化学分析与分离气相色谱法

化学分析与分离气相色谱法第1页，共40页，2023年，2月20日，星期三气相色谱法

GasChromatography主讲教师：侯婷青岛农业大学化学与药学院第2页，共40页，2023年，2月20日，星期三主要内容一、气相色谱法概述二、气相色谱流动相与固定相三、气相色谱仪四、气相色谱分离条件的选择五、气相色谱法应用实例第3页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱法（GasChromatography,GC）定义：以气体为流动相的色谱法分类：1.按固定相分气-固色谱气-液色谱2.按分离原理分吸附色谱分配色谱3.按柱子粗细和填充情况分填充柱色谱毛细管柱色谱第4页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱的一般过程被测样品蒸发为气体载气将样品带入色谱柱分离

检测第5页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱分离原理试样组分通过色谱柱时与固定相发生相互作用相互作用大小的差异使各组分互相分离而按先后次序从色谱柱后流出组分在两相间进行反复多次(103~106次)分配气-液色谱：溶解－挥发气-固色谱：吸附－脱附固定相气相第6页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱的特点分离效能高：可分离沸点相近的组分分析速度快（气体黏度小、分配速度快）样品用量少，灵敏度高：g级应用范围：气体及易挥发的物质第7页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3GC流动相：载气常用载气：H2、N2和空气也可用CO2、He、Ar等对载气的要求：纯度>99.99%应除去杂质：水蒸气：用变色硅胶或分子筛去除碳氢化合物：用活性炭去除氧气：用脱氧剂去除第8页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3GC固定相液体固定相：固定液+载体固体固定相分类载气气液界面固定液载体吸附剂：硅胶，Al2O3、活性炭分子筛（含有精确、单一微小孔洞的材料）高分子多孔微球：GDX第9页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3载体固体支持物，也称“担体”，为多孔性、化学惰性的颗粒状物质载体的分类硅藻土型载体非硅藻土型载体白色载体（Fe2O3

铁硅酸钠）红色载体（含少量Fe2O3）玻璃微球聚四氟乙烯Teflon-6高分子多孔微球GDX......第10页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3对载体的要求有较大的比表面积化学惰性热稳定性好、粒度均匀、有一定的机械强度表面无吸附，但有较好的浸润性，便于固定液的涂渍第11页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3固定液类别化合物种类作用力适用范围非极性固定液饱和烷烃、甲基聚硅氧烷类色散力非极性和弱极性化合物中等极性固定液含较大烷基、少量极性基团、或可诱导极化的基团的化合物色散力诱导力弱极性和中等极性化合物强极性固定液含较强极性基团的化合物静电力诱导力极性化合物氢键固定液强极性固定液中特殊一类氢键含F、N、O等化合物第12页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3固定液的选择相似性原则：相似相溶原理按极性相似原则按化学官能团相似原则固定液化学官能团与组分相似时，作用力最强，选择性高固定液选择出柱顺序非极性组分非极性先按沸点、再按极性中等极性组分中等极性先按沸点、再按极性强极性组分极性按极性强弱第13页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3固定液的选择按主要差别选择若沸点为主要差别选非极性固定液若极性为主要差别选极性固定液问：如要分离苯与环已烷（沸点分别为80.1℃和80.7℃），选择极性还是非极性固定液？使用混合固定液第14页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3对固定液的要求操作温度下呈液态且蒸气压低对各组分有足够的溶解能力选择性好稳定性好黏度小，凝固点低对载体具有良好的浸润性第15页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱仪的组成部分进样系统：样品导入装置、进样口&气化室分离系统：色谱柱&柱温箱数据处理系统：色谱工作站载气系统进样系统分离系统检测系统温控系统数据处理系统第16页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱仪构造图第17页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱一般流程载气减压净化稳压色谱柱进样系统检测器记录仪流量计第18页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱仪第19页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱常用检测器热导检测器(TCD)电子捕获检测器(ECD)氢火焰离子化检测器(FID)氮磷检测器(NPD)火焰光度检测器(FPD)质量型检测器浓度型检测器

通用性检测器选择性检测器第20页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3热导检测器(TCD)ThermalConductivityDetector利用被测组分与载气的热导率的差别来检测组分的浓度变化——通用性浓度型检测器测量臂参比臂参比臂测量臂第21页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3TCD的特点浓度型检测器相同浓度的不同组分信号强度不同载气常用H2、He通用性检测器，且样品不会被破坏缺点灵敏度较低第22页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3电子捕获检测器(ECD)ElectronCaptureDetector利用电负性物质俘获电子的能力，通过测定电子流变化进行检测

载气正离子+e产生本底电流电负性物质+e

负离子本底电流减小，产生倒峰第23页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3ECD的特点只对含电负性基团的有机化合物有响应浓度型检测器选择性检测器测定有机氯类农残指定检测器（中国药典）第24页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3氢火焰离子化检测器(FID)FlameIonizationDetector一种典型的破坏型质量型检测器试样燃烧发生电离正离子负离子和电子微电流输出信号与组分的质量成正比收集极极化极第25页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3FID的特点选择性检测器（最常用）只适于检测含碳化合物对水、惰性气体无信号灵敏度高质量型检测器样品被破坏第26页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3氮磷检测器(NPD)NitrogenPhosphorusDetector测定含氮、磷化合物的选择性检测器

构造类似FID，火焰喷嘴与收集极之间有铷珠铷珠激发态气化铷原子

含N化合物CN+Rb*Rb++[CN]-

含P化合物[P=O]+Rb*Rb++[P=O]-第27页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3NPD的特点选择性检测器：专门测定含N或P的有机化合物灵敏度极高广泛用于环境保护、食品检验、农药、染料、炸药等样品的检测第28页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3火焰光度检测器(FPD)FlamePhotometricDetector燃烧系统+光学系统第29页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3FPD原理特点

测定含硫、磷化合物的专用型检测器广泛用于石油产品中微量硫化物的测定或：PO+HHPO*HPO+h(480~600nm)+h第30页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3考考你：检测器与被测物一一对应热导检测器(TCD)韭菜中含磷农药残留电子捕获检测器(ECD)啤酒中微量硫化物氢火焰离子化检测器(FID)水果中有机氯农药残留氮磷检测器(NPD)天然气中O2、N2、CH4、CO2、C2H6等组分火焰光度检测器(FPD)室内空气中的苯、甲苯、二甲苯第31页，共40页，2023年，2月20日，星期三气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）气相色谱仪——分离

高于常压质谱仪——检测

高真空条件联接部件：分子分离器（使GC出口压力与MS入口压力相适应）第32页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱分离条件的选择色谱柱的选择

固定相极性固定液配比柱长温度的选择：气化室温度、柱温、检测室温度载气的选择：流速、载气种类进样量第33页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3柱温的选择在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取适当低的柱温柱温不能高于固定液的最高使用温度组分沸点300-400℃<300℃宽沸程柱温比沸点低100-150℃比沸点低50℃程序升温第34页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3程序升温法恒温：45oC程序升温：30~180oC恒温：145oC温度低，分离效果好，但分析时间长程序升温，分离效果好，且分析时间短温度高，但分析时间短，但分离效果差第35页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3载气流速的选择H-u曲线最佳载气流速：uopt实际中常高于uopt10%第36页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱应用实例1苯、甲苯、对二甲苯、邻二甲苯的分离

色谱柱1.8m3mm，柱温50C，流量10mL/min,样品浓度约200ppb第37页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱应用实例2还原态硫化物的分离H2SCH3CH2SHCS2DMS第38页，共40页，2023年，2月20日，星期三2023/4/3气相色谱应用实例3