气相色谱知识培训

1、气相色谱知识气相色谱知识第一部分：基础知识1.1 概 述 色谱法是一种分离方法，它利用物质在两相中分配系数的微小差异进行分离。当两相做相对移动时，使被测物质在两相之间进行多次分配，这样原来的微小差异产生了很大的效果，使各组分分离，以达到分离分析及测定一些物理化学常数的目的。n理解色谱法(Gas Chromatography )n主要有2点：一是要 有两相，二是要有差异。n两相：固定相和流动相n具体到气相色谱：n固定相就是色谱柱(column)，流动相就是气体或者称为载气(carrier gas )。n差异就是指分配系数的差异。1.2 气相色谱法的定义和分类定义：用气体作为流动相的色谱法称为气相

2、色谱法。分类：根据固定相的状态不同，气固色谱(GSC) （吸附原理）、气液色谱(GLC) （分配原理）p气固色谱可用活性炭，硅胶，分子筛，高分子多孔小球等作为固定相，分离的主要对象是一些永久性的气体和低沸点的化合物。吸附-脱附p 气液色谱多用固定液涂渍在惰性载体上作为固定相，一般只要高沸点的有机化合物，蒸汽压低（在450以下有1.5KPa-10KPa的蒸汽压）且热稳定性好的有机化合物作为固定液。由于在气液色谱中可供选择的固定液种类很多，容易得到好的选择性，所以气液色谱有广泛的实用价值。 溶解-挥发1.3 气相色谱法的特点1.高效能：一般填充柱的理论塔板数可达数千，毛细管柱可达一百多万。 2.高

3、选择性：可以使一些分配系数很接近的以及极为复杂、难以分离的物质，获得满意的分离。3.高灵敏度：可以检测物质，适合于痕量分析4.分析速度快：一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。 5.应用广泛：可以分析气体试样，也可分析易挥发或可衍生转化为易挥发的液体和固体。 分析的有机物，约占全部有机物(约300万种)的20%。 6.所需试样少：气体几毫升，液体几微升。1.4 气相色谱构成示意图载气减压净化稳压 进样色谱柱检测器记录仪 1.5 气相色谱基本流路图第二部分：载气1、载气要求： 作为气相色谱载气的气体，要求要化学稳定性好；纯度高；价格便宜并易取得；能适合于所用的检测器。 2、常用载气 氮气(黑

4、)、氦气(银灰)、氩气(白)、氢气(深绿)、二氧化碳(黑)等 TCD 用氢气、氦气比较好，灵敏度高， FID 用氮气 惰性气体化学稳定性好、价格高。n3、气体的净化n净化管通常为内径50mm，长200250mm的金属管n装填什么物质取决于载气纯度的要求(如，除去水分可用吸附剂硅胶和分子筛，除去烃类化合物，可用活性炭）。n净化管的出口和入口应加上标志，出口应当用少量纱布或脱脂棉轻轻塞上，严防净化剂粉尘流出净化管进入色谱仪。n4、气流调节阀 n通常在减压阀输出气体的管线中还要串联稳压阀，用以稳定载气（或燃气）的压力。n 当用程序升温进行色谱分析时，由于色谱柱柱温不断升高引起色谱柱阻力不断增加，也会

5、使载气流量发生变化。为了在气体阻力发生变化时，也能维持载气流速的稳定，需要使用稳流阀来自动控制载气的稳定流速。第三部分：进样口3.1 进样系统进样系统n气化室n将液体试样瞬间气化的装置。n进样装置n气体进样器（六通阀）：气体进样器（六通阀）：推拉式和旋转式两种。 试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；n微量注射器进样阀微量注射器进样阀n不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。3.2 注意事项 进样口温度过低，将导致高分子量化合物气化不完全，并且不能

6、有效转移到色谱柱中。(样品气化不完全 ) 进样口温度过高，导致热稳定性差的化合物分解。 (样品分解) 样品从进样针注入时，不同组分的气化程度不同，高沸点组分残留量比例高。n第四部分：色谱柱4.1 分类n填充柱（填充柱（2-6mm直径，直径，1-6m长）长）n毛细管柱（毛细管柱（0.1-0.5mm直径直径, 几十米长）几十米长）填充柱毛细管柱4.2 固定相 固定相固体固定相：固体吸附剂液体固定相：由担体和固定液组成固体固定相：固体吸附剂，包括活性碳、硅胶、Al2O3、分子筛等；用于H2、O2、N2、CO、CO2、的分离；担体固定液固定相选择的基本原则： 相似相溶原理，选用非极性的固定相分析非极性

7、化合物 如果化合物可以用不同极性的固定相分析，选用极性最小 的固定相。 非极性固定相的使用寿命长于极性固定相。4.2 色谱柱的选择n跟据待测物质的极性选择固定液，从而选择不同的色谱柱。（A）非极性组分分离非极性固定相 ，组分出峰的顺序由蒸汽压决定，沸点高保留时间长（B）中等极性组分分离中等极性固定相，沸点与分子间力同时起作用（C）强极性组分分离强极性固定相，分子间力起作用，按极性大小出峰（D）极性+非极性组分分离极性固定相4.3气相色谱毛细管柱常用固定相4.4 内径内径选择的基本原则： 0.10mm口径柱适用于快速气相色谱分析。 0.25mm口径柱具有较高的柱效，用于标准的 GC/MS应用和分

8、流/不分流分析。 0.32mm口径柱中等柱效，多用于不分流进样。 0.53mm口径柱，可以替代填充柱，适合于痕量分析。 增加色谱柱的内径，可以增加分离的样品量，但由于纵向扩散路径的增加，会使柱效降低。 较小的内径可以获得更好的分离度，或者在更短的时间内获得同样的分离度4.4 膜厚膜厚选择的基本原则： 增加膜厚可以提高分离度和加强保留，厚些的液膜可以有效降低过载拖尾峰和其他化合物的共流出。 如果样品的浓度范围很宽，就需要更厚的液膜，反之，如果目标组分的分离足够，并且没有共流出的问题，就可以使用比较薄的液膜，对于挥发性有机物来说，厚液膜更为合适。 液膜厚度的改变将直接影响化合物的流出温度。膜越厚，

9、保留越强，流出温度相应也越高。 标准膜厚(0.250.5m)：最广泛的应用，对于流出达到300的大多数样品分析效果良好。 薄液膜(0.10.2m)：适合石化分析，甘油三酯等高沸点的物质。 厚液膜(15m)：适合于流出温度在100200之间的低沸点化合物4.5 柱长长度选择的基本原则： 色谱柱越长，柱效越高。 选择可以满足分离度要求的最短的柱子。 如果即使是最长规格的色谱柱依然无法满足分离度的要求，请考虑更换固定相或膜厚。 分离度和柱长的平方根成正比，两倍的柱长只能增加40的分离度。 标准柱(2530m)：标准柱长，满足大部分应用。 短柱(515m)：通常用于10个组份以下简单样品的快速分析。

10、长柱(50m以上)：复杂样品分析。柱长对分析时间的影响恒温分析 ：保留时间由柱长决定，柱长加倍分析时间也加倍。 程升分析： 保留时间主要取决于柱温，分离度的提升和恒温分析类似，但分析时间只是略有增加。n由于分离度正比于柱长的平方根，所以增加柱长对分离是有利的。但增加柱长会使各组分的保留时间增加，延长分析时间。因此，在满足一定分离度的条件下，应尽可能使用较短的柱子。4.6 色谱柱的老化为什么必须进行色谱柱老化？ 新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳 ，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。一般采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度，并在高温段保持数小时。 新柱老化时，最好不要连

11、接检测器。每天都要进行老化吗？ 视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。4.7 柱温的选择l柱温是一个重要的色谱操作参数，它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使用温度，否则会造成固定液大量挥发流失。某些固定液有最低操作温度。一般地说，操作温度至少必须高于固定液的熔点，以使其有效地发挥作用。 降低柱温可使色谱柱的选择性增大，但升高柱温可以缩短分析时间，并且可以改善气相和液相的传质速率，有利于提高效能。所以，这两方面的情况均需考虑。l柱温分为恒温和程序升温两种恒温：对于沸程不太宽的简单样品，可采用恒温模式。一 般的气体分析和简单液体样品分析都采用恒温模式。程序升温：对于沸

12、程较宽的复杂样品，如果在一恒温下分 很难达到好的分离效果。恒温：恒温：4545o oC C程序升温：程序升温：3018030180o oC C恒温：恒温：145145o oC C温度低，分离效果较好，但分析时间长温度低，分离效果较好，但分析时间长程序升温，分离效果好，且分析时间短程序升温，分离效果好，且分析时间短温度高，分析时间短，但分离效果差温度高，分析时间短，但分离效果差第五部分检测器5.1 检测器定义n检测器：是将流出色谱柱的被测组分的浓度转变检测器：是将流出色谱柱的被测组分的浓度转变为为 电信号的装置，是色谱仪的眼睛。电信号的装置，是色谱仪的眼睛。n通常由检测元件、放大器、数模转换器三

13、部分组通常由检测元件、放大器、数模转换器三部分组成成.n 被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；放大后记录和显示，给出色谱图； n常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器、氮磷检器、电子捕获检测器、火焰光度检测器、氮磷检测器。测器。5.2 检测器分类根据检测器的响应原理根据检测器的响应原理，可将其分为，可将其分为浓度型浓度型和和质量型检测器质量型检测器n浓度型

14、浓度型：检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与：检测的是载气中组分浓度的瞬间变化，即响应值与浓度成正比。如浓度成正比。如TCD、ECD。质量型质量型：检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响：检测的是载气中组分进入检测器中速度变化，即响应值与单位时间进入检测器的质量成正比。如应值与单位时间进入检测器的质量成正比。如FID、FPD。根据应用范围根据应用范围，分为，分为通用型检测器通用型检测器和和选择型检测器选择型检测器通用型通用型：对所有物质有响应，如：对所有物质有响应，如TCD、FID。选择型选择型：对特定物质有高灵敏响应，如：对特定物质有高灵敏响应，如ECD、FPD、NPD根据工作

15、过程根据工作过程，分为，分为破坏型检测器破坏型检测器和和非破坏型检测器非破坏型检测器破坏型：破坏型：检测过程中样品遭到破坏，不能回收。如检测过程中样品遭到破坏，不能回收。如FID、FPD 。非破坏型：非破坏型：检测过程中样品不遭到破坏，可以回收。如检测过程中样品不遭到破坏，可以回收。如TCD、ECD 。5.3 常用检测器符号TCDFIDECDFPDNPDMSD检测方法物理常数法气相电离法气相电离法光度法气相电离法质谱法工作原理热导率差异火焰电离化学电离分子发射热表面电离电离与质量色散结合类型浓度型通用型非破坏性质量型准通用型破坏性质量型选择型非破坏性浓度型选择型破坏性质量型选择型破坏性质量选择

16、型灵敏度2500mv.ml/mg10-11g/s10-13g/s硫10-10g/s磷10-11g/s氮510-11g/s磷210-12g/s线形范围104106102-104硫102磷103-104105105应用范围所有化合物有机化合物电负性化合物硫、磷化合物氮、磷化合物、农药残留所有化合物(结构检定)火焰离子化检测器火焰离子化检测器（FID）flame ionization detector, FIDn又称氢焰离子化检测器。主要用于可在又称氢焰离子化检测器。主要用于可在H2-Air火焰中燃烧的有机化合物火焰中燃烧的有机化合物(如烃类物质如烃类物质)的检测。的检测。n原理：含碳有机物在原理：

17、含碳有机物在H2-Air火焰中燃烧产火焰中燃烧产生碎片离子，在电场作用下形成离子流，生碎片离子，在电场作用下形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的组分。谱柱分离的组分。n结构：主要为离子室，内有石英主要为离子室，内有石英喷嘴、发射极（极化极，此图中喷嘴、发射极（极化极，此图中为火焰顶端）和收集极为火焰顶端）和收集极n(1) 在发射极和收集极之间加有在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（一定的直流电压（100300V）构成一个外加电场。构成一个外加电场。n(2) 氢焰检测器用到三种气体：氢焰检测器用到三种气体：n N2 ：载气携带试样组分

18、；：载气携带试样组分；n H2 ：为燃气；：为燃气；n 空气：助燃气。空气：助燃气。n 使用时需要调整三者的比例关系使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳。，检测器灵敏度达到最佳。n具体描述如下： 氢气由喷嘴加入，与空气混合点火燃烧，形成氢火焰。极化极和收集极通过高阻、基流补偿和50350V的直流电源组成检测电路，测量氢火焰中所产生的微电流。该检测电路在收集极和极化极间形成一高压静电场。H2+O2燃烧能产生2100高温，使被测有机组分电离。载气(N2)本身不会被电离，只有载气中的有机杂质和流失的固定液会在氢火焰中被电离成正、负离子和电子。在电场作用下，正离子移向收集极(正极)。负离

19、子和电子移向极化极(负极)。形成的微电流经高电阻，在其两端产生电压降，经微电流放大器放大后从输出衰减器中取出信号，在记录仪中记录下来即为基流，或称本底电流、背景电流。只要载气流速、柱温等条件不变，基流亦不变。无样品时两极间离子很少，基流不变;当载气+组分进入火焰时，在氢火焰作用下电离生成许多正、负离子和电子，使电路中形成的微电流显著增大。即组分的信号，离子流经高阻放大、记录即得色谱峰。n注意事项（一） 注意安全n防氢气泄漏，切勿让氢气泄漏入柱恒温箱中，以防爆炸。注意以下几点即可：n在未接色谱柱和柱试漏前，切勿通氢气；卸色谱柱前，先检查一下，氢气是否关好；如果是双柱双检测器我谱仪，只有一个FID

20、检测器工作时，务必要将另一个不用的FID用闷头螺丝堵死；防烫伤，因为FID外壳很烫。（二） 保持FID正常性能n1正常点火n点火时，FID检测器温度务必在120以上。点火困难时，适当增大氢气流速，减小空气流速，点着后再调回原来的比例。检测器要高于柱温 2050，防水冷凝。n2定期清洗喷咀n注意线性范围与以下条件有关：一般用N2作载气，载气要净化，除有机物；气体流量比等。第六部分气相色谱常见问题的处理方法气相色谱常见问题的处理方法 峰丢失峰丢失n可能的原因及应采用的排除方法可能的原因及应采用的排除方法1.注射器有毛病，用新注射器验证。注射器有毛病，用新注射器验证。2.未接入检测器，或检测器不起作

21、用，检查设定未接入检测器，或检测器不起作用，检查设定值值3.进样温度太低，检查温度，并根据需要调整进样温度太低，检查温度，并根据需要调整4.柱箱温度太低，检查温度，并根据需要调整柱箱温度太低，检查温度，并根据需要调整5.无载气流，检查压力调节器，并检查泄漏，验无载气流，检查压力调节器，并检查泄漏，验证柱进品流速证柱进品流速6.柱断裂，如果柱断裂是在柱进口端或检测器末柱断裂，如果柱断裂是在柱进口端或检测器末端，是可以补救的，切去柱断裂部分，重新安装端，是可以补救的，切去柱断裂部分，重新安装前沿峰前沿峰n1.柱超载，减少进样量柱超载，减少进样量2.两个化合物共洗脱，提高灵敏度和减少进样量两个化合物

22、共洗脱，提高灵敏度和减少进样量，使温度降低，使温度降低10-20度，以使峰分开度，以使峰分开3.样品冷凝，检查进样口和柱温，如有必要可升样品冷凝，检查进样口和柱温，如有必要可升温温4.样品分解，采用失活化进样器衬管或调低进样样品分解，采用失活化进样器衬管或调低进样器温度器温度拖尾峰拖尾峰n1.进样器衬套或柱吸附活性样品：更换衬套。如进样器衬套或柱吸附活性样品：更换衬套。如不能解决问题，就将柱进气端去掉不能解决问题，就将柱进气端去掉12圈，再重圈，再重新安装新安装2.柱或进样器温度太低：升温（不要超过柱最高柱或进样器温度太低：升温（不要超过柱最高温度）。进样器温度应比样品最高沸点高温度）。进样器

23、温度应比样品最高沸点高25度度3.两个化合物共洗脱：提高灵敏度，减少进样量两个化合物共洗脱：提高灵敏度，减少进样量，使温度降低，使温度降低1020度，以使峰分开度，以使峰分开4.柱损坏：更换柱柱损坏：更换柱5.柱污染：从柱进口端去掉柱污染：从柱进口端去掉12圈，再重新安装圈，再重新安装只有溶剂峰只有溶剂峰n1.注射器有毛病：用新注射器验证。注射器有毛病：用新注射器验证。2.不正确的载气流速（太低）：检查流速，如有不正确的载气流速（太低）：检查流速，如有必要，调整之必要，调整之3.样品太稀：注入已知样品以得出良好结果。如样品太稀：注入已知样品以得出良好结果。如果结果很好，就提高灵敏度或加大注入量

24、。果结果很好，就提高灵敏度或加大注入量。4.柱箱温度过高：检查温度，并根据需要调整柱箱温度过高：检查温度，并根据需要调整5.柱不能从溶剂峰中解析出组分：将柱更换成较柱不能从溶剂峰中解析出组分：将柱更换成较厚涂层或不同极性厚涂层或不同极性6.载气泄漏：检查泄漏处（用肥皂水）载气泄漏：检查泄漏处（用肥皂水）7.样品被柱或进样器衬套吸附：更换衬套。如不样品被柱或进样器衬套吸附：更换衬套。如不能解决问题，就从柱进口端去掉能解决问题，就从柱进口端去掉12圈，并重新圈，并重新安装安装宽溶剂峰宽溶剂峰n1.由于柱安装不当，在进样口产生死体积：重新由于柱安装不当，在进样口产生死体积：重新安装柱。安装柱。2.进

25、样技术差（进样太慢）：采用快速平稳进样进样技术差（进样太慢）：采用快速平稳进样技术。技术。3.进样器温度太低：提高进样器温度。进样器温度太低：提高进样器温度。4.样品溶剂与检测相互影响（二氯甲烷样品溶剂与检测相互影响（二氯甲烷/ECD）：更换样品溶剂。：更换样品溶剂。5.柱内残留样品溶剂：更换样品溶剂柱内残留样品溶剂：更换样品溶剂6.隔垫清洗不当：调整或清洗隔垫清洗不当：调整或清洗7.分流比不正确（分流排气流速不足）：调整流分流比不正确（分流排气流速不足）：调整流速速鬼峰鬼峰n1.柱吸附样品，随后解吸：更换衬管，如不能解柱吸附样品，随后解吸：更换衬管，如不能解决问题，就从柱进样口端去掉决问题，

26、就从柱进样口端去掉12圈，再重新安圈，再重新安装。装。2.注射器污染：用新注射器及干净的溶剂试一试注射器污染：用新注射器及干净的溶剂试一试，如假峰消失，就将注射器冲洗几次。，如假峰消失，就将注射器冲洗几次。3.样品量太大：减少进样量。样品量太大：减少进样量。4.进样技术差（进样太慢：采用快速平稳的进样进样技术差（进样太慢：采用快速平稳的进样技术技术过去工作良好的柱出现未分辨峰过去工作良好的柱出现未分辨峰n1.柱温不对：检查并调整温度柱温不对：检查并调整温度2.不正确的载气流速：检查并调整流速。不正确的载气流速：检查并调整流速。3.样品进样量太大：减少样品进样量样品进样量太大：减少样品进样量4.进样技术水平太差进样技术水平太差(进样太慢进样太慢)：采用快速平稳：采用快速平稳进样技术。进样技术。5.柱和衬