新型分离技术4 4气相色谱法

4.5气相色谱法GasChromatographyGC,4.5.1概述,(1)特点：高效能性，组分在两相间反复多次的分配。毛细管柱柱效可达上百万个理论塔板。高选择性，一次可解决一百多个组分的分离和分析。高灵敏性：高灵敏度检测器；可达10-1110-13，用于痕量物质的分析广泛用于环保、农残操作简单：分析速度快，通常一个试样可在几分或几十分钟完成。,GC的选择性：易挥发或可转化为易挥发的液体和固体。沸点u最佳）u越大，Cu越大；B/u越小，此时Cu项起主导作用，u增加，H增加，柱效率降低。,4.5.2气相色谱仪器,（1）系统组成1)气源系统载气：流动相-携带分析试样在柱内运行的动力辅气：供检测器燃烧或吹扫,2）进样系统：引入试样，并保证试样气化。3）柱系统：试样在柱内运行并得到所需要的分离。,4）检测系统：被分离的组成进行检识。5）数据采集及处理系统：给出信息（定性、定量）6）温控系统：控制并显示进样系统、柱箱、检测器及辅助部分的温度。,气相色谱基本单元,（2）气路系统,组成：气源系统+净化系统+阀门系统+应用系统气源系统：提供足够压力的气源钢瓶、空气泵、气体发生器H2、N2、空气净化系统：保证分析质量和分析结果的稳定性；延长柱寿命和减少检测器的噪声。除去气体中的水分、烃、氧,（3）进样系统作用：试样引入色谱柱系统进样样品状态：液、气、固态进样设备：注射器、进样阀、裂解器进样方法：手动、自动,进样方式,分流进样：样品在加热的气化室内气化，蒸气大部分经分馏管道放空，只极小一部分被载气带入色谱柱。适用于浓度较高的样品；沸程宽、浓度差异大、化学性质各异的样品不适用。无分流进样：进样时样品没有分流。适用于痕量分析；进样时间长，会造成初始谱带的扩展。-冷肼,柱头进样：样品直接进入预处理柱或柱入口，进样部分温度很低，防止溶剂在进样时针头气化，样品在冷的柱壁上形成液膜，组分在液膜上实现气化。编程操作，适用于不同样品的分析。,顶空进样：采用气态进样。免除大量样品基体对柱系统的影响。适用于血中毒物、酒、饮料中挥发性香精、食品添加剂的残留溶剂、植物的芳香成分、聚合物中的挥发组分等。,（4）检测器,检测器的噪声：在没有组分进入检测器的情况下，因为检测器及色谱条件波动使基线在短时间内发生的信号为噪声（毫伏mV、毫安mA）漂移：极限在一段时间内产生的偏离（毫伏/小时mV/h或毫安/小时mA/h）线性范围：载气中组分的浓度与响应值成正比的范围,检测器的灵敏度S和检测限D：是检测器敏感度的衡量指标。灵敏度：通过检测器物质的量变化Q时，信号的变化率。浓度型S（mV.ml/ml）；质量型S（mV.ml/mg）,检测器的检测限：检测器产生2倍噪声信号时，单位体积载气或单位时间内进入检测器的组分量来评价检测器的灵敏度，即检测限D。D=2N/S,灵敏度和检测限从两个不同的角度表示检测器对物质灵敏程度的指标。灵敏度越大，检测限越小表示检测器的性能越好。检测器的最小检测量与最小检测浓度：产生2倍噪声信号时，进入检测器的物质量（g）或浓度（mg/ml）。,浓度型检测器mmin=1.065/60FdDiW1/2质量型检测器mmin=1.065DiW1/2最小检测浓度cmin=mmin/Vcmin=mmin/m,1）氢火焰离子化检测器（FID）,原理：质量型检测器，以氢气和空气燃烧生成的火焰为能源，当有机化合物进入燃烧的火焰，在高温下产生化学电离，电离产生离子，在高压电场定向作用下形成离子流，经过高阻放大，成为电信号。,特点：a.结构简单、性能优异，稳定可靠、操作方便b.响应范围广挥发性、烃类、杂原子c.灵敏度高（10-1310-10g/s）、线性范围宽（106107）,死体积小（1l），响应快（约1ms）。d.对气体流速、压力和温度变化不敏感。e.需要三种气源及其流速控制系统；对防爆有严格要求。,2)热导检测器（TCD）,原理：根据组分和载体热导率的不同；组分通过热导池时，从热敏元件上带走不同的热量，引起热敏元件阻值变化，通过电桥电压的不平衡被检测出。,特点：浓度型检测器；结构简单、性能可靠、定量准确、价格低廉、经久耐用。对挥发性化合物有响应。易与其他检测器联用（毛细管柱）,3)电子俘获检测器（ECD）,原理：选择性检测器；以放射源中的射线为能源，产生大量低能量的热电子，形成基流，当负电性的组分进入ECD池，即俘获具有电负性官能团的有机化合物的电子产生信号。,特点：灵敏度高（10-1210-14g），选择性强S、P、卤素等电负性化合物。主要用于环境样品中的痕量农药、多氯联苯等的分析。线性范围小（102104）。,判断样品可用气相色谱法的依据,两个基本条件：流出峰窄两峰之间的距离足够大,分离同系物时柱系统选择推荐规则,（1）如果仅分离分子骨架不同的同系物混合物时（链状与环状），选择非极性相，利用构型差异进行分离,（2）分子差异为2个H的同系物的混合物时，如果是非极性的具较低碳链长度化合物，则选择中等极性柱；如果是非极性的具有较高碳链长度的化合物，则选择极性柱；如果是极性化合物，选择极性柱。,（3）对于分子式差异大于2个H的同系物的混合物，2个H的区别可以分开。（4）对于分子式无差异的同系物混合物（正构或异构），如果是非极性化合物，则选择中等极性相或非极性相；如果环大小有差异选择中等极性相；如果互为官能团异构体。,定量分析方法,（1）归一化法：适用于样品中所有组分都能从色谱柱流出并被检出、且在线性范围内，测定或查出所有组分相对校正因子的样品。（2）外标法：特点：操作简便，计算方便；但标准物的纯度要求高，组分之间完全分离。（3）内标法：将一种纯物质作为标准物加入到待测样品中，进行色谱定量。特点：准确，但操作复杂（浓度、保留时间）对于中药样品使用有局限性。,影响气相色谱定量分析准确度的影响因素,a.样品的代表性和稳定性：把不能直接用气相色谱分析的预测组分转化成能用气相色谱分析衍生化b.进样的重复性：进样方式精度（%）手动（1l）5手动（5l）2.5自动1.3气体进样阀0.5,c.柱内及色谱系统内的吸附和分解现象：预处理d.峰高和峰面积判断和测量的准确性：分离度低时用峰高；e.检测器及色谱条件的稳定性：柱温、载气流速、辅助气流速、检测器温度流速精度、气体纯度的控制，,4.5.3全二维气相色谱法,把分离机理不同而又互相独立的两支色谱柱以串联方式结合，两根色谱柱间装有调制器，起捕捉再传送的作用。经第一根色谱柱分离后的每一馏分，都需要进入调制器，进行聚焦后再以脉冲的形式送到第二根柱进行进一步分离，所有组分从第二根柱进入检测器，信号经数据处理系统处理，得到以柱1保留时间为第一横坐标，柱2保留时间为第二横坐标，信号强度为纵坐标的三维色谱图，或二维轮廓图。,(1)全二维GC发展历史和特点,历史：20世纪90年代特点（1）分辨率高为二柱各自分辨率平方加和的平方根、峰容量大GCGC（2）灵敏度高：2050倍（3）分析时间短：更易分离（4）增加可靠性：,(2)关键部件调制器,作用：定时浓缩从第一柱流出的分析物转移很窄的区带到第二柱头，起第二柱的进样器作用聚焦和再进样的操作种类：热调制器：改变温度，使几乎所有挥发性物质在固定相上吸附和脱。温度较高径向冷阱调制器：双喷液氮冷阱调制器、四喷冷阱,色谱柱选择：第一根柱子是非极性、较大内径（甲基硅氧烷）第二根柱子是中等极性或极性检测器：FID、ECD应用：石油样品、环境样品、农残、中药挥发油,4.5.4气相色谱联用技术GC-MS,MS：利用电磁学原理将样品分子转换为带电荷的气态离子，并按照核质比将其分离并记录下来，从而获得分子结构的方法。质谱单元：真空部分、电离源、质量分析器、检测器气质联用：接口单元色谱仪柱出口压力为105Pa，质谱仪必须保证在高真空度下运行。为了解决压力的不协调性接口。,接口方式：开口分流法通入保护气流（He），使色谱柱的末端保持常压，而不会降低系统的分