气相色谱讲议ppt课件

1,气相色谱讲座,2,目 录,第一章 气相色谱基础 第二章 气相色谱仪器及操作 第三章 气相色谱仪器故障排除 第四章 气相色谱仪维护及保养,3,第一章 气相色谱基础,4,一、 概 述,气相色谱法：凡是以气相作为流动相的色谱技术，通 称为气相色谱。,（一）GC分类 按固定相分 气-固色谱 气-液色谱 按分离原理分 吸附色谱 分配色谱 按柱子粗细分 填充柱色谱 毛细管柱色谱,5,（二）气相色谱法的特点：三高一快一广,1.高选择性能分离性质极为接近的物质 如：同位素，异构体等 2. 高效能在很短的时间内就能分离测定性质极为复杂的混合物 3. 高灵敏度分离微量、痕量组分 用可测出样品中1011 10-13 g 样品用量少：,液体0.几L,气体1mL,固体几g,可测粮食、蔬菜中农药残留量，动植物体内药残留量,6,5. 应用范围广 有一定蒸气压且稳定性好的样品都能测定，不论它是气体、液体和固体 局限性：不适于高沸点、难挥发、热稳定性差的高分子化合物和生物大分子化合物分析 GC 专长：同系物（其它方法无法测定） GC 可用于分离、定性和定量,4.分析速度快几分钟到几十分钟即可,7,二、 气相色谱的分析过程,气相色谱首先是一种分离技术。实际工作中要分析的样品往往是多组分的混合物。对含有未知组分的样品，首先必须将其分离，然后才能对有关组分进行进一步的分析。 气相色谱主要是利用物质的沸点、极性和吸附性质的差异来实现混合物的分离。,8,气相色谱分离过程如下图：,9,气相色谱图,10,气相色谱图,11,气相色谱分离常用的基本公式,a: 分离度 R = 2（t R 2 - t R 1 ）/ W 1 + W 2 tR为相邻两峰的保留时间 W为相邻两峰的峰宽,12,气相色谱分离常用的基本公式,b：理论塔板数 n = 5.54 ( tR / W h/2 )2 tR为主峰的保留时间 W h/2 为主峰的半高峰宽,13,气相色谱分离定量常用的基本公式,c:外标法 含量（ C X ）= C R AX /AR CX为供试品浓度 AX为供试品峰面积 CR为对照品浓度 AR为对照品峰面积,14,气相色谱分离定量常用的基本公式,d:内标法 校正因子（f）= AS CR /CS AR 含量（ C X ）= f AX CS /AS AX为供试品峰面积 CX为供试品浓度 AR为对照品峰面积 CR为对照品浓度 AS为内标峰面积 CS为内标浓度,15,气相色谱讲座,第二章 气相色谱仪器及操作,16,气相色谱的分析装置,17,18,气相色谱仪主要组成部件及分析流程,载气减压净化稳压 色谱柱检测器记录仪 进样,19,气路系统：控制和测量装置。 进样系统：进样器、气化室和控温装置。 分离系统：色谱柱、柱箱和控温装置。 检测系统：检测器和控温装置。 记录系统：记录仪或数据处理装置。,20,第节 仪器的基本配置,1、气路系统 包括载气和检测器所用气体的气源(氮气、氢气、压缩空气或气体发生器，气流管线)以及气流控制装置(压力表、针型阀、电子流量计) 2、进样系统 其作用是有效地将样品导入色谱柱进行分离，如手动进样，自动进样器，顶空进样器。,21,第节 仪器的基本配置,3、柱系统 : 包括柱加热箱、色谱柱以及与进样口和检测器的接头。其中色谱柱本身的性能是分离成败的关键。 4、检测系统: 用各种检测器检测色谱柱的流出物，如热导检测器(TCD)、火焰离子化检测器(FID)、氮磷检测器(NPD)、电子俘获检测器(ECD)等。 5、数据处理系统 :即对GC原始数据进行处理，画出色谱图，并获得相应的定性定量数据.,22,气相色谱仪的气路系统 ，是一个载气连续运行、管路密闭的系统。GC常用的气体有：氮气、氦气、氢气、压缩空气等，都要求使用高纯度（99.99%），这是因为气体中杂质会使检测器的噪声增大，还可能对色谱柱的性能有影响，严重的会污染检测器。 通常这些气体都要经过净化、稳压和控制、测量流量。 总之，气路系统关键的问题就是要保证气路系统中各个接头部位不要漏气。,第二节 气路系统,23,进样就是有效地将分析样品定量的加到色谱柱进行分离。进样量的大小，进样时间的长短，试样气化速度，试样浓度等都会影响色谱分离效率，以及定量结果的准确度和重现性。 一、气化室温度。 气化室的作用，是将所进样品在此气化室温度下让其瞬间气化为蒸气而不分解。气化室温度一般比柱温高10-50即可。,第三节 进样系统,24,二、进样口隔垫和衬管 1、进样口隔垫：使用时间长了有老化漏气的问题，所以，要注意选择适当耐高温的隔垫，并定期检查是否漏气，需要时要及时更换，以保证分析的正常进行。,第三节 进样系统,25,第三节 进样系统（隔垫）,市售隔垫一般有三种类型，普通型(可耐温200)、优质型(可耐温300)和高温型(可耐温400)。耐高温或抗老化性能越好、寿命越长，价格就越高。常规分析实验室(汽化温度不超过300)选择优质型隔垫就可以了，做高温GC分析时最好用高温型隔垫。,26,第三节 进样系统 （衬管）,2、进样口衬管：多为玻璃或石英材料制成。这里强调几个普遍性的问题：,27,第三节 进样系统 （衬管）,衬管能起到保护色谱柱的作用。在分流不分流进样时，不挥发的样品组分会滞留在衬管中而不进入色谱柱。如果这些污染物在衬管内积存一定量后，就会对分析产生直接影响。比如，它会吸附极性样品组分而造成峰拖尾，甚至峰分裂，还会出现鬼峰。因此，一定要保持衬管干净，注意及时清洗和更换。,28,第三节 进样系统 （衬管）,衬管中是否应填充填料，要依具体情况而定。一般填少量经硅烷化处理的石英玻璃毛可防止注射器针尖的歧视作用，加速样品汽化；还可避免颗粒物质堵塞色谱柱。,29,第三节 进样系统（手动进样）,1手动进样应注意的问题： (1) 注射速度快： 注射速度慢时会使样品的汽化过程变长，导致样品进入色谱柱的初始谱带变宽。正确注射方法是：取样后，一手持注射器(防止汽化室的高气压将针芯吹出)，另一只手保护针尖 (防止插入隔垫时弯曲)，先小心地将注射针头穿过隔垫，随即以最快 的速度将注射器插到底，与此同时迅速将样品注入汽化室(注意不要使针芯弯曲)，然后快速拔出注射器。注射样品所用时间及注射器在汽化室中停留的时间越短越好，且每次注射的过程越重现越好。,30,第三节 进样系统（手动进样）,(2)取样准确而重现 ：即取样量要准确，抽取样品的速度要重现，以保证进样的重现性。特别是黏度大的样品，要避免在注射器中形成气泡。这跟护士打针时避免将空气注射进体内的道理是一样的。也是这样倒置注射器，使视线与针管中的液面处于同一水平上，然后推压针芯到所需刻度。至于针尖外面粘附的一部分样品，可用一片滤纸快速檫拭而除去(注意不能让滤纸吸去针管内的样品)。,31,第三节 进样系统（手动进样）,(3)避免样品之间的相互干扰 ： 如果进样时注射器内有上一个样 品的残留组分，就会干扰下一个样品的分析，带来定量误差。在色谱 中这叫做记忆效应，是必须消除的。具体办法是洗针。取样前先用样品溶剂洗针至少3次(抽满针管的三分之二，再排出)。再用要分析的 样品洗针至少3次，然后取样(多次上下抽动)，这样基本上可消除记 忆效应。,32,第三节 进样系统,2、自动进样器 自动进样器实现了进样量的重现，避免了很多人为误差。但它的缺点就是价格比较贵。,33,第四节 色谱柱系统,色谱柱是色谱分离的心脏，应该说是气相色谱分析过程中最重要的组成部分。 在气相色谱分析中，某一多组份混合物能否完全分离开，主要取决于色谱柱的效能和选择性，后者在很大程度上取决于固定相选择是否得当。因此，固定相的选择就成为色谱分析中的关键问题。,34,第四节 色谱柱系统（固定相）,气相色谱固定相大致分为两类：即液体固定相和固体固定相。而液体固定相又是由固定液和载体组成的，在气相色谱分析中液体固定相应用较为广泛。,35,第四节 色谱柱系统（固定液）,二、固定液的分类：按固定液的化学类型分类。 1、烃类：包括烷烃和芳烃，是极性最弱的一类固定液。 烷烃，常用的有角鲨烷、石蜡油等，属非极性固定液。 2、醇类和醚类：是一类极性很强的固定液。聚乙二醇分子中含有醚基，故属于氢键型固定液。商品名有Carbowax-20M 。,36,第四节 色谱柱系统（固定液）,3、硅氧烷类：是目前使用最为广泛的色谱固定液。属弱极性固定液，商品名有SE-30，OV-1等。苯基硅氧烷：由于硅原子上引入了苯基，故对芳香性组份溶解度增大，对极性组份保留值升高。按照引入苯基的含量（%）不同，又可分为低苯基硅氧烷如SE-52 ，中苯基硅氧烷如OV-17 ，高苯基硅氧烷如OV-25 。随苯基的含量增高，固定液极性也增高 4、酯类：是一类中强极性的固定液。包括酯类和聚酯类。如丁二酸二乙二醇酯，它含有极性和非极性基团，是线型脂肪族固定液。商品名有DEGS。,37,第四节 色谱柱系统（填充柱）,(1)填充柱：内径24毫米，长度110米，常用13米柱。可由不锈钢、玻璃和聚四氟乙烯管制成。因玻璃柱价格便宜，透明，便于观察到填充的固定相分布状态，光滑易于填充成密实的高效柱，故较常用。,38,第四节 色谱柱系统（填充柱）,要制备一根分离效能较高的色谱柱，必须把载体涂上一层薄而均匀的液膜，再把涂好的固定相均匀而紧密地填充到色谱柱中 。 由于目前市场上已有涂渍好的各种类型的固定相商品，我们只需要买来自已装一下柱子就成了。,39,第四节 色谱柱系统（毛细管柱）,毛细管色谱柱的类型与选择：毛细管色谱柱，内径0.20.8毫米，长度30300米，其柱材料大多用熔融石英，即所谓弹性石英柱。柱内径越小，分离效率越高，但细的色谱柱柱容量小，容易超载。 就常规分析来说，0.20-0.32mm内径的毛细管柱没有太大差别。大口径柱（0.53mm）是一类特殊的毛细管柱，它的液膜厚度一般较大，故有较大的柱容量，不少人倾向于用大口径柱替代填充柱。大口径柱的局限性可能是柱成本较填充柱高。,40,第四节 色谱柱系统（毛细管柱）,毛细管柱的选择原则同填充柱。一般来说，有这样四根柱子：OV-1，SE-54，OV-17，PEG-20M，就可以应付95%的GC分析任务。所以，我们建议有GC色谱仪的实验室起码要购置这几根毛细管柱。下表为不同厂商毛细管色谱柱的牌号对照。现在市场上的毛细管柱多为固定液交联的色谱柱，热稳定性好。,41,第四节 色谱柱系统（毛细管柱）,42,第四节 色谱柱操作注意事项,色谱柱安装： 第一，当把毛细管柱安装在色谱仪上时，需要将其两端分别与进样口和检测器相连接。原理都是用一个石墨密封垫，通过接头压紧而达到固定和密封的目的。安装时将石墨垫套在柱头后，应将柱头截去l2cm。仪器带有专门的柱切割器，在柱管上轻轻划一下，然后用手别断。这样做可以保证柱端是整洁的，又避免了柱头污染物对分析的干扰。,43,第四节 色谱柱操作注意事项,第二，柱端伸出密封垫的长度，不同仪器有不同的规定，应严格按仪器说明书规定。检测器一端则是柱出口尽量接近检测点（如FID的火焰），以避免死体积造成的柱外效应。 第三，接头不要拧得太紧，以免将色谱柱压裂或压碎。原则上每次安装色谱柱都要用新的石墨垫，不过同一色谱柱拆下再安装，可重复使用石墨垫，但重复使用的次数不要超过3次，否则会失去密封性。,44,第四节 色谱柱的维护,色谱柱在使用时，要轻拿轻放，防止断裂。 当开GC仪器时，一定要记住先开载气，如在没有载气流动的情况下，在较高温度下加热色谱柱，很短的时间内就可使色谱柱报废。,45,第四节 色谱柱的维护,安装新色谱柱后，都要在进样前进行老化。老化方法是：先接通载气，然后将柱温从50左右以5-10min的速率程序升温到色谱柱的最高使用温度以下30，并在高温时恒温30-120分钟。 当色谱柱内残留一些高沸点组分时，这时基线可能出现波动或出鬼峰。解决此问题的办法也是老化。,46,第四节 色谱柱的维护,暂时不用的色谱柱从仪器上卸下后，柱两端应当用一块硅橡胶垫堵上。 每次关机前都应将柱温箱温度降到100以下，然后再关电源和载气。温度高时切断载气，可能会因空气（氧化）扩散进入柱管中而造成固定液的氧化降解。 每次新安装了色谱柱都应当记着重新设定柱子的最高使用温度。当超过了柱子的最高使用温度时，仪器会自动停止柱温箱加热。以确保柱温箱温度不超过色谱柱的最高使用温度，对色谱柱起到保护作用。,47,第四节 色谱柱的修理,色谱柱寿命完结的主要标志是固定液流失太多而失去了分离能力。柱管堵塞或断裂也是导致色谱柱失效的原因。 当色谱柱分离能力不好时，可先用在高温下老化柱子的办法，用载气将污染物冲洗出来。若这样柱效仍不能恢复时，可将柱头载去10cm或更长，因为柱头是最容易被污染的地方，再安装上测试。这是常用的柱性能恢复措施。如还不起作用，修复就比较麻烦了。 如色谱柱不小心断裂了，那修理就更不容易，所以在使用时要尽量注意上面我们讲到的一些注意事项，以延长色谱柱的使用寿命。,48,第五节 检测器系统,如果说色谱柱是色谱分离的心脏，那么检测器就是色谱仪的眼睛。无论色谱峰分离的效果多么好，若没有好的检测器就“看” 不到分离结果。因此，高灵敏度、高选择性的检测器一直是色谱仪发展的关键技术。,49,第五节 检测器系统,药品检验中最常用的是FID和ECD检测器。下面我们分别介绍。 FID检测器：是利用氢火焰作电离源，使有机物电离，产生微电流而响应的检测器。它突出的优点是对几乎所有的有机物均有响应，特别是对烃类灵敏度高且响应与碳原子数成正比。它对水、二氧化碳、和二硫化碳等无机物不敏感。主要缺点是需要三种气源及流速控制系统。,50,第五节 检测器系统,ECD检测器：是灵敏度最高的气相色谱检测器，同时也是最早出现的选择性检测器。它仅对含有电负性比较大的元素的化合物敏感，如卤代烃，含N、O和S等杂原子的化合物有响应。主要用于有机氯农药残留检查。,51,FID使用注意事项,（1） FID是用氢气和空气中燃烧所产生的火焰使被测物质离子化的，故应注意安全问题。在未接上色谱柱时，不要打开氢气阀门，以免氢气漏入柱温箱中，发生爆炸。同理，在卸色谱柱前，要检查一下，氢气是否已关。提示：在卸换色谱柱时，最好是在未开机的情况下卸换。,52,FID使用注意事项,（3） FID的灵敏度与氢气、空气和氮气的比例有直接关系，因此要注意优化。一般三者的比例应接近或等于1：10：1 ，如氢气30-40ml/min ，空气300-400ml/min ，氮气30-40ml/min 。,53,FID使用注意事项,（4） 为防止检测器被污染，检测器温度设置不应低于色谱柱实际工作的最高温度，FID温度设定一般都大于150。一旦检测器被污染，轻则灵敏度明显下降或噪声增大，重则点不着火。消除污染的办法是清洗，主要是清洗喷嘴表面和气路管道。,54,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（1）按仪器说明书规程操作：认真阅读有关说明书，严格按操作规程操作。这是做好仪器分析的前提条件。 （2）及时更换毛细管柱密封垫： 石墨密封垫漏气是GC最常见的故障之一。一定不要在不同的柱上重复使用同一密封垫。如果装上色谱柱后发现漏气再来更换密封垫，就要花费更多的时间。,55,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（3）使用高纯度的气体：载气一定要用高纯级的，以避免干扰分析和污染色谱柱或检测器。 （4）使用性能可靠的压力调节阀：装在钢瓶上的减压阀一 定要用质量好的。有些新阀也会有漏气的情况，所以，经常检漏，随时发现问题是一个好的习惯。,56,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（5）定期更换进样口隔垫： 进样口隔垫漏气是另一个GC常见故障。仪器若有自动检漏功能当然好一些，但也不能保证发现微小的漏气，更别说无自动检漏功能 的仪器了。隔垫使用太久，隔垫的老化降解也会给分析带来干扰。比如其碎屑掉进汽化室内就可能导致鬼峰。,57,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,至于多长时间换一次隔垫，则要看所分析的样品性质和分析条件而定。无论如何，一个隔垫的连续使用时间不要超过一周。 （6）及时清洗注射器：干净的注射器能避免样品的交叉干扰。更换样品时要清洗。一支注射器暂时不用时(比如下班)，更要彻底清洗，否则残留在其中的样品可能将针芯粘牢，造成注射器报废。使用自动进样器的用户也应注意此间题，最好是经常更换和清洗注射器。,58,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（7）定期检查并清洗进样口衬管： 仪器长期使用后，会发现衬管内积有焦油状物质，这是样品中的不挥发成分造成的。此外还会有颗粒状物质积存(隔垫碎屑、样品中的固体物质)，这些都会干扰分析的正常进行。因此要定期检查，及时清洗。 （8）保留完整的仪器使用记录： 这是仪器的履历，应逐日记录，包括操作者、分析样品及条件、仪器工作状态等。一旦仪器出现问题，这是查找原因的重要资料。,59,气相色谱讲座,第三章 气相色谱仪常见故障诊断、排除方法,60,气相色谱仪常见故障诊断、排除方法,61,气相色谱仪故障的分析与排除,62,63,64,65,66,67,68,69,气相色谱讲座,第四章 气相色谱仪维护与保养,70,气相色谱仪使用与维护,一、气路系统 二、进样应注意的问题 三、柱系统（柱箱、色谱柱等） 四、检测系统 五、色谱分析的精密度和准确度,71,(1)气源采用气瓶时，气瓶不宜放在室内，放室外时要防太阳直射和雨淋,一、气路系统,(2)气体管路的维护,(3)气体自气源进入色谱柱前需要通过的干燥净化管,(4)皂膜流量计的维护,无水乙醇清洗，并用干燥氮气吹扫干净,72,二、进样应注意的问题,1、选合适的注射器。 2、注射速度一致并尽可能快：注射样品所用时间及注射器在气化室中停留的时间越短越好。 3、取样准确而重现：避免注射器内气泡滞留。 4、避免干扰：洗针（溶剂抽满针管的2/3 ，排出，一些复杂样品要洗60次以上）。,73,5、定期更换进样口隔垫。 6、减少注射歧视：不同沸点的组分总有汽化速度的差异，易挥发组分先汽化，注射器中残留样品中高沸点组分残留的要多一些，即进入色谱柱的样品中的高沸点组分含量可能低于实际样品，造成分析误差。采用自动进样器或热针进样、溶剂冲洗进样可较好地解决这个问题。,74,7、 进样口温度主要由样品沸点范围决定，首先保