高效气相色谱仪工作原理

高效气相色谱仪工作原理根本原理别离原理：依据不同物质在流动相中与固定相的相互作用的不同固定相：使混合物中各组分在两相间进行分配，其中不动的一相。流动相：携带混合物流过此固定相的流体相。而产生不同的分配率，经过屡次分配而到达混合物的别离的目的。根本原理气相色谱仪的组成及各局部的作用：2、进样系统〔包括进样器和汽化室〕汽化室可控制温度为20～400℃汽化室的作用是将液体或固体样品瞬间气化为蒸气，1、载气系统〔包括气源、气体净化、气体流速控制和测量〕常用的载气，氨气、氮气并很快被载气带入色谱柱。3、别离系统色谱柱〔心脏局部〕、柱箱和恒温控制装置

根本原理气相色谱仪的组成及各局部的作用：4、检测系统检测器，控温装置检测恒温箱中的温度，一般选择与柱温相同或略高于柱温。5、记录系统放大器和记录器，数据处理装置。根本原理载气源进样口色谱柱检测器样品数据处理以气体作为流动相〔载气〕分离分析输出基本原理进样微量注射器：0.1，1，5，10，50μL自动进样器1、进样方式进样2、进样系统〔1〕填充柱进样口进样口的设计和选择取决于色谱柱的直径和类型填充柱和大口径毛细管柱使用填充柱进样口；样品用注射器穿过隔垫注入到载气流中。加热的进样口使样品〔如果是液体〕气化，而后载气将气化的样品带入色谱柱进样2、进样系统〔2〕毛细进样口〔分流/不分流模式〕：适用于小口径的毛细管柱分流模式：分流阀开启并一直维持此状态，样品被注射进衬管，同时被气化，气化的样品在色谱柱〔气流阻力大〕和分流放空口〔气流阻力可调〕之间分配进样2、进样系统〔2〕毛细进样口〔分流/不分流模式〕：适用于小口径的毛细管柱不分流模式：此模式特别适用于低浓度的样品，它将样品捕集在柱头，同时将残留在进样口的溶剂气体放空。色谱柱色谱柱如何对混合物进行别离？色谱柱当气化的组分与气相和固定相共存时，它就根据对两相相对吸附性能的不同而在两相间进行分配。

吸附性能：可以是溶解度，挥发性，极性，特殊的化学相互作用，或其他任何存在于样品组分间的性质差异。如果一相是固定的〔涂层〕而另一相是流动的〔载气〕，组分将会以比流动相慢的速度迁移。迁移速度慢的程度取决于相互作用的大小；如果不同组分有不同的“吸附性能〞，它们将会随时间而被别离。色谱中被别离物随着载气的流动，被测组分在吸附剂外表进行吸附，脱附，再吸附，再脱附……这样反复的过程，使不同物质在色谱柱中的保存时间不同而到达别离的目的。气——固色谱色谱中被别离物随着载气的流动，被测组分在固定液中进行溶解，挥发，再溶解，再挥发……的过程，使不同物质在色谱柱中的保存时间不同而到达别离的目的。气——液色谱色谱柱色谱柱别离操作条件的选择1、载气及其流速的选择用在不同流速下测得的塔板高度H对了流速μ作图，得H—μ曲线图曲线的最低点，塔板高度H最小。此时，柱效最高。该点所对应的流速为最正确流速μ最正确。塔板高度与载气流速的关系图实际工作中，为了缩短分析时间，往往使流速稍高于最正确流速对于填充柱，N2的最正确实用线速度为10～12cm·s-1，H2为15～20cm·s-1载气流速习惯上用柱前的体积流速〔mL·min-1〕，也可用皂膜流量计在柱后测量假设色谱柱内径3mm，N2流速一般为40～60mL·min-1，H2流速一般为60～90mL·min-1色谱柱别离操作条件的选择2、柱温的选择柱温：重要的操作变数，直接影响别离效能和分析速度；柱温不能高于固定液的最高温度，否那么挥发流失。柱温选择的原那么：在使最难别离的组分能尽可能好的别离前提下，尽可能采取较低的柱温，但以保存的时间为宜，峰形不脱尾为度。

对于高沸点混合物〔300～400℃〕希望在较低温度下进行〔低于沸点100～200℃〕沸点不太高的混合物〔200～300℃〕可在中等柱温下进行，固定液质量分数5％～10％柱温比平均沸点低100℃。沸点在100～200℃的混合物，柱温可选在其平均沸点2/3左右，固定液质量分数10～15％。对于气体、气态烃等低沸点混合物，柱温选在其沸点及沸点以上，能在室温50℃以下分析。固定液质量分数一般在15～25％。对于沸点范围较宽的试样，宜采用程序升温。色谱柱别离操作条件的选择3、进样时间和进样量进样时间在一秒以内，时间过长，试样原始宽度变大，半峰宽必将变宽，甚至峰变形；

进样量一般：液体试样0.1～5μL；气体试样0.1～10mL

进样量太多，会使几个峰叠在一起，别离不好；进样量太少，含量少的组分因检测器灵敏度不够而不出峰；最大进样量应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系。色谱柱别离操作条件的选择4、气化温度进样后要有足够的气化温度，使液体试样迅速气化被载气带入柱中，在得证试样不分解的的情况下，适当提高气化温度对别离及定量有利。气化温度比柱温高30～70℃。色谱柱别离操作条件的选择5、固定相及其选择气相色谱分析中，某组分的完全别离取决于色谱柱的效能和选择性，后者取决于固定相的选择性。

〔1〕气液色谱固定相是涂渍在惰性多孔性颗粒〔担体/载体〕外表的高沸点液体〔固定液〕；试样组分在载气与固定液两相中分配而到达别离。注：与样品发生作用的是固定液而不是载体。色谱柱别离操作条件的选择5、固定相及其选择〔1〕气液色谱固定相对担体的要求：①外表是化学惰性的，外表没有吸附性或很弱，更不能与被测物起化学反响；②多孔性，即外表积大，使固定液与试样接触面积大；③热稳定性好，有一定的机械强度，不易破碎；④对担体粒度的要求：均匀，细小〔过细柱压增大〕，一般选用40～60目，60～80目，80～100目。担体/载体应是一种化学惰性、多孔型的固体颗粒，它的作用是提供一个大的惰性外表，用以承担固定液，使固定液以薄膜状态分布在其外表上。可分为：硅藻土型〔红色担体/白色担体〕；非硅藻土型〔氟担体/玻璃微球/高分子多孔微球〕；气液色谱中所用担体：色谱柱别离操作条件的选择5、固定相及其选择〔1〕气液色谱固定相固定液的选择原那么：相似相溶；为了利用“相似相溶〞原那么选择固定液，必须了解样品种各组分按极性分类的情况对固定液的要求：①挥发性小，操作温度下有较低蒸气压，以免流失；②热稳定性好，操作温度下不发生分解；③对试样各组分有适当的溶解能力。④具有高的选择性，对沸点相同或相近的不同物质有尽可能高的溶解能力；⑤化学稳定性好，不与被测物质起化学反响。色谱柱别离操作条件的选择5、固定相及其选择〔1〕气液色谱固定相A、样品组分性质时固定液的选择非极性组分——选非极性固定液，按沸点顺序出柱，低沸点的先出柱中等极性组分——选中等极性固定液，根本按沸点顺序出柱强极性组分——选极性固定液，按极性顺序出柱，极性强的后出柱注：对于中等极性组分，假设沸点相同，那么按极性顺序出柱，极性较强的后出柱B、样品组分性质未知时固定液的选择用毛细管柱进行初别离尝试法可先用最常用的3根色谱柱进行测试色谱柱别离操作条件的选择5、固定相及其选择〔2〕气固色谱固定相A、固定相的特点性能与制备和活化条件有很大关系；同一种固定相，不同厂家或不同活化条件，别离效果差异较大；种类有限，能别离的对象不多；使用方便。色谱柱别离操作条件的选择5、固定相及其选择〔2〕气固色谱固定相B、固定相的种类〔填充柱〕活性炭：有较大的比外表积，吸附性较强；活性氧化铝：有较大的极性，适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体的相互别离；CO2能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析；硅胶：与活性氧化铝大致相同的别离性能，除能分析上述物质外，还能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能够别离臭氧；分子筛：碱及碱土金属的硅铝酸盐〔沸石〕，多孔性除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的别离外，还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O等。高分子多孔微球：新型的有机合成固定相〔苯乙烯与二乙烯苯共聚〕；适用于水、气体及低级醇的分析。色谱柱别离操作条件的选择5、固定相及其选择〔2〕气固色谱固定相B、固定相的种类〔毛细管柱〕DB-5MS：5%二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物，低流失，30m×0.25mm×0.25umHP-5MS：5%二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物，非极性，低流失，30m×0.25mm×0.25umDB-5HT：5%二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物，非极性，键合交联，可用溶剂清洗，高温，15m×0.25mm×0.10um毛细色谱柱的特点：a、渗透性好，即载气流动阻力小；b、相比〔β〕大，有利于实现快速分析；c、柱容量小，允许进样量少；d、总柱效高，别离复杂混合物的能力大为提高。检测器检测器：将色谱柱别离后的各组分按其特性及含量转换为相应的电讯号。检测器检测器有多种类型的检测器可供选择，但是所有的检测器的功能都是相同的：

当纯的载气(没有待别离组分)流经检测器时，产生稳定的电信号(基线)；当有待别离组分通过检测器时，产生不同的电信号。热导率的差异含氮和含磷化合物电子含磷和含硫化合物适用于多种元素产生离子的任何物质，有机物利用质谱图对组分进行鉴定

当和气相色谱图联用时，成为当今最强有力的鉴定手段检测器检测器作用机理：检测器作用机理：

(5)在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器

(6)

组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离(7)离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线检测器操作条件选择：〔3〕极化电极：极化电压的大小直接影响响应值，一般选±100V～±300V〔4〕使用温度：氢焰检测器的温度不是主要影响因素，80～200℃灵敏度几乎相同；80℃以下灵敏度显著下降〔水蒸气冷凝所致〕〔2〕空气流量：空气是助燃气，空气流量高于某一数值〔400mL·min-1〕对影响值几乎没有影响，一般H2：空气＝1：10数据处理良好的峰面积重现性，一般RSD%在0.5～3%〔RSD：相对标准偏差〕工作曲线具有良好的线性峰形正常，防止拖尾峰和前沿峰 (柱选择恰当、衬管无污染、温度及流量设定)色谱峰别离良好(别离度>1.5)一、数据可靠性判断数据处理二、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：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。数据处理三、气相色谱定性分析方法A、根据色谱保存值进行定性分析根据色谱保存值进行定性分析，但要求柱效要高，混合物组分简单，且，可一一别离。即使这样，也只能做其它定性方法的旁证。该方法采用的指标为保存指数；B、与其他方法结合的定性分析方法：〔1〕与质谱、红外等仪器联用；〔2〕与化学方法配合进行定性分析。

C、利用检测器的选择性进行定性分析数据处理四、气相色谱定量分析方法A、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；B、校准面积归一法 用质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，但前提是样品中所有组分都出峰，否那么也有误差存在。

这两种方法应用的必须条件是：1〕混合物各组分都可流出色谱柱，且在色谱图上显示色谱；2〕所有峰面积计算必须准确。数据处理四、气相色谱定量分析方法C、外标法 该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性〔即进样重复性〕实验。D、内标法 在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。该方法减小了进样误差对定量结果的影响。内标物的选择：

内标物峰与试样中所有成分的峰完全别离；内标物峰与目标成分峰保存时间不应差太远；内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。基本理论1、塔板理论〔色谱分析的根本理论〕

半经验理论：将色谱柱看成精馏塔，一定的柱长看作一个塔板，以精馏理论进行解释。塔板理论的假设：〔1〕在一小段间隔内，气相平均组成与液相平均组成可以很快的到达分配平衡。这样到达分配平衡的一小段柱长称为塔板理论高度H；〔2〕载气进入色谱柱，不是连续的而是脉动式的，每次进入为一个板体积；〔3〕试样开始时都加在0号塔板上，且试样沿色谱柱方向的扩散〔纵向扩散〕可略而不计；〔4〕分配系数在各塔板上是常数。基本理论1、塔板理论〔色谱分析的根本理论〕将色谱别离过程比较作蒸馏过程，引用了处理蒸馏过程的理论和方法来处理色谱过程。把色谱柱比作一个分馏塔，色谱柱可由许多假想的塔板组成〔既色谱柱可分成许多小段〕，在每一小段〔塔板〕内，一局部空间为涂在担体上的液相占据，另一局部空间充满着载气〔气相〕，载气占据的空间称为板体积△V。当欲别离的组分随载气进入色谱柱后，就在两相间进行分配。由于流动相在不停地移动，组分就在这些塔板间隔的气液两相间不断地到达分配平衡。塔板理论缺乏之处:

不能解析载气流速u对n影响

不能指出板高H受哪些因素影响基本理论1、塔板理论〔色谱分析的根本理论〕简单地认为：在每一块塔板上，溶质在两相间很快到达分配平衡，然后随着流动相按一个一个塔板的方式向前移动。对于一根长为L的色谱柱，溶质平衡的次数应为：n=L/Hn称为理论塔板数。与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板数n的增加而增加，随板高H的增大而减小。基本理论1、塔板理论〔色谱分析的根本理论〕为使塔板数和塔板高度真实反响色谱柱别离的好坏，将tM外的有效塔板数n和有效塔板高度H作为柱效能指标。计算公式为：成功处：解释流出曲线的形状〔呈正态分布〕、浓度极大点的位置以及计算评价柱效能等方面。缺乏处：根本假设是不当。有效塔板数和有效塔板高度较为真实的反响了柱效能的好坏。基本理论2、速率理论1956年由荷兰学者范第姆特提出：A为涡流扩散项系数气体碰到填充物颗粒时，形成类似“涡流〞的流动，引起色谱峰扩张；使用适当粒度和颗粒均匀的单体，尽量填充均匀，可减少涡流扩散。B为分子扩散项系数分子扩散与组分在柱内的保存时间有关，保存时间越长，分子扩散项对色谱峰扩张的影响就越显著。相对分子质量较大的载气〔如氨气〕可使B项降低。C为传质阻力系数系数C包括气相传质阻力系数Cg和液相传质阻力系数C1，采用粒度小的填充物和分子量小的气体〔H2〕作载气可使Cg减小，提高柱效率。

式中：A，B，C为三个常数u一定时，只有A，B，C较小时，H才能较小，柱效能才能较高。基本理论3、别离度〔色谱柱的别离效能指标〕相邻两组分色谱峰保存值之差与两个组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值。当R＝1时，别离程度可达98％当R＝1.5时，别离程度可达99.7％〔作为两峰分开的标志〕当两组分色谱峰别离较差，峰底宽度难于测量时，可用半峰宽度代替峰底宽度：基本理论4、分配系数在一定温度下，组分在两相之间分配到达平衡时的浓度〔g·mL-1〕比称为分配系数，以K表示。待测组分在固定相和流动相之间发生的吸附，脱附或溶解，挥发的过程叫做分配过程。分配系数K是由组分及固定液的热力学性质决定的，随柱温，柱压变化，与柱中气相、液相的体积无关。不同物质的分配系数相同时，它们不能别离。色谱柱中不同组分能够别离的先决条件是其分配系数不等。分配系数K小的组分：在气相中的浓度较大，移动速度快，在柱中停留时间短，较早流出色谱柱。分配系数K大的组分：在气相中的浓度较小，移动速度慢，在柱中停留时间长，较迟流出色谱柱。两组分分配系数相差越大，两峰别离的就越好。基本理论〔1〕基线〔baseline〕当色谱柱中没有组分进入检测器时，在实验操作条件下，反响检测器系统噪声随时间变化的线称为基线。〔2〕保存值〔retentionvalue〕表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值，通常用时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积来表示。任何一种物质都有一定的保存值。〔3〕死时间〔deadtime〕tm指不被固定相吸附或溶解的气体〔如空气、甲烷〕从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需时间。〔4〕保存时间〔retentiontime〕tR指被测样品从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间。〔5〕调整保存时间〔adjustedretentiontime〕tR’tR’=tR-tm某组分由于溶解或吸附于固定相，比不溶解或不被吸附的组分在色谱柱中多滞溜的时间。基本理论〔6〕死体积〔deadvolume〕Vm指色谱柱在填完后柱管内固定相颗粒间所剩留的空间