GC气相培训基础

岛津国际贸易 上海 有限公司市场部 气相色谱基础培训 目录 1什么是气相色谱介绍气相色谱的功能和用途 以及色谱仪的基本结构 2进样方式介绍气相色谱最常用的几种进样方式 3组分分离介绍如何进行分离和怎样选择色谱柱 4组分检测介绍常用的气相色谱检测器及应用范围 气相色谱 GC 是一种把混合物分离成单个组分的实验技术 它被用来对样品组分进行鉴定和定量测定 是基于时间的差别进行的分离 什么是气相色谱 将气化的混合物或气体通过含有某种物质的管 基于管中物质对不同化合物的保留性能不同而得到分离 这样 就是基于时间的差别对化合物进行分离 样品经过检测器以后 被记录的就是色谱图 下图 每一个峰代表最初混合样品中不同的组分 峰出现的时间称为保留时间 可以用来对每个组分进行定性 而峰的大小峰高或峰面积 则是组分含量大小的度量 气相色谱基本原理 气相色谱应用领域 载气气源 将样品带入GC系统 载气控制 提供可控而纯净的平稳载气流 进样口 作为液体样品的气化室 色谱柱 实现样品的分离 检测器 捕捉信号的变化 对各组分做出响应 数据处理装置 气相色谱结构 钢瓶气源 载气控制 数据处理 载气必须是纯净的 污染物可能与样品或色谱柱反应 产生假峰 进入检测器使基线噪音增大等常用载气 N2 He H2 Ar 载气气源 载气净化装置 氧气捕集器 阱 分子筛过滤器分流 吹扫过滤器分子筛过滤器 针形阀控制 手动 GC 14C B GC 17AP系列电子方式 数字式 AFC APCGC 17AA GC 2010二者兼有GC 2014 载气控制 进样口的设计和选择取决于色谱柱的直径和类型 填充柱进样口 进样口 分流 不分流进样口示意图 载气 隔垫吹扫出口 分流出口 玻璃衬管 F2 F1 毛细管柱有较小的样品容量 进样量必须非常少 通常远少于1微升 以防止色谱柱超载 此时采用分流模式 不分流进样模式则特别适用于低浓度的样品 通过对分流阀的关闭来实现不分流操作 进样口 吹扫掉进样垫高温脱落的组分 一般为橡胶中的增塑剂或低聚物 减少鬼峰吹扫溢出衬管的溶剂气体 减少溶剂拖尾常用流量范围 3 5ml min 隔垫吹扫的作用 气体阀进样 顶空进样 静态顶空 动态顶空 吹扫捕集 色谱柱 填充柱 柱材 不锈钢 玻璃内径 2 6 3mm长度 0 5 6m填料 担体和固定液的种类固定液的浓度1 30 担体有硅藻土 玻璃 石英塑料担体 TPA 等 填充柱有较大的样品容量 适用于气体样品的分析 对于目前高灵敏度的检测器优势已经不明显 对于液体样品分析 毛细管柱有更好的分离度 色谱柱 毛细柱柱材 熔融石英 铝内径 0 1mm 0 53mm长度 10 100m固定相种类 OV 1 PEG 20M OV 17等固定相膜厚 0 1 5 m 毛细管柱是将固定相涂在管内壁的开口管 其中没有填充物 柱效比填充柱高很多 适合分析复杂化和五 应用比例占90 以上 0 53mm具有近似填充柱的负荷量 总柱效则远远超过填充柱 达到同样的分离度时 0 53mm大口径柱的分析时间显著快于填充柱 可方便的采用柱上进样或直接进样技术 适合于分析不太复杂的样品 是填充柱理想的替代柱 0 32mm柱效稍低于0 25mm常规柱 负荷量大于常规柱的60 用特制注射针可做柱上进样 0 25mm最常用的内径规格 有较高的柱效 负荷量较低 必须分流进样或无分流进样 用于复杂多组份样品分析 0 10mm柱效高 负荷量低 流失较小 适合与质谱等高灵敏度检测器联用 毛细管柱的内径 5 12m短柱 分离少于10个组份 不包含难分离物质对 的简单样品 25 30m中长柱 分离10 50个组份的样品 50m及以上长柱 分离大于50个组份或包含有难分离物质对的复杂样品 毛细管柱的长度 0 1 0 2 m薄液膜 低负荷量 高温下流失较小 适合于高沸点化合物的分析 适于配高灵敏检测器 0 25 0 33 m标准液厚 一般商品柱的标准液膜 0 5 5 0 m厚液膜 较高的样品负荷量 在高温下流失较大 适于分析低沸点样品 毛细管柱的液膜厚度 色谱柱如何对物质进行分离 由于载气的带动 样品向柱的右端移动 并且由于样品区域和周围载气中样品浓度的不同而使得样品区带展宽 在柱子内壁涂覆一层高沸点物质 与涂层之间没有作用的物质 黄色 随载气一同流过色谱柱并首先从色谱柱中流出 在涂层和载气之间进行分配的物质 蓝色 则以较慢的速度流过色谱柱而后流出色谱柱 样品得到分离 色谱柱如何对物质进行分离 在填充柱内 固定液被涂在粒度均匀的载体颗粒上 以增大表面积 减少涂层厚度 涂好的填料被填充在金属 玻璃或塑料管内 气体分析通常用填充柱完成 填充柱有足够的柱容量来适应较大体积的气体进样量 气体样品分析常用填料包括 分子筛 氧气 氮气 氦气 氢气 二氧化碳 一氧化碳 甲烷等 氧化铝 丙烷或更大分子量的化合物多孔性聚合物微球 Porapaks 乙烷 丁烷 二氧化碳等 用毛细管柱还是填充柱 毛细管柱有比填充柱更高的分离度 即使选择性低一些通常也能实现足够的分离 一根毛细管柱能够完成多种分析 而用填充柱则可能需要多根才能完成 对毛细管柱和填充柱都适用的的固定液有 甲基硅烷 非极性到中等极性苯基甲基硅烷 5到50 的苯基 烯烃 芳香化合物 中等极性化合物Carbowax聚乙二醇 酸 强极性的物质 用毛细管柱还是填充柱 广谱检测器 FID TCD选择性检测器 FTD FPD ECD 气相色谱常用检测器 检测器 FID 氢火焰离子化检测器 CHOxidationCHO e 检测器 原理组分在氢火焰中燃烧生成碳正离子 被收集转变成电流 经放大后即为检测器信号 应用范围碳氢化合物对FID无响应的物质O2 N2 H2 CO CO2 CS2 NH3 H2O 稀有气体 氮的氧化物等适用行业石油化工 农残 水质 食品 医药 检测器 FID TCD 热导检测器 检测器 TCD 原理当携带了样品的载气流过检测器时 因导热系数的差异使灯丝的温度发生变化 引起电阻值发生变化而产生信号 应用范围有机 无机化合物适用行业气体分析 检测器 TCD TCD的半扩散池设计 检测器 TCD N2N2 e ray reverse 检测器 ECD 原理 当电负性大的物质通过检测器时 将会捕获低能热电子 引起池电流的减小 为保持电流恒定所加上的相应脉冲数的变化即为色谱信号 应用范围有机卤代物 含电负性基团 如 C O NO2 的有机物等 适用行业农残 水质 环境 检测器 ECD 光电倍增器部 帽部 头部 底座部 S S S S S hv 394nm P PHO PHO hv 526nm 检测器 FPD 原理含硫或含磷化合物在火焰中燃烧发出特征波长的光 经光电倍增管转变为电信号输出 应用范围有机硫 有机磷化合物适用行业食品安全 农残 气体分析 含S成分 检测器 FPD 硅酸铷加热到600 800C Rb CNRb CN 检测器 FTD 原理含氮或含磷化合物到达富含碱金属盐蒸气的火焰中发生热分解 热分解产物吸收碱金属放出的电子 碱金属阳离子被收集极收集 作为信号电流被检测 应用范围有机氮 有机磷化合物适用行业食品安全 农残 检测器 FTD VanDeemter方程HETP A B u CuA涡流扩散 横向 B分子扩散C传质阻抗 纵向 HETP 理论塔板高度 载气流速与分离能力的关系 柱效与载气线速度的关系 曲线最低点处的塔板高度称为最小板高Hmin 对应的线速度称为最佳线速uopt 此时 柱效最好 柱箱温度程序时保持载气线速度不变 色谱柱 DB 1 30mx0 25mmID0 25mm 柱箱 40C保持5min 5C minto 200保持10min 先进的载气控制功能 恒线速度方式 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 min 0 25000 50000 75000 2 465 2 980 3 833 4 054 4 334 4 581 5 114 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 min 0 25000 50000 75000 1 867 2 305 3 117 3 333 3 594 3 844 4