安捷倫氣相色譜基礎(chǔ)培訓(xùn)

安捷倫氣相色譜基礎(chǔ)培訓(xùn) 質(zhì)量管理部 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 第一部分GC基礎(chǔ)知識 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 1 1概述 色譜法是一種分離方法 它利用物質(zhì)在兩相中分配系數(shù)的微小差異進(jìn)行分離 當(dāng)兩相做相對移動時 使被測物質(zhì)在兩相之間進(jìn)行多次分配 這樣原來的微小差異產(chǎn)生了很大的效果 使各組分分離 以達(dá)到分離分析及測定一些物理化學(xué)常數(shù)的目的 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 理解色譜法 GasChromatography 主要有2點(diǎn) 一是要有兩相 二是要有差異 兩相 固定相和流動相具體到氣相色譜 固定相就是色譜柱 column 流動相就是氣體或者稱為載氣 carriergas 差異就是指分配系數(shù)的差異 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 色譜過程示意圖 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 待分離組分 和 載氣 A B C D 2020年4月20日星期一 分離的過程示意圖 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 1 2氣相色譜法的定義和分類 定義 用氣體作為流動相的色譜法稱為氣相色譜法 分類 根據(jù)固定相的狀態(tài)不同 氣固色譜 GSC 吸附原理 氣液色譜 GLC 分配原理 氣固色譜可用活性炭 硅膠 分子篩 高分子多孔小球等作為固定相 分離的主要對象是一些永久性的氣體和低沸點(diǎn)的化合物 吸附 脫附氣液色譜多用固定液涂漬在惰性載體上作為固定相 一般只要高沸點(diǎn)的有機(jī)化合物 蒸汽壓低 在450 以下有1 5KPa 10KPa的蒸汽壓 且熱穩(wěn)定性好的有機(jī)化合物作為固定液 由于在氣液色譜中可供選擇的固定液種類很多 容易得到好的選擇性 所以氣液色譜有廣泛的實(shí)用價值 溶解 揮發(fā) 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 1 3氣相色譜法的特點(diǎn) 三高 一快 一廣 1 高效能 一般填充柱的理論塔板數(shù)可達(dá)數(shù)千 毛細(xì)管柱可達(dá)一百多萬 2 高選擇性 可以使一些分配系數(shù)很接近的以及極為復(fù)雜 難以分離的物質(zhì) 獲得滿意的分離 3 高靈敏度 可以檢測10 11 10 13g物質(zhì) 適合于痕量分析4 分析速度快 一個試樣的分析可在幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)完成 5 應(yīng)用廣泛 可以分析氣體試樣 也可分析易揮發(fā)或可衍生轉(zhuǎn)化為易揮發(fā)的液體和固體 分析的有機(jī)物 約占全部有機(jī)物 約300萬種 的20 6 不足之處 對被分離組分的定性能力較差 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 從載氣帶著組分進(jìn)入色譜柱起就用檢測器檢測流出柱后的氣體 并用記錄器記錄信號隨時間變化的曲線 此曲線就叫色譜流出曲線 當(dāng)待測組分流出色譜柱時 檢測器就可檢測到其組分的濃度 在流出曲線上表現(xiàn)為峰狀 叫色譜峰 色譜圖 試樣中各組分經(jīng)色譜柱分離后 在柱的末端收集各組分 經(jīng)檢測器轉(zhuǎn)換為電信號 用紀(jì)錄儀將各組分濃度記錄下來 得到色譜圖 1 4色譜圖及有關(guān)術(shù)語 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 如圖所示為一色譜流出曲線 1 基線 在實(shí)驗(yàn)條件下 色譜柱后僅有純流動相進(jìn)入檢測器時的流出曲線稱為基線 基線在穩(wěn)定的條件下應(yīng)是一條水平的直線 它的平直與否可反應(yīng)出實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定情況 2 峰高 h 和峰面積 色譜峰頂點(diǎn)與基線的距離叫峰高 色譜峰與峰底基線所圍成區(qū)域的面積叫峰面積 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 3 保留值a 死時間 tM 不與固定相作用的物質(zhì)從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值時的時間 它與色譜柱的空隙體積成正比 由于該物質(zhì)不與固定相作用 因此 其流速與流動相的流速相近 據(jù)tM可求出流動相平均流速b 保留時間tr 試樣從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值時的時間 它包括組份隨流動相通過柱子的時間t0和組份在固定相中滯留的時間 c 調(diào)整保留時間tr 某組份的保留時間扣除死時間后的保留時間 它是組份在固定相中的滯留時間 即tr tr tM4 色譜峰底寬W 由色譜峰的兩邊拐點(diǎn)做切線 與基線交點(diǎn)的距離 5 半峰高寬度W 色譜峰高一半處的峰寬 也稱為色譜峰半高寬度 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 1 5氣相色譜構(gòu)成示意圖 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 1 6氣相色譜基本流路圖 500次更換 進(jìn)樣墊100次更換 一般為1 10 吸咐不被氣化的物質(zhì) N2尾吹 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 第二部分載氣 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 典型的氣相色譜 氣源 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 氣源與載氣種類 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 對載氣的要求如下 1 惰性 不與樣品或固定相反應(yīng) 2 氣體擴(kuò)散小 以提高柱效率3 容易得到并易純化 4 價格便宜5 滿足檢測器要求常用載氣 N2 H2 He ArTCD用氫氣 氦氣比較好 靈敏度高 FID用氮?dú)廨o助氣 氧氣或空氣 2020年4月20日星期一 1 氣體不純的不良影響2 氣體的凈化方法 3 常用的凈化物質(zhì)的使用與老化 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 1 樣品失真或消失2 柱失效3 對固定液保留特性的影響4 對檢測器的影響 氣體的凈化 2020年4月20日星期一 氧氣捕集器 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 微量的氧氣會破壞色譜柱 特別是對毛細(xì)管柱 氧氣也會降低ECD檢測器的功能 氧氣捕集器 P N3150 0414 應(yīng)連接在分子篩干燥器和儀器安裝設(shè)備的進(jìn)樣口之間 管路 使用GC專用銅管 使用前先用溶劑沖洗 載氣吹干 分子篩干燥器 2020年4月20日星期一 氣流調(diào)節(jié)閥通常在減壓閥輸出氣體的管線中還要串聯(lián)穩(wěn)壓閥 用以穩(wěn)定載氣 或燃?xì)?的壓力當(dāng)用程序升溫進(jìn)行色譜分析時 由于色譜柱柱溫不斷升高引起色譜柱阻力不斷增加 也會使載氣流量發(fā)生變化 為了在氣體阻力發(fā)生變化時 也能維持載氣流速的穩(wěn)定 需要使用穩(wěn)流閥來自動控制載氣的穩(wěn)定流速 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 第三部分進(jìn)樣系統(tǒng)及技術(shù) 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 閥進(jìn)樣 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 氣體進(jìn)樣 液體進(jìn)樣閥 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 取樣狀態(tài)進(jìn)樣狀態(tài) 樣品上方取樣進(jìn)樣法 頂空分析 頂空的概念 1 樣品放置在一個恒溫箱中 或爐中 從而可以達(dá)溫度平衡 2 利用一個氣密型的進(jìn)樣器或其它合適的手段取出樣品上方的相同的頂空氣體 3 再使用一般的GC儀器來分析樣品的頂空氣體 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 頂空相關(guān)問題 適于分析這樣的揮發(fā)物 不純樣品 固體樣品 含有某些不做分析的高沸點(diǎn)組分樣品 含水量較高的樣品 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 應(yīng)用 柱 HP 1 Cross LinkedMethylSilicone 30mx0 53mmx2 65 HPPartNo 19095Z 123 載氣 Helium 5 2psi 爐溫 40C 進(jìn)樣口 1cc 不分流 檢測器 FID 柱 HP 1 Cross LinkedMethylSilicone 30mx0 53mmx2 65 HPPartNo 19095Z 123 載氣 Helium 5 2psi 爐溫 60C 進(jìn)樣口 1cc 分流比5 1 檢測器 FID 水中氯化烴 頂空分析 水中芳烴 頂空分析 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 藥品中溶劑殘留 USP467 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2 4 6 8 10 1 2 3 4 5 1二氯甲烷 25ppm 2氯仿 12ppm 3苯 25ppm 4三氯乙烯 25ppm 5二噁環(huán) 25ppm 進(jìn)樣墊固定螺母 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 進(jìn)樣墊 石墨墊 柱 載氣 玻璃填充物 齒形螺母 襯管 填充柱進(jìn)樣口示意圖 毛細(xì)管柱進(jìn)樣口 分流方式是特為毛細(xì)管柱GC設(shè)計(jì)的樣品引入方式 可與熔融石英 玻璃 金屬柱相接 脈沖不分流允許更大進(jìn)樣量 分流方式用于 含量較高組分分析 不分流方式用于 痕量組分分析 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 分流 不分流流路系統(tǒng) 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 不分流流路示意圖 進(jìn)樣過程中分流放空閥關(guān)閉 沒有分流出口流量 在進(jìn)樣后的某指定時間 分流閥打開 將剩下的蒸汽清除出進(jìn)樣口 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2 操作條件的選擇1 汽化室溫度的選擇2 進(jìn)樣墊的材料與處理3 進(jìn)樣量 進(jìn)樣口操作1 進(jìn)樣口常見問題 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 注意事項(xiàng) 進(jìn)樣口溫度過低 將導(dǎo)致高分子量化合物氣化不完全 并且不能有效轉(zhuǎn)移到色譜柱中 樣品氣化不完全 進(jìn)樣口溫度過高 導(dǎo)致熱穩(wěn)定性差的化合物分解 樣品分解 樣品從進(jìn)樣針注入時 不同組分的氣化程度不同 高沸點(diǎn)組分殘留量比例高 一般情況下進(jìn)樣速度必須很快 因?yàn)楫?dāng)進(jìn)樣時間太長時 試樣原始寬度將變大 色譜峰半峰寬隨之變寬 有時甚至使峰變形 一般地 進(jìn)樣時間應(yīng)在1s以內(nèi) 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 第四部分色譜柱 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 氣相色譜柱有多種類型 從不同的角度出發(fā) 可按色譜柱的材料 形狀 柱內(nèi)徑的大小和長度 固定液的化學(xué)性能等進(jìn)行分類 色譜柱使用的材料通常有玻璃 石英玻璃 不銹鋼和聚四氟乙烯等 根據(jù)所使用的材質(zhì)分別稱之為玻璃柱 石英玻璃柱 不銹鋼柱和聚四氟乙烯管柱等 在毛細(xì)管色譜中目前普遍使用的是玻璃和石英玻璃柱 后者應(yīng)用范圍最廣 對于填充柱色譜 大多數(shù)情況下使用不銹鋼柱 其形狀有U型的和螺旋型的 使用U型柱時柱效較高 按照色譜柱內(nèi)徑的大小和長度 又可分為填充柱和毛細(xì)管柱 前者的內(nèi)徑在2 4mm 長度為1 10m左右 后者內(nèi)徑在0 2 0 5mm 長度一般在25 100m 在滿足分離度的情況下 為提高分離速度 現(xiàn)在也有人使用高柱效 薄液膜的10m短柱 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 根據(jù)固定液的化學(xué)性能 色譜柱可分為非極性 極性與手性色譜分離柱等 固定液的種類繁多 極性各不相同 色譜柱對混合樣品的分離能力 往往取決于固定液的極性 常用的固定液有烴類 聚硅氧烷類 醇類 醚類 酯類以及腈和腈醚類等 新近發(fā)展的手性色譜柱使用的是手性固定液 主要有手性氨基酸衍生物 手性金屬配合物 冠醚 杯芳烴和環(huán)糊精衍生物等 其中以環(huán)糊精及其衍生物為色譜固定液的手性色譜柱 用于分離各種對映體十分有效 是近年來發(fā)展極為迅速且應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊的一種手性色譜柱 在進(jìn)行氣相色譜分析時 色譜柱的選擇是至關(guān)重要的 不僅要考慮被測組分的性質(zhì) 實(shí)驗(yàn)條件例如柱溫 柱壓的高低 還應(yīng)注意和檢測器的性能相匹配 有關(guān)內(nèi)容我們將在以后章節(jié)中加以詳細(xì)討論 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 極性 一詞常用來描述或評價固定液的性質(zhì) 氣相色譜中的所謂極性 是指含有不同功能團(tuán)的固定液與分析物質(zhì)的功能團(tuán)和亞甲基之間相互作用的程度 如果一種固定液保留某種化合物的能力大于另一類 則認(rèn)為這種固定液對于前一類化合物有較高的選擇性 人們最初用來描述和區(qū)別固定液分離特性的方法是羅胥耐德 Rohrschneider 于1959年提出的相對極性方法 他首先規(guī)定固定液 氧二丙腈的相對極性為100 角鯊?fù)闉榱?選用正丁烯與正丁烷或環(huán)已烷與苯作為物質(zhì)對 然后分別測定物質(zhì)對在氧二丙腈 角鯊?fù)橐约氨粶y固定液柱上的相對調(diào)整保留值并取對數(shù) 對于羅氏所建議的方法 有些人仍認(rèn)為不夠完善 1970年麥克雷諾 McReynolds 對這一方法提出改進(jìn)方案 他采用丁醇 2 戊酮和硝基丙烷分別取代羅氏所用的乙醇 甲乙酮和硝基甲烷 實(shí)驗(yàn)溫度改為120 為了與羅氏常數(shù)相區(qū)別 相應(yīng)的麥?zhǔn)铣?shù)用X Y Z U S 表示 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 許多色譜手冊都列有這兩種常數(shù) 但羅氏常數(shù)現(xiàn)在人們已經(jīng)不太常用 使用比較廣泛的是麥?zhǔn)铣?shù) 固定相的評價是一個比較復(fù)雜的問題 不論是羅氏常數(shù)還是麥?zhǔn)铣?shù) 許多人認(rèn)為都還有不少缺點(diǎn) 為了尋求比較完美的表征方法 近年來Abraham等人提出了一種 溶劑化參數(shù)模型 solvationparametermodel 這一模型將溶質(zhì)分子從氣相溶解到固定相的過程分為三個階段 1 在固定相中形成一定大小的空穴 這一過程要打破溶劑 溶劑分子間的 鍵 是一個吸收能量的過程 溶質(zhì)分子越大 需要打破的溶劑 溶劑分子間的 鍵 越多 吸收的能量也越多 如果僅考慮這一階段 溶質(zhì)分子越大 其保留值越小 2 孔穴周圍的溶劑分子重新排列 這一過程雖然與熵及焓有關(guān) 但對Gibbs自由能的貢獻(xiàn)不大 3 溶質(zhì)進(jìn)入孔穴 這一過程產(chǎn)生溶質(zhì)和溶劑之間的各種作用力 所有作用力都會導(dǎo)致釋放能量 有利于溶質(zhì)的溶解 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 色譜柱 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 填充柱 毛細(xì)管柱 色譜柱分類 色譜柱類型 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 填充柱 開管柱 毛細(xì)管柱 常規(guī)型 小球填充柱 多孔層小球填充柱 常規(guī)填充柱及微填充柱 多孔層開管柱 壁涂開管柱 長度 meters 內(nèi)徑 mm 流量 ml min 壓力梯度 psi 樣品負(fù)荷量 5 10 2 4 10 60 10 90 100ng 峰 5 100 530 4 30 1 20 5 100 3 75 1 30 1 40 100ng 峰 5 100 1 25 0 3 1 0 5 90 50ng 峰 PACKED SERIES530 WCOT wide WCOT narrow 氣固色譜 GSC 吸附型 填充柱 吸附填充 GSC 多孔具有大的表面積 毛細(xì)管柱 P orous L ayer O pen T ubular PLOT 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 氣液色譜 GLC 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 分配型 填充柱 毛細(xì)管柱 WallCoatedOpenTubular WCOT 液體相 固體支撐物 非常多的孔具有極大的表面積 液體相 氣液色譜 GLC 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 通過樣品在固定相中不同的溶解度來實(shí)現(xiàn)分離 根據(jù)極性的不同分離組分 通常情況下 相似相溶 或 同極性互相作用 例如 醇類是極性化合物 聚乙二醇 Carbowax 是極性化合物 3 分離度R 柱將兩個峰彼此分開的能力 1 柱效 柱生成尖銳峰的能力 2 選擇性 柱將兩個具有相似的化學(xué)和 或物理性質(zhì)的物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離的能力 優(yōu) 差 優(yōu) 差 分離指標(biāo) 4 柱效 選擇因子和分離度之間的關(guān)系 選擇因子 分離度 分離度 柱效 柱效 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 毛細(xì)管柱色譜條件的選擇 1 柱效 2 液膜厚度 d f 3 柱內(nèi)徑 4 載氣線速及載氣種類 5 柱溫的選擇 6 進(jìn)樣量及進(jìn)樣技術(shù) 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 柱選擇 常用的柱選擇方法 首先試用手邊現(xiàn)有的柱子 向同事請教 從文獻(xiàn)中查到相近應(yīng)用的方法 如不是太清楚 先使用一個非極性柱如HP 1或HP 5 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 固定相選擇的基本原則 相似相溶原理 選用非極性的固定相分析非極性化合物如果化合物可以用不同極性的固定相分析 選用極性最小的固定相 非極性固定相的使用壽命長于極性固定相 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 根據(jù)極性來選擇適合的固定相 從來選擇適當(dāng)?shù)纳V柱 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 氣相色譜毛細(xì)管柱常用固定相 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 固定液的選用氣相色譜固定相 Same Same 100 Methyl SiliconeGum 100 Methyl SiliconeGum 99 Methyl 1 VinylGum 100 Methyl SiliconeFluid 100 Methyl SiliconeFluid 100 Methyl SiliconeFluid 5 Phenyl Carborane MethylSilicone 50 Phenyl MethylSilicone 75 Phenyl MethylSilicone Same 50 3 3 3 Trifluropropyl 25 2 Cyanoethyl 25 Cyanopropyl PolyethyleneGlycol PolyethyleneGlycol Modifiedwith TeraphthalicAcid 50 Cyanopropyl PhenylSilicone Freefattyacidphase PolyethyleneGlycol DiethyleneGlycol Succinate 1 2 3 Trie 2 Cyano ethoxy propane Same Same Same Squalane ApiazonL SE 30 OV 1 UCW 982 DC 200 OV 101 SP 2100 SE 52 orSE 54 Dexall300 OV 17 OV 25 PolyphenylEther 5ring QF 1 OV 210 XE 60 OV 225 Carbowax20M Carbowax20M TPA Silar5CP FFAP 50 3 3 3 Trifluropropyl Carbowax1500 DEQS Silar10C EGS 100 Cyanopropyl Silicone EthyleneGlycol Succinate TCEP Sebaconitrile Bis 2 Methoxyethyl Adipate Bis 2 Cyanoethyl Formalmide OV 1 SE 30 OV 101 SP2100 DC 200 SP2100 OV 101 DC 200 OV 73 PS 300 SP 2250 DC 710 SP 2401 OV 202 QF 210 OV 225 AN 600 E 60 AN 600 SP 2300 CS 5 SP 1000 OV 351 SP 2340 CS 10 SP 2401 OV 202 QF 1 20 100 50 300 50 300 100 350 0 300 0 250 0 350 0 350 50 300 50 450 0 375 0 350 0 200 0 250 0 250 0 265 60 225 60 250 0 250 50 250 40 200 20 200 0 125 0 125 0 75 20 100 0 275 0 250 100 200 0 32 15 16 16 16 16 17 32 47 119 178 176 144 204 228 322 321 319 340 347 499 593 690 Informationnotavailable Informationnotavailable 148 523 537 0 22 53 55 55 57 57 57 72 80 158 204 227 233 381 536 538 537 495 580 607 751 857 991 238 757 787 0 15 44 44 45 45 45 45 65 103 162 208 224 355 340 338 358 367 446 397 418 593 752 853 358 659 643 0 32 64 65 66 66 67 67 148 243 305 306 483 493 492 572 573 637 602 626 840 1028 1110 458 942 942 0 42 41 42 42 43 43 43 98 96 202 280 283 305 367 386 510 520 531 627 589 850 915 1000 310 801 889 0 143 217 222 224 227 229 229 257 474 884 1175 1216 1500 1785 1813 2308 2318 2428 2548 2587 3543 4145 4644 1520 3682 3759 A B C D E McReynold sConstants TempLimit Min MaxC Equivalent Phases Description Tradenames IncreasingPolarity A Benzene B n Butanol C 2 Pentanone D Nitropropane E Pyridine 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 液相選擇 5 苯甲基硅氧烷 11 13 14 1 C 2 4 氯酚 3 癸胺 4 C 5 甲基癸酯 6 C 7 苊 8 1 十二烷醇 9 C 15 50 苯甲基硅氧烷 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 保留時間與填充量 o B 20 液相在50C下分析 C 10 液相在50C下分析 o A 30 液相在50C下分析 D 5 液相在50C下分析 o o E 1 液相在50C下分析 o 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 內(nèi)徑 內(nèi)徑選擇的基本原則 0 10mm口徑柱適用于快速氣相色譜分析 0 25mm口徑柱具有較高的柱效 用于標(biāo)準(zhǔn)的GC MS應(yīng)用和分流 不分流分析 0 32mm口徑柱中等柱效 多用于不分流進(jìn)樣 0 53mm口徑柱 可以替代填充柱 適合于痕量分析 增加色譜柱的內(nèi)徑 可以增加分離的樣品量 但由于縱向擴(kuò)散路徑的增加 會使柱效降低 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 內(nèi)徑對分離度的影響 較小的內(nèi)徑可以獲得更好的分離度 或者在更短的時間內(nèi)獲得同樣的分離度 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 膜厚 膜厚選擇的基本原則 增加膜厚可以提高分離度和加強(qiáng)保留 厚些的液膜可以有效降低過載拖尾峰和其他化合物的共流出 如果樣品的濃度范圍很寬 就需要更厚的液膜 反之 如果目標(biāo)組分的分離足夠 并且沒有共流出的問題 就可以使用比較薄的液膜 對于揮發(fā)性有機(jī)物來說 厚液膜更為合適 液膜厚度的改變將直接影響化合物的流出溫度 膜越厚 保留越強(qiáng) 流出溫度相應(yīng)也越高 標(biāo)準(zhǔn)膜厚 0 25 0 5 m 最廣泛的應(yīng)用 對于流出達(dá)到300 的大多數(shù)樣品分析效果良好 薄液膜 0 1 0 2 m 適合石化分析 甘油三酯等高沸點(diǎn)的物質(zhì) 厚液膜 1 5 m 適合于流出溫度在100 200 之間的低沸點(diǎn)化合物 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 膜厚對分離度的影響 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 長度 長度選擇的基本原則 色譜柱越長 柱效越高 選擇可以滿足分離度要求的最短的柱子 如果即使是最長規(guī)格的色譜柱依然無法滿足分離度的要求 請考慮更換固定相或膜厚 分離度和柱長的平方根成正比 兩倍的柱長只能增加40 的分離度 標(biāo)準(zhǔn)柱 25 30m 標(biāo)準(zhǔn)柱長 滿足大部分應(yīng)用 短柱 5 15m 通常用于10個組份以下簡單樣品的快速分析 長柱 50m以上 復(fù)雜樣品分析 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 柱長對分析時間的影響 恒溫分析 保留時間由柱長決定 柱長加倍分析時間也加倍 程升分析 保留時間主要取決于柱溫 分離度的提升和恒溫分析類似 但分析時間只是略有增加 由于分離度正比于柱長的平方根 所以增加柱長對分離是有利的 但增加柱長會使各組分的保留時間增加 延長分析時間 因此 在滿足一定分離度的條件下 應(yīng)盡可能使用較短的柱子 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 載氣及流速的選擇 1 載氣種類 2 載氣流速 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 HETP A B C HETP CRESISTANCETOMASSTRANSFER AEDDYDIFFUSION MOLECULAR DIFFUSION B opt m m m m 柱效與載氣線速度 柱效受載氣線速度和流量控制 曲線最低點(diǎn)是最小板高 或最大每米塔板數(shù) 的位置 因此柱效也最好 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 柱溫的選擇 1 對柱效的影響 2 對分離度的影響 3 對保留時間的影響 4 與樣品性質(zhì)的關(guān)系 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 柱溫對保留時間的影響 保留時間與爐溫 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 Isothermal TemperatureProgrammed 恒溫色譜法和程序升溫色譜法 主要特點(diǎn) 1 恒溫色譜法 2 程序升溫色譜法 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 程序升溫運(yùn)行特點(diǎn) 當(dāng)組分和較寬的沸程 100度 時使用 減少分析時間 可產(chǎn)生尖銳峰 產(chǎn)生更好的定量準(zhǔn)確性 特別是對于后流出的組分 增加柱流失 產(chǎn)生上漂的基線 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 汽化溫度和檢測溫度 1 汽化溫度 使樣品汽化 一般比柱溫高幾十度 2 檢測溫度 通常比柱溫高至少20度以上 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 為什么必須進(jìn)行色譜柱老化 新色譜柱含有溶劑和高沸點(diǎn)物質(zhì) 所以基線不穩(wěn) 出現(xiàn)鬼峰和噪聲 舊柱長時間未用 也存在同樣問題 一般采用升溫老化 即從室溫程序升溫到最高溫度 并在高溫段保持?jǐn)?shù)小時 新柱老化時 最好不要連接檢測器 每天都要進(jìn)行老化嗎 視儀器基線情況 確定是否需要老化以及老化時間 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 第五部分檢測器 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 檢測器 是將流出色譜柱的被測組分的濃度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置 是色譜儀的眼睛 通常由檢測元件 放大器 數(shù)模轉(zhuǎn)換器三部分組成 被色譜柱分離后的組分依次進(jìn)入檢測器 按其濃度或質(zhì)量隨時間的變化 轉(zhuǎn)化成相應(yīng)電信號 經(jīng)放大后記錄和顯示 給出色譜圖 常用的檢測器 熱導(dǎo)檢測器 氫火焰離子化檢測器 電子捕獲檢測器 火焰光度檢測器 氮磷檢測器 檢測器定義 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 檢測器分類 根據(jù)檢測器的響應(yīng)原理 可將其分為濃度型和質(zhì)量型檢測器 濃度型 檢測的是載氣中組分濃度的瞬間變化 即響應(yīng)值與濃度成正比 如TCD ECD 質(zhì)量型 檢測的是載氣中組分進(jìn)入檢測器中速度變化 即響應(yīng)值與單位時間進(jìn)入檢測器的質(zhì)量成正比 如FID FPD 根據(jù)應(yīng)用范圍 分為通用型檢測器和選擇型檢測器通用型 對所有物質(zhì)有響應(yīng) 如TCD FID 選擇型 對特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng) 如ECD FPD NPD 根據(jù)工作過程 分為破壞型檢測器和非破壞型檢測器破壞型 檢測過程中樣品遭到破壞 不能回收 如FID FPD 非破壞型 檢測過程中樣品不遭到破壞 可以回收 如TCD ECD 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 常用檢測器 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 熱導(dǎo)檢測器 TCD thermalconductivitydetector 基本原理 每種物質(zhì)都有導(dǎo)熱能力 而且導(dǎo)熱的能力大小不同 通過一個熱敏電阻來測定與熱敏電阻接觸的氣體組成變化情況 這種檢測方式雖然不是最靈敏的 但是對所有樣品都有響應(yīng) 是通用型的檢測器 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 1 熱導(dǎo)檢測器的結(jié)構(gòu)池體 一般用不銹鋼制成 熱敏元件 電阻率高 電阻溫度系數(shù)大 且價廉易加工的鎢絲制成 參考臂 僅允許純載氣通過 通常連接在進(jìn)樣裝置之前 測量臂 需要攜帶被分離組分的載氣流過 則連接在緊靠近分離柱出口處 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 平衡電橋 下圖 不同的氣體有不同的熱導(dǎo)系數(shù) 鎢絲通電 加熱與散熱達(dá)到平衡后 兩臂電阻值 R參 R測 R1 R2則 R參 R2 R測 R1無電壓信號輸出 記錄儀走直線 基線 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 進(jìn)樣后 載氣攜帶試樣組分流過測量臂而這時參考臂流過的仍是純載氣 使測量臂的溫度改變 引起電阻的變化 測量臂和參考臂的電阻值不等 產(chǎn)生電阻差 R參 R測則 R參 R2 R測 R1 這時電橋失去平衡 a b兩端存在著電位差 有電壓信號輸出 信號與組分濃度相關(guān) 記錄儀記錄下組分濃度隨時間變化的峰狀圖形 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 影響熱導(dǎo)檢測器靈敏度的因素 熱絲阻值熱絲阻值越大 其靈敏度越高 橋流橋流越大 靈敏度越高 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 TCD的響應(yīng)特性 通用型檢測器靈敏度較低 適合于大于幾十ppm組分測定對鹵化物 重金屬酯響應(yīng)較小濃度型檢測器非破壞型檢測器 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 又稱氫焰離子化檢測器 主要用于可在H2 Air火焰中燃燒的有機(jī)化合物 如烴類物質(zhì) 的檢測 原理 含碳有機(jī)物在H2 Air火焰中燃燒產(chǎn)生碎片離子 在電場作用下形成離子流 根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號強(qiáng)度 檢測被色譜柱分離的組分 火焰離子化檢測器 FID flameionizationdetector FID 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 結(jié)構(gòu) 主要為離子室 內(nèi)有石英噴嘴 發(fā)射極 極化極 此圖中為火焰頂端 和收集極 1 在發(fā)射極和收集極之間加有一定的直流電壓 100 300V 構(gòu)成一個外加電場 2 氫焰檢測器要用到三種氣體 N2 載氣攜帶試樣組分 H2 為燃?xì)?空氣 助燃?xì)?使用時需要調(diào)整三者的比例關(guān)系 檢測器靈敏度達(dá)到最佳 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 A區(qū) 預(yù)熱區(qū)B層 點(diǎn)燃火焰C層 熱裂解區(qū) 溫度最高D層 反應(yīng)區(qū) 工作過程 來自色譜柱的有機(jī)物與H2 Air混合并燃燒 產(chǎn)生電子和離子碎片 這些帶電粒子在火焰和收集極間的電場作用下 幾百伏 形成電流 經(jīng)放大后測量電流信號 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 具體描述如下 氫氣由噴嘴加入 與空氣混合點(diǎn)火燃燒 形成氫火焰 極化極和收集極通過高阻 基流補(bǔ)償和50 350V的直流電源組成檢測電路 測量氫火焰中所產(chǎn)生的微電流 該檢測電路在收集極和極化極間形成一高壓靜電場 H2 O2燃燒能產(chǎn)生2100 高溫 使被測有機(jī)組分電離 載氣 N2 本身不會被電離 只有載氣中的有機(jī)雜質(zhì)和流失的固定液會在氫火焰中被電離成正 負(fù)離子和電子 在電場作用下 正離子移向收集極 正極 負(fù)離子和電子移向極化極 負(fù)極 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 形成的微電流經(jīng)高電阻 在其兩端產(chǎn)生電壓降 經(jīng)微電流放大器放大后從輸出衰減器中取出信號 在記錄儀中記錄下來即為基流 或稱本底電流 背景電流 只要載氣流速 柱溫等條件不變 基流亦不變 無樣品時兩極間離子很少 基流不變 當(dāng)載氣 組分進(jìn)入火焰時 在氫火焰作用下電離生成許多正 負(fù)離子和電子 使電路中形成的微電流顯著增大 即組分的信號 離子流經(jīng)高阻放大 記錄即得色譜峰 蘭州制造中心實(shí)驗(yàn)室 2020年4月20日星期一 注意事項(xiàng) 一 注意安全