第五章气相色谱分析ppt课件

1、第五章 气相色谱分析概述气相色谱的分别系统气相色谱的检测系统气相色谱的定性与定量第五章 气相色谱分析概述气相色谱的分别系统气相色谱的检测系统气相色谱的定性与定量5.1 概述 一、色谱分析的运用概略 在现代一切的分析仪器中，没有一种像色谱仪这样在实践中得到如此迅速和广泛的运用。 目前，色谱分析广泛运用在食品学科，它经过对不同的物质分析、分别和组合，对物质进展定性和定量的分析，假设色谱分析和质谱分析MS或核磁共振NMR联用，那么能对物质进展立体构造的分析。 二、色谱分析的开展方向 1. 从宏观分析向微观分析方向开展。 2. 从体相到表相，不同层次的分析。 3. 从表观分析到分子内部构造变化的分析。

2、 4. 从静态分析到动态分析。 5. 从定性到定量，出现食品分析的数据库和计算机化的局面。 此外，分析微生物学、菌种技术与色谱技术结合，可以确定菌种的选育、变性。 三、气相色谱三、气相色谱 气相色谱是用气体作为流气相色谱是用气体作为流动相的层析法。根据固定相形状的动相的层析法。根据固定相形状的不同：不同： 目前，大部分气相色谱是目前，大部分气相色谱是以液体为固定相的气液色谱。以液体为固定相的气液色谱。 气固色谱：多孔性固体为固定相，如分子筛、硅胶、活性炭气相色谱 气液色谱：蒸汽压低，热稳定性好，操作温度下呈液态的物质 涂在担体上做固定相。 四、气相色谱分析的特点 1.高效率。 2.高选择性。

3、3.高灵敏度。 4.分析速度快。 5.运用广泛。 气相色谱法有上述优点，但也有它的缺陷，即从色谱图上不能直接给出它定性的结果 。 五、流程 在气相色谱中，作为流动相的气体称作载气。 载气减压阀净化枯燥管稳压阀流量计压力表进样口气化室色谱柱检测器记录仪电子计算机积分仪 由记录仪得到的色谱图可进展定性或定量分析。出峰顺序与物质性质有关，信号大小与物质的量有关。 5.2 气相色谱的分别系统 一、分别原理一、分别原理 1. 1. 气固色谱气固色谱 气固色谱中的固定相是一种具有外表活性的吸附剂，当样品随气固色谱中的固定相是一种具有外表活性的吸附剂，当样品随载气流过色谱柱时，由于吸附剂对各个组分的吸附才干

4、不同，经过载气流过色谱柱时，由于吸附剂对各个组分的吸附才干不同，经过反复多次的吸附与解吸的过程，使各组分得以分别。反复多次的吸附与解吸的过程，使各组分得以分别。 2. 2. 气液色谱气液色谱 气液色谱中的固定相是在化学惰性的固体微粒用来支持固定液气液色谱中的固定相是在化学惰性的固体微粒用来支持固定液的，称作担体，支持剂外表，涂上一层高沸点有机物的液膜，这的，称作担体，支持剂外表，涂上一层高沸点有机物的液膜，这种高沸点有机化合物称作固定液。种高沸点有机化合物称作固定液。 在气液色谱柱内，被测物质中各组分的分别是基于各组分在固定在气液色谱柱内，被测物质中各组分的分别是基于各组分在固定液中溶解度的不

5、同即分配系数液中溶解度的不同即分配系数K K的不同将各组分分别的。的不同将各组分分别的。 = =Kgmlg组分在固定相中的浓度ml组分在流动相中的浓度CC固流 当载气携带样品进入柱中，气相中的被测物质就溶解在固定液中。载气延续流经色谱柱，溶解在固定液中的被测组分会从固定液中挥发到气相中去。随着载气流动，挥发到气相中的被测组分又会溶解在前面的固定液中，这样反复多次的溶解、挥发、再溶解、再挥发。在固定液中溶解度大的组分，较难挥发，K值大，随流动相挪动速率小，后出柱；而K值小的组分先出柱。 组分分配彻底是由于 361010组分分配系数的差别次反复多次的分配（）分 二、色谱柱二、色谱柱 外形有：外形有

6、：U U形、螺旋形形、螺旋形 资料有：玻璃、不锈钢、铝等资料有：玻璃、不锈钢、铝等 色谱柱有两种：色谱柱有两种： 气固填充柱填充色谱柱把固定相填充到柱中气液填充柱 L=1-10m常用1-5m,内径 =2-4mm空心毛细管柱:将固定液直接涂在毛细管内壁 L=50-300m,内径 =0.1-0.5mm 三、流出曲线和有关术语三、流出曲线和有关术语 试样中各组分经色谱柱分别后，依次流出色谱试样中各组分经色谱柱分别后，依次流出色谱柱，经检测器转为电信号，然后由记录仪将各组分及浓度柱，经检测器转为电信号，然后由记录仪将各组分及浓度变化记录下来而得到色谱图。变化记录下来而得到色谱图。 色谱图：色谱图： 反

7、映分别的情况。反映分别的情况。 反映样品的运转情况。反映样品的运转情况。 对物质进展定性、定量分析。对物质进展定性、定量分析。 1. 1. 流出曲线：流出曲线： 色谱图以组分的变化转变为电讯号，以色谱图以组分的变化转变为电讯号，以mvmv或或mAmA表表示为纵座标，流出时间为横座标，这种曲线，即为流出示为纵座标，流出时间为横座标，这种曲线，即为流出曲线。曲线。 现以某一组分的流出曲线来阐明有关色谱术语。现以某一组分的流出曲线来阐明有关色谱术语。 2. 2. 有关术语有关术语 基线：基线： 没有样品只需载气进入色谱柱，经检测器，在记录仪上没有样品只需载气进入色谱柱，经检测器，在记录仪上得出的线。

8、它反映检测器噪声随时间变化。稳定的基线是条直线，是得出的线。它反映检测器噪声随时间变化。稳定的基线是条直线，是仪器能否正常任务的目的。仪器能否正常任务的目的。 色谱峰：在操作条件下，样品进入色谱柱，经检测器转变为相应色谱峰：在操作条件下，样品进入色谱柱，经检测器转变为相应的电信号，由记录仪反映出信号随时间变化的曲线。的电信号，由记录仪反映出信号随时间变化的曲线。 峰高峰高h h：峰的顶点与基线之间的间隔。：峰的顶点与基线之间的间隔。 半峰宽半峰宽 ：指峰高一半处的峰宽度。：指峰高一半处的峰宽度。 12Y122.354Y 拐点改动点：流出曲线上二阶导数为零的两个点。经计算拐点位于0.607h处，

9、拐点间的间隔 。 峰底宽 ：从峰两边的拐点作切线与基线相交部分的宽度。 保管值：表示组分在色谱柱中停留的时间或者把组分带出色谱柱所需的载气体积。 2ibW4bW 保管值有多种，现分别表达。 死时间 ：惰性物质经过色谱柱到出现浓度极大点的时间。 保管时间 ：进样开场到样品中组分出峰最高点所用的时间。 调整保管时间 实践保管时间：扣除死时间后组分的保管时间 。 MtRtRtRRMttt 死体积 ：色谱柱内气相的体积 。 式中： 载气流速 常压、室温条件下柱出口处载气流速 保管体积 ：对应于保管时间所流过的载气体积。 调整保管体积 ：对应于调整保管时间所流过的体积 。 mVmMCVtFCFCFRVR

10、RCVtFRVRRCVtF 利用流出曲线可处理以下问题： 根据色谱峰的位置可以进展定性鉴定。 根据色谱峰的面积或高度可以进展定量测定。 根据色谱峰的位置及宽度，可以对色谱分别情况进展评价。 四、色谱柱的分别效能四、色谱柱的分别效能 色谱柱的主要作用在于使两种或两种以上组分的混合物色谱柱的主要作用在于使两种或两种以上组分的混合物分别。常用选择性、分辨率、柱效率等来表示色谱柱的分别效分别。常用选择性、分辨率、柱效率等来表示色谱柱的分别效能。能。 1. 1. 分别因子分别因子 ：两组分保管值之：两组分保管值之比。比。 。 也有用调整保管值之比。也有用调整保管值之比。 ， ，只需，只需 时，它们才比时

11、，它们才比较接近。较接近。 分别因子常用来表征柱子的选择性，其值较大时，普分别因子常用来表征柱子的选择性，其值较大时，普通分别较好。但也有例外。通分别较好。但也有例外。 1222111 2RRRRtVtV221112RRRRtVtV1212 RtMt 2. 分别度R分辨率：相邻两组分色谱保管值之差与此两组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值。 分别度是描画混合物中相邻两组分在色谱柱中分别情况的重要目的。 R=1.0时，两组分稍有重叠；R=1.5时，两组分根本上可以全分别；R诱导力 D.氢键力：是定向力的一种特殊类型。含N、O、F的化合物分子越大，氢键力越弱。 固定液的选择方法 固定液的选择原那么是类

12、似相溶原那么。 A.分别非极性组分：采用非极性固定液，两者间是色散力。各组分按沸点顺序彼此分别沸点规律。 B.分别极性组分：采用极性固定液，分子间主要是定向力。各组分按极性大小出峰极性规律。 C.分别极性组分与非极性组分混合物：采用极性固定液，按极性顺序出峰。 当样品组分复杂，用一种固定液不能到达分别要求时，往往运用混合固定液。 D.氢键型物质的分别：可用氢键型固定液。 柱温的选择 每种固定液都有一定的运用温度。柱温不能高于固定液的最高运用温度。 柱温影响到组分的分配系数、分散系数等。 提高柱温可以改善气相和液相传质速率，有利于提高柱效能。 普通柱温选在试样各组分的平均沸点左右或比平均沸点稍低

13、一些。 进样温度、进样时间、进样量 进样温度：指进样后汽化室的温度。普通选择汽化温度比柱温高3070。 进样时间：进样速度必需很快，普通进样时，时间应在1秒以内。 进样量：进样量普通比较少。液体样品普通0.15 ，气体样品0.110ml。l 六、填充色谱柱的制备六、填充色谱柱的制备 1. 1. 固定液的用量和涂渍固定液的用量和涂渍 用量：普通固定液：担体用量：普通固定液：担体=5=52525：100100 涂渍：固定液的涂渍普通采用静态法。涂渍：固定液的涂渍普通采用静态法。 方法是：称取固定液，溶解在适方法是：称取固定液，溶解在适当的有机溶剂中。溶解时，将烧杯放入水当的有机溶剂中。溶解时，将烧

14、杯放入水浴中，然后参与担体，在一定温度下摇动浴中，然后参与担体，在一定温度下摇动烧杯，让溶剂均匀挥发，挥发完后，即涂烧杯，让溶剂均匀挥发，挥发完后，即涂渍终了。渍终了。 2. 2. 装柱装柱 装柱要求担体填充均匀、严密。填充方法有三种：装柱要求担体填充均匀、严密。填充方法有三种： 泵抽装填法：柱后接一真空泵抽气，使担体填充严密。泵抽装填法：柱后接一真空泵抽气，使担体填充严密。适用于长柱子填装。适用于长柱子填装。 振荡装填法：将色谱柱装在振荡器上，边装边振荡，使振荡装填法：将色谱柱装在振荡器上，边装边振荡，使担体填充严密、均匀。担体填充严密、均匀。 手工装填法：边装边敲击的手工填装法。手工装填法

15、：边装边敲击的手工填装法。 3. 3. 色谱柱的老化色谱柱的老化 填充终了后，柱子不能马上运用，需做老化处置。填充终了后，柱子不能马上运用，需做老化处置。 老化的目的：老化的目的： 彻底除去填充物中的剩余溶剂和某些挥发性杂质。彻底除去填充物中的剩余溶剂和某些挥发性杂质。 使固定液更均匀地、结实地分布在担体外表。使固定液更均匀地、结实地分布在担体外表。 老化的方法：把色谱柱安入色谱仪，用较低的载气流速，老化的方法：把色谱柱安入色谱仪，用较低的载气流速，在略高于操作时的柱温下，处置十几个小时，直至记录在略高于操作时的柱温下，处置十几个小时，直至记录仪上的基线平直。仪上的基线平直。 5.3 气相色谱

16、的检测系统 一、检测器的分类及作用原理一、检测器的分类及作用原理 1. 1. 作用原理作用原理 作用：将经分别后的各组分按其特性及含量转换为呼应作用：将经分别后的各组分按其特性及含量转换为呼应的点讯号。的点讯号。 原理：在一定条件下，检测器产生的信号大小原理：在一定条件下，检测器产生的信号大小E E与进入与进入检测器某组分的量或浓度检测器某组分的量或浓度C C成正比。成正比。 即：即： 式中：式中：SS比例常数，称为呼应值或灵敏度比例常数，称为呼应值或灵敏度 m m，那么，那么EE，不同的组分，有不同的呼应，不同的组分，有不同的呼应值值S S。ESmESC 2. 分类 根据检测器原理不同，可将

17、检测器分为浓度型检测器和质量型检测器两种。 浓度型检测器：丈量载气中某组分浓度瞬间的变化，即呼应值和组分的浓度成正比。如：热导池检测器。 质量型检测器：丈量载气中某组分进入检测器的速度变化，即呼应值和单位时间内进入检测器某组分的量成正比。如；氢火焰电离检测器。 二、检测器的要求及特征二、检测器的要求及特征 对检测器总的要求是：灵敏度要高，对检测器总的要求是：灵敏度要高，敏感度要低，稳定性要好，线性范围宽，敏感度要低，稳定性要好，线性范围宽，呼应速度快。呼应速度快。 1. 1. 呼应值灵敏度呼应值灵敏度S S 单位时间或单位体积内进入检测器的单位时间或单位体积内进入检测器的样品量所产生的呼应讯号

18、即为呼应值。样品量所产生的呼应讯号即为呼应值。 2. 敏感度检测限制 检测器恰能产生二倍于噪声讯号时的单位时间引入的样品量或单位体积载气中需含样品量即为敏感度。 敏感度 敏感度M的物理意义：使检测器产生恰好可以鉴别的讯号时，单位体积或单位时间引入检测器的最小物质量。 M越小，检测器越敏感，越能满足痕量分析的要求。 2nRMS 3. 线性范围 检测器的线性范围就是在检测器呈线性时，最大和最小进样量之比。比值越大，即线性范围越宽，越有利于准确定量。 在 范围内准确。 4. 漂移 单位时间内，无给定样品经过检测器而由仪器本身和任务条件所呵斥的记录笔一方向偏离原点之值。常以 表示。 如右图： 5. 呼

19、应速度呼应时间 要求检测器呼应速度快，就要求检测器死体积小。0mCmdRmvh0.20.12dR mvh 三、检测器三、检测器 1. TCD 1. TCD 构造构造 热导池以铜或不锈钢作池体。普通有四个槽，槽内热导池以铜或不锈钢作池体。普通有四个槽，槽内有四个热敏元件，组成惠斯登电桥的四个臂。其中两个有四个热敏元件，组成惠斯登电桥的四个臂。其中两个臂是参考池，另两个臂是丈量池。臂是参考池，另两个臂是丈量池。 原理原理 当经过热导池体的气体组成及浓度发生变化时，可当经过热导池体的气体组成及浓度发生变化时，可引起热敏元件上温度的变化，由此导致电阻值的变化，引起热敏元件上温度的变化，由此导致电阻值的

20、变化，破坏了平衡形状的电桥产生电流，丈量其电流讯号破坏了平衡形状的电桥产生电流，丈量其电流讯号的大小，根据讯号的大小，衡量组分的含量。的大小，根据讯号的大小，衡量组分的含量。 TCD热导池检测器（）：结构简单，灵敏度适中，稳定性较好，对所有物质能产 生响应信号，是应用最广泛、最成熟的检测器。氢火焰离子化检测器：对大多数有机物有很高的灵敏度，比前者高几个数量级， （FID） 能测ppb级痕量物质。结构简单，响应快，灵敏度高，稳 定性好，目前应用也很广泛。 操作条件 任务电流电桥电流 普通100200mA。 载气：桥流100150mA 载气：桥流 150200mA 池体温度 池体温度低，池体和钨丝

21、温差就大，利于传热，使灵敏度提高。 普通池体温度不低于柱温。 载气 载气与试样的导热系数越大，产生的越大，那么灵敏度越高。普通选用导热系数大的气体如 、 作载气。 2N2H2HHe 2. FID 构造 氢火焰电离检测器主要是一个离子室，普通用不锈钢制成，内有气体入口，火焰喷嘴，一对电极。 原理 氢火焰离子化检测器是以 和空气的火焰为能源，在氢火焰附近安装两个电极，两电极之间外加100350v的极化电压。当分别的组分由载气携带与离子室的空气相遇时， 经过点火引燃而熄灭。在氢火焰中的电离离子化效率很低，约每50万个碳原子中有一个碳原子电离。电离的程度与组分的性质有关，还与火焰温度、单位时间内进入火

22、焰的物质的数量有关属质量型检测器。在直流电场作用下，离子向电极挪动产生电流，这微小的电流经放大器后，输入记录器得出色谱图。 2H2H 操作条件 气体流量 普通用 作载气。 氢气流量与载气流量之比影响氢火焰的温度及火焰中电离过程。 普通 ： =1：11.5 空气是助燃气，空气量较小时，灵敏度较低。当空气大于某一数值后，对呼应值几乎无影响。 普通 ：空气=1：1015 普通 ： ：空气=1：1：102N2H2N2H2N2H 极化电压 普通极化电压 。 温度 离子室温度应高于50，以防积水。 基始电流：氢焰点火后，没有样品进入检测器，记录器上察看到的电流信号。它是由固定液的挥发，气体中微量杂质、汽化

23、室中杂质产生的。 100300V5.4 气相色谱的定性与定量 一、定性分析一、定性分析 气相色谱定性分析的目的是确定试样的组成即确定气相色谱定性分析的目的是确定试样的组成即确定每个色谱峰各代表什么组分。现引见几种主要的定性方法。每个色谱峰各代表什么组分。现引见几种主要的定性方法。 1. 1. 保管值定性保管值定性 保管值定性是一种最普遍、最方便的定性方法。保管值定性是一种最普遍、最方便的定性方法。 在一定的固定相和一定的操作条件下柱温、柱长、在一定的固定相和一定的操作条件下柱温、柱长、内径、载气内径、载气 ，每种无都有一定的保管值，每种无都有一定的保管值 、 或或 、 。 故可以测得纯物质的保

24、管值后与未知组分对照定性故可以测得纯物质的保管值后与未知组分对照定性需纯物质对照。需纯物质对照。 CFRtRVRtRV 面积仪丈量法 面积仪为手动丈量面积的仪器，可准确至0.1 ，此法反复丈量多次取平均值，提高其准确度。 积分仪丈量法 积分仪是一种自动丈量某一曲线所围成的面积的仪器。 剪纸称重法 把色谱峰分别剪下来，在天平上称重，用分量代表峰面积。2cm 3. 校正因子及测定 欲求 ，需知道 。 引入另一规范物质，可称取一定量的被测组分的纯物质 和规范组分的纯物质 混合后 是准确知的，注入色谱仪，出峰后，测出 和 。 ： i组分的相对校正因子 与进样体积无关，与、组分分配比有关； 与操作条件无

25、关 只与被测物、规范物、载气性质、检测器类型有关。 iiimfAifimSmiSmmiASAiiimfAiiimfASSSmfASSSmfAiiSiSSifmAffmAif 4. 定量方法 计算不是为了求 ，而是求 浓度。 归一化法 当样品中各组分都能流出色谱柱，并在色谱图上显示出峰时，可用此法定量。 假设分析同系物，各组分 相近， 上式可简化为： 此法简单、准确，假设各组分不能完全出峰，就不能用此法。 iiiiSimfAffAimiC11221%100%100%.100%iiiSiSSnSniiniiimCmffAffAffAffAfAfA12.nfffif 1%100%iiniiACA 内标法 当只需求测定试样中某几个组分或者试样中一切组分不能全部出峰时，可用此法