气相色谱分析法周老师.ppt
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1、第第12章章气相色谱分析法气相色谱分析法一、气相色谱仪一、气相色谱仪gas chromatographic instruments二、二、气相色谱仪流程气相色谱仪流程process of gas chromatograph三、气相色谱主要部件三、气相色谱主要部件main assembly of gas chromatograph第一节 气相色谱仪gas chromatographic analysis,GCgas chromatographic instruments2022/10/28一、气相色谱仪器一、气相色谱仪器 gas chromatographic instruments2022/1
2、0/28气相色谱仪器气相色谱仪器2022/10/28气相色谱仪器气相色谱仪器2022/10/28二、气相色谱结构流程二、气相色谱结构流程 process of gas chromatograph1-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2022/10/28结构流程结构流程2022/10/28三、气相色谱仪主要部件三、气相色谱仪主要部件 main assembly of gas chromatograph1.1.载气系统载气系
3、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;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。2022/10/282.进样装置进样装置 进样装置:进样装置:进样器+气化室;气体进样器(六通阀):气体进样器(六通阀):推拉式和旋转式两种。试样首先充满定量管,切入后,载气携带定量管中的试样气体进入分离柱;2022/10/28 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
4、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。2022/10/283.3.色谱柱(分离柱)色谱柱(分离柱)色谱柱: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。2022/10/284.4.检测系统检测系统 色谱仪的眼睛,通常由检测元件、放大器、显示记
5、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、氢火焰离子化检测器;有关检测器原理、结构见第三节。2022/10/285.5.温度控制系统温度控制系统 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;检测器:保证被分离后的组分通过时不在此冷凝;分离室:准确控制分离需要的温度。当试样复杂时,分离
6、室温度需要按一定程序控制温度变化,各组分在最佳温度下分离;2022/10/28第第十二十二章章气相色谱分析法气相色谱分析法一、一、气固色谱固定相气固色谱固定相stationary phases in Gas-solid chromatograph二、气液色谱固定相二、气液色谱固定相stationary phases in gas-liquid chromatograph 第二节 气相色谱固定相gas chromatographic analysis,GCstationary phases in gas chromatograph 2022/10/28一、气固色谱固定相一、气固色谱固定相 sta
7、tionary phases in Gas-solid chromatograph1.1.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。2022/10/28气固色谱固定相气固色谱固定相 (4)分子筛分子筛 碱及碱土金属的硅铝酸盐(沸石),多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子筛等(
8、孔径:埃)。常用5A和13X(常温下分离O2与N2)。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)。型号:GDX-01、-02、-03等。适用于水、气体及低级醇的分析。2022/10/282.2.气固色谱固定相的特点气固色谱固定相的特点(1)性能与制备和活化条件有很大关系;)性能与制备和活化条件有很大关系;(2)同同一一种种固固定定相相,不不同同厂厂家家或或不不同同活活化化条条件件,分分离离效效果果差异较大;差异较大;(3)种类有限,能分离的
9、对象不多;)种类有限,能分离的对象不多;(4)使用方便。)使用方便。2022/10/28二、气液色谱固定相二、气液色谱固定相 stationary phases in gas-liquid chromatograph 气液色谱固定相气液色谱固定相 固定液固定液+担体担体(支持体):小颗粒表面涂渍上一薄层固定液。小颗粒表面涂渍上一薄层固定液。固定液特点:固定液特点:固定液在常温下不一定为液体,但在使用温度下一定呈液体状态。固定液在常温下不一定为液体,但在使用温度下一定呈液体状态。固定液的种类繁多,选择余地大,应用范围不断扩大。固定液的种类繁多,选择余地大,应用范围不断扩大。担体:化学惰性的多孔性
10、固体颗粒,具有较大的比表面积。担体:化学惰性的多孔性固体颗粒,具有较大的比表面积。2022/10/28 1.1.作为担体使用的物质应满足的条件作为担体使用的物质应满足的条件 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或吸吸附附性性很很弱弱,与与被被分分离离组组份份不起反应;不起反应;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。2022/10/282.2.担体(硅藻土)担体(硅藻土)红色担体红色担体:孔径较小,表孔密集
11、,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。适宜分离非极性或弱极性组分的试样。缺点是表面存有活适宜分离非极性或弱极性组分的试样。缺点是表面存有活性吸附中心点。性吸附中心点。白色担体白色担体: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。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,适宜分离极性组分的试样。显著减小,适宜分离极性组分的试样。2022/10/28表表 气液色谱担体气液色谱担体2022/10/28 固定液:固定液:高沸点难挥发的有机化合物,种类
12、繁多。(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。(2)选择的基本原则选择的基本原则 “相似相溶相似相溶”,选择与试样性质相近的固定相。(3)固定液分类方法固定液分类方法 如按化学结构、极性、应用等的分类方法。在各种色谱手册中,一般将固定液按有机化合物的分类方法分为:脂肪烃、芳烃、醇、酯、聚酯、胺、聚硅氧烷等。2022/10/28(4)(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
13、至两种以上配合使用;(6)固定液的相对极性固定液的相对极性 规定:角鲨烷(异三十烷)的相对极性为零,氧二丙睛的相对极性为100。2022/10/28表表 优选固定液优选固定液麦氏常数:x、y、z、u、s表示,分别代表了极性分子间存在着的静电力(偶极定向力);极性与非极性分子间存在着的诱导力;非极性分子间的色散力;氢键等。也可以用五个数的总和来表示固定相的极性大小,如:,氧二丙睛五个常数的总和为4427,是强极性固定相。2022/10/28第十二十二章气相色谱分析法一、检测器特性一、检测器特性specific property of detectorspecific property of de
14、tector二、热导检测器二、热导检测器TCDTCDthermal conductivity detector三、氢火焰离子化检测器三、氢火焰离子化检测器flame ionization detector,FID四、电子捕获检测器四、电子捕获检测器electron capture detector,ECD五、其他检测器五、其他检测器other detector第三节 气相色谱检测器gas chromatographic analysis,GCdetector of gas chromatograph2022/10/28一、检测器特性 specific property of detector浓
15、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;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:对特定物质有高灵敏响应,电子俘获检测器;2022/10/28 响应值(或灵敏度)响应值(或灵敏度)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 S=E/m 单位:单位:mV/mV/(mg/cmmg/cm3 3);(;(浓度型检测器)
16、浓度型检测器)mV/mV/(mg/smg/s);(;(质量型检测器)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值越大,检测器(也即色谱仪)的灵敏度也就越高。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/m2022/10/283.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
17、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)。2022/10/28 检检测测器器的的线线性性度度定定义义:检测器响应值的对数值与试样量对数值之间呈比例的状况。检检测测器器的的线线性性范范围围定定义义:检测器在线性工作时,被测物质的最大浓度(或质量)与最低浓度(或质量)之比。2022/10/28二、热导检测器 thermal conductivity detector,TCD1.1.热导检测器的结构热导检测器的结构池体池体(一般用不锈钢制成)热敏元件热敏元件:电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制
18、成。参考臂:参考臂:仅允许纯载气通过,通常连接在进样装置之前。测量臂测量臂:需要携带被分离组分的载气流过,则连接在紧靠近分离柱出口处。2022/10/28 平衡电桥,右图。不同的气体有不同的热导系数。钨丝通电,加热与散热达到平衡后,两臂电阻值:R参参=R测测 ;R1=R2 则:则:R参参R2=R测测R1 无电压信号输出;记录仪走直线(基线)。2022/10/28进样后:载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气,使测量臂的温度改变,引起电阻的变化,测量臂和参考臂的电阻值不等,产生电阻差,R参参R测测 则:R参参R2R测测R1 这时电桥失去平衡,a、b两端存在着电位差,有电压信号输出
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