气相色谱法讲义.ppt

1、第三章气相色谱法，以气体为流动相的色谱法称为气相色谱法。 根据固定相的状态，可以分为气相色谱仪和气相色谱仪。 气相色谱以多孔性固体为固定相，分离的主要对象是永久性气体和低沸点化合物。 但是，由于气相色谱可以选择的固定相的种类较少，分离的对象较少，色谱峰容易产生拖尾，因此实用化较少。 气相色谱法多将高沸点的有机化合物涂布在惰性载体上作为固定相，一般在450以下有1.5KPa-10KPa的蒸汽压，热稳定性优异的有机化合物和无机化合物可以通过气相色谱法分离。 气相色谱仪可选择的固定液种类繁多，易于获得选择性，因此气相色谱仪具有广泛的实用价值。 2、第一节气相色谱仪；(1)气相色谱工艺气相色谱仪用于分离分析样品的基本工艺如下：气相色谱工艺示意性地示出高压钢瓶1供应的流动相载气。 经由减压阀2、转换器3、流量调整器4和转子流速计5，以稳定的压力恒定的流速连续流过气化室6、柱7、检测器8，最后打开。1、2、3、4、5、6、7、8、3、第一节气相色谱仪、气化室与试样注入口相接. 将从试样注入口注入的液体试样瞬间气化为蒸气，与载气一起带入色谱柱进行分离，分离出的试样与载气一起依次带入检测器，检测器将成分的浓度(或质量)变化为电信号，电信号放大后，用记录仪记录，得到色谱图(二)气相色谱仪的结构气相色谱仪由五个系统组成：气路系统、样品系统、分离系统、温度控制系统和检测与记录系统。 1、气路系统气相色谱仪具有连续运行载气、密闭管道的气体、4、第一节气相色谱仪和路系统。 该系统能够得到清洁、流速稳定的载气。 其气密性、载气流速的稳定性以及测量流量的准确性对色谱结果有很大的影响，必须加以控制。 常用的载气有氮和氢，还有氦、氩和空气。 载气的净化为了除去载气中的水和氧等杂质，需要通过加入活性炭和分子筛的转换器。 流速的调节和稳定是通过将减压阀、稳定阀和针阀串联使用来实现的。 一般载气变化程度为1%。 2 .样品系统样品系统包括样品器和气化室两部分。 5、第一节气相色谱仪、样品系统的作用是使液体或固体样品在入柱前瞬间汽化，然后迅速定量入柱。 取样的大小、取样时间的长短、样品的汽化速度等都影响色谱分离效果和分析结果的准确性和重现性。 (1)样品液体样品一般采用微注射器。 气体试料的样品一般用配置在色谱仪本身的推拉式六通阀或旋转式六通阀定量取样。 (2)由于样品在气化室内瞬间气化，气化室不会分解，因此，6、第1节气相色谱仪、气化室的热容量大，要求没有催化效果。 为了尽可能减小柱前光谱的峰宽，请尽量减小气化室的死区容积。 3 .分离体系由柱组成。 柱主要有填充柱和毛细管柱两种。 (1)填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内置固定相，一般内径为24mm，长度为13m。 填充柱的形状有u型和螺旋型两种。 (2)毛细管柱又称中空柱，分为涂层壁、多孔层和涂层载体中空柱。 7、第一节气相色谱仪，中空毛细管柱材质为玻璃或石英。 内径一般为0.20.5mm，长度为30300m，呈螺旋型。 柱的分离效果除了与柱长、柱径和柱形有关外，还与选择的固定相和柱填充材料的制造技术和操作条件等诸多因素有关。 4 .温度控制系统的温度直接影响列的选择分离、检测器的灵敏度和稳定性。 控制温度主要控制柱炉、汽化室、检测室的温度。 管柱的温度控制方式有恒温和程序升温两种。沸点范围广的混合物，一般采用程序升温法进行，8、第一节气相色谱仪进行。 程序升温是指在某个分析周期内柱温从低温向高温线性或非线性变化，在最短时间内达到最佳分离的目的。 5 .检测和放大记录系统(1)检测系统根据检测原理的不同，气相色谱检测器分为浓度类型和质量类型。 浓度型检测器测定载气中成分浓度的瞬间变化，即检测器的响应值与成分浓度成正比。 热传导检测器(TCD )、电子捕获检测器(ECD )等。 9、第一节气相色谱仪、质量型检测器测定载气中样品进入检测器的速度变化，即检测器的响应信号与单位时间内的成分进入检测器的质量成正比。 氢火焰离子化检测器(FID )和火焰光度检测器(FPD )等。 (2)记录系统的记录系统是能够自动记录从检测器输出的电信号的装置。 10、第二节气相色谱固定相、气相色谱固定相分为液体固定相和固定相。 另外一方面，液体固定相液体固定相是将固定液均匀地涂布在载体上而成. (1)固定液1 .固定液要求固定液一般为高沸点有机物，固定相有机物应具备以下条件：第一，热稳定性好，操作温度下不会发生聚合、分解、交联等现象，且低蒸汽压不会流失固定液。 通常，固定液有“最高使用温度”。 11、第二节气相色谱固定相，第二节化学稳定性好，固定液与样品和载气不发生不可逆的化学反应。 第三，固定液的粘度和凝固点较低，均匀分布于载体表面。 第四，各成分在固定液中必须具有一定的溶解度。 否则样品很难迅速通过柱子，分离成分。 2 .固定液与成分分子之间的力固定液为什么不被带入流动相而牢固地附着在载体表面上？为什么样品中各组通过柱的时间不同？ 这些问题都关系到分子间的力量。 前者，决定，12，第二节气相色谱固定相，载体分子和固体分子之间作用力的大小后者，与成分和固定液分子的相互作用的不同有关。 分子间的力是极弱的吸引力，主要有静电力、感应力、分散力、氢键力等。 用极性固定液柱分离极性样本时，分子间的力主要是静电力。 分离的成分极性越大，与固定液的相互作用力越强，因此滞留在柱内的时间越长。 另外，是存在于极性分子和非极性分子之间的诱导力。 13、第二节气相色谱固定相通过极性分子的永久极矩电场，非极性分子也极化而产生感应极矩。 这些之间的力叫做诱导力。 极性分子的极性越大，非极性分子越容易极化，诱导力越大。 样品具有无极性分子和极化成分时，可以通过极性固定液的诱导效果分离。 例如，苯(B.P.80.1)和环己烷(B.P.80.8)沸点接近，偶极矩为零，均为无极性分子，无极性固定液难以分离。 但是，由于苯比环己烷更容易极化，因此使用极性固定液会在苯中产生诱导偶极矩，在环己烷之后流出。 固定液的极性越强，两者越分开。 14、第二节气相色谱固定相、3 .固定液的分类目前用于气相色谱的固定液有数百种，一般按其化学结构类型和极性进行分类，总结了选择固定液的参考规律。 (1)按固定液的化学结构排列具有相同官能团的固定液，按官能团的种类进行分类，以固定液的“结构相似”的原则选择固定液时可作为参考。(按化学结构分类的固定液教材P.317 )、15、第二节气相色谱固定相、(2)将极性分类为固定液的相对极性是固定液的重要分离特性，分类为相对极性是简便常用的方法(固定液的相对极性测定方法和常用固定液的相对极性教材P.315 )。 4 .固定液的选择，在选择固定液时，一般按照“相似相溶”法则进行选择。 此时分子间的作用力强，选择性高，分离效果高。 在应用中，根据实际情况，首先要考虑非极性试样一般选择非极性固定液。 非极性固定液对样品的保持作用主要取决于分散力。 分离时，试样，16，第二节气相色谱固定相，各成分基本上以沸点从低到高的顺序流出柱的样品中含有同沸点的烃类和非烃类化合物时，极性化合物先流出。 第二，中极性试样应首先选定中极性固定液。 在这种情况下，成分和固定液分子之间的力主要是诱导力和分散力。 分离时的成分基本上以沸点从低到高的顺序流出色谱柱，但对于同沸点的极性和无极性物，此时感应力主要作用，极性化合物和固定液的力变强，因此无极性成分先流出。 第三，强极性试样选用强极性固定液。 此时，成分与固定液分子之间的作用主要依赖于静电力，成分一般为17、第二节气相色谱固定相，对于含有极性从小到大依次流出的极性和无极性的样品，无极性成分先流出。 第四，具有酸性或碱性极性的试料可以选择具有酸性或碱性基的高分子多孔微球，成分通常按照相对分子质量的大小顺序分离。 另外，选择极性强的固定液，加入少量的酸性或碱性添加剂，还可以减少光谱峰的拖尾。 第五，能够形成氢键的试料应该选择腈醚和多元醇固定液等氢键型固定液。 各组按形成氢键的能力大小顺序分离。 第六，复杂的成分可以加入两种以上的混合物，18，第二节气相色谱固定相，液体，配方，分离效果。 (二)载体是固定液的支撑骨架，使固定液能够在其表面形成薄且均匀的液膜。 载体第一，具有多孔性，即比表面积大的特征；第二，化学惰性，具有良好浸润性；第三，热稳定性好；第四，具有一定的机械强度，固定相在制备和填充过程中难以粉碎。 19、第二节气相色谱固定相，1 .载体的种类和性能载体分为硅藻土类和非硅藻土类。 硅藻土类载体是通过烧结等处理天然硅藻土而得到的具有一定粒度的多孔性粒子。 根据其制造方法，分为红色载体和白色载体。 红色载体通过含有少量氧化铁粒子而呈现红色。 其机械强度大，孔径小，比表面积大，表面吸附性强，具有一定的催化活性，适于涂布高含量固定液，分离非极性化合物。 白色载体是天然硅藻土烧结时加入少量碳酸钠的类型，将20、第二节气相色谱固定相、助熔剂、氧化铁转化为白色铁硅酸钠。 白色载体比表面积小，孔径大，催化活性小，适于涂布低含量固定液，分离极性化合物。 2 .硅藻土载体预处理普通硅藻土载体表面不完全惰性，具有硅烷醇基(Si-OH )，有少量金属氧化物。 因此，其表面具有吸附活性和催化活性。 涂抹的固定液量低的话，吸附中心和催化剂中心没有完全复盖。 用该固定相分析样品，分析成为色谱峰的拖尾的萜烯和含氮杂环化合物等化学活性样品时，有可能发生化学反应和不可逆吸附，因此涂布固定、第21节气相色谱固定相、液前对载体进行预处理，使表面钝化。一般的预处理方法是： (1)酸洗(碱性基团的除去)；(2)碱洗(酸性基团除外)；(3)甲硅烷化(消除氢键力)；(4)釉化(表面玻璃化、细孔堵塞)。 二、气相色谱固定相在气相色谱分析永久气体和气烃时多采用固体吸附剂作为固定相。 在固体吸附剂中，由于永久气体和气体、22、第二节气相色谱固定相、烃的吸附热的差异很大，因此可以得到良好的分离。 1 .常用的固体吸附剂主要有强极性硅胶、弱极性氧化铝、非极性活性炭和特殊作用分子筛等。 2 .人工合成的固定相为有机固定相的高分子多孔微球是人工合成的多孔共聚物，是载体，也作为固定相发挥作用，可以在活化后立即用于分离，也可以作为载体在其表面涂布固定液后使用。 因为是人工合成的，所以可以控制其孔径的大小和表面性。 23、第二节气相色谱固定相如圆筒型粒子填充均匀，数据重量线性。 没有液膜时，没有“流失”的问题，有利于大幅度的程序升温。 这种高分子多孔微球特别适用于有机物中微量水的分析，也可用于多元醇、脂肪酸、腈类和胺类的分析。 高分子多孔微球可分为极性和非极性两种： (1)非极性为苯乙烯、二乙烯基苯共聚而成。 (2)极性为苯乙烯、二乙烯基苯共聚物中导入极性基团。 另外，第24、第3节气相色谱检测器、检测器是将载气中分离出的成分的量转换为所测定的信号(一般电信号)的装置。 由于来自微分型检测器的响应是峰值色谱图，因此流经检测器的载体中含有的试样量随时间变化，峰值的面积和峰值高度与成分的浓度和质量流速成正比。 因此，气相色谱仪中常用微分型检测器。 微分型检测器有浓度型和质量型两种。 浓度型检测器测定载气中成分浓度的瞬间变化，即检测器的响应值与成分浓度成正比。 热传导检测器(TCD )、电子捕获检测器(ECD )等。 25、第三节气相色谱仪、质量型测量仪是载气中样品进入测量仪的速度变化，即测量仪的响应信号与单位时间内成分进入测量仪的质量成正比。 氢火焰离子化检测器(FID )和火焰光度检测器(FPD )等。 一、检测器性能指标一个优良的检测器应具有以下性能指标：灵敏度高； 检出限低死体积小响应快的线性范围广，稳定性好。 对于要求通用检测器适用范围广的选择性检测器来说，选择性要求很好。 常用检测器的性能见教材P.324表8。 26、第三节气相色谱仪，1 .灵敏度一定浓度或一定质量的成分进入测量仪，产生一定的响应信号r。 以采样量c (单位： mg.cm-3或g.s-1 )绘制响应信号(r )以获得通过原点的直线。 直线的斜率为检测器的灵敏度(s )。 因此，灵敏度可以定义为相对于进入信号(r )的检测器的成分(c )的变化率：对于S=R/C浓度型的检测器，r为mV，c为mg.cm-3，灵敏度s的单位为mV.cm3mg-1，对于质量型的检测器，c为g.s-1，灵敏度s的单位为mV.s.g-1。 27、第三节气相色谱仪在实际工作中，通常根据色谱上峰的面积计算测量仪的灵敏度。 根据灵敏度的定义，浓度型检测器灵敏度的计算公式为： sc=AICC2fc/ wiC1，其中，Sc是灵敏度(mv.cm3. mg-1 )，ai -是色谱的峰面积(cm2)C2记录仪灵敏度(mv.cm-1 )-fc -在检测器入口处的载波的流速(cm3.min-1 ) wi是进入检测器的样本量(mg)C1记录纸的移动速度(cm.min-1 )、28、第三节气相色谱检测器，在用体积cm3表示对于气体样本的样本量的情况下，灵敏度sc的单位为mV.cm3.cm3。质量型检测器灵敏度计算式： Sm=60AiC2/wiC1式中： sm-灵敏度(mv.s.g-1 )进入wi -检测器的样品量(g )、29、第三节气相色谱检测器、2 .检测极限是检测器以噪声(2nr )的2倍的时间(单位： s )进入检测器的样品量浓度型检测器具有检测极限Dc=2RN/ScDc的物理意义是每毫升载气含有噪声信号的正好两倍的溶质毫克数。 30、第三节气相色谱检测器、质量型检测器、检测极