第一章氣相色譜法

1、國家職業(yè)資格培訓(xùn)教材國家職業(yè)資格培訓(xùn)教材編審委員會 編王 燕 主編依據(jù)依據(jù)勞動(dòng)和社會保障部勞動(dòng)和社會保障部 制定的制定的國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求編寫要求編寫 通過本章的學(xué)習(xí)，是高級高級化學(xué)檢驗(yàn)工掌握氣相色譜的基本原理；熟悉氣相色譜儀氣相色譜儀的構(gòu)造、使用和維護(hù)保養(yǎng)方法構(gòu)造、使用和維護(hù)保養(yǎng)方法。掌握固定相固定相的基本性質(zhì)和選擇選擇固定相的原則。掌握色譜柱色譜柱的制備方法的制備方法，熟悉熱導(dǎo)池和氫火焰檢測器熟悉熱導(dǎo)池和氫火焰檢測器的工作原理。掌握校正因子的測定方法及定性定量的方法。1.色譜流出曲線圖1-1色譜流出曲線2.基線(1)死時(shí)間tM從進(jìn)樣開始到惰性組分(指不被固定相吸附或溶解的空氣或甲

2、烷)從柱中流出，呈現(xiàn)濃度極大值時(shí)所需要的時(shí)間稱為死時(shí)間，用tM表示。(2)保留時(shí)間tR從進(jìn)樣到出現(xiàn)待測組分信號極大值所需要的時(shí)間稱為保留時(shí)間，以tR表示。(3)調(diào)整保留時(shí)間tR扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間稱為調(diào)整保留時(shí)間，以tR表示。3.保留值(4)死體積VM、保留體積VR和調(diào)整保留體積VR保留時(shí)間受載氣流速的影響,為了消除這一影響,保留值也可以用從進(jìn)樣開始到出現(xiàn)峰(空氣或甲烷峰,組分峰)極大值所流過的載氣體積來表示，即用保留時(shí)間乘以載氣平均流速。(5)相對保留值ris在一定實(shí)驗(yàn)條件下，組分i與另一標(biāo)準(zhǔn)組分s的調(diào)整保留時(shí)間之比稱為相對保留值，以ris表示。(6)選擇性因子相鄰兩組分調(diào)整保留值之比稱為

3、選擇性因子，以表示。(1)峰高(h)峰高指峰頂?shù)交€的距離，用h表示。(2)峰面積(A)指每個(gè)組分的流出曲線與基線間所包圍的面積，用A表示。4.峰高、峰面積5.區(qū)域?qū)挾?1)標(biāo)準(zhǔn)偏差()指0.607倍峰高處色譜峰寬度(見圖1-1中EF段)的一半，用表示。(2)半峰寬(W1/2)指峰高一半處色譜峰的寬度(見圖1-1中GH段)，以W1/2表示。(3)峰底寬度(Wb)指通過色譜峰兩側(cè)拐點(diǎn)作切線在基線上的截距。(1)理論塔板數(shù)n塔板理論是從實(shí)踐中總結(jié)出來的一種半經(jīng)驗(yàn)理論，它把色譜柱比作一個(gè)精餾塔，假設(shè)柱中有許多塔板，組分在每個(gè)塔板氣相和液相間進(jìn)行分配并達(dá)到分配平衡，然后都隨著流動(dòng)相按一個(gè)一個(gè)塔板的方式

4、向前轉(zhuǎn)移。(2)有效理論塔板數(shù)n有效在實(shí)際應(yīng)用中，常常出現(xiàn)計(jì)算出的n很大，但色譜柱的實(shí)際分離效能并不高的現(xiàn)象。1. 塔板理論2.速率理論圖1-2渦流擴(kuò)散項(xiàng)示意圖1.氣路結(jié)構(gòu)圖1-3單柱單氣路結(jié)構(gòu)示意圖1載氣鋼瓶2減壓閥3凈化器4氣流調(diào)節(jié)閥5轉(zhuǎn)子流量計(jì)6汽化室7色譜柱8檢測器圖1-4雙柱雙氣路結(jié)構(gòu)示意圖1載氣鋼瓶2減壓閥3凈化器4穩(wěn)壓閥5壓力表6、6針形閥7、7轉(zhuǎn)子流量計(jì)8、8進(jìn)樣汽化室9、9色譜柱10檢測器2.載氣圖1-5凈化管的結(jié)構(gòu)a)非直通式b)直通式1干燥管2螺母3毛玻璃4干燥劑5載氣出口6載氣入口3.管路連接4.檢漏5.載氣流量的測定圖1-6流量計(jì)a)轉(zhuǎn)子流量計(jì)b)皂膜流量計(jì)G07BG

5、11)氣體樣品可以用平面六通閥(又稱旋轉(zhuǎn)六通閥)進(jìn)樣(見圖1-7)。圖1-7平面六通閥結(jié)構(gòu)、采樣和進(jìn)樣位置a)取樣位置b)進(jìn)樣位置1.進(jìn)樣器2)液體樣品可以采用微量注射器進(jìn)樣。圖1-8微量注射器3)固體樣品通常用溶劑溶解后，用微量注射器進(jìn)樣。2.汽化室圖1-9汽化室a)普通汽化室b)內(nèi)襯石英管的汽化室1載氣和樣品氣出口2載氣入口3進(jìn)樣口4硅橡膠墊5螺母6汽化室體7電熱絲8保溫材料9保溫外殼10石英管11金屬墊片1.填充柱2.毛細(xì)管柱(開管柱)1.熱導(dǎo)池檢測器圖1-10熱導(dǎo)池構(gòu)造a)雙臂熱導(dǎo)池b)四臂熱導(dǎo)池圖1-11熱導(dǎo)池氣路形式a)直通型b)半擴(kuò)散型c)擴(kuò)散型2.氫火焰離子化檢測器圖1-12氫

6、火焰離子化檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖1離子室2點(diǎn)火線圈3極化極4收集極5高電阻6記錄儀3.電子捕獲檢測器圖1-13電子捕獲檢測器示意圖4. 火焰光度檢測器圖1-14火焰光度檢測器結(jié)構(gòu)示意圖1噴嘴2遮風(fēng)槽3石英窗4濾光片5光電倍增管6放大器7記錄儀(1)對固定液的要求固定液是高沸點(diǎn)有機(jī)物。1)在使用溫度下為液體，蒸氣壓低，穩(wěn)定性好。2)能溶解被分離混合物中的各組分，使各組分有足夠的分離能力。3)粘度低，能在擔(dān)體表面形成均勻的液膜。(2)固定液的種類及用途在氣液色譜中所使用的固定液已達(dá)1000多種，為了便于選擇和使用，一般按固定液的“極性”大小進(jìn)行分類。(3)固定液選擇的原則選擇固定液應(yīng)根據(jù)不同的分析對象

7、和分析要求進(jìn)行。1.固定液1)分離非極性物質(zhì)可選用非極性固定液。2)分離極性物質(zhì)建議按極性強(qiáng)弱來選相應(yīng)極性固定液。3)分離非極性和極性混合物時(shí)選用極性固定液。4)能形成氫鍵的試樣選用氫鍵型固定液(如醇、酚、胺和水的分離)。5)對于復(fù)雜組分可選用兩種或兩種以上的固定液配合使用，以增加分離效果。6)對于含有異構(gòu)體的試樣(主要是含有芳香性異構(gòu)部分)可選用特殊保留作用的有機(jī)皂土或液晶做固定液。(1)擔(dān)體的分類2.擔(dān)體1)硅藻土型載體。2)非硅藻土型載體。(2)擔(dān)體的預(yù)處理硅藻土型載體表面由于有硅醇(SiOH)和硅醚(SiOSi)基團(tuán)，并有少量金屬氧化物和Al2O3酸性作用點(diǎn)及Fe2O3堿性作用點(diǎn)，會引

8、起對組分的吸附造成色譜峰的拖尾，因此使用前需要經(jīng)過處理。1)酸洗法。2)堿洗法。3)硅烷化處理。4)釉化處理。(3)擔(dān)體的選擇原則載(擔(dān))體選擇適當(dāng)，能提高色譜柱效能，有利于混合物分離。1)固定液用量大于5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，可選用硅藻土白色載體或紅色載體；若固定液用量小于5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，可選用表面處理過的載體。2)腐蝕性樣品可選氟載體；而高沸點(diǎn)組分可選用玻璃微球載體。3)載體粒度一般選用6080目或80100目，高效柱可選用100120目。(1)柱管的選擇柱形、柱內(nèi)徑、柱長度都會影響柱的分離效果，一般直形管效果優(yōu)于U形和螺旋形，但后者體積小、為一般儀器常用。(2)柱管的試漏和清洗在選定色譜

9、柱后，需要對色譜柱進(jìn)行試漏和清洗，試漏方法是將色譜柱出口堵住，將色譜柱全部浸入水中，另一端通入氣體，在高于使用時(shí)操作壓力下，不應(yīng)有氣泡冒出，否則應(yīng)更換色譜柱。1.色譜柱柱管的選擇與清洗2.固定液的涂漬(1)固定液用量的選擇固定液的用量要視載體的性質(zhì)及其他情況而定。(2)固定液的涂漬圖1-15泵抽裝柱示意圖3.色譜柱的裝填4.色譜柱的老化(1)橋路電流的選擇橋路電流指直流穩(wěn)壓電源供給測量電橋的電流，簡稱橋流。(2)池體溫度的選擇熱導(dǎo)池置于可控恒溫箱中，池體溫度對檢測靈敏度也有影響。(3)載氣的選擇載氣與樣品的導(dǎo)熱能力相差越大，檢測器靈敏度越高。1.熱導(dǎo)池檢測器的工作原理2.熱導(dǎo)池檢測器操作條件的

10、選擇 (1)基流在氫火焰燃燒過程中，當(dāng)沒有樣品組分進(jìn)入檢測器只有載氣通過時(shí)，檢測器產(chǎn)生的微弱電流(一般約為10-1210-11A)稱為基流。(2)載氣種類及氣體流速實(shí)驗(yàn)證明，使用氫焰檢測器時(shí)，以氮?dú)庾鬏d氣要比用其他氣體(如H2、He、Ar)作載氣時(shí)的靈敏度高，因此選擇氮?dú)庾鬏d氣。(3)極化電壓極化電壓的大小會直接影響檢測器的靈敏度。1.氫焰檢測器的檢測原理2.影響氫焰檢測器靈敏度的因素(4)電極形狀和距離有機(jī)物在氫火焰中的離子化效率很低，因此要求收集極要有足夠大的表面積，這樣可以收集更多的正離子，提高收集效率。1)為了避免水蒸氣和樣品在檢測器內(nèi)冷凝，要使檢測器溫度保持在100以上(常用150)

11、。2)離子室內(nèi)噴嘴和收集極，在使用一定時(shí)間后，應(yīng)使用無水乙醇進(jìn)行清洗。3.使用氫焰檢測器的注意事項(xiàng)1.電子捕獲檢測器的檢測原理圖1-16電子捕獲檢測器產(chǎn)生的色譜圖(1)載氣純度及流速電子捕獲檢測器要求使用高純度載氣(純度達(dá)99.99%)，若載氣中含微量O2和H2O等負(fù)電性物質(zhì)，對檢測器的靈敏度影響很大。(2)進(jìn)樣量電子捕獲檢測器是依據(jù)基流減小獲得檢測信號的，為了獲得高分離度，進(jìn)樣量必須適當(dāng)，通常希望產(chǎn)生的峰高不超過基流的30%。(3)極化電壓及電極間距離當(dāng)脈沖直流供電時(shí)，電子捕獲檢測器中正、負(fù)電極間距離以410mm為宜。2.電子捕獲檢測器操作條件的選擇(4)檢測器的使用溫度檢測器的使用溫度受所

12、用的放射源的最高使用溫度限制，對常用的鎳源使用溫度低于400，但要高于柱溫。(1)各種氣體流速火焰光度檢測器使用的是富氫火焰，因此當(dāng)載氣(N2)使用的是最佳流速時(shí)，氫氣的流量要大。(2)檢測器使用溫度檢測器使用溫度應(yīng)大于100，以防止氫氣燃燒生成的水蒸氣冷凝在檢測器中而增大噪聲。(3)暗電流光電倍增管暗電流對檢測器靈敏度影響很大，因而要求所用的光電倍增管暗電流要小。1.火焰光度檢測器的檢測原理2.火焰光度檢測器操作條件的選擇(1)保留指數(shù)定義保留指數(shù)是把物質(zhì)的保留行為用緊靠近它的兩個(gè)正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)物來標(biāo)定(要使這兩個(gè)正構(gòu)烷烴的調(diào)整保留時(shí)間一個(gè)在被測組分的調(diào)整保留時(shí)間之前，一個(gè)在其之后)。1.標(biāo)樣

13、對照定性2.利用相對保留值定性3.利用保留指數(shù)定性圖1-17保留指數(shù)測定示意圖正庚烷正辛烷i待測組分(2)保留指數(shù)的測定要測定某一物質(zhì)的保留指數(shù)，只要與相鄰兩正構(gòu)烷烴混合在一起(或分別進(jìn)行)，在相同色譜條件下進(jìn)行分析，測出保留值(見圖1-17)。(1)手工測量法1)峰高乘以半峰寬法： 當(dāng)色譜峰形對稱且不太窄時(shí)，可采用此法。2)峰高乘以平均峰寬： 當(dāng)峰不對稱時(shí)，可采用此法。3)峰高乘以保留時(shí)間法：1.峰面積的測量(2)自動(dòng)積分儀法自動(dòng)積分儀可自動(dòng)測出一曲線所包圍的真實(shí)面積，有效數(shù)字大于4位，精密度高(相對偏差可達(dá)0.2%2%)。(3)以峰高表示峰面積對一些對稱的狹窄峰，可以直接以峰高代替峰面積的

14、測量，這樣既簡便快速，又準(zhǔn)確。(1)絕對校正因子(fi)2.定量校正因子(2)相對校正因子(fi)1)相對質(zhì)量校正因子指組分的量以質(zhì)量表示時(shí)的相對校正因子，用fm表示。2)相對摩爾校正因子指組分的量以物質(zhì)的量n表示時(shí)的相對校正因子，用fM表示3)相對體積校正因子是對于氣體樣品，以體積計(jì)量時(shí)，相應(yīng)的相對校正因子稱為相對體積校正因子，以fV表示。(3)相對響應(yīng)值(s)相對響應(yīng)值是物質(zhì)i與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s的響應(yīng)值(靈敏度)之比。(4)校正因子的測定方法相對校正因子數(shù)值可以從文獻(xiàn)上查得，但實(shí)際工作中一般都是自行測得。3.定量分析方法(1)歸一化法歸一化法是以樣品中被測組分經(jīng)校正過的峰面積(或峰高)占樣品中各

15、組分經(jīng)校正過的峰面積(或峰高)之和的比例來表示樣品中各組分含量的定量方法。(2)內(nèi)標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法是將一定量選定的標(biāo)準(zhǔn)物(稱內(nèi)標(biāo)物s)加入到一定量試樣中，混合均勻后，在一定操作條件下注入色譜儀，出峰后分別測量組分i和內(nèi)標(biāo)物s的峰面積(或峰高)，然后再按內(nèi)標(biāo)法公式計(jì)算組分的含量。1)內(nèi)標(biāo)物應(yīng)是試樣中不存在的純物質(zhì)。2)內(nèi)標(biāo)物的性質(zhì)應(yīng)與待測組分性質(zhì)相近，以使內(nèi)標(biāo)物的色譜峰與待測組分色譜峰靠近并與之完全分離。3)內(nèi)標(biāo)物與樣品應(yīng)完全互溶，但不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。4)內(nèi)標(biāo)物加入量應(yīng)接近待測組分含量。(3)外標(biāo)法外標(biāo)法也稱已知樣校正法或標(biāo)準(zhǔn)曲線法。圖1-18外標(biāo)法定量(4)標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法又稱為疊加法或內(nèi)加法。

16、圖1-19標(biāo)準(zhǔn)加入法示意圖(1)載氣的選擇氣相色譜的載氣是載送樣品進(jìn)行分離的惰性氣體，是氣相色譜的流動(dòng)相。1)適應(yīng)檢測器的要求。2)有利于提高色譜柱效能和分析速度。(2) 載氣流速的選擇最佳流速一般通過實(shí)驗(yàn)來選擇。1.載氣及其流速的選擇圖1-20塔板高度H與載氣流速v的關(guān)系2.柱長及柱內(nèi)徑的選擇1)用注射器取樣時(shí)，應(yīng)先用丙酮或乙醚抽洗56次后，再用被測試液抽洗56次，然后緩慢抽取一定量試液(稍多于需要量)。3.柱溫的選擇4.汽化室溫度選擇5.進(jìn)樣量與進(jìn)樣時(shí)間2)取樣后就立即進(jìn)樣。3)進(jìn)樣時(shí)要求操作穩(wěn)當(dāng)、連貫、迅速。(1)色譜柱安裝和系統(tǒng)試漏色譜柱預(yù)先安裝到色譜儀中，再進(jìn)行試漏。(2)色譜條件的

17、設(shè)置首先設(shè)置柱溫，檢測器溫度和進(jìn)樣口溫度。(3)色譜測定儀器穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)色譜儀輸出零點(diǎn)，開始進(jìn)樣。(4)熱導(dǎo)檢測器色譜儀的操作步驟1)開啟載氣鋼瓶(N2或H2)將壓力調(diào)至0.6MPa, 用儀器面板上減壓閥調(diào)節(jié)柱前壓力為0.020.03MPa左右，以主機(jī)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)所需氣體流量為20mL/min。1.熱導(dǎo)氣相色譜儀的操作2)打開主機(jī)電源。3)開啟溫控器電源，調(diào)節(jié)氣化室加熱器，控制氣化溫度為120，調(diào)節(jié)色譜柱溫調(diào)節(jié)器，使色譜室溫度為80。4)開啟熱導(dǎo)檢測器電源，轉(zhuǎn)動(dòng)熱導(dǎo)池電流調(diào)節(jié)旋鈕，調(diào)節(jié)電流在120mA,不可以調(diào)的太大，否則容易燒壞鎢絲。5)半小時(shí)后開啟記錄儀，衰減器置于1/1位置，調(diào)節(jié)平衡和調(diào)零電位器，使記錄儀針在零點(diǎn)附近，待基線走穩(wěn)后進(jìn)樣。6)進(jìn)樣前進(jìn)一步，檢查溫度是否在所需控制的溫度點(diǎn)上。7)