第3章-气相色谱法概要优秀PPT.ppt
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1、第三章第三章 气相色谱法气相色谱法GasChromatographyGC 气相色谱法(GC)是英国生物化学家Martin等人在探讨液液安排色谱的基础上,于1952年创立的一种极有效的分别方法,它可分析和分别困难的多组分混合物。目前由于运用了高效能的色谱柱,高灵敏度的检测器及微处理机,使得气相色谱法成为一种分析速度快、灵敏度高、应用范围广的分析方法。如气相色谱与质谱(GCMS)联用、气相色谱与Fourier红外光谱(GCFTIR)联用、气相色谱与原子放射光谱(GCAES)联用等。气相色谱法n气相色谱仪气相色谱仪n检测系统检测系统n气相色谱的固定相气相色谱的固定相n气相色谱条件的选择气相色谱条件的
2、选择n毛细管柱气相色谱法毛细管柱气相色谱法第一节第一节.气相色谱仪气相色谱仪色谱色谱气固色谱气固色谱(GSC):以多孔性固体:以多孔性固体为固定相,应用不广为固定相,应用不广 气液色谱(气液色谱(GLC):以高沸点的有:以高沸点的有机物涂渍在惰性载体上为固定相,机物涂渍在惰性载体上为固定相,应用特别广泛应用特别广泛液相色谱液相色谱气相色谱气相色谱(GC)气相色谱平面结构流程气相色谱平面结构流程 processofgaschromatograph载气系统进样系统分别系统检测系统温控系统1.1.载气系统载气系统作用:供应气密性好,流速、流量稳定的载气作用:供应气密性好,流速、流量稳定的载气(流淌相
3、流淌相)密度较小的载气密度较小的载气 密度较大的载气密度较大的载气 氢气氢气氦气氦气氮气氮气氩气氩气载气载气主要部件:主要部件:n 净化器:净化器:提高载气纯度,净化剂有活性炭、硅提高载气纯度,净化剂有活性炭、硅 胶和分子筛等胶和分子筛等n 稳流稳压装置:稳流稳压装置:保持载气的流速恒定、压力恒定保持载气的流速恒定、压力恒定n气源:供应高压载气气源:供应高压载气2.2.进样系统进样系统主要部件主要部件:进样器和气化室:进样器和气化室n进样器进样器微量注射器,规格有微量注射器,规格有1 L,5 L,10 L,1mL,5mL,10mL等等六通阀:推拉式和旋转式六通阀:推拉式和旋转式 作用:将试样在
4、进入色谱柱前快速气化,然后定量地进到色作用:将试样在进入色谱柱前快速气化,然后定量地进到色 谱柱中。谱柱中。作用作用:将液体样品瞬间气化(以避开将液体样品瞬间气化(以避开进样过程长而影响色谱峰形)进样过程长而影响色谱峰形)要求要求:气化室内壁具有足够的惰性气化室内壁具有足够的惰性,不不对样品发生吸附或化学反应对样品发生吸附或化学反应,也不能也不能对样品的分解起催化作用。因此对样品的分解起催化作用。因此,在在气化室不锈钢套管中插入一石英玻璃气化室不锈钢套管中插入一石英玻璃衬管衬管.隔垫吹扫功能隔垫吹扫功能:进样隔垫为硅橡胶制进样隔垫为硅橡胶制成成,会含有一些残留溶剂或低分子齐会含有一些残留溶剂或
5、低分子齐聚物聚物,同时由于气化室高温的影响同时由于气化室高温的影响,硅硅橡胶会发生部分降解橡胶会发生部分降解.n 气化室气化室3.3.分别系统分别系统作用:完成待分别组分的色谱分别作用:完成待分别组分的色谱分别主要部件:主要部件:n 色谱柱:完成各组分的分别任务色谱柱:完成各组分的分别任务n 色谱炉(柱箱):为样品中各组分在柱内的分色谱炉(柱箱):为样品中各组分在柱内的分n 离供应合适的温度离供应合适的温度n 温度限制装置:用来设定、限制、测量色谱炉、温度限制装置:用来设定、限制、测量色谱炉、n 气化室和检测器的温度气化室和检测器的温度填填充充柱柱:由由不不锈锈钢钢或或玻玻璃璃材材料料制制成成
6、,内内装装固固定定相相,一一般般内内径径为为24mm,长,长13m。填充柱的形态有。填充柱的形态有U型和螺旋型二种。型和螺旋型二种。毛毛细细管管柱柱:又又叫叫空空心心柱柱,毛毛细细管管材材料料可可以以是是不不锈锈钢钢,玻玻璃璃或或石石英英。一一般般内内径径为为0.l0.5mm,而而柱柱子子可可以以做做到到长长几几十十米米。毛毛细细管管色色谱谱柱柱渗渗透透性性好好,传传质质阻阻力力小小,与与填填充充往往相相比比,其其分分别别效效率率高高(理理论论塔塔板板数数可可达达106)、分分析析速速度度块块、样样品品用用量量小小,但但柱柱容容量量低低、要要求求检检测测器器的的灵灵敏敏度高,并且制备较难。度高
7、,并且制备较难。色谱柱 色谱仪的核心部件色谱仪的核心部件4.4.检测系统检测系统作用:将载气里被测组分的量转化为易于测量的电信号作用:将载气里被测组分的量转化为易于测量的电信号,从从 而进行定性而进行定性,定量分析定量分析性能要求性能要求:响应快响应快,灵敏度高灵敏度高,噪声低噪声低,线性范围宽线性范围宽,对各种物对各种物 质都有响应质都有响应,对流速和温度变更不敏感对流速和温度变更不敏感四种检测器是重点!四种检测器是重点!5.5.记录系统记录系统n作用:自动记录由检测器输出的电信号,形成色谱图作用:自动记录由检测器输出的电信号,形成色谱图n主要部件:放大器、记录器主要部件:放大器、记录器 载
8、气系统:气源、气体净化器、稳压稳流装置载气系统:气源、气体净化器、稳压稳流装置进样系统:进样器、气化室进样系统:进样器、气化室分别系统:色谱柱、控温柱箱分别系统:色谱柱、控温柱箱检测系统:检测器检测系统:检测器记录系统:放大器、记录仪记录系统:放大器、记录仪 气相色谱仪通常由五部分组成: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更,检测测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变更,检测信号值与组分的浓度成正比。热导检测器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更,即检测测量的是载气中某
9、组分进入检测器的速度变更,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。氢火信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。氢火焰离子化检测器焰离子化检测器 通用型检测器:通用型检测器:universaluniversal 对全部物质有响应,热导检测器;对全部物质有响应,热导检测器;选择型检测器:选择型检测器:specificspecific 对特定物质有高灵敏响应,电子俘获检测器;对特定物质有高灵敏响应,电子俘获检测器;其次节其次节.检测系统检测系统 1.1.热导检测器热导检测器n 原理:就是利用不同的物质具有不同的导热系数。原理:就是利用不同的物质具有不同的导热系数。n 热导检测器由于
10、结构简洁,性能稳定,几乎对全部物质都有热导检测器由于结构简洁,性能稳定,几乎对全部物质都有响应,通用性好,而且线性范围宽,价格便宜,因此是应用最响应,通用性好,而且线性范围宽,价格便宜,因此是应用最广,最成熟的一种检测器。其主要缺点是灵敏度较低。广,最成熟的一种检测器。其主要缺点是灵敏度较低。u在放射极和收集极之间加有确定的在放射极和收集极之间加有确定的直流电压(直流电压(100300V)构成一个外)构成一个外加电场。加电场。u氢焰检测器须要用到三种气体:氢焰检测器须要用到三种气体:uN2:载气携带试样组分;:载气携带试样组分;uH2:为燃气;:为燃气;u空气:助燃气。空气:助燃气。u运用时须
11、要调整三者的比例关系,运用时须要调整三者的比例关系,检测器灵敏度达到最佳。检测器灵敏度达到最佳。2.2.氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器n 原理:利用有机化合物在氢火焰中燃烧原理:利用有机化合物在氢火焰中燃烧时能产生带电离子碎片,收集其荷电量进时能产生带电离子碎片,收集其荷电量进行测定。行测定。u特点特点u典型的质量型检测器,典型的质量型检测器,u对有机化合物具有很高的灵敏度,对有机化合物具有很高的灵敏度,u无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应。灵敏度低或不响应。u氢焰检测器结构简洁、稳定性好、灵敏度高、响应氢焰检测器结构
12、简洁、稳定性好、灵敏度高、响应快速等特点。快速等特点。2.2.氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器FID:hydrogenflameionizationdetector 高选择性检测器,高选择性检测器,仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度,检仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度,检测下限测下限10-14g/mL,对大多数烃类没有响应。,对大多数烃类没有响应。3.3.电子俘获检测器电子俘获检测器ECD:electroncapturedetector4.4.火焰光度检测器火焰光度检测器(FPD)高选择性和高灵敏度的质量型检测器高选择性和高灵敏度的质量型检测器对含磷、
13、硫有机化合物具有检出限可达对含磷、硫有机化合物具有检出限可达10-12gS-1(对(对P)或或10-11gS-11(对(对S)。)。这种检测器可用于大气中痕量硫化物以及这种检测器可用于大气中痕量硫化物以及农副产品,水中的毫微克级有机磷和有机硫农药残留量的测定。农副产品,水中的毫微克级有机磷和有机硫农药残留量的测定。硫、磷检测器硫、磷检测器 通用检测器有:通用检测器有:热导池检测器,热导池检测器,TCD(Thermal TCD(Thermal conductivity detector)conductivity detector)测一般化合物和永久性气体测一般化合物和永久性气体氢火焰离子化检测器
14、氢火焰离子化检测器,FID(Hydrogen,FID(Hydrogen flame ionization detector)flame ionization detector)测一般有测一般有机化合物机化合物 专用检测器有:专用检测器有:电子俘获检测器,电子俘获检测器,ECD(Electron capture ECD(Electron capture detector)detector)测带强电负性原子的有机化合物测带强电负性原子的有机化合物火焰光度检测器,火焰光度检测器,FPD(Flame FPD(Flame photometric detector)photometric detector
15、)测含硫、含磷的有机化合物测含硫、含磷的有机化合物 特殊检测器有:特殊检测器有:FTIRFTIR、MSMS、测化合物结、测化合物结构构 6.6.色谱检测器的性能指标色谱检测器的性能指标 一个优良的检测器应具以下几特性能指标:灵敏度高,检出限低,死体积小,响应快速,线性范围宽,稳定性好。通用性检测器要求适用范围广;选择性检测器要求选择性好。灵敏度灵敏度浓度型检测器浓度型检测器:R取取mV,Q取取mgmL-1,灵敏度灵敏度S的单位是的单位是mVmLmg-1质量型检测器质量型检测器:Q取取gs-1,则灵敏度则灵敏度S的单位为的单位为mVsg-16.6.色谱检测器的性能指标色谱检测器的性能指标当确定浓
16、度或确定质量的组分进入检测器,产生确定当确定浓度或确定质量的组分进入检测器,产生确定的响应信号的响应信号R。以进样量。以进样量C(单位:(单位:mg-3或或gs-1)对)对响应信号(响应信号(R)作图得到一条通过原点的直线。直线)作图得到一条通过原点的直线。直线的斜率就是检测器的灵敏度(的斜率就是检测器的灵敏度(S)检出限检出限D(敏感度)(敏感度)当检测器输出信号放大时,电子当检测器输出信号放大时,电子线路中固有的噪声同时也被放大,线路中固有的噪声同时也被放大,使基线波动。取基线起伏的平均使基线波动。取基线起伏的平均值为噪声的平均值,用符号值为噪声的平均值,用符号N表表示。示。检出限定义为:
17、检出限定义为:检测器恰能产生检测器恰能产生三倍于噪声信号时的单位时间三倍于噪声信号时的单位时间(单位:(单位:S)引入检测器的样品)引入检测器的样品量(单位:量(单位:g),或单位体积),或单位体积(单位:(单位:cm3)载气中需含的样)载气中需含的样品量。品量。检出限的单位为检出限的单位为:mgmL-1或或gs-1热导检测器热导检测器-热导检测器的检出限一般约为热导检测器的检出限一般约为10-6mgcm-3,即每毫升载气中约有即每毫升载气中约有10-6mg溶质所产生的响应信号相当于噪溶质所产生的响应信号相当于噪声的声的3倍。倍。火焰离子化检测器火焰离子化检测器-火焰离子化检测器的检出限一般为
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