3-气相色谱ppt课件

第五章，气相色谱，简介气相色谱是英国生物化学家马丁等人于1952年在液-液分配色谱的基础上创立的一种极其有效的分离方法。它可以分离和分析复杂的多组分混合物。高效色谱柱、高灵敏检测器和计算机处理技术使其广泛应用于石油化工、食品工业、医药卫生、农副产品、环境保护等领域。近年来，气相色谱与质谱、傅里叶变换核磁共振谱仪等其他定性和结构仪器的直接在线结合，大大增强了其定性能力，结合技术已成为结构分析的有力工具。色谱仪器之间的在线耦合多维色谱技术可以使单一分离模式下无法分离的复杂混合物得到良好的分离。2，第1节，气相色谱的分离原理，气相色谱是一种以气体为流动相的柱色谱，根据所用固定相的状态可分为气固色谱和气液色谱。气固色谱使用多孔固体作为固定相，分离对象主要是一些永久性气体和低沸点化合物。气液色谱固定相是将高沸点有机物包裹在惰性载体上。由于有多种固定液可供选择，气液色谱具有良好的选择性和广泛的应用。分离原理：气相色谱的流动相是惰性气体，在气固色谱中使用具有大表面积和一定活性的吸附剂作为固定相。当多组分混合物样品进入色谱柱时，由于吸附剂对各组分的吸附力不同，经过一定时间后，色谱柱中各组分的运行速度不同。吸附力弱的组分容易解吸，先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强的组分最不容易解吸，最后离开色谱柱。这样，组分可以在色谱柱中相互分离，然后依次进入检测器进行检测和记录。(2)气液色谱使用均匀涂布在载体表面的液膜作为固定相，对各种有机物质具有一定的溶解性。当载气将样品带入色谱柱并到达固定相表面时，样品将溶解在固定相中。当样品含有多种组分时，由于它们在固定相中的溶解度不同，经过一段时间后，柱中每种组分的运行速度将会不同。溶解度低的组分先离开色谱柱，而溶解度高的组分随后离开色谱柱。这样，每个组分在色谱柱中相互分离，然后依次进入检测器进行检测和记录。第2节，气相色谱流程图，无论是气固色谱还是气液色谱，都是一样的。根据色谱流出曲线上各峰的保留时间，可以进行定性分析，也可以根据峰面积或峰高进行定量分析。双气路仪器的色谱流程图略有不同。压力稳定后，载气被分成两条路径。两条路径同时通过稳流阀、压力表、转子流量计、样品注射器、色谱柱和检测器，最后排气。气相色谱仪种类繁多，但都由以下五个系统组成：气路系统；注射系统；(3)分离系统；(4)温度控制系统；测试和记录系统。组分能否分离取决于色谱柱。分离的成分能否被识别取决于检测器，因此分离系统和检测系统是仪器的核心。9、1、气路系统、气路系统是指连续运行的流动相封闭管道系统。它包括气源(钢瓶或气体发生器)、净化器、气体流量控制和测量装置。1.载气：通过该系统可以获得流量稳定的纯载气。气体回路系统必须有良好的空气在进入色谱仪之前，载气必须经过净化处理。载气的净化由气体净化管完成。常用的净化剂包括活性炭、硅胶和分子筛，分别用于去除烃类物质、水和氧气。10，1，空气回路系统，2，流速：流速的调节和稳定通过稳压阀或稳流阀的调节来控制。稳压阀有两个功能：通过改变输出气压来调节气体流量；稳定的输出气压。在恒温色谱中，当操作条件不变时，整个系统的电阻不变。色谱柱入口处的压力可以通过单独使用压力稳定阀来稳定，从而保持稳定的流速。然而，在程序升温色谱中，由于柱内阻力增加和载气流速降低，有必要在稳压阀后连接一个稳流阀，以保持恒定流速。载气流速可通过转子流量计和皂膜流量计测量。转子流量计只能给出柱前流速的相对值，而安装在柱后的皂膜流量计可以测量流速。进样系统，进样器：将待测样品(气体或液体)快速定量加入色谱柱进行色谱分离的装置，包括进样装置和气化室。进样体积的大小、进样时间的长短和进样的准确性极大地影响色谱分离效率和结果的准确性。常见的注射装置包括注射器和六通阀。液体样本通常由不同规格的微型注射器注射。气体样本通常通过六通阀或医用注射器注射。12、2、喷射系统中，六通阀分为推拉式和旋转式两种，常用的是旋转式六通阀。当六通阀处于取样位置时，用注射器将样品注入定量管(样品储存管)，当样品转移到取样位置时，流动相将样品带入色谱柱。13，2，注射系统，2汽化室：液体样品在进入色谱柱之前，必须在汽化室中变成蒸汽。气化室位于样品入口的下端。为了使样品瞬间气化而不分解，要求气化室热容量大、温度高、无催化作用。为了最大限度地减小色谱柱的峰宽，气化室的死体积也应尽可能小。因此，气化室由一块金属制成，外部套有加热块，气化管经常衬有应时套管，以消除金屑表面的催化作用。气化室的进样口用5毫米厚的硅橡胶垫密封，用散热型压力管压缩，样品用长针头注射器注入热区，减少气化室的死体积，提高柱效。分离系统由色谱柱组成，色谱柱是色谱仪的核心，安装在用于分离样品的温控柱室内。有两种主要类型的色谱柱：填充柱和毛细管柱。(1)填充柱：由不锈钢或玻璃材料制成，内部固定相，一般内径2-4毫米，长1-10米。有两种形状，U形和螺旋，螺旋是常用的。填充柱制备简单，有多种固定相可供选择，柱容量大，分离效率高，应用广泛。(2)毛细管柱：又称空心柱，可分为两种类型：填充型和开口型。目前，填充毛细管柱并不常用。根据固定相的涂布方法，开管毛细管柱分为多种类型。分离系统(1)壁涂管柱：在内径为0.1-0.5毫米的毛细管内壁均匀涂覆固定液而成；(2)多孔层开管柱：在管壁上涂覆一层多孔吸附固体颗粒，实际上是气固色谱开管柱；(3)涂覆载体以打开毛细管柱分辨率高(理论塔板数可达1.0106)，分析速度快，样品消耗量小。然而，柱容量小，这需要检测器的高灵敏度并且难以制备。18、3、分离系统-毛细管柱，19、4、温度控制系统，温度控制系统是指气相色谱气化室、色谱柱和检测器的温度控制装置。在气相色谱测定中，温度直接影响色谱柱的选择性分离、检测器的灵敏度和稳定性。控制色谱柱温度有两种方法：恒温和程序升温。程序加热具有提高分离度、缩小峰、降低检测限和节省时间的优点。因此，对于具有宽沸点范围的混合物，通常使用程序升温法进行分析。通常，气化室的温度比柱温高30 70，以保证样品能瞬间气化而不分解。检测器的温度等于或略高于色谱柱温度，以防止样品在检测器处冷凝。检测器的温度控制精度要求在0.1以内，色谱柱的温度也要求精确控制。该系统包括检测器、放大器和记录器。目前，色谱工作站的计算机系统已基本采用，不仅能实时控制色谱，还能自动采集数据并完成数据处理。由于毛细管柱具有柱容量小、峰值输出快的特点，因此必然有一些特殊的技术要求。它需要瞬时注入非常少量的样品，并且需要具有快速响应和高灵敏度的检测器和具有快速响应的记录器。气相色谱的特点，气相色谱是测定前的分离，它能同时给出多组分混合物中各组分的定性和定量结果。分离效率高：可同时分离和测定成分极其复杂的多组分混合物，如用毛细管柱可一次分离分析样品中的150种组分。2高灵敏度：气相色谱使用高灵敏度检测器。一些检测器的检测限可达1.0 x10-12-1.0 x10-14g，是痕量分析不可缺少的工具之一。例如，它可以检测食品中1.0 x10-9级的农药残留和空气污染中1.0 x10-12级的污染物。气相色谱的特点，3良好的选择性：分离性质极其相似的物质，如同位素、异构体、对映体和成分极其复杂的混合物。4快速分析速度：用气相色谱法测定样品只需几分钟到几十分钟。如果整个分析过程由色谱工作站控制，自动化程度提高，分析速度加快。5.适用范围广：在仪器允许的气化条件下，所有可气化、热稳定、无腐蚀性的样品均可通过气相色谱进行分析。对于沸点太高、难以气化或热解的化合物，可以使用化学衍生化将它们转化为易于气化或在分析前热稳定的物质。气相色谱已广泛应用于石油化工、环境科学、医学、农业、生物化学、食品科学、生物工程等领域。23，第4节，气相色谱固定相。在气相色谱分析中，混合物中的组分能否分离主要取决于色谱柱中的固定相。气相色谱中使用的固定相可分为三种类型：固体固定相；(2)液体固定相；(3)固定相的合成。首先，固体固定相固体固定相一般采用固体吸附剂，主要用于永久性气体和气态烃类物质的分离和分析。利用固体吸附剂对气体吸附性能的差异，可以获得满意的分析结果。24，1。固体固定相。常用的固体吸附剂包括强极性：硅胶、氧化铝非极性：活性炭和特殊吸附分子筛。根据它们对各种气体的吸附能力来选择最合适的吸附剂。使用前，固体吸附剂1.载体：也称为载体，是一种多孔的化学惰性固体颗粒。为定影液体提供具有较大表面积的惰性表面以承载定影液体，使得定影液体可以在表面上发展成薄且均匀的液膜。(1)对载体的要求(1)理想的载体应该是一种非活性物质，它能牢固地保留固定液并使其形成均匀的薄膜。因此，载体应该具有足够大的表面积和良好的孔结构，使得固定液和样品具有大的接触面积，并且可以均匀地分布成薄膜。(2)载体的表面积不应过大，否则容易造成峰拖尾；载体的表面应该是化学惰性的，没有吸附或吸附很弱，不能与被测物质反应。(3)支撑体还应具有规则的形状、均匀的粒径、一定的机械强度、润湿性和良好的热稳定性。(2)载体类型气相色谱中常用的载体可分为硅藻土和非硅藻土。硅藻土载体是气相色谱中常用的一种载体，分为红色载体和白色载体。(1)红色载体表面孔隙致密，孔径小，比表面积大，但表面有活性吸附中心，对强极性化合物有很强的吸附和催化作用。因此，红色载体适用于非极性固定液的涂布、非极性和弱极性物质的分析，以及因吸附导致极性物质严重拖尾的现象。白色载体结构疏松，比表面积小，吸附和催化能力弱，机械强度低于红色载体。然而，其表面活性中心显著减少，因此白色载体适合于涂覆极性固定剂和分析极性或碱性物质。(3)非硅藻土载体适合特殊分析，例如，氟载体用于极性样品和高腐蚀性物质，包括有机玻璃微球、氟载体(如聚四氟乙烯)、聚合物多孔微球等。29，2。通常为高沸点有机物的固定液体以液膜状态均匀地涂覆在支撑体的表面上。(1)对固定液的要求良好的选择性；(2)良好的热稳定性：在操作温度下不会发生聚合、分解、交联等现象；(3)良好的化学稳定性：固定液体不能与样品或载气发生不可逆反应；(4)对样品的每种成分都具有适当的溶解能力；低粘度和低凝固点，以便均匀分布在载体表面。(2)固定剂的分类固定剂有多种类型，它们的组成、性质和用途各不相同。目前，大多数是根据固定剂的极性和化学类型来分类的。30、2、固定液，(3)固定液应根据“相似相溶解”的原则选择。所谓相似性是指性质(极性、官能团等)。)和固定相的分子是相似的。此时，分子间相互作用强，选择性高，分离效果好。也可以根据官能团的相似性和主要差异进行选择。如果待测物质是酯，则选择酯或聚酯固定液。如果待测物质为酒精，可选择聚乙二醇固定液。(3)如果待测组分的沸点明显不同，可以选择非极性固定液；如果极性明显不同，选择极性固定液。在实际应用中，我们通常依靠经验法则或参考来根据最接近的性质进行选择。31，(3)固定液的选择，(1)非极性固定液通常被选择用于非极性物质的分离。此时，样品中的所有成分按沸点顺序流出；沸点低的先流出，沸点高的后流出。如果非极性混合物含有极性组分，当沸点相似时，极性组分将首先达到峰值。(2)极性物质的分离应选择极性固定液。样品中的成分按极性顺序流出。极性小的先流出，极性大的后流出。(3)对于非极性和极性混合物的分离，通常选择极性固定液。这时，非极性化合物当样品的极性未知时，通常首先使用最常用的固定剂进行实验。根据色谱分离，选择合适极性的固定剂。33，3合成固定相，也称为聚合物固定相，包括聚合物多孔微球和键合固定相。高分子多孔微球是一种合成的有机固定相，可分为极性相和非极性相。非极性是由苯乙烯和二乙烯基苯共聚形成的。如果在聚合过程中引入不同的极性基团，可以获得不同的极性基团。(2)聚合物固定相既是载体又是固定液，活化后可直接用于分离，或载体表面涂有固定液后可用作载体。34，3合成固定相，3个优点：a .因为它是合成的，它的孔径和表面积可以控制。球形颗粒易于均匀填充，重现性好。因为没有液膜，所以没有损