氣相色譜法及其應用

氣相色譜法及其應用指導教師：趙建軍當前1頁，總共53頁。

主要內容氣相色譜法的基本理論氣相色譜儀的構造及各部分功能氣相色譜分析方法及其應用當前2頁，總共53頁。

色譜法引論“色譜法”名稱的由來石油醚(流動相)碳酸鈣(固定相)}色譜帶當前3頁，總共53頁。是利用混合物不同組分在固定相和流動相中分配系數(shù)(或吸附系數(shù)、滲透性等)的差異，使不同組分在作相對運動的兩相中進行反復分配，實現(xiàn)分離的分析方法。色譜法當前4頁，總共53頁。色譜法的分類根據流動相的物態(tài)可分為氣相色譜(GC)液相色譜(LC)超臨界流體色譜(SFC){當前5頁，總共53頁。根據分離機理可分為吸附色譜分配色譜離子交換色譜排阻色譜當前6頁，總共53頁。第一部分：氣相色譜基本理論一、簡介:氣相色譜法（GC）是英國生物化學家MartinATP等人在研究液液分配色譜的基礎上，于1952年創(chuàng)立的一種極有效的分離方法它可分析和分離復雜的多組分混合物。目前由于使用了高效能的色譜柱，高靈敏度的檢測器及微處理機，使得氣相色譜法成為一種分析速度快、靈敏度高、應用范圍廣的分析方法。如氣相色譜與質譜（GC－MS）聯(lián)用、氣相色譜與Fourier紅外光譜(GC－FTIR）聯(lián)用、氣相色譜與原子發(fā)射光譜（GC－AES）聯(lián)用等。當前7頁，總共53頁。二、分類

氣相色譜法可分為氣固色譜（GSC）和氣液色譜（GLC）GSC是用多孔性固體為固定相，分離的對象主要是一些永久性的氣體和低沸點的化合物；GLC的固定相是用高沸點的有機物涂漬在惰性載體上．由于可供選擇的固定液種類多，故選擇性較好，應用亦廣泛。當前8頁，總共53頁。三、氣相色譜分離原理

當載氣攜帶樣品進入色譜柱時，基于不同組分在兩相間的溶解或吸附能力不同（分配系數(shù)不同），當兩相作相對運動時，試樣中各組分就在兩相中進行反復多次的分配，使得原來分配系數(shù)只有微小差異的各組分產生很大的分離效果，從而各組分彼此得以分離開來．當前9頁，總共53頁。

當前10頁，總共53頁。四、分離分析中的應用氣體、易揮發(fā)的物質及可轉化為易揮發(fā)化合物的液體或固體物質適用對象1、適用對象當前11頁，總共53頁。2、應用領域1）石油化工分析原油分析，煉廠氣分析，油品分析，油品添加劑分析等．2）環(huán)境分析大氣污染分析，飲用水分析，水資源分析，土壤分析等．3）食品分析農藥殘留分析，香精香料分析，食品添加劑分析等4）藥物和臨床分析血液中乙醇，麻醉劑及氨基酸的分析；某些揮發(fā)性藥品的分析當前12頁，總共53頁。第二部分

氣相色譜儀系統(tǒng)及功能GC工作過程示意圖當前13頁，總共53頁。載氣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測和記錄系統(tǒng)溫控系統(tǒng)當前14頁，總共53頁。一、載氣系統(tǒng)常用載氣：氮氣、氦氣、氫氣及氬氣氣源凈化干燥管載氣流速控制裝置{載氣系統(tǒng)載氣選擇依據檢測器柱效{當前15頁，總共53頁。二、進樣系統(tǒng)注射器氣化室進樣系統(tǒng){進樣器氣化室溫度比柱溫高出10～50℃當前16頁，總共53頁。取樣位置試樣導入色譜柱六通閥進樣器當前17頁，總共53頁。三、分離系統(tǒng)(色譜柱)

分離系統(tǒng)由色譜柱組成，它是色譜儀的核心部件，其作用是分離樣品。色譜柱主要有兩類：填充柱和毛細管柱。

1.毛細管柱

毛細管柱又叫空心柱，分為涂壁、多孔層和涂載體空心柱。涂壁空心柱是將固定液均勻地涂在內徑0.05～0.5mm的毛細管內壁而成，毛細管材料可以是不銹鋼，玻璃或石英。

毛細管色譜柱滲透性好，傳質阻力小，而柱子可以做到長幾十米。與填充往相比，其分離效率高（理論塔板數(shù)可達106）、分析速度塊、樣品用量小，但柱容量低、要求檢測器的靈敏度高，并且制備較難。

當前18頁，總共53頁。色譜柱填充柱毛細管柱柱內徑1-10mm0.05-0.5mm柱長度0.5-10m10-150m總塔板數(shù)~103~

106樣品容量10-1000

0.1-502.填充柱

填充柱由不銹鋼或玻璃材料制成，內裝固定相，一般內徑為1～10mm，長0.5～10m。填充柱的形狀有U型和螺旋型二種。當前19頁，總共53頁。固定液的選擇原則－“相似相溶”a.非極性物質—非極性固定液。沸點越低的組分越早出峰。b.極性物質—極性固定液。極性越小的組分出越早出峰。c.極性與非極性混合物—極性固定液。極性越小的組分出越早出峰。d.易形成氫鍵物質—極性或氫鍵型固定液。不易形成氫鍵的組分先出峰，易形成氫鍵的組分后出峰。e.復雜難分離樣品—多種固定液混合當前20頁，總共53頁。固定液極性適用范圍100％二甲基聚硅氧烷非極性脂肪烴化合物，石化產品(50％三氟丙基)甲基聚硅氧烷中等極性極性化合物，如高級脂肪酸聚乙二醇中強極性極性化合物，如醇、羧酸酯等常用毛細管色譜柱固定液當前21頁，總共53頁。四、控溫系統(tǒng)在氣相色譜測定中，溫度是重要的指標，它直接影響色譜柱的選擇分離、檢測器的靈敏度和穩(wěn)定性。控制溫度主要指對色譜柱、氣化室、檢測器三處的溫度控制。色譜柱的溫度控制方式有：恒溫和程序升溫程序升溫指在一個分析周期內柱溫隨時間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達到用最短時間獲得最佳分離的目的。對于沸點范圍很寬的混合物，往往采用程序升溫法進行分析。當前22頁，總共53頁。程序升溫50~250℃，8℃/min恒溫150℃正構烷烴恒溫和程序升溫色譜圖比較程序升溫不僅可以改善分離，而且可以縮短分析時間。當前23頁，總共53頁。五、檢測系統(tǒng)

氣相色譜檢測器是把載氣里被分離的各組分的濃度或質量轉換成電信號的裝置。目前檢測器的種類多達數(shù)十種。根據檢測原理的不同，可將其分為濃度型檢測器和質量型檢測器兩種：（l）濃度型檢測器測量的是載氣中某組分濃度瞬間的變化，即檢測器的響應值和組分的濃度成正比。如熱導檢測器和電子捕獲檢測器。（2）質量型檢測器測量的是載氣中某組分進入檢測器的速度變化，即檢測器的響應值和單位時間內進入檢測器某組分的量成正比。如火焰離子化檢測器和火焰光度檢測器等。當前24頁，總共53頁。1.

熱導池檢測器(TCD)參比測量R1R2AB工作原理：純載氣是一條直線，當有有試樣氣通過時，由于導熱系數(shù)與載氣不同，測量池中熱敏電阻上的溫度發(fā)生變化，其阻值隨之改變，電橋平衡遭破壞，AB兩點間的電位不再相等，記錄儀上即出現(xiàn)峰電位。待測組分的導熱系數(shù)越大，測量池中熱敏電阻上的溫度變化越大，其電阻值也越大。利用載氣與組分熱導系數(shù)的差異進行測量當前25頁，總共53頁。影響熱導檢測器靈敏度的因素載氣種類；熱絲工作電流；熱絲與池體溫度差。適用范圍測量對象：通用色譜柱：填充柱

當前26頁，總共53頁。2.氫火焰離子化檢測器(FID)

火焰離子化機理

火焰離子化檢測器是以氫氣和空氣燃燒的火焰作為能源，利用含碳有機物在火焰中燃燒產生離子，在外加的電場作用下，使離子形成離子流，根據離子流產生的電信號強度進行（被色譜柱分離出的）組分的檢測。當前27頁，總共53頁。適用范圍含碳有機化合物影響檢測靈敏度的因素氫氮比；空氣流量；極化電壓。當前28頁，總共53頁。3.電子捕獲檢測器(ECD)

當前29頁，總共53頁。電子捕獲機理適用范圍鹵素及親電子物質其主要缺點是不能檢測永久性氣體、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氫等物質。當前30頁，總共53頁。飲用水中三鹵甲烷色譜圖水氯氯仿二氯溴甲烷二溴氯甲烷溴仿當前31頁，總共53頁。4、火焰光度檢測器(FPD)

當前32頁，總共53頁。響應機理適用范圍含硫、磷化合物含磷化合物含硫化合物當前33頁，總共53頁。三九一一乙拌磷地亞農倍硫磷對硫磷丙硫磷乙硫磷乙丙硫磷谷硫磷壤蟲磷豐索磷蠅毒磷馬拉硫磷一0五九當前34頁，總共53頁。5、質譜檢測器毛細管柱接口離子源離子檢測器加熱器溫度傳感器當前35頁，總共53頁。電子轟擊化學電離場致電離激光------------均屬于離子源當前36頁，總共53頁?；€：是柱中僅有流動相通過時，檢測器響應訊號的記錄值。穩(wěn)定的基線應該是一條水平直線．峰高：色譜峰頂點與基線之間的垂直距離，以h表示。峰寬：色譜峰兩側拐點上的切線在基線上的截距，以W表示。半峰寬：峰高一半時峰的寬度，以W1/2表示。一、色譜圖第三部分氣相色譜分析方法及應用當前37頁，總共53頁。二、保留值－定性分析依據1.死時間t0流動相平均線速度柱長當前38頁，總共53頁。2.保留時間tr3.校正(調整)保留時間當前39頁，總共53頁。4.死體積V05.保留體積Vr6.校正(調整)保留體積當前40頁，總共53頁。三、峰高與峰面積－定量分析的依據四、區(qū)域寬度－柱效峰底寬度W半峰寬W1/2標準偏差σ當前41頁，總共53頁。五、分離度定義：tr2,tr1:組分2和組分1的保留時間W2,W1:組分2和組分1的峰底寬度當前42頁，總共53頁。R=1.5完全分離當前43頁，總共53頁。六、色譜流出曲線上的信息當前44頁，總共53頁。1.根據色譜峰的個數(shù)，可判斷樣品所含的最少組份數(shù)。2.根據色譜峰的保留值，可以進行定性分析。3.根據色譜峰的面積或峰高,可以進行定量分析4.色譜峰的保留值及其區(qū)域寬度是評價色譜柱分離效能的依據5.色譜峰兩峰間的距離，是評價固定相(或流動相)選擇是否合適的依據。當前45頁，總共53頁。

七、氣相色譜定性與定量分析方法（一）定性分析用已知純物質對照定性保留值定性峰高增加法定性當前46頁，總共53頁。（二）定量分析任何一種物質，在色譜分析的過程中，其峰高或峰面積與其存在的的濃度或含量是成正比的。以相同的色譜條件測定已知濃度（或含量）的樣品和未知濃度（或含量）的樣品，通過峰面積或峰高即可方便的計算出未知樣品的濃度（含量）。當前47頁，總共53頁。常用的幾種定量分析方法

當前48頁，總共53頁。試樣中所有組分均須出峰要求操作條件如進樣量、載氣流速等變化時對結果的影響較小。優(yōu)點(1)歸一化法

如果試樣中所有組分均能流出色譜柱并顯示色譜峰，則可用此法計算組分含量。設試樣中共有n個組分，各組分的量分別為m1，m2，……，mn，則i種組分的百分含量為：當前49頁，總共53頁。(2)外標法(校準曲線法)以一個標準物質的系列濃度來求未知