室内环境检测及材料检测.ppt

1、第一章 分 光 光 度 法,一、概述 在化验分析中，经常遇到微量组分的测定，目前化验室中测量微量组分，最普遍使用的是比色和分光光度法。本节着重介绍比色分析法的原理和影响比色分析的因素。 何谓比色分析法？我们知道许多物质都是具有颜色的。例如MnO4-为紫色，Fe3+与SCN-形成的Fe(SCN)3为红色。当含有这些物质的溶液浓度改变时，溶液颜色的深浅度也就随着改变。溶液越浓颜色愈深，溶液越稀颜色愈浅。因此可以利用比较溶液颜色的深浅的方法来确定溶液中有色物质的含量，这种方法称为比色分析法。 由此可见用比色分析法进行测定时,被测物质的溶液必须是有颜色的，但大多数情况下被测物质是无颜色的，而可使它们在

2、一定条件下与适当的试剂反应转变为有色物质，然后再比较溶液颜色的深浅来测定物质的含量。因此比色分析法一般要经过两个步骤: 一、选择适当的显色剂,使被测组分,转变为有色物质,称为显色阶段; 二、选择最佳条件测定溶液的深浅度，称为比色阶段。,二、基本原理,（一）溶液颜色与光吸收的关系 物质呈现的颜色与光有着密切的关系。不同波长的可见光可使眼睛能引起不同颜色的感觉。日常所见的白光如日光，白炽灯光都是混合光，即它们是由波长400760nm的电磁波按适当强度比例混合而成的。这段波长范围的光是人们视觉可觉查到的，所以称为可见光。当电磁波的波长短于400nm时称为紫外光，长于760nm时称为红外光，它们是人们

3、视觉觉查不到的光。 不同波长的可见光引起人们不同的视觉。但是由于人们视觉的分辨能力所限，人们看到的某种颜色光是介于一个波长范围的光。 为了更精确的说明物质具有选择性吸收不同波长范围光的性能，通常用光吸收曲线来描述。其方法是将不同波长的光依次通过一定浓度的有色溶液，分别测出它们对各种波长光的吸收程度，用吸光度A、光密度D或消光度E表示。然后以波长为横坐标，吸光度A为纵坐标，画出曲线，所得曲线称为光的吸收曲线。,（二）光的吸收定律,光的吸收定律也称为朗伯-比耳定律。朗伯定律是说明光的吸收与吸收层厚度成正比。比耳定律是说明光的吸收与溶液浓度成正比。如果同时考虑吸收层的厚度与溶液的浓度对单色光吸收率的

4、影响，则得朗伯-比耳定律。它是比色分析的理论基础。 A = kcL 式中： A - 表示吸光度； c - 溶液浓度； L - 溶液厚度； k - 比例常数，它与入射光的波长和物质性质有关而与光的强度、溶液的浓度及溶层厚度无关。,（三）光吸收定律的适用范围,朗伯定律和比耳定律的使用都有一定的条件，在应用朗伯-比耳定律是应注意其使用范围。 朗伯定律对于各种有色的均匀溶液都是适用的。但对比耳定律只在一定浓度范围内适用，吸光度A和浓度才成直线关系。在比色分析中，常利用这种直线关系测定物质含量。测定方法是：配制一系列不同浓度的标准溶液，在一定条件下显色，使用同样厚度的比色皿，测定吸光度，然后以浓度为横坐

5、标，吸光度A为纵坐标做图，得一条直线，称为工作曲线或标准曲线。在同样条件下测出试样溶液的吸光度，就可以从工作曲线上查出试样溶液的浓度c1。如图所示。,A A .正偏离,负偏离,c1 c c 标准曲线 标准曲线弯曲,但在实际工作中经常发现曲线不成直线的情况，特别是当吸光物质的浓度高时，明显的表现标准曲线向上或向下偏离。这种情况称为偏离朗伯-比耳定律现象。在一般情况下，如果偏离朗伯-比耳定律的程度不太严重仍可用于比色分析，偏离严重则不能，否则将引起较大的误差。 引起偏离朗伯-比耳定律的原因有以下二点： （1）入射光非单色光，严格讲朗伯-比耳定律只适用于单色光。但实际上目前各种方法所得到的入射光，实

6、际上是一定波长范围内的光，因而产生了对朗伯-比耳定律的偏离。 （2）溶液中的化学反应，溶液中的吸光物质常因离解、缔合、形成新的化合物或互变异购体等的化学变化而改变了浓度，因而导致对朗伯-比耳定律的偏离。,三、比色条件的选择和误差来源,比色分析是利用生成有色化合物的反应来进行分析的方法，因此首先要选择合适的显色反应，然后进行比色测定。比色测定条件包括“显色”和“测定”两部分。在解决以上问题时，必须从显色反应灵敏度与选择性两方面考虑。,（一）显色反应,在比色分析中，生成有色化合物的反应有络合反应，氧化还原反应等。其中以络合反应应用最广泛。故比色分析中所用显色剂大多是络合剂。用于分析的显色反应，必须

7、满足以下条件： （1）显色反应选择性要高，生成的有色络合物的颜色必须较深。 （2）有色络合物的摩尔吸光系数愈大，比色测定的灵敏度就愈高。 （3）有色络合物的离解常数要小，有色络合物的离解常数愈小，络合物就愈稳定，络合愈稳定，比色测定的准确度就愈高，并且还可以避免或减少试样中其他离子的干扰。 （4）有色络合物的组成要恒定。选择良好的显色剂是提高比色测定灵敏度和准确度的重要因素。但是更重要的是要从理论上了解和分析显色所需要的条件。,（二）显色条件的选择,1、显色剂的用量 显色反应可用下式表示 M + R = MR 被测离子 显色剂 有色化合物 在比色分析中，通常是测定MR的浓度来求得原有M的浓度。

8、显而易见M转化为MR的反应越完全，就越利于比色测定。 显色反应进行的程度可从有色络合物的稳定常数K值看出： MR = K M R MR = K. R M 上式左边的比值越大，说明显色反应越完全，由于K值是常数（一般仅略受温度变化影响），因此只要控制显色剂的浓度 R ，就可以控制显色反应的程度， R 值越大，显色反应就越完全。但应注意不宜太大，否则会增大试剂空白的深度，或改变显色产物的络合比。不利于比色测定。,2、溶液酸度,酸度对显色反应的影响有以下几方面： （1）当溶液酸度不同时，同一种金属离子与同一种显色剂反应，可以产生不同配位数的不同颜色的络合物。 例如Fe3+与磺基水扬酸作用，在不同的P

9、H条件下，能形成数种络合物。 现以（S.Sal）2 -代表磺基水扬酸阴离子。 PH1.82.5 Fe（S.Sal)+ 紫红色 PH48 Fe（S.Sal)2- 橙红色 PH811.5 Fe（S.Sal)33- 黄 色 由此可见必须控制溶液的PH在一定范围内，才能获得组成恒定的有色络合物，才能获得正确的测定结果。,（2）溶液酸度过高会引起有色络合物分解。当溶液酸度过高时，对弱酸型有机显色剂和金属离子形成有色络合物的影响较大 。例如 被测离子 显色剂 有色络合物 X + R = XR + H = HR 弱酸型有机显色剂分子 从平衡式来看，提高酸度平衡倾向于生成弱酸型有机显色剂分子。从而促进XR更多

10、的离解，显色能力大大减弱。因此显色时溶液的酸度必须控制在某一适当的范围内。 （3）溶液酸度过低会引起金属离子水解。这种现象常发生在有色络合物的稳定度不是很大时，并且被测金属离子所形成的氢氧化物的溶解度又很小时。此时如果溶液酸度过低就会引起水解作用，而生成金属离子的氢氧化物沉淀，破坏有色络合物，使溶液的颜色发生变化。例如： Fe（SCN）2 + + 3OH- = Fe(OH)3 + SCN 黄色 棕红色 Fe（S.Sal）3 - + 3OH- = Fe(OH)3 + 3（S.Sal）3 - 棕红色,以上讨论了酸度对比色分析的影响，而选择什么样的酸度适宜，是要通过试验来确定。 3、显色时间 所谓显

11、色时间指的是溶液颜色达到稳定时的时间。不少显色反应需要一定时间完成，而且形成的有色络合物的稳定性也不一样。因此必须在显色后一定的时间内进行比色测定。通常有以下几种情况： （1）加入显色剂后，有色络合物立即形成，并且形成的有色络合物很稳定，此时可在显色后较长时间内进行测定。 （2）加入显色剂后，有色络合物的形成需要一定的时间，但生成的有色络合物也很稳定，对这类反应可在完全显色后放置一些时间内进行测定。 （3）加入显色剂后，有色溶液立即形成，但在放置后又逐渐褪色，对这类反应，应在显色后立即进行测定。 因此显色时间的选择必须通过实验来选择。,（三）比色条件的选择,1、溶液最大吸收波长的选择 当用分光

12、光度计进行比色测定时，应先作出吸收曲线，选用吸收曲线上最大吸收波长进行比色。最大吸收波长的选择必须从灵敏度与选择性两方面来考虑，当无干扰元素时，应选择在溶液最大吸收波长处进行比色，这样灵敏度最高。但当有干扰元素时，就必须同时也考虑选择性的问题，以达到选择最适宜的波长。,4、显色温度 显色反应的进行与温度有很大关系，对不同的显色反应应选择其适宜的显色温度，但大多数的显色反应在室温下即可进行。由于温度对光的吸收及颜色的深浅都有影响，因此在绘制标准曲线和进行样品比色时，应使温度保持一致。,2、控制适当的吸光度数值 比色分析是根据吸收定理作定量测定的方法，即根据吸光度A与溶液浓度c成正比关系，确定物质

13、的含量。从测量准确度考虑，标准溶液与试液的吸光度数值应控制在0.051.0之间。为此可采取如下办法： （1）调节溶液浓度 当被测组分含量较高时，称样量可减少些，或将溶液稀释，以控制溶液吸光度在0.051.0之间。 （2）使用厚度不同的比色皿 因吸光度A与比色皿的厚度L成正比，因此增加比色皿的厚度，吸光度值亦增加。 （3）选择空白溶液 空白溶液又称为参比溶液，一般来说，当显色剂及其它试剂均无色，被测溶液中又无其它有色离子时，可用蒸馏水作空白溶液。如显色剂本身有颜色，则应采用加显色剂的蒸馏水作空白。如显色剂本身无色，而被测溶液中有其它有色离子，则应采用不加显色剂的被测溶液作空白。,（四）误差来源,

14、1、方法误差 方法误差是指比色方法本身所产生的误差。误差主要由溶液偏离比耳定律及溶液中干扰物质影响所引起。 （1）溶液偏离比耳定律 比色分析的理论基础是朗伯-比耳定律, A = kcL 但在工作中常会碰到工作曲线发生弯曲的现象。大多是由于化学变化（如缔合、离解、溶剂化及形成新的络合物作用）所引起的。从而使有色溶液浓度与被测溶液的总浓度不成正比。 （2）反应条件的改变 显色反应多是分步进行的。溶液酸度、温度、及显色时间等反应条件的改变,都会引起有色络合物的组成发生变化，从而使溶液颜色的深浅度发生变化,因而产生误差。 2、仪器误差 仪器误差是指由使用的分光光度计所引起的误差。它包括仪器不够精密，光

15、度计透光读数不准，所引起的浓度测定时的误差。为消除由于浓度过浓或过稀而引起的吸光度读数的误差，可采用差示分光光度法。但更重要的是要严格遵守仪器的使用方法，保持仪器测定的准确度。,四、仪器的维护及使用注意事项,1、防震 比色仪器应安放在牢固的工作台上，以防受震动影响仪器读数的准确性。 2、防腐蚀 使用仪器过程中应防止腐蚀气体(如SO2、H2S、NO2及酸雾等)侵蚀仪器机件,并应注意比色槽及比色皿架的清洁免受侵蚀。 3、防潮 比色仪器应放在比较干燥的地方，并在仪器中安放硅胶，如发现硅胶变色及时更换。因为光电管受潮后，灵敏度会急剧下降，甚至失效。 4、防光 比色仪器应放在半暗室内。要防止强光直接照射

16、和长时间连续照射，以延长其使用寿命。 5、使用时连续光照时间不要太长，防止光电管疲劳。 6、拿比色皿时，只能拿在毛玻璃的两面，并且必须用擦镜纸擦干并保护其透光面使上面没有斑痕。 7、比色皿用蒸馏水洗净后，测定时还要用被测溶液冲洗几遍，避免测定时溶液浓度的改变。 8、仪器每次使用完毕,请用随机提供的防尘套罩住,在套子内应放入数袋硅胶,以免灯室受潮,使反射镜霉变或沾污,影响仪器使用。 9、测量时，灵敏度尽量使用低挡，只要满足分析要求就可以。 10、试样测量时的温度环境应与做标准曲线时的温度环境基本一致。,第二章 气相色谱法简述,第一节 色谱法的产生与分类 色谱又名色层、层析是一种分离技术，当这种分

17、离技术应用于分析化学领域中，并与适当的检测手段结合起来，就是色谱分析法。气相色谱法是色谱法最重要的分支之一。气相色谱仪是实现气相色谱法的有效装置。,一、色谱的产生,色谱法的创始人是俄国植物学家茨维特。1906年他在波兰的华沙大学研究植物叶绿素时进行了这样一个实验，在一根细长的玻璃管内盛碳酸钙粉末，然后将植物绿叶的石油醚萃取液倒入管内，萃取液中的色素就被管内的碳酸钙吸附，然后将纯净石油醚徐徐倒进这支玻璃管内，就发现玻璃管顶部碳酸钙吸附的叶绿素，随着石油醚的冲洗逐渐向下运动，分成了几个不同颜色的谱带，他就按谱带的颜色进行分析，测出了绿色植物的叶的色素成分。茨维特称此法为“色谱法”，填碳酸钙的玻璃管

18、为“色谱柱”，称碳酸钙为“固定相”， 称石油醚为 “流动相”。鉴别分离情况，最初限于肉眼观察。现在，已被灵敏度高，选择性好的检测器所代替，并能检测无色的痕量组分，从而扩大了色谱分析的应用范围。 在1952年以前用的色谱法，主要是以液体为流动相-液相色谱法。1952年英国人马丁研究成功用气体作流动相液体作固定相的色谱法，即从“液相色谱法”发展到了“气相色谱法”，气相色谱法中又有“气-固色谱”和“气液色谱”之分。,（一）色谱分离原理,试样混合物在色谱柱中的分离情况,可用一种形象化的比拟说明.象运动场上的径赛项目,一声枪响，运动员从同一起跑线上起跑（相当于打进样品,被载气带着在色谱柱中运动），由于运

19、动员的体力、技巧不同因而速度不同（各个组份沸点、化学极性不同,运动速度不同）,经过一定的距离（柱长）,例如100米,则各运动员到达终点的时间（保留时间）就不同,从而分出名次和成绩（峰的顺序和保留时间）。 实质上气相色谱的分离是利用试样中各组分在色谱柱中的气相和固定液液相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运动时，组分就在其中的两相间进行反复多次（103-105）的分配（吸附脱附或溶解析出），由于固定相对组分的吸附或溶解能力不同（即保留时间不同），因此各组分在色谱柱中的运动速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流讯号经放大后，在记录仪上描绘出

20、各组分的色谱峰。,（二）、色谱法分类 色谱法中，相有两种：流动相和固定相。流动相分气体和液体。固定相分固体吸附剂和载体涂固定液，则按两相状态色谱可分为：,第二节 气相色谱法的特点与发展简史,一.气相色谱法的特点 概括起来讲气相色谱法具有高效能、高选择性、高灵敏度、分析速度快、样品用量小、定性重复性好、定量精度高、设备简单、易实现自动化、应用范围广等优点.色谱法是一种先分离后检测的分析方法. 1 高效能 它能分析极复杂的混合物.因为一般的填充柱都具有几千理论塔板,毛细管柱可高达105-106块理论塔板.用气相色谱法可将汽油10个碳已内的组分分离出240个以上的色谱峰.如色谱仪和质谱仪联用,还可对

21、其中180个峰进行定性,这是一般化学分析所达不到的 2. 高选择性 它能分离分析性质极相似的物质，同位素，烃类异构体。主要通过选用固定液来实现。 3. 高灵敏度 与气相色谱仪配用的高灵敏度检测器，最小检测量达10-11-10-12克物质或更小。因此色谱仪在痕量分析中，可以检测出超纯气体，高纯试剂，大气污染，农药残留分析中需测定物质的PPm-PPb级，甚至个别可达PPt级。,4. 分析速度快 一般几分钟可完成一个分析周期，某些快速分析可达一分钟分析几个组分。特别应当指出的是目前由微机控制并配有色谱工作站，可实现全自动的操作与分析，速度更快，一旦分析完毕，就能到完整的定性定量分析报告（包括色谱图、

22、样品名称、计算结果等）。 5. 样品用量小 由于气相色谱法配有灵敏度极高的检测器可供选择,因此需要的样品极少.一般1L的液体样品,即能完成全分析.这在痕量分析或样品极难得到的情况下是特别有利的. 6. 简单性分离和检测一次完成 分离和检测一次完成的优点，是色谱法最为突出之处，而其他方法，如红外、质谱、核磁只能对纯品进行分析。 气相色谱法，所得到的定性定量数据通常是直观的。快速的和能得到相同结果的 其他分析仪器如红外、质谱等相比，操作简单，设备少，价格低。且实现全自动操作比较容易。,7. 应用范围广 （1）只要在室温500范围内，蒸汽压力不小于0.20毫米汞柱液体和固体物质，且操作温度下有良好的

23、热稳定性以及气体，原则上均可用色谱法来分析，对一般易挥发的有机物可直接进样分析。对可挥发易分解的物质，可用化学转化法，生成挥发后的稳定的衍生物后再分析。 （2）部分高分子或生物大分子可用裂解色谱法分析其裂解产物。 （3）部分无机物可转化成金属卤化物，金属螯合物等再分析，对无机酸如 硫酸、磷酸等，可与硅脂化试剂反应生成硅脂衍生物后再分析。 （4）制备色谱，用于制备纯度优于99.99%超纯试剂。 （5）工业色谱广泛用于自动化工厂的流程指示和控制。 （6）在物理化学研究方面应用于测定各类吸附剂，催化剂的吸附表面积，孔径分布以及物理常数的测定。,二、气相色谱法的发展简史,气相色谱法-主要根据气液色谱法

24、-是1952年英国生物化学家诺贝尔奖金获得者马丁创立的，早在1941年,当马丁等人研究液-液分配色谱时，就曾提出过气-液色谱的设想，但并没有引起人们的重视。他经过三年的时间于1952年研究成功了崭新的气-液色谱法，用以分析脂肪酸、脂肪胺等混合物。并对气-液色谱的理论和实际方法作了精劈的论述，1954年瑞依把热导检测器用于气相色谱仪，并对仪器作了重大改进。从而扩大了气相色谱法的应用范围。1958年荷兰学者范弟姆特等人，总结了前人的研究成果，提出了气相色谱的速率理论，为气相色谱法奠定理论基础。同年，英国工程师戈雷发明一种性能级高的毛细管色谱柱。随后几年澳大利亚学者墨克威廉发明了氢火焰离子化检测器，

25、戈登司、提出了程序升温技术。英国学者劳夫劳克发明了电子捕获检测器等，从而把色谱法大大向前推进。七十年代的微处理机在气相色谱仪上的推广应用更具有划时代的意义，进而出现了“智能化”的气相色谱仪。,第三节 气相色谱仪,一、气相色谱仪基本组成 气相色谱仪是实现气相色谱法的装置，因此它是一种多组分混合物的分离分析工具。虽然仪器的型号繁多功能指标相差很大，但构成仪器的基本部分是相同的，气相色谱仪基本组成为： 1.气路系统（如载气源、减压阀、净化器、稳压阀、压力表、 针形阀、流量计) 2.进样系统(汽化室) 3.分离系统(色谱柱) 4.检测系统(检测器) 5.温度控制系统(柱温、检测温度、汽化温度) 6.放

26、大系统(信号放大器) 7. 记录及数据处理系统(色谱数据处理机或色谱工作站) 另外习惯上又把气相色谱仪的组成分为主机,电器部件和数据处理三大部分，各部分又有许多小部件组成。,二、气路系统 气相色谱仪的气路系统，是一个载气连续运行、管路密闭的系统。气路系统的气密性，载气流速的稳定性，以及流量测量的准确性都对色谱仪实验结果有影响，需要注意控制。,（一）载 气 气相色谱中常用的载气有：氢气、氮气、氦气 、氩气 和空气。这些气体除空气 由空压机供给外，一般都由高压钢瓶供给，通常要经过净化、稳压和控制、测量。测量流量最简单的方法就是用皂沫流量计和秒表，其单位为毫升/分。至于选用何种载气，如何纯化，主要取

27、决于选用的检测的样品和其它因素。通常选用氢气和氮气做热导池检测器的载气，用一般净化法（分子筛、硅胶、活性碳等）。在作微量或痕量分析时，载气纯度直接影响灵敏度，需要用105催化剂除氧气，5A分子筛脱水。氮气作为氢焰离子化检测器的载气，氢气作为燃气，空气为助燃气,这三种气体都要除去含碳有机物，氮气也可用作电子捕获检测器和火焰光度检测器的载气。前者要求把电负性较强的组分如水、氧气等，通过装有6080目紫铜末的净化器，于475,和5A分子筛净化器除去，火焰光度用的氮气、氢气、空气，主要通过5A分子筛净化器除去含硫、磷等化合物即可。 （二）气 路 气相色谱仪的气路形式，主要有单柱单气路和双柱双气路两种，

28、前者简单适用于恒温分析，后者适用于程序升温，补偿固定液流失，使其基线稳定。,三. 进样系统,进样就是把气体或液体、固体样品，快速定量地加到色谱柱头上，进行色谱分离进样量的大小，进样时间的长短，试样汽化速度，试样浓度等都会影响色谱分离效率和定量结果的准确度、重现性。 （一）汽化室 汽化室（也叫样品注射室）的作用，是将液体、固体试样，瞬间汽化为蒸汽。对其总的要求是热容量大，死体积小，无催化效应即不使样品分解。常用金属块制成汽化室，加热功率70100瓦左右，可控温度范围50500.不过金属加热块表面，当温度高于250300时，就有可能有催化效应，会使某些试样分解。为此最近多采用玻璃管插入气化室，消除

29、金属表面的催化效应。,（二）柱上注射室 所谓柱上注射室法，主要是为了避免试样的热分解和气化室死体积对试样的稀释作用。对于气体和较低沸点液体试样，用注射器直接打到色谱柱头上固定相上，载气预热到柱温，微量液体试样，瞬间汽化，进入色谱柱第一块塔板，柱效能很高。但对于高沸点试样（沸点高于250），瞬间汽化有困难，柱效不高，故必须外部加热，就是所谓的加热柱上注射室。 柱上注射室法的固定相，要装到加热器的最热区，但不能装满，使注射针头恰好打到固定相上。柱上注射法对填充柱、微型填充柱、制备柱、毛细管柱效果都很好，微量杂质分析如农药残留量分析，必须采用柱上进样注射。对于程序升温效果更好，尤其对于微量杂质，可在

30、低起始温度下多打试样，溶剂很快跑掉，升温把被测组分赶走，等于浓缩。所以近来许多仪器大都采用或改用柱上注射室法。,（三）、进样 色谱分离要求在最短的时间内，以“塞子”的形式打进一定量的试样，通常都是用注射器打针法进样。 1.气体样品常用0.25、1、2、5、10毫升注射器进样，方法简便，但重复性为2.0%。也可用六通阀或六通平面阀定量进样，重复性为0.5%，且可自动操作。 2.液体样品，一般用1、5、10、50微升微量注射器进样，重复性为2.0%. 3.固体样品，先用溶剂溶解，然后用微量注射器进样。也有用固体进样器的。 （四）、温度控制 温度是气相色谱分析的重要参数之一，它直接影响到色谱柱的选择

31、性，分离效率以及检测器的灵敏度和稳定性。由于汽化室、色谱柱、检测室的温度各具有不同的作用，因此要求仪器具有三种不同的温控。目前色谱仪大都把色谱柱和检测室分别放在色谱炉和检测器炉里，便于程序升温。温度选择： 恒温操作。柱温的选择基本原则是保证组分充分分离前提下，尽量缩短分析时间。一般温度降低30,保留时间将增加一倍，温度降低分离效果好。,程序升温。对沸点范围很宽的（大于80）混合物，可采用程序升温法分析。所谓程序升温，是指在一个分析周期内，炉温连续随时间由低温向高温线性的（按一种升温速度如5/分）或非线性的（按几种升温速度）变化，使沸点不同的组分，各在其最佳柱温下流出，从而改善分离效果，缩短分析

32、时间。 汽化室温度。要求在此温度下试样能瞬间汽化而不分解，检查气化室温度选择的是否恰当的方法，是再升高气化室温度，如果柱效和峰型有所改变，则原温度太低，如保留时间，峰面积，峰型激烈变化，则原温度太高，分解已经出现。所以正确的选择与控制气化室温度，对高沸点和易分解样品尤为重要。气化室温度一般比柱温高10-50即可，并要有温度指示器。 检测器温度。除氢焰离子化检测器外，所有检测器都对温度的变化敏感。尤其对热导池检测器，温度变化直接影响到检测器灵敏度和稳定性，因此必须精密地控制检测室的温度。目前除个别的恒温色谱仪还把检测器放在色谱炉内，使检测器与柱温保持一致外，大多数仪器都把检测器单独放在检测室内，

33、由单独的温度控制器加以控制，控温精度一般在0.1以内，并由直读温度表指示温度。检测室温度，对于温度恒温操作，一般选在与柱温相同或略高于柱温；对于程序升温操作，一般选在其最高柱温下，这样即使柱温程序改变，而检测器温度则可保持不变。另外检测器与柱出口连接管路也要加热，防止样品或固定液冷凝。通常峰型扩张或组分峰丢失，就是冷凝的表现。对于氢焰，检测室温度要高于100,防止积水。,四.色谱柱,（一）色谱柱的材料和柱型 1.填充色谱柱，内径24mm,长度110m，可由不锈钢、铜、玻璃和聚四氟乙烯管制成。可根据实验条件如柱温、柱压高低，样品性质如有无反应性、腐蚀性，决定选用何种材料的柱子。一般用不锈钢或铜镀

34、镍的柱子。对于反应性易分解或具有腐蚀性的样品，可用玻璃聚四氟乙烯柱。柱型有U型或螺旋型，分离效果一样。 2.毛细管色谱柱，内径0.20.5mm,长度30300m, 可由不锈钢和玻璃拉成。由于不锈钢毛细管机械强度高，耐震耐温，并具有非极性表面，因而是目前使用较广的一种毛细管色谱柱。玻璃毛细管色谱柱，具有极性表面，可用拉管机制成适宜规格，比较经济，效能很高，主要缺点是易折断，操作时要注意。,当前几乎所有国内外具有代表性的气相色谱仪都装有毛细管色谱柱,这是和毛细管柱的制备及仪器的性能改进分不开的.今后国内应用普及毛细管柱技术,将是一个非常重要的方面 毛细管柱技术在1957年由Goloy（戈雷）提出，

35、但由于当时的毛细管柱制备没有完全成熟，有加上当时人们对高效能分离的要求没有象现在这样迫切，因此在近十年的时间里毛细管气相色谱柱技术，没有得到应用 的重视和推广。 自从1968年有人提出用气态氯化氢腐蚀玻璃毛细管内壁以来，毛细管气相色谱柱技术才得到发展，所以人们称1968年为毛细管气相色谱技术发展的转折点。到1979年，HP公司的Dandeneau提出弹性石英毛细柱（FSOT）之后，使毛细管气相色谱的发展扫除了心理上的障碍，人们再也不用由于玻璃毛细管柱易断裂和更换不方便而担心了。特别是最近三年来FSOT柱得到迅速的发展和应用，这是因为FSOT柱，不仅操作容易，而且它具有优良的惰性，用高纯度硅石或

36、石英（99.999%以上）制得的FSOT柱只含有小于1ppm的羟基和金属氧化物。柱不必经过管壁予处理或钝化就可涂敷固定相直接分析游离的脂肪酸和甾体化合物。毛细管柱应用的关键之一是使用寿命的问题，近年来出现的键合相毛细管柱可,以说是一个显著的进步；它最突出的优点是耐高温，对溶剂有难溶性。如：在多次注入样品后，样品中沸点高的物质停留在柱 的前半截产生了分离或弱现象，或徐徐分解出现叠峰，但键合相柱则可以用溶剂清洗这些杂质：再如在不分流进样或直接进样分析法中，样品中的溶剂在柱中移动需要相当长的时间，但对于键合相柱则不会损伤液相。 进样技术在色谱技术的发展过程中一直占有相当重要的地位，据报道，仅1982

37、年一年内发表的色谱进样方面的文章就在100篇以上，而毛细管柱技术的进样技术和填充柱进样技术相比显得更重要。高效毛细管色谱是解决复杂化合物快速分离和定量的一项非常有效的分析技术.但是广泛采用的经典分流进样技术对许多重要类型的样品(如宽沸程范围或高沸点样品，热或催化作用不稳定的样品，挥发性或强极性样品等)却难以给出精密的和准确的定量结果，上述缺点和局限性，不但影响了毛细管色谱在人们已经较为成熟的石油、化工、医药工业等领域的应用中继续发挥更大的潜力，而且还成了利用它去解决许多新兴的大量分析课题的严重障碍。,因此为了进一步扩大毛细管色谱的适用范围，十几年来相继出现了不分流进样，冷柱头进样，选择进样和冷

38、柱头程序升温汽化（PTV）进样等新的进样技术，与此同时，分流进样也取得了一些值得注意的进展。尽管进样技术的发展对毛细管分析的定量误差有了很大改善，但仍存在着许多技术问题，因此可以预言进样技术仍然是毛细管分析技术发展中的一个十分活跃的领域 （二）色谱柱的材料和柱型 主要介绍填充色谱柱。要制备一根分离效能较高的色谱柱，必须把载体涂上一层薄而均匀的液膜，再把涂好的固定相均匀紧密的填充到色谱柱中。因此固定液的涂渍和色谱柱填充，就是重要的色谱操作技术之一。 1.固定液的涂渍方法,为把载体涂上一层薄而均匀的液膜，首先要选好溶剂使固定液完全溶解，不能有悬浮物，必要时要过滤，其次因载体强度不高，需避免在涂渍中

39、因搅拌而破碎，或过后过筛损坏液膜。第三载体表面及其内孔中存有空气，妨碍固定液渗入，故需减压除去。下面介绍几种涂渍方法 a.“常规”涂渍法。对于配比大于5%以上（所谓配比，即固定液与载体的重量比） 的固定液，可用“常规”涂渍法。如10%角鲨烷的涂渍，在粗天平上称去1.0克角鲨烷，放在蒸发器中，在通风柜中加入适量（能浸过载体）的乙醚溶解，再加入10.0克6080目的6201载体,与红外灯下稍加搅拌，赶走溶剂即成。对于配比高的固定液，“常规”涂渍法就能满足要求，因在高温老化，固定液会重新均匀分布。但对于低含量（小于3%）固定液，由于固定液量少，刚能以单分子层敷盖表面，如果涂渍不均匀，则老化也不能使其

40、均匀，故须用以下方法。 b.抽空盘涂法。（略） c.抽空蒸发法。（略）,2.色谱柱的填充 固定相填充的好坏,将直接影响柱效能。通常多用泵填充法，即把色谱柱的尾端(接检测器的一端)塞上玻璃棉,接真空泵,另一端（接汽化室的一端）接一小漏斗，在抽吸下加入固定相,然后轻轻敲打色谱柱，至固定相不再进入为止，装好后，塞上玻璃棉。主要要求是填充均匀,其次是紧密,才能达到柱效高。 3.色谱柱的老化 将色谱柱装好后，接通载气,流速510毫升/分,高于柱温5-10（要低于固定液的最高使用温度）老化48小时,以便把残存溶剂、低沸点杂质、低分子量固定液等赶走,使基线平直,并在老化温度下,使固定液大载体表面有一个再分布

41、过程,从而涂得更加均匀牢固.注意,老化色谱柱时色谱柱要和检测器断开,以免污染. 不难看出1. 固定相的配比，要求并不苛刻。如10%和9%的固定液分析效果差别不大。事实上固定液老化时损失也不小，配比也改变了。2. 固定液涂渍方法对高含量的不严格，而低含量者涂渍方法就成为影响效率的重要因素。3.但填充过程技术却很强，如同样的色谱柱，同样的固定相，有的填充好，每米柱长理论板数可达1000以上，有的填充不好（不均匀，或不紧密，或过于紧密）只有500理论板数。所以要反复实践，掌握填充技术。,五.检测器,在气相色谱分析中，一个多组分的混合物，经色谱柱分离后，顺序进入检测器。检测器就把各组分的浓度变化，转变

42、成易于测量的电讯号，如电压、电流等，进而送进记录仪记录下来。因此，气相色谱检测器可以定义为，对载气中不同组分及浓度变化的一种敏感器。这种变化的性质，可以是热的（热导池）、微电流的（各种离子化检测器），分光光度的（火焰光度检测器）等等，从而构成各种类型的检测器。而一个检测器能否准确，及时反映出这种变化的性质，将直接影响到色谱分析的定性、定量结果。所以说检测器是色谱仪的关键部件。 气相色谱检测器大致分为积分型检测器和微分型检测器。积分型检测器是测量各组分累积总量，所得色谱图为一系列台阶，在定量分析 时 ，每一阶高就代表相应组分的含量，如体积色谱，自动滴定等均属于此类。积分型检测器的缺点是灵敏度较低

43、和显示不出保留数据。微分型检测器是测量载体中各组分及其浓度瞬间变化的性质，所得色谱图为一系列色谱峰，如果是纯载体流过检测器时，讯号是恒定的即所谓的基线，当载气中有某一组分的出现，则讯号随其浓度的变大而增高至最高值（峰高），然后随其浓度的变小而降低，直至回到原来的基,线。微分型检测器的优点是灵敏度高，能测出痕量组分，并可同时得到各组分的峰面积及其保留数据，因此被广泛采用。 对检测器总的要求是，灵敏度高，噪声低，线性范围宽，且对各类物质都有讯号，但对流速和温度变化不灵敏。当然并不存在这种理想检测器，常用的热导、氢焰是接近于通用型检测器。此外还有特殊检测器如电子捕获检测器，火焰光检测器等。只能检测某

44、一类化合物，属于选择性检测器。 目前最广泛使用的是热导、氢焰两种检测器。热导检测器采用恒定电流，加热一个钨丝热敏元件，载气连续流过它，并以恒定速度带走热量，当载有样品组分的载气流过加热的钨丝时，带走热量的速度就降低，则钨丝的电阻就增大，这种阻值的变化，很容易用电桥测量出来，讯号送到记录器，就记录下一个色谱峰。 在火焰离子化检测器中，氢气和空气产生火焰，在火焰上部放一个收集电极，施加一定直流电压。测量火焰中的离子流，当只有氢气时，基流很低，当有机物燃烧时离子流就增大，这种微电流经放大后，送到记录器。,第四节 色谱仪的检测器,检测器又叫鉴定器。他是测量从色谱柱流出物质的成分质量或浓度的器件。利用被

45、分离样品各组分的特征，由检测器按各组分的物理或化学特征鉴定的各物理量，转换成相应的电信号。通过电子仪器进行测定。从本质上讲可以把检测器看成一个，将样品组分转换为电信号的换能装置。因此，了解检测器的分类有利于更好的掌握和操作好检测器。 一 、检测器按输出信号与流入检测器样品量的关系，可分为积分型和微分型两大类。 1、积分型：输出信号是流人检测器中样品各组分量的叠加后总量的连续测定。色谱峰是一台阶型曲线。典型的例子如极谱检测器、电导检测器、滴定检测器、质量型检测器等。,2. 微分型：输出信号是反映流人检测器的样品各组分测定随时间的变化。样品组分只流过检测器而不积叠。所得色谱峰是一系列高斯曲线，因为

46、微分型检测器和积分型检测器相比，灵敏度高，选择性强，特别适合当前的多组分复杂样品的超微量分析，另外，它测量保留时间方便易于定性，所以当前气相色谱仪中都配微分型检测器，以下也讨论微分型检测器。 二 、按检测器的响应特性分成浓度型、质量型、特殊型三种： 1. 浓度型检测器：浓度型检测器输出信号-色谱峰高与进入检测器的载气中组分的浓度成正比，峰面积与载气的流速成反比。即进入检测器的样品浓度不断增加而保持样品的质量流速（单位时间进入检测器组分量）为常数时，浓度型检测器的响应增加。典型的浓度型检测器有热导池检测器。浓度型检测器也叫非破坏型检测器。,2. 质量型检测器：质量型检测器输出信号-色谱峰高与单位

47、时间进入检测器的样品质量成正比，与载气的流速即样品的组分在载气中的浓度无关, 因此，峰面积不随载气流速而变化。即当进入检测器的样品组分的浓度保持常数而组分的质量流速增加时，质量型检测器的输出信号增加，浓度型检测器输出信号不变，典型的质量型检测器有氢火焰离子化检测器等。质量型检测器也叫破坏型检测器。 3. 特殊型检测器：这种检测器的响应特点即不属于浓度型检测器也不属于质量型检测器，如FPD在测硫时，检测器响应与样品的浓度平方成正比。,三 、按检测器的适应范围，分成通用型和选择型两类。,1.通用型检测器：在任何温度、压力、流速下，对所有永久性气体和挥发性的物质，都有灵敏度。典型的是热导池检测器。一

48、般讲，通用型检测器灵敏度和选择型检测器相比偏低，也就是说只能适于常量和半微量的分析。 2. 选择型检测器：只对某几类化合物有响应，而对其它物质不敏感。如氢火焰离子化检测器，只用于碳氢化合物的测定，火焰光度检测器只对含磷、含硫物质有很高的灵敏度等。,四 、各检测器的代号： 热导池检测器TCD 氢火焰离子化检测器FID 电子捕获检测器ECD 火焰光度检测器FPD 热离子氮磷检测器NPD 氦离子化检测器HID,五 、热导池检测器（TCD） 热导池检测器是第一个用于气相色谱仪的检测器，在没有用于色谱分析之前，称卡他计。随着气相色谱分析技术的发展，后来又出现了许多灵敏度高，选择性好的检测器，虽然在很多方

49、面胜过热导池检测器（TCD），可是，并没有能取代热导池检测器（TCD）。在长期实践中，人们不断改造它、完善它，特别是在选用新热丝材料，减少池容积，改进电路形式，提高控温精度，采用新的桥路供电，加前置放大电路等。现代的热导池检测器已非昔日可比。热导池检测器与其他检测器相比，具有结构简单，对所有物质都有信号，性能可靠，定量准确，不破坏样品，最小检测度可达0.10.01ppm，目前已能和毛细管柱相配用等特点，在气相色谱分析中，热导池检测器仍占第一位。,六 、氢火焰离子化检测器（FID） 氢火焰离子化检测器（FID）问世于1957年，它是燃烧学研究成果的一个发展，在50年代末，随着石油，化学工业的迅速

50、发展，不但需要把极其复杂的样品分离开， 而且要能检测出其中的微量成分。当时气相色谱仅有热导池检测器，由于灵敏度低，不能胜任此项任务。氢火焰离子化检测器（FID）的出现使有机化学的微量分析迎刃而解，所以在气相色谱的发展史上，FID产生问世为第一个突破。 在定量分析中，由于氢火焰离子化检测器（FID）对不同的烃类灵敏度非常接近，因此在进行石油组分等烃类分析中，可以不用定量校正因子，而直接按面积归一法计算。另外，FID对水、空气没有什么响应，使它特别适合于含生物物质的水相样品和空气污染测定，又因对二硫化碳的灵敏度很低，使二硫化碳成为氢火焰离子化检测器样品的极好溶剂。 FID不但响应有一定规律,而且敏

51、感度好,最小检测量可达10-1010-11克并且线性宽达107,由于属于质量型检测器它对操作条件变化相对不敏感,稳定性好,故特别适合于做微量至常量分析。因此,FID是目前所有检测器中最令人满意的,近似理想的一个检测器,使得它和TCD一直是气相色谱中应用最广泛的两个检测器。,（一）、工作原理 从色谱柱中流出的气体（样品组分）经过电极间隙，气体中的一些分子，被氢火焰电离成带电粒子（正离子、负离子、电子），在电场作用下，产生电流。电流流过电隙间隙和测量电阻，在测量电阻两端产生电压降，通过微电流放大器放大后，输给数据处理系统。在氢火焰中产生离子的作用机理，目前尚未完全弄清楚，现有两种理论来解释，热致电

52、离理论和化学电离理论。在此就不做介绍了。 （二）、操作条件的选择 一个设计优良的检测器和合乎要求的气相色谱仪配合，并在操作时选择最佳操作参数，可能得到最大的灵敏度、稳定性和较宽的线性。要求选择的主要参数是载气的种类和纯度，气体流速与配比，检测器的温度等。 1.载气的种类和纯度 用于FID的载气有氮气、氢气、氩气、氦气、空气和二氧化碳等。一般讲，用氮气和氩气作载气能得到比较高的灵敏度。但在大多数情况下用氮气作载气。FID为典型的质量型检测器。原则讲，它对气体的纯度不很敏感，载气和氢气纯度大于99.9%左右，就能满足工作要求。,2.气体的流速和配比 a.最佳氮氢配比:载气的最佳流速是根据最佳分离条

53、件而决定的，氢气(燃烧气)的最佳流速可以根据载气而选择。最佳氮氢配比,目前还无法进行理论计算,通常在1:2到2:1之间。对于每一台仪器,每一个检测器，只能通过实测确定,即每调节一次氢气流速,进一次样品来比较信噪比,反复多次,找出最佳气流比。 b.最佳空气（助燃气）流速：空气在FID中除提供生成离子的氧气外，还起着燃烧产物带走的清扫作用。空气流速较小时，灵敏度随空气量增加而增大，当达到某一点后（这点取决于FID的具体结构或氮气、氢气流量等），再增加空气，灵敏度基本不变化，为能起到清扫作用，选择最佳空气的原则是：灵敏度不再变化时的空气流速再增加50ml/分左右。若空气流速过大，火焰扰动将引起较大的

54、噪声，也容易出现不规则的响应。对于具体每台仪器的最佳空气流速值可参照氢气的选择原理和方法。氢气和空气比大约为1：10左右，空气的一般用量也就是在250400mL/min这个范围内。 c.检测器的温度：温度对于质量型FID的灵敏度，没有明显的影响。实验证明：从80200灵敏度几乎没有变化。但低于80时，灵敏度受冷凝水蒸汽的影响显著降低，噪声也增大。为防止水的冷凝和燃烧产物的污染，一般检测器温度应比柱温高50，最好在大于150下使用。,3.应用、保养、维护中的几个问题 a.在用二硫化碳作溶剂时，有时大于1微升的进样量，将出负峰。在用二硫化碳 作溶剂,在组分的保留时间很短情况下，大量溶剂使检测器失去

55、灵敏度，而使组分没有响应。 b.用氯化烃，氯仿等作溶剂，大量注入会产生黑烟，黑色的烟，会在检测器上结碳和引起腐蚀。适当选择气流比，如载气的浓度不大于氢气的流量45%时，可实现无烟操作，另外也可以加大空气流速，及时把燃烧产物带走以减少污染。 c. FID在操作时如怀疑喷嘴漏气，可以进10微升丙酮观察火焰，如有漏气，火焰就会在喷嘴周围燃烧。 d. FID长期不用，在重新操作之前，应在150下烘考2小时。 e. 检测器的清洗：在任何情况下，为了防止零件的污染（特别是手上的油脂），在拆装时，一定要戴手套和用镊子拿取零件，如果发现收集极和绝缘体上的沉积二氧化硅等污物，可以用刀轻轻的刮去或用细砂纸打磨。清

56、洗整个检测器时，可以用甲醇、丙酮，清洗后置于150的恒温箱中烘干。,第五节 定量方法,在气相色谱分析中，常用的定量方法有：归一法、外标法、内标法等三种。 而按测量参数又可把每种方法分成峰面积法和峰高法。它们各有其实用范围和优缺点。因此，定量分析时如何根据具体情况进行灵活而正确的选择就显得特别的重要，否则将会给定量结果带来较大的误差。 一、 归一法：本方法就是把所有出峰组分的含量之和按100%计算，然后去计算每个组分所占有的百分含量，显然，就要求样品的所有组分都要出峰。这种定量方法的优点是简便、准确，而且操作条件变化时，对结果影响小。,二、外标法： 有时也称定量进样法或检量线法或绝对法。本方法是

57、在一定的操作条件下，用已知纯样品加稀释剂（对液体样品可用溶剂稀释，对气体样品可用载气稀释）配成不同含量（%）的标准样品，然后等体积进样分析，作出响应信号（峰面积或峰高）与含量间的关系曲线，做分析时要在相同条件下进同样体积的被测样品，从色谱图上测量峰高或峰面积值，便可从曲线上查出其含量来。这种定量方法简便、快速，特别适合工厂控制分析。不论样品组分是否全部出峰 ，均可采用定量的参比而言，外标法是最为准确的方法，因为是同质组分进行比较。但是，因工作温度、载气流速，进样量及检测器响应性能等各种因素很难绝对稳定与相同，因此外标法容易出现较大误差。为了减少测定误差，除必须经常对外标校正曲线进行校核，同时，

58、尽可能使标样的含量与被测组分的含量相接近，使之以内插法求出其含量。对气体样品，当采用体积进样阀时，应注意温度、压力变化时对体积的影响，对液体样品，当采用注射器进样时，应注意进样位置，停留时间及进出针的速度等问题。,三、内标法： 本方法就是选择适宜的组分，作待测组分的参比物-即内标物，根据样品和内标物的量，以及待测组分和内标物的响应信号值（峰高或峰面积）进行定量的方法。对所选内标物的要求是，与样品组分不能发生反应并能与样品混匀，待测组分和内标物应能完全分离，且内标物峰与样品峰要尽量靠近，其加入内标量也要接近待测组分的含量。另外，称样要准确，最少应取三位有效数字。,第六节 色谱仪的操作规程（FID）,一、FID恒温分析操作 1 连接载气、空气及氢气的外气路并捡漏。 2 安装色谱柱（从进样器至FID检测器）。 3 安装FID检测器收集极至FID放大器讯号入口间的高频电缆部件。 4 连接工作站的电源线。 5 打开载气源，旋转低压调节杆，直至载气低压表指示为4 kg/cm2。调节气路面板上的二个载气稳流阀旋钮，将A、B二路载气流量调至适当值（根据分离条件，刻度旋钮所需圈数可由流量刻度曲线表查得）。 6 打开主机电源，分别设置柱箱、检测器和进样器温度。 7 设定微机面板使FID放大器处于所需工作状态。 8 待进样器、检测器（FID）及