气象色谱仪.ppt

GC 2010教程 第一部分GC基础知识 2020年1月5日星期日 3 色谱法的最早应用是用于分离植物色素 1903年 茨维特做了一个植物色素分离实验 在一玻璃管中放入碳酸钙 将含有植物色素 植物叶的提取液 的石油醚倒入管中 此时 玻璃管的上端立即出现几种颜色的混合谱带 然后用纯石油醚冲洗 随着石油醚的加入 谱带不断地向下移动 并逐渐分开成几个不同颜色的谱带 继续冲洗就可分别接得各种颜色的色素 并可分别进行鉴定 色谱法也由此而得名 1 1概述 2020年1月5日星期日 4 气相色谱法是以气体为流动相的色谱方法 GC1941年 由英国生物化学家Martin和Synge等人创建 提出气液分配色谱的概念 11年后 即1952年 Jones和Martin通过实验展示了该方法 3年后 即1955年首台气相色谱仪问世 1956年 速率理论的出现为气相色谱的发展提供了理论依据 使其迅速成为重要的分离分析技术 计算机技术的应用为其开辟了广阔的应用前景 2020年1月5日星期日 5 过去几十年内 色谱仪器得到了极大的发展 这主要归于 1970s 电子积分仪及计算机数据处理装置的发展 1980s 计算机技术对仪器各类参数的自动控制 如柱温 流速 自动进样等 2020年1月5日星期日 6 1 2气相色谱法的定义和分类 定义 用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法 分类 根据固定相的状态不同 气固色谱 GSC 吸附原理 气液色谱 GLC 分配原理 气固色谱是用多孔性固体为固定相 分离的主要对象是一些永久性的气体和低沸点的化合物 但由于气固色谱可供选择的固定相种类甚少 分离的对象不多 且色谱峰容易产生拖尾 因此实际应用较少 吸附 脱附气液色谱多用高沸点的有机化合物涂渍在惰性载体上作为固定相 一般只要在450 以下有1 5KPa 10KPa的蒸汽压且热稳定性好的有机及无机化合物都可用气液色谱分离 由于在气液色谱中可供选择的固定液种类很多 容易得到好的选择性 所以气液色谱有广泛的实用价值 溶解 挥发 2020年1月5日星期日 7 1 3气相色谱法的特点及应用 三高 一快 一广 1 高效能 一般填充柱的理论塔板数可达数千 毛细管柱可达一百多万 2 高选择性 可以使一些分配系数很接近的以及极为复杂 难以分离的物质 获得满意的分离 3 高灵敏度 可以检测10 11 10 13g物质 适合于痕量分析4 分析速度快 一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成 5 应用广泛 可以分析气体试样 也可分析易挥发或可衍生转化为易挥发的液体和固体 分析的有机物 约占全部有机物 约300万种 的20 6 不足之处 对被分离组分的定性能力较差 2020年1月5日星期日 8 1 3气相色谱的应用 1 石油和石油化工分析 炼油厂 研究所 2 食品分析 食品厂 产品质量技术监督检验所 粮油监测站 海产品检测 3 农药残留物分析 米厂 面厂 产品检验所 4 环境分析 环保监测站 5 饮料 饮品工业 产品检验所 饮料厂 2020年1月5日星期日 9 从载气带着组分进入色谱柱起就用检测器检测流出柱后的气体 并用记录器记录信号随时间变化的曲线 此曲线就叫色谱流出曲线 当待测组分流出色谱柱时 检测器就可检测到其组分的浓度 在流出曲线上表现为峰状 叫色谱峰 色谱图 试样中各组分经色谱柱分离后 在柱的末端收集各组分 经检测器转换为电信号 用纪录仪将各组分浓度记录下来 得到色谱图 1 4色谱流出曲线 色谱图 及有关术语 2020年1月5日星期日 10 如图所示为一色谱流出曲线 色谱流出曲线的意义 色谱峰数 样品中单组份的最少个数 色谱保留值 定性依据 色谱峰高或面积 定量依据 色谱保留值或区域宽度 色谱柱分离效能评价指标 色谱峰间距 固定相或流动相选择是否合适的依据 2020年1月5日星期日 11 色谱术语 1 基线 在实验条件下 色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线称为基线 基线在稳定的条件下应是一条水平的直线 它的平直与否可反应出实验条件的稳定情况 2 峰高 h 和峰面积 色谱峰顶点与基线的距离叫峰高 色谱峰与峰底基线所围成区域的面积叫峰面积 3 保留值a 死时间 t0 不与固定相作用的物质从进样到出现峰极大值时的时间 它与色谱柱的空隙体积成正比 由于该物质不与固定相作用 因此 其流速与流动相的流速相近 据t0可求出流动相平均流速 2020年1月5日星期日 12 b 保留时间tr 试样从进样到出现峰极大值时的时间 它包括组份随流动相通过柱子的时间t0和组份在固定相中滞留的时间 c 调整保留时间tr 某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间 它是组份在固定相中的滞留时间 即tr tr t0由于保留时间为色谱定性依据 但同一组份的保留时间与流速有关 因此有时需用保留体积来表示保留值 2020年1月5日星期日 13 4 分配度R与拖尾因子r 1 分离度 表示相邻两个峰分离程度的优劣 是色谱柱分离效能的指标 用 R 表示 定义 相邻两组分色谱峰保留值只差与两组分色谱峰底宽度总和之半的比值 R 1 5时 分离程度可达到99 7 达到基线分离 2 拖尾因子 r b ar 1 峰形为对称的高斯曲线 r 1 峰形拖尾 r 1 峰形前伸 2020年1月5日星期日 14 5 容量因子 k指在一定温度和压力下 组分在两相 定相和流动相 配达平衡时 分配在固定相和流动相中的质量比 因此容量因子也称质量分配系数或分配比 6 选择性系数 因子 常用来表示柱子的选择性 选择性系数大 分离较好两峰相距远 这不是绝对的 柱效的好坏也影响选择性系数的真假 7 相比率 色谱柱内气相与吸附剂或固定液体积之比 它能反应各种类型色谱柱的不同特点 VG VS 2020年1月5日星期日 15 1 5气相色谱构成示意图 2020年1月5日星期日 16 1 5气相色谱构成示意图 2020年1月5日星期日 17 1 6气相色谱基本流路图 500次更换 进样垫100次更换 一般为1 10 吸咐不被气化的物质 N2尾吹 第二部分载气 2020年1月5日星期日 19 2 1常用载气 1 载气要求 作为气相色谱载气的气体 要求要化学稳定性好 纯度高 价格便宜并易取得 能适合于所用的检测器 2 常用载气氮气 氦气 氩气 氢气 二氧化碳等TCD用氢气 氦气比较好 灵敏度高 FID用氮气惰性气体化学稳定性好 价格高 2020年1月5日星期日 20 2 2载气纯度的重要性 载气不纯带来的问题 载气中氧的存在导致固定相氧化 损坏色谱柱 改变样品的保留值 载气中水的存在导致部分固定相或硅烷化担体发生水解 甚至损坏柱子 气体中有机化合物或其它杂质的存在产生基线噪音和拖尾现象 气体中夹带的粒状杂质可能使气路控制系统失灵 2020年1月5日星期日 21 2 3保证载气纯度的措施 保证载气纯度在99 999 以上 加装载气净化装置 分子筛更换或老化 10 的钢瓶气保有量 2020年1月5日星期日 22 2 4载气流速的选择 由图可见存在最佳流速 uopt 实际流速通常稍大于最佳流速 以缩短分析时间 2020年1月5日星期日 23 载气及流速的选择要遵循范弟姆特方程 当u较小时 分子扩散项 B项 占主导地位 此时会引起峰扩张 采用N2 Ar做载气 可减小峰扩散 当u较大时 传质阻力项 C项 占主导地位 此时也会引起峰扩张 采用H2 He做载气 可减小峰扩散 根据经验数据 填充柱载气流速一般为30ml min左右 毛细管柱载气流速一般为5ml min左右 同时配合柱后尾吹装置 尾吹气流量在25ml min左右 第三部分进样口 2020年1月5日星期日 25 3 1气相色谱的进样口类型 分流 不分流进样填充柱进样冷柱头进样 OCI 程序升温进样 PTV 分流 不分流进样是当前最为常用的进样方式 2020年1月5日星期日 26 3 2进样口的结构 填充柱进样口宽口径进样口分流 不分流进样口 2020年1月5日星期日 27 3 2进样口的结构 冷柱头进样口程序升温进样口 2020年1月5日星期日 28 3 3分流操作示意图 作用是将样品稀释 2020年1月5日星期日 29 3 4分流模式操作要点 除隔垫吹扫外的所有载气直接进入进样口 柱流量由柱头压控制 分流比的调节由总流量控制器控制 样品在进样口内气化 并按照同样的比例随载气分流 未知样品分析时 初始分流比采用50 1或者100 1 采用合适的分流比避免色谱柱过载 柱过载将导致分离度以及定量准确度变差 选择合适的进样口温度 既要保证目标组分气化 又要注意过高的温度将导致样品分解的可能性增加 配置正确时 分流方式的重现性良好 分流方式可以用于定性和定量 注意定期更换分流出口的捕集阱 2020年1月5日星期日 30 3 5不分流操作示意图 进样状态 2020年1月5日星期日 31 3 5不分流操作示意图 进样完毕 2020年1月5日星期日 32 3 6不分流模式操作要点 柱流量由柱头压控制 在进样阶段 分流阀关闭 进样时间到达后 分流阀开启 进样时间需精确选择 过长的进样时间将导致峰拖尾及展宽 选择合适的进样口温度 既要保证目标组分气化 又要注意过高的温度将导致样品分解的可能性增加 合理设置柱温参数 利用溶剂聚焦和溶质聚焦保证良好的峰形 2020年1月5日星期日 33 3 7溶剂 溶质聚焦 溶剂聚焦 液态的样品 如果柱箱温度比溶剂沸点低20度 但气化室温度高于溶剂沸点 样品在汽化室气化进入色谱柱后 溶剂要在色谱柱头冷凝成液体 然后涂在柱头上 成为第二固定相液膜 溶剂对样品组分有很好的溶解性 也就是说 有着一个很大的分配系数K值 K越大分离效果越好 以这个溶剂形成的液膜 第二固定相 具有良好的分离效果 色谱系统因此比不形成液膜的时候具有更好的分离效果 作用 改善前端峰展宽和提高分离度 使色谱峰更尖 2020年1月5日星期日 34 3 8溶剂 溶质聚焦操作程序 1 设置柱箱初始温度比溶剂沸点低10 20 左右 比初流出组分的沸点低60 80 左右 2 关闭分流出口电磁阀3 柱箱初温保持时间和进样时间保持一致4 进样时间到达后 开启电磁阀 柱箱开始快速升温 10 30 min 直到第一个组分流出5 降低升温速率 以保证其他组分的分离度 2020年1月5日星期日 35 3 9溶剂聚焦对峰形的影响 色谱柱 Rtx 5 30m 0 25mm 0 25um进样量 1 0 L样品 5ug mL农药混标 溶剂为正己烷 柱温程序 40 to150 25 min 然后275 4 min 色谱柱 Rtx 5 30m 0 25mm 0 25um进样量 1 0 L样品 5ug mL农药混标 溶剂为正己烷 柱温程序 150 to275 C 4 min 2020年1月5日星期日 36 3 10溶剂 溶质聚焦要点 溶剂聚焦和溶质聚焦经常是协同作用 对于部分低沸点溶剂 如二氯甲烷 40 保证良好的溶剂聚焦很困难 需要更多的考虑溶质聚焦 为保证良好的溶剂聚焦效果 用非极性及微极性柱进行不分流分析时 应尽量采用正己烷 异辛烷等非极性溶剂 相似相溶 2020年1月5日星期日 37 3 11优化隔垫吹扫 作用 保证进样口顶部的干净空间2 防止样品反冲 污染载气流路一般隔垫吹扫流量设置为3 5mL min 同时要注意避免采用过大的吹扫流量 2020年1月5日星期日 38 3 12注意事项 进样口温度过低 将导致高分子量化合物气化不完全 并且不能有效转移到色谱柱中 样品气化不完全 进样口温度过高 导致热稳定性差的化合物分解 样品分解 样品从进样针注入时 不同组分的气化程度不同 高沸点组分残留量比例高 进样针岐视 可以采用快速进样 热针进样和三明治进样法改善进样针歧视效应 2020年1月5日星期日 39 3 13其他注意事项 谨慎选择进样量 避免样品反冲和溢出 不分流进样时建议开启高压进样功能 采用大分流比分流进样时 建议开启载气节省功能 进水样时 建议开启分流阻尼固定功能 注意衬管中石英棉的用量和位置 以及和进样针的配合情况 分析高活性样品时 注意衬管和石英棉去活 分析较脏样品时 要增强衬管和石英棉检查的频度一般情况下进样速度必须很快 因为当进样时间太长时 试样原始宽度将变大 色谱峰半峰宽随之变宽 有时甚至使峰变形 一般地 进样时间应在1s以内 第四部分色谱柱 2020年1月5日星期日 41 4 1毛细管气相色谱法 毛细管气相色谱法是采用高分离效能的毛细管柱分离复杂组分的一种气相色谱法 毛细管柱与填充柱相比在柱长 柱径 固定液液膜厚度 容量以及分离能力上都有较大的差别 毛细管柱是毛细管色谱仪的关键部件 毛细管色谱柱毛细管柱的内径一般小于1mm 它可分为填充型和开管型两大类 1 填充型它分为填充毛细管柱 先在玻璃管内松散地装入载体拉成毛细管后再涂固定液 和微型填充柱 与一般填充柱相同 只是径细 载体颗粒在几十到几百微米 目前填充柱毛细管已使用不多 2020年1月5日星期日 42 4 1毛细管气相色谱法 2 开管型按其固定液的涂渍方法不同 可分为 1 涂壁开管柱 将内壁经预处理再把固定液涂在毛细管内壁上 wall coatedopentublarcolumn WCOT柱 2 多孔层开管柱 在管壁上涂一层多孔性吸附剂固体微粒 不再涂固定液 实际是一种气固色谱开柱管 porous layeropentublarcolumn PLOT柱 3 载体涂渍开柱管 为了增大开柱管内固定液的涂渍量 先在毛细管内壁涂一层载体 如硅藻土载体 在此载体上再涂固定液 SCOT 4 交联型开柱管 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 目前大部分的毛细管属于此类型 5 键合型开柱管 将固定液用化学键合的方法键合到涂敷硅胶的柱表面或经表面处理的毛细管内壁上 由于固定液是化合键合的 大大提高了热稳定性 2020年1月5日星期日 43 4 1 2毛细管柱的特点 1 渗透性好 载气流动阻力小 可使用长的色谱柱 2 相比率 大 有利于提高柱效并实现快速分析 3 柱容量小 允许进样量小 由于毛细管柱涂渍的固定液仅几十毫克 液膜厚度为0 35 1 5 m 柱容量小 对液体样品 一般采用分流进样技术 4 总柱效高 5 毛细管柱 开口柱 的涡流扩散项为零 毛细管的气相 液相传质阻力项的影响因素复杂 2020年1月5日星期日 44 4 2色谱柱选择的要素 柱材质固定相内径膜厚长度 2020年1月5日星期日 45 4 2 1柱材质 不锈钢和熔融石英共同点 良好的惰性和自由度不锈钢的优势 良好的耐磨性和抗刮伤特性 可以缠绕为更小的尺寸 卓越的温度适应性 熔融石英的优势 易于和保护柱连接 易于确认毛细柱内的高沸点污染物 2020年1月5日星期日 46 4 2 2固定相 固定相选择的基本原则 相似相溶原理 选用非极性的固定相分析非极性化合物如果化合物可以用不同极性的固定相分析 选用极性最小的固定相 非极性固定相的使用寿命长于极性固定相 应用范围较广的五种固定相 Rtx 1 Rtx 5 Rtx 50 Rtx 1701和Rtx wax可以满足90 以上的分析需求 2020年1月5日星期日 47 4 2 3常见固定相的结构和性质 Rtx MXT 1100 dimethylpolysiloxaneStableto360 Polarity non polar 无极性 Uses solvents petroleumproducts pharmaceuticalsamples waxes Rtx MXT 1301 Rtx MXT 6246 cyanopropylphenyl 94 dimethylpolysiloxaneStableto280 Polarity slightlypolarUses volatilecompounds insecticides residuesolventsinpharmaceuticalproducts 聚硅氧烷 2020年1月5日星期日 48 4 2 4色谱柱的选择 根据极性来选择适合的固定相 从来选择适当的色谱柱 2020年1月5日星期日 49 4 2 5气相色谱毛细管柱常用固定相 2020年1月5日星期日 50 4 2 6商品化毛细柱固定液对照表 本实验室配置 2020年1月5日星期日 51 4 2 7内径 内径选择的基本原则 0 10mm口径柱适用于快速气相色谱分析 0 25mm口径柱具有较高的柱效 用于标准的GC MS应用和分流 不分流分析 0 32mm口径柱中等柱效 多用于不分流进样 0 53mm口径柱 可以替代填充柱 适合于痕量分析 增加色谱柱的内径 可以增加分离的样品量 但由于纵向扩散路径的增加 会使柱效降低 2020年1月5日星期日 52 4 2 8内径对分离度的影响 较小的内径可以获得更好的分离度 或者在更短的时间内获得同样的分离度 2020年1月5日星期日 53 4 2 9膜厚 膜厚选择的基本原则 增加膜厚可以提高分离度和加强保留 厚些的液膜可以有效降低过载拖尾峰和其他化合物的共流出 如果样品的浓度范围很宽 就需要更厚的液膜 反之 如果目标组分的分离足够 并且没有共流出的问题 就可以使用比较薄的液膜 对于挥发性有机物来说 厚液膜更为合适 液膜厚度的改变将直接影响化合物的流出温度 膜越厚 保留越强 流出温度相应也越高 标准膜厚 0 25 0 5 m 最广泛的应用 对于流出达到300 的大多数样品分析效果良好 薄液膜 0 1 0 2 m 适合石化分析 甘油三酯等高沸点的物质 厚液膜 1 5 m 适合于流出温度在100 200 之间的低沸点化合物 2020年1月5日星期日 54 4 2 10膜厚对分离度的影响 2020年1月5日星期日 55 4 2 11长度 长度选择的基本原则 色谱柱越长 柱效越高 选择可以满足分离度要求的最短的柱子 如果即使是最长规格的色谱柱依然无法满足分离度的要求 请考虑更换固定相或膜厚 分离度和柱长的平方根成正比 两倍的柱长只能增加40 的分离度 标准柱 25 30m 标准柱长 满足大部分应用 短柱 5 15m 通常用于10个组份以下简单样品的快速分析 长柱 50m以上 复杂样品分析 2020年1月5日星期日 56 4 2 11柱长对分析时间的影响 恒温分析 保留时间由柱长决定 柱长加倍分析时间也加倍 程升分析 保留时间主要取决于柱温 分离度的提升和恒温分析类似 但分析时间只是略有增加 由于分离度正比于柱长的平方根 所以增加柱长对分离是有利的 但增加柱长会使各组分的保留时间增加 延长分析时间 因此 在满足一定分离度的条件下 应尽可能使用较短的柱子 2020年1月5日星期日 57 4 3色谱柱的老化 为什么必须进行色谱柱老化 新色谱柱含有溶剂和高沸点物质 所以基线不稳 出现鬼峰和噪声 旧柱长时间未用 也存在同样问题 一般采用升温老化 即从室温程序升温到最高温度 并在高温段保持数小时 新柱老化时 最好不要连接检测器 每天都要进行老化吗 视仪器基线情况 确定是否需要老化以及老化时间 2020年1月5日星期日 58 4 4柱温的选择 柱温是一个重要的色谱操作参数 它直接影响分离效能和分析速度 柱温不能高于固定液的最高使用温度 否则会造成固定液大量挥发流失 某些固定液有最低操作温度 一般地说 操作温度至少必须高于固定液的熔点 以使其有效地发挥作用 降低柱温可使色谱柱的选择性增大 但升高柱温可以缩短分析时间 并且可以改善气相和液相的传质速率 有利于提高效能 所以 这两方面的情况均需考虑 柱温分为恒温和程序升温两种恒温 对于沸程不太宽的简单样品 可采用恒温模式 一般的气体分析和简单液体样品分析都采用恒温模式 程序升温 对于沸程较宽的复杂样品 如果在一恒温下分很难达到好的分离效果 2020年1月5日星期日 59 第五部分检测器 2020年1月5日星期日 61 检测器 是将流出色谱柱的被测组分的浓度转变为电信号的装置 是色谱仪的眼睛 通常由检测元件 放大器 数模转换器三部分组成 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 经放大后记录和显示 给出色谱图 常用的检测器 热导检测器 氢火焰离子化检测器 电子捕获检测器 火焰光度检测器 氮磷检测器 5 1检测器定义 2020年1月5日星期日 62 5 2检测器分类 根据检测器的响应原理 可将其分为浓度型和质量型检测器 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比 如TCD ECD 质量型 检测的是载气中组分进入检测器中速度变化 即响应值与单位时间进入检测器的质量成正比 如FID FPD 根据应用范围 分为通用型检测器和选择型检测器通用型 对所有物质有响应 如TCD FID 选择型 对特定物质有高灵敏响应 如ECD FPD NPD 根据工作过程 分为破坏型检测器和非破坏型检测器破坏型 检测过程中样品遭到破坏 不能回收 如FID FPD 非破坏型 检测过程中样品不遭到破坏 可以回收 如TCD ECD 2020年1月5日星期日 63 5 3常用检测器 2020年1月5日星期日 64 又称氢焰离子化检测器 主要用于可在H2 Air火焰中燃烧的有机化合物 如烃类物质 的检测 原理 含碳有机物在H2 Air火焰中燃烧产生碎片离子 在电场作用下形成离子流 根据离子流产生的电信号强度 检测被色谱柱分离的组分 火焰离子化检测器 FID flameionizationdetector FID 2020年1月5日星期日 65 结构 主要为离子室 内有石英喷嘴 发射极 极化极 此图中为火焰顶端 和收集极 1 在发射极和收集极之间加有一定的直流电压 100 300V 构成一个外加电场 2 氢焰检测器要用到三种气体 N2 载气携带试样组分 H2 为燃气 空气 助燃气 使用时需要调整三者的比例关系 检测器灵敏度达到最佳 2020年1月5日星期日 66 2020年1月5日星期日 67 A区 预热区B层 点燃火焰C层 热裂解区 温度最高D层 反应区 工作过程 来自色谱柱的有机物与H2 Air混合并燃烧 产生电子和离子碎片 这些带电粒子在火焰和收集极间的电场作用下 几百伏 形成电流 经放大后测量电流信号 10 12A 2020年1月5日星期日 68 具体描述如下 氢气由喷嘴加入 与空气混合点火燃烧 形成氢火焰 极化极和收集极通过高阻 基流补偿和50 350V的直流电源组成检测电路 测量氢火焰中所产生的微电流 该检测电路在收集极和极化极间形成一高压静电场 H2 O2燃烧能产生2100 高温 使被测有机组分电离 载气 N2 本身不会被电离 只有载气中的有机杂质和流失的固定液会在氢火焰中被电离成正 负离子和电子 在电场作用下 正离子移向收集极 正极 负离子和电子移向极化极 负极 形成的微电流经高电阻 在其两端产生电压降 经微电流放大器放大后从输出衰减器中取出信号 在记录仪中记录下来即为基流 或称本底电流 背景电流 只要载气流速 柱温等条件不变 基流亦不变 无样品时两极间离子很少 基流不变 当载气 组分进入火焰时 在氢火焰作用下电离生成许多正 负离子和电子 使电路中形成的微电流显著增大 即组分的信号 离子流经高阻放大 记录即得色谱峰 2020年1月5日星期日 69 影响FID灵敏度的因素 FID检测器可供色谱工作者选择的参数有 毛细柱插入FID喷嘴深度 载气种类 载气 氢气 空气的流速 温度等 一 毛细柱插入喷嘴深度毛细柱插入喷嘴深度对改善峰形十分重要 通常是插入至喷嘴口平面下1 3 处 若太浅 组分与金属喷嘴表面接触 产生催化吸附 峰形拖尾 若插入太深 会产生很大噪声 灵敏度要下降 二 气体种类 流速和纯度 2020年1月5日星期日 70 1 载气 尾吹气种类和流速载气不但将组分带入FID检测器 同时又是氢火焰的稀释剂 N2 Ar He H2等均可作FID的载气 N2 Ar作载气 灵敏度高 线性范围宽 由于氮气价廉易得 响应值大 故N2是一种常用的载气 载气流速根据色谱柱分离要求调节 因为FID是典型的质量型检测器 峰高与载气流速成正比 而且在一定的流速范围内 峰面积不变 因此作峰高定量 又希望降低检测限时 可适当加大载气流速 当然为了提高定量准确性时 用峰面积定量比用峰高定量好 从线性范围考虑 流速低一点好 毛细管分析是 加尾吹气的目的是为了不使柱后的峰变宽 尽管FID的死体积几乎为零 但在接毛细柱时通常在柱后要加尾吹气 用N2 Ar作尾吹气 灵敏度高 线性范围宽 尾吹气流速视FID结构而定 用He或H2作载气 如用N2或Ar作尾吹气 还可改善线性范围 2020年1月5日星期日 71 2 氢气 空气的流速氮 氢比 氢气是保证氢火焰燃烧的气体 也为氢解反应和非甲烷烃类还原成甲烷提供氢原子 实验表明 氮气稀释氢焰的灵敏度高于纯氢焰 氮 氢比影响FID的灵敏度和线性范围 而当氮气流速相对固定时 随着氢气流量的增大 响应值也逐渐增大 增至一定值后又逐渐降低 当氮气流速不同时 最佳的氢气流速也不同 即氮气 氢气流速有一个最佳的比值 当氮气 氢气流速比相对最佳值时 不但响应值大 而且流速有微小变化时对信号的影响最小 一般氮气 氢气流速最佳比为 1 1 5 1 3 空气的流速空气作为助燃气体 并为离子化过程提供氧气 同进起着清扫离子室的作用 空气的流速也影响灵敏度 随着空气流量的增加 灵敏度也相对渐趋稳定 空气与氢气的比约为 10 20 1 一般情况下为300 500ml min比较合适 当然最好根据实际情况进行确定 一般在选定氢气和氮气流速之后 逐渐增大空气流速到基流不再增大 再过量50ml min就足够了 流速比例调得好则灵敏度大 各种气体流速和配比的选择 一般比较合适的范围 氢 载 空气 1 1 1 5 10 15 2020年1月5日星期日 72 3 气体纯度作常量分析时 载气 氢气和空气纯度在空气99 9 以上即可 但在作痕量分析时 则要求三种气体纯度相就提高 一般要求在99 999 以上 空气中的总烃就小于0 1 L L 气源中的杂质会产生噪声 基线漂移 假峰 柱流失和缩短柱寿命 通常超纯氮气发生器所产生的氮气纯度可达99 9995 氢气发生器所产生的氢气纯度可达99 99999 这些气源用于FID痕量分析 基线稳定性好 使用这些气源是可靠的 2020年1月5日星期日 73 三 极化电压 在500V以下时 电压越高 灵敏度越高 但在500V以上 则灵敏度增加不明显 通常选择 100 300V的极化电压 四 FID为质量型检测器 对温度变化不敏感 但柱温变化影响基线漂移 检测器温度变化影响FID灵敏度和噪声 但汽化室温度变化对FID无直接影响 由于FID中氢燃烧产生大量的水蒸气 若检测器温度太低 水蒸气不能从检测器中排出 会冷凝成水 使灵敏度下降 噪声增加 若有氯代溶剂或氯代样品时 还易造成腐蚀 所以FID检测器温度务必在120 以上 2020年1月5日星期日 74 FID特点 典型的质量型检测器 1 灵敏度高 10 12g s 2 线性范围宽 107数量级 3 噪声低 4 结构简单 稳定性好 响应迅速等特点 耐用且易于使用 5 为质量型检测器 色谱峰高取决于单位时间内引入检测器中组分的质量 在样品量一定时 峰高与载气流速成正比 因此在用峰高定量时 应控制流速恒定 6 对有机化合物具有很高的灵敏度 对无机物 永久性气体和水基本无响应 因此FID特别适于水中和大气中痕量有机物分析或受水 N和S的氧化物污染的有机物分析 7 对含羰基 羟基 卤代基和胺基的有机物灵敏度很低或根本无响应 8 样品受到破坏 无法回收 9 比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级 检测下限可达10 12g g 2020年1月5日星期日 75 注意事项 一 注意安全防氢气泄漏 切勿让氢气泄漏入柱恒温箱中 以防爆炸 注意以下几点即可 在未接色谱柱和柱试漏前 切勿通氢气 卸色谱柱前 先检查一下 氢气是否关好 如果是双柱双检测器我谱仪 只有一个FID检测器工作时 务必要将另一个不用的FID用闷头螺丝堵死 防烫伤 因为FID外壳很烫 二 保持FID正常性能1 正常点火点火时 FID检测器温度务必在120 以上 点火困难时 适当增大氢气流速 减小空气流速 点着后再调回原来的比例 检测器要高于柱温20 50 防水冷凝 2 定期清洗喷咀注意线性范围与以下条件有关 一般用N2作载气 载气要净化 除有机物 气体流量比等 2020年1月5日星期日 76 涂料稀释剂的GC分析 FID的应用举例 FID检测器与TCD一样 应用十分广泛 FID主要特用于烃类的工业分析 也用于化学 化工 药物 农药 法医化学 食品和环境科学等诸多领域 它主要用于各种样品的常量常规分析与痕量分析 近年普遍用于快速GC和全二维GC的检测器 一 烃类的工业分析 二 水中挥发性有机物的痕量分析 三 环境检测 用HP WAX毛细管柱检测涂料溶剂 氦气作载气 FID检测器 用程序升温可得谱图3 16 2020年1月5日星期日 77 第六部分数据分析 2020年1月5日星期日 79 6 1数据可靠性判断 良好的峰面积重现性 一般CV 在0 5 3 变异系数 标准差与均值的比率 工作曲线具有良好的线性相关性要在三个9以上 峰形正常 避免拖尾峰和前沿峰 柱选择恰当 衬管无污染 温度及流量设定 色谱峰分离良好 分离度 1 5 2020年1月5日星期日 80 6 2数据不良是检查措施 1 检查是否漏气 进样口 衬管 连接柱子 用检漏液检查各连接部位 并确认峰面积重现性2 检查色谱柱是否良好长时间使用 因吸附 固定液流失 固定液分解及污染 造成柱劣化 更换新柱3 检查衬管是否正常确认衬管有无破损 污染 确认石英棉的位置4 样品性质 是否易分解对于不稳定的样品应注意保存温度 要避光并注意存放时间 2020年1月5日星期日 81 6 3计算方法 峰处理参数 峰处理参数 半峰宽 斜率 漂移 变参时间等 半峰宽 设为最窄峰的半高宽 单位 秒控制斜率测试时间 10 半峰宽推荐值 填充柱5s毛细柱2 3s斜率 10倍半峰宽内所有信号的总和判断峰起点滤除低平噪声 如蛇行等 斜率值确定 一般采用斜率测试值 也可根据实际需要手动输入 漂移 判断相邻峰的积分方式设定值为0时 工作站将自动判断如漂移值与基线至峰谷连线较接近时 积分可能不稳定 导致面积值变化较大 需加以注意 2020年1月5日星期日 82 6 3计算方法 峰处理参数 变参时间 峰展宽一倍所需要的时间 单位 分钟设为0时 工作站自动判断 程序升温分析一般设为1000min 即不变参 积分峰标记 E 超量程峰 这种峰的面积计算是错误的S 拖尾峰 溶剂峰常同时出现S E两个标记 T 尾上峰 作过拖尾处理的峰V 与前邻峰垂直分割L 前沿峰 2020年1月5日星期日 83 6 4定性分析 一 样品预处理GC分析对象是在气化室温度下能生成气态的物质 为保护色谱柱 降低噪声 防止生成新物质 杂峰 需要在进样前对样品进行处理 1 水 乙醇和可能被柱强烈吸附的极性物质 柱效下降 需除去 2 非挥发份 会产生噪声 同时慢慢分解 产生杂峰 3 稳定性差的组分 生成新物质 杂峰 常用试样的预处理1 化学衍生化2 裂解技术3 分离与富集蒸馏 萃取 吸收 冷冻 2020年1月5日星期日 84 二 定性方法1 用已知物对照定性该法是基于在一定操作条件下 各组分保留时间是一定值的原理 具体做法 1 分别以试样和标准物进样分析得到各自的色谱图 2 对照 如果试样中某峰的保留时间和标样中某峰重合 则可初步确定试样中含有该物质 3 也可通过在样品中加入标准物 看试样中哪个峰增加来确定 2020年1月5日星期日 85 2020年1月5日星期日 86 2 据经验式定性 碳数规律 沸点规律碳数规律 在一定温度下 同系物的调整保留时间tr 的对数与分子中碳数n成正比 lgtr An C n 3 如果知道两种或以上同系物的调整保留值 则可求出常数A和C 未知物的碳数则可从色谱图查出tr 后 以上式求出n 沸点规律 在一定色谱条件下 同族具有相同碳数的碳链异构体 其保留值的对数与其沸点成正比 lgtR A2Tb C23 据相对保留值ri s定性 用保留值定性要求两次进样条件完全一致 这是比较困难的 而用ri s定性 则只要温度一定即可 具体做法 在样品和标准中分别加入同一种基准物s 将样品的ri s和标准物的ri s相比较来确定样品中是否含有i组分 4 保留指数定性该指数定性的重现性最佳 当固定液和柱温一定时 定性可不需要标准物 5 双柱或多柱定性6 与其它方法结合定性如GC MS GC IR GC MS MS 2020年1月5日星期日 87 6 4定量分析 GC分析是根据检测器对待测物的响应 峰高或峰面积 与待测物的量成正比的原理进行定量的 因此必须准确测定峰高h或峰面积A 1 峰面积A的测量 对称峰 峰高h与半峰宽的积 A 1 065 h W1 2不对称峰 峰高与平均峰宽的积 A 1 2 h W0 15 W0 85 此外 可以以保留时间或距离代替峰宽或峰高的测量 A 1 065htR 或dR 2020年1月5日星期日 88 2 定量校正因子由于检测器对不同物质的响应不同 所以两个相等量的物质得不出相等峰面积 或者说 相同的峰面积并不意味着相等物质的量 因此 在计算组分的量时需将面积乘上一个换算系数 使组分的面积转换成相应物质的量 即必须将峰面积A乘上一个换算系数进行 校正 1 绝对校正因子wi fi Ai或fi wi Ai通过此式可得到待测物单位峰面积对应的该物质的量 2 相对校正因子fi用一个物质作标准 用相对校正因子将所有待测物的峰面积校正成相对于这个标准物质的峰面积 使各组分的峰面积与其质量的关系有一个统一的标准进行折算 2020年1月5日星期日 89 3 相对校正因子的测量准确称取被测物与标准物 混合后进样 从所得色谱图分别求出它们的峰面积 然后通过前述公式计算校正因子 省去 相对 二字 过程 精称i纯品 基准物S混匀进样测Ai和As 2020年1月5日星期日 90 注意事项 a相对校正因子与待测物 基准物和检测器类型有关 与操作条件