气相色谱培训教程

气相色谱法

GASCHROMATOGRAM（GC）GC是什么？能干什么？咋干？基本结构与常见部件进样方式定量分析方法日常维护第一节第二节第三节第四节第五节GC是什么?数据处理器是什么成份和有多少量(样品进样口)通过加热，使每个成份被汽化。载气将样品送入色谱柱色谱柱将样品中不同的成分分离开(检测器)从色谱柱出来了的每个成份的量按比例转化成电信号。目标：混合样品（气体或液体）气体样品液体样品GC可以在气相色谱分析的化合物在400摄氏度以下的温度可以汽化(变成气体)的化合物在汽化时不会分解的化合物在汽化时可以分解成固定比例碎片的化合物

(热裂解

GC)即使符合上述的情况还可能有难以分析的化合物分析不可能或很难由GC分析化合物的例子分子量小也不能蒸发的化合物(例如:无机的金属、离子,盐)活性强或极端地不稳定的的化合物(例如:氢氟酸、臭氧,氮氧化物)高吸附性的化合物(当化合物含有羧基、羟基、氨基、硫等等因为吸附和活度比较高,在分析要注意。)难以获得标准样的化合物(得到峰后难以做定性和定量分析)时间检测器色谱柱样品注入口样品注入A＋BA＋B|一＋BB|BA|一B|BA|一B|B峰

A峰

B色谱的工作原理峰基线样品注入的时间保留时间4.014min5.180min色谱图(Chromatogram)正常峰形是对称的正态分布曲线。拖尾峰前延峰当组份被玻璃衬管或色谱柱吸附的时候。当极性成分在非极性固定液的色谱柱内分析时,也可能出现当色谱柱与样品成份一起过载，当柱箱温度太低当进样口的温度太低时候，有时也会发生。不良峰形1、减少进样量；2、降低样品的浓度；3、调低检测器的灵敏度；4、增大分流比；5、换色谱柱。

峰型不好也不一定就是过载的。有些极性很强的物质会产生峰的前倾或是拖尾也是正常的。

判断样品是否过载，最为科学的方法那就是做线性，做7个或是更多的点来判断，如果线性达到三个9以上基本就认为没过载，如果说再加一个点线性下降的很厉害基本就说明是从这个点就是过载了。尖峰宽峰峰宽(PeakWidth)

毛细管柱：在分析时峰形几乎都是尖峰填充柱：在等温分析时越先出的峰，峰 形越尖锐填充柱：在等温分析时越晚出的峰， 峰形越宽日本药典“乙醇中挥发性的污染物测试、程序和装置”标准分析漂移（Drift）在程序升温分析时，柱子固定液流失增加，造成基线上升。基线漂移一个样品入之后到一个成份到达检测器的时间

(保留时间)

→

多长?:定性分析 Qualitative

Analysis

组份的峰面积或峰的高度

→多少?:定量分析 Quantitative

Analysis

一个分析结果有何意义?？|？？？|？？？|？当分析条件相同时，相同的成份在相同的时间出峰。

（保留时间相同）定性分析样品注入标准样品(成份A和B的混合物)未知样品成份A成份B因为保留时间是唯一的定性数据，因此分析时需要标准样品。成份的峰面积(高度)与到达检测器的成份的量成正例。(在FPD的S模态，它与成份的量的平方成正比)定量分析(QuantitativeAnalysis)

标准样品是定量分析所必需的。标准样品1uL(成份A100ppm)成份A未知的样品1uL成份A峰面积：700峰面积：1000100Conc.

(ppm)1000峰面积70070药物分析中一般采用气相色谱法进行挥发性药物、农残和残留溶剂的测量。如，《中国药典》2010版一部明确规定共有17种原药材、9种饮片采用GC进行含量测定，1种原药材、1种饮片采用GC进行农残检查温度控制区流量控制器进样口检测器柱温箱柱气体钢瓶电信号

数据处理GC的基本结构温度控制区载气（CarrierGas）

通常用氦气（He）和氮气（N2）。(在使用毛细管柱作分析的情况时下，使用氦气作载气是比较理想的)载气和检测器用气气体的纯度－根据分析内容和灵敏度要求的不同而异。灵敏度要求越高的分析，所用的气体纯度越高。一般填充分析用99.99%毛细管分析用99.999%（详细须参阅操作说明书）载气不纯带来的问题：™载气中氧的存在导致固定相氧化，损坏色谱柱，改变样品的保留值。™载气中水的存在导致部分固定相或硅烷化担体发生水解，甚至损坏柱子。™气体中有机化合物或其它杂质的存在产生基线噪音和拖尾现象。™气体中夹带的粒状杂质可能使气路控制系统失灵。保证载气纯度的措施™保证载气纯度在99.999%以上。™加装载气净化装置。™10%的钢瓶气保有量。须特别注意的事项●气体过滤器的定期检查－去除来自空气压缩机的空气中水分的硅胶和去除有机物的分子筛过滤器等，使用一段时间后过滤能力减弱，须定期检查进行再生。●除氧－ECD检测器和极性强的毛细管柱耐氧性差，容易因氧化等而变坏，因此，应尽量装配氧气捕集器以去处载气中的氧。氧气捕集器须定期用氢还原再生。●来自空气压缩机的空气易产生压力波动而影响基线，因此，在气路中安装硅胶管和用于控制流量的波纹管阀，使流量稳定。●用FTD(火焰热离子化检测器)时，必须使用钢瓶空气。检测器用气TCD（热导检测器）...Noneed

FID（氢火焰离子化检测器）...H2,空气ECD（电子捕获检测器）

...N2(在使用填充柱的情况下，载气当然使用

氮气

，在使用毛细柱的情况下氮气被

用做尾吹气）

FTD（火焰热离子化检测器）...H2,AirFPD（火焰光度检测器）...H2,AirSID（表面电离检测器）...Air载气控制方式检测器的温度检测器的温度总是比柱的温度高。(通常比柱箱的程序升温的最终温度高

20-30℃)进样口的温度进样口被设定在足够一个样品中成份能被汽化的温度。(它不需要特别高的温度)虽然进样口设定的温度通常与检测器相同，但当样品易分解时会设的低一些。进样口和检测器的温度安捷伦多模式进样口进样垫衬管衬管O-圈镀金密封垫毛细管柱AgilentGC7890进样口基本结构气相色谱的进样口类型™分流/不分流进样™填充柱进样™冷柱头进样™程序升温进样

分流/不分流进样是毛细管GC当前最为常用的进样方式。分流进样模式，1~5%样品进样，存在分流歧视。

不分流进样模式可提高分析灵敏度，又能消除分流歧视的影响。然而，在实际工作中,不分流进样的应用远没有分流进样普遍，与分流进样模式相比不分流进样更适于用对痕量组分的分析，只是在分流进样不能满足分析要求时(主要是灵敏度要求)，才考虑使用不分流进样：1、因为不分流进样的操作条件优化较为复杂。2、因为样品需要在加热室中放置更长的时间，所以不分流进样模式的热分解效应比分流进样模式更明显。热进样和冷进样热进样分流/无分流进样直接进样（WBI）宽口毛细柱和填充柱冷进样PTV进样冷柱头进样歧视效应和热分解

热进样

(SPL,WBI)存在歧视现象和样品热分解冷进样

(OCI,PTV)进样是在较低温度下进行定量精度高

歧视效应和热解效应的影响小冷进样概念样品是在冷状态--低于样品沸点的温度下进样

(依据溶剂)气化室快速升温使样品气化PTV进样方式分流进样(高浓度样)无分流进样(低浓度样)大体积进样—LVI(痕量分析)进样体积上限无分流进样(SPL,PTV) 2uL高压进样(SPL,PTV)

5uL直接进样（全量进样） 3uL

用宽口径毛细柱冷柱头进样（OCI）

2uL进样口的结构顶空进样顶空分析是通过样品基质上方的气体成分来测定这些组分在原样中的含量。这是一种间接地测定方法，其基本的理论依据：在一定条件下，气相和凝聚相（液相或固相）之间存在着分配平衡气相色谱柱气相色谱柱填料管填充柱(PackedColumn)融熔石英固定液

毛细管柱(CapillaryColumn)

内径(I.D.)

2-4毫米长度

0.5-5米(2米最常用)填料

涂覆有0.5-25%固定液的担体固定液

理论塔板数一般都很小内径（I.D.）

0.1，0.25，0.32，0.53毫米长度

5-100m(30m最常用)材质

融熔石英固定液

理论塔板数一般都较大气相色谱柱多孔层开口柱[PLOT](多孔高分子小球

/氧化铝等)管壁涂渍开口柱[WCOT]或化学键合填充柱毛细管柱硅藻土(担体)固定液不锈钢或玻璃融熔石英或不锈钢固定液担体PartitionMaterials在担体上涂覆固定液固定相：液体

主要用于分析液体样品固定液固体吸附材料(吸附剂)没有涂覆固定液固定相：固体

主要用于分析气体样品。(硅胶、活性碳、分子筛、活性氧化铝,还有多孔高分子小球)填料的种类C15|C15C18|C18C12|C12C15|C15C18|C18C12|C12C23|C23C15|C15C18|C18C12|C12C23|C23170℃等温分析

C12-C15分离的比较好。

高沸点化合物出峰晚和峰较宽。230℃等温分析

高沸点化合物出峰会比较早。TheseparationofC12-C15ispoor.

C12-C15分离的比较差。100℃

-10℃

/min-280℃

程序升温分析

正构烷烃出峰间隔相等的低沸点的化合物的分离度较好高沸点的化合物出峰也较早柱温与分离的关系IsothermalAnalysis|等温分析同系物,按碳数从小到大的顺序出峰正构醇的混合物在等温分析时，通常出峰早的化合物峰形较尖锐，通常出峰晚的化合物峰形较宽乙酸酯类混合物甲醇乙醇正丙醇正丁醇乙酸甲酯乙酸乙酯乙酸正丙酯碳数1保留时间的对数234乙酸酯类混合物正构醇的混合物同系物的碳数

(沸点)和保留时间的对数之间大致成的线性关系。程序升温分析同系物中碳数的较小先出峰正构醇的混合物乙酸酯类混合物乙酸甲酯乙酸乙酯乙酸正丙酯含碳数1保留时间234乙酸酯类混合物正构醇的混合物同系物的碳数

(沸点)和保留时间之间大致成的线性关系。(出峰时间间隔几乎相等)甲醇乙醇正丙醇正丁醇检测器Detectors|检测器＊最小可检量是标准物质测定的，会随着分析的化合物不同而变化

。单位（重量／体积）质量单位mg

=

10-3g

ug

=

10-6g

ng

=10-9g

pg

=10-12g

fg

=10-15g

体积单位mL

=

10-3L

uL

=

10-6LnL

=

10-9L当比重是

11mL

=

1g

1uL

=

1mg

1nL

=

1ug单位(转化)单位的关系

%

=10-2

（百分之一）

ppm

=10-6

（百万分之一）

ppb

=10-9

（十亿分之一）

ppt

=10-12

（万亿分之一）

1ppm|百万分之一样品为液体时

1ug/g=1ppm(w/w)

1nL/mL=1ppm(v/v)[1ug/mL不等于

1ppm(w/v)]

样品为气体时

1uL/L=1ppm(v/v)

(同样条件下的体积)目标成份的峰高(10pg)S=16000噪音的高度N=5200S/N=16000/5200

=3.1在左图中的峰,10pg的样品信噪比（S/N）

为

3.1计算当

S/N=2时,

样品的量5200/16000x10(pg)x2=6.5(pg)该化合物检测限（S/N=2)为6.5pg.最小可检限（检测极限)

…

通常,信噪比（S/N）

=2-3最小可定量限

…

通常,信噪比（S/N）

=10-20最小可检限和最小定量限目标成份的峰高(10pg)S=16000噪音高度N=52005200/16000x10(pg)/4(sec)x2=1.6(pg/sec)这个化合物的每秒最小可检测量(假设

S/N=2)为1.6pg/sec而当检测器对特定元素响应时如FID(C)、FTD(N或者P)和FPD(S或者P或者Sn)它以每秒能响应的该元素的量来表达。举例来说，假设左侧的峰是

磷酸三丁酯

(C4H9)3PO4

(MW:266)，而且检测器是FPD,(P的AW:31)1.6(pg/sec)x31/266=0.19pgP/sec则FPD使用磷酸三丁酯（S/N=2时）来测试磷元素时检测器的最小可检量为0.19pgP/sec.因为成份的量（面积）一样时，峰的高度会随着峰宽度变化而变化，检测器的最小检量以样品出峰在

S/N=2时每秒化合物的量来表示。半峰宽W1/2=4(sec)检测器的最小可检量（MDQ)TCD(热导检测器)可以用来检测除了载气以外的几乎所有化合物氦主要作为载气来使用

(然而,当分析氦和氢气时会使用氮气和氩气作载气)热导常数（10-6cal/sec·cm·℃)

氦:408

氢气：547（非常高）

氮:73

氩:52

氧:76

水:60乙烷:77

甲醇:52丙酮:40

氯仿:24

...主要分析例子

气体分析

FID检测器无响应的化合物，如水,甲醛,,甲酸分析边柱出口参考边柱出口A|一B|BC|CD|D到数据处理器直流电压加在A和B之间，当载气流量固定时,每根电热丝保持一固定的温度，C和D之间有一个固定的电压。化合物从分析边的柱出口流出。→电热丝的温度温度上升（假设化合物的导热系数比载气小)阻值变化

。→

C和

D之间的电压发生变化TCD(热导检测器)FID(火焰离子化检测器)

对大多数的有机化合物（含碳）有响应

<特例>羰基或羧基中的碳是没有响应的

(C=O).(CO,CO2,HCHO,HCOOH,等)

主要应用于有机化合物。HCHO(甲醛)无响应CH3CHO(乙醛)有响应H-C-HOCH3-C-HOFID(火焰离子化检测器／氢火焰检测器)空气氢气（+补充气（尾吹气））柱出口石英喷嘴氢火焰收集极高电极几个ppm的有机化合物在氢火焰燃烧变成下列的离子。CHCHO++e-氧化(O)当离子被收集极收集时产生了电流到数据处理器CNNO++CO+e-氧化2(O)FTD(火焰热离子检测器)

NPD(氮磷检测器)本检测器对有机氮化合物的高选择性和高灵敏度,而且对无机或有机的磷化合物有响应（FPD对含磷化合物的选择性更好.）对无机的氮化合物没有响应主要应用于药物的分析,有机氮/有机磷杀虫剂分析FTD(火焰热离子检测器)

NPD(氮磷检测器)空气氢（+补充气（尾吹气））柱出口|高电极石英喷嘴Rb2SO4

铷珠收集极到数据处理器

电源控制器当白金卷上附着的硫酸铷盐被电流加热，在硫酸铷盐形成等离子气体，产生的活性铷离子与

-CN及

-PO2(有机磷化合物的氧化产生)反应生成离子。CN-+Rb+当离子被收集极收集生成电流CN+Rb*PO2-+Rb+PO2+Rb*ECD(电子捕获检测器)有对电负性

强的化合物(有机卤素混合,有机金属化合物、和二酮)具有高选择性和高的敏感的检测器因为检测器中有放射性同位元素，必需向科学和技术的相关部门申报在安装的情况主要应用于环境分析 有机氯农药残留 废水中挥发性有机氯化物

环境中有机汞ECD(电子捕获检测器)柱出口补充气（尾吹气）收集极排气口63Ni

放射源

10mCi到数据处理器氮气做为载气或补充气(尾吹气)

被从63Ni被发出的β射线电离。N2N2++e-β射线当电子被收集极收集产生电流（背景电流）如果电负性化合物进入那么PCB-PCB+e-PCB-捕获大量电子,电流减少对磷(P)化合物/硫(S)化合物/有机的锡(Sn)的高选择性和高的敏感的检测器高选择性检测元素在氢火焰中发出的特征光。主要应用

有机磷农药分析恶臭硫化物分析/食用香精分析水产品中有机锡分析FPD(火焰光度检测器)FPD(火焰光度检测器)空气氢气(+补充气（尾吹气）)柱出口到数据处理器石英套筒光电倍增管滤光片只有特定波长的光才能通过滤光片S(蓝色)---394nm

P(黄色)---526nm

Sn(橙色)---610nm硫合化物、磷化合物及有机锡化合物在燃烧时,发特定波长的光。滤光片仅让特定波长的光通过，到达光电倍增管。光电倍增管将光线转化成电信号。对含氮化合物有高选择性和高敏感度的检测器SID(表面离子化检测器)空气补充气（尾吹气）柱出口高压极石英喷嘴发射极

(白金线圈)|收集极到数据处理器电源控制器电流使发射极加热它到

400-700℃在发射极表面上热分解产生的各种不同的碎片，化合键能低的碎片被离子化，形成正离子或负离子。离子被收集极收集产生电流SID(表面离子化检测器)样品注入方法气体样品:0.2-1毫升液体的样品:1-2uL注入太多样品

-->造成峰形变差及进样口污染注入GC的样品体积各种不同溶剂的汽化体积(在进样口

250℃及

140kPa的情况下）123uL0123uL0样品定量后将针直接插入进样口...在按下针杆前（进样），针尖里的样品已经汽化进入柱子-->峰可能变宽或裂开.进样口(高温)液体样品进样方法123uL0在液体样品的定量后吸点空气。进样口(高温)123uL0123uL0样品溶液空气针头部分没有样品在推针杆之前样品不会汽化。液体样品进样方法123uL0因为针尖部分被加热，样品中低沸点的化合物会更多汽化进入柱子。-->进入仪器柱中样品的成份的比例将会改变123uL0进样口(高温)就在注入之后歧视(蒸馏现象)歧视溶剂的闪蒸注入方法吸入样品前吸溶剂和适当体积的空气进入注射器,而且调整针杆到刻度。进样口123uL0溶剂空气注射1uL样品进入GC。溶剂留在针尖部分。123uL0样品溶液123uL0吸入１uL样品空气123uL0防止进样误差测试时使用同一个注射器，样品进样体积可保持一致。因为是

(样品+少量溶剂)的方式进样,峰面积

(包括溶剂)会变化。定量时必需使用标准曲线。标准样品的抽取时需要使用与样品一样的方式，操作较麻烦。吸空气进入针部分各种不同的定量分析方法定量的分析方法(1)

-面积百分比方法(面积归一法)-不需要标准样品。・样品中的所有组份必需被检出。・所有成份的相对灵敏度必需一样。

-->测量时需知道大致的浓度。（不能作精确的定量）

未知样品成份A峰面积1000

2000

500

1000

面积之和

:

4500

+

+

=

+

10004500

=

22.2%

成份A的浓度是定量分析方法(2)

–校正面积百分比法(校正面积归一法)–标准样品中所有的成份的浓度必需已知。

样品的所有的成份必需被检出。每个成份的浓度都要被相对灵敏度修正。

-->

主要用于高压钢瓶中气体或石油样品等的分析标准样品(各成份等量混合)峰面积1000

1500

1000

500

+

+

+

成份A的浓度是未知样品成份A峰面积1000

2000

500

1000

相对灵敏度修正以后的面积总和:

2417

+

+

=

+

相对灵敏度2

321

:::

相对灵敏度2

3215002417

=

20.7%

定量分析方法(3)

-绝对校准曲线方法(外标法)-已知浓度的标准样品是必需的。如果至少目标成份被检出,定量可能的。

-->

分析比较简单

・进样量的错误会直接引起结果的错误标准样品1ul(成份A100ppm)成份A未知样品1uL成份A峰面积：700峰面积：1000100浓度

(ppm)1000峰面积

70070成份A的浓度是

70ppm定量分析方法(4)

-内标法-已知浓度的标准样品(目标成份+内标)是必需的。如果要定量至少目标成份和内标必需被检出进样量的错误也能被改正。-->是定量最准确的分析方法。在未知样品中内标物的量应该添加准确。未知样品+内标:100ppm

1uL成份A1浓度比1.2峰面积比0.70.58标准样品1μL成份A:100ppm

内标:100ppm成份A峰面积12001000峰面积比1.2内标：IS内标：IS峰面积7001000峰面积比0.7在未知的样品中成份A的浓度＝内标浓度:100ppm

×

浓度比:0.58=58ppmInternalStandard|内标内标物所必需的特性

内标峰必需和样品中的其它所有物质的峰能够完全分开。内标物应该在目标峰附近出峰。内标物应该与目标成份的化学性质相似。(同系物等是比较理想的)

・内标物化学性质应该的稳定的。在内标法中,“选择内标物质的相当重要的--而且的困难的数据可靠性判断良好的峰面积重现性，一般CV%在0.5～3%工作曲线具有良好的线性峰形正常，避免拖尾峰和前沿峰(柱选择恰当、衬管无污染、温度及流量设定)色谱峰分离良好(分离度>2.5)数据不良时的检查措施1.检查是否漏气用检漏液检查各连接部位，并确认峰面积重现性2.检查色谱柱是否良好长时间使用，因吸附、固定液流失、固定液分解及污染，造成柱劣化，更换新柱3.检查衬管是否正常确认衬管有无破损、污染，确认石英棉的位置4.样品性质，是否易分解对于不稳定的样品应注意保存温度，要避光并注意存放时间。高压气瓶使用注意事项钢瓶应放置在通风条件好，避免光照并遵守液化气使用注意事项温度40度以下，2M内禁止烟火燃烧气应配备灭火器材工作前检漏每3个月检查钢瓶及减压阀固定钢瓶使用无油减压阀色谱柱的使用与维护1.色谱柱的良好用法（1）柱的使用温度要尽量比柱的耐热温度低。（可延长柱的使用寿命，减低检测器的噪声）（2）除去载气中的氧（特别是使用极性柱时）－使用高纯度气体（99.99%以上）－气瓶更换时特别注意不要混入空气－氧气捕集器安装于气体流路中（3）不要使难于挥发的成分进入柱内－充分做好试样的