气相色谱仪的结构和使用.doc

气相色谱仪的结构和使用色谱理论基础 胥彬 福立分析仪器有限公司 20110511本世纪初，俄国植物学家茨维特（M.S.Tswett）提出色谱法后，色谱分析法取得了迅速的发展，3040年代发展了柱分配色谱、纸色谱，50年代发展了气相色谱法、薄层色谱法，60年代发展了凝胶色谱法、高效液相色谱法70年代发展了高效毛细柱气相色谱法，80年代发展了毛细管电泳、电色谱，90年代出现了光色谱。1903年俄国植物学家茨维特在波兰华沙大学研究植物叶子的组成时，用碳酸钙作吸附剂，分离植物干燥叶子的石油醚萃取物。他把干燥的碳酸钙粉末装到一根细长的玻璃管中，然后把植物叶子的石油醚萃取液倒到管中的碳酸钙上，萃取液中的色素就吸附在管内上部的碳酸钙里，再用石油醚洗脱被吸附色素，于是在管内的碳酸钙上形成三种颜色的六个色带。当时茨维特把这种色带叫做“色谱”色谱原理的简述色谱法的原理是利用混合物中各组份在流动相和固定相中具有不同的溶解和解析能力，或不同的吸附和脱附能力（主要是指，或其他亲和性能作用的差异。当两相作相对运动时，样品各组份在两相中反复多次（1000 1000000次）受到上述作用力的作用，从而使混合物中的组份获得分离。也就是说每种物质在固定相中的溶解和解析或吸附和脱附能力有差异，各物质在色谱柱中的滞留时间也就不同，即它们在色谱柱中的运行速度不同。随着载气的不断流过，各物质在柱中两相间经过了反复多次的分配与平衡过程，当运行一定的柱长以后，样品中的各物质得到了分离。流动相：携带样品流过整个系统的流体，氮气、氢气、氦气固定相：静止不动的一相，色谱柱内的担体、固定液（填料）相对保留时间 保留体积 容量因子k 相对保留值r是衡量分离情况的重要参数，大多数手册上可查到。因其只与色谱柱种类及柱温有关，故也是重要的定性指标。分离因子 塔板数塔板高度N和H都有理论值和有效值两类,其差别在于用保留时间和校正保留时间 死时间的测定很难： 无合适样品（完全不保留的样品是不存在的）分离度 塔板理论塔板理论是由Martin等人在平衡色谱理论的基础上发展起来的。他们把色谱柱比拟为分馏塔，中间设想成可分为许多分馏塔片（板）。他们假定：1.流动相按前进方向以脉冲使通过柱子，最小单位为一塔板体积;2.组分在柱内两相间的分配系数是恒定的，与组分浓度及在柱内的位置无关;3.组分在所有塔板上的两相平衡在瞬间建立;4.所有组分浓度以起始塔板中的浓度为基准由塔板理论可得到：在色谱过程中色谱峰是要展宽的，展宽的宽度平方值和理论板高H成正比。即相达成“平衡”所需的距离H值越大，则色谱峰展宽也就越严重。反之，若理论板高H值越小。而就一定柱长而言，组分在两相间的“平衡”次数就越多，色谱柱的分离效率就越高，因此理论板高H值是衡量色谱柱效率的一个很好的指标。塔板理论回答了影响色谱峰保留时间和峰宽度这二个重要问题，但它没有回答宽度也就是相应的理论板高究竟受哪些操作条件的影响。 1956年，荷兰的Van Deemter（范第姆特）等人在总结前人工作的基础上，推导出一个把理论板高（H）和载气流速联系在一起的公式，并在方程式中包括了在柱中纵向扩散和传质阻力对理论板高（H）影响的定量关系。这一关系叫范第姆特方程式，即速率理论。范第姆特方程式： 式中A涡流扩散项；B纵向扩散项，或叫分子扩散项；C传质阻力项；u载气的平均流速。化学分析仪器完成物质分析过程所应用的工作原理：用已知的标准物来比对、衡量未知物。由上述的工作原理可知，化学分析仪器对同一种样品分析后所得结果的重复性是最重要的指标。色谱仪器的哪些指标重要？1.色谱峰保留时间的重复性（重现性）2.色谱峰面积或峰高的重复性（重现性）3.色谱仪器的基线噪声和基线漂移3.色谱仪器的灵敏度（敏感度）与最小检测限A.色谱仪器靠哪些手段保证其重复性?温度控制的稳定;气体流量的稳定;检测器的设计及制造B.色谱仪器检测器的灵敏度的衡量：不分流状态分流状态利用稳流阀、针形阀旋转的度数和流量近似成正比这一原理来进行流量的计量。转子流量计压力显示型电子气体流量计的原理是：在气体的流路中接入一个流量传感器，流量传感器将气体流量这个物理量转成与之成正比的模拟量，这个模拟量可以是电压或电流，将这个模拟量量化后转成数字量，即可在色谱仪的屏幕上以数字显示出来。1.TCD和FID一直是互为第1、2位的，是二个最常用的检测器2.ECD和FPD基本上互为稳居第3、4位3.NPD和PID为第5、6位4.其他检测器有MSD、FTIR、HID及AED等等一.按性能特征分类1.对样品破坏与否破坏性检测器:如FID、FPD非破坏性检测器：如TCD、PID2.按响应值与时间的关系响应值为组分在特定时间内的累积量，积分型响应值为组分在特定时间内的瞬时量，微分型3.按响应值与浓度还是质量有关响应值为取决于载气中的浓度，浓度型检测器，峰面积随载气流速增加而减小，峰高不变响应值取决于单位时间内进入检测器的组分量，质量型检测器，峰高随流速的增加而增加峰面积不变。4.按不同类型化合物响应值的大小检测器对不同类型化合物的响应基本相当，或各类化合物的响应值之比小于10，称通用型检测器，如TCD、PID。当检测器对某类化合物的响应值比另一类大十倍以上，为选择型检测器，如FPD、ECD。检测方法工作原理检测器应用范围物理常数法热导系数差异热导检测器 TCD所有化合物气相电离法火焰电离火焰电离检测器 FID有机物 热表面电离氮磷检测器 NPD氮、磷化合物 化学电离电子捕获检测器 ECD电负性化合物 光电离光电离检测器PID所有化合物光度法原子发射原子发射检测器AED多元素 分子发射火焰光度检测器FPD硫、磷化合物 分子吸收傅立叶变换红外光谱 FTIR红外吸收化合物 分子吸收紫外检测器 UVD紫外吸收化合物电化学法电导变化电导检测器 ELCD卤、硫、氮化合物质谱法电离和质量色散质量选择检测器 MSD所有化合物1.希望在无组分流入时，即仅有载气通过检测器时，其响应信号曲线基线，是稳定而无波动的，即噪声和漂移的要求。2.希望极痕量的组分进入检测器时就有响应，即灵敏度和检测限的要求。3.希望在某些情况下，所有进入检测器的组分均有响应，而在另一些情况下，仅对某种类化合物有响应，即选择性要求。4.希望保持高效毛细柱的分离效能，就有死体积的要求。5.希望十分窄的谱带快速通过检测器时，峰形不失真，即检测器的响应时间要求。6.希望定量正确可靠，即相对响应因子、线性和线性范围的要求1.噪声由于各种原因引起的基线波动，称基线噪声（N ）。无论在有或无组分流入时这种波动均存在。它是一种背景信号。噪声分短期噪声和长期噪声二类。短期噪声：是来回摆动的信号，其频率明显比色谱峰快。此噪声能用适当的噪声滤波器除去，对分析工作影响不大。长期噪声：长期噪声的出现频率与色谱峰相当，此噪声不能用滤波器除去也无法与同样大响应值的色谱峰区别开，它对接近检测限的组分测定有较大的影响。噪声的测量：噪声的测量通常是取1015分钟的噪声带来计算，噪声带用峰对峰的二条平行线来确定，其计量单位通常用mV。2.漂移 基线随时间单方向的缓慢变化，称基线漂移。漂移的测量通常是取0.51小时内的基线的变动来计算，其计量单位通常用mV/小时。噪声和漂移除与检测器本身的性能有关外，噪声还能来自于：检测器和数据处理系统的机械或电噪声；检测器加热、通气、火焰点燃、加电流等操作噪声；以及载气不纯或漏气、柱流失等噪声。而漂移大多与仪器中某些单元尚未进入稳定状态有关。如载气流量，汽化室、柱和检测器的温度，柱和隔垫的流失等。多数情况下漂移是可以控制的。灵敏度和检测限是衡量检测器敏感程度的指标。1.灵敏度是指通过检测器物质响应值的变化率。即 检测器按其响应特征，可分为浓度型和质量型前者Q为浓度（c）单位为(mg/mL)；后者Q为质量流量（m），单位为（g/s），因此，两者的灵敏度的计算式是不同的。浓度型检测器灵敏度的计算h峰高，mm Wh/2半峰宽，mm A峰面积，mm2 c1记录器或数据处理机灵敏度，mV/mm c2纸速倒数，min/mm F经校正后的载气流速，mL/min m样品质量，mg质量型检测器灵敏度的计算h峰高，mm Wh/2半峰宽，mmA峰面积，mm2c1记录器或数据处理机灵敏度，mV/mm c2纸速倒数，min/mm m样品质量，mg在FID中分别由收集极与极化极组成一高压静电场，FID喷嘴喷出的H2与氧气被点燃后会产生一个高温区，在高温的作用下，从柱后流出的有机物会被离子化，由于产生离子化的部位在高压静电场内，正离子移向收集极（负极），负离子和电子移向极化极（正极），从而就形成了微电流信号。当然H2、N2和AIR是无机气体不会被离子化，所以如果柱后无有机气体流出，FID就无微电流信号。特点：灵敏度高，死体积小，应答时间快，除载气外还需引入空气和氢气，对永久性气体和水无应答。适用范围：有机化合物，能直接用于毛细管色谱分析。噪音： 510-14A敏感度： 210-12g/S线性： 106最高温度： 420在一个处于热平衡的TCD中，组分进入测量臂池腔，就会由于气体组成的改变，引起气体热导系数的变化，气体热导系数的改变，引起热敏元件温度的变化，热敏元件的温度变化，引起热敏元件阻值的变化，热敏元件阻值的变化使惠斯顿电桥输出信号的变化。所以TCD的信号变化是各个变量相继变化的结果特点：热敏元件一般为铼钨丝组成，温度系数为正。适用范围：普遍适用。噪音： 20uv灵敏度： 5000mvml/mg 检测限： 41010g/mL线性范围： 10000化合物100时热导率化合物100时热导率空气0.32甲醇0.23氢2.24乙醇0.22氦1.75丙酮0.18氮0.32三氯甲烷0.11氧0.32二氯甲烷0.11一氧化碳0.3氯甲烷0.17二氧化碳0.22甲乙醚0.24甲烷0.46丙醚0.19乙烷0.31丁醚0.17丙烷0.26戊烷0.22丁烷0.24环己烷0.18己烷0.22氨0.33乙烯0.31氯乙烷0.17苯0.18乙酸乙酯0.17TCD检测条件的选择：TCD检测器未通气时绝对不能加电流，否则检测器的核心部件铼钨丝会在短时间内烧毁1.载气种类、纯度和流量通常使用氢气或者氦气作为载气，因为它们的热导系数远远大于其它化合物，故灵敏度高，且易于定量，线性范围宽。2.载气纯度载气纯度影响灵敏度，实验证明：在电桥电流120mA200mA范围内，用99.999的超纯氢气比用99的普氢灵敏度高613。载气纯度对峰形也有影响，用TCD作高纯气中杂质检测时，载气纯度应比被测气体高十倍以上，否则易出倒峰。3.载气流TCD为浓度型检测器，对流速波动很敏感，TCD的峰面积响应值反比于载气流速。因此，在检测过程中，载气流速必须保持恒定。在柱分离许可的情况下，以低一些为妥。流速波动可能导致基线噪声和漂移增大。4.电桥电流电桥电流可以显著提高TCD的灵敏度。一般认为S值与电流的3次方成正比。但是电流的提高又受到噪声和使用寿命的限制。TCD使用的注意事项：1.如果使用大口径毛细柱，确保毛细管柱插入池深度合适若使用毛细管柱，毛细管柱端必须在样品池的入口处，若插入池内，则灵敏度下降，峰形差，若毛细管柱离池入口处太远，峰变宽和拖尾，灵敏度也低。2.避免热丝温度过高而烧断任何热丝都有一最高承受温度，高于此温度则烧断。热丝温度的高低是由载气种类，桥电流和池体温度决定的。如载气热导率小，桥电流和池体温度高，则热丝温度也高3.避免样品或固定液带来的异常样品损坏热丝，酸类、卤代化合物、氧化性和还原性化合物能使测量热丝的阻值改变，特别是注入量很大时，尤为严重。样品和固定液冷凝，高沸点样品或固定液在检测器中冷凝，将使噪声和漂移变大，以致无法正常工作。4.确保载气净化系统正常载气中若含氧，将使热丝长期受到氧化，有损其寿命，故通常载气应加净化装置，以除去氧气。5.注意TCD、柱箱的温度控制精度因为TCD的工作原理建立在温度变化上，所以温度变化对检测器的影响最大除了要求桥电流稳定外，TCD的灵敏度越高，对温度控制精度的要求也越高。热离子化检测器（NPD）介绍在FID中加入一个用碱金属盐制成的玻璃珠,当样品分子含有在燃烧时能与碱盐起反应的元素时，则将使碱盐的挥发度增大，这些碱盐蒸气在火焰中将被激发电离，而产生新的离子流，从而输出信号。特点：这是一种有选择性的检测器，对含有能增加碱盐挥发性的化合物特别敏感。适用范围：对含氮有机物，含磷有机物有很高的灵敏度。噪音：510-13A 敏感度： N 110-13g/S P 510-14g/S选择性： N/C 500001P/C 1000001线性范围： 105ECD检测条件的选择：1.载气a.载气以高纯氮为最佳，气体的纯度必须大于99.995，必须加脱氧装置。 b.载气的流速填充柱为2050mL；毛细柱为0.110mL，使用毛细柱时必须加上柱 尾吹气，另外为改善ECD的线性，必须使用检测器清扫气体。这些气体都是使用同一气源。2.色谱柱和柱温 a.色谱柱使用的原则是：既要保证各组分的完全分离，又要保持ECD的干净，不 柱固定相的污染。为此尽量使用低配比的、耐高温或交联固定相。尽量使用低柱温一般要求ECD的色谱柱的最高使用温度比接其它气相检测器的温度低50140。3.检测器温度根据样品设置ECD的温度，ECD的温度设置的恰当可提高检测限，抑制干扰。另外 ECD的响应明显受温度影响，因此ECD的温度控制精度要达到0.10.3 。4.ECD操作参数对于恒电流型的ECD，其参比电流的范围为0.55nA，这个电流设置的越大灵敏度越高，基频也越高。线性范围取决于基频的大小，基频越小，线性范围越大。所以要根据被分析样品选择参比电流。有些检测器上还有一个倍频设置，这主要是为了拓展ECD的线性范围，它有1和10二档，通常使用时设置在10。ECD使用的注意事项1.保持整个气路的洁净a.系统气密性好，无空气漏入，所有气体管道最好均采用不锈钢管或紫铜管。 b.气体纯度高，载气、尾吹气及清扫气均要用99.999以上纯度，并加装脱氧装置。 c.进样隔垫流失要小、耐高温、勤更换。更换前最好在柱箱内用250烘烤812小时。d.汽化室内如果使用玻璃棉和玻璃衬管的应定期更换。e.色谱柱流失小，色谱柱应在比实际使用温度高25的温度下充分老化，低柱温使用。 f.样品洁净，脏样品应作净化处理，溶剂应用二次蒸馏的烷烃、芳烃或一氯烃。样品不要过载，每峰的样品量不要超过1081013g g.检测器温度高于柱温10以上。h.保持吹扫气，暂时停机时，保持有少量吹扫气通过ECD 2.ECD污染的净化a.热清洗法，通常轻度污染用此法。卸下色谱柱，用闷头堵住ECD柱入口，用 60mL以上的高纯氮吹扫ECD，ECD温度升到300以上，这样保持812小时。b.氢烘烤，将载气、尾吹气和清扫气换成氢气，流量调到3050mL/min将ECD温度升到300350，柱箱、进样为室温保持1824小时。此法要注意氢气排放安全。以上二法无效应将ECD发回厂家修理。 火焰光度检测器（FPD）介绍原理：燃烧着的氢焰中，当有样品进入时，则氢焰的谱线和发光强度均发生变化，然后由光电倍增管将光度变化转变为电信号。特点：对磷、硫化合物有很高的选择性，适当选择光电倍增管前的滤光片将有助于提高选择性，排除干扰。使用范围：含磷、硫化合物的分析噪 音： 1020uv 敏 感 度： S 110-11g/s P 110-12g/s 选 择 性： S/C：10001000000:1 P/C：100000:1线性范围： 100010000最高温度： 420FPD的使用注意事项a.PMT通电后，切忌见强光，使用中应注意在通电后不要卸下FPD的盖帽观察火焰颜色和点火，必须要这样做时，一定要关掉PMT的高压，才能进行操作。 b.更换硫、磷滤光片时必须切断电源。 c.PMT信噪比和工作电压的关系是：加到PMT上的电压越高，灵敏度也越高，但是噪声也越大。通常最佳工作电压为700800V。d.FPD的噪声一般在5X10125X1010A，噪声来自二个方面，一是PMT本身，另一个是火焰，若熄灭火焰后噪声仍旧大，则噪声来自PMT。e.PMT的噪声也有二个，一个是本身的质量问题，另一个是FPD漏光。 f.火焰的噪声一般是气体配比引起，也有少数是气体的纯度有问题。g.FPD的灵敏度下降一般由以下几个原因引起：滤光片透光度下降；石英保护窗透光度下降；喷嘴脏或有沉积物；PMT老化或损坏。 h.因为FPD是使用氢气最多的检测器，所以安全防护问题要多加注意。另外由于FPD火焰较大，势必引起检测器外壳的高温，所以也要防止烫伤I.FPD的响应值与气体的配比有密切的关系，所以流量的调节一定要仔细。光离子化检测器（PID）介绍原理：电离电位小于或等于光能量的化合物在气相中发生光电离。紫外光灯发出一定波长的光子流，经窗口进入电离室，载气分子的电离电位高于光能量，它不被电离。当电离电位小于或等于光能量的组分进入电离室，即发生光电离后产生正离子和电子，在电场作用下，电子和正离子分别向正、负极运动，形成微电流。特点：灵敏度高、选择性好且可调、体积小、重量轻、操作简单，对样品为非破坏性。透紫外光窗口易污染污染后导致灵敏度降低，另外紫外灯的寿命长短不一。使用范围：所有低于紫外灯光能量电离电位的化合物噪 音： 1020uv 敏 感 度： 210-13g/s 线性范围： 107最高温度： 350紫外灯式PID可分析的化合物光源化合物光源化合物种类能量/eV名称电离电位/eV种类能量/eV名称电离电位/eV氩乙烷11.6氪10.2溴代烃10.5 丙烷11.1乙醇10.5 氯甲烷11.5氙9.5反丁烯9.111.7硝基甲烷11.2甲苯8.8 甲醛10.9碘代烃9.5 甲醇10.8硫醇9.5 甲酸甲酯10.8甲胺9.0氪 C4C7烷烃10.69.88.3联苯8.310.2C4C7烯烃10.59.6二甲胺8.2 苯9.3二苯醚8.1填充柱和毛细柱的特点对比 材料：填充柱的材料为不锈钢或玻璃管 毛细柱的材料为柔性石英管外观：填充柱的内径粗，一般23毫米；长度一般0.53米毛细柱的内径细，0.20.53毫米；长度一般15100米内部填充柱内有涂过固定液的填料，所以在气路中会形成气阻毛细柱为空管，固定液涂在毛细管的内管壁表面，气阻很小分离效率填充柱低，塔板数一般不超过2000/米毛细柱高，塔板数一般达几万流量填充柱的流量一般为2030毫升/分毛细柱的流量一般为0.25毫升/分 对样品的承受能力填充柱大，一般液体进样量为0.52ul毛细柱小，一般液体进样量为0.010.1ul对仪器系统的要求填充柱低，只需一路载气即可毛细管高，除了载气外，还需分流、清扫和尾吹气体在操作上填充柱操作简单只需调整一路载气即可毛细柱操作复杂，除了调整载气外，还需调整清扫、分流和尾吹毛细管柱的质量标准：1.柱效要高；2.热稳定性好； 3.化学惰性强；从那些方面判别毛细管柱的质量?1.分配容量(或容量因子)K，好的柱子在高温运行后，分配容量K不应有明显的下降，否则，说明柱子的热稳定性不好。2.理论塔板数 n，热稳定性好的柱子经受高温后，理论塔板数应基本保持恒定；3.柱子的极性。热稳定性好的柱子，高温前后极性变化不大，具体表现为保留指数I值没有大的变化。4.噪声。热稳定性好的柱子在高温下使用，噪声不能增加；5.柱子的去活层，毛细管柱子涂固定液前内部一般要用去活性试剂去活以增加惰性。质量好的毛细管柱子高温后，去活层不应该变化，表现在对强极性样品或酸 碱性样品的吸附性不能增加。毛细管柱的维护高温毛细柱的使用寿命一般为多长?毛细柱寿命除决定于柱子本身的性能外，在很大程度上取决于使用情况，比如使用温度、样品状态，进样量等，如果在其使用温度范围内，样品干净，色谱柱不被污染的情况下，柱子寿命一般在23年之间如毛细管柱被污染，柱效和分辨率降低，有何方法使它恢复？是否可通过老化来解决?根据柱污染程度可采取不同的方法来解决，如果污染不严重，污染物沸点不是太高，可通过老化来解决，但老化温度不可超过柱子的最高使用温度，且一般要较长时间(830小时)，如果污染较严重，或通过老化仍不能使柱性能恢复，那就必须采用溶剂清洗，通常是用5倍柱容积的溶剂（如正戊烷，二氯甲烷等）通过色谱柱。当然，清洗溶剂用的越多，对柱性能的损坏越大，清洗完后，在通载气老化一定时间，如果柱性能恢复，便可继续使用。必须指出：只有交联柱才能清洗，对于非交联柱，清洗柱会彻底失效，因为固定液被洗掉了，至于清洗用溶剂的选择，可参考说明书。交联毛细管柱最重要的优点是当柱被可溶性有机重组分污时，可以用溶剂清洗除去污染物，使柱得以再生，根据污染的性质，可适用非极性溶剂（如正戊烷）或极性浴剂（如二氯甲烷、丙酮、苯等）。每个试验室都可以做一简单设备，如下图，来进行清洗。清洗方法：将溶剂装入小瓶的2/3处，把毛细管的出口端（接检测器的一端）刺过青霉素的橡皮盖插入溶剂底部。（青霉橡皮盖较硬，不易被弹性石英毛细管刺透，可用一金属丝或注射针预先 1.25-50mL注射针刺透，在留的痕迹处插入石英毛细管）。接着用25ml 2.青霉素小瓶或50ml的注射针，向小瓶内压入空气，溶液即会压入 不正确装法 3.毛细管柱 分流/不分流装法柱内，直到全部溶剂从柱中流出，（如果是20米以上的大口径毛细管柱，再加一次溶剂清洗) 随后，将柱从小瓶中拉出与仪器的进样连接，用载气将柱中的溶剂吹干后，再把柱的另一端与检测连接。用程序升温的方式老化l2次，即可使用。清洗过程应注意：溶剂必须用分析纯试剂； 溶剂在柱浸泡时间不能过长，以防止固定液液膜溶涨，使柱效下降。毛细管柱在进样口处的安装：高流速区原则大口径柱不分流进样的安装应用上的几个问题关键:减少死体积,减少进样量.1.进样口的安装.2.检测器的安装.3.流量的调节.4.根据柱长控制进样量5.是否需要尾吹?毛细管柱在检测器处的安装 毛细管色谱柱在FID、NPD上的“无死体积”安装方法关键：将色谱柱插到离不锈钢喷口附近（差2mm左右）若是大口径毛细管柱，这种安装办法可以不用尾吹。分流/不分流进样的应用原理简述1不分流 此种进样方法也称作柱头冷聚焦进样方法，使用时必须配合柱温程序升温。在分析的初始阶段，柱温处于低温状态（比样品溶剂的沸点低），分流通道处于关闭状态，在进样器中被迅速气化的样品气体在柱头聚集并冷凝，大量的溶剂在柱子前端形成一层临时固定液膜，溶质在这一层临时固定液膜上的运动呈前慢后快态，被分析样品在进入色谱柱前端（柱头）的同时也得到了压缩（聚焦）。原理简述 分流 经过4060秒后分流通道被打开，与此同时柱温根据设定已开始逐渐升温，溶剂首先汽化并在柱子中向前运动，进样器汽化管由于分流通道的开启而得到清洗，在不分流期间被压缩的溶质也由于柱温的逐渐升高而开始在柱子中运动并进行分离。由于压缩的原因进入柱子的样品量比只分流进样多几倍甚至几百倍，等于有了一个柱头浓缩的过程所以毛细管分流/不分流进样的检测限比普通分流进样的检测限要提高13个数量级。应用上的几个问题关键:1.柱子的安装2.载气系统的流量调节3.柱温的设定4.不分流时间的确定5.溶剂的选择6.柱流量的确定7.尾吹流量的确定毛细管柱流量的确定、分流比的确定毛细管柱流量的较精确设定一般只能应用进样结合计算的方法，方法如下：1.公式 FC60u式中 FC：柱流量,单位为 ml/min u：载气线速度,单位为 cm/s ：3.14 ：柱内半径的平方 60：时间转换系数2.式中u为载气的平均线速度。u可以通过进样后用某物质的保留时间求得，某物质可以用甲烷、甲醇等均可，要求是色谱柱对该物质的吸附要小，一般以甲烷为宜。 具体计算方法为：u=CL(cm)/RT(s) 式中 CL：柱长 RT：保留时间3.分流比的确定分流比可根据以下公式确定：分流比=FC/（FC+F分流）式中F分流为分流流量，单位都是用ml/min *电磁阀的设定开机后将二位三通电磁阀设定在“不分流”状态，在此状态下设定“不分流”时 间（一般为4060秒），然后再将电磁阀设定为“分流”状态 ，由于程序升温的启动与电磁阀联动，所以在启动程升后有4060秒的不分流时间。分流/不分流进样法常用的溶剂毛细管柱尾吹流量的确定小口径毛细管色谱分析用FID检测器时，一定要加尾吹气，一般用空气或N2气。加尾吹气的作用之一是减少柱后死体积对色谱峰造成的扩散，之二是保证FID有合适的氮氢比。FID系质量型检测器，适当地增加尾吹气可提高检测的灵敏度，但尾吹气太高，会引起基线不稳以至灭火尾吹气太低，会引起色谱峰拖尾、对毛细管柱效损失太大。尾吹气流量一般在2030ml比较适合，可用皂沫流量计来测量。毛细管柱的老化涂渍好的毛细管柱首先要经过充分的老化，以除去固定液中的低分子量物质，一般商品毛细管柱，在制造出厂前都已经过充分老化；但柱子一经从仪器上拆卸下来，较长时间接触空气，在下一次使用之前，最好以较低的初始温度程序升温至最高使用温度老化1-2次。各种固定液因其性质和生产厂家不同而最高使用温度有所不同，所以要注意毛细管的说明，生产毛细管柱的厂家应注明最高使用温度。老化中应注意载气的流速不易过大，否则会破坏均匀的液膜。一般非极性柱在250以下老化使用，可用普通氮气，在250以上高温使用时，必须使用高纯氮气或普通氮气经脱氧后使用，以延长柱子的使用寿命。对极性柱，尤其是PEG类（聚乙二醇）FFAP、含氰基的固定液（OV225、OV275），一定要用99.99%高纯氮气（最好高纯氮气经过脱氧，）否则，固定液很快被氧化，以致不能使用。气相色谱柱的选择1固定液的选择：*对于填充色谱柱，极性样品选极性固定液，非极性样品选非计性固定液。原则：相似相溶原则*对于毛细管色谱柱，较为宽松，因为许多样品的分析都可以在非极性固定液柱上完成，应用最广泛的是：SE-54；SE-30；OV-101。原则：尽可能选用较低极性的固定液来完成分析工作原因1：非极性或弱极性固定液具有较高的柱效。原因2：具有较高的抗氧化能力，可以有较高的使用温度，使用寿命长。原因3：一柱多用。只有当被分析极性化合物与固定液之间作用力很小或为了减少分析时间，才需要换用极性较强的固定液。 *气相色谱柱的选择2填充色谱柱的尺寸选择内径f2长度2M是最常用的尺寸，一般用于分离10个组份以下的样品。1M长度的次之，一般用于分离4个组份的样品。在特殊用途上有采用3M或4M的，但超过4M的很少应用。内径f3的填充柱应用越来越少，只有在应用玻璃柱时使用这种内径。填充色谱柱管的材料选择绝大部分的应用场合都使用不锈钢管材料，对于有反应性易分解或具有腐蚀性的样品可使用玻璃或聚四氟乙烯管材料。填充色谱柱载体（担体）的选择当固定液含量大于5%，可选用硅藻土型的白色或红色载体；当固定液含量小于5%，应选用处理过的载体；对高沸点的样品应选用玻璃微球载体；对于强腐蚀性样品，可选用氟载体。粒度范围，一般常用80100目，高效柱可用100120目。气相色谱柱的选择3毛细管柱的尺寸选择内径选择：柱效率与半径平方成反比，半径越小柱效越高，但半径越小使用难度越大，如要求仪器的灵敏度高，时间常数小，死体积小以及柱前压大。一般常用内径0.25m/m,0.32m/m,0.53m/m。长度选择：柱越长，总柱效越高，只有当分析样品十分复杂时才需要选择长柱（50M以上），对于含40 50组份的不太复杂的样品，用20M左右的长度已能满足分离要求，柱越长，分析时间也越长。另外柱长增加4倍，样品的分离度才增加1倍，所以首先应选择合适的固定液，其次才是增加长度。液膜厚度选择：选择液膜厚度与选择柱长一样重要，恰当的膜厚度可使感兴趣的组份分离得更好。厚液膜柱适用于挥发性大的轻组份，使组份在柱内滞留时间长，得到较好的分离，厚液膜还具有较高的负荷量。挥发性低的重组份样品应选用薄液膜柱，这样可使用较低柱温将组份从柱中赶出，减少柱流失延长柱寿命。标准液膜厚度：0.25m/m 0.33um; 0.32m/m 0.5um; 0.53m/m 1um。各项分析参数的选择（填充柱）载气种类的选择：经常使用的载气为氮气、氢气和氦气。其中氦气是最好的选择，但价格较高，有些地方购买有困难。所以在我国最常用的GC载气是氮气，氢气一般在使用TCD时为提高灵敏度而使用，在使用毛细管柱和ECD时需要高纯度氮气（99.999%）。载气流量的选择：使用氢气作载气线速度约在20cm/s左右，使用氮气作载气线速度约在10cm/s左右。柱温的选择：使用13%浓度固定液柱子，分析沸点在300400的样品，柱温可定在200250左右。使用510%浓度固定液柱子，分析沸点在200300的样品，柱温可定在150200左右。使用1015%浓度固定液柱子，分析沸点在100200的样品，柱稳可定在样品平均沸点的2/3左右。使用1520%浓度固定液柱子，分析气体、气态烃样品，柱温可定在室温或50左右。对于宽沸程的混合样品使用柱温程序升温方法进行分析。检测器、进样器温度的选择：检测器、进样器温度一般比柱温高2050度，但是FID、FPD、NPD的温度最低不得低于100度，以防止检测器积水。各项分析参数的选择（毛细管柱）载气种类的选择：经常使用的载气为氮气、氢气和氦气。其中氦气是最好的选择，但价格较高，有些地方购买有困难。所以在我国最常用的GC载气是氮气，氢气一般在使用TCD时为提高灵敏度而使用，在使用毛细管柱和ECD时需要高纯度氮气（99.999%）。载气流量的选择：使用氢气作载气线速度在40cm/s，使用氮气作载气线速度在20cm/s，但在毛细管分析中需根据具体分析的结果仔细调整流量。分流比的选择：由于毛细管柱的柱容量小，所以在使用时必须在进样器上进行分流，尤其对0.32mm以下口径的柱必须分流。分流比根据样品的浓度进行选择，浓度较低的选用较小的分流比，浓度较高的选用较大的分流比一般常用100：1200：1的分流比。尾吹流量的选择：由于柱直径细，载气的流量低，所以载气在进入检测器时必须加入一股推力，这就是尾吹气。一般尾吹流量在20ml30ml之间。柱温的选择：柱温选择主要取决于样品的性质，分析气态物质时用50以下，对于沸点在300以下的物质用150左右，对于沸点大于300的物质，柱温用200左右。最佳的温度是根据实验的结果来确定。宽沸程的样品使用程序升温。检测器、进样器温度的选择同填充柱。程序升温气相色谱分析柱温固定的色谱分析过程，称作恒温色谱( IGC)或定温色谱。使用于沸程差不大的样品。对宽沸程样品，柱温选在平均沸点左右的折衷办法对大部分组份不合适；低沸点组份因柱温太高很快流出，色谱峰尖而重叠，紧挤在一起，测量、定量误差很大；高沸点组份则因柱温太低，流出时间长，且峰宽且矮，有的不能在一次分析中流出，而在随后的分析中作为基线噪音出现，或作为无法说明的“鬼峰”出现，增加了测量、鉴定的困难。程序升温气相色谱分析宽沸程多组份混合物，可采用程序升温色谱法（ PTGC ）PTGC在色谱进样后，柱温按预定的加热程序改变的色谱分析方法。混合物中所有组份能在其最佳柱温(保留温度)下流出色谱柱。只要初始温度足够低，低沸点的组份即最早流出峰就能得到良好的分离，随着柱温增加，每一个较高沸点的组份被升高的柱温“推出”色谱柱，高沸点组份也能较快的流出，并和低沸点组份一样也能得到良好的尖峰。程序升温与恒温操作的比较 程序升温与恒温操作的比较项目恒温色谱程序升温色谱载气纯度柱温、检测室炉流速控制柱室不苛刻一般要求恒压足够厚壁大热容高纯度单独控制加热要求用稳流阀薄壁小热容程序升温分析对仪器的要求1.柱系统：如果是填充柱基本上采用双柱双气路双检测器系统。双柱可以是相同的固定相（推荐也可以不同（要求两固定相的热稳定性相同或接近）。这样的系统可使在程序升温过程中因流失而造成的基线漂移得到补偿。2.柱箱：与恒温色谱相反，对程序升温的柱室，要求其热容量低且绝热性好，可以使升温降温速度快且保温较好，热惰性小。其构成材料为高强度的耐火材料或有空气夹层的金属材料。柱室的门要便于手动或自动地打开或关合（便于降温3.载气气路：必须用经稳流阀的稳流高纯载气，以保证柱效能。4.进样要求：为避免不必要的副作用，最好采用“柱头进样”技术。柱温的设置1.起始温度 T0一般控制在样品中最低沸点组分的沸点附近，过高会造成低沸点组分分离不佳，而过低则会使分析时间过长2.终止温度则取决于样品中高沸点组分的沸点与固定液的最高使用温度Tmax3.升温速率 要兼顾分离度r与分析时间t的要求，一般来说，填充柱通常在38/min，而毛细管柱为0.52/min，对难分离物质，升速宜小。4.载气流速由于程序升温中载气流量对保留时间tR和板数N的影响不大，故通常限FUopt，但要注意使F/r为一基本恒定的常数。同时，需用稳流阀严格控制。柱温的设置1.起始温度T0一般控制在样品中最低沸点组分的沸点附近，过高会造成低沸点组分分离不佳，而过低则会使分析时间过长。2.终止温度则取决于样品中高沸点组分的沸点与固定液的最高使用温度Tmax3.升温速率要兼顾分离度r与分析时间t的要求，一般来说，填充柱通常在38/min，而毛细管柱为0.52/min，对难分离物质，升速宜小。4.载气流 由于程序升温中载气流量对保留时间tR和板数N的影响不大，故通常限FUopt，但要注意使F/r为一基本恒定的常数。同时，需用稳流阀严格控制。定性分析：定性分析是GC的弱项，一般有以下几种方法1.利用已知物对照定性。（使用得较为广泛）2.利用文献保留数据定性。（需要有大量的文献资料库）3.利用化学反应定性。（比较麻烦，一般要进行样品的前处理）4.利用其它仪器分析结合定性。（需配备多种仪器，投资大，运行成本高）用相对保留值定性相对保留值是指在相同色谱条件下组分（未知）与参比组分（已知）调整保留值之比。由于相对保留值是被测组分与加入的参比组分（其保留值应与被测组分相近）的调整保留值之比，因此当载气的流速和温度发生微小变化时，被测组分与参比组分的保留值同时发生变化，而它们的比值相对保留值则不变也就是说，相对保留值只受柱温和固定相性质的影响，而柱长，固定相的填充情况和载气的流速均不影响相对保留值 (ris)。因此在柱温和固定相一定时，相对保留值ris为定值，可作为定性的较可靠依据。用已知物增加峰高法定性在得到未知样品的色谱图后，在未知样品中加入一定量的已知纯物质，然后在相同的色谱条件下，作已加纯物质的未知样品色谱图。对比两张色谱图，哪个峰高了，则该峰就是加入的已知纯物质的色谱峰。这一方法可避免载气流速的微小变化对保留时间的影响而影响定性分析的结果，又可避免色谱图图形复杂时准确测定保留时间的困难。这是在确认某一复杂样品中是否含有某一组分的最好方法。定量分析：定量分析是GC的强项，一般采用以下三种方法定量分析1.峰面积归一法：如果被分析样品的组份是同系物，校正因子相近可直接用峰面积求出组份的百分含量。如果被分析样品的组份不是同系物，则要知道每种组份的相对校正因子。优点：不必准确知道进样量，操作条件略为变动对结果影响较小，计算方便，适合于多组份的工厂例行分析。2.内标法：当色谱柱不能使所有组份都流出，或检测器不是对所有组份都有信号，以及在定量分析中只要求测定某一个或某几个组份，其他组份因含量太低或太高而难以测定时，可用内标法。在一定量的样品中加入一定量某纯物质作内标。选用的内标物是样品中不存在的物质，并能与样品中各组份在色谱柱上分离，必须与样品中各组份不起化学反应。内标法定量准确度高，但每次分析需称样配样，操作比较麻烦。3.外标法：不论样品中的所有的组份是否全部出峰，均可采用外标法对出峰组份做定量分析。就定量参比物而言，外标法是最为准确的方法，因为是同质组份进行比较；然而由于检测器的响应性能、工作温度和载气流速等GC条件很难绝对稳定，而且进样量也很难完全相同，因此外标法容易出现较大的误差。色谱定量分析根据组分检测响应讯号的大小，定量确定试样中各个组分的相对含量。依据每个组分的量(重量或体积)与色谱检测器产生的检测响应值(峰高或峰面积)成正比。定量分析的准确度与精密度取决于下列因素：a 取样与样品前处理(决定样品是否能代表本体)；b 分离条件选择(决定是否能使各组分完全分离)；c 检测器选择(决定是否能检测出相应的组分)；d 峰高、峰面积测定（决定是否能准确测量，并影响测定准确度)；e定量校正因子测定(解决同样量的不同物质在同一检定器上有不同响应的问题)；f 定量方法选择(以正确的数学运算精确定量)。 定量校正因子由于同样量的不同物质在同一检测器上会得到不同的响应，同时，同种物质在不同检测器上也有不同的响应讯号。为使测得的峰面积（产 生的讯号）能真实反映出物质的含量，必须对响应值进行校正，从而 引入定量校正因子f。进入检测器中组分的量与检测器产生的相应色谱峰面积(或峰高)之间 的关系,可用下式表示，mi(ci)= fiA(hi) 或 fi= mi(ci) / A(hi)式中：mi（ci）为i组分的质量（浓度）； Ai(hi)为i组分峰面积（峰高）; fi为i组分的绝对定量校正因子面积外标法（标准曲线法）配制已知浓度的标准样品进行色谱分析，测量各组分的峰高或峰面积，作峰高(或峰面积)和浓度的标准曲线，然后在与标准样品分析相同操作条件下，进入相同量(一般为体积)的分析样品，测得被分析组分的峰高或峰面积，在标准曲线上即可查得相应的浓度。在工厂的日常控制分析中大多数采用这种方法，分析结果的准确性主要取决于进样量的重复性和操作条件的稳定性。 面积归一法当进样量少得不易测准，而样品中所有组分又能全部流出色谱柱，并在检测器上都能产生相应信号，即能得到相应的色谱峰时，常采用归一化法。 面积内标法应用实例设混合试样的色谱图中除二氯乙烷，二溴乙烷，四乙基铅三个主峰外，还出现别的杂质峰，但不要求对它们作定性定量分析，此时可采用内标法定量。若选甲苯为内标物，甲苯与样品的配比为 1比 10。各组分的峰 面积如下： 面积内标法由于吸附或化学反应等原因，色谱柱不能使所有的组分都流出来，或者各组分都能流出，但检测器不能对所有组分都给出相应的色谱峰，或者有的样品含量过大（得不到完整的峰），或者过小，或者只要求定量分析复杂样品中几个组分，均可采用内标法。过程：在总量为m样品中如入质量为mS的内标物S，然后根据被测物和内标物的重量和在色谱图上相应的峰面积比求出某组分i,的含量。 顶空分析法是一种间接分析液体、固体中挥发性组分的方法。它利用恒温封闭体系，使样品中挥发性组分在液体样品及