气相色谱仪原理和应用.ppt

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1、气相色谱仪原理和应用气相色谱仪原理和应用目录目录 引言引言 气相色谱系统气相色谱系统 色谱基本理论色谱基本理论 检测器检测器 定量分析方法定量分析方法12345引言引言“气相色谱分析气相色谱分析”具有分离效能具有分离效能高高，分析速度，分析速度快快，分析结果，分析结果准确准确，易于自动化操作等特点，易于自动化操作等特点，成为是近代重要的分析手段之一，能够与质谱成为是近代重要的分析手段之一，能够与质谱，计算机结合进行色，计算机结合进行色质联用分析时，同时又能对复杂的的多组分混质联用分析时，同时又能对复杂的的多组分混合物进行定性、定量分析，从而广泛的应用于合物进行定性、定量分析，从而广泛的应用于环

2、境科学、医药、生物化学、农药残留等领域。环境科学、医药、生物化学、农药残留等领域。以以气体气体为流动相、以为流动相、以固定液固定液或或固体吸附剂固体吸附剂作为作为固定相的色谱法称为气相色谱法（固定相的色谱法称为气相色谱法（GCGC）。）。气相色气相色谱谱的原理的原理气相色谱仪是以气体作为流动相（载气）。当样品被气相色谱仪是以气体作为流动相（载气）。当样品被送入进样器后由载气携带进入色谱柱。由于样品中送入进样器后由载气携带进入色谱柱。由于样品中各各组份在色谱柱中的流动相（气相）和固定相（液相或组份在色谱柱中的流动相（气相）和固定相（液相或固相）间分配或吸附系数的差异固相）间分配或吸附系数的差异。

3、在载气的冲洗下，。在载气的冲洗下，各组份在两相间作反复多次分配，使各组份在色谱柱各组份在两相间作反复多次分配，使各组份在色谱柱中得到分离，然后由接在柱后的检测器根据组份的物中得到分离，然后由接在柱后的检测器根据组份的物理化学特性，将各组份按顺序检测出来。理化学特性，将各组份按顺序检测出来。条件：条件：在在400 以下以下的温度的温度可以汽化可以汽化(变成气体变成气体)的化合物的化合物。在汽化时在汽化时不会不会分解分解的化合物的化合物 在汽化时可以在汽化时可以分解分解成固定比例碎片的化合物成固定比例碎片的化合物(热热裂解裂解 GC)气相色谱系统气相色谱系统检测器进样器色谱柱GAS 气源柱温箱数据

4、处理基本术语基本术语 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时间，t0峰高（峰高（Peak Heigh)从峰最大值到峰底的距离从峰最大值到峰底的距离峰面积（峰面积（Peak Area)峰与峰底之间的面积峰与峰底之间的面积载气载气和和检测器用气检测器用气通常用通常用氦气氦气和和氮气氮气(在在使用使用毛毛细管柱作分析的细管柱作分析的情况情况时下时下，使用使用氦氦气作气作载气载气

5、是是比较理想的比较理想的)。气体的纯度最好高于气体的纯度最好高于 99.999%检测器用气检测器用气 FID.H2,空气空气 ECD.N2(在在使用填充柱的使用填充柱的情况情况下下，载气当然，载气当然使用氮气使用氮气，在使用毛细柱的情况下氮气被用做尾吹气），在使用毛细柱的情况下氮气被用做尾吹气）FTD.H2,Air FPD.H2,Air 载气载气控制方控制方式式检测器检测器检测器是将流出色谱柱的载气中被检测器是将流出色谱柱的载气中被分离组分离组分分的的浓度浓度和和质量质量转化为电信号（电压或电转化为电信号（电压或电流）变化的装置。流）变化的装置。热导检测器热导检测器 TCD火焰离子检测器火焰离

6、子检测器 FID电子俘获检测器电子俘获检测器 ECD氮磷检测器氮磷检测器 NPD火焰光度检测器火焰光度检测器 FPD热导检测器热导检测器TCDTCD原理：气流中原理：气流中样品浓度发生变化样品浓度发生变化，则从热敏元，则从热敏元件上所带走的热量也就不同，从而改变热敏元件上所带走的热量也就不同，从而改变热敏元件的电阻值，由于热敏元件为组成惠斯顿电桥件的电阻值，由于热敏元件为组成惠斯顿电桥之臂，只要桥路中任何一臂电阻发生变化，则之臂，只要桥路中任何一臂电阻发生变化，则整个线路就立即有信号输出。整个线路就立即有信号输出。特点：此检测器几乎对所有可挥发的有机和无特点：此检测器几乎对所有可挥发的有机和无

7、机物质均能响应。但灵敏度较低，被測样品的机物质均能响应。但灵敏度较低，被測样品的浓度不得低于万分之一。属非破坏性检测器。浓度不得低于万分之一。属非破坏性检测器。TCDTCD检测器使用事项检测器使用事项载载气中含有氧气中含有氧时时，热丝热丝寿命会寿命会缩缩短，所以短，所以载载气气中必中必须彻须彻底除氧。底除氧。用用氢氢气做气做载载气气时时，气体排至室外。，气体排至室外。检测检测器通器通电电之前，一定要确保之前，一定要确保载载气已气已经经通通过检过检测测器，防止器，防止热丝烧热丝烧断。断。检测检测器器电电流越高，灵敏度越高，但灯流越高，灵敏度越高，但灯丝丝寿命会寿命会缩缩短。短。使用使用应该应该注

8、意尾吹气不能关注意尾吹气不能关闭闭，默，默认值为认值为8mL/min。关机关机时时一定要先关一定要先关检测检测器器电电源，然后关源，然后关载载气。气。氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器FIDFID原理：在氢氧焰的高温作用下，许多分子均将原理：在氢氧焰的高温作用下，许多分子均将分裂为碎片，并有自由基和激态分子产生，从分裂为碎片，并有自由基和激态分子产生，从而在氢焰中形成这些高能粒子所组成的高能区而在氢焰中形成这些高能粒子所组成的高能区，当有机分子进入此高能区时，就会被电离，当有机分子进入此高能区时，就会被电离，从而在外电路中输出离子电流信号。从而在外电路中输出离子电流信号。特点：体积小，灵敏度

9、高，死体积小，应答时特点：体积小，灵敏度高，死体积小，应答时间快，但对部分物质如间快，但对部分物质如H2、O2、N2、CO、CO2、NO、NO2、CS2、H2O等无响应。属破坏性检测器。等无响应。属破坏性检测器。FIDFID检测器使用事项检测器使用事项氢气、空气的比值氢气、空气的比值1：10。检测器温度设置高于色谱柱实际工作的温度，检测器温度设置高于色谱柱实际工作的温度，建议使用温度建议使用温度250。在未接上色谱柱时，不要打开氢气阀门。在未接上色谱柱时，不要打开氢气阀门。必须在温度升高后再点火，关闭时，应先熄火必须在温度升高后再点火，关闭时，应先熄火再降温。再降温。因故障导致火焰熄灭，应尽量

10、关闭氢气阀门，因故障导致火焰熄灭，应尽量关闭氢气阀门，排除了故障重新点火时，再打开氢气阀门。排除了故障重新点火时，再打开氢气阀门。火焰光度检测器火焰光度检测器FPDFPD原理原理:燃烧着的氢焰中，当有样品进入时，则氢燃烧着的氢焰中，当有样品进入时，则氢焰的谱线和发光强度均发生变化，然后由光电焰的谱线和发光强度均发生变化，然后由光电倍增管将光度变化转变为电信号。倍增管将光度变化转变为电信号。特点特点:对磷、硫化合物有很高的选择性，适当选对磷、硫化合物有很高的选择性，适当选择光电倍增管前的滤光片将有助于提高选择性择光电倍增管前的滤光片将有助于提高选择性，排除干扰。，排除干扰。F FP PD D检测

11、器使用事项检测器使用事项建建议议FPD使用温度使用温度250。FPD的氢气、空气流量与的氢气、空气流量与FID不同。不同。必须在温度升高后再点火，关闭时，应先熄火必须在温度升高后再点火，关闭时，应先熄火再降温。再降温。滤光片表面应清洁无污物，勿用于触摸其表面。滤光片表面应清洁无污物，勿用于触摸其表面。氮磷检测器氮磷检测器NPDNPD原理原理:在在FID中加入一个用碱金属盐制成的玻璃珠，中加入一个用碱金属盐制成的玻璃珠，当样品分子含有在燃烧时能与碱盐起反应的元素时当样品分子含有在燃烧时能与碱盐起反应的元素时，则将使碱盐的挥发度增大，这些碱盐蒸气在火焰，则将使碱盐的挥发度增大，这些碱盐蒸气在火焰中

12、将被激发电离，而产生新的离子流，从而输出信中将被激发电离，而产生新的离子流，从而输出信号。号。特点特点:这是一种有选择性的检测器，对含有能增加这是一种有选择性的检测器，对含有能增加碱盐挥发性的化合物特别敏感。对含氮、磷有机物碱盐挥发性的化合物特别敏感。对含氮、磷有机物有很高的灵敏度。属破坏性检测器有很高的灵敏度。属破坏性检测器NPDNPD检测器使用事项检测器使用事项氮磷检测器的使用温度保持在氮磷检测器的使用温度保持在330C340C，可，可以有效防止及减轻检测器的污染程度，还有利以有效防止及减轻检测器的污染程度，还有利于铷珠在较低的电压下激发。于铷珠在较低的电压下激发。如果发现氮磷检测器的灵敏

13、度异常降低，不要如果发现氮磷检测器的灵敏度异常降低，不要轻易增加铷珠的电压，可以将检测器的收集极轻易增加铷珠的电压，可以将检测器的收集极拆下用砂纸打磨后，用棉签蘸丙酮等有机溶剂拆下用砂纸打磨后，用棉签蘸丙酮等有机溶剂清洗。清洗。定期定期(约约23个月个月)清洗或更换进样器中的内衬管清洗或更换进样器中的内衬管，避免农药组分在内衬管内的吸附。，避免农药组分在内衬管内的吸附。电子捕获检测器电子捕获检测器ECDECD 原理：载气分子在原理：载气分子在6363NiNi辐射源中所产生的辐射源中所产生的 粒子的作用下离子化，在电场粒子的作用下离子化，在电场中形成稳定的基流，当含电负性基团的组分通过时中形成稳

14、定的基流，当含电负性基团的组分通过时，俘获电子使基流减小而产生电信号。，俘获电子使基流减小而产生电信号。特点：特点：对电负性物质（例如：卤化物对电负性物质（例如：卤化物,有机汞，有机有机汞，有机氯及过氧化物，金属有机物，硝基、甾类化合物等氯及过氧化物，金属有机物，硝基、甾类化合物等）有很高的灵敏度）有很高的灵敏度。属非破坏性检测器。属非破坏性检测器。ECDECD检测器使用事项检测器使用事项气路要安装气体气路要安装气体过滤过滤器和氧气捕器和氧气捕获获器。器。ECD使用温度为使用温度为250 350，否则检测器很难平衡，建议使用温度为，否则检测器很难平衡，建议使用温度为300。ECD升温前通载气约

15、升温前通载气约10min，先升检测器温度再，先升检测器温度再升进样口、柱温。升进样口、柱温。关闭载气和尾吹起后，用堵头封住关闭载气和尾吹起后，用堵头封住ECD出口，出口，避免空气进入。避免空气进入。使用填充柱时也需供给尾吹起（使用填充柱时也需供给尾吹起（23mL/min）。）。气相色谱理论气相色谱理论色谱图：色谱图：1.1.根据根据色谱峰的个数色谱峰的个数可以判断样品中所含组分的最少可以判断样品中所含组分的最少个数个数；2.2.根据色谱峰的保留时间和峰面积可以做根据色谱峰的保留时间和峰面积可以做定性定性和和定量定量分析；分析；3.3.色谱峰的保留值及区域宽度（峰高、峰面积）可以评价色色谱峰的保

16、留值及区域宽度（峰高、峰面积）可以评价色谱柱的分离效能；谱柱的分离效能；4.4.两峰之间的距离是评价两峰之间的距离是评价固定相固定相（和流动相）选择是否合适（和流动相）选择是否合适的依据的依据。分流分流/不分流进样不分流进样分流分流/不分流进样是不分流进样是毛细管毛细管GC最常用的进样方式最常用的进样方式，它既可用作分流进样，也可用作不分流进样口，它既可用作分流进样，也可用作不分流进样口，下图是典型的分流，下图是典型的分流/不分流进样口示意图。从结不分流进样口示意图。从结构上看，分流构上看，分流/不分流进样口与填充柱进样有明显不分流进样口与填充柱进样有明显的不同，一是前者有分流气出口及其控制装

17、置，的不同，一是前者有分流气出口及其控制装置，二是除了进样口前有一个控制阀外，在分流气路二是除了进样口前有一个控制阀外，在分流气路上还有一个柱前压调节阀，三是二者使用的衬管上还有一个柱前压调节阀，三是二者使用的衬管结构不同。而分流进样和不分流进样在操作参数结构不同。而分流进样和不分流进样在操作参数的设置，对样品的要求以及衬管结构方面也有很的设置，对样品的要求以及衬管结构方面也有很大区别大区别。样品的适用性样品的适用性分流进样适合于大部分可挥发样品，包括液体和分流进样适合于大部分可挥发样品，包括液体和气体样品。此外，气体样品。此外，如果对样品的组成不很清楚。如果对样品的组成不很清楚。也应首先采用

18、分流进样口，对于一些相对也应首先采用分流进样口，对于一些相对“脏脏”的样品，更应采用分流进样，因为分流进样时大的样品，更应采用分流进样，因为分流进样时大部分样品被放空，只有一小部分样品进入色谱柱部分样品被放空，只有一小部分样品进入色谱柱，这在很大程度上，这在很大程度上防止了柱污染防止了柱污染。只是在分流进。只是在分流进样不能满足分析要求时（灵敏度太低），才考虑样不能满足分析要求时（灵敏度太低），才考虑其他进样方式，如不分流进样。其他进样方式，如不分流进样。总之，分流进样的适用范围宽，灵活性很大。分总之，分流进样的适用范围宽，灵活性很大。分流比可调范围广，故成为毛细管流比可调范围广，故成为毛细管

19、GC的首选进样方的首选进样方式。式。分流进样规则分流进样规则进样口温度比样品中最高沸点的温度至少高进样口温度比样品中最高沸点的温度至少高20 C，以便高效且得到好的重现性。以便高效且得到好的重现性。针头不用预热，快速进样，并迅速拔出针头。针头不用预热，快速进样，并迅速拔出针头。自动进样器一般为自动进样器一般为1L或更少。对高沸点的样品或更少。对高沸点的样品应在进样口停留应在进样口停留1-2s。如果程序升温，柱温箱的温度应该高于溶剂的如果程序升温，柱温箱的温度应该高于溶剂的沸点，进样后应快速升温。沸点，进样后应快速升温。以确保隔垫吹扫打开，设定为以确保隔垫吹扫打开，设定为2-5 mL/min。不

20、分流进样的规则将将进样口温度进样口温度设置为沸点最高物质的沸点上。设置为沸点最高物质的沸点上。在进样口预热针头在进样口预热针头0.05 min.以以1.0 L/sec的速度进样。让注射器停在进样口几秒钟以确的速度进样。让注射器停在进样口几秒钟以确保样品完全气化。保样品完全气化。开始时，柱温箱温度设定为比溶剂的沸点低开始时，柱温箱温度设定为比溶剂的沸点低20C，保保持持1分钟，然后以分钟，然后以30C/min的速度升到比溶剂沸点高的速度升到比溶剂沸点高 40-60C的温度，然后再根据样品需要程序升温。的温度，然后再根据样品需要程序升温。将软件置于不分流模式（将软件置于不分流模式（splitles

21、s），所有进样口的流所有进样口的流量应经过色谱柱和隔垫吹扫量应经过色谱柱和隔垫吹扫。进样时间为进样时间为0.5-1.0分钟后，进样口切换到分流模式分钟后，进样口切换到分流模式，排气流量至少应排气流量至少应设为设为50 mL/min。保证隔垫吹扫打开，并设为保证隔垫吹扫打开，并设为2-5 mL/min。内标物所必需的特性内标物所必需的特性 内标峰必需和样品中的其它所有物质的峰能内标峰必需和样品中的其它所有物质的峰能够完全分开。够完全分开。内标物应该在目标峰附近出峰。内标物应该在目标峰附近出峰。内标物应该与目标成份的化学性质相似。内标物应该与目标成份的化学性质相似。(同系物等是比较理想的同系物等是比较理想的)内标物化学性质应该的稳定的。内标物化学性质应该的稳定的。在内标法中在内标法中,“选择内标物质选择内标物质的相当重要的的相当重要的-而且而且的的困难的困难的。