气相色谱法分析与应用.ppt

气相色谱法分析 主要内容 色谱分析概述 气相色谱原理 气相色谱构造 GC应用 2 一 色谱分析概述 起源 色谱分析法是一种分离技术 它是由俄国物理学家茨维特 Tswett 在1906年创立的 他在研究植物叶中的色素时 先用石油醚浸提植物中的色素 然后将浸提液注入到一根填充CaCO3的直立玻璃管的顶端 图a 再加入纯石油醚进行淋洗 淋洗结果使玻璃管内植物色素被分离成具有不同颜色的谱带 图b 他把这种分离方法称为色谱法 玻璃管称为色谱柱 管内填充物 CaCO3 是固定不动的 称为固定相 淋洗剂 石油醚 是携带混合物流过固定相的流体 称为流动相 3 2 原理混合物中各组分在两相间进行分配 其中一相是不动的 固定相 另一相 流动相 携带混合物流过此固定相 与固定相发生作用 在同一推动力下 不同组分在固定相中滞留的时间不同 依次从固定相中流出 又称色层法 层析法 4 超临界流体色谱 SFC 气相色谱 GC 气固色谱 GSC 气液色谱 GLC 液相色谱 LC 液固色谱 LSC 液液色谱 LLC 按两相物理状态分 3 色谱法分类 二 气相色谱介绍 2 1定义 气相色谱 gaschromatography简称GC 定义 以气体为流动相的色谱法 6 1941 Britishscientists A J P MartinandR L M Synge Biochem J 1941 35 1358 Liquid liquidpartitionchromatography Atheoreticalframeworkforthebasicchromatographicprocess Apredication agasmightbeusedinsteadofaliquidinchromatography 1952 A T JamesandA J P MartinGas liquidchromatography Biochem J 1952 50 679 volatilefattyacids 2 2原理 GC主要是利用物质的沸点 极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离 其过程如下图所示 待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体 即载气 也叫流动相 带入色谱柱 柱内含有液体或固体固定相 由于样品中各组分的沸点 极性或吸附性能不同 每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡 在载气中浓度大的组分先流出色谱柱 而在固定相中分配浓度大的组分后流出 组分流出色谱柱后 立即进入检测器 检测器能够将样品组分转变为电信号 而电信号的大小与被测组分的量或浓度成正比 当将这些信号放大并记录下来时 就是气相色谱图 8 色谱图 Chromatogram 正常峰形是对称的正态分布曲线 2 3GC分类 1 按固定相分类气 固 GSC 气 液 GLC 2 按分离机理分类吸附色谱法分配色谱法 3 按柱类型分类 填充柱毛细管柱 2 6mm L2 4m 0 1 0 5mm L10 100m 2 3 1气 液色谱原理 各溶质在气相 流动相 和液相 固定相 间分配系数不同达到分离固定相 涂渍在惰性多孔固体基质 载体或担体 上的液体物质 常称固定液 11 常用的固定液 聚甲基硅氧烷 非极性 聚乙二醇 强极性 含5 或20 苯基的聚甲基硅氧烷 非极性 中等极性 含氰基和苯基的聚甲基硅氧烷 中极性 50 三氟丙基聚硅氧烷 高极性 基质 常用无机载体 硅藻土 玻璃粉末或微球 金属粉末或微球 金属化合物常用有机载体 聚四氟乙烯 聚乙烯 聚乙烯丙烯酸酯 12 2 3 2气 固色谱原理 气 固色谱的固定相是固体吸附剂 分离是基于样品分子在固定相表面的吸附能力的差异而实现的 固体吸附剂 碳质吸附剂 活性炭 石墨化碳黑 碳分子筛 氧化铝 硅胶 无机分子筛和高分子小球 应用 气 固色谱不如气 液色谱应用广泛 主要用于永久性气体和低沸点烃类的分析 在石油化工领域应用很普遍 13 2 4气相色谱仪的基本部件气相色谱仪由五大系统组成 气路系统 进样系统 分离系统 控温系统以及检测和记录系统 14 2 4 1气路系统气路系统是指流动相 载气连续运行的密闭系统 它包括气源钢瓶 净化器 气体流速控制和测量装置 通过该系统 可以获得纯净的 流速稳定的载气 常用的载气 氮气 氢气 氦气及氩气 载气的净化 经过装有活性炭 分子筛或硅胶的净化器 以除去载气中的水 氧 油等不利的杂质 15 2 4 2进样系统组成 进样系统包括进样装置和汽化室两部分 作用 是将液体或固体试样 在进入色谱柱之前瞬间气化 然后快速定量地转入到色谱柱中 注意事项 进样的多少 进样时间的长短 试样的气化速度等会影响色谱的分离效果和分析结果的准确性和重现性 16 进样器液体样品的进样一般采用微量注射器 气体样品的进样常用色谱仪本身配置的推拉式六通阀或旋转式六通阀定量进样 也可采用气密性针进样 手动进样 17 18 Agilent7890GC分流 无分流进样口 载气 注射器针头 衬管 色谱柱 分流出口 进样口外壁 进样方式与进样过程 Agilent7890GC分流 无分流进样口 1 进样 载气 样品分子 溶剂分子 分流出口 总流量 色谱柱 隔垫 吹扫出口 放空阀 隔垫 吹扫出口 2 样品气化 进样方式与进样过程 进样方式与进样过程 Agilent7890GC分流 无分流进样口 隔垫 吹扫出口 放空阀 为了保证分流比的概念真实有效 样品 溶剂 被分析物 必须与载气充分混合 形成一个均匀的混合物 这一混合物的一小部分将会从进样口的底部进入色谱柱 而大部分的混合物则会从分流出口流出 3 样品与载气的混合 如果进样量过大 溶剂会膨胀为很大的体积 致使进样口衬管过载 其结果必将导致样品从吹扫出口流出而造成样品损失 同时也会造成载气输入管路的污染 分流出口 总流量 色谱柱 放空阀 隔垫 吹扫出口 4 衬管过载 2 4 3分离系统 分离系统是指把混合样品中各组分分离的装置 它由色谱柱组成 色谱柱的分类 1 填充柱 由不锈钢 玻璃和聚四氟乙烯等材料制成 常用的为不锈钢柱 柱管内径为2 6mm 柱长1 5m 柱形有U型和螺旋型二种 2 毛细管柱又叫空心柱 分为涂壁 多孔层和涂载体空心柱 空心毛细管柱材质为玻璃或石英 内径一般为0 2 0 5mm 长度30 300m 呈螺旋型 在目前检测中应用最广的也是毛细管柱 21 气相色谱柱 填料 管 填充柱 PackedColumn 融熔石英 固定液 毛细管柱 CapillaryColumn 内径 I D 2 4毫米长度0 5 5米 2米最常用 填料涂覆有0 5 25 固定液的担体固定液理论塔板数一般都很小 内径 I D 0 1 0 25 0 32 0 53毫米长度5 100m 30m最常用 材质融熔石英固定液理论塔板数一般都较大 气相色谱柱 多孔层开口柱 PLOT 多孔高分子小球 氧化铝等 管壁涂渍开口柱 WCOT 或化学键合 填充柱 毛细管柱 硅藻土 担体 固定液 不锈钢或玻璃 融熔石英或不锈钢 固定液 与填充柱相比 毛细管柱的特点有 分离效能高 分析速度快 样品用量少 24 2 4 4温控系统温控系统是指对气相色谱的汽化室 色谱柱和检测器进行温度控制的装置 由于汽化室 色谱柱和检测器要求的适合温度各有不同 所以要求配有三种不同的温控装置 以便设定控制和测定各处的温度 为满足分析要求 除可以恒温外 还可采用程序升温 一般情况下 汽化室的温度比柱温高 以保证试样能瞬间汽化而不分解 而检测器温度是三者之间最高的 以防止样品在检测室冷凝 25 2 4 5检测和记录系统检测记录系统是指从色谱柱流出的各个组分 经过检测器把浓度 或质量 信号转换成电信号 并经放大器放大后由记录仪显示出最终获得分析结果的装置 它包括检测器 放大器和记录仪 26 检测器分类 据检测原理的不同可分为浓度型检测器和质量型检测器两大类 浓度型检测器常用 热导池检测器 TCD 电子捕获检测器 ECD 质量型检测器常见 氢火焰离子化检测器 FID 火焰光度检测器 FPD 27 Detectors 检测器 最小可检量是标准物质测定的 会随着分析的化合物不同而变化 检测器灵敏度比较 MSD FPD S NPD P NPD N ECD FID TCD AED 10 3mg100 Sensitivity SIM SCAN 10 6ug0 1 10 9ng1ppm 10 12pg1ppb 10 15fg1ppt 29 氢火焰离子化检测器 FID 属于选择性检测器 只对碳氢化合物产生信号 特点 1 死体积小 2 灵敏度高 比TCD高100 1000倍 3 稳定性好 4 响应快 5 线性范围宽 6 适合于痕量有机物的分析 30 三 药物中残留有机溶剂种类及限度 定义 残留溶剂是指在原料或辅料的生产中 以及在溶剂制备过程中使用或产生而又未能完全去除的有机溶剂 服用后对人体有毒性和致癌作用 近年来日益引起各方面的重视 在新药研究中要求越来越严格 31 种类 按照毒性大小和对环境的危害程度 根据国际协调大会 ICH 指导原则 中国药典 2015版 将溶剂分成四类 第一类溶剂是指已知可以致癌并被强烈怀疑对人和环境有害的溶剂 残留量必须控制在规定的范围内 如 苯 2ppm 四氯化碳 4ppm 1 2 二氯乙烷 5ppm 1 1 二乙烷 8ppm 1 1 1 三氯乙烷 1500ppm 等 32 第二类溶剂是指无基因毒性但有动物致癌性的溶剂 按每日用药10克计算的每日允许接触量如下 正己烷 290ppm 乙腈 410ppm 二氯甲烷 600ppm N N 二甲基乙酰胺 1090ppm 甲醇 3000ppm 等 第三类溶剂是指对人体低毒的溶剂 这类溶剂包括 二甲亚砜 异丙基苯 乙酸乙酯 甲酸乙酯等 注意 在无需论证的情况下 残留溶剂的量不高于0 5 是可接受的 但高于此值则须证明其合理性 33 第四类溶剂是指目前尚无足够毒理学资料 但药品生产企业在使用中应提供该类溶剂在制剂中残留水平的合理性论证报告 这类溶剂包括 石油醚 异辛烷 异丙醚 三氯醋酸等 气相色谱法是中国药典对有机残留溶剂测定的法定检测方法 也是检测有机溶剂的最常用 最适用的方法之一 34 气相色谱分析在制药行业的应用 1 气相色谱法