第三章-气相色谱法.pptx
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1、第1页/共84页第一节第一节 概述概述一、气相色谱分离原理及流程一、气相色谱分离原理及流程气固色谱:气固色谱:多孔性固体为固定相,分离对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物。多孔性固体为固定相,分离对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物。气液色谱:气液色谱:固定相是将高沸点的有机物涂渍在惰性担体上。固定相是将高沸点的有机物涂渍在惰性担体上。第2页/共84页1、气相色谱分离原理、气相色谱分离原理当当试试样样由由载载气气携携带带进进入入色色谱谱柱柱与与固固定定相相接接触触时时,被被固固定定相溶解或吸附。相溶解或吸附。随随着着载载气气的的不不断断通通入入,被被溶溶解解或或吸吸附附的的组组分分
2、又又从从固固定定相相中挥发或脱附,中挥发或脱附,挥挥发发或或脱脱附附下下的的组组分分随随着着载载气气向向前前移移动动时时又又再再次次被被固固定定相溶解或吸附。相溶解或吸附。随随着着载载气气的的流流动动,溶溶解解、挥挥发发,或或吸吸附附、脱脱附附的的过过程程反反复地进行。复地进行。第3页/共84页2 2、气相色谱流程、气相色谱流程1-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第4页/共84页第5页/共84页双气路仪器:双气路仪器:
3、载气经过稳压后分成两路载气经过稳压后分成两路可用于补偿由于固定液流失和载体流量不稳定等因素造成的检测器和基线漂移,适用于程序升温分析。可用于补偿由于固定液流失和载体流量不稳定等因素造成的检测器和基线漂移,适用于程序升温分析。第6页/共84页3 3、气相色谱仪、气相色谱仪1 1)气路系统)气路系统常用的载气有:常用的载气有:氢气、氮气、氦气;氢气、氮气、氦气;净化器:净化器:去除载气中的水、有机物等杂质(依次通过分子筛、活性炭等);去除载气中的水、有机物等杂质(依次通过分子筛、活性炭等);气体流速控制装置:气体流速控制装置:压力表、流量计、针形稳压阀,控制载气流速恒定。压力表、流量计、针形稳压阀
4、,控制载气流速恒定。测量装置:测量装置:转子流量计和皂膜流量计测量。转子流量计和皂膜流量计测量。第7页/共84页第8页/共84页2 2)进样系统)进样系统 气体进样器(六通阀):推拉式和旋转式两种。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。后,载气携带定量管中的试样气体进入分离柱。第9页/共84页液体进样器液体进样器:不同规格的专用注射器,填充柱色谱常用不同规格的专用注射器,填充柱色谱常用1010l l;毛细管色谱常用;毛细管色谱常用1 1l l;新型仪器带有;新型仪器带有全自动液体进样器,清洗、润冲、取
5、样、进全自动液体进样器,清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成,一次可放置数十样、换样等过程自动完成,一次可放置数十个试样。个试样。气化室:将液体试样瞬间气气化室:将液体试样瞬间气化的装置,无催化作用。化的装置,无催化作用。第10页/共84页分离系统分离系统 色谱柱:色谱仪的核心部件。色谱柱:色谱仪的核心部件。填充柱:填充柱:柱材质不锈钢管或玻璃管,内径柱材质不锈钢管或玻璃管,内径2-32-3毫毫米。长米。长1-10m1-10m,形状,形状U U型和螺旋型。型和螺旋型。毛细管柱:毛细管柱:填充型和开管型填充型和开管型 第11页/共84页开管型毛细管柱的制备方法开管型毛细管柱的制备方法涂壁开
6、管柱:涂壁开管柱:将固定液直接涂敷在管内壁上。将固定液直接涂敷在管内壁上。多孔层开管柱:多孔层开管柱:在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒,不再涂固定液。体微粒,不再涂固定液。载体涂渍开管柱:载体涂渍开管柱:将非常细的担体微粒粘接在管壁将非常细的担体微粒粘接在管壁上,再涂固定液。柱效较上,再涂固定液。柱效较WCOTWCOT柱高。柱高。交联型开管柱:交联型开管柱:采用交联引发剂,在高温处理下,采用交联引发剂,在高温处理下,把固定液交联到毛细管内壁上。把固定液交联到毛细管内壁上。化学键合成化学键合成:将固定液通过化学反应键合在管壁上:将固定液通过化学反应键合在管壁上。
7、第12页/共84页4 4)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;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;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:准确控制分离需要的温度。当试样复杂时,分离室:准确控制分离需要的温度。当试样复杂时,分离室温度需要按一定程序控制温度变化,各组分分离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。在最佳温度下分离。第1
8、3页/共84页5 5)检测系统)检测系统 色谱仪的眼睛,通常由检测器、放大器、记录仪三色谱仪的眼睛,通常由检测器、放大器、记录仪三部分组成;部分组成;被色谱柱分离后的组分依次进入检测器,按其浓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;大后记录和显示,给出色谱图;检测器:广谱型检测器:广谱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;第14页/共84页毛细管柱结构流程毛细管柱结构流程具有分流和尾吹装置具有分流和尾吹装置第15页
9、/共84页二、气相色谱的特点分离效率高分离效率高灵敏度高灵敏度高选择性好选择性好分析速度快分析速度快应用范围广应用范围广第16页/共84页第二节第二节 气相色谱固定相气相色谱固定相1.固体固定相固体固定相2.液体固定相液体固定相3.合成固定相合成固定相第17页/共84页一、固体固定相一、固体固定相 一般采用固体吸附剂,主要用于分离和分析永久性气体及气态烃类物质。一般采用固体吸附剂,主要用于分离和分析永久性气体及气态烃类物质。1.1.强极性的硅胶强极性的硅胶2.2.弱极性的氧化铝弱极性的氧化铝3.3.非极性的活性炭非极性的活性炭4.4.特殊吸附作用的分子筛:碱及碱土金属的硅铝酸盐(沸石),多孔性
10、。特殊吸附作用的分子筛:碱及碱土金属的硅铝酸盐(沸石),多孔性。第18页/共84页二、液体固定相二、液体固定相由固定液和担体(载体)组成。由固定液和担体(载体)组成。1 1、担体:、担体:化学惰性的多孔性固体颗粒。化学惰性的多孔性固体颗粒。第19页/共84页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;化学惰性,表面无吸附性或吸附性很弱,与被分离组份不起反应;化学惰性,表面无吸附性或吸附性很弱,与被分离组份不起反应;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
11、常用颗粒大小均匀、适度。一般常用6060-80-80目、目、8080-100-100目。目。第20页/共84页2 2)担体的类型)担体的类型硅藻土担体:硅藻土担体:由单细胞海藻骨架组成,主要成由单细胞海藻骨架组成,主要成分为二氧化硅和少量无机盐分为二氧化硅和少量无机盐红色担体:红色担体:硅藻土和黏合剂在硅藻土和黏合剂在900900煅烧后,破煅烧后,破碎过筛而得,因含有氧化铁呈红色。碎过筛而得,因含有氧化铁呈红色。白色担体:白色担体:将硅藻土和碳酸钠(助溶剂)混合将硅藻土和碳酸钠(助溶剂)混合煅烧而成,呈白色。煅烧而成,呈白色。非硅藻土载体:非硅藻土载体:有机玻璃微球载体、氟载体、高有机玻璃微球
12、载体、氟载体、高分子多孔微球等。分子多孔微球等。第21页/共84页2 2、固定液、固定液 固定液一般为高沸点有机物,均匀涂在担体表面,呈液膜状态。固定液一般为高沸点有机物,均匀涂在担体表面,呈液膜状态。1)对固定液的要求)对固定液的要求选择性好:填充柱:选择性好:填充柱:r2,11.15,毛细管柱,毛细管柱r2,11.08热稳定性好热稳定性好化学稳定性好化学稳定性好对试样各组分有适当的溶解能力对试样各组分有适当的溶解能力黏度低、凝固点低黏度低、凝固点低第22页/共84页2 2)固定液分类方法)固定液分类方法大多按固定液的极性和化学类型进行分类。大多按固定液的极性和化学类型进行分类。固定液的极性
13、可用固定液的极性可用相对极性相对极性麦氏常数麦氏常数第23页/共84页 相对极性:鲨烷(异三十烷)的相对极性为零,相对极性:鲨烷(异三十烷)的相对极性为零,,氧二丙睛的相对极氧二丙睛的相对极性为性为100100。选择一对物质如正丁烷。选择一对物质如正丁烷-丁二烯或环己烷丁二烯或环己烷-苯来进行试验,分别测定它苯来进行试验,分别测定它们在氧二丙腈、角鲨烷以及欲测固定液的色谱柱上的相对保留值,将其取对数后,们在氧二丙腈、角鲨烷以及欲测固定液的色谱柱上的相对保留值,将其取对数后,得:得:第24页/共84页非极性固定液:相对极性在非极性固定液:相对极性在0 0+1+1弱极性固定液:相对极性在弱极性固定
14、液:相对极性在+2+2中等极性固定液:相对极性在中等极性固定液:相对极性在+3+3强极性固定液:相对极性在强极性固定液:相对极性在+4+4+5+5 相对极性不能全面反映组分与固定液分子间的全部作用力。相对极性不能全面反映组分与固定液分子间的全部作用力。第25页/共84页 麦氏常数以麦氏常数以KovatsKovats指数(指数()为基础,是一种重现性较好的定性参数。)为基础,是一种重现性较好的定性参数。测定方法:测定方法:将正构烷烃作为标准,规定其保留指数为分子中碳原子个数乘以将正构烷烃作为标准,规定其保留指数为分子中碳原子个数乘以100100(如正己烷(如正己烷的保留指数为的保留指数为6006
15、00)。)。第26页/共84页 选用苯、正丁醇、选用苯、正丁醇、2-2-戊酮、戊酮、1-1-硝基丙烷和吡啶作为标硝基丙烷和吡啶作为标准物质,在柱温准物质,在柱温120120下,分别测定它们在下,分别测定它们在226226种固定种固定液和角鲨烷上的液和角鲨烷上的I I值,并把值,并把5 5项的总和称为总极性。项的总和称为总极性。第27页/共84页3 3)固定液的选择)固定液的选择 选择的基本原则:选择的基本原则:“相似相溶相似相溶”分离非极性物质,一般选用非极性固定液。此分离非极性物质,一般选用非极性固定液。此时,试样中各组分按沸点次序流出,时,试样中各组分按沸点次序流出,沸点低的沸点低的先流出
16、先流出。如果非极性混合物中含有极性组分,。如果非极性混合物中含有极性组分,当沸点相近时,当沸点相近时,极性组分先出峰。极性组分先出峰。分离极性物质,选择极性固定液。分离极性物质,选择极性固定液。极性小的先极性小的先流出。流出。分离非极性和极性的混合物,一般选用极性固分离非极性和极性的混合物,一般选用极性固定液。定液。非极性组分先流出。非极性组分先流出。第28页/共84页分离能形成氢键的试样,一般选用极性或氢键型固定液。分离能形成氢键的试样,一般选用极性或氢键型固定液。最不易形成氢键的先流出最不易形成氢键的先流出。对于复杂难分离物质,则可选用两种或两种以上的混合固定液对于复杂难分离物质,则可选用
17、两种或两种以上的混合固定液样品极性未知时,采用几种常用的固定液做实验。样品极性未知时,采用几种常用的固定液做实验。还可以根据还可以根据官能团相似和差别官能团相似和差别进行选择。进行选择。第29页/共84页一甲胺、二甲胺、三甲胺的沸点分别为一甲胺、二甲胺、三甲胺的沸点分别为-6.7-6.7、7.4 7.4、3.5 3.5 试推测它们的混合物在角鲨烷柱和三乙醇试推测它们的混合物在角鲨烷柱和三乙醇胺柱上各组分的流出顺序。胺柱上各组分的流出顺序。第30页/共84页三、合成固定相三、合成固定相 合成固定相又称聚合物固定相,包括高分子多孔微球和键合固定相。合成固定相又称聚合物固定相,包括高分子多孔微球和键
18、合固定相。高分子多孔微球高分子多孔微球非极性:苯乙烯和二乙烯苯共聚而成。非极性:苯乙烯和二乙烯苯共聚而成。极性:聚合时引入不同极性的基团,可得到不同极性的聚合物。极性:聚合时引入不同极性的基团,可得到不同极性的聚合物。第31页/共84页第三节第三节 检测器检测器常用的检测器:常用的检测器:热导检测器热导检测器火焰离子化检测器火焰离子化检测器电子捕获检测器电子捕获检测器火焰光度检测器火焰光度检测器 都是微分型检测器,被测组分不在检测器中积累,色谱流出曲线呈峰型,峰面积都是微分型检测器,被测组分不在检测器中积累,色谱流出曲线呈峰型,峰面积或峰高与组分的浓度或质量呈正比。或峰高与组分的浓度或质量呈正
19、比。第32页/共84页根据检测原理的不同分为根据检测原理的不同分为浓度型检测器:载气中某组分浓度瞬间的变化。热导检测器和电子捕获检测器。浓度型检测器:载气中某组分浓度瞬间的变化。热导检测器和电子捕获检测器。质量型检测器:载气中某组分进入检测器的速度变化。氢火焰离子化检测器和火质量型检测器:载气中某组分进入检测器的速度变化。氢火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。焰光度检测器等。第33页/共84页通用性检测器:通用性检测器:热导和火焰离子化检测器热导和火焰离子化检测器选择性检测器:选择性检测器:电子捕获和火焰光度检测器。电子捕获和火焰光度检测器。第34页/共84页一、检测器的主要性能指标一、检测器
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