島津GC基礎(chǔ)知識(shí)課件

1、GC基礎(chǔ)知識(shí)島津國際貿(mào)易（上海）有限公司分析中心第1頁，共81頁。第一部分色譜原理和基本構(gòu)成第2頁，共81頁。色譜法的起源石油醚碳酸鈣顆粒色素玻璃柱第3頁，共81頁。色譜法的定義和分類色譜是通過組分在流動(dòng)相和固定相之間分配比的差異進(jìn)行分離的。根據(jù)流動(dòng)相的狀態(tài)，色譜法分類 色譜類型流動(dòng)相主要分析對(duì)象氣相色譜法氣體揮發(fā)性有機(jī)物液相色譜法液體可以溶于水或有機(jī)溶劑的各種物質(zhì)超臨界流體色譜法超臨界流體各種有機(jī)化合物電色譜法緩沖溶液、電場(chǎng)離子和各種有機(jī)化合物第4頁，共81頁。色譜法的特點(diǎn)分離效率高分析速度快 檢測(cè)靈敏度高樣品用量少選擇性好多組分同時(shí)分析易于自動(dòng)化第5頁，共81頁。色譜法的基本原理死時(shí)間：t

2、0溶質(zhì)保留時(shí)間：ts保留時(shí)間：tR容量因子：k第6頁，共81頁。色譜法基本原理分離度選擇性系數(shù)第7頁，共81頁。色譜過程動(dòng)力學(xué)-塔板理論理論塔板數(shù)N：b1/2為半峰寬，w為峰底寬理論塔板高度H：第8頁，共81頁。色譜過程動(dòng)力學(xué)-速率理論第9頁，共81頁。色譜動(dòng)力學(xué)-速率理論Van Deemter速率方程式 HBCAH=A+B/u+CuA：渦流擴(kuò)散B：縱向擴(kuò)散項(xiàng)C：傳質(zhì)阻力項(xiàng)HETP:理論塔板高度U第10頁，共81頁。氣相色譜基本構(gòu)成第11頁，共81頁。氣相色譜構(gòu)成示意圖載氣控制：手動(dòng)、數(shù)字(AFC)/恒線速度、 恒壓、恒流進(jìn)樣口：DRI、SPL/Splitless、OCI、PTV色譜柱：填充柱

3、、毛細(xì)柱檢測(cè)器：FID、TCD、ECD、FPD、FTD數(shù)據(jù)處理：C-R8A、 Gcsolution、Clarity_Shimadzu進(jìn)樣口色譜柱檢測(cè)器溫度控制區(qū)氣相色譜主機(jī)鋼瓶He,N2載氣控制數(shù)據(jù)處理第12頁，共81頁。氣相色譜基本流路圖隔墊吹掃出口分流出口載氣玻璃襯管F2F1空氣400-600ml/min氫氣40-60ml/min尾吹氣約35ml/min第13頁，共81頁。氣相色譜基本控制參數(shù)溫度壓力（流量）溫度、壓力（流量）的時(shí)間程序第14頁，共81頁。載氣純度的重要性載氣不純帶來的問題：載氣中氧的存在導(dǎo)致固定相氧化，損壞色譜柱，改變樣品的保留值。載氣中水的存在導(dǎo)致部分固定相或硅烷化擔(dān)體

4、發(fā)生水解，甚至損壞柱子。氣體中有機(jī)化合物或其它雜質(zhì)的存在產(chǎn)生基線噪音和托尾現(xiàn)象。氣體中夾帶的粒裝雜質(zhì)可能是氣路控制系統(tǒng)失靈。第15頁，共81頁。第二部分載氣部分第16頁，共81頁。保證載氣純度的措施保證載氣純度在99.999%以上。加裝載氣凈化裝置。10%的鋼瓶氣保有量。第17頁，共81頁。壓力單位換算100kPa1bar1kPa1.0210-2kgf/cm21kgf/cm298.1kPa1kPa1.4510-1psi1pasi6.89kPa第18頁，共81頁。第三部分進(jìn)樣口部分第19頁，共81頁。氣相色譜進(jìn)樣方式熱進(jìn)樣分流/無分流進(jìn)樣直接進(jìn)樣（全量注入）寬口毛細(xì)柱和填充柱冷進(jìn)樣PTV進(jìn)樣冷柱

5、頭進(jìn)樣第20頁，共81頁。進(jìn)樣口的結(jié)構(gòu)填充柱進(jìn)樣口隔墊吹掃出口載氣玻璃襯管填充柱隔墊吹掃出口分流出口載氣玻璃襯管F隔墊吹掃出口載氣玻璃襯管寬孔徑毛細(xì)柱WBI進(jìn)樣口分流/無分流進(jìn)樣口第21頁，共81頁。進(jìn)樣口結(jié)構(gòu)冷柱頭進(jìn)樣口(OCI) PTV進(jìn)樣口隔墊吹掃出口分流出口載氣玻璃襯管F2F1加熱-250/min隔墊吹掃出口載氣玻璃襯管0.53mm內(nèi)徑寬孔毛細(xì)柱第22頁，共81頁。分流/無分流進(jìn)樣口分流比=柱流量/（分流流量+柱流量）分流流量柱流量時(shí)分流比=柱流量/分流流量分流比的設(shè)定要依據(jù)樣品濃度 （濃度越高分流比越大）分流比的設(shè)定要依據(jù)毛細(xì)柱容量 （柱容量越低，分流比越大）常用的分流比范圍為1:2

6、01:200, 根據(jù)具體情況可用范圍很寬，比如：0.1mm毛細(xì)柱快速分析可用1：500以上的分流比第23頁，共81頁。歧視效應(yīng)和熱分解熱進(jìn)樣 (SPL, WBI)存在歧視現(xiàn)象和樣品熱分解冷進(jìn)樣 (OCI, PTV)進(jìn)樣是在較低溫度下進(jìn)行定量精度高歧視效應(yīng)和熱解效應(yīng)的影響小第24頁，共81頁。歧視效應(yīng)的產(chǎn)生低沸點(diǎn)組分百分比偏高 進(jìn)針 退針高沸點(diǎn)組分殘留第25頁，共81頁。進(jìn)樣量和歧視效應(yīng)的關(guān)系進(jìn)樣體積越小，歧視現(xiàn)象越嚴(yán)重。(%)0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 (uL)52 51 50 49 48n-C9n-C4第26頁，共81頁。減少歧視效應(yīng)的方法-樣品注入方面快速進(jìn)樣法 溶劑沖洗法熱針

7、法第27頁，共81頁。溶劑沖洗法蒸溜和分溜減少溶劑 空氣 樣品 空氣(%)0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 (uL)52 51 50 49 48n-C4n-C9第28頁，共81頁。減少歧視效應(yīng)的方法-冷進(jìn)樣概念樣品是在冷狀態(tài)-低于樣品沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)樣 (依據(jù)溶劑)氣化室快速升溫使樣品氣化PTV進(jìn)樣方式分流進(jìn)樣(高濃度樣)無分流進(jìn)樣 (低濃度樣)大體積進(jìn)樣LVI (痕量分析)OCI柱頭進(jìn)樣只適用于0.53內(nèi)徑的柱子沒有分流流路，不能分析高濃度樣品（污染柱子），進(jìn)樣量一般小于2ul第29頁，共81頁。SPL-無分流進(jìn)樣和 OCI以及PTV-無分流進(jìn)樣的比較氨基甲酸鹽農(nóng)藥的熱解現(xiàn)象Splitl

8、ess-SPLCool-on-columnSplitless-PTV第30頁，共81頁。進(jìn)樣體積推薦限值無分流進(jìn)樣 (SPL,PTV)2uL高壓進(jìn)樣 (SPL,PTV)5uL直接進(jìn)樣（全量進(jìn)樣）3uL 用寬口徑毛細(xì)柱冷柱頭進(jìn)樣（OCI） 2uLLVI-PTV 進(jìn)樣空襯管10uL襯管 + 石英棉50uL襯管 + 填料1000uL第31頁，共81頁。隔墊吹掃的作用吹掃掉進(jìn)樣墊高溫脫落的組分，一般為橡膠中的增塑劑或低聚物，減少鬼峰吹掃溢出襯管的溶劑氣體，減少溶劑拖尾常用流量范圍：35mL/min第32頁，共81頁。第四部分色譜柱第33頁，共81頁。色譜柱類型毛細(xì)柱柱材：熔融石英、鋁內(nèi)徑：0.2mm-

9、0.53mm長(zhǎng)度：10-100m固定相種類：OV-1，PEG-20M，OV-17等固定相膜厚：0.2-5m 填充柱柱材：不銹鋼，玻璃內(nèi)徑：2.6-3mm長(zhǎng)度：0.5-6m填料：擔(dān)體和固定液的種類固定液的濃度 1-30%擔(dān)體有硅藻土、玻璃、石英、塑料擔(dān)體（TPA）等。第34頁，共81頁。氣相色譜的固定相固體： 活性炭、活性鋁、硅膠、分子篩等，用于無機(jī)氣體及低碳烴的分析應(yīng)用比例約占10%液體： 硅酮、聚乙二醇、聚脂等，用于液體樣品及高沸點(diǎn)化合物分析。應(yīng)用比例占90%以上第35頁，共81頁。毛細(xì)柱選擇-固定相相似相溶原理，選用非極性的固定相分析非極性化合物如果化合物可以用不同極性的固定相分析，選用極

10、性最小的固定相。非極性固定相的使用壽命長(zhǎng)于極性固定相。最通用的固定相是OV-1和SE-54。對(duì)于偶極或氫鍵化合物，選用含腈基或聚乙二醇的固定相。輕烴或永久氣體，選用PLOT柱。應(yīng)用范圍最廣的五種固定相，Rtx-1、Rtx-5、Rtx-50、Rtx-1701和Rtx-wax可以滿足90%以上的分析需求。第36頁，共81頁。毛細(xì)柱選擇-內(nèi)徑0.25mm口徑柱具有較高的柱效， 用于標(biāo)準(zhǔn)的GC/MS應(yīng)用和分流/無分流分析。0.32mm口徑柱中等柱效，多用于無分流進(jìn)樣。0.53mm口徑柱，可以替代填充柱，適合于痕量分析。第37頁，共81頁。內(nèi)徑對(duì)毛細(xì)柱分離的影響0.22mm x 25m第38頁，共81頁

11、。毛細(xì)柱選擇-膜厚標(biāo)準(zhǔn)膜厚（0.250.5m）：最廣泛的應(yīng)用，對(duì)于流出達(dá)到300的大多數(shù)樣品分析效果良好。薄液膜（0.10.2m）：適合石化分析，甘油三酯等高沸點(diǎn)的物質(zhì)。厚液膜（15m）：適合于流出溫度在100200之間的低沸點(diǎn)化合物。第39頁，共81頁。膜厚對(duì)毛細(xì)柱分離的影響CBP1-W25-100膜厚 1umCBP1-W25-500膜厚 5um第40頁，共81頁。毛細(xì)柱選擇-柱長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)柱（2530m）：標(biāo)準(zhǔn)柱長(zhǎng)，滿足大部分應(yīng)用。短柱（515m）：通常用于10個(gè)組份以下簡(jiǎn)單樣品的快速分析。長(zhǎng)柱（50m以上）：復(fù)雜樣品分析。第41頁，共81頁。幾種代表性固定液的極性名稱I Benzene 名稱

12、I BenzeneSqualane0 （非極性） PEG20M(DBWAX) 322（強(qiáng)極性）SE3015 FFAP 340OV101(DB1)17 PEG1000 347SE54(DB5)33 （弱極性） EGA 372DC55074 DEGS 484OV17119（中極性） TCEP 593 （超強(qiáng)極性） BCEF 690第42頁，共81頁。常用毛細(xì)柱商品名及固定液對(duì)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（硝苯二酸修飾）FFAPDB-FFAPStabilwax-DANukolCP Wax 58

14、 CB,FFAP-CB聚乙二醇PEG-20MDB-WAXBP-20StabilwaxSupecolwax-10Carbowax 20MCP Wax 52 CB,聯(lián)苯基聚甲基硅氧烷（14%聯(lián)苯基）DB-XLB第43頁，共81頁。毛細(xì)柱的內(nèi)徑、膜厚及柱容量第44頁，共81頁。一般進(jìn)樣量范圍1. 填充柱氣體 : 0.550 ml液體 : 0.11ml2. 毛細(xì)柱氣體 : 0.11 ml液體 : 0.0042.0ul第45頁，共81頁。進(jìn)樣量毛細(xì)柱分離的影響第46頁，共81頁。色譜柱的老化為什么必須進(jìn)行色譜柱老化？新色譜柱含有溶劑和高沸點(diǎn)物質(zhì)，所以基線不穩(wěn)，出現(xiàn)鬼峰和噪聲；舊柱長(zhǎng)時(shí)間未用，也存在同樣問

15、題。一般采用升溫老化，即從室溫程序升溫到最高溫度，并在高溫段保持?jǐn)?shù)小時(shí)。新柱老化時(shí)，最好不要連接檢測(cè)器。每天都要進(jìn)行老化嗎？視儀器基線情況，確定是否需要老化以及老化時(shí)間。第47頁，共81頁。第五部分檢測(cè)器第48頁，共81頁。常用檢測(cè)器檢測(cè)器載氣種類測(cè)定濃度應(yīng)用熱導(dǎo)（TCD）氦、氫、氬、氮50ppm以上無機(jī)氣體、有機(jī)化合物氫火焰離子化（FID）氦、氮數(shù)ppm以上有機(jī)化合物電子捕獲（ECD）氮數(shù)ppb以上有機(jī)鹵素等化合物火焰熱離子（FTD）氦、(氮)數(shù)ppb以上氮、磷化合物火焰光度（FPD）氦、氮約0.1ppm硫、磷化合物第49頁，共81頁。FID的檢測(cè)原理在氫火焰中，有機(jī)化合物燃燒產(chǎn)生CHO+離

16、子，該離子強(qiáng)度與含量成正比。該檢測(cè)器檢出的是有機(jī)化合物。無機(jī)氣體及氧化物在該檢測(cè)器無響應(yīng)。第50頁，共81頁。FID檢測(cè)器結(jié)構(gòu)CH Oxidation CHO+ + e-組分在氫火焰中氧化第51頁，共81頁。TCD檢測(cè)原理和結(jié)構(gòu)幾乎所有化合物 包括 N2 和 O2 都可用TCD進(jìn)行檢測(cè)（除載氣 ）惠斯通電橋第52頁，共81頁。ECD檢測(cè)原理載氣（氮?dú)猓?ECD檢測(cè)器中電離成正離子和自由電子親電子化合物與自由電子結(jié)合生成負(fù)離子，在檢測(cè)池中移動(dòng)速度比自由電子慢生成的負(fù)離子與正離子結(jié)合ECD中自由電子減少（離子流減小）自由電子減少與親電子化合物的濃度成正比ECD是高選擇性、高靈敏度的檢測(cè)器，用于檢測(cè)

17、微量或痕量的鹵素化合物及硝基化合物。對(duì)電負(fù)性集團(tuán)有高選擇性和高靈敏度 (如鹵素) 第53頁，共81頁。ECD檢測(cè)器結(jié)構(gòu)N2 N2+ + e -PCB + e - PCB - PCB + N2+ (neutral compound) rayreverse第54頁，共81頁。FTD檢測(cè)器有機(jī)氮化合物在堿金屬表面熱分解成激發(fā)態(tài)氮化物CN*, CN*又從堿金屬表面吸收電子，生成CN-，放出電子后的堿金屬生成正離子，產(chǎn)生的信號(hào)電流被檢出。該檢測(cè)器對(duì)有機(jī)氮、磷化合物具有高靈敏度和高選擇性。第55頁，共81頁。FTD檢測(cè)器結(jié)構(gòu)對(duì)含 N 或 P 的化合物具有高選擇性 硫酸銣加熱到 600 -800Rb. +

18、CN Rb* + CN-(Rb* indicates an excited Rb.)第56頁，共81頁。FPD檢測(cè)原理S、P在還原火焰中燃燒，產(chǎn)生特征波長(zhǎng)的光線（S=394nm,P=526nm)。這些光線通過濾光片，經(jīng)光電倍增器放大并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)被檢測(cè)。該檢測(cè)器對(duì)有機(jī)磷和有機(jī)硫化合物具有高選擇性和高靈敏度。第57頁，共81頁。FPD檢測(cè)器結(jié)構(gòu)S : ( S-S )* ( S-S ) + hv (394 nm)P : (PHO)* (PHO) + hv (526 nm) 對(duì)含 P 或 S 的化合物具有高選擇性第58頁，共81頁。第六部分?jǐn)?shù)據(jù)分析第59頁，共81頁。氣相色譜分析步驟開機(jī)：連好流路，

19、先開載氣再開電源，開輔助氣設(shè)定流量、溫度、檢測(cè)器參數(shù)用默認(rèn)處理參數(shù)進(jìn)行樣品分析根據(jù)圖譜調(diào)整分析條件，再分析樣品，直至得到理想譜圖確定定量方法（內(nèi)標(biāo)、外標(biāo)、面積歸一等）選擇校正點(diǎn)數(shù)，編輯ID表（輸入組分的保留時(shí)間和標(biāo)樣濃度）選擇校正次數(shù)（每濃度取幾次均值）選擇曲線計(jì)算方式（直線、最小二乘或折線 ）按從低濃度到高濃度的順序，分析完所有標(biāo)樣，即完成曲線制作進(jìn)行未知樣分析，每次分析結(jié)束，自動(dòng)計(jì)算定量結(jié)果分析完了，關(guān)機(jī)：系統(tǒng)降溫后，關(guān)電源，關(guān)載氣。第60頁，共81頁。數(shù)據(jù)可靠性判斷良好的峰面積重現(xiàn)性，一般CV%在0.53%工作曲線具有良好的線性微量注射器的殘留現(xiàn)象（交叉污染）峰形正常，避免拖尾峰和前沿峰

20、(柱選擇恰當(dāng)、襯管無污染、溫度及流量設(shè)定)色譜峰分離良好(分離度2.5)第61頁，共81頁。數(shù)據(jù)不良時(shí)的檢查措施1.檢查是否漏氣用檢漏液檢查各連接部位，并確認(rèn)峰面積重現(xiàn)性2.檢查色譜柱是否良好長(zhǎng)時(shí)間使用，因吸附、固定液流失、固定液分解及污染，造成柱劣化，更換新柱3.檢查襯管是否正常確認(rèn)襯管有無破損、污染，確認(rèn)石英棉的位置4.樣品性質(zhì)，是否易分解對(duì)于不穩(wěn)定的樣品應(yīng)注意保存溫度，要避光并注意存放時(shí)間。第62頁，共81頁。計(jì)算方法峰處理參數(shù)（WIDTH, SLOPE, DRIFT, T.DBL等）定性：保留指數(shù)及允許誤差（時(shí)間窗，時(shí)間帶）定量：定量方法：內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法、面積歸一法等工作曲線的制作 曲

21、線點(diǎn)數(shù)：一點(diǎn)、兩點(diǎn)及多點(diǎn) 曲線計(jì)算：線性范圍、線性回歸、折線、二次曲線、三次曲線第63頁，共81頁。峰處理參數(shù)-WIDTH控制數(shù)據(jù)采集速度，WIDTH/10采一次數(shù)據(jù)去除高頻噪聲(電磁干擾）WH/2WIDTH/4控制S.TEST時(shí)間，斜率測(cè)試時(shí)間為 10WIDTH推薦值：填充柱 5 毛細(xì)柱 23WIDTH：設(shè)為為最窄峰的半高寬，單位：秒第64頁，共81頁。峰處理參數(shù)-SLOPE判斷峰起點(diǎn)濾除低平噪聲（如蛇行等）SLOPE的確定：一般通過S. TEST進(jìn)行，測(cè)定時(shí)間為 10倍WIDTH的時(shí)間。特殊情況，可根據(jù)實(shí)際需要改變?cè)撝怠LOPE：10倍WIDTH的所有信號(hào)的總和，用于：第65頁，共81頁

22、。SLOPE值的手動(dòng)設(shè)定單位：uv/minSLOPESLOPESLOPESLOPE峰斜率，作為噪聲濾除SLOPE峰斜率，積分不穩(wěn)定，須手動(dòng)設(shè)定第66頁，共81頁。峰處理參數(shù)-DRIFTDRIFT：判斷相鄰峰的積分方式注：1）設(shè)定值為0時(shí)，工作站將自動(dòng)判斷 2）如DRIFT與基線至峰谷連線較接近時(shí)，積分可能不穩(wěn)定，導(dǎo)致面積值變化較大，需加以注意。第67頁，共81頁。DRIFT值的設(shè)定DRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFT第68頁，共81頁。峰處理參數(shù)-T.DBLT.DBL2 x T.DBL4 x T.DBLWIDTHSLOPE2WIDTHSLOPE/24WIDTHSLOPE

23、/48WIDTHSLOPE/8 設(shè)定值為0時(shí)，自動(dòng)判斷； 不使用時(shí)可設(shè)為1000。 T.DBL設(shè)定為某值時(shí)，SLOPE和WIDTH按下圖改變 T.DBL：峰展寬一倍所需要的時(shí)間第69頁，共81頁。積分峰標(biāo)記E：超量程峰，這種峰的面積計(jì)算是錯(cuò)誤的S：拖尾峰（溶劑峰常同時(shí)出現(xiàn)S、E兩個(gè)標(biāo)記）T：尾上峰，作過拖尾處理的峰V：與前鄰峰垂直分割L：前沿峰 標(biāo)記：第70頁，共81頁。定性參數(shù)保留時(shí)間允許誤差：時(shí)間窗(%)-相對(duì)允差設(shè)定簡(jiǎn)單，但所測(cè)組分保留時(shí)間跨度大時(shí)，不易設(shè)定時(shí)間帶-絕對(duì)允差設(shè)定較繁，需逐個(gè)組分設(shè)定絕對(duì)保留值、相對(duì)保留值、多參考保留值第71頁，共81頁。定量方法面積歸一化法校正面積歸一化法外標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法第72頁，共81頁。定量方法簡(jiǎn)介一1、面積百分率法（面積歸一）各組分濃度以面積百分率表示，該結(jié)果可以確認(rèn)大概的濃度，但有誤差。2、校正面積百分率法（校正面積歸一）用重量響應(yīng)因子對(duì)峰面積進(jìn)行修正，用該法測(cè)定的濃度比前者準(zhǔn)確，但前