气相色谱培训课件

气相色谱仪主讲人：冯婷,Welcomeyou!,主要内容,一、基本原理二、基本概念三、基本结构四、仪器操作使用,一、气相色谱仪基本原理,气相色谱分析是基于被测组分在两相之间的分配，这两相中一个是表面积很大的固定相，另一个是载送被测组分前进的流动相气体，由于样品中不同物质在两相中具有不同分配系数，当两相作相对运动时，这些物质随流动相运动，并在两相中进行反复多次的分配，使那些分配系数只有微小差异的物质，在移动速度上产生了很大的差别，从而达到相互分离，然后再定性和定量。气相色谱仪就是实现此分析过程的装置。,二、气相色谱仪基本概念,气相色谱仪：以气体作流动相的色谱仪分析对象：气体、液体和沸点不太高的固体样品功能：将混合物分离为单一组分，并对其进行定性、定量的分析.,三、气相色谱仪基本结构,六大组成部分气路系统进样系统分离系统检测系统数据采集及处理系统辅助系统,3-1气路系统,作用：为仪器提供纯净、稳定的载气和检测器所需的辅助气。载气：携带分析试样通过色谱柱，提供其在柱内运行的动力。辅助气：提供检测器燃烧或吹扫用。要求：连续而密闭常用的载气有氮气和氢气，也有用氦气、氩气和空气。载气的净化需经过装有活性炭和分子筛的过滤器，以除去载气中的水、有机物等不利杂质。,气相色谱仪流路示意图,气源a.气瓶：使用时应注意要在指定部门购买，气瓶不要放在房间内，远离明火、忌日晒、高温，要用铜或镀铜的扳手，氢气瓶用反扣螺母，注意密封。b.气体发生器（H2、N2）：在仪器工作时，一定要经常观察一些现象，例如：数字显示、输出压力表、液位、硅胶变色情况等。注意纯度，别返碱液，损坏仪器c.空气泵：要求无油，如果出口压力不稳，可加一稳压阀。,气路控制系统a.双级减压阀：减压/稳压，使仪器入口压力稳定b.稳压阀/稳流阀：保证载气压力、流量稳定c.压力表：指示柱前压d.针阀：调节H2、Air流量大小；外圈调开关，里圈调流量大小，顺时针减小，逆时针增加黑色：（Air，Air2）450ml/min红色：（H2、补充气）60ml/min兰色：（Air1）130ml/min银色：开关阀,e.小过滤器：进一步去除载气中杂质，60-80目颗粒f.脱氧过滤器：ECD专用，脱掉载气中O2、少量H2O过滤器寿命：40升气瓶，4瓶过滤器的老化条件：接法：过滤器出口接入载气N2，入口放空；温度：275时间：约4小时流量：3060ml/min,气密性检查,一般检查载气流路。打开色谱柱箱，把色谱柱从检测器上拆下，将柱口堵死，然后开启载气，调节钢瓶输出压力为0.4MPa，打开主机面板上的载气旋钮，调节至0.3MPa以上，待稳定数分钟后关闭载气旋钮。半小时内其柱前压指示值不应下降超过半小格（0.01MPa）。如果超过视为气路有漏，则用肥皂水（最好是十二烷基苯磺酸钠溶液）逐个接头进行检漏。（试过后尽快将肥皂水擦干）,3-2进样系统,作用：将样品送入仪器，并使之气化。包括进样口和汽化室两部分。常用的进样器有注射器和六通阀。汽化室是将液体样品瞬间气化为蒸汽的装置，要求气化室热容量大，温度要足够高，而且无催化效应，才能保证样品在瞬间汽化，且不分解，并迅速进入柱头使谱带扩散尽量减少。,玻璃衬管/插件,提供一个温度均匀的汽化室，防止局部过热。被污染时出现：峰形变坏，重复性差，鬼峰,隔垫,作用：保持色谱系统处于密封状态,防止空气进入系统.隔垫的寿命取决于进样的频率、针的质量和隔垫的成分，毛刺、锐边或粗糙的表面会降低隔垫的寿命。当有隔垫的碎屑被进样针打入样品瓶或进样口就会造成隔垫的污染。隔垫漏气的征兆包括保留时间增长、响应值降低、柱头压力减小并伴随检测器信号噪音加大。隔垫被污染的征兆是“鬼峰”的出现。,分流/不分流进样,分流：把进入注样器中的样品大部分分到仪器外面，只有小部分流经色谱柱。作用：减小柱负荷，减小柱污染。分流比（柱流量分流流量）/柱流量分流比越大出峰越小，峰之间的分离度明显改善，柱污染小，但含量低的组分会不出峰。隔垫吹扫：带走隔垫放出的挥发性气体，注样器反冲的蒸汽品，防止隔垫对样品的吸附以消除假峰或溶剂峰的拖尾。补充气：增加柱出口到检测器的载气速度，以减小这段死体积的影响，使仪器的灵敏度与峰形有所改善。补充气越大，样品进入检测器速度加快，峰变尖锐，灵敏度提高，但点火困难。,不分流进样,所谓不分流进样是当进样时把分流阀关闭，样品在气化室中蒸发成蒸气，并被载气送入毛细管柱。不分流进样系统与分流进样系统不同之处在于分流管和分流阀之间有一个缓冲空间。在进样时分流电磁阀关闭，但注射隔膜吹洗气（2mL/min)一直保持，经过一段时间（3090s），大部分溶剂和溶质蒸气进入色谱柱，电磁阀打开。气化室中剩余的溶剂和溶质通过分流阀吹走。,六通阀进样技术,由于气体的含量和气压直接有关，为保证每次进样的重复性，取样后要使定量管的压力与大气压平衡，依据经验一般在取样后平衡2030秒即可，也可观察出口管不再冒气泡。切勿带压进样！,3-3分离系统,主要指色谱柱，是色谱仪的核心部件。作用：将混合物分离成单一组分。常用色谱柱类型：填充柱（玻璃6、不锈钢柱管3）熔融石英毛细管柱（长度m内径mm膜厚m）柱箱温度设定方式：恒温（窄沸程简单样品）程序升温（宽沸程多组分混合物）初温（保持）升温速率终温（保持）,色谱柱的安装,填充柱的安装安装时色谱柱一定要插到底，注意方向，有标志的一端接注样器，并用填充柱柱螺母和石墨压环密封好，保证不漏气。毛细管柱的安装在注样器一端要插入5.7cm，在检测器一端插入11.5cm，并用毛细管柱螺母和毛细管石墨压环密封好，保证不漏气，不堵死。,色谱柱的老化,在高于使用柱温下通载气进行处理，保持48时，使其性能稳定。毛细管柱推荐使用程序升温。须老化的色谱柱：新柱出现峰形变化，基线不稳定，出现异常鼓包等现象长时间未使用色谱柱标牌内容固定相名称、长度、内径、老化温度、最高使用温度色谱柱的保存将进样垫将毛细柱的两端封住，放入原包装内。,选购毛细柱时的四个基本参数,固定液非极性：SE30*，OV101、SE54*中极性：OV17，XE60*，OV1701*极性：PEG20M*，FFAP*，DEGS*柱内径（mm）0.20.25柱效高、负荷量低、流失小0.30.35负荷量大于毛细口径诸60%，柱效低0.530.6大口径毛细柱，负荷量近似填充柱，总柱效远远超过填充柱，分析速度快柱长（m）短柱1015米分离少于10个组份的样品中长柱2030米分离1015个组份的样品长柱50米以上分离50个组份以上的样品液膜厚度（m）薄液膜0.10.2m低负荷量、高沸点化合物标准液膜0.250.33m一般标准毛细柱分析厚液膜0.51m符合量较大，低沸点样品特厚液膜15m取代填充柱，分析沸点200以下复杂样品,3-4检测系统,作用：对柱后已分离组分进行检测，将组分的浓度或质量用电信号的形式输出。要求：通用性强，响应线性范围宽，稳定性好，响应时间快。常用检测器：热导检测器TCD氢火焰离子化检测器FID火焰光度检测器FPD热离子氮磷检测器TSD（NPD）电子捕获检测器ECD,检测器分类：根据特性：浓度型：测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度变化成正比。如：TCD、ECD质量型：测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的量成正比。如：FID、FPD根据功能：通用型：TCD、FID专用型：ECD、FPD、TSD,基本概念,基流：只有纯载气通过检测器时检测器的响应信号。主要由电器和载气中的杂质引起。（baseline）漂移：基流朝一定方向缓慢变化，通常用单位时间内的基流变化的数值表示。,噪声：由于各种原因所引起的检测器信号的起伏。,检测器性能评价指标,灵敏度（或响应值）S单位量的物质通过检测器时产生的响应信号的大小在一定范围内，信号E与进入检测器的物质质量m呈线性关系：E=SmS=E/m单位：mV/（mg/cm3）（浓度型检测器）mV/（mg/s）（质量型检测器）S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越高。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱峰面积（A）除以试样质量求得：S=A/m,检测限（敏感度）D检测器恰能产生二倍于噪音（2RN）时的单位时间（s）引入检测器的样品量（g）或单位体积（cm3）载气中需含的样品量。浓度型检测器：Dc=2RN/ScDc的物理意义指每毫升载气中含有恰好能产生二倍于噪声信号的溶质毫克数。质量型检测器：Dm=2RN/SmDm的物理意义指每秒通过的溶质克数，恰好能产生二倍于噪声的信号（2RN）。,最小检测量噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。,检测器响应值为2倍噪声水平时的试样浓度（或质量），被定义为该物质的最小检测量。信噪比：信号强度和噪声强度之比。衡量整个测量系统质量好坏的主要指标。,线性范围检测器在线性工作时，被测物质的最大浓度（或质量）与最低浓度（或质量）之比。响应时间进入检测器的某一组分的输出信号达到其值的63%所需的时间。一般小于1s。,3-4-1热导检测器（TCD）,特点结构工作原理影响TCD响应值的因素操作条件的选择操作使用操作注意事项故障判断,TCD特点,浓度型：响应值与载气中样品浓度成正比通用性：几乎对所有物质都有响应线形范围：105带有热丝保护电路：（H2或He载气时）无载气；漏气；信号过大超过4分钟；恒热丝平均温度供电，热丝温度可调信号输出可调：0.05mV；0.5mV；5mV,结构,池体形状：六方形材料：不锈钢气流方式：直通式池体积：140l敏感元件热丝：铼钨丝，抗氧化能力强，寿命长，200很安全，400时性能损坏气路双气路，参考、测量臂不固定，需两根色谱柱,TCD原理,原理:根据不同的物质具有不同的热导系数原理制成的。工作原理：当只有载气通过敏感元件时，保持热平衡状态，桥路平衡；载气携带样品进入检测室，热导率发生变化，热平衡被破坏，电桥不平横，有信号输出，信号经放大器放大后由数据处理记录。R1=R2=R3=R4=32敏感元件：铼钨丝R1*R3=R2*R4金属受热后，阻值发生变化,E,R1,R4,R2,R3,mA,影响TCD响应值的因素,1、几何因子：设计时一定；2、电性因子：设计时一定，电流可调，对响应值影响大，但太大时，噪声大、不稳定、缩短寿命.3、热导因子：载气样品-差值越大越好载气样品-信号大载气=样品-无信号载气样品-低，出怪峰载气样品-出反峰m-样品量大，峰变高,操作条件的影响,桥电流桥电流增加，使钨丝温度提高，钨丝和热导池体的温差加大，气体就容易将热量传出去，灵敏度就提高。响应值与工作电流的三次方成正比。增大电流有利于提高灵敏度，但电流太大会影响钨丝寿命。一般桥电流控制在100200mA左右（N2作载气时为100150mAH2作载气时150200mA为宜）。池体温度池体温度降低，可使池体和钨丝温差加大，有利于提高灵敏度。但池体温度过低，被测试样会冷凝在检测器中。池体温度一般不应低于柱温。,操作使用,装柱：3、6的安装，注意新柱一定要老化，柱子老化时，通气升温烘烤，出口放空，不许接检测器；通气检漏：保证不漏气；测流量：30ml/min（3柱），双路平衡；开机：1建立色谱配置表：a.温度极限；b.检查准情况；c.硬件开关打开；d.TCDCARRYGASHE？2建立方法：a.柱温；b.注样器温度；c.检测器温度；d.衰减；e.量程；f.是否自动调零；g.热丝温度；h.正极性输出；I.时间程序；3TCD温度升到后，打开柱温，给定热丝温度；稳定12小时按下STATUSDETECTOR观察基流调节池平衡：TCDABASELINExxMVA/Z（ATTEN、RANG）进样分析,操作注意事项,开机时，先通气，后通电，到温后再加桥流关机时先关桥电流，再关电，最后关气两路载气流量相同，保持平衡新柱一定要老化后，再接入TCD更换注样器隔垫，一定要关断热丝温度选择小电流，高灵敏度输出热丝温度必须高于样品最高沸点20热丝温度检测器温度柱温不要长期在同一侧进样,故障判断,热丝电流加不上a.热丝断:红绿：23.1；黑白：23.1红黑：31.3；绿白：31.3b.电路板故障不能自动调零；a.检查A/Z是否打开；b.电路板故障；灵敏度下降a.柱失效；b.注样器堵；c.隔垫漏气；d.衰减量程是否正确基线不稳，噪声大a.量程、衰减是否正确；b.气源不好；c.电流太高；d.热丝不好,3-4-2氢火焰离子化检测器,FID是高灵敏度的检测器，对含碳的有机化合物检测限达到10-12g/s，是目前应用最广泛的检测器，在食品、卫生、石油、化工、环保等各领域都有应用。质量型：响应值与单位时间的进样量成正比选择性：对CH化合物有响应线形范围：107灵敏度高，响应速度快，线性范围宽，易操作，稳定性好,结构,喷嘴：陶瓷与金属封接筒体：起固定与支撑作用，下端与基座靠铝垫片密封，出口放空可测流量信号探臂：高温陶瓷绝缘，“O”形圈密封插到收集极上极化/点火探臂：高温陶瓷绝缘，“O”形圈密封插到喷嘴上气路方式：单气路,FID工作原理,以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。其主要缺点是不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。有机物在火焰中先形成自由基，然后与氧产生正离子，再同水反应生成H30+离子。以苯为例，在氢火焰中的化学电离反应如下：,影响FID响应值的因素,结构：喷嘴的内径，收集极的尺寸，之间的距离等，设计时已保证，用户无需调整；流量AirH2极化电压点火电压,操作条件的选择,确认安装位置：A或B路，筒体是否牢固，电缆线是否连接正确；载气：a.种类：N2、H2、He；b.纯度:99.998%；c.流速：3060ml/min辅助气：a.H2纯度：99.995%流速30ml/min；b.Air无油流速：300ml/min气比合适TFID高于T柱2050，至少150,操作使用,装柱：3、6的安装，注意新柱一定要老化，柱子老化时，通气升温烘烤，出口放空，不许接检测器；通气检漏：保证不漏气；测流量：N2：30ml/min；H2：30ml/min；Air：300ml/min；开机：1、建立GC表：a.温度极限；b.检查准情况；c.硬件开关打开；2、建立方法：a.柱温；b.注样器温度；c.检测器温度；d.衰减；e.量程；f.是否自动调零；I.时间程序；3、FID温度升到后，打开H2、Air，按IGNITE或SHIFTIGNITE点火,（听声音、看水气、观察基流）检查火焰是否点着；稳定0.5小时；按下STATUSDETECTOR观察基流：FIDABASELINExxMVA/Z（ATTEN、RANG）进样分析,操作注意事项,拆装FID筒体时必须换铝垫片；拆装检测器时不要用手直接触摸陶瓷件FID工作温度150（防止冷凝）不点火不要开H2阀,故障判断,点不着火：a.流量不正确；b.点火线圈故障c.漏气；d.电器故障；响应值小：a.柱失效；b.注样器堵c.隔垫漏气；d.衰减量程是否正确不能自动调零:a.系统污染，基流太大（1315.80mv）；b.信号电缆不好；c.电器故障；基线不好噪声大：气源不好、系统污染、漏气、柱流失大、喷嘴或陶瓷件脏，可清洗喷嘴或重新活化过滤器。FID清洗方法：a.烘烤清洗：升高温，通气，点火状态下810小时；b.拆卸清洗：用甲醇或丙酮清洗所有零件，晾干后，150烘烤后装在仪器上，装柱点火烘烤。,3-4-3火焰光度检测器,含磷、硫化合物的分析。原理：富氢火焰中，组分发出特征光谱。光信号经滤波、放大便得到相应谱峰。特点：高选择性和灵敏度、双火焰操作稳定性强、光电倍增管的增益可调广泛应用于石化、环境、食品等领域。,结构：喷嘴燃烧系统滤光片（P、S）筒体探臂单气路，双火焰,工作原理,根据硫和磷化合物在富氢火焰中燃烧时，生成化学发光物质，并能发射出特征波长的光，记录这些特征光谱，就能检测硫和磷。以硫为例，有以下反应发生：当激发态S2*分子返回基态时发射出特征波长光max为394nm。对含磷化合物燃烧时生成磷的氧化物，然后在富氢火焰中被氢还原，形成化学发光的S2碎片，并发射出max为526nm的特征光谱。这些光由光电信增管转换成信号，经放大后由记录仪记录。,对FPD响应值的影响,载气种类气体流量氮气：30mL/minH2:140mL/minAir1:80mL/minAir2:170mL/min高压双火焰系统,操作注意事项,选择合适的滤光片漏光检查高压FPDAPMTubeVOLTS检测器温度必须高于150。低于250带电时不允许光路系统曝光不点火不开氢气,3-4-4热离子氮磷检测器,含氮、磷有机物的分析。特点：选择性强、灵敏度高、线性范围宽、寿命长广泛用于环境、临床、食品、药物、香料、刑事法医等领域结构：喷嘴、筒体、探臂单气路,工作原理：陶瓷粉和碱金属盐类（Rb2SO4）烧结成金属铷珠，当铷珠通入加热电流后，珠表面温度可达700-900，碱金属被蒸发，铷盐的蒸汽和Air-H2流混合，形成气相键合层。含N、P的样品进入检测器后，与铷珠表面发生反应，化合物被分解，分解的产物被选择性电离，产生离子流，经放大器放大后，由数据处理记录。,对TSD响应值的影响,气体的种类与纯度He比N2灵敏度高；载气和H2纯度高于99.995氢气流速4.5mL/min，需调整以提高灵敏度铷珠的加热电流增加珠电流可提高灵敏度，但减少寿命偏压4V,操作注意事项,气体流速必须准确色谱柱必须老化，且注意低流失新铷珠老化逐渐升高珠电流，并持续升高温时关掉珠电流拆装铷珠避免碰撞,3-4-5电子捕获检测器,电负性物质的分析。如：卤化物、过氧化物、硝基化合物、甾族化合物、多环芳烃等。原理：离子源（放射性）元素63Ni产生电子，形成离子流，组分捕获电子，产生负信号，经过放大器处理。特点：高选择性、高灵敏度,影响ECD响应值的因素,机械结构放射源强度载气的种类、纯度氮气高纯氮（O2、H2O低）He或Ar含510CH4温度温度升高，基流降低色谱柱低流失,操作注意事项,量程的选择排气源的挥发性，样品的毒性检测器的密封性样品溶剂必须先升高检测器的温度检测器的存放拆装离子源必须带手套等防护工具,3-5数据采集及处理系统,作用：采集并处理检测器输出的信号，记录色谱图，给出最终的定性和定量结果。记录仪积分仪微机工作站,3-6辅助系统,作用：控制和显示INJ、CoL、DeT及辅助部分的温度。控制继电器的开关，阀的切换温度控制器指示器,电路部分,5块基本板：母板、电源板、CPU板、温控板、键盘/显示板。其他可选板：FID放大器板（FID/TSD）TCD放大器板ECD放大器板FPD放大器板外部事件板,以SP-34系列仪器为例介绍,仪器特点1、微机控制2、逐条显示操作条件及工作方法3、可编4个方法、方法可保存4、自我保护功能5、强大的自诊断功能6、可完成自动切换功能（最多4次）,四、仪器操作使用,SP-34系列键盘,包括6个键组GC控制键组（GCCONTROL）11键4灯，仪器的运转控制；操作键组（OPERATIONGS）8键2灯，方法建立、修改；方法键组（METHODS）10键4灯，建立方法显示控制键组（DISPLAYCONTRL）4键，翻页自动控制键组（AUTOCONTROL）2键程序表输入键组（ENTRY）14键,START：按下此键仪器开始运行；GCCONFIGURE：选择仪器控制参数（GC配置表）INSTRTEST:仪器自动快速测试；IGNITEA：A路点火BB路点火COLOVENON：接通柱箱加热器及风扇；OFF:关断柱箱加热器及风扇RESET：终止运行，恢复到方法的初始条件BUILD/MODIFY：建立或修改方法；ACTIVATE：启动方法；DELETEPROGRAM：删除（温度/时间）程序,常用键说明,STATUS：检查仪器现行参数，此灯闪烁，仪器有故障。TURNON：调整方式，允许用户直接执行任何时间程序METHOD1：选择控制仪器的方法；COLUMN：柱温，四阶程序升温；INJECTOR：注样器温度；DETECTOR：检测器温度、衰减、量程、自动调零、五个时间程序（TCD丝温、TSD珠电流）RELAY：控制/选择，时间程序继电器；SEQUENCETABLE：序列表（编制循环，运行方法）,色谱配置表的内容（BUILD+GCCONFIGURE）,SETTIMEORDATE？设定时间和日期吗？SETTEMPLIMETS？设定温度极限吗？（COL、INJ、DET、AUX）COLUMNSTANDBYTEMP50柱箱等待温度50ENABLECOLUMNSTANDBYTEMP？NO柱箱等待温度有效否？SETCHECKFORGCREADY？对色谱条件的准备情况检查否？（INJ、AUX、DET、EXTDEVICE、FAULTS、RELAYS）SETLOCK