气相色谱仪组成及结构.ppt

气相色谱仪组成及详细结构 山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司邱强 了解结构的目的 三个有利于 有利于对色谱理论的把握和理解有利于更好地使用和操作仪器有利于仪器的修理和维护 一 仪器组成通过分析样品的一个完整流程 整体结构 1 气路系统载气和检测器所用气体的气源 N2 H2 HE2 AIR等 及气流控制装置 压力表 针型阀 稳流阀 电磁阀 电子流量计2 进样系统自动进样器 进样阀 各种进样口 填 毛 冷柱上 程升进样口 顶空进样口 吹扫 捕集 裂解等辅助进样装置 作用 有效地将样品导入色谱柱进行分离 3 柱系统柱加热 色谱柱 进样口和检测器的接头 色谱柱本身的性能是分离成败的关键 是仪器的心脏 柱子断了进行连接就好比心脏搭桥手术 4 检测系统TCD FID NPD FPD ECD MSD 质谱检测器 ACD 原子发射光谱检测器 5 控制系统主要是检测器 进样器和柱温的控制 检测信号的控制等 6 数据处理系统 对色谱仪的原始信号进行检测画出色谱图 并获得相应的定性定量数据 二 气路系统 1 气源 钢瓶或气体发生器A 载气与N2和H2的区别 H2既做燃气又可做载气 做载气同时做燃气 马是白马 白马非马 B 分子筛的活化 置于坩埚放入马弗炉内 加热400 600摄氏度 活化4 6小时 待凉即装入净化器内 C 硅胶的活化 140摄氏度2小时烘箱变蓝2 气路控制系统气路流程图 以FID为例 N2 H2 AIR的全过程 N2 钢瓶 减压阀压力表 稳压阀 稳流阀 转子流量计 汽化室 色谱柱 检测室 放空H2 钢瓶 减压阀压力表 稳压阀 稳流阀 检测室 放空AIR 钢瓶 减压阀压力表 稳压阀 稳流阀 检测室 放空 气路系统 3 检漏重要性 防爆炸防漏气防不出峰等等A 用的材料 肥皂水洗洁精异丙醇 水 1 1B 方法 分段查每一接口4 EPC系统电子压力传感器和电子流量控制器优点 A 流量控制准确 重现性好B 可实现载气的多模式操作 恒流恒压压力编程等C 仪器体积小D 自动化程度高E 更省气F 操作更安全G 分析结果更可靠因价格高国内目前较少采用 三 进样系统 汽化室 总的要求 A 热容量较大B 死体积较小C 不使样品分解 进样口结构及技术指标 1 五同心散热帽导向垫玻璃内衬管柱接头柱子五同心2 温度范围350 420摄氏度 柱子温度一般不超过400摄氏度 流量0 200ML MIN3 死体积内衬管的空间0 2 1微升 死体积应足够小 以保证进入色谱柱的初始谱带尽可能窄 从而减少柱外效应 但体积太小又会因样品汽化后体积膨胀而引起压力剧烈变动 严重时会造成样品的 倒灌 反而增大了柱外效应 4 惰性内壁应有足够的惰性 不对样品发生吸附作用或化学作用 也不能对样品的分解有催化作用 故加入内衬石英玻璃管 进样口结构及技术指标 5 隔垫吹扫的功能 硅橡胶的影响A 不可避免地会含有一些残留溶剂或低分子齐聚物B 汽化室高温的影响 硅橡胶会产生部分降解 进入柱内形成鬼峰 故此二点影响正常分析 用吹扫功能消除此影响2 3ML MIN C 定期检查隔垫是否漏气 及时更换 进样口结构及技术指标 6 分流比的设定 常用20 200 1 快速GC5000 1或更高 A 分流歧视 指在一定分流比条件下 不同样品组分的实际分流比是不同的 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 造成的原因 1 不均匀汽化 进样是动态的 汽化不太完全的组分比完全汽化的组分可能多分流掉一些样品 极性不同沸点各异导致汽化速度差异 2 不同样品组分在载气中的扩散速度不同 扩散速度与温度成正比 故尽量快速汽化 高汽化温度 合适的衬管 3 分流比的大小影响分流歧视 分流比小一些有利 分流比越大越有可能造成分流歧视 在样品浓度和柱容量允许的条件下 分流比小一些有利 B 分流比的测定 在分流出口用皂膜流量计测定分流流量 再测定柱内流量 因柱内流量很小 用皂膜流量计测定的误差较大 故常用测定死时间的办法进行流量计算 二者之比为分流比 严格地讲 两个流量值应校正到相同的温度和压力条件下 C 注意事项 具体分析中要消除分流歧视 还应注意色谱柱的初始温度尽可能高一些 这样 汽化室和柱温之差会小一些 可避免汽化后的样品发生部分冷凝 进样口结构及技术指标 7 色谱柱的安装 位置 1 入口端过分流点4 5CM 2 保证柱入口端处于汽化室的中央 即汽化室内色谱柱与衬管是同轴心 3 柱后过尾吹点9 10CM 常用GC进样口 目前我公司有三种 一种是填充柱不分流进样口一种是毛细柱分流进样口一种是阀进样 填充柱不分流进样口 1 填充柱不分流进样口 A 内衬管需要定期清洗 防止硅胶垫碎末长期导致衬管堵塞 造成出峰小或不出峰的故障 B 安装内衬管时要注意 不要太紧 松紧适当不漏气为宜 C 汽化垫要定期更换 可根据进样的频率来确定更换时间 D 散热帽固定汽化垫时要松紧适当 太紧不易扎针 太松容易漏气 E 填充柱不分流进样口是最简单的进样口 所有汽化的样品均进入色谱柱 F 可接玻璃或不锈钢填充柱G 可接大口径毛细柱直接进样 毛细柱分流进样口 2 毛细柱分流进样口 A 定期检查分流和隔膜吹扫上的活性炭 B 最常用的毛细管柱进样口 1 分流进样最为普遍操作简单 但有分流歧视和样品可能分解的问题 2 不分流进样虽然操作复杂一些 但分析灵敏度高 常用于痕量分析 阀进样 3阀进样 常用六通阀定量引入气体或液体样品重现性好 容易实现自动化但进样对峰展宽的影响大 常用于永久气体的分析以及化工工艺过程中物料流的检测A自动进样B手动进样可以直接与色谱柱相连也可以接到色谱仪进样口A 注意事项 1 阀串联在气路流程中 2 阀体与进样口之间的连接管越短越好 3 连接管路最好也有控温系统 4 多用填充柱分析常要求载气流速大于20ml min才能有效的将样品转移到色谱柱B 阀的结构 1 载气入口 2 接色谱柱 3 样品注入口 样品人 4 放空 5 样品定量管 关于峰展宽 4 进样口对峰展宽的影响A 峰展宽的机理有两种 1 时间上的展宽 是由样品蒸汽从进样口到色谱柱的转移速度决定的 越快初始峰宽越小 2 空间上的展宽 是样品进入柱头时产生的 如不分流和冷柱上进样时 样品进入柱头会发生部分冷凝 冷凝的液体样品会在载气的吹扫下移动 从而在一定的长度上分布 这一长度就是初始峰宽 如样品与固定相的相容性不好 还会形成液滴分布 使初始峰宽进一步加大 严重的还会造成分裂峰B 填充柱的峰展宽可忽略 毛细柱有影响c 如何消除 使进入色谱柱的样品初始谱带尽可能窄 1 进样量小一些 2 进样口温度高一些 3 载气流速快一些 4 汽化室体积小一些 5 分流比大一些都对窄的初始谱带宽度有利 关于衬管 5衬管多为玻璃或石英材料制成作用 A 保护色谱柱干净很重要及时清洗和更换B 内表面的活性点可能导致样品被吸附或分解故进行脱活处理常用硅烷化法在高温下工作时硅烷化的有限期只有几天在分析极性样品时注意及时更换衬管或重新硅烷化C 衬管中是否填充填料依据待情况而定 1 一般填少量经硅烷化处理的石暎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 2 样品中难挥发物含量高时还可填充一些固体吸附剂或色谱固定相以达到样品预分离的效果D 衬管容积是影响分析质量的重要参数基本要求是衬管容积至少要等于样品中溶剂汽化后的体积 1 衬管容积太小会引起汽化样品的 倒灌 以及柱前压宽度 2 容积太大产生不必要的柱外效应使样品初始谱带展宽一般汽化后溶剂膨胀150 500倍 进样注意的问题 针对常规液体样品 液体样品用微量注射器气体用ml级注射器进样分为手动和自动此处指的是手动进样 进样注意的问题 1 注射速度快2 取样准确而重现无气泡3 避免样品之间的相互干扰洗针 a 取样要先用样品溶剂洗针至少三次 抽满针管的2 3排出 再用要分析的样品洗针至少3次然后取样 b 取样多次上下抽动这样基本上可消除记忆效应 c 每个样品 不同的 用一个针4 选用合适的注射器 进样量 1VL选1VL或5VL进样量 1VL选5VL或10VL 进样注意的问题 5 减少注射歧视 A 定义 指注射针插入色谱仪进样口时 针尖内的溶剂和样品中的易挥发组分首先开始汽化 无论注射速度多快 不同沸点的组分总是有汽化速度的差异 当注射完毕抽出针尖时 注射器中残留样品的组成就与实际样品的组成有所不同 显然 高沸点组分在针尖内残留的要多一些 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 从而造成定量分析的误差 B 怎样减少 1 热针进样 把针先预热 比如放在汽化室附近 2 溶剂冲洗进样技术 先取一定量的溶剂再取样品 再注射样品时溶剂有可能将样品全部冲洗进入汽化室 应注意溶剂量太大造成色谱柱超载 6 特殊样品 1 热解析仪 空气环境质量分析 2 萃取进样仪 3 顶空进样仪 四 柱系统 分三部分1 柱箱2 色谱柱3 柱与进样口和检测器的连接头 柱箱尺寸与控温参数 1 柱箱尺寸 大小 关系到安装几根柱子 操作是否方便 除6801型6800ATCD外一般带毛细柱汽化室的都可同时接一根毛细柱 一根填充柱 经改装6890可同时接两根毛细柱 两个放大器 2 控温参数 恒温分析和程序升温分析 色谱柱的类型与选择 3 常规实验室有三种毛细柱可应付85 以上的气相色谱分析任务SE 30 OV 1 SE 54OV 17 OV 1701 再加一根PEG 20M可应付95 以上的分析任务 根据 相似相溶 原则选择色谱柱 色谱柱操作注意事项 1 安装 填充柱 注意柱子的连接顺序 不能接反 毛细柱 注意分流点 尾吹点 为什么不能接反 因接真空泵一端填充得比较紧密 相当于柱出口压力增大 线速均匀 柱效高 反之如果把色谱柱方向倒转接上 柱效会下降10 20 2 维护柱子老化60 起5 10 min升至老化温度A 填充柱 断开检测器N2 10 20ml min 以程序升温的方式缓慢将柱温升至比使用温度高20 但不能高于最高使用温度 并在此温度下老化4 8小时B 毛细柱 比最高分析温度高20 或最高使用柱温的条件下老化柱子2小时3 注意事项A 老化前清洗系统中的氧气 至少数十分钟 20min 如柱子被打开暴露到空气中很长时间 几天 那么需更长时间 1 2h 来清洗系统以排除所有的氧气B 关机前柱温降到50 以下 再切断载气 防止空气扩散进入 固定液被氧化降解C 修理 用聚酰亚胺黏合剂 一般断后重新购买 作为普通操作使用者接断了的毛细柱存在很大的技术问题 购买新柱即可 五 检测系统柱子是心脏 检测器是眼睛 对检测器总的要求1 灵敏度高2 噪音低3 线性范围宽4 对各类物质都有讯号 但对流速和温度变化不敏感 理想型的难以做到 5 FID TCD为通用型 6 NPD FPD ECD为选择型 常用气相色谱检测器的特点和技术指标 检测系统 1 FID NPD FPD ECD 可用毛细柱进行分析检测 因毛细柱内流量小 不能满足检测器要求 故需加尾吹气 又叫补充气 辅助气 经验值 尾吹气使用 FID FPD NPD载气 尾吹气 30ml min ECD载气 尾吹气 40 60ml min尾吹气的作用 1 保证检测器在高灵敏度状态下工作 2 消除检测器死体积的柱外效应 检测系统 2 FID使用注意事项 A H2O NH3 CO CO2 CS2 CCI4不能使用 响应很小或无响应B 安全问题 H2 C N2 H2 AIR 1 1 10D 防止污染 检测器温度大于柱温一般20 E 喷嘴和气路管道的清洗 用丙酮 氯仿 乙醇浸泡 并在超声波水浴中超声10min以上 不锈钢丝穿透 酒精灯烧掉喷嘴内的油状物 砂纸打磨碳化物 检测系统 3 TCD注意事项 A 先通气 确保热丝不被烧掉B 载气彻底除氧 保证高纯C 载气种类 传热系数差异 检测系统 4 NPD注意事项 A 选择性B 铷珠的温度变化对检测灵敏度的影响较大C 温度高 灵敏度就高 铷珠的寿命就短D 空气载气和尾吹气大降低灵敏度E H23 4mi minAIR100 120ml min尾吹气30ml min左右F 避免SIO2进入检测器 缩短寿命G 关闭载气前电流调到零 使用时尽可能低电压使用H 避免潮湿 最好关闭铷珠电流时检测器温度在100 以上 如一段时间不进样 如过夜后继续使用 应降低铷珠电流 但不要完全关闭 利于第二天快速稳定 检测系统 5 ECDA 防止放射源污染 放空到房顶B ECD的温度应大于250 因温度低检测器平衡慢 稳定时间长C 载气种类 1 N22 含5 甲烷的氩气3 H2做载气时要用N2作尾吹气 载气 尾吹气约为60ml min太小峰拖尾 太大降低灵敏度D ECD避免与氧气或湿气接触 可导致噪声增大 故载气要高纯 检测系统 6 FPD安全问题同FIDH2 60 80ml minAIR 100 120ml min尾吹气 柱流量 载气 20 2