浙江大学_研究生气相色谱(GC)实验_课件

1、气相色谱实验气相色谱实验吴吴 起起浙江大学化学系浙江大学化学系20122012年年6 6月月一、气相色谱法介绍l是一种分离方法，它利用被分离的诸物质在互不相溶的两相中分是一种分离方法，它利用被分离的诸物质在互不相溶的两相中分配系数的微小差异进行分离。配系数的微小差异进行分离。l当两相作相对移动时，使被测物质在两相之间进行反复多次分配，当两相作相对移动时，使被测物质在两相之间进行反复多次分配，使原来微小的差异累加产生了很大的效果，形成差速迁移，使各使原来微小的差异累加产生了很大的效果，形成差速迁移，使各组分在柱内移动的同时逐渐分离，以达到分离、分析及测定一些组分在柱内移动的同时逐渐分离，以达到分

2、离、分析及测定一些物理化学常数的目的。物理化学常数的目的。l柱色谱；纸色谱；液相色谱；气相色谱；离子色谱；毛细管电泳柱色谱；纸色谱；液相色谱；气相色谱；离子色谱；毛细管电泳等等。等等。l气相色谱则以永久性气体（如氮气、氢气、氩气等）为流动相气相色谱则以永久性气体（如氮气、氢气、氩气等）为流动相（又称载气）；以色谱柱入口与出口的压力差为动力源。（又称载气）；以色谱柱入口与出口的压力差为动力源。 （1）原理样品在色谱柱内分离示意图 一、气相色谱法介绍l分子量一般在分子量一般在1000aum以下以下l低沸点、易挥发、热稳定性较好的化合物低沸点、易挥发、热稳定性较好的化合物l样品必须在进柱前变成气态分

3、子样品必须在进柱前变成气态分子 l石油化工、有机合成、生理生化、医药卫生、环境监测、刑事侦石油化工、有机合成、生理生化、医药卫生、环境监测、刑事侦查、生产在线控制、质量监控，乃至空间探索等许多领域查、生产在线控制、质量监控，乃至空间探索等许多领域l与色谱有关的联用技术的出现，如色谱与色谱有关的联用技术的出现，如色谱-质谱联用，色谱质谱联用，色谱-红外光红外光谱联用等，开辟了复杂混合物分析检测的新天地谱联用等，开辟了复杂混合物分析检测的新天地 （2）分析的对象 （3）应用范围岛津GC-2014C二、气相色谱仪器及其结构二、气相色谱仪器及其结构Agilent GC的系统配置HP-GC6890 主机

4、电源开关炉箱门栓后进样口前进样口右侧盖 (电路部分)显示/键盘右上盖 (电路部分)后检测器前检测器进样口流量模块（盖下）检测器流量模块（盖下）系列号（1）进样系统：进样器及气化室）进样系统：进样器及气化室（2）气相色谱色谱柱）气相色谱色谱柱 应用应用：主要用于永久气体和低沸点烃类的分析，在石油化工领域应用很普遍。活性炭活性炭，氧化铝氧化铝，硅胶硅胶，高分子多孔微球高分子多孔微球常见色谱柱常见色谱柱非极性：(1)100%Dimethyl polysiloxane，100%聚二甲基硅氧烷，商品名：AC1，OV-101，OV-1，DB-1，SE-30，HP-1，RTX-1，BP-1 弱极性：(2)5

5、%Phenyl dimethyl polysiloxane, 5%二苯基(95%)二甲基聚硅氧烷，商品名：AC5，SE-52，(3)5% Phenyl 1%vinyl dimethyl polysiloxane，5%二苯基1%乙烯基(94%)二甲基聚硅氧烷，商品名：OV-5，DB-5，SE-54，HP-5，RTX-5，BP-5 中等极性：(4)50%Phenyl dimethyl polysiloxane, 50%二苯基(50%)二甲基聚硅氧烷，商品名：OV-17，HP-50，RTX-50 (5)14%Cyanopropyl phenyl polysiloxane, 14%氰丙基苯基(其中7%

6、氰丙基7%苯基)(86%)二甲基聚硅氧烷，商品名：AC10，OV-1701，DB-1701，RTX-1701(6)50% Cyanopropyl phenyl polysiloxane，50%氰丙基苯基(其中25%氰丙基25%苯基)(50%)二甲基聚硅氧烷，商品名：AC225，OV-225，BP-225，DB-225，HP-225，RTX-225 强极性 (7)polyethylene glycol,聚乙二醇，商品名：AC20，PEG20M，HP-INNOWAX(FFAP是其与2-硝基对苯二甲酸的反应产物)。固定相的极性代表固定相化学结构和适用范围代表固定相化学结构和适用范围HP-1HP-5用

7、途：如多氯联苯，芳烃等。非极性分子代表固定相化学结构和适用范围代表固定相化学结构和适用范围HP-50HP-INNOWAX用途：用途：极性化合物，酚，极性化合物，酚， 甾体甾体类，药物，氯代杀虫剂类，药物，氯代杀虫剂醇，脂肪酸，芳香化醇，脂肪酸，芳香化合物，精油，溶剂合物，精油，溶剂CCOHHHH（3）气相色谱检测器）气相色谱检测器色谱仪的关键部件之一色谱仪的关键部件之一利用组分与载气的热导系数的差值进行检测的，是浓度型检测器通常载气与样品的导热系数相差越大，灵敏度越高。 由于被测组分的导热系数一般都比较小，由于被测组分的导热系数一般都比较小，故应选用导热系数高的载气。常用载气的导热系数大小顺序

8、为。常用载气的导热系数大小顺序为H2 He N2。因此。因此在使用热导池检测器时，为了提高灵敏度，一般选用在使用热导池检测器时，为了提高灵敏度，一般选用H2为载气。为载气。 当桥电流和钨丝温度一定时，如果降低池体的温度，将使得当桥电流和钨丝温度一定时，如果降低池体的温度，将使得池体与钨丝的温差变大，从而可提高热导池检测器的灵敏度。但池体与钨丝的温差变大，从而可提高热导池检测器的灵敏度。但是，检测器的温度应略高于柱温，以防组分在检测器内冷凝。是，检测器的温度应略高于柱温，以防组分在检测器内冷凝。（3）气相色谱检测器）气相色谱检测器色谱仪的关键部件之一色谱仪的关键部件之一n含含CH-基的物质在氢焰

9、中裂解并基的物质在氢焰中裂解并产生离子，产生离子，FID则利用这些离子在则利用这些离子在外电场产生的微电流信号而进行检外电场产生的微电流信号而进行检测的。（在发射极和收集极之间加测的。（在发射极和收集极之间加 有有一个一个（100-300V）外加电场）外加电场）n 氢焰检测器需要用到三种气体：氢焰检测器需要用到三种气体： N2 载气；载气；H2 燃气；空气助燃气燃气；空气助燃气。n 特点：特点：灵敏度高，灵敏度高，110-10 110-11g，线，线性范围宽（性范围宽（1107以上）；以上）；通用性广；无机气体、水、四氯化碳通用性广；无机气体、水、四氯化碳等物质灵敏度低或不响应。等物质灵敏度低

10、或不响应。破坏样品。破坏样品。 高选择性检测器农残分析高选择性检测器农残分析（1）电子捕获检测器（）电子捕获检测器（ECD） 它只对具有电负性的物质，如含有卤素、硫、磷、氮的物质有响应，它只对具有电负性的物质，如含有卤素、硫、磷、氮的物质有响应，且电负性越强，检测器灵敏度越高。检测下限且电负性越强，检测器灵敏度越高。检测下限1010-14 -14 g /mLg /mL。它经常用来分。它经常用来分析痕量的具有电负性元素的组分，如食品、农副产品的农药残留量，大气析痕量的具有电负性元素的组分，如食品、农副产品的农药残留量，大气、水中的痕量污染物等。、水中的痕量污染物等。（3）热离子化检测器（）热离子

11、化检测器（TID） 也叫氮磷检测器（也叫氮磷检测器（NPD），只对含），只对含 P、N的有机化合物选择性响应。的有机化合物选择性响应。（2）火焰光度检测器（）火焰光度检测器（FPD） 硫磷检测器。它是一种对含硫、磷的有机化合物具有高选择性和高灵硫磷检测器。它是一种对含硫、磷的有机化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。根据硫、磷化合物在富氢火焰中燃烧时，生成化学发光物敏度的检测器。根据硫、磷化合物在富氢火焰中燃烧时，生成化学发光物质，并能发射出特征频率的光，记录特征光谱，即可检测硫、磷化合物。质，并能发射出特征频率的光，记录特征光谱，即可检测硫、磷化合物。联用技术联用技术 色谱色谱- -质谱（质

12、谱（GC-MS )GC-MS )；色谱；色谱- -红外联用（红外联用（GC-FTIR)GC-FTIR)等等三、气相色谱工作条件的选择三、气相色谱工作条件的选择三、气相色谱工作条件的选择三、气相色谱工作条件的选择0.25mm0.32 mm0.53 mm分流进样分流/不分流 替代填充柱替代填充柱G C 或 G C /MS应用柱上进样可用于标准可用于标准TCD较高柱效能承受大体积进样痕量分析痕量分析三、气相色谱工作条件的选择三、气相色谱工作条件的选择三、气相色谱工作条件的选择 (1) (1) 最高使用温度最高使用温度见色谱柱说明；见色谱柱说明； (2) (2) 柱温升高：柱温升高：分析速度加分析速度

13、加快快，低沸点低沸点组份峰易产生重叠；组份峰易产生重叠； (3) (3) 柱温降低：柱温降低：增加增加分析时间，分析时间，峰拖尾；峰拖尾； (4) (4) 使最难分离组分尽可能分离的前提下，使最难分离组分尽可能分离的前提下，尽量用较低柱温。尽量用较低柱温。组分复杂，沸程宽的试样，采用组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温技术程序升温技术恒温和程序升温分析烃类混合物恒温和程序升温分析烃类混合物（a）恒温分析：柱温）恒温分析：柱温150（b）程序升温分析：柱温）程序升温分析：柱温50250 升温速率升温速率8/min四、气相色谱定性方法l色谱法定性分析主要依据色谱法定性分析主要依据是保留值，所以需要

14、标准是保留值，所以需要标准样品，样品，已知物保留值对各已知物保留值对各色谱峰进行定性；色谱峰进行定性；l在相同的色谱固定相和操在相同的色谱固定相和操作条件下，同一种物质应作条件下，同一种物质应具有相同的保留值；具有相同的保留值；l色谱峰必须分离为单独峰色谱峰必须分离为单独峰 ，需要有作为对照用的标准需要有作为对照用的标准物质。物质。1. 用已知纯物质对照定性用已知纯物质对照定性2. 用经验规律和文献值进行定性分析用经验规律和文献值进行定性分析（l）碳数规律：大量实验证明，在一定温度下，同系物的调整保留）碳数规律：大量实验证明，在一定温度下，同系物的调整保留时间的对数与分子中碳，原子数成线性关系

15、；时间的对数与分子中碳，原子数成线性关系；（2）沸点规律：同族具有相同碳数碳链的异构体化合物，其调整保）沸点规律：同族具有相同碳数碳链的异构体化合物，其调整保留时间的对数和它们的沸点呈线性关系；留时间的对数和它们的沸点呈线性关系；3. 根据相对保留值定性根据相对保留值定性: 要求找一个基准物质要求找一个基准物质, 所选用的基准物的保所选用的基准物的保留值尽量接近待测样品组分的保留值。留值尽量接近待测样品组分的保留值。4. 根据保留指数定性根据保留指数定性: 一种重现性较其他保留数据都好的定性参数，一种重现性较其他保留数据都好的定性参数，可根据所用固定相和柱温直接与文献值对照，而不需标准样品。可

16、根据所用固定相和柱温直接与文献值对照，而不需标准样品。l在一根色谱柱上或一种检定器上无论用保留值或标准物定性都在一根色谱柱上或一种检定器上无论用保留值或标准物定性都不一定可靠。不一定可靠。l用双柱或多柱定性时必须选择不同性能的柱子（具有不同极性用双柱或多柱定性时必须选择不同性能的柱子（具有不同极性或氢键作用力，或称为两柱性能正交）。或氢键作用力，或称为两柱性能正交）。l利用利用GC/MS、GC/FTIR（付里叶红外光谱）、（付里叶红外光谱）、GC/AA（原子吸（原子吸收）等定性。既充分利用色谱的高效分离能力。又利用了质谱、收）等定性。既充分利用色谱的高效分离能力。又利用了质谱、光谱的高鉴别能力

17、，加上运用计算机对数据的快速处理和检索，光谱的高鉴别能力，加上运用计算机对数据的快速处理和检索，为未知物的定性分析开辟了一个广阔的前景。为未知物的定性分析开辟了一个广阔的前景。五、气相色谱常用定量方法归一化法：归一化法：简单定量简单定量外标法：外标法：常用常用内标法：内标法：标准方法中常用标准方法中常用定量校正因子定量校正因子 试样中各组分质量与其色谱峰面积成正比，即： m i = fi Ai 绝对校正因子绝对校正因子： f i =m i / Ai相对校正因子相对校正因子f i ：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。ississiisiiAAmmAmAmfff/常用的定量计算方法

18、（1 1）归一化法：）归一化法：l 所有组分能全部流出色谱柱，在检测器上都能产生相应信号所有组分能全部流出色谱柱，在检测器上都能产生相应信号 l优点：简便准确，当操作条件如进样量、载气流速等变化时对优点：简便准确，当操作条件如进样量、载气流速等变化时对结果的影响较小。结果的影响较小。l适合于对多组分试样中各组分含量的分析。适合于对多组分试样中各组分含量的分析。100100121niiiiiniiAfAfmmmmc)(%（2 2）外标法）外标法l外标法是所有定量分析中最通用的一种方法，即所谓外标法是所有定量分析中最通用的一种方法，即所谓校校准曲线法准曲线法。l外标法简便，不需要校正因子，外标法简

19、便，不需要校正因子，但进样量要求十分准确，但进样量要求十分准确，操作条件也需严格控制。操作条件也需严格控制。l它适用于日常控制分析和大量同类样品的分析。它适用于日常控制分析和大量同类样品的分析。%100%100mfAmmCiiii（3）内标法）内标法同一i 样品，同一条件，不同峰面积进样1进样2Ai1 Ai2 i sAi1 / As1 = Ai2 / As2 色谱柱不能使所有的组分都流出来，或只要求定量分析复杂样品中几个组分色谱柱不能使所有的组分都流出来，或只要求定量分析复杂样品中几个组分 克服归一法和外标法的不足，是常用的一种比较准确的定量方法克服归一法和外标法的不足，是常用的一种比较准确的

20、定量方法 配制一系列浓度的标样，其中加有内标样配制一系列浓度的标样，其中加有内标样不同浓度 i 标准样is，进样Cis2 进样Cis1 进样 Ci % Ai/Asis1 is2方法与计算公式方法与计算公式.)()()()().(siiXiiiXAARFCXCXRSIRRFii内标峰面积样品峰面积未知组分的浓度标样浓度标样响应值内标样响应值校正因子特点：特点：无需各组份都被检出、出峰无需各组份都被检出、出峰内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大。果的影响不大。每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。速分析。n 内标物的基本条件