气相色谱1ppt课件

.,色谱法generalizationofchromatographanalysis,色谱法是一种物理或物理化学分离分析方法，特别适宜于分离多组分的试样，是各种分离技术中效率很高和应用最广的一种方法。它是利用各物质在两相中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的。,.,色谱法的起源和发展,一、色谱法的起源和发展俄国植物学家M.Tswett于1906年首次提出色谱法。固定相(stationaryphase)：填入玻璃柱内静止不动的一相(固体或液体)。流动相(mobilephase)：自上而下流动的一相(液体、气体或超临界流体)。色谱柱(chromatographiccolumn)：装有固定相的柱子。,.,色谱法的起源和发展,茨维特(Tswett)的实验茨维特：俄国植物学家主要从事植物色素的研究工作，在1906年发表的文章中，首次提出色谱的概念。他用碳酸钙作固定相，石油醚作移动相，在玻璃管内分离叶绿素，使人们认识到色谱技术对物质分离和定性的潜力这通常被认为是色谱学的开始,原理使混合物中各组分在两相间进行分配,其中一相是不动的(固定相),另一相(流动相)携带混合物流过此固定相,与固定相发生作用,在同一推动力下,不同组分在固定相中滞留的时间不同,依次从固定相中流出,又称色层法,层析法,.,固定相CaCO3颗粒流动相石油醚,.,1906色谱法1930离子交换色谱法（IEC)1938薄层色谱法(TLC)1941分配色谱法(LLC)1944纸色谱(PC)1952气相色谱法(GC)1959凝胶色谱(GPC)1968高效液相色谱法(HPLC)1988超临界流体色谱(SFC),.,二、色谱法的分类（一）按两相状态分类按流动相的状态分类：气相色谱法(GC)：用气体作为流动相的色谱法液相色谱法(LC)：用液体作为流动相的色谱法超临界流体色谱法(SFC)：以超临界流体作为流动相的色谱法按固定相的状态分类：气相色谱法分：气-固色谱法(GSC)和气-液色谱法(GLC)液相色谱法分：液-固色谱法(LSC)和液-液色谱法(LLC),.,（二）按分离机理分类吸附色谱法：利用物理吸附性能的差异分配色谱法：利用分配系数的不同离子交换色谱法：利用离子交换原理尺寸排阻色谱法：利用分子在固定相中的选择渗透（三）按操作形式分类1.柱色谱法填充柱色谱毛细管柱色谱纸色谱法2.平面色谱法薄层色谱法薄膜色谱法,.,1概述1.0气相色谱法的发展简史,.,1概述1.1气相色谱法的分类,.,1概述1.2气相色谱仪的一般流程,.,气相色谱法,定义：以气体为流动相的柱色谱分离技术按固定相分气-固色谱气-液色谱2.按分离原理分吸附色谱分配色谱3.按柱子粗细分填充柱色谱毛细管柱色谱,.,一.基本原理,气固色谱、气液色谱：分配系数差异气固色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分在吸附剂表面进行吸附，脱附，再吸附，再脱附这样反复的过程不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。气液色谱中被分离物随着载气的流动，被测组分在固定液中进行溶解，挥发，再溶解，再挥发的过程，使不同物质在色谱柱中的保留时间不同而达到分离的目的。,.,二、气相色谱流出曲线和有关术语,图1色谱流出曲线,.,1、基线（baseline）当色谱柱中没有组分进入检测器时，在实验操作条件下，反应检测器系统噪声随时间变化的线称为基线。2、保留值（retentionvalue）表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值，通常用时间或用将组分带处色谱柱所需载气的体积来表示。任何一种物质都有一定的保留值。,气相色谱基本术语,.,3、死时间（deadtime）指不被固定相吸附或溶解的气体（如空气、甲烷）从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需时间。保留时间（retentiontime）tR指被测样品从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间OB。4、调整保留时间（adjustedretentiontime）tR=tR-tm某组分由于溶解或吸附与固定相，比不溶解或不被吸附的组分在色谱柱中多只溜的时间。,气相色谱基本术语,.,三.气相色谱仪工作原理,气相色谱分离是利用试样中各组分在色谱柱中的气相和固定相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组分就在其中的两相间进行反复多次（103106）的分配（吸附-脱附-放出）由于固定相对各种组分的吸附能力不同（即保存作用不同），因此各组分在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，变彼此分离，顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流信号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱峰。,.,四.气相色谱仪的工作过程,载气减压净化稳压色谱柱检测器记录仪进样,.,五.气相色谱仪的组成,气路系统进样系统分离系统温控系统监测记录系统,.,气路系统,气路系统是指流动相连续运行的密闭管路系统。它包括气源、净化器（净化剂有活性炭、硅胶、分子筛）气体流速控制和测量装置。通过该系统可获得纯净的、流速稳定的载体（氮气、氦气、氢气）。,返回,.,进样系统,进样系统包括进样装置和气化室（液体样品在进柱之前必须在气化室内变成蒸气）。作用：是把待侧样品（气体或液体）快速而定量的加到色谱柱中进行色谱分离。,返回,.,分离系统,色谱仪的分离系统是色谱柱（填充柱、毛细管柱）。,气相色谱仪,.,色谱柱,气相色谱分析中，某组分的完全分离取决于色谱柱的效能和选择性，后者取决于固定相的选择性。,一、气固色谱固定相气-固色谱法中常用固定相非极性活性炭-永久性气体,低沸点烃类弱极性氧化铝-烃类及有机异构物强极性硅胶-永久性气体及低级烃,.,1、载体（担体）载体应是一种化学惰性、多孔型的固体颗粒，它的作用是提供一个大的惰性表面，用以承担固定液，使固定液以薄膜状态分布在其表面上。对载体的要求：表面是化学惰性的，表面没有吸附性或很弱，更不能与被测物起化学反应；多孔性，即表面积大，使固定液与试样接触面大；热稳定性好，有一定的机械强度，不易破碎；对担体粒度的要求：均匀，细小（过细柱压增大）,二、气液色谱固定相,.,A、对固定液的要求挥发性小操作温度下有较低蒸气压，以免流失；热稳定性好操作温度下不发生分解；对试样各组分有适当的溶解能力。具有高的选择性对沸点相同或相近的不同物质有尽可能高的溶解能力；化学稳定性好不与被测物质起化学反应。,2、固定液,.,固定液选择相似相溶原理选择固定液的基本原则：分离非极性物质选用非极性固定液甲基硅油,被分离组分和固定液之间的作用力是色散力。各组分按沸点顺序先后流出色谱柱。沸点低的组分先流出，沸点高的组分后流出。如果被分离组分是同系物，由于色散力与分子量成正比，各组分按碳顺序分离。,B、固定液的选择,.,分离强极性样品选用强极性固定液，氧二丙睛，聚丙二醇己二酸等。被分离组分和固定液之间的作用力主要是取向力（定向力），这时试样中的各组分主要按极性顺序分离，极性小的物质先流出色谱柱，极性大的后流出。分离极性和非极性混合物时可选用非极性固定液也可选用极性固定液，应视组分的性质而定。如果沸点为主要矛盾，则应选用非极性；若极性差别为主，应选极性固定液。,.,分离中等极性样品选择中等极性固定液邻苯二甲酸二壬酯、聚乙二醇己二酸、甲基硅油。被分离组分和固定液分子之间的作用力是色散力和诱导力，组分按沸点顺序分离。对于能形成氢键的组分一般选用强极性和氢键型固定液，多元醇固定液。此时样品中各组分按和固定液之间形成氢键能力大小的顺序分离，不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的后流出。对于复杂的难分离的物质，可以选用两种或两种以上的混合物固定液。,.,固定液的性质对分离是起决定作用的。一般来讲，担体的表面积越大，固定液用量可以越高，允许的进样量也就越多。固定液量太低，液膜越薄，允许的进样量也就越少固定液用量根据具体情况决定。固定液的配比（固定液与担体质量比）：一般用5：100到25：100，也有低于5：100的。,3、固定液的性质和用量,返回,.,温控系统,温控系统是指对气相色谱的气化室、色谱柱和检测器进行温度控制。色谱柱的温度控制方式有恒温和程序升温。气化室温度比柱温高10500C检测器温度与柱温相同或略高于柱温，以防止样品在检测器冷凝。,返回,.,检测记录系统,检测记录系统包括：检测器、放大器和记录仪。毛细管柱具有柱容量小，出峰快的特点。固定相的选择一般可按“相似相溶”原则来选择固定液。,.,气相色谱的检测器,浓度型检测器,热导池检测器(TCD),电子捕获检测器（ECD),质量型检测器,氢火焰离子化检测器(FID),火焰光度检测器(FPD),浓度型检测器：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浓度成正比。质量型检测器：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质量成正比。,.,1、热导池的结构,双臂热导池四臂热导池,一、热导池检测器（thermalconductivitydetector）TCD表示,热导池由池体（不锈钢块）和热敏元件（铼钨合金）构成。双臂热导池：一臂参比池；一臂测量池四臂热导池：两臂是参比；两臂是测量,.,2、热导池检测的基本原理,将电桥在未通入试样与通入试样后平衡性的差异（以电位差的形式来表现）记录下来，得到色谱峰，反映待测物浓度。,.,（1）桥路工作电流一般桥路电流控制在100200mA左右。氮气作载气100150mA氢气作载气150200mA（2）热导池温度的影响一般池体温度不应低于柱温。,3、影响热导池检测器灵敏度的因素,.,（3）载气的影响载气与试样的热导数相差越大，则灵敏度越高。一般选择热导系数大的载气：H2、He（灵敏度较高）。（4）热敏元件阻值的影响选择阻值高、电阻温度系数大的热敏元件（钨丝）（5）热导池的死体积较大，灵敏度较低应使用具有微型池体（2.5L）的热导池。,.,二、氢火焰离子化检测器（flameionizationdetector）FID,对含碳有机化合物有很高的灵敏度。适用于痕量有机物的分析。特点：结构简单、灵敏度高、响应块、稳定性好、死体积小、线性范围宽。,.,1、氢火焰检测器的结构,离子化室、火焰喷嘴、一对电极、外罩,.,2、氢焰检测器作用原机理,A区：预热区B层：点燃火焰C层：热裂解区：温度最高D层：反应区,(1)当含有机物CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在C层发生裂解反应产生自由基：CnHmCH(2)产生的自由基在D层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：CH+OCHO+e,.,(3)生成的正离子CHO+与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：CHO+H2OH3O+CO(4)化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流（约10-610-14A）；(5)在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器。(6)组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离。(7)离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线,.,（1）气体流量载气流量一般用氮气作载气，最佳载气流速氢气流量氢气流量与载气流量之比影响氢火焰的温度及火焰中的电离过程。H2：N21：11：1.5（最佳氢氮比）空气流量空气是助燃气空气流量高于某一数值（400mLmin-1）对影响值几乎没有影响。一般H2：空气1：10,3、操作条件选择,.,（3）极化电极极化电压的大小直接影响响应值。一般选100V300V（4）使用温度氢焰检测器的温度不是主要影响因素80200灵敏度几乎相同。80以下灵敏度显著下降。（水蒸气冷凝所致）,.,三、电子捕获检测器（electroncapturedetector,它是一种具有选择性，高灵敏度的浓度型检测器。它对具有电负性的物质（卤素、硫、磷、氮、氧）有响应，电负性越强，灵敏度越高。能检测10-14gmL-1物质。,电子捕获型检测器结构,.,进入检测器的载气在放射源的照射下发生电离，产生的各种离子在恒定电场的作用下形成恒定的基流。当有电负性较大的试样进入时，会捕获带正电的离子，而使基流降低，形成倒峰，组分浓度越高，倒峰愈大。,电子捕获型检测器，高灵敏度，高选择性，常用于痕量的具有特殊官能团的组分分析。食品，农副产品中农药残留量分析；大气、水中痕量污染物分析。注意：载气纯度应在4个9以上。线性范围较宽103左右进样量不可超载。,.,四.火焰光度检测器(flamephotometricdetectorFPD),气相色谱仪用的一种对含磷、含硫化合物有高选择型、高灵敏度的检测器。试样在富氢火焰燃烧时，含磷有机化合物主要是以HPO碎片的形式发射出波长为526nm的光，含硫化合物则以S2分子的形式发射出波长为394nm的特征光。光电倍增管将光信号转换成电信号，经微电流放大纪录下来。此类检测器的灵敏度可达几十到几百库仑/克，最小检测量可达10-11克。同时，这种检测器对有机磷、有机硫的响应值与碳氢化合物的响应值之比可达104，因此可排除大量溶剂峰及烃类的干扰，非常有利于痕量磷、硫的分析，是检测有机磷农药和含硫污染物的主要工具。,.,检测器的性能指标,要求：响应快、灵敏度高、稳定性好、线性范围宽。1、灵敏度（响应值或应答值）,一定浓度或一定质量的试样进入检测器后，就产生一定的相应信号R。如果以进样量Q对检测器作图，就可得到一直线。图中直线的斜率就是检测器的灵敏度。,.,2、检出限D（detectionlimit）,检出限也称敏感度。是指检测器恰能产生和噪声相鉴别的信号时，在单位体积或时间需向检测器进入的物质质量（单位为g）通常认为恰能鉴别的响应信号重力应等于检测器噪声的3倍。检出限以D表示，则可定义为,N为检测器噪声，指由于各种因素所引起的基线在段时间内左右偏差值（单位mv），S为检测器的灵敏度。一般；D值越小说明仪器越敏感。,.,要求检测器能够迅速的和真实的反应通过它的物质的浓度变化情况，即要求相应速度快。检测器体积要小，电路系统的滞后现象尽可能小，一般小于1s，记录仪的全行程时间要（1s）。,3、响应时间（responsetime）,.,六.分离操作条件的选择,1、载气及其流速的选择,用在不同流速下测得的塔板高度H对了流速u作图，得Hu曲线图（图2-7）曲线的最低点，塔板高度H最小。此时，柱效最高。该点所对应的流速为最佳流速u最佳。一般采用稍高于最佳流速的10%作为载气流速,2-7塔板高度与载气流速的关系,.,2、柱温的选择柱温：重要的操作变数，直接影响分离效能和分析速度。柱温不能高于固定液的最高温度，否则挥发流失。柱温选择的原则：在使最难分离的组分能尽可能好的分离前提下，尽可能采取较低的柱温，但以保留的时间为宜，峰形不脱尾为度。对于高沸点混合物（300400）希望在较低温度下进行（低于沸点100200）分析柱温：重要的操作变数，直接影响分离效能和分析速度。,.,沸点不太高的混合物（200300）可在中等柱温下进行，固定液质量分数510柱温比平均沸点低100。沸点在100200的混合物，柱温可选在其平均沸点2/3左右，固定液质量分数1015。对于气体、气态烃等低沸点混合物，柱温选在其沸点及沸点以上，能在室温50以下分析。固定液质量分数一般在1525。对于沸点范围较宽的试样，宜采用程序升温。,.,3、进样时间和进样量进样时间在一秒以内。时间过长，试样原始宽度变大，半缝宽必将变宽，甚至峰变形。进样量一般：液