岛津GC基础知识课件

1、GC基础知识岛津国际贸易（上海）有限公司分析中心第1页，共81页。第一部分色谱原理和基本构成第2页，共81页。色谱法的起源石油醚碳酸钙颗粒色素玻璃柱第3页，共81页。色谱法的定义和分类色谱是通过组分在流动相和固定相之间分配比的差异进行分离的。根据流动相的状态，色谱法分类 色谱类型流动相主要分析对象气相色谱法气体挥发性有机物液相色谱法液体可以溶于水或有机溶剂的各种物质超临界流体色谱法超临界流体各种有机化合物电色谱法缓冲溶液、电场离子和各种有机化合物第4页，共81页。色谱法的特点分离效率高分析速度快 检测灵敏度高样品用量少选择性好多组分同时分析易于自动化第5页，共81页。色谱法的基本原理死时间：t

2、0溶质保留时间：ts保留时间：tR容量因子：k第6页，共81页。色谱法基本原理分离度选择性系数第7页，共81页。色谱过程动力学-塔板理论理论塔板数N：b1/2为半峰宽，w为峰底宽理论塔板高度H：第8页，共81页。色谱过程动力学-速率理论第9页，共81页。色谱动力学-速率理论Van Deemter速率方程式 HBCAH=A+B/u+CuA：涡流扩散B：纵向扩散项C：传质阻力项HETP:理论塔板高度U第10页，共81页。气相色谱基本构成第11页，共81页。气相色谱构成示意图载气控制：手动、数字(AFC)/恒线速度、 恒压、恒流进样口：DRI、SPL/Splitless、OCI、PTV色谱柱：填充柱

3、、毛细柱检测器：FID、TCD、ECD、FPD、FTD数据处理：C-R8A、 Gcsolution、Clarity_Shimadzu进样口色谱柱检测器温度控制区气相色谱主机钢瓶He,N2载气控制数据处理第12页，共81页。气相色谱基本流路图隔垫吹扫出口分流出口载气玻璃衬管F2F1空气400-600ml/min氢气40-60ml/min尾吹气约35ml/min第13页，共81页。气相色谱基本控制参数温度压力（流量）温度、压力（流量）的时间程序第14页，共81页。载气纯度的重要性载气不纯带来的问题：载气中氧的存在导致固定相氧化，损坏色谱柱，改变样品的保留值。载气中水的存在导致部分固定相或硅烷化担体

4、发生水解，甚至损坏柱子。气体中有机化合物或其它杂质的存在产生基线噪音和托尾现象。气体中夹带的粒装杂质可能是气路控制系统失灵。第15页，共81页。第二部分载气部分第16页，共81页。保证载气纯度的措施保证载气纯度在99.999%以上。加装载气净化装置。10%的钢瓶气保有量。第17页，共81页。压力单位换算100kPa1bar1kPa1.0210-2kgf/cm21kgf/cm298.1kPa1kPa1.4510-1psi1pasi6.89kPa第18页，共81页。第三部分进样口部分第19页，共81页。气相色谱进样方式热进样分流/无分流进样直接进样（全量注入）宽口毛细柱和填充柱冷进样PTV进样冷柱

5、头进样第20页，共81页。进样口的结构填充柱进样口隔垫吹扫出口载气玻璃衬管填充柱隔垫吹扫出口分流出口载气玻璃衬管F隔垫吹扫出口载气玻璃衬管宽孔径毛细柱WBI进样口分流/无分流进样口第21页，共81页。进样口结构冷柱头进样口(OCI) PTV进样口隔垫吹扫出口分流出口载气玻璃衬管F2F1加热-250/min隔垫吹扫出口载气玻璃衬管0.53mm内径宽孔毛细柱第22页，共81页。分流/无分流进样口分流比=柱流量/（分流流量+柱流量）分流流量柱流量时分流比=柱流量/分流流量分流比的设定要依据样品浓度 （浓度越高分流比越大）分流比的设定要依据毛细柱容量 （柱容量越低，分流比越大）常用的分流比范围为1:2

6、01:200, 根据具体情况可用范围很宽，比如：0.1mm毛细柱快速分析可用1：500以上的分流比第23页，共81页。歧视效应和热分解热进样 (SPL, WBI)存在歧视现象和样品热分解冷进样 (OCI, PTV)进样是在较低温度下进行定量精度高歧视效应和热解效应的影响小第24页，共81页。歧视效应的产生低沸点组分百分比偏高 进针 退针高沸点组分残留第25页，共81页。进样量和歧视效应的关系进样体积越小，歧视现象越严重。(%)0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 (uL)52 51 50 49 48n-C9n-C4第26页，共81页。减少歧视效应的方法-样品注入方面快速进样法 溶剂冲洗法热针

7、法第27页，共81页。溶剂冲洗法蒸溜和分溜减少溶剂 空气 样品 空气(%)0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 (uL)52 51 50 49 48n-C4n-C9第28页，共81页。减少歧视效应的方法-冷进样概念样品是在冷状态-低于样品沸点的温度下进样 (依据溶剂)气化室快速升温使样品气化PTV进样方式分流进样(高浓度样)无分流进样 (低浓度样)大体积进样LVI (痕量分析)OCI柱头进样只适用于0.53内径的柱子没有分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子），进样量一般小于2ul第29页，共81页。SPL-无分流进样和 OCI以及PTV-无分流进样的比较氨基甲酸盐农药的热解现象Splitl

8、ess-SPLCool-on-columnSplitless-PTV第30页，共81页。进样体积推荐限值无分流进样 (SPL,PTV)2uL高压进样 (SPL,PTV)5uL直接进样（全量进样）3uL 用宽口径毛细柱冷柱头进样（OCI） 2uLLVI-PTV 进样空衬管10uL衬管 + 石英棉50uL衬管 + 填料1000uL第31页，共81页。隔垫吹扫的作用吹扫掉进样垫高温脱落的组分，一般为橡胶中的增塑剂或低聚物，减少鬼峰吹扫溢出衬管的溶剂气体，减少溶剂拖尾常用流量范围：35mL/min第32页，共81页。第四部分色谱柱第33页，共81页。色谱柱类型毛细柱柱材：熔融石英、铝内径：0.2mm-

9、0.53mm长度：10-100m固定相种类：OV-1，PEG-20M，OV-17等固定相膜厚：0.2-5m 填充柱柱材：不锈钢，玻璃内径：2.6-3mm长度：0.5-6m填料：担体和固定液的种类固定液的浓度 1-30%担体有硅藻土、玻璃、石英、塑料担体（TPA）等。第34页，共81页。气相色谱的固定相固体： 活性炭、活性铝、硅胶、分子筛等，用于无机气体及低碳烃的分析应用比例约占10%液体： 硅酮、聚乙二醇、聚脂等，用于液体样品及高沸点化合物分析。应用比例占90%以上第35页，共81页。毛细柱选择-固定相相似相溶原理，选用非极性的固定相分析非极性化合物如果化合物可以用不同极性的固定相分析，选用极

10、性最小的固定相。非极性固定相的使用寿命长于极性固定相。最通用的固定相是OV-1和SE-54。对于偶极或氢键化合物，选用含腈基或聚乙二醇的固定相。轻烃或永久气体，选用PLOT柱。应用范围最广的五种固定相，Rtx-1、Rtx-5、Rtx-50、Rtx-1701和Rtx-wax可以满足90%以上的分析需求。第36页，共81页。毛细柱选择-内径0.25mm口径柱具有较高的柱效， 用于标准的GC/MS应用和分流/无分流分析。0.32mm口径柱中等柱效，多用于无分流进样。0.53mm口径柱，可以替代填充柱，适合于痕量分析。第37页，共81页。内径对毛细柱分离的影响0.22mm x 25m第38页，共81页

11、。毛细柱选择-膜厚标准膜厚（0.250.5m）：最广泛的应用，对于流出达到300的大多数样品分析效果良好。薄液膜（0.10.2m）：适合石化分析，甘油三酯等高沸点的物质。厚液膜（15m）：适合于流出温度在100200之间的低沸点化合物。第39页，共81页。膜厚对毛细柱分离的影响CBP1-W25-100膜厚 1umCBP1-W25-500膜厚 5um第40页，共81页。毛细柱选择-柱长标准柱（2530m）：标准柱长，满足大部分应用。短柱（515m）：通常用于10个组份以下简单样品的快速分析。长柱（50m以上）：复杂样品分析。第41页，共81页。几种代表性固定液的极性名称I Benzene 名称

12、I BenzeneSqualane0 （非极性） PEG20M(DBWAX) 322（强极性）SE3015 FFAP 340OV101(DB1)17 PEG1000 347SE54(DB5)33 （弱极性） EGA 372DC55074 DEGS 484OV17119（中极性） TCEP 593 （超强极性） BCEF 690第42页，共81页。常用毛细柱商品名及固定液对照表固定相J&WSGERESTEKSUPELCOCHROMPACK聚甲基硅氧烷OV-1DB-1BP-1Rtx-1SPB-1CP Sil 5 CB聚苯基甲基硅氧烷（5%苯基）SE-52DB-5BP-5Rtx-1,MXT-5SPB

13、-1,PTE-5SAC-5CP Sil 8 CB聚苯基甲基硅氧烷（20%苯基）OV-7Rtx-20聚苯基甲基硅氧烷（50%苯基）OV-17,DB-17Rtx-50SP-22506%腈乙基甲基硅酮Rtx-1301OVI-G4314%腈乙基甲基硅酮OV-1701DB-1701BP-10Rtx-1701SPB-1701CP Sil 19 CB50%三氟丙基甲基硅氧烷OV-210DB-210Rtx-200CP Sil 43 CB50%腈乙苯基甲基硅酮DB-225Rtx-22550%腈乙基甲基硅酮DB-23聚乙二醇（硝苯二酸修饰）FFAPDB-FFAPStabilwax-DANukolCP Wax 58

14、 CB,FFAP-CB聚乙二醇PEG-20MDB-WAXBP-20StabilwaxSupecolwax-10Carbowax 20MCP Wax 52 CB,联苯基聚甲基硅氧烷（14%联苯基）DB-XLB第43页，共81页。毛细柱的内径、膜厚及柱容量第44页，共81页。一般进样量范围1. 填充柱气体 : 0.550 ml液体 : 0.11ml2. 毛细柱气体 : 0.11 ml液体 : 0.0042.0ul第45页，共81页。进样量毛细柱分离的影响第46页，共81页。色谱柱的老化为什么必须进行色谱柱老化？新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问

15、题。一般采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度，并在高温段保持数小时。新柱老化时，最好不要连接检测器。每天都要进行老化吗？视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。第47页，共81页。第五部分检测器第48页，共81页。常用检测器检测器载气种类测定浓度应用热导（TCD）氦、氢、氩、氮50ppm以上无机气体、有机化合物氢火焰离子化（FID）氦、氮数ppm以上有机化合物电子捕获（ECD）氮数ppb以上有机卤素等化合物火焰热离子（FTD）氦、(氮)数ppb以上氮、磷化合物火焰光度（FPD）氦、氮约0.1ppm硫、磷化合物第49页，共81页。FID的检测原理在氢火焰中，有机化合物燃烧产生CHO+离

16、子，该离子强度与含量成正比。该检测器检出的是有机化合物。无机气体及氧化物在该检测器无响应。第50页，共81页。FID检测器结构CH Oxidation CHO+ + e-组分在氢火焰中氧化第51页，共81页。TCD检测原理和结构几乎所有化合物 包括 N2 和 O2 都可用TCD进行检测（除载气 ）惠斯通电桥第52页，共81页。ECD检测原理载气（氮气） ECD检测器中电离成正离子和自由电子亲电子化合物与自由电子结合生成负离子，在检测池中移动速度比自由电子慢生成的负离子与正离子结合ECD中自由电子减少（离子流减小）自由电子减少与亲电子化合物的浓度成正比ECD是高选择性、高灵敏度的检测器，用于检测

17、微量或痕量的卤素化合物及硝基化合物。对电负性集团有高选择性和高灵敏度 (如卤素) 第53页，共81页。ECD检测器结构N2 N2+ + e -PCB + e - PCB - PCB + N2+ (neutral compound) rayreverse第54页，共81页。FTD检测器有机氮化合物在碱金属表面热分解成激发态氮化物CN*, CN*又从碱金属表面吸收电子，生成CN-，放出电子后的碱金属生成正离子，产生的信号电流被检出。该检测器对有机氮、磷化合物具有高灵敏度和高选择性。第55页，共81页。FTD检测器结构对含 N 或 P 的化合物具有高选择性 硫酸铷加热到 600 -800Rb. +

18、CN Rb* + CN-(Rb* indicates an excited Rb.)第56页，共81页。FPD检测原理S、P在还原火焰中燃烧，产生特征波长的光线（S=394nm,P=526nm)。这些光线通过滤光片，经光电倍增器放大并转化为电信号被检测。该检测器对有机磷和有机硫化合物具有高选择性和高灵敏度。第57页，共81页。FPD检测器结构S : ( S-S )* ( S-S ) + hv (394 nm)P : (PHO)* (PHO) + hv (526 nm) 对含 P 或 S 的化合物具有高选择性第58页，共81页。第六部分数据分析第59页，共81页。气相色谱分析步骤开机：连好流路，

19、先开载气再开电源，开辅助气设定流量、温度、检测器参数用默认处理参数进行样品分析根据图谱调整分析条件，再分析样品，直至得到理想谱图确定定量方法（内标、外标、面积归一等）选择校正点数，编辑ID表（输入组分的保留时间和标样浓度）选择校正次数（每浓度取几次均值）选择曲线计算方式（直线、最小二乘或折线 ）按从低浓度到高浓度的顺序，分析完所有标样，即完成曲线制作进行未知样分析，每次分析结束，自动计算定量结果分析完了，关机：系统降温后，关电源，关载气。第60页，共81页。数据可靠性判断良好的峰面积重现性，一般CV%在0.53%工作曲线具有良好的线性微量注射器的残留现象（交叉污染）峰形正常，避免拖尾峰和前沿峰

20、(柱选择恰当、衬管无污染、温度及流量设定)色谱峰分离良好(分离度2.5)第61页，共81页。数据不良时的检查措施1.检查是否漏气用检漏液检查各连接部位，并确认峰面积重现性2.检查色谱柱是否良好长时间使用，因吸附、固定液流失、固定液分解及污染，造成柱劣化，更换新柱3.检查衬管是否正常确认衬管有无破损、污染，确认石英棉的位置4.样品性质，是否易分解对于不稳定的样品应注意保存温度，要避光并注意存放时间。第62页，共81页。计算方法峰处理参数（WIDTH, SLOPE, DRIFT, T.DBL等）定性：保留指数及允许误差（时间窗，时间带）定量：定量方法：内标法、外标法、面积归一法等工作曲线的制作 曲

21、线点数：一点、两点及多点 曲线计算：线性范围、线性回归、折线、二次曲线、三次曲线第63页，共81页。峰处理参数-WIDTH控制数据采集速度，WIDTH/10采一次数据去除高频噪声(电磁干扰）WH/2WIDTH/4控制S.TEST时间，斜率测试时间为 10WIDTH推荐值：填充柱 5 毛细柱 23WIDTH：设为为最窄峰的半高宽，单位：秒第64页，共81页。峰处理参数-SLOPE判断峰起点滤除低平噪声（如蛇行等）SLOPE的确定：一般通过S. TEST进行，测定时间为 10倍WIDTH的时间。特殊情况，可根据实际需要改变该值。SLOPE：10倍WIDTH的所有信号的总和，用于：第65页，共81页

22、。SLOPE值的手动设定单位：uv/minSLOPESLOPESLOPESLOPE峰斜率，作为噪声滤除SLOPE峰斜率，积分不稳定，须手动设定第66页，共81页。峰处理参数-DRIFTDRIFT：判断相邻峰的积分方式注：1）设定值为0时，工作站将自动判断 2）如DRIFT与基线至峰谷连线较接近时，积分可能不稳定，导致面积值变化较大，需加以注意。第67页，共81页。DRIFT值的设定DRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFT第68页，共81页。峰处理参数-T.DBLT.DBL2 x T.DBL4 x T.DBLWIDTHSLOPE2WIDTHSLOPE/24WIDTHSLOPE

23、/48WIDTHSLOPE/8 设定值为0时，自动判断； 不使用时可设为1000。 T.DBL设定为某值时，SLOPE和WIDTH按下图改变 T.DBL：峰展宽一倍所需要的时间第69页，共81页。积分峰标记E：超量程峰，这种峰的面积计算是错误的S：拖尾峰（溶剂峰常同时出现S、E两个标记）T：尾上峰，作过拖尾处理的峰V：与前邻峰垂直分割L：前沿峰 标记：第70页，共81页。定性参数保留时间允许误差：时间窗(%)-相对允差设定简单，但所测组分保留时间跨度大时，不易设定时间带-绝对允差设定较繁，需逐个组分设定绝对保留值、相对保留值、多参考保留值第71页，共81页。定量方法面积归一化法校正面积归一化法外标法内标法第72页，共81页。定量方法简介一1、面积百分率法（面积归一）各组分浓度以面积百分率表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。2、校正面积百分率法（校正面积归一）用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前