气相色谱原理与技术

1、1,气相色谱在食品污染物中的应用 胡贵祥 南昌CDC,2,气相色谱在食品污染物中的应用,1、分离系统,色谱柱,填充柱（2-6mm直径，1-6m长） 毛细管柱（0.1-0.5mm直径, 几十米长）,packed column,capillary column,3,气相色谱在食品污染物中的应用,填充柱和毛细管柱,分离系统,4,气相色谱在食品污染物中的应用,（1）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、C1-C4的分离；,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,分离系统,5,（2）液体固定相,固定液的选择原则：相似

2、相容,气相色谱在食品污染物中的应用,分离系统,6,气相色谱在食品污染物中的应用,聚乙二醇,分离系统,7,（A）非极性组分分离非极性固定液 ，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,气相色谱在食品污染物中的应用,分离系统,8,气相色谱在食品污染物中的应用,例如：苯和环己烷的色谱分离 苯 沸点 80.10C 环己烷 沸点 80.70C 采用非极性固定液 ，出峰顺序由蒸汽压决定，所以分不开；,但是苯容易极化 tR(苯）/tR（环

3、己烷） （1）用弱极性的邻苯二甲酸二辛酯 1.5 （2）用极性的聚乙二醇-400 3.9 （3）用，氧二丙氰 6.3,分离系统,9,气相色谱原理与技术,固定液极性测量： 以丁二烯、正丁烷为分析对象，选, -氧二丙氰和角沙烷为固定液的色谱柱:,求出 q (, -氧二丙氰)、q (角沙烷)、q(x),固定液的相对极性：,分离系统,10,当 qx = qj Px = 0 当 qx = q , Px = 100 其它固定液的极性介于0-100之间,气相色谱在食品污染物中的应用,分离系统,11,气相色谱在食品污染物中的应用,2、控温系统 K是热力学常数，随温度变化。温度越高，K值越小，因此保留时间越短，

4、据此，可通过柱温调节分离程度。,控温系统,12,控温系统,气相色谱在食品污染物中的应用,恒温和程序升温对分离的影响,一般，柱温比平均沸点稍高 组分沸点分布宽，用程序升温,13,气相色谱在食品污染物中的应用,3、检测器 作用：将色谱分离后的各组分的量转变成可测量的电信号 指标：灵敏度、线性范围、响应速度、结构、通用性,检测器,14,热导检测器，TCD (Thermal conductivity detector) 氢火焰离子化检测器，FID (Flame ionization detector) 电子捕获检测器，ECD (Electron capture detector) 火焰光度检测器，FP

5、D (Flame photometric detector) 原子发射检测器，AED (Atomic emission detector) GC-MS GC-FTIR ,气相色谱在食品污染物中的应用,检测器,检测器分类,15,(1) 热导检测器，TCD,载气和样品气的导热系数不同产生响应 载气与样品气导热系数差别越大越好,气相色谱在食品污染物中的应用,检测器,16,通用性；灵敏度低,The TCD is not as sensitive as other detectors but it is non-specific and non-destructive,TCD的特点,气相色谱在食品污染物

6、中的应用,检测器,17,(2) 氢火焰离子化检测器，FID,气相色谱在食品污染物中的应用,检测器,18,有机物在火焰中电离形成离子流，根据离子流的大小进行分析。,离子数与进入检测器的碳原子数成正比 流动相流速对检测器响应影响小,气相色谱在食品污染物中的应用,检测器,19,不能检测惰性气体、空气、水、CO、CO2、NO、SO2等,灵敏度高，线性范围宽,检测器,气相色谱在食品污染物中的应用,20,检测器,气相色谱在食品污染物中的应用,21,检测器,气相色谱在食品污染物中的应用,22,(3) 电子捕获检测器， ECD,阴极,检测器,气相色谱在食品污染物中的应用,23,载气在-射线源的照射下发生电离，

7、形成稳定的基流。,卤素等电负性大的原子捕获电子生成稳定的负离子，并与载气正离子结合，使基流信号下降，根据信号是否降低和降低程度，可检测组分。,检测器,气相色谱在食品污染物中的应用,24,线性范围较窄,ECD的特点,检测器,气相色谱在食品污染物中的应用,25,(4) 火焰光度检测器 FPD,2RS SO2 SO2 + H2 S2* S2 + hv,S394 nm P526 nm,燃烧,气相色谱在食品污染物中的应用,检测器,26,(5) 原子发射检测器 AED,For different elements,检测器,气相色谱在食品污染物中的应用,27,检测器灵敏度比较,检测器,气相色谱在食品污染物中

8、的应用,28,检测器性能指标,浓度型(TCD) : mV ml/mg; A ml/mg 质量型(FID): mV s/g; A s/g,单位浓度（或质量）的物质通过检测器时所产生信号的大小。,检测器,气相色谱在食品污染物中的应用,29,Linear range 指检测器信号与样品浓度（或量）之间成正比关系的范围,检测器性能指标,检测限和线性范围,Detection Limit,时该方法可以检测的最低浓度或量,R =3N（3倍噪音）时 Q =D,检测器,气相色谱在食品污染物中的应用,30,1、分析条件的选择,1) 色谱柱,固定液 (相似相容原则) 2) 汽化温度 (高于柱温5-10C) 3) 柱

9、温 恒定温度：稍高于沸点 程序升温 4) 载气流量 Vandeemter方程 5) 进样量,气相色谱在食品污染物中的应用,分析方法,31,2、 定性分析 2.1保留时间定性（已知物对照法） 在相同色谱条件下，未知物的保留时间与标准物质相同时，可以初步认为是同一物质。,改变色谱条件（分离柱、流动相、柱温等） 在样品中添加标准物质,为了提高定性分析的可靠性，可以：,定性分析,气相色谱在食品污染物中的应用,32,2.2保留指数（I）定性,以正构烷烃为参考标准，某一未知组分的保留行为用两个相邻的标准物质（正构烷烃）来标定：,正构烷烃：I = 100 n n为碳原子数,其他物质保留指数计算式,n为参考正

10、构烷烃的碳原子数 IA与文献值对照定性。,定性分析,气相色谱在食品污染物中的应用,33,2.3与其他仪器联用定性 将具有定性能力的分析仪器如红外（IR）、核磁（NMR）、质谱（MS）、原子光谱（AAS、AES等仪器）作为色谱仪的检测器获得比较准确的定性信息。,由于保留值（保留时间、保留指数等）定性受温度影响，因此应严格控制温度； 当两个化合物的保留值相同或相近时，容易出现错判。,定性分析,气相色谱在食品污染物中的应用,34,3 定量分析 定量依据：被测物质的量与色谱峰面积（或峰高）成正比,3.1校正因子 fi,绝对校正因子,绝对校正因子受实验条件的影响，定量分析时必须与实际样品在相同条件下测定

11、标准物质的校正因子。,fi：定量校正因子 Ai：峰面积 Wi：被测物质的量,定量分析,气相色谱在食品污染物中的应用,35,相对校正因子只与检测器类型有关，与色谱条件无关。 常用的标准物质S有：苯（TCD）和庚烷（FID）等。,fi 指某物质 i 与一选择的标准物质 s的 绝对校正因子之比。,气相色谱在食品污染物中的应用,定量分析,相对校正因子,36,3.2定量分析方法 3.2.1 归一化法,流出色谱柱组分的总量：,X组分所占的百分含量:,归一化法是将所有组分的峰面积 Ai 分别乘以它们的相对校正因子后求和，即所谓“归一” 采用归一化法的前提条件是样品中所有成分都能从色谱柱上洗脱，并能被检测器检测（出峰）。,定量分析,气相色谱在食品污染物中的应用,37,3.2.2外标法 将某组分的峰面积与该组分标准峰面积直接比较定量。,或采用标准曲线法定量：,优点：不做校正因子，不必全出峰 缺点：实验条件影响较大,气相色谱在食品污染物中的应用,定量分析,38,3.2.3内标法 比较标准物质和被测组分的峰面积，从而确定被测组分的浓度。,由于标准物质和被测组分处在同一基体中，因此可以消除基体带来的干扰。而且当仪器参数和洗脱条件发生非人为的变化时，标准物质和样品组分都会受到同样影响，这样消除了