气相色谱分析法-N.ppt

第六章气相色谱法Chapter6GasChromatography,第一节概述,一、色谱分离基本过程,1906年Tsweet柱色谱分离植物色素,基于样品组分与互不相溶两相的相互作用的差异实现分离的一类分离分析方法。,固定相,流动相,色谱带,色谱住,第一节概述,一、色谱分离基本过程,样品组分与互不相溶两相相互作用的差异,二、色谱法的分类,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,超临界流体色谱,吸附色谱,分配色谱,离子交换色谱,亲和色谱,凝胶(尺寸排阻)色谱,柱色谱,平面色谱,纸色谱,薄层色谱,1.按两相状态分类,2.按分离机理分类,3.按固定相外形分类,第一节概述,一、色谱分离基本过程,样品组分与互不相溶两相相互作用的差异,二、色谱法的分类,气相色谱GC、液相色谱LC,三、色谱流出曲线,色谱峰,保留值：定性,峰面积：定量,检测器输出信号随时间的变化曲线,第一节概述,一、色谱分离基本过程,样品组分与互不相溶两相相互作用的差异,二、色谱法的分类,气相色谱GC、液相色谱LC,三、色谱流出曲线,四、色谱术语,死时间t0,流动相线速度,保留时间tr,调整保留时间tr,V0,Vr,Vr,相对保留值r2,1,选择因子a,不与固定相作用物质进入色谱柱时，从进样到出现峰极大值所需时间。,试样从进样到出现峰极大值所需时间。,1.基线,2.峰高,3.保留值,第一节概述,一、色谱分离基本过程,样品组分与互不相溶两相相互作用的差异,二、色谱法的分类,气相色谱GC、液相色谱LC,三、色谱流出曲线,四、色谱术语,1.基线,2.峰高,3.保留值,4.区域宽度,t0、tr、tr、r2,1、a,标准差s,半峰宽W1/2,峰底宽度W,第一节概述,一、色谱分离基本过程,样品组分与互不相溶两相相互作用的差异,二、色谱法的分类,气相色谱GC、液相色谱LC,三、色谱流出曲线,四、色谱术语,1.基线,2.峰高,3.保留值,4.区域宽度,t0、tr、tr、r2,1、a,W1/2、W,5.分离度,R=1,分离程度98%,R=1.5,分离程度99.7%,第一节概述,一、色谱分离基本过程,样品组分与互不相溶两相相互作用的差异,二、色谱法的分类,气相色谱GC、液相色谱LC,三、色谱流出曲线,四、色谱术语,t0、tr、tr、a、h、W1/2、W、R,5.相邻色谱峰分离程度,3.色谱峰面积或峰高,2.色谱峰保留值,五、色谱流出曲线给出的信息,1.色谱峰数量,4.色谱峰区域宽度,第二节气相色谱仪,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,气源及控制系统,进样系统,分离系统,检测系统,数据处理系统,温度控制系统,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,氦气、氢气、氮气、氩气,为色谱分离提供纯净、流速稳定的载气。,1.气路系统,气路、进样、分离检测和温度控制系统,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,1.气路系统,2.进样系统,定量引入样品并使之瞬间气化,微量注射器、六通阀,气路、进样、分离检测和温度控制系统,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,1.气路系统,2.进样系统,3.分离系统,实现样品组分的高效分离,毛细管柱的优势,填充柱,毛细管柱,固定相选择？,商业柱介绍？,气路、进样、分离检测和温度控制系统,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,1.气路系统,2.进样系统,3.分离系统,4.检测系统,将样品组分的量定量转化为电信号,热导检测器(TCD)、火焰离子化检测器(FID)、电子捕获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)等。,浓度型、质量型,气路、进样、分离检测和温度控制系统,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,1.气路系统,2.进样系统,3.分离系统,4.检测系统,5.温度控制系统,实现对进样、分离及检测系统的精确温度控制,在一个分析周期内，柱温随时间由低到高作线性或非线性变化，以达到用最短的时间获得最佳分离目的,恒温或程序升温,气路、进样、分离检测和温度控制系统,样品与载气导热系数的差别,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,气路、进样、分离检测和温度控制系统,三、气相色谱检测器,1.热导检测器(TCD),a.工作原理,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,气路、进样、分离检测和温度控制系统,三、气相色谱检测器,1.热导检测器(TCD),a.工作原理,桥电流,N2：100-150mA；H2：150-200mA,池体温度,载气种类,不能低于柱温,H2和He气最佳，N2气可能出现倒峰,b.操作参数,导热系数,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,气路、进样、分离检测和温度控制系统,三、气相色谱检测器,1.热导检测器(TCD),温度、桥电流、载气种类,导热系数,a.工作原理,2.火焰离子化检测器(FID),样品在火焰中产生的离子形成电流,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,气路、进样、分离检测和温度控制系统,三、气相色谱检测器,1.热导检测器(TCD),温度、桥电流、载气种类,导热系数,2.火焰离子化检测器(FID),a.工作原理,燃烧产生离子,气体流速,检测器温度,不能低于柱温,b.操作参数,N2:H21:1,Air:H210:1,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,气路、进样、分离检测和温度控制系统,三、气相色谱检测器,1.热导检测器(TCD),温度、桥电流、载气种类,导热系数,2.火焰离子化检测器(FID),燃烧产生离子,温度、气体流速,3.电子捕获检测器(ECD),含电负性元素原子的物质,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,气路、进样、分离检测和温度控制系统,三、气相色谱检测器,1.热导检测器(TCD),温度、桥电流、载气种类,导热系数,2.火焰离子化检测器(FID),燃烧产生离子,温度、气体流速,3.电子捕获检测器(ECD),电负性原子,4.火焰光度检测器(FPD),含N、S、P的物质,5.检测器的性能指标,灵敏度,敏感度,3倍噪音,定量限,10倍噪音,线性范围,响应时间,第二节气相色谱仪,一、气相色谱仪流程,二、气相色谱仪结构,气路、进样、分离检测和温度控制系统,三、气相色谱检测器,一、塔板理论,用热力学方法分析色谱分离过程,Martin,分配系数：一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间达到分配平衡时的浓度比,流动相携带其中组分每次向前移动一个塔板,相比(率),计算每个时刻、每块塔板中样品组分在两相中的含量，并得到流出色谱柱的流动相中样品组分含量，绘制流出曲线,第三节色谱法基本理论,平衡时,0.056,0.110,0.138,0.056,0.110,0.138,0.138,k=1,1.塔板理论的分析过程,容量因子,一、塔板理论,用热力学方法分析色谱分离过程,第三节色谱法基本理论,1.塔板理论的分析过程,分配系数、分配比(容量因子),2.塔板理论的主要结论,峰值浓度cmax,半峰宽W1/2,塔板数为n时,tr=t0(1+k),说明色谱流出过程,问题：选择因子a与K或k有何关系？,一、塔板理论,用热力学方法分析色谱分离过程,第三节色谱法基本理论,1.塔板理论的分析过程,分配系数、分配比(容量因子),2.塔板理论的主要结论,说明色谱流出过程,tr=t0(1+k),评估柱效,有效塔板数和有效塔板高度,理论塔板数和理论塔板高度,一、塔板理论,用热力学方法分析色谱分离过程,第三节色谱法基本理论,1.塔板理论的分析过程,分配系数、分配比(容量因子),2.塔板理论的主要结论,说明色谱流出过程,tr=t0(1+k),评估柱效,2.塔板理论的局限性,不能说明影响塔板高度的因素,不能说明流动相流速对塔板高度的影响,扩散平衡,一、塔板理论,第三节色谱法基本理论,K、k，理论塔(有效)板数,二、速率理论,用动力学方法分析色谱分离过程,vanDeemter,流动相线速度,涡流扩散项系数,分子扩散项系数,传质阻力项系数,试样分子在色谱柱中运动的多路径造成,填料平均直径,填充不规则因子,dp，H，柱效n,填料颗粒小，填充均匀,1.涡流扩散项A,一、塔板理论,第三节色谱法基本理论,K、k，理论塔(有效)板数,二、速率理论,1.涡流扩散项A,填料颗粒小，填充均匀,2.分子扩散项B/u,浓度梯度引起试样分子纵向扩散造成,组分在流动相中的扩散系数,弯曲因子,流动相相对分子量大，Dg小,选用何种载气(N2、H2)？,填料填充均匀,一、塔板理论,第三节色谱法基本理论,K、k，理论塔(有效)板数,二、速率理论,1.涡流扩散项A,填料颗粒小，填充均匀,2.分子扩散项B/u,填料填充均匀，载气分子量小,3.传质阻力项Cu,样品组分在两相间不能迅速达到平衡引起,填料平均直径,气相扩散系数,液膜厚度,液相扩散系数,减小dp,选择分子量小的载气,减小df,采用合适的柱温,一、塔板理论,第三节色谱法基本理论,K、k，理论塔(有效)板数,二、速率理论,1.涡流扩散项A,填料颗粒小，填充均匀,2.分子扩散项B/u,填料填充均匀，载气分子量大,3.传质阻力项Cu,柱温，dp，df，载气轻,4.速率理论的应用,控制色谱操作条件，改善柱效,a.减小固定相颗粒直径；,b.色谱柱填充均匀；,c.减小固定相液膜厚度；,d.采用合适的载气及载气流速。,第四节色谱分离操作条件的选择,一、基本色谱分离方程,R与色谱条件间的关系式,选择合适的固定相、流动相和柱温，增大a，保持k为210；,有效塔板高度不变的情况下，增大柱长L；,降低有效塔板高度H。,如何降低？,2-5时，分析时间可以较短,a.减小固定相颗粒直径；,b.色谱柱填充均匀；,c.减小固定相液膜厚度；,d.采用合适的流动相及流动相流速。,第四节色谱分离操作条件的选择,一、基本色谱分离方程,二、色谱分离操作条件的选择,增大a，k为210,1.固定相,种类,相似相容,颗粒直径,液膜厚度,填充均匀,2.流动相,种类,检测器要求,流速,3.柱温,恒定柱温,程序升温,固定相性质,在一个分析周期内，柱温随时间由低到高作线性或非线性变化，以达到用最短的时间获得最佳分离目的,第四节色谱分离操作条件的选择,第四节色谱分离操作条件的选择,一、基本色谱分离方程,二、色谱分离操作条件的选择,增大a，k为210,1.固定相,种类,相似相容,颗粒直径,液膜厚度,填充均匀,2.流动相,种类,检测器要求,流速,3.柱温,恒定柱温,程序升温,固定相性质,例:在一根1m长的色谱柱上测得两组分的分离度为0.68，要使它们完全分离(R=1.5)，则柱长应为多少？,如果只给出相邻色谱峰的保留值和峰宽数据呢？,4.柱长,第四节色谱分离操作条件的选择,一、基本色谱分离方程,二、色谱分离操作条件的选择,增大a，k为210,1.固定相,种类,相似相容,颗粒直径,液膜厚度,填充均匀,2.流动相,种类,检测器要求,流速,3.柱温,恒定柱温,程序升温,固定相性质,4.柱长,5.进样量,尽可能大,半峰宽基本不变、峰高与进样量成线性关系,第五节定性和定量分析,定性依据：保留值,单独定性可靠性差,分别测定、混合测定,同系物,同族、同碳数异构体,4.双柱、多柱定性,5.仪器联用,一、定性分析,1.用已知纯物质对照,2.用经验规律定性,3.用相对保留值、保留指数定性,第五节定性和定量分析,单独定性可靠性差,一、定性分析,二、定量分析,定量依据：色谱峰面积或峰高与样品浓度成正比,1.定量校正因子,2.相对定量校正因子,基准物,TCD:苯,FID:正庚烷,第五节定性和定量分析,单独定性可靠性差,一、定性分析,二、定量分析,定量依据：色谱峰面积或峰高与样品浓度成正比,1.定量校正因子,2.相对定量校正因子,3.常用定量分析方法,a.归一化法,例：测得石油裂解气的气相色谱图，经测定各组分的校正因子及色谱峰面积如下表所示。用归一化法定量，求各组分的摩尔分数。,所有组分均有色谱峰,第五节定性和定量分析,单独定性可靠性差,一、定性分析,二、定量分析,定量依据：色谱峰面积或峰高与样品浓度成正比,1.定量校正因子,2.相对定量校正因子,3.常用定量分析方法,a.归一化法,b.外标法,c.内标法,更具体的实例？,所有组分均有色谱峰,操作条件影响大,操作条件影响小,内标物选择困难,第五节定性和定量分析,单独定性可靠性差,一、定性分析,二、定量分析,定量依据：色谱峰面积或峰高与样品浓度成正比,1.定量校正因子,2.相对定量校正因子,3.常用定量分析方法,a.归一化法,b.外标法,c.内标法,所有组分均有色谱峰,操作条件影响大,操作条件影响小，内标物选择困难,例：气相色谱法测定某试样中水分含量，称取0.0186g内标物加到3.125g样品中进行色谱分析，测的水分和内标物峰面积分别为135mm2和162mm2。已知水和内标物的相对质量校正因子分别为0.55和0.58，计算试样中水分的质量分数。,1.色谱分析法按两相状态可分为哪几类？每一类各相状态如何？,2.色谱分析法按分离机理可分为哪几类？各类分离机理如何？,3.色谱术语：死时间(体积)，保留时间(体积)，调整保留时间(体积)，相对保留值，选择因子，分配系数，分配比(容量因子),4.分配系数和分配比与色谱保留值间有何关系？,5.塔板理论的要点和结论有哪些？如何从色谱数据计算塔板数(评估色谱柱效)？,6.速率理论的要点和结论有哪些？如何控制色谱条