氣相培訓(xùn)課件-141006

1、2021-12-281氣相色譜分析法氣相色譜分析法2021-12-282v色譜分析是一種集分離、分析于一體的方法，先分離后檢測、邊分離邊檢測。v色譜分析靈敏高效，可用于各領(lǐng)域各類樣品的分離檢測。一一 氣相色譜理論氣相色譜理論2021-12-28319031903年，俄國植物學(xué)家年，俄國植物學(xué)家TswattTswatt，在研究植物葉綠素時(shí)，加入植物葉在研究植物葉綠素時(shí)，加入植物葉綠素提取液的石油醚溶液并不斷加綠素提取液的石油醚溶液并不斷加入純的石油醚。入純的石油醚。 現(xiàn)象：現(xiàn)象：在碳酸鈣上出現(xiàn)了在碳酸鈣上出現(xiàn)了具有具有不同顏色的色帶不同顏色的色帶，并將由此色，并將由此色帶組成的譜圖命名為帶組成的

2、譜圖命名為“色譜圖色譜圖”。19061906年，在生物學(xué)報(bào)上發(fā)表了第一年，在生物學(xué)報(bào)上發(fā)表了第一篇色譜論文，并將其命名為篇色譜論文，并將其命名為“色譜色譜法法”，chromatography.chromatography.一一 色譜法引論色譜法引論2021-12-284色譜法色譜法是利用混合物不同組分在是利用混合物不同組分在和和中中分配系數(shù)分配系數(shù)(或吸附系數(shù)、滲透性等或吸附系數(shù)、滲透性等)的差的差異，使不同組分在作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩相中異，使不同組分在作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩相中進(jìn)進(jìn)行反復(fù)分配，實(shí)現(xiàn)分離的分析方法。行反復(fù)分配，實(shí)現(xiàn)分離的分析方法。在色譜分離中固定不動(dòng)、對(duì)樣品產(chǎn)生保留的一相。色譜過程中攜帶待測

3、組分向前移動(dòng)的物質(zhì)。2021-12-285 常見常見色譜法的分類色譜法的分類根據(jù)流動(dòng)相的根據(jù)流動(dòng)相的物態(tài)可分為物態(tài)可分為氣相色譜氣相色譜(GC)液相色譜液相色譜(LC)2021-12-286二二 色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語色譜流出曲線及有關(guān)術(shù)語2021-12-2871、峰、峰 peak色譜流出組分通過檢測器所產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)時(shí)間曲線。2、基線、基線 baseline在正常操作條件下，僅有流動(dòng)相通過時(shí)響應(yīng)信號(hào)時(shí)間曲線。3、基線噪聲、基線噪聲 baseline noise由各種因素所引起的基線波動(dòng)。 4、保留時(shí)間、保留時(shí)間 rentention time tR組分從進(jìn)樣到出峰極大值的時(shí)間2021-12-

4、2885、峰寬、峰寬 peak width at base W過峰拐點(diǎn)做兩條切線，切線與基線兩交點(diǎn)的距離。6、半高峰寬、半高峰寬 peak width at half height Wh/2峰高一半處的峰寬。2021-12-289一、利用一、利用保留時(shí)間保留時(shí)間定性定性 Retention time (tR ) : 定定性，最簡便，使用最多性，最簡便，使用最多，缺點(diǎn)是受操作條件影，缺點(diǎn)是受操作條件影響大，響大，u、T的微小變的微小變化使化使tR改變，影響結(jié)果改變，影響結(jié)果。用已知純物質(zhì)用已知純物質(zhì) 對(duì)照定性對(duì)照定性2021-12-2810二、峰高與峰面積定量二、峰高與峰面積定量目標(biāo)物在儀器上的

5、響應(yīng)和目標(biāo)物的峰高目標(biāo)物在儀器上的響應(yīng)和目標(biāo)物的峰高/峰面積成峰面積成正比。即濃度越高，峰高正比。即濃度越高，峰高/峰面積越大。峰面積越大。2021-12-2811三三 色譜分析的基本原理色譜分析的基本原理組分保留時(shí)間為何不同？組分保留時(shí)間為何不同？色譜峰為何變寬？色譜峰為何變寬？2021-12-2812msccK 組分在固定相中的濃度組分在固定相中的濃度組分在流動(dòng)相中的濃度組分在流動(dòng)相中的濃度（一）（一） 分配系數(shù)分配系數(shù)2021-12-2813組分一定時(shí)，組分一定時(shí)，K主要取決于固定相性質(zhì)主要取決于固定相性質(zhì)組分及固定相一定時(shí)組分及固定相一定時(shí), ,溫度增加溫度增加, ,K減小減小試樣中的

6、各組分具有不同的試樣中的各組分具有不同的K值是分離的基礎(chǔ)值是分離的基礎(chǔ)選擇適宜的固定相可改善分離效果選擇適宜的固定相可改善分離效果影響影響K的因素的因素 固定相固定相溫度溫度2021-12-2814( (二）色譜理論二）色譜理論1 塔板理論塔板理論柱分離效能指標(biāo)柱分離效能指標(biāo)* k=12021-12-28152021-12-2816 塔板號(hào)塔板號(hào)載氣塔板體積數(shù)載氣塔板體積數(shù)01234柱出口柱出口01234567891011121314151610.50.250.1250.0630.0320.0160.0080.0040.0020.00100000000.50.50.3750.250.1570.

7、0950.0560.0320.0180.0100.0050.0020.001000000.250.3750.3750.3130.2350.1650.1110.0720.0450.0280.0160.0100.0050.0020.0010.000.1250.250.3130.3130.2740.220.1660.0940.0700.0490.0330.0220.0140.00800000.0630.1570.2350.2740.2740.2470.2070.1510.1100.080.0570.0400.027000000.0320.0790.1180.1380.1380.1240.1040.0

8、760.0560.0400.0280.0202021-12-2817222/11654. 5 WtWtnrrnLH 理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)理理論論塔塔板板高高度度色譜柱長度色譜柱長度當(dāng)色譜柱長度一定時(shí)，塔板數(shù)當(dāng)色譜柱長度一定時(shí)，塔板數(shù) n 越大越大( (塔板高度塔板高度 H 越小越小) )，被測組分在柱內(nèi)，被測組分在柱內(nèi)被分配的次數(shù)越多，柱效能越高，所被分配的次數(shù)越多，柱效能越高，所得色譜峰越窄。得色譜峰越窄。2021-12-28182 速率理論速率理論影響柱效的因素影響柱效的因素CuuBAH 流動(dòng)相流動(dòng)相線速度線速度范弟姆特方程范弟姆特方程2021-12-28191) 渦流擴(kuò)散項(xiàng)渦流擴(kuò)散項(xiàng)Ap

9、dA 2 固定相顆粒越小，填充的越均勻固定相顆粒越小，填充的越均勻A越小，越小，H越小，柱效越高，色譜峰越窄。越小，柱效越高，色譜峰越窄。2021-12-28202) 分子擴(kuò)散項(xiàng)分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u(縱向擴(kuò)散項(xiàng)縱向擴(kuò)散項(xiàng))gDB 2 流動(dòng)相流動(dòng)相柱內(nèi)譜帶構(gòu)型柱內(nèi)譜帶構(gòu)型相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：濃度梯度濃度梯度影響因素：影響因素：流動(dòng)相流速；流動(dòng)相流速；氣體擴(kuò)散系數(shù)氣體擴(kuò)散系數(shù))1(載載氣氣MDg 2021-12-28213) 傳質(zhì)阻力項(xiàng)傳質(zhì)阻力項(xiàng)CuuCuCCulg gpgDdkkC222)1(01. 0 氣相傳質(zhì)阻力氣相傳質(zhì)阻力固定相顆粒越小，載氣分子量越小固定相顆粒越小

10、，載氣分子量越小氣相傳質(zhì)阻力越小氣相傳質(zhì)阻力越小2021-12-2822四四 分離度分離度)WW()tt (2)WW(21ttR211r2r211r2r 定義：定義：tr2, tr1: 組分組分2和組分和組分1的保留時(shí)間的保留時(shí)間W2, W1: 組分組分2和組分和組分1的峰底寬度的峰底寬度2021-12-2823R=1.5完全分離完全分離小結(jié)：小結(jié)：對(duì)于同一固定相毛細(xì)柱而言：色譜柱越長，內(nèi)徑越小，對(duì)于同一固定相毛細(xì)柱而言：色譜柱越長，內(nèi)徑越小，膜厚越厚，色譜柱的柱效越高，色譜柱的分離效果越膜厚越厚，色譜柱的柱效越高，色譜柱的分離效果越好。好。相反的，相反的，而當(dāng)柱箱的溫度越高，載氣的流量而當(dāng)柱

11、箱的溫度越高，載氣的流量/壓力越大，樣品的壓力越大，樣品的出峰時(shí)間越快出峰時(shí)間越快2021-12-2825二二 氣相色譜技術(shù)氣相色譜技術(shù)v氣相色譜可分析的有機(jī)物占目前發(fā)現(xiàn)總有機(jī)物的1520。v定性定量準(zhǔn)確，可同時(shí)分析多種有機(jī)物。v應(yīng)用范圍： 揮發(fā)溫度500 熱穩(wěn)定性好 相對(duì)分子量 400 為什么用氣相色譜？2021-12-2826GC工作過程工作過程檢測器進(jìn)樣器色譜柱GAS 氣源柱溫箱數(shù)據(jù)處理2021-12-2827載氣系統(tǒng)載氣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測和檢測和記錄系統(tǒng)記錄系統(tǒng)溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)2021-12-2828（一）載氣系統(tǒng)（一）載氣系統(tǒng)常用載氣：常用載氣：氮?dú)?、氦氣、氫?/p>

12、、氬氣氮?dú)?、氦氣、氫氣、氬氣氣源氣源凈化干燥管凈化干燥管載氣流速控制裝置載氣流速控制裝置 載氣系統(tǒng)載氣系統(tǒng)載氣選擇依據(jù)載氣選擇依據(jù)檢測器檢測器柱效柱效純度純度 2021-12-2829（二）進(jìn)樣系統(tǒng)（二）進(jìn)樣系統(tǒng)2021-12-2830進(jìn)樣口剖面圖進(jìn)樣口剖面圖2021-12-2831（三）分離系統(tǒng)（三）分離系統(tǒng)(色譜柱色譜柱)色譜柱色譜柱填充柱填充柱毛細(xì)管柱毛細(xì)管柱柱內(nèi)徑柱內(nèi)徑1-10 mm0.05-0.5 mm柱長度柱長度 0.5-10 m10-150 m總塔板數(shù)總塔板數(shù)103 106樣品容量樣品容量 10-1000 0.1-50g g 323 分離系統(tǒng)填充柱和毛細(xì)管柱填充柱和毛細(xì)管柱切面填

13、充柱和毛細(xì)管柱切面2021-12-2833毛細(xì)管柱長度色譜柱過短，柱效低，可能出現(xiàn)未能有效分離目標(biāo)物的情況。理論上毛細(xì)管柱越長，柱效越高，對(duì)同一類的有機(jī)物分離效果越好。但過長的毛細(xì)柱會(huì)增加目標(biāo)物的縱向擴(kuò)散，造成峰型展寬。選擇合適長度的毛細(xì)柱很重要。毛細(xì)管柱內(nèi)徑0.25mm：用于分流/不分流進(jìn)樣，或柱上進(jìn)樣，前提是被測物不會(huì)過載。0.32mm：用于分流/不分流進(jìn)樣，或柱上進(jìn)樣，允許較高濃度的分析物。0.53mm：內(nèi)徑接近填充柱，允許比較大的進(jìn)樣量。涂膜厚度v影響保留時(shí)間和容量。v較厚的涂層會(huì)延長保留時(shí)間和增加柱容量。v薄的涂層用于高沸點(diǎn)的分析物。v標(biāo)準(zhǔn)的毛細(xì)管柱一般為0.25 m.v0.53 m

14、m內(nèi)徑的毛細(xì)管柱一般為1.0 - 1.5 m.液體固定相v固定相決定了色譜柱的選擇性。v有數(shù)百種固定相，尤其是填充柱.v許多固定相有多種商品名。v毛細(xì)管柱的固定相選擇較簡單。v“相似相溶原理” - 用極性固定相分析極性物質(zhì)。 - 用非極性固定相分析非極性物質(zhì).2021-12-2837 固定液的選擇原則固定液的選擇原則“相似相溶相似相溶”a. 非極性物質(zhì)非極性物質(zhì)非極性固定液非極性固定液。 沸點(diǎn)沸點(diǎn)越低的組分越早出峰。越低的組分越早出峰。 C1-C10烷烴、苯系物等b. 極極性物質(zhì)性物質(zhì)極性固定液極性固定液。 極性極性越小的組分越早出峰。越小的組分越早出峰。 醇類、脂類等c. 極極性與非極性混合

15、物性與非極性混合物極性固定液極性固定液。 極性越小的組分越早出峰。極性越小的組分越早出峰。常用固定相與相應(yīng)色譜柱固定相極性相應(yīng)色譜柱應(yīng)用100二甲基聚硅氧烷非極性O(shè)V-1,OV-101,SE-30,DB-1,HP-1,BP1常規(guī)使用，碳?xì)浠衔?，芳香化合物，農(nóng)藥，酚類，除草劑，胺，脂肪酸甲酯5苯基-95 二甲基聚硅氧烷非極性SE-54,DB-5,HP-5,BP5芳香化合物，農(nóng)藥，殺蟲劑，藥物，碳?xì)浠衔?4氰丙苯基-86二甲基聚硅氧烷中等極性HP-1701,DB-1701,OV-1701,BP-10農(nóng)藥，殺蟲劑，藥物50苯基-50 二甲基聚硅氧烷中等極性HP-50,DB-17,OV-17藥物，

16、殺蟲劑，乙二醇聚乙二醇極性HP-20M (HP-Wax),DB-Wax,BP20溶劑，醇類，游離酸，芳香化合物FFAP聚乙二醇（TPA處理）極性HP-FFAP,DB-FFAP,BP21溶劑，醇類，游離酸，芳香化合物色譜柱中固定相流失柱流失可以從檢測器的背景信號(hào)中觀察到： 柱流失是由于固定相遭到破壞而導(dǎo)致的。v柱流失隨著溫度的增加而增加。v極性柱有較高的柱流失。v柱子損壞或退化，柱流失可能會(huì)增加。v避免使用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿v按照制造商推薦的溫度限制使用強(qiáng)酸 強(qiáng)強(qiáng)堿堿 HCl H2SO4 H3PO4 HNO3 KOH NaOH NH4OH 2021-12-2840(四四) 檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)1 熱導(dǎo)池檢測

17、器熱導(dǎo)池檢測器 (TCD)參比參比測量測量R1R2ABR1*R參比參比=R2*R測量測量只有載氣通過時(shí)只有載氣通過時(shí)載氣載氣+組分組分R1*R參比參比R2*R測量測量利用載氣與組分熱導(dǎo)系數(shù)的差異進(jìn)行測量利用載氣與組分熱導(dǎo)系數(shù)的差異進(jìn)行測量 H2H2H2H2H2H2CH4CH4CH4CH4CH4CH4CHO+CHO+CHO+CHO+CHO+CO2CO2CO2H 02H 02H 02H 02H2H2H2H2H2H2 FID 是 一 個(gè) 破 壞 性、 質(zhì) 量 型 檢 測 器。 火 焰 中 生 成 大 量 的 碳 正 離 子， 被 收 集 后 形 成 檢 測 器 信 號(hào)。 響 應(yīng) 值 與 化 合 物

18、中 含 有 的碳 - 氫 鍵 個(gè) 數(shù) 成 正 比。 色 譜 柱 噴 嘴2 氫氫火焰離子化檢測器火焰離子化檢測器 (FID) 火焰離子化機(jī)理火焰離子化機(jī)理 CH6HC66裂解裂解 CHO6e6O3CH62 OH6CO6OH6CHO632 柱子末端 噴嘴空氣入口H 入口+ 尾吹氣2FID 檢測器收集部件 毛細(xì)管柱 柱尾位置( 距噴嘴頂端 1-2 mm )FID 的 結(jié) 構(gòu)2021-12-2843 適用范圍適用范圍 含碳有機(jī)化合物含碳有機(jī)化合物 影響檢測靈敏度的因素影響檢測靈敏度的因素氫氣、載氣、空氣比例。氫氣、載氣、空氣比例。2021-12-28443 電子捕獲檢測器電子捕獲檢測器 (ECD) 2

19、021-12-2845eNN22 ABeABABNNAB22 電子電子捕獲機(jī)理捕獲機(jī)理 適用范圍適用范圍 鹵素及親電子物質(zhì)鹵素及親電子物質(zhì) 非破壞型檢測器非破壞型檢測器2021-12-2846飲用水中三鹵甲烷色譜圖飲用水中三鹵甲烷色譜圖水水氯氯氯仿氯仿二氯溴甲烷二氯溴甲烷二溴氯甲烷二溴氯甲烷溴仿溴仿2021-12-28474 火焰光度檢測器火焰光度檢測器 (FPD) 2021-12-28482222SOCOORSSOHHSO244222*2390SSSC)394(max*2nmhSS)526(max*nmhHPOHPO響應(yīng)機(jī)理響應(yīng)機(jī)理 適用范圍適用范圍 含硫、磷化合物含硫、磷化合物含磷化合物含

20、磷化合物含硫化合物含硫化合物在富氫火焰中燃燒，使含硫、磷的化合物經(jīng)燃燒后又被氫還原， 產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的S2*(S2的激發(fā)態(tài))和 HPO*(HPO的激發(fā)態(tài))，這兩種受激物質(zhì)反回到基態(tài)時(shí)輻射出400nm和550nm左右的光譜，用光電倍增管測量這一光譜的強(qiáng)度，光強(qiáng)與樣品的質(zhì)量流速成正比關(guān)系。FPD的原理2021-12-2849三三九九一一一一乙乙拌拌磷磷地地亞亞農(nóng)農(nóng)倍倍硫硫磷磷對(duì)對(duì)硫硫磷磷丙丙硫硫磷磷乙乙硫硫磷磷乙乙丙丙硫硫磷磷谷谷硫硫磷磷壤壤蟲蟲磷磷豐豐索索磷磷蠅蠅毒毒磷磷馬馬拉拉硫硫磷磷一一0五九五九2021-12-2850 Detector Characteristics 1、斜率靈敏度、斜率靈敏度 Sensitivity, S 定義：定義： 一定濃度或