气相色谱-课件

气相色谱的介绍气相色谱原理气相色谱结构色谱谱图气质联用1ppt课件气相色谱的原理色谱法是一种分离方法，它利用物质在两相中分配系数的微小差异进行分离。当两相做相对移动时，使被测物质在两相之间进行多次分配，这样原来的微小差异产生了很大的效果，使各组分分离，以达到分离分析及测定一些物理化学常数的目的。用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法。理解色谱法主要有2点：一是要有两相，固定相和流动相；二是要有差异。具体到气相色谱：固定相就是色谱柱，流动相就是气体或者称为载气。差异就是指分配系数的差异。

样品

流动相固定相2ppt课件气相色谱的原理检测器色谱柱样品注入口样品注入A＋B峰

A峰

B3ppt课件气相色谱的分类根据固定相的状态不同，分为气固色谱（吸附原理）和气液色谱（分配原理）气固色谱的固定相常用于分子筛，硅胶，氧化铝，高分子小球等。利用的是样品在固定相的吸附脱附能力不同，吸附能力强的组分停留在色谱柱时间就长些，吸附能力弱的组分停留在色谱柱的时间就短些。其分离的主要对象是一些永久性的气体和低沸点的化合物。气液色谱的固定相常用于固定液涂渍在惰性载体上，一般只要是高沸点，饱和蒸汽压低且热稳定好的有机化合物作为固定液。利用的是样品在固定液中的溶解挥发度不同，溶解度大的组分较难挥发，停留在色谱柱中时间就长些，溶解度小的组分容易挥发，停留在色谱柱中时间就短些。4ppt课件气相色谱的特点“三高”“一快”“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。2.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。3.高灵敏度：可以检测1011～1013g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。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液体和固体。分析的有机物，约占全部有机物(约300万种)的20%。6.不足之处：对被分离组分的定性能力较差。5ppt课件可在气相色谱分析的化合物在400摄氏度以下的温度可以汽化(变成气体)的化合物在汽化时不会分解的化合物在汽化时可以分解成固定比例碎片的化合物

(热裂解

GC)即使符合上述的情况还可能有难以分析的化合物分析不可能或很难由GC分析化合物的例子分子量小也不能蒸发的化合物(例如:无机的金属、离子,盐)活性强或极端地不稳定的的化合物(例如:氢氟酸、臭氧,氮氧化物)高吸附性的化合物(当化合物含有羧基、羟基、氨基、硫等等因为吸附和活度比较高,在分析要注意。)难以获得标准样的化合物(得到峰后难以做定性和定量分析)6ppt课件气相色谱的结构气相色谱主要分为：1、载气系统，2、进样系统，3、色谱柱，4、检测器，5、数据处理系统，6、温度控制系统7ppt课件气相色谱的结构500次更换进样垫100次更换一般为1:10吸咐不被气化的物质N2尾吹8ppt课件载气系统载气是气相色谱的流动相，其作用是把样品输送到色谱柱和检测器。常用的载气有H2、N2、He等。这些气体通常由高压钢瓶提供，初始压力为10-15MPa，纯度在99.999%以上。TCD用氢气、氦气比较好，灵敏度高，FID用氮气。从分析的效率以及柱效角度考虑，氢气是最合适的载气，但限制载气选择的还有其他的因素，如检测器(当使用PDD检测器的时候，只能使用氦气；当使用TCD检测器的时候，最好的载气是氢气，因为其热传导性能最好；而通常所用的FID、FPD检测器使用的是氮气作为载气。9ppt课件载气流速的控制10ppt课件进样系统气相色谱进样系统一般可分为手动进样与自动进样。手动进样采用的是由微型进样器（量程10ul、20ul），操作简单、灵活，但误差大，偏差在5%左右。

样品

顶空

恒温箱

微型进样器适用于分析这样的样品有：不纯样品，固体样品，含有某些不做分析的高沸点组分样品，含水量较高的样品。11ppt课件进样系统自动进样常采用六通阀定体积进样。操作方便、进样迅速，结果准确，偏差较小，只有0.5%左右。六通阀处于取样位置时，载气经1，2两通道直接进入色谱柱，无样品进入色谱仪，气体样品经通道5流入接在通道3，6上的定量管7中，经通道4流出，使定量管充满样品。把六通阀从取样位置旋转60°后到进样位置，载气经1，6通道和定量管8相连，把定量管中的样品经3，2两通道带到色谱柱中，定量管的体积可根据需要进行调解。12ppt课件液体进样液体进样一般是通过汽化室把溶剂和样品转化为蒸汽进入色谱柱中，液体进样系统有多种多样，液体样品通过气化室转化为气体后被载气带入色谱柱。色谱柱的一端插入气化室中，气化室的另一端有一个硅橡胶隔膜，注射器穿透隔膜将样品注入气化室。分流进样器：经预热的载气分两路，一路向上冲洗注射隔膜；另一路以较快的速度进入气化室，此处使样品与载气混合，并在毛细管柱入口处进行分流。隔膜进样器分流流路示意图-进样前分流流路示意图-进样时刻13ppt课件注意事项为了避免产生气泡，置换时要在样品中多推拉针芯几次。不能把针头拔出来。使用液相注射器进行定容时，应该针尖向上定容，避免注射器内形成气泡影响定量。进样时推针都要快。用同一注射器进下一个样品时，要注意置换，避免样品交叉感染。进样口温度过低，将导致高分子量化合物气化不完全，并且不能有效转移到色谱柱中。(样品气化不完全)进样口温度过高，导致热稳定性差的化合物分解。(样品分解)样品从进样针注入时，不同组分的气化程度不同，高沸点组分残留量比例高。一般情况下进样速度必须很快，因为当进样时间太长时，试样原始宽度将变大，色谱峰半峰宽随之变宽，有时甚至使峰变形。一般地，进样时间应在1s以内。14ppt课件色谱柱色谱柱

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15ppt课件色谱柱类型

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柱壁涂开管柱常见填充柱（固定相为固体）：5A分子筛、13X分子筛，分子筛主要用于永久性气体H2、O2、N2、CO、CH4（CO2不易脱附，不能分析），和在低温下分析惰性气体。常见毛细管柱：一般管的口径为0.32mm,0.53mm。毛细管色谱柱不装填料阻力小，长度可达百米的毛细管柱，管径0.2mm气流单途径通过柱子，消除了组分在柱中的涡流扩散，固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大，涂层很薄，气相和液相传质阻力大大降低。16ppt课件色谱柱类型毛细管色谱柱柱效高达每米3000～4000块理论塔板，一支长度100米的毛细管柱，总的理论塔板数可达104～106

。优点分离效率高：比填充柱高10～100倍分析速度快：用毛细管色谱分析比用填充柱色谱速度快色谱峰窄、峰形对称，较多采用程序升温方式灵敏度高，一般采用氢焰检测器涡流扩散为零缺点允许通过的载气流量很小柱容量很小，允许的进样量小，需采用分流技术分流后，柱后流出的试样组分量少、流速慢。解决方法：灵敏度高的氢焰检测器，采用尾吹技术。分流比：放空的试样量与进入毛细管柱的试样量之比。一般在50：1到500：1之间调节。17ppt课件检测器检测器：是将流出色谱柱的被测组分的浓度转变为电信号的装置，是色谱仪的眼睛。通常由检测元件、放大器、数模转换器三部分组成.

被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；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、火焰光度检测器、氮磷检测器。18ppt课件检测器符号TCDFIDECDFPDNPDMSD检测方法物理常数法气相电离法气相电离法光度法气相电离法质谱法工作原理热导率差异火焰电离化学电离分子发射热表面电离电离与质量色散结合类型浓度型通用型非破坏性质量型准通用型破坏性质量型选择型非破坏性浓度型选择型破坏性质量型选择型破坏性质量选择型灵敏度≥2500mv.ml/mg≤10-11g/s≤10-13g/s硫≤10-10g/s磷≤10-11g/s氮≤5×10-11g/s磷≤2×10-12g/s线形范围≥104≥106≥102-104硫≥102磷≥103-104105105应用范围所有化合物有机化合物电负性化合物硫、磷化合物氮、磷化合物、农药残留所有化合物(结构检定)19ppt课件热导检测器（TCD）基本原理:每种物质都有导热能力，而且导热的能力大小不同，通过一个热敏电阻来测定与热敏电阻接触的气体组成变化情况。这种检测方式虽然不是最灵敏的，但是对所有样品都有响应，是通用型的检测器。1.热导检测器的结构池体（一般用不锈钢制成）热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。

测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。热导池检测器结构示意图20ppt课件平衡电桥，下图。不同的气体有不同的热导系数。钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：

R参=R测

;R1=R2则：R参·R2=R测·R1

无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。

21ppt课件进样后，载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，R参≠R测

则：R参·R2≠R测·R1

这时电桥失去平衡，a、b两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。影响热导检测器灵敏度的因素：热丝阻值，热丝阻值越大，其灵敏度越高；桥流，桥流越大，灵敏度越高。22ppt课件火焰离子化检测器（FID）又称氢焰离子化检测器。主要用于可在H2-Air火焰中燃烧的有机化合物(如烃类物质)的检测。原理：含碳有机物在H2-Air火焰中燃烧产生碎片离子，在电场作用下形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的组分。CH+O---CHO++eCHO++H2O---H3O++CO结构：主要为离子室，内有石英喷嘴、发射极和收集极23ppt课件具体描述如下：氢气由喷嘴加入，与空气混合点火燃烧，形成氢火焰。极化极和收集极通过高阻、基流补偿和50～350V的直流电源组成检测电路，测量氢火焰中所产生的微电流。该检测电路在收集极和极化极间形成一高压静电场。H2+O2燃烧能产生2100℃高温，使被测有机组分电离。载气(N2)本身不会被电离，只有载气中的有机杂质和流失的固定液会在氢火焰中被电离成正、负离子和电子。在电场作用下，正离子移向收集极(正极)。负离子和电子移向极化极(负极)。形成的微电流经高电阻，在其两端产生电压降，经微电流放大器放大后从输出衰减器中取出信号，在记录仪中记录下来即为基流，或称本底电流、背景电流。只要载气流速、柱温等条件不变，基流亦不变。无样品时两极间离子很少，基流不变;当载气+组分进入火焰时，在氢火焰作用下电离生成许多正、负离子和电子，使电路中形成的微电流显著增大。即组分的信号，离子流经高阻放大、记录即得色谱峰。注意事项防氢气泄漏，切勿让氢气泄漏入柱恒温箱中，以防爆炸。点火时，FID检测器温度务必在120℃以上。点火困难时，适当增大氢气流速，减小空气流速，点着后再调回原来的比例。检测器要高于柱温20~50℃，防水冷凝。注意线性范围与以下条件有关：一般用N2作载气，载气要净化，除有机物；气体流量比等。24ppt课件FPD(火焰光度检测器)对磷(P)化合物/硫(S)化合物/有机的锡(Sn)的高选择性和高的敏感的检测器高选择性检测元素在氢火焰中发出的特征光。主要应用 有机磷农药分析，恶臭硫化物分析/食用香精分析，水产品中有机锡分析空气氢气(+补充气（尾吹气）)柱出口到数据处理器石英套筒光电倍增管滤光片只有特定波长的光才能通过滤光片S(蓝色)---394nm

P(黄色)---526nm

Sn(橙色)---610nm硫合化物、磷化合物及有机锡化合物在燃烧时,发特定波长的光。滤光片仅让特定波长的光通过，到达光电倍增管。光电倍增管将光线转化成电信号。25ppt课件ECD(电子捕获检测器)对电负性强的化合物(有机卤素混合,有机金属化合物、和二酮)具有高选择性和高的敏感的检测器因为检测器中有放射性同位元素，必需向科学和技术的相关部门申报在安装的情况。主要应用于环境分析，有机氯农药残留，废水中挥发性有机氯化物，环境中有机汞。柱出口补充气（尾吹气）收集极排气口63Ni

放射源

10mCi到数据处理器氮气做为载气或补充气(尾吹气)被从63Ni被发出的β射线电离。N2N2++e-β射线当电子被收集极收集产生电流（背景电流）如果电负性化合物进入那么PCB-PCB+e-PCB-捕获大量电子,电流减少26ppt课件数据处理色谱数据处理分为：定性分析和定量分析。其中定性分析的目的：确定试样的组成。理论依据：保留值具有特征性。在一定的固定相和一定操作条件下，每种物质都有各自确定的保留值，不受其他组分的影响。常常使用气相-质谱（GC-MS）联用或气相-红外（GC-FTIR）联用定性分析。定量分析的目的：定量目的：确定样品中组分的准确含量定量依据：在一定条件下，每个组分的量与色谱检测器产生的检测响应值成正比。常用的定量分析方法有：面积归一法、内标法、外标法。面积归一法：各组分浓度以面积百分比表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。27ppt课件内标法内标法：内标法是将一定重量的纯物质作为内标物加到一定量的被分析样品混合物中，然后对含有内标物的样品进行色谱分析，分别测定内标物和被测组分的峰面积（或峰高）及相对校正因子。

内标物的选择：1、与试样中所有成分的峰完全分离；2、与目标成分峰保留时间不应差太远；3、具有与分析目标成分类似的化学性质。28ppt课件外标法外标法：与内标法相比，外标法不是把标准物质加入到被测样品中，而是在与被测样品相同的色谱条件下单独测定，把得到的色谱峰面积与被测组分的色谱峰面积进行比较求得被测组分的含量。选择外标法需要进行标样处理：目标组分被检测到，就可定量(无需各组分都检出)进样量的误差直接影响定量结果，测定条件要一致。29ppt课件定量方法的比较30ppt课件温度控制系统气相色谱的温度控制系统分为：进样口温度（汽化室温度）、柱温、检测器温度。汽化室即进样口及内腔，属于进样系统的一部分，是气相色谱仪的重要组成部分。进样口被设定在足够一个样品中成分能被汽化的温度。（它不需要特别高的温度）汽化室温度的高低，影响：a．柱效；b．定量结果；c．可能导致样品组分的分解。 汽化室温度过低，将导致高沸点化合物气化不完全，并且不能有效转移到色谱柱中。样品气化不完全31ppt课件汽化室温度的影响汽化室温度过高，导致热稳定性差的化合物分解。样品分解32ppt课件柱温柱温是一个重要参数，直接影响分离效能和分析速度。常用的有等温分析以及程序升温。等温分析：当组分有较窄的沸程时，可以选择等温分析。程序升温：当组分和较宽的沸程（>100度）时使用。可以减少分析时间，产生更好的定量准确性，特别是对于后流出的组分。缺点：增加柱流失，产生上漂的基线。C15C18C12

C15C18C12C23

C15C18

C12

C23

170℃等温分析

C12-C15分离的比较好。

高沸点化合物出峰晚和峰较宽。230℃等温分析

高沸点化合物出峰会比较早。

C12-C15分离的比较差。100℃-10℃/min-280℃程序升温分析

正构烷烃出峰间隔相等的低沸点的化合物的分离度较好高沸点的化合物出峰也较早33ppt课件柱温

变化分析时间保留时间分离度K半峰宽峰高峰面积柱效柱温↗↘↘↘↘↘↗不变↘↘↗↗↗↗↗↘不变↘柱温升高的影响：优点：1）提高分析速度，缩短分析时间；

2）使气液传质速率加快，可降低塔板高度，改善柱效。缺点：1）高于固定液“最高使用温度”，会造成柱流失。

2）加剧纵向扩散，降低柱效。降低柱温的影响：优点：1）增大分配系数，增加柱选择性；

2）降低气相扩散，减少固定液流失；

3）延长柱寿命，降低检测本底。缺点：1）增加分析时间；

2）液相传质阻抗增加，峰扩张，严重时引起拖尾。34ppt课件检测器温度检测器温度的设定有以下两点原则：①要满足检测器灵敏度的要求；②要保证流出色谱柱的组分在检测器内不冷凝。检测器温度设定太高，如提高FID的温度会增大响应和噪声，而提高TCD和FPD的温度则灵敏度降低，通常设定温度为250℃左右即可。

ECD的操作温度一般要高一些，常用温度范围为250～300℃。无论色谱柱温度多么低，ECD温度均不应低于250℃。这是因为温度低时，检测器很难平衡。热离子源的温度变化对NPD灵敏度的影响极大，温度高，灵敏度就高，一般设定300℃左右，在该温度下检测器灵敏度和稳定程度都比较好。检测器的温度检测器的温度总是比柱的温度高。(通常比柱箱的程序升温的最终温度高

20-30℃)35ppt课件色谱36ppt课件色谱不良峰型拖尾峰前延峰当组份被玻璃衬管或色谱柱吸附的时候。当极性成分在非极性固定液的色谱柱内分析的时,也可能出现当色谱柱与样品成份一起过载当柱箱温度太低当进样口的温度太低时候，有时也会发生。37ppt课件色谱不良峰型尖峰宽峰毛细管柱：在分析时峰形几乎都是尖峰填充柱：在等温分析时越先出的峰，峰形越尖锐填充柱：在等温分析时越晚出的峰，峰形越宽38ppt课件色谱不良峰型漂移（Drift）在程序升温分析时，柱子固定液流失增加，造成基线上升。39ppt课件气质联用

质谱法是一种按照离子的质核比（m/z）大小对离子进行分离和测定的方法。 质谱法的主要作用是：（1）准确测定物质的分子量（2）根据碎片特征进行化合物的结构分析 分析时，首先将分子离子化，然后利用离子在电场或磁场中运动的性质，把离子按质核比大小排列成谱，此即为质谱。40ppt课件质谱仪原理1、进样

（化合物通过汽化引入离子化室）2、离子化（组分分子被一束加速电子碰撞，形成正负离子）3、离子也可以因撞击形成碎片离子4、带点离子被加速电压加速，产生速度v6、改变加速电压或者磁场强度，使不同的m/z的离子依次通过狭缝到达检测器，形成质量谱，简称质谱5、加速离子进入一个强度为H的磁场发生偏转。41ppt课件质谱仪原理42ppt课件一些基本概念质荷比（m/z）：是离子质量（以相对原子质量单位计）与它所带电荷（以电子电量为单位计）的比值。碎片离子：质谱碎片离子通过分子离子或较大碎片离子的单分子裂解反应产生。碎片离子既可以以奇电子离子、又能以偶电子离子的形式存在。分辨率R：质谱对相邻两质量组分分开的能力。R=M/△M离子丰度：质谱图中各离子峰的高度表示离子的丰度43ppt课件质谱例子烷烃质谱44ppt课件正构烷烃的裂解规律：（1）质谱特征是具有质量相差14（CH2）单位的CnH2n+1系列；（2）碎片离子C3以上强度递减，因为碎片可继续分裂，但C3可重排为CH3CHCH3而稳定；（3）异构烷烃（支链烷烃）分支处易断裂：+例如5-甲基十五烷 C10H21—CH—C4H9CH31698545ppt课件气质联用谱图12