Agilent气相色谱基础

1、气相色谱基础气相色谱基础GCTECH 2-01Analytical Training Center（气相）色谱基本概念1、色谱2、固定相3、流动相4、进样口5、色谱柱6、检测器GCTECH 2-02Analytical Training Center 色谱过程示意图 待分离组分 ，和 载气ABCDGCTECH 2-03Analytical Training Center分离的过程示意图 样品 流动相 固定相GCTECH 2-04Analytical Training Center 气相色谱各功能块 载气 色谱柱检测器 记录仪 样品 GCTECH 2-05Analytical Training

2、Center 色谱柱类型 柱长（米） 内径（毫米）.5-102-45-100.5305-100.1-.25 填充柱 530系列柱 细孔径柱 填充柱 开管柱（毛细管柱） 壁涂 开管柱GCTECH 2-05Analytical Training Center 色谱法 气相色谱（GC） 液相色谱（LC）气固色谱（GSC） 气液色谱（GLC） 液液色谱（LLC） 液固色谱（LSC）色谱法分类 、按两相所处的状态分类超临界流体色谱（SFC） 毛细管电泳GCTECH 2-09Analytical Training Center 检测器响应值 时间ABWWAB进样t0R(A)ttR(B)t = 不保留组分的

3、保留时间W = 峰宽 t = 保留时间 R02、色谱峰GCTECH 2-14Analytical Training Center基线： 峰高（h）： 峰宽（）：半峰宽（W1/2）：峰面积（A）：GCTECH 2-15Analytical Training Center色谱峰参数1、保留时间 tR： 2、保留体积 VR = FC x tR：3、死时间 t0： 4、死体积 V0 = FC x t0：5、调整保留时间 tR=tR - t0：6、调整保留体积 VR=VR - V0 = FC (tR - t0)：7、 相对保留值： 常用的保留参数GCTECH 2-16Analytical Trainin

4、g CenterVR(i)VR(s)=Vg(i)Vg(s)= =tR(i)tR(s)1、分配系数 K： 2、分配比 k：又称容量因子3、相比： 4、分配等温线：分配平衡中的基本概念K=CsCmK=k=Vm=KkVsGCTECH 2-18Analytical Training Centerk=固定相中溶质的重量百分数载气中溶质的重量百分数=KVsVm=tRt0=t - tORtOktOtR2tR1GCTECH 2-19Analytical Training Center1、高效能2、高选择性3、高灵敏度4、分析速度快5、样品用量少6、定性重复性好，定量精度高7、简单性8、应用范围广 气相色谱法优

5、点GCTECH 2-20Analytical Training Center 气气 相相 色色 谱谱 基基 本本 理理 论论GCTECH 3-01Analytical Training Center1 1. .塔塔 板板 理理 论论2. 速速 率率 理理 论论 塔板理论假想模型1) 流动相按前进方向脉冲式的通过柱子，其最小单位为一个塔板体积。2) 分配系数是恒定的，与组分在塔板中的浓度无关。3) 样品组分在两相间的平衡能瞬时建立。4) 所有组分开始时全部进入零号塔板中。5) 塔板与塔板之间没有纵向扩散。25个25个25个25个 气相固定相 塔板01 塔板12.512.512.50212.525

6、 25 1GCTECH 3-03Analytical Training Center 塔板号 载气的塔板体积数(N)离开柱子的微克分子数(x)0 1 2 3 40 100000001505000002255025000312.537.537.512.50046.32537.5256.3053.215.731.531.315.73.261.69.523.531.323.57.970.85.616.527.427.411.880.43.211.122.227.413.790.21.87.216.624.713.7100.11.04.511.920.412.41100.62.88.217.310.4

7、1200.31.75.512.88.71300.21.03.69.26.41400.10.62.36.44.615000.31.54.43.216000.21.03.02.217000.10.62.01.5180000.41.31.0GCTECH 3-04Analytical Training CenterxN051015以上表中离开柱子物质组分的微克分子数从纵坐标，进柱子的载气塔板体积数为横坐标作图：GCTECH 3-05Analytical Training Center 塔板理论方程式理论塔板数 (n) 的计算n=5.54 tRW21()2GCTECH 3-07Analytical Tr

8、aining Center速率理论范氏方程式：h = A + + C uBuHETP BuC.uALinear VelocityA = Eddy Diffusion (Multi-Path Effect)B = Random Molecular DiffusionC = Mass Transfer Between PhasesThe Van Deemter Equation=H82k2(1+k)d2fDL2dp+ 2Dg/+GCTECH 3-15Analytical Training Center气气 路路 系系 统统GCTECH 4-01Analytical Training Center典

9、型的气相色谱GCTECH 4-03Analytical Training Center色谱柱流量控制器稳压器空气氢气载气分子筛脱水管固定进样口检测器电子部件PC限流器气气 源源气源与载气种类 对载气的要求如下：1、 惰性（不与样品或固定相反应）2、 气体扩散小，以提高柱效率3、 容易得到并易纯化 4、 价格便宜5、 满足检测器要求 常用载气：N2 H2 He Ar 辅助气：氧气或空气GCTECH 4-04Analytical Training Center1、气体不纯的不良影响2、气体的净化方法 3、常用的净化物质的使用与老化1) 样品失真或消失2) 柱失效3) 对固定液保留特性的影响4) 对

10、检测器的影响GCTECH 4-07Analytical Training Center气体的净化气体的净化氧气捕集器微量的氧气会破坏色谱柱，特别是对毛细管柱。氧气也会降低ECD检测器的功能。氧气捕集器 (P/N 3150-0414) 应连接在分子筛干燥器和仪器安装设备的进样口之间。 管路:使用GC专用铜管, 使用前先用溶剂冲洗，载气吹干。 分子筛干燥器GCTECH 4-08Analytical Training Center 进样系统与进样技术进样系统与进样技术GCTECH 5-01Analytical Training Center 样品引入作用：引导样品以蒸汽状态进入色谱柱。 针进样 手动

11、进样 自动进样 阀进样 气体进样阀 液体进样阀 其它进样装置 吹扫捕集 顶空GCTECH 5-03Analytical Training Center 阀进样 气体进样GCTECH 5-16Analytical Training Center 液体进样阀GCTECH 5-17Analytical Training CenterWSPC排出口样品入口限流器载气色谱柱WSPC载气色谱柱取样状态取样状态 进样状态进样状态 样品上方取样进样法（顶空分析） 顶空的概念 样品 顶空 恒温箱 气密型进样器1. 样品放置在一个恒温箱中（或炉中），从而可以达温度平衡。2. 利用一个气密型的进样器或其它合适的手段

12、取出样品上方的相同的顶空气体。3. 再使用一般的GC仪器来分析样品的顶空气体。GCTECH 5-21Analytical Training Center 顶空相关问题顶空相关问题 适于分析这样的挥发物：适于分析这样的挥发物：- - 不纯样品。不纯样品。- - 固体样品。固体样品。- 含有某些不做分析的高沸点组含有某些不做分析的高沸点组 分样品。分样品。- - 含水量较高的样品。含水量较高的样品。 GCTECH 5-22Analytical Training Center 应用1. 氯代甲烷2. 二氯甲烷3. 三氯甲烷4. 四氯化碳123415 min柱：HP-1 (Cross-Linked M

13、ethyl Silicone)30 m x 0.53 mm x 2.65(HP Part No. 19095Z-123) 载气：Helium, 5.2 psi 炉温：40 C 进样口：1cc, 不分流 检测器：FID柱：HP-1 (Cross-Linked Methyl Silicone)30 m x 0.53 mm x 2.65 (HP Part No. 19095Z-123) 载气： Helium, 5.2 psi 炉温： 60 C 进样口： 1 cc, 分流比 5:1 检测器： FID1. 苯2. 甲苯10 min12 水中氯化烃 顶空分析 水中芳烃 顶空分析GCTECH 5-26Ana

14、lytical Training Center药品中溶剂残留: USP 467246810123451 二氯甲烷(25 ppm)2 氯仿(12 ppm)3 苯(25 ppm)4 三氯乙烯 (25 ppm)5 二噁环 (25 ppm)进样垫固定螺母 进样垫 石墨垫柱 载气 玻璃填充物 齿形螺母 衬管 填充柱进样口示意图GCTECH 5-34Analytical Training Center 毛细管柱进样口 分流方式是特为毛细管柱GC设计的样品引入方式 可与熔融石英，玻璃，金属柱相接 脉冲分流 允许更大进样量 脉冲不分流 允许更大进样量分流方式用于 含量较高组分分析 不分流方式用于 痕量组分分析

15、GCTECH 5-38Analytical Training Center分流/不分流流路系统GCTECH 5-39Analytical Training Center不分流流路示意图n进样过程中分流放空阀关闭（没有分流出口流量）n在进样后的某指定时间，分流阀打开，将剩下的蒸汽清除出进样口。 堵塞 温度不正确 污染 泄漏2、 操作条件的选择1) 汽化室温度的选择2) 进样垫的材料与处理3) 进样量进样口操作 1、 进样口常见问题GCTECH 5-66Analytical Training Center气气 相相 色色 谱谱 柱柱GCTECH 6-01Analytical Training Ce

16、nter基本概念 填充柱 毛细管柱 柱容量 柱老化 固定相 柱填料 载体 固定液流失 GCTECH 6-03Analytical Training Center色谱柱 填充柱 毛细管柱 普通填充柱 微填充柱分析填充柱制备填充柱壁涂毛细管柱(WCOT)多孔层毛细管柱(SCOT或 PLOT)填充毛细管柱弹性石英毛细管柱(FSOT)壁处理毛细管柱分配型吸附型分配型吸附型普通弹性石英毛细管柱键合相弹性石英毛细管柱 色谱柱分类GCTECH 6-05Analytical Training Center 色谱柱类型 填充柱 开管柱（毛细管柱） 常规型小球填充柱多孔层小球填充柱 常规填充柱及微填充柱多孔层开管

17、柱壁涂开管柱长度 (meters) 内径 (mm) 流量 (ml/min) 压力梯度 (psi) 样品负荷量.5-102-410-6010-90100 ng/ 峰5-100.5304-301-205-100.3-.751-301-40100 ng/ 峰5-100.1-.250.3-1.05-9050 ng/ 峰PACKEDSERIES 530WCOT (wide)WCOT (narrow)GCTECH 6-06Analytical Training Center 气固色谱 (GSC) 吸附型 填充柱 吸附填充 (GSC) 多孔具有大的表面积毛细管柱- P orous Layer O pen T

18、ubular (PLOT) 载气 载气GCTECH 6-08Analytical Training Center 气液色谱 (GLC) 分配型 填充柱 毛细管柱Wall Coated OpenTubular (WCOT) 液体相 固体支撑物 非常多的孔具有极大的表面积 载气液体相GCTECH 6-09Analytical Training Center 气液色谱(GLC) 通过样品在固定相中不同的溶解度来实现分离 根据极性的不同分离组分 通常情况下“ 相似相溶 或 同极性互相作用 例如：醇类是极性化合物 聚乙二醇(Carbowax)是极性化合物GCTECH 6-10Analytical Tra

19、ining Center3、分离度R：柱将两个峰彼此分开的能力。1、柱效：柱生成尖锐峰的能力。 2、选择性： 柱将两个具有相似的化学和/或物理性质的 物质进行选择性分离的能力。 优差优差 分离指标4、柱效，选择因子和分离度之间的关系。r2,1=tR2tR1=VR2VR1=Vg2Vg1 选择因子：分离度分离度柱效柱效GCTECH 6-20Analytical Training Center 毛毛 细细 管管 柱柱 色色 谱谱 法法GCTECH 6-23Analytical Training Center 毛 细 管 柱 色 谱 条 件 的 选 择1、 柱 效2、 液 膜 厚 度（d ） f3、

20、柱 内 径4、 载 气 线 速 及 载 气 种 类5、 柱 温 的 选 择6、 进 样 量 及 进 样 技 术GCTECH 6-26Analytical Training Center 柱 选 择 常用的柱选择方法： 首先试用手边现有的柱子 向同事请教 从文献中查到相近应用的方法 如不是太清楚，先使用一个非极性柱如 HP1或 HP5GCTECH 6-30Analytical Training Center 担体的选择（对填充柱而言）1、担体粒度2、担体均一性3、担体密度4、担体表面性质5、几种常用担体的选用1) 红色硅藻土担体：弱极性物质2) 白色硅藻土担体：极性较强的化合物3) 有机氟担体：

21、短链极性化合物及一些腐蚀性物质4) 玻璃微球担体：可用于分析沸点较高的物质GCTECH 6-35Analytical Training Center 固固 定定 液液 的的 选选 用用气 相 色 谱 固 定 相SameSame100% MethylSilicone Gum100% MethylSilicone Gum99% Methyl1% Vinyl Gum100% MethylSilicone Fluid100% MethylSilicone Fluid100% MethylSilicone Fluid5% PhenylCarboraneMethyl Silicone50% PhenylM

22、ethyl Silicone75% PhenylMethyl SiliconeSame50%3,3,3-Trifluropropyl25% 2-Cyanoethyl25% CyanopropylPolyethylene GlycolPolyethylene Glycol(Modified withTeraphthalic Acid)50% CyanopropylPhenyl SiliconeFree fatty acid phasePolyethylene GlycolDiethylene GlycolSuccinate1,2,3-Trie (2-Cyano-ethoxy) propaneSa

23、meSameSameSqualaneApiazon LSE-30OV-1UCW-982DC-200OV-101SP-2100SE-52 (or SE-54)Dexall 300OV-17OV-25Polyphenyl Ether(5 ring)QF-1OV-210XE-60OV-225Carbowax 20MCarbowax 20MTPASilar 5CPFFAP50%3,3,3-TrifluropropylCarbowax 1500DEQSSilar 10CEGS100% CyanopropylSiliconeEthylene GlycolSuccinateTCEPSebaconitrile

24、Bis-(2-Methoxyethyl)AdipateBis-(2-Cyanoethyl)FormalmideOV-1SE-30OV-101, SP2100DC-200, SP2100OV-101, DC-200OV-73PS-300SP-2250, DC-710SP-2401,OV-202QF-210OV-225, AN-600E-60, AN-600SP-2300, CS-5SP-1000, OV-351SP-2340, CS-10SP-2401,OV-202QF-120/10050/30050/300100/3500/3000/2500/3500/35050/30050/4500/375

25、0/3500/2000/2500/2500/26560/22560/2500/25050/25040/20020/2000/1250/1250/7520/1000/2750/250100/2000321516161616173247119178176144204228322321319340347499593690Information not availableInformation not available14852353702253555557575772801582042272333815365385374955806077518579912387577870154444454545

26、4565103162208224355340338358367446397418593752853358659643032646566666767148243305306483493492572573637602626840102811104589429420424142424343439896202280283305367386510520531627589850915100031080188901432172222242272292292574748841175121615001785181323082318242825482587354341454644152036823759ABCDE

27、McReynolds ConstantsTemp LimitMin/Max CEquivalentPhasesDescriptionTrade namesIncreasing Polarity(A) Benzene, (B) n-Butanol, (C) 2-Pentanone, (D) Nitropropane, (E) PyridineGCTECH 6-37Analytical Training Center12345678912346987 液 相 选 择5% 苯甲基硅氧烷1113141. C2. 4- 氯酚3. 癸胺4. C5. 甲基癸酯6. C7. 苊8. 1- 十二烷醇9. C15

28、50% 苯甲基硅氧烷GCTECH 6-40Analytical Training Center12121 2121 2保留时间与填充量oB. 20% 液相在50 C下分析C. 10% 液相在50 C下分析oA. 30% 液相在50 C下分析D. 5% 液相在50 C下分析ooE. 1% 液相在50 C下分析oGCTECH 6-41Analytical Training CenterR1R2L1L2 柱 径 和 柱 长 的 选 用1、 柱 内 径2、 柱 长GCTECH 6-42Analytical Training Center 载 气 及 流 速 的 选 择1、 载 气 种 类2、 载 气

29、流 速GCTECH 6-43Analytical Training CenterHETP = A +B+ CHETPC RESISTANCE TO MASS TRANSFERA EDDY DIFFUSIONMOLECULARDIFFUSIONB optmmm mm m 柱效与载气线速度 柱效受载气线速度和流量控制。曲线最低点是最小板高（或最大每米塔板数）的位置。 因此柱效也最好。GCTECH 6-45Analytical Training Center 柱 温 的 选 择1、 对 柱 效 的 影 响2、 对 分 离 度 的 影 响3、 对 保 留 时 间 的 影 响4、 与 样 品 性 质 的

30、 关 系GCTECH 6-50Analytical Training CenterD. 60 C.C. 50 C.B. 40 C.A. 30 C.1212121 2oooo柱温对保留时间的影响保留时间与炉温GCTECH 6-51Analytical Training CenterIsothermalTemperature Programmed恒温色谱法和程序升温色谱法主要特点主要特点1、恒温色谱法2、程序升温色谱法GCTECH 6-55Analytical Training Center 程序升温运行特点当组分和较宽的沸程（100度）时使用。 减少分析时间 可产生尖锐峰产生更好的定量准确性，特

31、别是对于后流出的组分 增加柱流失，产生上漂的基线GCTECH 6-57Analytical Training Center 汽化温度和检测温度1、汽化温度（使样品汽化，一般比柱温高几十度）2、检测温度（通常比柱温高至少20度以上）GCTECH 6-52Analytical Training Center 检检 测测 器器GCTECH 7-01Analytical Training Center 检 测 器 类 型当携带了样品的载气流过检测器时，灯丝的温度将会增加而引起阻值的增加。TCDFIDECDNPDFPDMSD组分在火焰中燃烧生成碳正离子，然后被收集转变成电流。当电负性大的物质通过检测器时

32、，将会捕获低能热电子，引起池电流的减小。含氮和含磷物质到达富含碱金属盐蒸汽的火焰中，使电流增加。含硫或磷的化合物在火焰中燃烧生成具有特征波长的化学发光物质。 当样品进入离子源时， 被电子轰击而形成离子碎片。 在四极杆滤过器中，由于它们的质荷比的差别而得到分离。 GCTECH 7-04Analytical Training Center按 检 测 器 的 适 应 范 围 分 类1) 通 用 性 检 测 器2) 选 择 性 检 测 器GCTECH 7-08Analytical Training Center 检 测 器 的 常用 评 价 指 标灵 敏 度线 性 范 围 与 动 态 范 围最 高 使

33、 用 温 度GCTECH 7-09Analytical Training Center 热热 导导 检检 测测 器器GCTECH 7-14Analytical Training Center测量池参考池IER1R2RRE0 工 作 原 理GCTECH 7-15Analytical Training Center 单丝 TCD柱 辅助气 参考气 参考气 热丝 切换阀检测池 3.5uL 体积出口热 导 池 结 构参考气GCTECH 7-17Analytical Training Center 操作中特别重要的几个问题1、 密 封 性2、 延 长 灯 丝 寿 命3、 腐 蚀GCTECH 7-20An

34、alytical Training Center 氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器GCTECH 7-25Analytical Training Center H2H2H2H2H2H2CH4CH4CH4CH4CH4CH4CHO+CHO+CHO+CHO+CHO+CO2CO2CO2H 02H 02H 02H 02H2H2H2H2H2H2 一、 工 作 原 理 FID 是 一 个 破 坏 性、 质 量 型 检 测 器。 火 焰 中 生 成 大 量 的 碳 正 离 子， 被 收 集 后 形 成 检 测 器 信 号。 响 应 值 与 化 合 物 中 含 有 的碳 - 氢 键 个 数 成 正 比。 色

35、谱 柱 喷 嘴GCTECH 7-26Analytical Training Center 氢 火 焰 离 子 化 检 测 器 柱子末端 喷嘴空气入口H 入口+ 尾吹气2FID 检测器收集部件 毛细管柱 柱尾位置( 距喷嘴顶端 1-2 mm ) 二、FID 的 结 构GCTECH 7-29Analytical Training Center 定定 性性 与与 定定 量量GCTECH 8-01Analytical Training CenterGCTECH 8-02Analytical Training Center气相色谱定性气相色谱定性一、保留值定性一、保留值定性1、用保留时间Tr、保留体积V

36、r：在柱子和操作条件严格不变情况下，任一物质都有一定的保留值。在相同条件下比较已知物和未知物的保留值，就可对某组分定性（可靠性不是100%，会有重叠峰情况）2、用相对保留值用绝对保留值定性时，必须严格操作条件，用相对保留值定性可消除实验条件变化带来的误差。3、用保留指数I这是毛细管柱色谱用得较多的一种定性方法，由Kovats1958年提出，又称Kovats保留指数定性。二、纯样叠加二、纯样叠加法法定性定性将预想的已知纯样加入被测混合物中，对比加入前后色谱图中组分峰增高的情况可作出初步判断，柱子分离能力越高，定性结果越可靠。GCTECH 8-03Analytical Training Center三、选择性检测器组合定性三、选择性检测器组合定性ECD:对电负性物质敏感FPD:对含硫磷化合物敏感NPD:对氮磷化合物敏感这些检测器对烃类响应值很小，而FID对烃类有很高的响应，将两种或两种以上检测器组合，有利于未知组分的分类及定性。四、与其他仪器联用定性四、与其他仪器联用定性GC-MSGC-FTIRGCTECH 8-04Analytical Training CenterGCT