1、气相色谱培训教材 气相色谱仪培训教材 第一章 气相色谱简介 1 气相色谱仪的组成 2 气相色谱仪的原理 3 根本术语 4 常用概念 5 气相色谱应用的领域 气相色谱仪的组成 1. 气体 载气：用于传送样品通过整个系统的气体。 检测器气体：某些检测器所需要的支持气体。 2. 进样系统 将样品蒸汽引入载气 3. 色谱柱 实现样品组分的别离 4. 检测器 对流出柱的样品组分进行识别和响应 5. 数据系统 将检测器的信号转换为色谱图，并进行定性、 6. 气相色谱的原理 在色谱法中存在. 两相，一相是固定不动的，我们把它叫做固定相；另一相那么不断流过固定相，我们把它叫做流动相。 7. 气相色谱的原理 色
2、谱法的别离原理：. 就是利用待别离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行别离的。使用外力使含有样品的流动相(气体、液体)通过与流动相互不相溶的固定相外表。当流动相中携带的混合物流经固定相时，混合物中的各组分与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复屡次的分配平衡，使得各组分被固定相保存的时间不同，从而按一定次序由固定相中先后流出。按顺序离开色谱柱进入检测器，产生离子流信号经放大后，在工作站中描绘出各组分的色谱峰。 8. 根本术语 保存时间Retention time：.
3、组分从进样到出现最大值所需要的时间； 峰面积Peak Area：从峰的最大值到峰底的距离； 峰高Peak Heigh：峰与峰底之间包围的面积； 9. 根本术语 别离度resolution：又称分辨率，两个相邻峰的别离程度，两个组分保存时间之差与其平均半峰宽值比值。 R2(tR2tR1)/(W1W2) 固定相、柱温及载气的选择是气相色谱别离条件选择的三个主要方面，用于提高相邻两组分的别离度，在作定量分析时，为了能获得较好的精密度与准确度，应使R1.5。 10. 常用概念 噪声：由于各种原. 因引起的基线波动，称为基线噪声。无论在无组分流出还是有组分流出时，这种波动均存在。它是一种背景信号。噪声分
4、短期和长期噪声二类。 漂移：基线随时间单方向的缓慢变化，称基线漂移。 响应值：组分通过检测器产生的信号。该值取决于组分的性质和浓度。气相色谱分析是用各组分的响应值峰面积或峰高来定量的。为此，必须掌握各组分在不同检测器上的响应特征。 相对响应因子：又称相对响应值s就是说明组分响应特征的指标。它是指某一组分与相同量参比物质，两者响应值之比。 灵敏度：指通过检测器物质的量变化时，该物质响应值的变化率。 . 检测限：将产生两倍噪声信号时，单位体积的载气或单位时间内进入检测器的组分量 称为检测限。 线性：不同类型检测器的响应值与进入检测器组分浓度、质量或质量流量之间的关系。 线性范围：进入检测器的组分量
5、与其响应值保持线性关系，或是灵敏度保持恒定所覆 盖的区间。 11. 气相色谱应用的领域 GC是一种极为广泛. 和重要的分析方法，范围从石油化工、环境保护，到食品分析、医疗卫生等 第二章 气相色谱仪的主要组成局部 1 气路局部 2 进样口 3 色谱柱 4 检测器 1. 气路 气体：载气用于. 传送样品通过整个系统的气体和检测器气体局部检测器所需要的支持气体。 载气纯度要求99.999%以上 气体的选择 根据检测器类型而选择. 不同检测器使用载气不同效果不同，FPD 和ECD可以选择氮气、氦气及氩气做载气，但是氮气效果更好 惰性所使用的气体不能和样品发生反响 纯洁气体的纯度可防止背景因素的影响 枯
6、燥 捕集阱 脱水管：用来脱去气体中微量的水分。 烃类捕集阱：用于捕集气源中少量烃类。起源中的烃类会提高检测器本底输出，增大噪声。 脱氧管：用来脱去气体中微量的氧气。微量的氧气会破坏色谱柱，特别是毛细管柱，同时，氧气也会降低电子捕获检测器的性能。 捕集阱的安装 安装捕集阱尽量靠近仪器位置。 安装之前先将管路吹扫干净防止没必要的消耗。 安装顺序先脱水再脱烃后脱氧脱烃和脱氧管可以捕集水份，本钱比脱水管高，且难再生， 定期更换 减压阀压力：推荐0.4MPa 1kPa=0.145psi=0.01bar 管路的选择 使用铜管和不锈钢管连接管路。 管路使用前应用溶剂冲洗并使用载气枯燥。 定期对外加接头检漏。
7、 塑料管不能用于管路连接会渗透氧气及其他污染物，同时会对检测组分有干扰 2. 进样口 进样口类型 进样口：使样品以一种可重复的方式注入的装置 填充进样口 分流/不分流进样口 程序升温气化进样口 挥发进样口 冷柱头进样 2.1 分流/不分流进样口分流模式 分流模式用于含量较高组分分析 载气进入进样口后经总流量阀控制分两局部，一局部通过隔垫外表吹扫流出，另一局部经进样口进入衬管，在衬管中与样品气体混合后小局部进入色谱柱，大局部经分流出口放空，分流是通过分流平板的凹槽流出的。分流比为分流流量与柱流量的比值。 优点 防止柱污染 适用范围广 灵活性大 分流比可调 分流歧视 在分流比一定条件下，不同样品组
8、分实际的分流比是不同的，这样就会造成进入色谱柱的样品组成不同于原来的样品组成，从而影响定量分析的准确度。 造成分流歧视的原因有： . 不均匀汽化 . 不同样品组分在载气中的扩散速度不同 . 分流比的大小 . 注意色谱柱的初始温度，防止样品发生局部冷凝 . 还要保证色谱柱安装时柱入口端超过分流点。 分流进样口参数设置 . 温度：接近或等于组分中最重组分的沸点，保证组分快速汽化 . 载气流速：氮气20-40cm/s . 分流比：20:1-200:1 分流比小分流歧视效应小，溶剂峰变宽，分流比大溶剂峰窄分流歧视效应大 衬管的选择 分流进样口可采用多种衬管，用于分流进样的衬管大都不是直通的，常见的管内
9、都填充玻璃毛。 填充玻璃毛主要为了: . 增大与样品接触的比外表积，保证样品完全汽化。 . 减小分流歧视。 . 防止固体颗粒和不挥发组分进入色谱柱。 2.2 分流/不分流进样口不分流模式 不分流模式用于痕量组分分析 不分流进样和分流进样采用同一个进样口，将分流气路的电磁阀关闭，使样品全部进入色谱柱。不分流进样不仅可以提高分析灵敏度，而且可以消除分流歧视。然而，在实际工作中，不分流进样应用远没有分流进样普遍，只有在分流进样不能满足分析要求时主要是灵敏度要求，才考虑使用不分流进样。 这就要引入溶剂效应的概念。 溶剂效应 样品汽化后的体积相对于柱内载气流量太大，汽化的样品中溶剂是大量的，不可能瞬间进
10、入色谱柱，结果溶剂峰就会严重拖尾，使早流出组分的峰被掩盖在溶剂溶剂拖尾峰中，加大分析难度， 这一现象被称为溶剂效应。 为了消除溶剂效应，可以采用瞬间不分流技术，在进样开始时关闭分流阀，使系统处于不分流状态，待大局部样品在衬管中汽化进入色谱柱后，在某指定时间开启分流阀，使系统处于分流状态，这样，将衬管中剩余的蒸汽吹扫出衬管。就可以很大程度消除进样体积大和柱流量小引起的溶剂拖尾。所以说不分流进样不是绝对的不分流，而是分流与不分流的结合。 瞬间不分流时间确实定 这里，确定一个从进样到开启分流阀的时间是很关键的。这一时间称瞬间不分流时间或分流延迟时间、溶剂吹扫时间应足够长，以保证绝大局部样品进入色谱柱
11、，防止分流歧视影响；同时又要尽可能短，以最大限度地消除溶剂拖尾，使早流出峰的分析更为准确。在实际工作中，常常是根据待测组分沸点和浓度等来确定一个优化的折中点。大多采用0.75分钟即从进样到开启分流阀的时间为0.75分钟，通常能保证95%以上的样品进入色谱柱。 衬管的选择 选择直通式衬管，以保证样品在衬管中尽可能少地稀释。 对于相对“脏的样品，为保证分析的重现性和保护色谱柱不被污染那么需填充玻璃毛。但由于不分流进样时样品在衬管中滞留的时间比分流进样长，热不稳定化合物的分解可能性大，玻璃毛必须经过硅烷化处理，且及时清洗更换。 溶剂的选择 由于进样口温度、色谱柱初温、溶剂吹扫时间和进样体积都与溶剂沸
12、点有关，所以不分流进样对样品溶剂有严格要求，一般来讲，使用高沸点溶剂比低沸点溶剂有利，因为溶剂沸点高时，容易实现溶剂聚焦，且可使用较高的色谱柱初始温度，还可以降低针尖歧视及衬管的压力突变。另外，溶剂的极性一定要与样品的极性相匹配，且要保证溶剂在所有被测组分之前出峰，溶剂还要与固定相匹配，才能实现有效的溶剂聚焦。 溶剂聚焦 . 主要使溶剂峰变窄 . 峰型美观 . 不会脱尾及变宽 . 影响别离效果 . 不分流进样是分析高沸点痕量组分的首选方法。 不分流进样口参数设置 . 温度：可以比分流进样稍低，但要保证待测组分瞬间完全汽化。温度过低会造成高沸点组分损失，温度过高会造成样品分解。 . 载气流速：流
13、速应高一点，分流出口的流量一般为30 至60ml/min . 溶剂吹扫时间：0.75分钟。 分流/不分流进样口维护 . 定期更换进样垫。 . 更换或清洗衬管。 . 更换O型环。 . 清洗分流平板。 . 清洗更换进样针 3. 色谱柱 填充柱以一些材料. 填充来吸附或吸收，由铜、不锈钢或硅酸硼玻璃制成，内径大约2-4mm，长度为0.5-10m。 . 毛细管柱内壁覆盖一种吸附或吸收材料，由熔融石英制成，内径细0.05-0.75mm，长度最长可达150m。 . 气相色谱中，固定相是一种固体材料，称为气固色谱法，用于永久气体和低分子量的烃类分析。固定相是粘性液体时一般是聚合物，称为气液色谱法，气液色谱法
14、占整个气相色谱分析应用的90%左右。 . 通过样品在固定相的分配或不同溶解度实现别离. 组分基于不同的极性而别离偶竭力的作用，固定相可由其化学结构不同而引起的不同极性排序。 . 通常遵循“相似相溶或同极性相互作用。 . 色谱柱越长别离效果越好。 . 别离指标 . 柱效：色谱柱形成锋利峰的能力 . 别离度：色谱柱将两个峰彼此分开的能力 . 选择性：色谱柱确认两个峰化学或物理性质差异的能力 . 影响别离指标的因素 . 柱内径 . 长度 . 柱流量 . 炉箱温度 . 柱子固定相类型。 . 确保所分析组分与柱子的固定相有相互作用的能力。 . 理论塔板：别离理论假定色谱柱被分为一些板，简单理解为组分与固
15、定相之间有相互作用的时刻 . 如何提高柱效 . 使用内径更小的色谱柱。 . 减小固定相百分组成。 . 减小固定相液膜厚度。 . 减小进样量。 . 选用更长的色谱柱。 . 使用程序升温改善后流出组分峰形。 . 长度：色谱柱的柱效与色谱柱的长度成正比，分辨率是色谱柱长度的平方根，保存时间与长度称正比。 . 直径：色谱柱的直径越小，效率越高，可加快分析速度；色谱柱的直径越大，可容纳的样品量越大，但效率会下降。 . 液膜厚度：液膜厚度影响别离的质量，膜厚越厚，色谱柱样品的容量越大，保存时间越长，峰越宽，效率越低，柱流失越大。 柱温操作 . 恒温 在整个分析过程中，柱箱温度保持恒定，升温速率为零，导致后流出的峰展宽。 . 程序升温
