《仪器分析》课件-模块二气相色谱法

仪器分析模块二气相色谱法项目一色谱法基础知识01项目一色谱法基础知识——1·色谱法基本原理掌握色谱法基本原理目标01掌握色谱法分离机制02了解色谱法的来源03相关标题文字在这里填写项目的大标题071234色谱法色谱法色谱法1.色谱法是利用混合物不同组分在固定相和流动相中分配系数(或吸附系数、渗透性等)的差异，使不同组分在作相对运动的两相中进行反复分配，实现分离的分析方法。一、色谱法引论01022.色谱原理根据样品各组分在流动相和固定相中的分配情况不同来进行分离。一些组分与固定相作用较强，故较慢流出色谱柱，从而得以分离。3.色谱法的分类根据固定相的外形分柱色谱平面色谱{3.色谱法的分类0102034.色谱分析法的特点（1）优点分离效率高；应用范围广；分析速度快；样品用量少；灵敏度高；操作简便（2）不足鉴别功能较差。01·色谱法相关知识项目一色谱法基础知识——20502目标01掌握色谱法常用相关术语03一、色谱流出曲线及有关术语04色谱流出曲线（色谱图）保留时间基线色谱峰峰高峰底05（一）色谱常用术语1.色谱流出曲线（色谱图）

试样中各组分经色谱柱分离后，按照先后次序经过检测器，检测器将流动相中各组分浓度（或含量）的变化转变为相应的电信号，由记录仪所记录信号-时间或信号-流动相体积曲线叫色谱流出曲线，也叫色谱图。063.峰高（h）峰的顶点与基线之间的距离。4.峰底宽度（Wb）：

：从峰的拐点作切线，与基线两交点之间的距离。075.半（高）峰宽（W1/2)：峰高一半处色谱峰的宽度。6.标准偏差（б）：0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。

08术语098.死时间（t0）：不被固定相吸附或溶解的气体，从进样开始到柱后出现浓度最大值时需要的时间。7.峰面积（A）：色谱峰和基线包围起来的面积。术语059.保留时间（tR）：指被测组分从进样开始到柱后出现浓度最大值时需要的时间。10.调整保留时间（tR´）：指扣除死时间后的保留时间。tr´=tr-t001·色谱法相关知识项目一色谱法基础知识——30502目标01掌握色谱法发展03掌握色谱法分类02色谱分析法实质上是一种物理化学分离方法，即利用不同物质在两相（固定相和流动相）中具有不同的分配系数（或吸附系数），当两相作相对运动时，这些物质在两相中反复多次分配（即组分在两相之间进行反复多次的吸附、脱附或溶解、挥发过程）从而使各物质得到完全分离。1.色谱法定义ABCD载气3种组分同时进入色谱柱3种组分开始在色谱柱中分离3种组分在色谱柱中基本达到分离3种组分在色谱柱中完全达到分离2.色谱法分离过程示意图学生提问、讨论与总结10405学生提问、讨论与总结2色谱法发展历史106茨维特发现他的色谱法之后的20多年里，几乎无人问津这一技术。到了1931年，德籍奥地利化学家库恩（R.Kuhn）利用茨维特的方法在纤维状氧化铝和碳酸钙的吸附柱上将过去一个世纪以来公认为单一的结晶状胡萝卜素分离成a和b两个同分异构体，并由所取得的纯胡萝卜素确定出了其分子式。随后他还发现了八种新类胡萝卜素，并把它们制成纯品，进行了结构分析。色谱法发展历史2051938年，Kuhn因在维生素和胡萝卜素的离析与结构分析中取得了重大研究成果被授予诺贝尔化学奖。从此色谱法开始为人们所重视，迅速为各国科学家们所注目，广泛被采用起来。此后，相继出现了各种色谱方法（如下表所示）。现在的色谱分析已经失去颜色的含义，只是沿用色谱这个名词。色谱法发展历史051938年，Kuhn因在维生素和胡萝卜素的离析与结构分析中取得了重大研究成果被授予诺贝尔化学奖。从此色谱法开始为人们所重视，迅速为各国科学家们所注目，广泛被采用起来。此后，相继出现了各种色谱方法（如下表所示）。现在的色谱分析已经失去颜色的含义，只是沿用色谱这个名词。年代发明者发明的色谱方法或重要应用1906Tswett用碳酸钙作吸附剂分离植物色素。最先提出色谱概念。1931Kuhn,Lederer用氧化铝和碳酸钙分离a-、b-和g-胡萝卜素。使色谱法开始为人们所重视。1938Izmailov,Shraiber最先使用薄层色谱法。1938Taylor,Uray用离子交换色谱法分离了锂和钾的同位素。1941Martin,Synge提出色谱塔板理论；发明液-液分配色谱；预言了气体可作为流动相（即气相色谱）。色谱法发展历史3按固定相和流动相所处的状态分类色谱法的分类1按固定相性质和操作方式分类色谱法的分类2按色谱分离过程的物理化学原理分类色谱法的分类3仪器分析模块二气相色谱法项目二气相色谱法基础原理01·分离原理项目一气相色谱法基本原理——10502目标01掌握气相色谱法分离原理03掌握气相色谱法分离理论0205随着计算机技术的发展及印刷技术的进步，平面设计在视觉感观领域的表现也越来越丰富。1、分离效率高：是指它对性质极为相似的组分有很强的分离能力。2、灵敏度高：使用高灵敏度的检测器可检测出痕量组分。3、分析速度快：相对化学分析而言，完成多组分分析仅需几分钟至几十分钟。4、分析需要样品量很少。特点特点特点1.气相色谱法的特点2.气相色谱法分离理论0374%茨维特实验1906年，茨维特利用不同色素在活性碳酸钙与石油醚的共同作用之下在玻璃柱中呈现出不同的运行速度，能使其达到彼此分离。茨维特在他的原始论文中，把上述分离方法叫做色谱法。填充CaCO3的玻璃柱管叫做色谱柱；具有大表面积的CaCO3固体颗粒称为固定相；推动被分离的组分（色素）流过固定相的惰性流体（上述实验用的是石油醚）称为流动相；在柱中出现的有颜色的色带叫做色谱图（chromatogram）。2.气相色谱法分离理论0374%色谱分析法实质上是一种物理化学分离方法，即利用不同物质在两相（固定相和流动相）中具有不同的分配系数（或吸附系数），当两相作相对运动时，这些物质在两相中反复多次分配（即组分在两相之间进行反复多次的吸附、脱附或溶解、挥发过程）从而使各物质得到完全分离。。3.气相色谱法分离原理03分离原理气相色谱仪是以气体作为流动相（载气）。当样品被送入进样器后由载气携带进入色谱柱。由于样品中各组份在色谱柱中的流动相（气相）和固定相（液相或固相）间分配或吸附系数的差异。在载气的冲洗下，各组份在两相间作反复多次分配，使各组份在色谱柱中得到分离，然后由接在柱后的检测器根据组份的物理化学特性，将各组份按顺序检测出来。54%74%仪器分析模块二气相色谱法项目三气相色谱仪01·结构项目三气相色谱仪——10501目标01掌握气相色谱仪器原理02掌握气相色谱仪结构02这里填写二级标题这里填写二级标题气相结构色谱仪03气相结构色谱仪04气相色谱仪结构流程图1.气相结构色谱仪气相结构色谱仪052.气相色谱仪基本构造气相结构色谱仪063.分类：常见的气象色谱仪有单柱单气路和双柱双气路两种类型单柱4.单柱单气路型色谱仪由高压气瓶供给载气经减压阀、稳压阀、转子流量计、色谱柱、检测器后放空的工作流程；气相结构色谱仪065.双柱双气路型色谱仪是将经过稳压阀后的载气分成两路进入两路色谱柱和检测器，其中一路作为分析用，另一路作为补偿用。这种结构可以补偿气流不稳的或固定液流失对检测器产生的影响，提高了仪器工作的稳定性，因而特别适用于程序升温和痕量分析。气相结构色谱仪06

气相色谱法分析时，载气由高压瓶供给，经减压减压后，载气进入净化，然后由稳压阀控制载气的流量和压力，并由流量计显示载气进入柱之前的流量后，以稳定的压力进入气化室、色谱柱、检测器后放空。当气化室中注入样品是，样品被气化并被载气带入色谱柱进行分离。分离后各组分，先后流出色谱柱进入检测器，检测器将其浓度信号转化变成电信号，再经放大器放大后在记录仪上显示出来。得到色谱流出曲线。利用色谱流出曲线和色谱峰就可以进行定性和定量分析。6.气象色谱法分析流程01·结构项目三气相色谱仪——20501目标01掌握气相色谱仪器原理02掌握气相色谱仪结构02这里填写二级标题这里填写二级标题气相结构色谱仪03气相结构色谱仪04一、气相色谱仪的主要部件（一）气相色谱仪的气路系统气象色谱仪中的气路系统是一个载气连续运行的密闭管路系统，整个系统要求载气纯净、密闭性好、流速稳定剂流速测量准确1.载气系统常用载气：氮气、氦气、氢气及氩气气源净化干燥管载气流速控制装置{载气系统载气选择依据检测器柱效{04一、气相色谱仪的主要部件2.载气源气源：一般可由高压气体钢瓶或气体发生器提供。实验室一般使用前者，所提供的载气纯度要达到

99.99%以上。减压阀：将钢瓶中的气体压力减压到2—5kgf.cm-2气象色谱仪气路系统05载气源载气源载气源2.载气源净化器：多为填充了分子筛和活性炭的串联管，可除去水、氧气以及其他杂质。压力表：多为两级压力指示。第一级钢瓶压力；第二级柱头压力指示。气象色谱的载气系统是载送样品分离进行的惰性气体，是气相色谱的流动相。气相结构色谱仪063.载气压力和流速控制装置包括：开关阀、稳压阀、稳流阀、针阀、阻力管等。4.载气压力和流速显示01·仪器结构项目三气相色谱仪——30501目标01掌握气相色谱仪器原理02掌握气相色谱仪结构02这里填写二级标题这里填写二级标题气相结构色谱仪0304一、气相色谱仪的主要部件（三）气相色谱仪的分离系统气象色谱仪中的分离系统是分析的心脏部分，GC仪器的分离系统包括柱箱、色谱柱及色谱柱与进样口和检测器的连接口

分离系统由色谱柱、柱温箱组成，它是色谱仪的核心部件，其作用是分离样品。色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。

1、填充柱

由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相，一般内径为2～4mm，长1～3m。填充柱的形状有U型和螺旋型二种。三、分离系统填充柱气相结构色谱仪06

2、毛细管柱——空心柱

涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0.l～0.5mm的毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢，玻璃或石英。

毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小，而柱子可以做到长几十米。与填充往相比，其分离效率高（理论塔板数可达106）、分析速度快、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。气相结构色谱仪06毛细管柱放到柱温箱中，柱温箱控温范围一般在15～350℃。柱温是影响分离的重要的因素之一。选择柱温主要是考虑样品待测物沸点和对分离的要求。柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点；对宽沸程的样品，应用程序升温。毛细管柱放到柱温箱中，柱温箱控温范围一般在15～350℃。柱温是影响分离的重要的因素之一。选择柱温主要是考虑样品待测物沸点和对分离的要求。柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点；对宽沸程的样品，应用程序升温。分离系统01·仪器结构项目三气相色谱仪——40501目标01掌握气相色谱仪器检测系统原理02掌握气相色谱仪检测系统相关知识02这里填写二级标题这里填写二级标题气相结构色谱仪03六、气相色谱法中常用检测器04检测器

1.热导池检测器TCD

2.氢火焰离子化检测器

FID

3.电子俘获检测器ECD

4.火焰光度检测器FPD

下免是介绍检测器

02六、常用检测器（一）热导池检测器(TCD)热导池检测器(TCD)02五、检测系统02六、常用检测器02影响热导池检测器灵敏度的因素：六、常用检测器桥路电流——提高桥路电流可以提高灵敏度，但桥路电流太大，会使噪音加大，基线不稳。载气——载气与样品气导热系数差别越大，灵敏度越高。导热系数H2>He>N2，为了提高灵敏度，常采用H2作为载气。热敏元件的电阻值及电阻温度系数——选择阻值大、温度系数高的热敏元件。池体温度——降低池体温度，使池体与热敏元件的温差变大，可提高检测器的灵敏度。2、氢火焰离子化检测器（FID）检测原理2、氢火焰离子化检测器（FID）特点：结构简单，操作简便灵敏度高，比热导池高约103倍检出限低，可达10-12gs-1死体积小，响应快线性范围宽3、电子捕获检测器(ECD)03ECD

选择性很强，对具有电负性物质（如含卤素、硫、磷、氰等的物质）的检测有很高灵敏度（检出限约10-14g·cm-3）。分析痕量电负性有机物最有效的检测器。缺点：线性范围窄，只有103左右，重现性较差。54%74%3、电子捕获检测器（ECD

）检测原理在电场作用下，电子向正极定向移动，形成恒定基流形成的样品负离子与载气正离子复合成中性化合物，使基流降低而产生负信号——倒峰4、火焰光度检测器（FPD

）05检测原理含硫和磷的化合物在富氢火焰中燃烧时，生成的化学发光物质发出特征波长的光，记录这些特征光谱，就能检测硫和磷。4、火焰光度检测器（FPD

）05对含磷、硫有机化合物具有较高选择性和灵敏度。特别适用于大气中痕量硫化物，农副产品、水中痕量有机磷和硫农药残留量的测定。和磷。特点：01·气相色谱仪基本操作项目三气相色谱仪——50501目标01掌握气相色谱仪基本操作方法02掌握气相色谱仪使用注意事项02这里填写二级标题这里填写二级标题气相色谱仪基本操作03气路的安装与检漏气体的打开与设置（高压高瓶、减压阀、净化器、稳压阀等的使用）载气流量的测定气相色谱仪开机、关机各温度参数的设置进样操作课程的导入问题：气相色谱仪的操作过程如何分解？气相色谱仪基本操作气相色谱仪的分析流程展示。

(动画：气相色谱仪的分析流程)气相色谱仪基本操作钢瓶与减压阀的连接。减压阀与气体管道的连接。气体管道与净化器的连接。净化器与气相色谱仪的连接。检漏操作：用毛笔将皂液涂于各接头处，看是否有气泡溢出。若有，则表示漏气；若无，则表示不漏气。2.气路的安装与检漏气路连接与检漏视频气相色谱仪基本操作开机前仪器和气源等的准备检查仪器电路和气路。确保正常气相色谱仪的种类及型号很多，其操作方法略有差异，但基本上都沿着如下流程进行：3.气象色谱仪基本操作开机前仪器和气源等的准备

接通载气打开色谱仪主电源

设置气化室、柱箱和检测室温度

打开氢气和空气气源并调节流量

点火

待基线基本稳定进样分析

数据处理。开机前仪器和气源等的准备检查仪器电路和气路。确保正常气相色谱仪的种类及型号很多，其操作方法略有差异，但基本上都沿着如下流程进行：3.气相色谱仪基本操作开机前仪器和气源等的准备

接通载气打开色谱仪主电源

设置气化室、柱箱和检测室温度

打开氢气和空气气源并调节流量

点火

待基线基本稳定进样分析

数据处理。气相色谱仪基本操作4.分析完毕后关机步骤为：关闭氢气和空气稳流阀

设置气化室、柱箱和检测室关机温度（一般50℃一下）降温至设定温度

关闭电源开关

关闭钢瓶总阀、旋松减压阀。如果利用配套的电脑工作站（计算机控制与数据处理软件），则接通载气、打开仪器电源后打开电脑主机及显示器电源并进入色谱工作站，各参数和文件保存路径的设定、进样分析（进样可手动也可自动）处理数据、关机参数设置、关机在工作站中点击相应的图标即可。开机及关机时载气和辅助气源的操作同上。07（1）要经常检查色谱仪内外氢气是否漏气，严禁漏气。（2）空气泵在使用一个月左右要放一次水(带压放水)。放水方法是：在仪器停机后，面板压力降至0.15MPa左右放水。具体步骤如下：把仪器后面放液管放在瓶子里，打开放液阀，液体和气体就会排出。当看到只有气体时关闭液体阀即可(开阀时间要短，手别离开手柄)如果排不出水和气，可适当开机把压力升高再排。（3）在各操作温度未平衡之前将氢气及空气源关闭，以防检测器内积水。（4）检测器温度不能低于进样口温度，否则会污染检测器进样口温度应高于柱温的最高值，同时化合物在此温度下不分解。5.注意事项气相色谱仪基本操作08（5）在点火时，不要使按钮按下的时间过长，以免损坏点火圈，可多次点火。（6）含酸、碱、盐、水、金属离子的化合物不能分析,要经过处理方可进行。（7）进样器所取样品要避免带有气泡以保证进样重现性。（8）取样前用溶剂反复洗针，再用要分析的样品至少洗2～5次以避免样品间的相互干扰。需直接进样品，要将注射器洗净后，将针筒抽干避免外来杂质的干拢。5.注意事项气相色谱仪基本操作仪器分析模块二气相色谱法项目四气相色谱法应用01·气相色谱法定量分析项目四气相色谱法应用——10501目标01掌握气相色谱法定量分析原理02掌握气相色谱法定量分析的方法02这里填写二级标题这里填写二级标题气相结构色谱仪03气相色谱法定量分析05

定量分析的任务是求出混合样品中各组分的百分含量。色谱定量的依据是，当操作条件一致时，被测组分的质量（或浓度）与检测器给出的响应信号成正比。即：

mi=fi

Ai

式中mi为被测组分i的质量；Ai为被测组分i的峰面积；

fi为被测组分i的校正因子。一、定量分析原理进行色谱定量分析时需要：（1）准确测量检测器的响应信号—峰面积或峰高；（2）准确求得比例常数—校正因子；（3）正确选择合适的定量方法，将测得的峰面积或峰高换算为组分的百分含量。定量分析

（1）峰高（h）乘半峰宽（W1/2）法：近似将色谱峰当作等腰三角形。此法算出的面积是实际峰面积的0.94倍：

A=1.064h·W1/2

（2）峰高乘平均峰宽法：当峰形不对称时，可在峰高0.15和0.85处分别测定峰宽，由下式计算峰面积：

A=h·（W0.15+W0.85

）/2

（3）自动积分和微机处理法二、.峰面积的测量

02三、定量校正因子

试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即：

mi=fi·Ai绝对校正因子：比例系数f

i

，单位面积对应的物质量：

f

i=mi/Ai相对校正因子f

’i

：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。3.定量计算方法1）归一化法：要求试样中所有组分全出峰，则其中组分i的含量为：校正因子相等时，直接用峰面积优点：简便、准确、进样量对结果影响不大缺点：必须全部流出