《气相色谱》PPT课件.ppt
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1、 第十九章第十九章 气相色谱法气相色谱法 gas chromatography GC12341.定义:以气体为流动相的色谱法。2.气相色谱法的分类:固定相的物态:气气-固色谱法固色谱法 气气-液色谱法液色谱法第一节第一节 气相色谱法的分类和一般流程气相色谱法的分类和一般流程5 柱的粗细和填充情况:填冲柱色谱法 毛细管柱色谱法 分离机制:吸附色谱法 分配色谱法61-载气钢瓶;2-减压阀;3-净化干燥管;4-针形阀;5-流量计;6-压力表;4-针形阀;5-流量计;6-压力表;9-热导检测器;10-放大器;11-温度控制器;12-记录仪;载气系统进样系统色谱柱检测系统温控系统 3.气相色谱法的一般流
2、程:7动画动画8(1)(1)载气系统载气系统 包括气源、净化干燥管和载气流速控制;常用的载气有:氢气、氮气、氦气;常用的载气有:氢气、氮气、氦气;净化干燥管:去除载气中的水、有机物等杂质(依次通过分子筛、活性炭等);载气流速控制:压力表、流量计、针形稳压阀,控制载气流速恒定。9(2)进样系统 进样装置:进样装置:进样器+气化室;液体进样器:液体进样器:不同规格的专用注射器,填充柱色谱常用10L;毛细管色谱常用1L;新型仪器带有全自动液体进样器,清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成,一次可放置数十个试样。气化室气化室:将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。10(3)色谱柱系统(分离柱)色谱
3、柱:色谱柱:色谱仪的核心部件。柱材质:柱材质:不锈钢管或玻璃管,内径3-6毫米。长度可根据 需要确定。柱填料:柱填料:粒度为60-80或80-100目的色谱固定相。液液-固色谱:固体吸附剂固色谱:固体吸附剂 液液-液色谱:担体液色谱:担体+固定液固定液 柱制备对柱效有较大影响,填料装填太紧,柱前压力大,流速慢或将 柱堵死,反之空隙体积大,柱效低。有关固定液性质及其选择见下一节。11(4)检测系统 色谱仪的眼睛,通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成;被色谱柱分离后的组分依次进入检测器,按其浓度或质量随时间的变化,转化成相应电信号,经放大后记录和显示,给出色谱图;检测器:检测器:广普型广普型
4、对所有物质均有响应;对所有物质均有响应;专属型专属型对特定物质有高灵敏响应;对特定物质有高灵敏响应;常用的检测器:热导检测器、氢火焰离子化检器;常用的检测器:热导检测器、氢火焰离子化检器;12(5)温度控制系统 温度是色谱分离条件的重要选择参数;温度是色谱分离条件的重要选择参数;气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度;气化室:保证液体试样瞬间气化;气化室:保证液体试样瞬间气化;检测器:保证被分离后的组分通过时不在此冷凝;检测器:保证被分离后的组分通过时不在此冷凝;分离室:准确控制分分离室:准确控制分离需要的温度。当试样离需要的温度。当试样复杂时,分离室温度需复杂时,分离室温度需
5、要按一定程序控制温度要按一定程序控制温度变化,各组分在最佳温变化,各组分在最佳温度下分离;度下分离;13 第二节第二节 气相色谱固定相和流动相气相色谱固定相和流动相 一、气液色谱固定相一、气液色谱固定相 由固定液固定液和载体组成载体组成。(一)固定液(一)固定液 高沸点难挥发的有机化合物,在操作温度下为液态,在室温时为固态或液态。1.对对固定液的固定液的要求要求 应对被分离试样中的各组分具有不同的溶解能力,较好的热稳定性,并且不与被分离组分发生不可逆的化学反应。14 2.固定液的分类 化学分类法:化学分类法:按化学结构分为:脂肪烃、芳烃、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等。极性分类法极性分类法:(相
6、对极性)相对极性)规定:角鲨烷(异三十烷)的相对极性为0,,-氧二丙睛的相对极性为100。其它固定液的相对极性与它们比较,在0100之间。15 3.固定液的选择 “相似相溶相似相溶”,选择与试样性质相近的固定相。,选择与试样性质相近的固定相。164.4.固定液的最高最低使用温度固定液的最高最低使用温度 高于最高使用温度易分解,温度低呈固体。5.混合固定相混合固定相 对于复杂的难分离组分通常采用特殊固定液或将两种甚至两种以上配合使用。17(二)载体(担体)solid support 1.对载体的要求:比表面积大,孔径分布均匀;比表面积大,孔径分布均匀;化化学学惰惰性性,表表面面无无吸吸附附性性或
7、或吸吸附附性性很很弱弱,与与被被分分离离组组份份不不起反应;起反应;具有较高的热稳定性和机械强度,不易破碎;具有较高的热稳定性和机械强度,不易破碎;颗粒大小均匀、适度。一般常用颗粒大小均匀、适度。一般常用6080目、目、80100目。目。18 2.硅藻土型载体红色载体红色载体:孔径较小,表孔密集,比表面积较大,机械强度好。孔径较小,表孔密集,比表面积较大,机械强度好。常与非极性固定液配伍。缺点是表面存有活性吸附中心点。常与非极性固定液配伍。缺点是表面存有活性吸附中心点。白色载体白色载体:煅烧前原料中加入了少量助溶剂(碳酸钠)。煅烧前原料中加入了少量助溶剂(碳酸钠)。颗颗 粒疏粒疏松,孔径较大。
8、比表面积较小,机械强度较差。但吸附性松,孔径较大。比表面积较小,机械强度较差。但吸附性显著减小,常与极性固定液配伍。显著减小,常与极性固定液配伍。19 3.载体的钝化 除去或减弱载体表面的吸附性能。钝化的方法:钝化的方法:酸洗:酸洗:6mol/L HCl。除去铁、铝等金属氧化物。碱洗:碱洗:5%KOH-甲醇液。除去Al2O3等酸性作用点。硅烷化:硅烷化:与硅烷化试剂反应,除去表面的硅醇基。20二、气-固色谱固定相 种类种类 (1)活性炭活性炭 有较大的比表面积,吸附性较强。(2)活性氧化铝活性氧化铝 有较大的极性。适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体的相互分离。CO2
9、能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析。(3)硅胶硅胶 与活性氧化铝大致相同的分离性能,除能分析上述物质外,还能分析CO2、N2O、NO、NO2等,且能够分离臭氧。21 (4)分子筛分子筛 碱及碱土金属的硅硅铝铝酸酸盐盐(沸石),多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子筛等(孔径:埃)。除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分离外,还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O等。(5)高分子多孔微球(高分子多孔微球(GDX系列)系列)新型的有机合成固定相(苯乙烯与二乙烯苯共聚苯乙烯与二乙烯苯共聚)。型号:GDX-01、-02、-03等。适用于水水、气体及低低级级醇醇的分析。
10、22三、流动相(载气)氮气和氢气选择载气应与检测器匹配 TCD选H2,He FID选N223 第三节第三节 检检 测测 器器检测器(detector):将流出色谱柱的载气中被分离组分的浓度的变化转换为电信号变化的装置。24检测器类型检测器类型浓度型检测器:浓度型检测器:测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化,检测信号值与组分的浓度成正比。热导检测器、电子俘获检测器;质量型检测器:质量型检测器:测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化,即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。FID;广普型检测器:广普型检测器:对所有物质有响应,热导检测器;专属型检测器:专属型检测器:对特定物质有
11、高灵敏响应,电子俘获检测器;25一一.检测器的性能指标检测器的性能指标灵敏度(或响应值)灵敏度(或响应值)S:在一定范围内,信号E与进入检测器的物质质量m呈线性关系:E=S m S=E/m 单位:mV/(mg/cm3);(浓度型检测器)mV/(mg/s);(质量型检测器)S 表示单位质量的物质通过检测器时,产生的响应信号的大小。S值值越越大大,检检测测器器(也也即即色色谱谱仪仪)的的灵灵敏敏度度也也就就越越高高。检测信号通常显示为色谱峰,则响应值也可以由色谱峰面积(A)除以试样质量求得:S=A/m26最低检测限(最小检测量)最低检测限(最小检测量)噪声水平决定着能被检测到的浓度(或质量)。噪声
12、水平决定着能被检测到的浓度(或质量)。从从图图中中可可以以看看出出:如如果果要要把把信信号号从从本本底底噪噪声声中中识识别别出出来来,则组分的响应值就一定要高于则组分的响应值就一定要高于N。检检测测器器响响应应值值为为2倍倍噪噪声声水水平平时时的的试试样样浓浓度度(或或质质量量),被定义为最低检测限(或该物质的最小检测量)。被定义为最低检测限(或该物质的最小检测量)。27二、热导检测器二、热导检测器 thermal conductivity detector,TCD 检测原理检测原理 利用被测组分与载气的热导率的差别来检测组分的浓度变化。28检测的条件:欲测物质具有与载气不同的热导率 样品 载
13、气 敏感元件(钨丝或半导体热敏电阻)的阻值与温度之间存在着一定的关系。利用惠斯登电桥测量。29 载气的种类 检测灵敏度决定于。N2:N2小,灵敏度低。H2:H2 N2,灵敏度高,但不安全。He:价格贵。30三、氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器 flame ionization detector,FID检测原理:检测原理:有机物在氢焰的作用下,化学电离而形成离子流,借测定离子流强度进行检测。31 氢焰检测器的结构氢焰检测器的结构 (1)在发射极和收集极之间在发射极和收集极之间加有一定的直流电压(加有一定的直流电压(100300V)构成一个外加电场。)构成一个外加电场。(2)氢焰检测器需要用到
14、三氢焰检测器需要用到三种气体:种气体:N2:载气携带试样组分;H2:为燃气;空气:助燃气。使用时需要调整三者的比使用时需要调整三者的比例关系,检测器灵敏度达到最例关系,检测器灵敏度达到最佳。佳。32 影响氢焰检测器灵敏度的因素影响氢焰检测器灵敏度的因素 各种气体流速和配比的选择各种气体流速和配比的选择 N2流速的选择主要考虑分离效能,N2 H2=1 11 氢气 空气=1 10。极化电压极化电压 正常极化电压选择在100300V范围内。33四、电子捕获检测器四、电子捕获检测器 electron capture detector,ECD检测原理:检测原理:电负性物质捕获电子的能力,通过测定电子流进
15、行检测。34检测的条件:检测器内有能放射射线的放射源;载气分子能被射线电离,在电极之间形成一定的基流,常用N2或Ar作载气;样品分子中有能捕获自由电子的官能团。3536五、其他检测器五、其他检测器 other detector1.火焰光度检测器火焰光度检测器(flame photometric detector,FPD)flame photometric detector,FPD)化合物中硫硫、磷磷在富氢火焰中被还原,激发后,辐射出400、550 nm 左右的光谱,可被检测;该检测器是对含硫、磷化合物的高选择性检测器;2.热离子检测器热离子检测器(thermionic detector,TID
16、)thermionic detector,TID)氮、磷氮、磷检测器;对氮、磷有高灵敏度;在FID检测器的喷嘴与收集极之间加一个含硅酸铷的玻璃球,含氮、磷化合物在受热分解时,受硅酸铷作用产生大量电子,信号强;37特点:结构简单,容易维护。试样传输率达100%。载气仅限于氦气和氢气 载气流速应控制在3.3.质谱检测器质谱检测器(GC-MS(GC-MS联用仪器联用仪器)(1)毛细管柱直接导入型接口:38特点:结构简单,操作方便 载气流速无限制 试样传输率低 不适于填充色谱柱(2)开口分流型接口:39(3)喷射式浓缩型接口:特点:体积小,试样在分离器内停留时间短 具有分离载气、浓缩样品的功能 适于填
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