气相色谱应用技术PPT学习教案.pptx

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1、会计学1气相色谱应用气相色谱应用(yngyng)技术技术第一页，共27页。10:19:16毛细管气相色谱的特点(tdin)一、毛细管色谱的特点(tdin)1.1.提高色谱提高色谱(s p)(s p)分离能力的途径分离能力的途径 (1)(1)塔塔板板理理论论：增增加加柱柱长长，减减小小柱柱径径，即即增增加加柱柱子塔板数。子塔板数。(2)(2)速速率率理理论论：减减小小组组分分在在柱柱中中的的涡涡流流扩扩散散和和传传质阻力，可降低塔板高度。质阻力，可降低塔板高度。第1页/共27页第二页，共27页。10:19:162.2.毛细管色谱毛细管色谱(s p)(s p)柱的结构特点柱的结构特点（1）不装填料

2、，阻力小，长度可达百米的毛细管柱，管径0.2mm。（2）气流单途径通过柱子，消除了涡流扩散。（3）固定液直接(zhji)涂在管壁上，总柱内壁面积较大，涂层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。（4）毛细管色谱柱柱效高达每米30004000块理论塔板，一支长度100 m的毛细管柱，总的理论塔板数可达104106。第2页/共27页第三页，共27页。10:19:163.3.毛细管色谱具有以下毛细管色谱具有以下(yxi)(yxi)优点优点（1）分离效率高：比填充柱高）分离效率高：比填充柱高10100倍。倍。（2）分析速度快：比填充柱色谱速度快。）分析速度快：比填充柱色谱速度快。（3）色谱峰窄，峰形对称）

3、色谱峰窄，峰形对称(duchn)。较多采用程序升温方式。较多采用程序升温方式。（4）灵敏度高，一般采用氢火焰离子化检测器。）灵敏度高，一般采用氢火焰离子化检测器。（5）涡流扩散为零。）涡流扩散为零。第3页/共27页第四页，共27页。10:19:164.4.毛细管色谱毛细管色谱(s p)(s p)柱的制备方法柱的制备方法 涂壁开管柱（涂壁开管柱（wall coated opentubular，WCOT柱）：将柱）：将固定液直接固定液直接(zhji)涂敷在管内壁上。柱制作相对简单，但涂敷在管内壁上。柱制作相对简单，但柱制备的重现性差，寿命短。柱制备的重现性差，寿命短。多孔层开管柱（多孔层开管柱（p

4、orous layer open tubular，PLOT柱）：柱）：管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒。构成毛细管气固色管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒。构成毛细管气固色谱。谱。载体涂渍开管柱（载体涂渍开管柱（support coated open tubular，SCOT柱）柱）：将非常细的担体微粒粘接在管壁上，再涂固定液。柱效较：将非常细的担体微粒粘接在管壁上，再涂固定液。柱效较WCOT柱高。柱高。化学键合或交联柱：将固定液通过化学反应键合在管壁上或化学键合或交联柱：将固定液通过化学反应键合在管壁上或交联在一起。使柱效和柱寿命进一步提高。交联在一起。使柱效和柱寿命进一步提高。第4页/共

5、27页第五页，共27页。10:19:16二、结构二、结构(jigu)(jigu)流程流程具有分流具有分流(fn li)和尾吹和尾吹装置装置第5页/共27页第六页，共27页。10:19:16第6页/共27页第七页，共27页。10:19:16第7页/共27页第八页，共27页。10:19:16三、分流三、分流(fn li)(fn li)比调节比调节 毛细管柱内径很细，因而带来三个问题：毛细管柱内径很细，因而带来三个问题：（1）允许通过的载气流量很小。）允许通过的载气流量很小。（2）柱容量）柱容量(rngling)很小，允许的进样量小。需采很小，允许的进样量小。需采用分流技术。用分流技术。（3）分流后

6、，柱后流出的试样组分量少，流速慢。）分流后，柱后流出的试样组分量少，流速慢。解决方法：灵敏度高的氢火焰离子化检测器，采用尾解决方法：灵敏度高的氢火焰离子化检测器，采用尾吹技术。吹技术。分流比：放空的试样量与进入(jnr)毛细管柱的试样量之比。一般在501到500 1之间调节。第8页/共27页第九页，共27页。10:19:16 裂解气相色谱技术裂解气相色谱技术裂解气相色谱技术裂解气相色谱技术(jsh)(jsh)(jsh)(jsh)与应用与应用与应用与应用 裂裂解解气气相相色色谱谱（Pyrolysis Pyrolysis gas gas chromatographchromatograph，PyG

7、CPyGC）热裂解和气相色谱两种技术的结合。热裂解和气相色谱两种技术的结合。一一些些相相对对分分子子质质量量较较大大，结结构构复复杂杂，难难挥挥发发，难难溶溶解解的的物物质质的的分分析析(fnx)(fnx)鉴鉴定定方方法法。如如聚聚合合物物分分析析(fnx)(fnx)。热热裂裂解解：在在热热能能作作用用下下，物物质质发发生生的的化化学学降降解解过过程。程。热热裂裂解解+气气相相色色谱谱+质质谱谱（红红外外、核核磁磁）技技术术研究高分子化合物的有力工具。研究高分子化合物的有力工具。在在高高分分子子、生生物物医医学学、环环境境科科学学、考考古古学学、地地球球化学、矿物燃料、炸药等领域有广泛应用。化

8、学、矿物燃料、炸药等领域有广泛应用。第9页/共27页第十页，共27页。10:19:161.1.基本原理及方法基本原理及方法(fngf)(fngf)基本原理：基本原理：在在一一定定条条件件下下，高高分分子子及及非非挥挥发发性性有有机机(yuj)化化合合物物遵遵循循一一定定的的裂裂解解规规律律，即即特特定定的的试试样样能能够够产产生生特特征征的的裂裂解解产产物物及及产产物物分分布布，采采用用气气相相色色谱谱分分析析、鉴鉴定定裂裂解解产产物物，据据此可对原试样进行表征。此可对原试样进行表征。方法：方法：试试样样置置于于裂裂解解器器中中，在在严严格格控控制制的的条条件件下下，快快速速加加热热，迅迅速速

9、分分解解成成为为可可挥挥发发的的小小分分子子产产物物，然然后后直直接接将将裂裂解解产产物物送入色谱柱中进行分离，获得定性定量数据。送入色谱柱中进行分离，获得定性定量数据。第10页/共27页第十一页，共27页。10:19:16特点特点(tdin):(tdin):(1)分离效率高分离效率高(色谱法自身的特点色谱法自身的特点)(2)灵敏度高灵敏度高(色谱法自身的特点色谱法自身的特点)(3)分析速度快分析速度快 快速裂解、快速分析；不丢失信息快速裂解、快速分析；不丢失信息(xnx)；(4)信息信息(xnx)量大量大 裂解条件与裂解产物关系；试样组成与裂解产物；裂解条件与裂解产物关系；试样组成与裂解产物

10、；裂解机理和反应动力学研究。裂解机理和反应动力学研究。(5)适合于各种形态试样适合于各种形态试样 黏黏稠稠液液体体、粉粉末末、纤纤维维及及弹弹性性体体、固固化化树树脂脂、涂涂料料、硫硫化化橡胶、塑料等；橡胶、塑料等；(6)简单、易行简单、易行第11页/共27页第十二页，共27页。10:19:172.2.流程流程(lichng)(lichng)载气裂解器六通阀汽化室色谱柱GC检测器数据处理质谱仪数据处理压力表第12页/共27页第十三页，共27页。10:19:173.3.对裂解对裂解(li ji)(li ji)器的要求器的要求 (1)(1)裂解反应控制裂解反应控制 裂解温度精确控制裂解温度精确控制

11、(裂解温度不同，裂解产物不同裂解温度不同，裂解产物不同)；可重复进行可重复进行(jnxng)(jnxng)。(2)(2)裂解温度范围可调裂解温度范围可调 不同物质需要不同的裂解温度，通常不同物质需要不同的裂解温度，通常4004001500 1500 C C。(3)(3)裂解器与接口的体积小裂解器与接口的体积小 减小死体积；防止色谱峰变宽。减小死体积；防止色谱峰变宽。(4)(4)对裂解反应无催化反应对裂解反应无催化反应 防止歧化反应和二次反应。防止歧化反应和二次反应。第13页/共27页第十四页，共27页。10:19:174.4.裂解裂解(li ji)(li ji)器器 (1)(1)管式炉裂解器管

12、式炉裂解器 外壁加热外壁加热(ji r)(ji r)的圆管，简单，的圆管，简单，易于控制。死体积大，二次反应突出。易于控制。死体积大，二次反应突出。(2)(2)热丝裂解器热丝裂解器 试样放置试样放置(fngzh)(fngzh)在加热丝的螺旋管在加热丝的螺旋管中。中。第14页/共27页第十五页，共27页。10:19:17(3)(3)居里点裂解居里点裂解(li ji)(li ji)器器 电磁感应加热；铁磁性材料置于高频电场中，吸收(xshu)射频能量迅速升温，达到居里点温度时，变为顺磁质，不再吸收(xshu)能量，温度稳定在该点。不同组成的铁磁质合金具有不同居里点温度。(4)(4)激光激光(jgu

13、ng)(jgung)裂解裂解器器第15页/共27页第十六页，共27页。10:19:17 顶空气顶空气顶空气顶空气(kngq)(kngq)(kngq)(kngq)相色谱的技术与应用相色谱的技术与应用相色谱的技术与应用相色谱的技术与应用 对液体或固体试样中的挥发性成分进行气相色谱分析的技术；试样置于密闭的恒温系统中，气-液（气-固）两相达到热力学平衡(pnghng)时，测定气相组成。两种方式：两种方式：静态法：恒温密闭静态法：恒温密闭(mb)(mb)系统，平衡时，测定气相组成；系统，平衡时，测定气相组成；动态法：吹扫动态法：吹扫-捕集法，采用吸附剂吸附，加热解吸。捕集法，采用吸附剂吸附，加热解吸。

14、第16页/共27页第十七页，共27页。10:19:17理论依据理论依据理论依据理论依据 当顶空瓶中试样上面的蒸气压相当低时，峰面积当顶空瓶中试样上面的蒸气压相当低时，峰面积AiAi的大小与试样上面的气相中挥发性组分的大小与试样上面的气相中挥发性组分 i i 的蒸气压的蒸气压pipi成正比：成正比：Ai=fi pi Ai=fi pififi为校正因子，在真实体系中，蒸气分压通常用下式表示：为校正因子，在真实体系中，蒸气分压通常用下式表示：pi=poiixi pi=poiixi poi poi为气相中组分为气相中组分i i 的蒸气分压；的蒸气分压；xixi为试样中组分为试样中组分i i 的摩尔分数

15、；的摩尔分数；ii为组分为组分i i 的活度系数。的活度系数。Ai=fi pi=fiixi poi Ai=fi pi=fiixi poi当系统平衡时：当系统平衡时：Ai=fi pi=ki xi Ai=fi pi=ki xi 通过通过(tnggu)(tnggu)顶空分析，可确定试样中的含量。顶空分析，可确定试样中的含量。第17页/共27页第十八页，共27页。10:19:17应用应用应用应用(yngyng)1(yngyng)1(yngyng)1(yngyng)1 在职业病和法庭分析中，经常要测定体液等中的苯、甲苯、二甲苯等有毒成分，采用顶空分析是一种有效、方便(fngbin)、快速的方法。司法部司

16、法鉴定科学技术学院制订了分析水、尿、血中苯类化合物的静态顶空分析方法。方法：5 mL青霉素小瓶，取1 mL试样（水、尿、血），加入(jir)0.4g内标物和约1g硫酸铵至饱和，加盖密封，置于80C的恒温器中30 min，取0.6 mL顶空的气样分析。色谱柱：2 m 2 mm；80100目；固定液 PEG 20M柱温：110 C，以10 C/min程序升温到110 C。第18页/共27页第十九页，共27页。10:19:17应用应用应用应用(yngyng)2(yngyng)2(yngyng)2(yngyng)2 分分析析血血样样中中的的酒酒精精是是顶顶空空气气相相色色谱谱应应用用最最广广泛泛的的方

17、法，可检查汽车方法，可检查汽车(qch)(qch)司机是否酒后驾车。司机是否酒后驾车。方法：方法：试样平衡温度 50 C，平衡时间(shjin)30 min；色谱柱：30 m 0.53 mm；石英毛细管柱；固定液：聚二甲苯硅氧烷。第19页/共27页第二十页，共27页。10:19:17应用应用应用应用(yngyng)3(yngyng)3(yngyng)3(yngyng)3 固体试样（塑料、食品等）的顶空分析。固体试样（塑料、食品等）的顶空分析。塑料食品包装袋中的甲苯残留量的测定塑料食品包装袋中的甲苯残留量的测定(cdng)。方法：方法：将塑料食品包装袋剪成30 mm10 mm装入100 mL玻璃

18、注射器，在80 C预热20 min，用空气稀释为100 mL，恒温10 min后进(hujn)样分析。色谱柱：500 mm 3 mm，填充柱，80100目；固定液：20%的 PEG 20M；柱 温：80 C；最小检出量为0.031 mg/m2。第20页/共27页第二十一页，共27页。10:19:17 全二维气相色谱分析全二维气相色谱分析全二维气相色谱分析全二维气相色谱分析(s p fn x)(s p fn x)(s p fn x)(s p fn x)技技技技术术术术 （Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography,GC GC)复复杂杂试试样样

19、（数数百百个个或或更更多多组组分分）分分析析；多多维维色色谱谱技术。技术。不同于通常不同于通常(tngchng)的二维色谱的二维色谱(GCGC)。GCGC：一一般般采采用用中中心心切切割割法法，从从第第一一支支色色谱谱柱柱预预分分离离后后的的部部分分馏馏分分，被被再再次次进进样样到到第第二二支支色色谱谱柱柱，作进一步的分离。作进一步的分离。流流出出柱柱1进进到到柱柱2时时组组分分的的谱谱带带已已较较宽宽，第第二二维维的的分分辨率损失，第二维的分析速度一般较慢。辨率损失，第二维的分析速度一般较慢。第21页/共27页第二十二页，共27页。10:19:17全二维气相色谱分析全二维气相色谱分析全二维气

20、相色谱分析全二维气相色谱分析(s p fn x)(s p fn x)(s p fn x)(s p fn x)技术技术技术技术 两支柱通过调制器以串联两支柱通过调制器以串联(chunlin)方式结合；方式结合；调制器：捕集再传送的作用。调制器：捕集再传送的作用。柱柱1分离分离调制器调制器(聚焦聚焦脉冲脉冲)柱柱2 分离分离检测器；检测器；获获取取的的检检测测信信号号经经计计算算机机处处理理后后，获获得得以以柱柱1的的保保留留时时间间为为x轴，柱轴，柱2的保留时间为的保留时间为x轴，信号强度为轴，信号强度为z轴的三维色谱图。轴的三维色谱图。第22页/共27页第二十三页，共27页。10:19:17全

21、二维气相色谱分析技术全二维气相色谱分析技术全二维气相色谱分析技术全二维气相色谱分析技术(jsh)(jsh)(jsh)(jsh)特点特点特点特点 分分辨辨率率高高、峰峰容容量量大大。其其峰峰容容量量为为组组成成它它的的二二根根柱柱子子各各自自峰峰容容量量的的乘乘积积，分分辨辨率率为为二二柱柱各各自自分分辨辨率率平平方方加加和和的平方根。的平方根。灵敏度高，比通常的一维色谱提高灵敏度高，比通常的一维色谱提高2050倍。倍。分分析析时时间间短短。由由于于试试样样更更容容易易分分开开，总总分分析析时时间间反反而比一维色谱短。而比一维色谱短。定定性性可可靠靠性性大大大大增增强强。大大多多数数目目标标化化

22、合合物物和和化化合合物物组组可可基基线线(jxin)分分离离，减减少少了了干干扰扰，峰峰被被分分离离成成容容易易识识别的模式，峰位置稳定。别的模式，峰位置稳定。第23页/共27页第二十四页，共27页。10:19:17调制器需满足调制器需满足(mnz)的条件：的条件：能定时浓缩从第一柱流出的分析物；能定时浓缩从第一柱流出的分析物；能能转转移移很很窄窄的的区区带带到到第第二二柱柱的的柱柱头头，起起第第二二维维的的进进样样器器的作用；的作用；聚焦和再进样的操作应是再现的，且非歧视性的。聚焦和再进样的操作应是再现的，且非歧视性的。最常用和商品化的调制方式主要是热调制。最常用和商品化的调制方式主要是热调

23、制。Ledford和和Phillips设设计计了了一一种种基基于于移移动动加加热热技技术术(jsh)的的调调制制器器，它它使使用用一一个个步步进进电电机机带带动动各各加加热热元元件件“扫扫帚帚”运运动动通通过过毛毛细细管管来来达达到到局局部部加加热热的的目目的的。此此设设计计的的最最重重要要优优点点是是：该该加加热热器器热热质质足足够够大大，可可提提供供一一个个稳稳定定的很好控制的温度。的很好控制的温度。第24页/共27页第二十五页，共27页。10:19:17全二维气相色谱分析技术全二维气相色谱分析技术(jsh)(jsh)的应的应用用 (1)试样越复杂越适合采用试样越复杂越适合采用GCGC法分

24、析。法分析。C10C25：约：约4107个饱和烃异构体个饱和烃异构体;(2)美美国国南南伊伊利利偌偌斯斯大大学学已已成成功功(chnggng)地地用用GCGC法法一次进样从煤油中分出一万多个峰。一次进样从煤油中分出一万多个峰。(3)卤卤化化物物多多氯氯联联苯苯（PCBs）有有209个个氯氯代代联联苯苯化化合合物物，150个个在在商商用用产产品品中中出出现现，1977年年停停产产。只只测测总总量量意意义义不不大大，需需要要对对感感兴兴趣趣单单组组分分进进行行逐逐个个分分析析，采采用用GCGC法法分分析析的的结结果果表明，一次分离可分析所有感兴趣组分表明，一次分离可分析所有感兴趣组分。第25页/共27页第二十六页，共27页。10:19:17内容内容(nirng)选择选择结束结束(jish)第四章第四章3.1 色谱法概述色谱法概述(i sh)3.2 色谱理论基础色谱理论基础 3.3 气相色谱仪气相色谱仪 3.4 气相色谱分离操作条件的选择气相色谱分离操作条件的选择 3.5 色谱定性与定量方法色谱定性与定量方法 3.6 气相色谱法的应用技术气相色谱法的应用技术第26页/共27页第二十七页，共27页。