气相色谱分析实验4.26.ppt

气相色谱分析实验教学课件,浙江工业大学化学工程学院,2015.5,一、色谱分析法概述二、气相色谱仪三、气相色谱流程四、气相色谱仪主要部件五、气相色谱流出曲线和有关概念六、气相色谱定性鉴定方法七、气相色谱定量方法八、气相色谱实验教学,主要内容,一、色谱分析法概述,色谱法概念,色谱分离法：1906年，茨维特分离植物叶色素，提出了“色谱”的概念。该实验中流动相为：石油醚（载液）+叶色素（待分离组份）；固定相为：碳酸钙。,1944年，出现纸(层析纸）层析法，高中课本上叶绿素的分离运用的是纸层析法。,色谱法是一种重要的分离分析方法，利用不同物质在两相中具有不同的分配系数(或吸附系数、渗透性)，当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复分配而实现分离。,优点:1、分离效能高2、灵敏度高3、分析速度快4、应用范围广泛5、装置简单，操作方便缺点：在缺乏标准样品的情况下，定性分析较困难，对于高沸点，不能气化和热不稳定的物质不能用气相色谱法分离和测定。,色谱法的特点,在色谱技术中，流动相为气体的叫气相色谱，流动相为液体的叫液相色谱。固定相可以装在柱内（即柱色谱），也可以做成薄层（即薄层色谱）。根据色谱法原理制成的仪器叫色谱仪，目前，主要有气相色谱仪和液相色谱仪。,二、气相色谱仪,典型的气相色谱仪具有稳定流量的载气，将汽化的样品由汽化室带入色谱柱，在色谱柱中不同组分得到分离，并先后从色谱柱中流出，经过检测器和记录器，这些被分开的组分成为一个一个的色谱峰。色谱仪通常由下列五个部分组成：1载气系统（包括气源和流量的调节与测量元件等）2进样系统（包括进样装置和汽化室两部分）3分离系统（主要是色谱柱）4检测、记录系统（包括检测器和记录器）5辅助系统（包括温控系统、数据处理系统等）,载气系统,进样系统,色谱柱,检测系统,温控系统,1-t;2-载气净化干燥管；3-针形阀；4-流量计;5-压力表；6-进样器;7-色谱柱;8-热导检测器；9-放大器；10-温度控制器；11-色谱工作站；,三、气相色谱流程,四、气相色谱仪主要部件,1)载气系统载气系统包括气源、净化干燥管和载气流速控制；,常用的载气有：氢气（H2）、氮气（N2）、氦气（He）氩气（Ar）；净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。,2)进样装置,进样装置包括进样器和气化室：液体进样器：常用微量注射器：0.1，1，5，10，50L等。填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。气化室：汽化室可控制温度为20400汽化室的作用是将液体或固体样品瞬间气化为蒸气，并很快被载气带入色谱柱。,3)色谱柱（分离柱）,色谱柱：色谱仪的核心部件。柱材质：不锈钢管或玻璃管，内径3-6毫米。长度可根据需要确定。柱填料：粒度为60-80或80-100目的色谱固定相。液-固色谱：固体吸附剂液-液色谱：担体+固定液柱制备对柱效有较大影响，填料装填太紧，柱前压力大，流速慢或将柱堵死，反之空隙体积大，柱效低。,4)检测系统,色谱仪的眼睛。通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；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；检测器：广普型对所有物质均有响应；专属型对特定物质有高灵敏响应；常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器。,5)温度控制系统,温度是色谱分离条件的重要选择参数；气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；气化室：保证液体试样瞬间气化；检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；,分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂(沸点接近）时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；,各组分的浓度随流出时间而分布的曲线称为色谱曲线，常称为色谱曲线图或色谱图。,五、气相色谱流出曲线和有关概念,1.基线无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。2.保留值,（1）时间表示的保留值保留时间（tR）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间；,死时间（tM）：不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间；调整保留时间（tR）：tR=tRtM,（2）用体积表示的保留值,保留体积（VR）：VR=tRF0F0为柱出口处的载气流量，单位：mL/min。死体积（VM）：VM=tMF0调整保留体积(VR)：VR=VRVM,3.相对保留值r21,组分2与组分1调整保留值之比：r21=tR2/tR1=VR2/VR1,相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。,4.区域宽度,用来衡量色谱峰宽度的参数，有三种表示方法：（1）标准偏差()：即0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半。（2）半峰宽(Y1/2)：色谱峰高一半处的宽度Y1/2=2.354（3）峰底宽(Wb)：Wb=4,六、色谱定性鉴定方法,1.利用纯物质定性的方法利用保留值定性：通过对比试样中具有与纯物质相同保留值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中位置。不适用于不同仪器上获得的数据之间的对比。利用加入法定性：将纯物质加入到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。2.利用文献保留值定性相对保留值r21：相对保留值r21仅与柱温和固定液性质有关。在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液上的保留数据，可以用来进行定性鉴定。,3.定量校正因子,试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即：mi=fiAi绝对校正因子：比例系数fi，单位面积对应的物质量：fi=mi/Ai定量校正因子与检测器响应值成倒数关系：fi=1/Si相对校正因子fi：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。,当mi、mS以摩尔为单位时，所得相对校正因子称为相对摩尔校正因子（fM）,用表示；当mi、mS用质量单位时,以（fW）,表示。,七、气相色谱定量方法,特点及要求：归一化法简便、准确；进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。,1、归一化法,2、外标法,外标法也称为标准曲线法。,特点及要求：外标法不使用校正因子，准确性较高;操作条件变化对结果准确性影响较大;对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的快速分析。,3、内标法,内标物要满足以下要求：（1）试样中不含有该物质；（2）与被测组分性质比较接近；（3）不与试样发生化学反应；（4）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。试样配制：准确称取一定量的试样W，加入一定量内标物mS计算式：,内标法特点:,(1)内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大。(2)每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。(3)若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定，则：,气相色谱教学实验,1、气相色谱实物流程图2、各级气体干燥管3、醇同系物实验分离条件4、热导池检测器检测样品示意5、乙醇、丙醇、异丁醇、正丁醇的定性与定量6、气相色谱实验操作步骤7、实验注意事项8、思考题,八、气相色谱教学实验室,1：氮、氢、空一体机；2：干燥管；3：气相色谱仪；4：信号转换器；5：电脑终端处理器。,1、气相色谱实物流程图,3,2,1,4,5,2、各级气体干燥管,活性炭,分子筛,变色硅胶,3、醇同系物的气相色谱分离,1)乙醇、丙醇、异丁醇及正丁醇纯标样各一瓶；2)乙醇、丙醇、异丁醇及正丁醇混合样一瓶；3)微量注射器：5微升；4)色谱仪型号：天美GC7890；5)固定相：PEG20M（分子量）2m0.3mm6)柱温，“OVEN”温度90；“INJ”为120；“DETB”120;桥流“RANGEB”为110mA;,醇同系物的气相色谱分离实验采用的填充柱,填充柱：PEG20M,2m0.3mm,4、热导池检测器检测样品示意,进样：靠近身体一侧进样口为热导池检测器,5、乙醇、丙醇、异丁醇及正丁醇的定性与定量,1)进五个样：4个标样（乙醇、丙醇、异丁醇及正丁醇的纯样)和一个混合样品（四者的混合样品）2)定性及相对校正因子的计算：保留值法：根据保留时间确定混样中色谱峰对应的物质,A、峰面积计算,对称峰面积的测量,半峰宽,不对称峰面积的测量,求积仪和自动积分仪法,a.归一化法,i组分的百分含量i组分的峰面积i组分的相对校正因子（文献查得或实验测得）,b.校正因子,绝对校正因子,相对校正因子相对响应值,查阅文献或自行测定,醇同系物的相对校正因子,3)定性：保留值法：根据保留时间确定混样中色谱峰对应的物质,乙醇：出峰时间1.042,峰序组分名保留时间min峰高uV峰面积uV*s峰面积%含量%1乙醇0.68620296063582418.264032丙醇1.24514724978464922.539013异丁醇1.86211972294605827.175494正丁醇2.451113010111476132.02147总计5829413481293100.00000,6、气相色谱实验操作步骤,(1)仪器使用前1）做好使用登记2）打开气路系统A、打开氮、氢、空一体机的空气电源开关；B、观察空气压力表指针到0.4Mpa；C、观察氮气压力表指针到0.4Mpa左右；D、然后打开氮气电源开关；E、打开氮气排空阀，排空运行10分钟（排除气路内杂气，以保证氮气纯度）；F、观察氮气流量显示应在350550之间；G、排除气路内杂气10分钟后，即关闭氮气排空阀。（拧紧以保证密封良好）。H、此时流量显示会根据色谱仪需气量进行跟踪显示；注意：实验中用氮气作载气，氢气不用，故不要打开氢气电源。,3）打开电脑主机及显示屏的电源，打开色谱工作站4）气相色谱操作说明A、打开气相色谱的电源开关;B、设置柱温，“OVEN”温度80；“INJ”为120；“DETB”120,载气流速：30cm3/min;C、运行1小时后再设置桥流“RANGEB”为110mA;D、观察色谱基线稳定后进行进样。混合样进0.2L;纯物质进0.3L;G、报告打印：进入“报告预览”“报告风格”“实验信息”，然后输入有关内容。,（2）实验结束后关机须知（1）气相色谱：先将气相色谱的桥流“RANGEB”设置为0.1；依次将“OVEN”；“INJ”；“DETB”设置为常温；等仪器中各项设置恢复为常温后，再关闭气相色谱的电源。（2）氮、氢、空一体机：关闭空气电源开关；关闭氮气电源开关；打开氮气排空阀放气，彻底将阀杆拧松；（3）关闭电脑。,(1)针瓶一体，取样时瓶子不能放在色谱上；(2)进样3快:进入、压得快、拔出快；(3)校正因子、峰面积、保留时间；(4)注意单一样品和混合样品的进样量不同；(5)进样口是靠近人的一侧；(6)本次实验样品的出峰时间4分钟左右；(7)4/5人一组.,7、实验注意事项,8、思考题,(1)为什么可以利用物质的保留值进行色谱定