气相色谱仪基础知识培训ppt课件.ppt
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1、.气相色谱仪基础课程.一、一、气相色谱气相色谱基础基础p色谱原理色谱原理p气相色谱系统气相色谱系统p色谱基本理论色谱基本理论p载气载气p进样口进样口p色谱柱色谱柱p检测器检测器p定量分析方法定量分析方法.1. 色谱色谱原理原理p根据样品各组分在流动相和固定相中的分配情况不同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。来进行分离。p一些组分与固定相作用较强,故较慢流出色谱柱,从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。而得以分离。.样品组分分离示意图样品组分分离示意图.2. 气相色谱系统气相色谱系统.v 色谱图色谱图p检测信号和时间的关系图检测信号和时间的关系图p不
2、同的色谱峰对应相应的组分不同的色谱峰对应相应的组分p可以得到相应组分的保留时间和峰面积信息。可以得到相应组分的保留时间和峰面积信息。p保留时间保留时间 定性分析定性分析 峰面积峰面积 定量分析定量分析3. 气相色谱理论CH4. 基本术语基本术语 保留时间(保留时间(Retention time):组份从进样到出现最大值所需要的时间组份从进样到出现最大值所需要的时间,tR死时间死时间(dead time): 不被固定相滞留的组份,从进样到出峰最大值所需要的时间不被固定相滞留的组份,从进样到出峰最大值所需要的时间,t0峰高(峰高(Peak Height)从峰最大值到峰底的距离从峰最大值到峰底的距离
3、,峰面积(峰面积(Peak Area)峰与峰底之间的面积峰与峰底之间的面积.分离度(分离度(Resolution)Resolution)两个相邻峰的分离程两个相邻峰的分离程度。以两个组份保留度。以两个组份保留值之差与其平均半峰值之差与其平均半峰宽值的比来表示宽值的比来表示:当当R=1 时,有时,有5的重叠;的重叠;当当R=1.5时,分离程度为时,分离程度为99.7%,可视为基线分离,可视为基线分离 毛细管毛细管色谱柱色谱柱比填充比填充柱柱有更高的分辨率有更高的分辨率.1212)(2WWttRRR.例如,图示中塔板数为3.塔板理论柱柱效能(效能(Column Efficiency)p峰展宽的度量
4、峰展宽的度量.p以塔板数来表示以塔板数来表示p类似蒸馏中的气液平衡类似蒸馏中的气液平衡.峰的形状p理想的峰型是高斯曲线理想的峰型是高斯曲线.p分子的理论统计学分布分子的理论统计学分布.A.A. 涡流扩散 (不同路径的影响 ). 取决于色谱柱大小、形状和填充的好坏 毛细管柱可忽略该项影响影响色谱柱色谱柱效率的因素效率的因素.B. 纵向扩散.气相中分子的扩散 主要决定于气体流速.C. 传质阻力. 样品组分从气相到液相容易. 主要取决于气体的流速和固定相量的多少。. 综合上述三个峰展宽的因数 HEPT : 理论塔板高度 (Height Equivalent to a Theoretical Plat
5、e): HETP = A + B / + C 这里: A = 涡流扩散 B = 纵向扩散 C = 传质阻力 = 载气的线流量 低的 HETP= 高的色谱柱效率 如果已知有效塔板数,则可计算:Neff = Lcol / HETP著名的范德母特(著名的范德母特(Van DeemterVan Deemter)方程方程. 由该图可以得到最佳的线速度 对于毛细管柱可忽略A项(涡流扩散),一般对于毛细管线速度为30-60 cm/sec。Van Deemter Van Deemter 图图. N2, 变化最大, 可得到最低的HETP. H2 和 He 曲线较平坦,即使较高的流速下也能得到较低的HETP所以即
6、使在较高的分析速度时,也可以得到较好的分离度. 4. 载气对载气对Van Deemter图的影响图的影响毛细管内径(微米) 250 320 530 载气 ml/min cm/sec ml/min cm/sec ml/min cm/sec He 1.3 45 1.7 35 2.8 21 H2 1.6 55 2.1 43 3.4 26 N2 0.4 14 0.5 11 0.9 7 常用毛细管柱的最佳载气流量.v 气体气体作用:作用: 1)载气:作为色谱的流动)载气:作为色谱的流动相相 2)检测器的工作气体。)检测器的工作气体。载气:载气:p惰性:惰性:He, Ar, N2, H2.p根据根据检测器
7、检测器, 价格及方便程度来决定价格及方便程度来决定p采用压力调节器以获得恒定的仪器采用压力调节器以获得恒定的仪器输入压力输入压力p控制流量来得到恒定的流速控制流量来得到恒定的流速.气体的类型由检测器决定.气体要求色谱级的高纯气体,99.999 % 过滤系统: 除氧. 活性炭除碳氢化合物。 分子筛除水Detector TCD ECD FID FPD NPD Carrier Gases He N2 H2 Ar N2 CH4+Ar r He N2 H2 N2 He H2 He N2 Fuel Gases H2 Air H2 Air H2 Air 气体的供应和控制气体的供应和控制载气推荐采用H2、He
8、:分离度好对TCD灵敏度最高,而且可保护W丝注意安全问题. 两级的气体压力调节器. 低压端可从0到100 psig. 注意:不要用不干净的管路载载气气的的进进口口压压力力 H2, He, N2, Ar 一般 80 psi(5.5kg/cm2) 燃燃烧烧气气的的进进口口压压力力 H2 一般 40 psi(2.8kg/cm2) Air 一般 60 psi(4kg/cm2) 气体进口及连接气体进口及连接如果管线太长,应适当增加输出压力.气体进口及连接气体进口及连接 (续)(续).5、 进样口进样口p作用:样品进样和汽化作用:样品进样和汽化.p要求:精度和重现性要求:精度和重现性p根据样品的性质选择进
9、样技术根据样品的性质选择进样技术.p填充柱进样口填充柱进样口柱上进样柱上进样(On Column)快速气化(快速气化(Flash-vaporization)p毛细管柱进样口毛细管柱进样口分流分流/不分流进样不分流进样分流分流分流进样规则分流进样规则不分流进样的规则不分流进样的规则.填充柱进样口填充柱进样口p柱上进样柱上进样(On Column)p快速气化(快速气化(Flash-vaporization)柱上进样柱上进样(On column)p液体样品直接注射进柱头上液体样品直接注射进柱头上p消除了气化时样品损失。消除了气化时样品损失。p消除了传输过程中从进样口到色谱柱之间的样品损失。消除了传输
10、过程中从进样口到色谱柱之间的样品损失。p可用于热不稳定物质的分析。可用于热不稳定物质的分析。p定量分析精度好。定量分析精度好。p最好用于干净稀释的样品最好用于干净稀释的样品。.快速气化(快速气化(Flash-vaporization)p对于浓度较高或较脏的样品对于浓度较高或较脏的样品。p色谱柱连接在进样口底部。色谱柱连接在进样口底部。p色谱柱完全填充色谱柱完全填充。p样品在玻璃内衬中气化样品在玻璃内衬中气化p进样口至少高于柱温箱进样口至少高于柱温箱50 C。p能够用于大口能够用于大口径径的毛细管的毛细管。.毛细管进样毛细管进样p只需要少的进样量只需要少的进样量 需要特别的进样技术分流需要特别的
11、进样技术分流/不分流不分流/柱上进样柱上进样p载气流量小载气流量小p需要特别的硬件需要特别的硬件 隔垫吹扫隔垫吹扫 分流装置分流装置 压力、流量调节压力、流量调节.毛细管柱进样口毛细管柱进样口要求不同的硬件和技术要求不同的硬件和技术。 直接进样直接进样. 分流分流/不分流进样不分流进样. 柱上进样柱上进样直接进样直接进样 -(柱上进样或快速气化柱上进样或快速气化)p只用于大口径只用于大口径 ( 0.53 mm 内径内径).p将注射器中的样品全部送入到色谱柱将注射器中的样品全部送入到色谱柱.p允许缓慢注入较大体积的稀释样品允许缓慢注入较大体积的稀释样品 ( 2 L)。p相对低的进样口温度相对低的
12、进样口温度。.分流分流/不分流进样不分流进样p用于毛细管柱用于毛细管柱0.1 mm to 0.53 mm ID.p可选用分流可选用分流/不分流进样不分流进样 (split/splitless.)分流分流(split)p允许样品中的代表部分进入到色谱柱中。允许样品中的代表部分进入到色谱柱中。p当被测物浓度较高时。当被测物浓度较高时。不分流不分流(splitless)p类似于直接进样类似于直接进样.p样品中绝大部分进入到色谱柱中。样品中绝大部分进入到色谱柱中。.分流分流p均匀气化的样品通过分流点均匀气化的样品通过分流点(柱尖端柱尖端Colomn tip).p样品在玻璃衬管气化样品在玻璃衬管气化p要
13、求:要求: 将样品中具有代表性的样品注入到色谱柱中。将样品中具有代表性的样品注入到色谱柱中。 可重现的分流比可重现的分流比p缺点缺点 可能会有进样歧视现象。对宽沸程的样品易产生非线可能会有进样歧视现象。对宽沸程的样品易产生非线性分流,使样品失真性分流,使样品失真 不适于高纯度物质和痕量组分不适于高纯度物质和痕量组分( 60 米米), 内径较细内径较细.p 所有材料均要求化学及热性质稳定所有材料均要求化学及热性质稳定. 热稳定性热稳定性 - 分析时所使用的温度不应致使色谱柱材质受到破坏分析时所使用的温度不应致使色谱柱材质受到破坏 化学稳定性化学稳定性 - 在一定温度下,色谱柱材质不受分析物的影响
14、在一定温度下,色谱柱材质不受分析物的影响p注意:用色谱级、干净的材料注意:用色谱级、干净的材料。.填充柱填充柱玻璃、特氟珑及不锈钢材质玻璃、特氟珑及不锈钢材质 (惰性惰性).材材质质 内内径径 外外经经 长长度度 不不锈锈钢钢 2 mm 1/8 inch 2-3 meters 玻玻璃璃 2 mm 1/4 inch 2 meters 特特氟氟珑珑 2 mm 1/8 inch 10 m.柱容量柱容量柱容量是指色谱峰没有明显变形,样品能够进入到色谱柱中柱容量是指色谱峰没有明显变形,样品能够进入到色谱柱中的最大允许量。的最大允许量。以下因素可增加柱容量以下因素可增加柱容量 : 膜厚膜厚 (df). 温
15、度温度. 内径内径 (ID). 固定相的选择性固定相的选择性.如果过载,可导致如果过载,可导致 : 峰变宽峰变宽. 不对称不对称. 拖尾或前伸峰拖尾或前伸峰.色谱柱中固定相流失色谱柱中固定相流失柱流失可以从检测器的背景信号中观察到:柱流失可以从检测器的背景信号中观察到: 柱流失是由于固定相遭到破坏而导致的柱流失是由于固定相遭到破坏而导致的。p柱流失随着膜厚、柱内径、长度和温度的增加而增加柱流失随着膜厚、柱内径、长度和温度的增加而增加。p极性柱有较高的柱流失极性柱有较高的柱流失。p柱子损坏或退化,柱流失可能会增加柱子损坏或退化,柱流失可能会增加。p避免使用强酸或强碱避免使用强酸或强碱p按照制造商
16、推荐的温度按照制造商推荐的温度限制使用限制使用强酸 强碱强碱 HCl H2SO4 H3PO4 HNO3 KOH NaOH NH4OH .p确保载气流过毛细管柱确保载气流过毛细管柱15-30分钟分钟.p缓慢程序升温缓慢程序升温(5/min)到老化温度。到老化温度。p最初老化温度最初老化温度 4 hours.p如果柱子受到污染如果柱子受到污染, 可在推荐的最高色谱柱温度低可在推荐的最高色谱柱温度低20 C的条件下,的条件下,老化柱子。老化柱子。p一般推荐的老化温度为:一般推荐的老化温度为: Tcond = Tmax/2 - Tapp/2 + Tapp 这里这里: Tcond = 老化温度老化温度
17、Tmax = 色谱柱推荐采用的最高温度色谱柱推荐采用的最高温度 Tapp = 应用中使用的最高温度应用中使用的最高温度 在老化柱子时,一定不要将毛细管接在检测器上。应将那一端放空在老化柱子时,一定不要将毛细管接在检测器上。应将那一端放空,同时将检测器用闷头堵上。如果是,同时将检测器用闷头堵上。如果是FID,容许接在上面,但应该将检容许接在上面,但应该将检测器温度升上去。测器温度升上去。色谱柱老化色谱柱老化.温度限制温度限制恒温最高允许温度恒温最高允许温度 :恒温操作的最高允许温度恒温操作的最高允许温度程序升温最高允许温度:短期允许的最高温程序升温最高允许温度:短期允许的最高温度,一般比恒温允许
18、的最高温度高度,一般比恒温允许的最高温度高20C。当柱子遭受热破坏,可以看到严重的峰拖尾当柱子遭受热破坏,可以看到严重的峰拖尾和柱流失和柱流失。.固态固定相固态固定相p气固色谱(气固色谱(GSC)最常用于气体样品的分析。最常用于气体样品的分析。p采用的固定相可以是分子筛和氧化铝采用的固定相可以是分子筛和氧化铝p固态吸附点少,不会导致拖尾。固态吸附点少,不会导致拖尾。p无液态固定相导致的柱拖尾。无液态固定相导致的柱拖尾。.液体固定相液体固定相p固定相决定了色谱柱的选择性。固定相决定了色谱柱的选择性。p有数百种固定相,尤其是填充柱有数百种固定相,尤其是填充柱.p许多固定相有多种商品名许多固定相有多
19、种商品名。p毛细管柱的固定相选择较简单。毛细管柱的固定相选择较简单。p“相似相溶原理相似相溶原理” - 用极性固定相分析极性物质用极性固定相分析极性物质。 - 用非极性固定相分析非极性物质用非极性固定相分析非极性物质.p极性表明了分子中电荷的分配情况极性表明了分子中电荷的分配情况。.硅氧烷结构硅氧烷结构固定相取代.液态固定相的选择液态固定相的选择p根据极性选择固定相。根据极性选择固定相。p非极性柱分离弱极性物质能得到较好的分离非极性柱分离弱极性物质能得到较好的分离。p对于普通的对于普通的GC使用使用, 常用到如常用到如VA-5这样的弱极性柱。这样的弱极性柱。p避免固定相中带有检测器能够检测的成
20、分。避免固定相中带有检测器能够检测的成分。p用聚乙二烯乙二醇固定相来分析带氢键的样品用聚乙二烯乙二醇固定相来分析带氢键的样品p气体分析可能要求固态的固定相。气体分析可能要求固态的固定相。 .7. 检测器检测器p通用型通用型检测器检测器( Universal Detector)热导检测器(热导检测器(TCD)氢火焰检测器(氢火焰检测器(FID) p选择性检测器选择性检测器电子捕获(电子捕获(ECD)脉冲火焰光度检测器脉冲火焰光度检测器(FPD)氮磷检测器(氮磷检测器(NPD).通用型通用型检测器检测器(Universal Detector)热导检测器(热导检测器(TCD)p气相色谱最早的检测器气
21、相色谱最早的检测器, 1946.p测量样品气流导热性能的变化。测量样品气流导热性能的变化。p热导热导-热量从高温物体到低温物体的传导。热量从高温物体到低温物体的传导。.TCD 热导池热导池p两个平行的气流,样品和参考。两个平行的气流,样品和参考。p惠斯通电桥用来比较两个气流的阻抗。惠斯通电桥用来比较两个气流的阻抗。p气流的速度、压力及电的变化影响被最小化。气流的速度、压力及电的变化影响被最小化。.气体的热导气体的热导p分子越小,运动速度越快,导热性能越好。分子越小,运动速度越快,导热性能越好。pH2 和和He是最小的分子,它们的热导性能比绝大部分有机物和无是最小的分子,它们的热导性能比绝大部分
22、有机物和无机气体高机气体高6到到10倍。倍。pH2 和和He是最普通的载气;是最普通的载气;N2 和和Ar也可采用。也可采用。.TCD 操作注意事項1. 打開气体钢瓶 (He, Ar或N2), 並須确认钢瓶无误, 输出压 为 80PSI(5.5kg/cm2 )2. 确定流速 Carrier Gas= Reference Gas3. 等待 COL/ INJ / DET 溫度到達設定值4. 設定 Electronics On5. 等待 TCD 穩定至少約 30 min 左右6. 開始分析样品7. 結束分析時設定 Electronics Off8. 降溫 COL / INJ / DET = 50 (
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