柱中流动，并把分离后的各组分推进检测器；检测器； 为样品的分离提供一个相空间。为样品的分离提供一个相空间。二二、 进样系统进样系统 进样器和进样器和气化室气化室1. 作用：作用： 把样品快速定量地转入到色谱柱中。把样品快速定量地转入到色谱柱中。 包括进样器和气化室两部分，若试样为纯液体，则要求在进样包括进样器和气化室两部分，若试样为纯液体，则要求在进样系统内瞬间气化。系统内瞬间气化。2. 进样器进样器注射器或六通阀注射器或六通阀 液体：常用液体：常用1、5、10、25、50 L (一般进样一般进样0.110 L）；）； 气体：气体：0.255 mL 。3. 气化室

5、气化室 样品在气化室瞬间气化，并很快被带入色谱样品在气化室瞬间气化，并很快被带入色谱柱柱。温度：可控温度为温度：可控温度为50400，一般比柱温高，一般比柱温高3070 （或（或比试样中最难气化的组分的沸点高比试样中最难气化的组分的沸点高50 ）。）。二二、 进样系统进样系统 进样器和进样器和气化室气化室三三、分离、分离系统系统 把混合物样品中各组分进行分离的装置。把混合物样品中各组分进行分离的装置。1. 作用作用 分离系统是色谱仪的中心部分，其作用：分离系统是色谱仪的中心部分，其作用：依据试样中各组分性质依据试样中各组分性质间的差异将各组分分离间的差异将各组分分离。由色谱柱、固定相和色谱箱组

6、成。由色谱柱、固定相和色谱箱组成。2. 色谱柱色谱柱 色谱仪的色谱仪的核心部件（心脏），核心部件（心脏），主要有两类：主要有两类：填充柱和毛细管柱。填充柱和毛细管柱。 填充柱填充柱 填充柱由不锈钢，玻璃或聚四氟乙烯等材料填充柱由不锈钢，玻璃或聚四氟乙烯等材料制成，内装固定相，一般制成，内装固定相，一般内径为内径为24mm，长，长13m。填充柱的形状有填充柱的形状有U型和型和螺旋螺旋型二种。型二种。制作简单，柱容量大，操作方便，分离效率较高，制作简单，柱容量大，操作方便，分离效率较高，n在在102103之间，应用普遍。之间，应用普遍。 毛细管柱毛细管柱 又叫空心柱，是将固定液均匀地涂在内径又叫空

7、心柱，是将固定液均匀地涂在内径0. l0. 5 mm的毛细管内壁而成，毛细管材料是不锈钢或的毛细管内壁而成，毛细管材料是不锈钢或石英。柱子可以做到几十米长。与填充柱相比，其石英。柱子可以做到几十米长。与填充柱相比，其分离效率高（理论塔板数可达分离效率高（理论塔板数可达106）、分析速度快、）、分析速度快、样品用量小。但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，样品用量小。但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。并且制备较难。 四四、检测和、检测和数据处理系统数据处理系统检测系统是检测系统是色谱仪的眼睛色谱仪的眼睛。通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；能把保留时间不同，通常由检测元件、放大

8、器、显示记录三部分组成；能把保留时间不同，顺序地进入检测器的各组分的含量转换成易于测量的电信号的装置，顺序地进入检测器的各组分的含量转换成易于测量的电信号的装置，经过必要的放大传递给记录仪或计算机，最后得到该混合样品的色谱经过必要的放大传递给记录仪或计算机，最后得到该混合样品的色谱流出曲线（色谱图）及定性和定量信息。常用的检测器：热导检测器、流出曲线（色谱图）及定性和定量信息。常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器和火焰光度检测器。氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器和火焰光度检测器。五五、 控制温度控制温度系统系统在气相色谱测定中，温度是色谱分离条件的重要的指标，它直接影

9、响在气相色谱测定中，温度是色谱分离条件的重要的指标，它直接影响色谱柱的选择分离、检测器的灵敏度和稳定性。控制温度主要指对气色谱柱的选择分离、检测器的灵敏度和稳定性。控制温度主要指对气化室，色谱柱，检测器三处的温度控制。化室，色谱柱，检测器三处的温度控制。载气系统载气系统进样系统进样系统分离系统分离系统检测系统检测系统温控系统温控系统记录系统记录系统气化室气化室：保证液体试样瞬间气化。一般气化室温度稍高于组分的最保证液体试样瞬间气化。一般气化室温度稍高于组分的最高沸点，但应低于样品组分的分解温度。高沸点，但应低于样品组分的分解温度。检测器检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝。保证被分离后的

10、组分通过时不在此冷凝。色谱柱色谱柱：准确控制分离需要的温度。其温度控制方式有恒温和程序准确控制分离需要的温度。其温度控制方式有恒温和程序升温二种。对于沸点范围很宽的混合物，往往采用程序升温法进行升温二种。对于沸点范围很宽的混合物，往往采用程序升温法进行分析。分析。程序程序升温：升温：在在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非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，用于改善组分的分配比、传质速率、分离度、峰型和提线性变化，用于改善组分的分配比、传质速率、分离度、峰型和提高分析速度，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。高分析速度，以达到用最短时间获得最佳分离的目的。恒温：恒

11、温：4545o oC C程序升温：程序升温：3018030180o oC C恒温：恒温：145145o oC C温度低，分离效果较好，但分析时间长温度低，分离效果较好，但分析时间长程序升温，分离效果好，且分析时间短程序升温，分离效果好，且分析时间短温度高，分析时间短，但分离效果差温度高，分析时间短，但分离效果差程序升温与恒温对分离的影响比较程序升温与恒温对分离的影响比较4气相色谱检测器目前检测器的种类多达数十种，常用的有：热导检测器、氢火焰离子目前检测器的种类多达数十种，常用的有：热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器和火焰光度检测器。化检测器、电子捕获检测器和火焰光度检测器。 一、分

12、一、分 类类 （l）根据检测原理的不同，可将其分为浓度型检测器和质量型检测）根据检测原理的不同，可将其分为浓度型检测器和质量型检测器两种：器两种： 浓度型检测器浓度型检测器 测量的是载气中某组分测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化浓度瞬间的变化，即检，即检测器的测器的响应值和组分的浓度成正比响应值和组分的浓度成正比。如如TCD、ECD。 质量型检测器质量型检测器 检测器的响应值和单位时间内进入检测器检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分某组分的质量成正比的质量成正比。如。如FID、FPD等。等。（2）依据检测器对所分析的样品是否有破坏性，可分为破坏型检测器）依据检测器对所分析的样品是否有破坏

13、性，可分为破坏型检测器和非破坏型检测器。和非破坏型检测器。 破坏型检测器破坏型检测器：氢火焰和火焰光度检测器；：氢火焰和火焰光度检测器； 非破坏型检测器非破坏型检测器：热导池和电子捕获检测器。：热导池和电子捕获检测器。（3）依据检测器的功能：）依据检测器的功能： 通用型检测器通用型检测器：热导池和氢火焰检测器；：热导池和氢火焰检测器； 专用型检测器专用型检测器：火焰光度和电子捕获检测器：火焰光度和电子捕获检测器二、应用二、应用5气相色谱分离条件选择 在气相色谱分析中，选择合适的色谱条件是实现色谱在气相色谱分析中，选择合适的色谱条件是实现色谱分析的关键，色谱条件包括两部分：分析的关键，色谱条件包

14、括两部分：分离条件分离条件：色谱柱（固定相、载体），老：色谱柱（固定相、载体），老 化（除去有机溶剂和小分子化合物）化（除去有机溶剂和小分子化合物）操作条件操作条件：载气的流速、柱温、进样条件和：载气的流速、柱温、进样条件和 检测器检测器 对色谱条件进行选择的目的是为了提高柱效，增大分对色谱条件进行选择的目的是为了提高柱效，增大分离度，满足分离分析的要求。离度，满足分离分析的要求。一、一、 固定相的固定相的选择选择气气液色谱，应根据液色谱，应根据“相似相溶相似相溶”的原则的原则分离非极性组分时，通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺序出峰，分离非极性组分时，通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺序

15、出峰，低沸点组分先出峰。低沸点组分先出峰。 分离极性组分时，一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色分离极性组分时，一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。谱柱，极性小的先出峰。分离非极性和极性的（或易被极化的）混合物，一般选用极性固定液。分离非极性和极性的（或易被极化的）混合物，一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极化的）组分后出峰。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极化的）组分后出峰。醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物的分离，通常选择极性或氢醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物的分离，通常选择极性或氢键性的固定液。键性的固定

16、液。组成复杂、较难分离的试样，通常使用特殊固定液，或混合固定相。组成复杂、较难分离的试样，通常使用特殊固定液，或混合固定相。柱柱越长，理论塔坂数越多，分离越好。越长，理论塔坂数越多，分离越好。增加柱长对提高分离度有利，但组分的保留时间增加柱长对提高分离度有利，但组分的保留时间tR ，不便，不便操作。操作。柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利有利于缩短于缩短分析时间。分析时间。填充色谱柱的柱长通常为填充色谱柱的柱长通常为13米。米。可根据要求的分离度通过计算确定合适的柱长或实验确定。可根据要求的分离度通过

17、计算确定合适的柱长或实验确定。柱过长，分析时间增加且峰宽也会增加，导致总分离效能下降，因此柱长柱过长，分析时间增加且峰宽也会增加，导致总分离效能下降，因此柱长L要根据要根据R的要求的要求(R=1.5)，选择刚好使各组分得到有效分离为宜，选择刚好使各组分得到有效分离为宜。柱内径：填充柱为柱内径：填充柱为2 4mm ；毛细管柱为；毛细管柱为0.2 0.5mm 。柱内径增加，柱效下降柱内径增加，柱效下降。二、二、柱长和柱内径柱长和柱内径的选择的选择 柱温是色谱分析的重要操作变量，柱温改变，柱温是色谱分析的重要操作变量，柱温改变，影响分离效果影响分离效果和分析速度。和分析速度。 提高柱温，可使气相和液

18、相传质速率加快，有利于提高柱效，提高柱温，可使气相和液相传质速率加快，有利于提高柱效，缩短缩短 tR，但加剧纵向分子扩散，但加剧纵向分子扩散，不利于分离；降低柱温，柱效低，不利于分离；降低柱温，柱效低，但但 分析时间长。分析时间长。 柱温选择要兼顾三方面的因素：分析时间、峰型和固定液的柱温选择要兼顾三方面的因素：分析时间、峰型和固定液的使用温度。使用温度。三、三、柱温柱温的的选择选择1. 一般原则一般原则 在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采用适当低的柱在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采用适当低的柱温，但应以保留时间适宜，峰型不拖尾为度。温，但应以保留时间适宜，峰型不拖尾为度

19、。2. 考虑固定液的使用温度考虑固定液的使用温度 柱温不可高于固定液的最高使用温度，否则固定液挥发流失。柱温不可高于固定液的最高使用温度，否则固定液挥发流失。 3. 宽沸程样品，可采用程序升温方法宽沸程样品，可采用程序升温方法 可以兼顾高、低沸点组分的分离效果和分析时间，使不同沸点的可以兼顾高、低沸点组分的分离效果和分析时间，使不同沸点的组分基本上都在较合适的柱温下得到很好的分离。组分基本上都在较合适的柱温下得到很好的分离。三、三、柱温柱温的的选择选择1）进）进样温度（气化室温度）样温度（气化室温度） 应能使样品迅速气化，但不能分解。一般比柱温高应能使样品迅速气化，但不能分解。一般比柱温高10

20、50。2）进进样量样量 进样量太小，不易检测，增大分析误差；太大，色谱柱超负进样量太小，不易检测，增大分析误差；太大，色谱柱超负荷分离，效果差，柱效下降。进样量应控制在色谱柱负载范围和荷分离，效果差，柱效下降。进样量应控制在色谱柱负载范围和检测器的线性范围之内。一般地，液体试样量为检测器的线性范围之内。一般地，液体试样量为0.110L，气体，气体试样量为试样量为0.110mL。3）进进样速度样速度 应该快速，一般应该快速，一般1 s以内，以免原始区带过宽。以内，以免原始区带过宽。四四、进样条件的、进样条件的选择选择6色谱流出曲线上的信息1 根据色谱峰的个数，可判断样品所含的最少组份数。根据色谱

21、峰的个数，可判断样品所含的最少组份数。2 根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析。根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析。3 根据色谱峰的面积或峰高根据色谱峰的面积或峰高, 可以进行定量分析可以进行定量分析4 色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱分离效能的依据色谱峰的保留值及其区域宽度是评价色谱柱分离效能的依据5 色谱峰两峰间的距离，是评价固定相色谱峰两峰间的距离，是评价固定相(或流动相或流动相)选择是否合适选择是否合适的依据。的依据。7气相色谱在卫生检测中应用一、气相色谱在职业卫生检测中应用一、气相色谱在职业卫生检测中应用二、吹扫捕集气相色谱在水质检测中应用二、吹扫捕集气相色谱在水质检测中应用

22、吹扫捕集工作原理吹扫捕集工作原理动态顶空是相对于静态顶空而言的。与静态顶空不同，动态顶空动态顶空是相对于静态顶空而言的。与静态顶空不同，动态顶空不是分析平衡状态的顶空样品，而是用流动的气体将样品中的挥发不是分析平衡状态的顶空样品，而是用流动的气体将样品中的挥发性成分性成分“吹扫吹扫”出来，再用一个捕集器将吹出来的物质吸附下来，出来，再用一个捕集器将吹出来的物质吸附下来，然后经热解吸将样品送入然后经热解吸将样品送入GC进行分析。因此，通常称为吹扫进行分析。因此，通常称为吹扫-捕集捕集（Purge & Trap）进样技术。）进样技术。在绝大部分吹扫在绝大部分吹扫-捕集应用中都采用氦气作为吹扫气，将其同通入样捕集应用中都采用氦气作为吹扫气，将其同通入样品溶液鼓泡。在持续的气流吹扫下，样品中的挥发性组分随氦气逸品溶液鼓泡。在持续的气流吹扫下，样品中的挥发性组分随氦气逸出，并通过一个装有吸附剂的捕集装置进行浓缩。在一定的吹扫时出，并通过一个装有吸附剂的捕集装置进行浓缩。在一定的吹扫时间之后，等测组分全部或定量地进入捕集器。此时，关闭吹扫气，间之后，等测组分全部