第七章气相色谱法优秀PPT.ppt
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1、第七章气相色谱法第七章气相色谱法现在学习的是第1页,共44页基本内容基本内容 柱柱长长、载载气气及及其其流流速速、填填充充颗颗粒粒、柱柱温温、进进样样量及进样方式量及进样方式7.4 7.4 定性分析定性分析 保留时间、经验规律、保留指数、双柱定性、保留时间、经验规律、保留指数、双柱定性、仪器联用定性仪器联用定性7.5 7.5 定量分析定量分析 校正因子、归一化法、外标法、内标法校正因子、归一化法、外标法、内标法7.6 7.6 毛细管色谱简介毛细管色谱简介 毛细管分类及特点毛细管分类及特点现在学习的是第2页,共44页基本要求基本要求1.1.了解气相色谱法的优点及适应范围了解气相色谱法的优点及适应
2、范围;2.2.理解固定相及重要操作条件选择的原则理解固定相及重要操作条件选择的原则;3.3.理解常用检测器原理、优缺点及适用范围;理解常用检测器原理、优缺点及适用范围;4.4.理解常用定性方法及定量方法的优缺点。理解常用定性方法及定量方法的优缺点。现在学习的是第3页,共44页气相色谱法的优点气相色谱法的优点原理简单、操作方便;原理简单、操作方便;分离效率高、灵敏度高、分析速度快;分离效率高、灵敏度高、分析速度快;应用范围广,应用范围广,20%的物质可用气相色谱法分析。的物质可用气相色谱法分析。气相色谱法适用范围 特别适用于分析性质极相似的物质,如同位素、同分异构体、对映体等;凡能够气化且热稳定
3、、不具腐蚀性的液体或气体现在学习的是第4页,共44页 待待测测物物样样品品被被蒸蒸发发为为气气体体并并注注入入到到色色谱谱分分离离柱柱柱柱顶顶,以以惰惰性性气气体体(指指不不与与待待测测物物反反应应的的气气体体,只只起起运运载载蒸蒸汽汽样样品品的的作作用用,也也称称载载气气)将将待待测测物物样样品品蒸蒸汽汽带带入入柱柱内内分分离离。其其分分离离原原理理是是基基于于待待测测物物在在气气相相和和固固定定相相之之间间的的吸吸附附-脱脱附附(气气固固色色谱谱)和和分分配配(气气液液色色谱谱)来来实实现的。因此可将气相色谱分为气固色谱和气液色谱。现的。因此可将气相色谱分为气固色谱和气液色谱。气相色谱过程
4、气相色谱过程现在学习的是第5页,共44页气固色谱:气固色谱:利用不同物质在固体吸附剂利用不同物质在固体吸附剂上的物理吸附上的物理吸附-解吸能力不同实现物质的解吸能力不同实现物质的分离。由于活性(或极性)分子在这些分离。由于活性(或极性)分子在这些吸附剂上的半永久性滞留吸附剂上的半永久性滞留(吸附吸附-脱附过脱附过程为非线性的程为非线性的),导致色谱峰严重拖尾,导致色谱峰严重拖尾,因此气固色谱应用有限。只适于较低分因此气固色谱应用有限。只适于较低分子量和低沸点气体组分的分离分析。子量和低沸点气体组分的分离分析。气液色谱:气液色谱:通常直接称之为气相色谱。通常直接称之为气相色谱。它是利用待测物在气
5、体流动相和固定在它是利用待测物在气体流动相和固定在惰性固体表面的液体固定相之间的分配惰性固体表面的液体固定相之间的分配原理实现分离。原理实现分离。现在学习的是第6页,共44页H2,N2或或Ar气路系统气路系统进样进样系统系统检测系统检测系统分离系统分离系统温控系统温控系统7.1 气相色谱仪器气相色谱仪器图图7-1 气相色谱仪流程示意图气相色谱仪流程示意图现在学习的是第7页,共44页气气路路系系统统:获获得得纯纯净净、流流速速稳稳定定的的载载气气。包包括括压压力力计计、流量计及气体净化装置。流量计及气体净化装置。载载气气:要要求求化化学学惰惰性性,不不与与有有关关物物质质反反应应。载载气气的的选
6、选择择除除了了要要求求考考虑虑对对柱柱效效的的影影响响外外,还还要要与与分分析析对对象象和和所用的检测器相配。所用的检测器相配。净净化化器器:多多为为分分子子筛筛和和活活性性碳碳管管的的串串联联,可可除除去去水水、氧氧气以及其它杂质。气以及其它杂质。一、气路系统一、气路系统(Carrier gas supply)现在学习的是第8页,共44页压力表压力表:多为两级压力指示:第一级,钢瓶压力多为两级压力指示:第一级,钢瓶压力(总总是高于常压是高于常压);第二级,柱头压力指示;第二级,柱头压力指示;流量计流量计:在柱头前使用转子流量计在柱头前使用转子流量计(Rotometer),但,但不太准确。通常
7、在柱后,以皂膜流量计不太准确。通常在柱后,以皂膜流量计(Soap-bubble meter)测流速。测流速。许多现代仪器装置有电子流量计,并以计算机控制许多现代仪器装置有电子流量计,并以计算机控制其流速保持不变。其流速保持不变。现在学习的是第9页,共44页二、进样系统二、进样系统(Sample injection system)mL-1 图图7-3 六通阀工作原理六通阀工作原理图图7-2 进样器结构示意图进样器结构示意图现在学习的是第10页,共44页进样系统进样系统进样系统进样系统常以微量注射器常以微量注射器(穿过隔膜垫穿过隔膜垫)或六通阀将液体样品注入或六通阀将液体样品注入气化室气化室(汽化
8、室温度比样品中最易蒸的物质的沸点高约汽化室温度比样品中最易蒸的物质的沸点高约50oC),通常六通阀进样的重现性好于注射器。,通常六通阀进样的重现性好于注射器。进样要求:进样要求:进样量或体积适宜;进样量或体积适宜;“塞子塞子”式进样。一般式进样。一般柱分离进样体积在十分之几至柱分离进样体积在十分之几至20 L,对毛细管柱分离,对毛细管柱分离,体积约为体积约为10-3 L,此时应采用分流进样装置来实现。,此时应采用分流进样装置来实现。体积体积过大或进样过慢,将导致分离变差过大或进样过慢,将导致分离变差(拖尾拖尾)。现在学习的是第11页,共44页 柱柱分分离离系系统统是是色色谱谱分分析析的的心心脏
9、脏部部分分。分分离离柱柱包包括括填填充充柱柱和和开开管管柱柱(或或称称毛毛细细管管柱柱)。柱柱材材料料包包括括金金属属、玻玻璃璃、融熔石英、融熔石英、Teflon等等填填充充柱柱:多多为为U形形或或螺螺旋旋形形,内内径径24 mm,长长13m,内内填固定相;填固定相;开开管管柱柱:分分为为涂涂壁壁、多多孔孔层层和和涂涂载载体体开开管管柱柱。内内径径0.10.5mm,长长达达几几十十至至100m。通通常常弯弯成成直直径径1030cm的的螺螺旋旋状状。开开管管柱柱因因渗渗透透性性好好、传传质质快快,因因而而分分离离效效率率高高(n可可达达106)、分析速度快、样品用量小。、分析速度快、样品用量小。
10、三、柱分离系统三、柱分离系统现在学习的是第12页,共44页 温温度度控控制制是是否否准准确确,升升、降降温温速速度度是是否否快快速速是是市市售色谱仪器的最重要指标之一。售色谱仪器的最重要指标之一。控控温温系系统统包包括括对对三三个个部部分分的的控控温温,即即,气气化化室室、柱柱箱箱和和检检测器。测器。控温方式:恒温和程序升温。控温方式:恒温和程序升温。四、温控系统四、温控系统现在学习的是第13页,共44页温度选择温度选择温度选择温度选择气化室温度气化室温度:保证试样瞬间气化、但不分解,温度应选在试:保证试样瞬间气化、但不分解,温度应选在试样的沸点或稍高于沸点。样的沸点或稍高于沸点。检测器温度检
11、测器温度:必须比柱温高数十度,以保证柱后流出组分:必须比柱温高数十度,以保证柱后流出组分不致于冷凝在检测器上。不致于冷凝在检测器上。柱温柱温:柱室温度控制:柱室温度控制是影响分离的最重要的因素,是影响分离的最重要的因素,要求十分精要求十分精确,要求在确,要求在0.1以内。以内。选择柱温主要是考虑样品待测物沸点和对分离的要求。选择柱温主要是考虑样品待测物沸点和对分离的要求。柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点(分析时间分析时间20-30min);对宽沸程的样品,应使用程序升温方法。;对宽沸程的样品,应使用程序升温方法。现在学习的是第14页,共44页恒温:恒温:
12、45oC程序升温:程序升温:30180oC恒温:恒温:145oC温度低,分离效果较好,但分析时间长温度低,分离效果较好,但分析时间长程序升温,分离效果好,且分析时间短程序升温,分离效果好,且分析时间短温度高,分析时间短,但分离效果差温度高,分析时间短,但分离效果差图图7-4程程序序升升温温与与恒恒温温对对分分离离的的影影响响比比较较现在学习的是第15页,共44页 气相色谱检测器种类繁多,本节将介绍最为常用的几种检测器:气相色谱检测器种类繁多,本节将介绍最为常用的几种检测器:1.热导检测器热导检测器(Thermal conductivity detector,TCD);2.氢火焰离子化检测器氢火
13、焰离子化检测器(Flame ionized detector,FID);3.电子捕获检测器电子捕获检测器(Electron capture detector,ECD);4.火焰光度检测器火焰光度检测器(Flame photometric detector,FPD);5.氮氮 磷磷 检检 测测 器器(NPD)也也 称称 热热 离离 子子 检检 测测 器器(Thermionic detector,TID);6.原子发射检测器原子发射检测器(Atomic emission Detector,AED)7.硫硫荧荧光光检检测测器器(Sulfur chemiluminescence Detector,SC
14、D)五、检测器现在学习的是第16页,共44页检测器分类检测器分类 按检测原理,可分为按检测原理,可分为:浓度型浓度型:检测的是载气中组分浓度的瞬间变化,即响应值与浓度成正:检测的是载气中组分浓度的瞬间变化,即响应值与浓度成正比。如热导和电子捕获检测器。比。如热导和电子捕获检测器。质量型质量型:检测的是载气中组分进入检测器中速度变化,即响应值与单位时:检测的是载气中组分进入检测器中速度变化,即响应值与单位时间进入检测器的量成正比。如火焰离子化及火焰光度检测器。间进入检测器的量成正比。如火焰离子化及火焰光度检测器。按适用性来分,可分为按适用性来分,可分为:通用型通用型:热导热导和火焰离子化和火焰离
15、子化检测检测器器 选择选择型型:电电子捕子捕获获和火焰光度和火焰光度检测检测器器 现在学习的是第17页,共44页1.热导检测器热导检测器(TCD)TCD是是一一种种应应用用较较早早的的通通用用型型检检 测测 器器,又又 称称 导导 热热 析析 气气 计计(Katharometer)。现现仍仍在在广广泛泛应应用。用。原原理理:由由于于不不同同气气态态物物质质所所具具有有的的热热传传导导系系数数不不同同,当当它它们们到到达达处处于于恒恒温温下下的的热热敏敏元元件件(如如Pt,Au,W,半半导导体体)时时,其其电电阻阻将将发发生生变变化化,将将引引起起电电阻阻变变化化通通过过某某种种方方式式转转化化
16、为为可可以以记记录录的的电电压压信信号,从而实现其检测功能。号,从而实现其检测功能。构构成成:由由池池体体和和热热敏敏元元件件构构成成。通通常常将将参参比比臂臂和和样样品品臂臂组组成成Wheatstone 电桥。如图。电桥。如图。单臂单臂四臂四臂R3R2R1R4AB图图7-5 TCD结构示意图结构示意图现在学习的是第18页,共44页1)在在只只有有载载气气通通过过时时,四四个个臂臂的的温温度度都都保保持持不不变变,电电阻阻值值也也不不变变。此此时时,调调节节电电路路电电阻阻使使电电桥桥平平衡衡,即即R1*R4=R2*R3,AB两端无电压信号输出;两端无电压信号输出;2)当当有有样样品品随随载载
17、气气进进入入两两个个样样品品臂臂时时,此此时时热热导导系系数数发发生生变变化化,或或者者说说,测测量量臂臂的的温温度度发发生生变变化化,其其电电阻阻亦亦发发生生变变化化,电电桥桥失失去去平平衡衡,AB两两端端有有电电压压信信号号输输出出。当当载载气气和和样样品品的的混合气体与纯载气的热导系数相差越大,则输出信号越强。混合气体与纯载气的热导系数相差越大,则输出信号越强。工作过程(四臂):工作过程(四臂):现在学习的是第19页,共44页特点:特点:特点:特点:对任何气体均可产生响应,因而通用性好,而且线对任何气体均可产生响应,因而通用性好,而且线性范围宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏度较低。性范围
18、宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏度较低。*1979 年,出现了一种高灵敏度、基线漂移小、年,出现了一种高灵敏度、基线漂移小、平衡时间短的平衡时间短的“调制式单丝热导检测器:将参比调制式单丝热导检测器:将参比气(载气)和样品、载气混合气交替气(载气)和样品、载气混合气交替(10Hz)导导入微型陶瓷热导池入微型陶瓷热导池(5 L)中,从而产生中,从而产生10Hz的交的交变信号,该信号正比于热导系数的差。因为放大变信号,该信号正比于热导系数的差。因为放大器只检测频率为器只检测频率为10Hz的信号,因此可克服热噪声的信号,因此可克服热噪声的干扰。的干扰。现在学习的是第20页,共44页1)桥桥电电流流
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