氣相色譜法　課件

氣相色譜法一、概述二、氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)高壓鋼瓶減壓閥凈化器氣流調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)子流量計(jì)壓力表進(jìn)樣器色譜柱檢測器記錄儀氣相色譜儀的組成系統(tǒng)氣路系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測系統(tǒng)記錄系統(tǒng)溫控系統(tǒng)（一）氣路系統(tǒng)1、載氣:氫氣、氮?dú)狻⒑?，由相?yīng)的高壓鋼瓶貯裝的壓縮氣源供給。2、氣路結(jié)構(gòu)單柱單氣路系統(tǒng)3、氣體的凈化凈化管通常為內(nèi)徑50mm，長200～250mm的金屬管裝填什么物質(zhì)取決于載氣純度的要求。凈化管的出口和入口應(yīng)加上標(biāo)志，出口應(yīng)當(dāng)用少量紗布或脫脂棉輕輕塞上，嚴(yán)防凈化劑粉塵流出凈化管進(jìn)入色譜儀。

4、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)猓┑膲毫?/p>

當(dāng)用程序升溫進(jìn)行色譜分析時(shí)，由于色譜柱柱溫不斷升高引起色譜柱阻力不斷增加，也會(huì)使載氣流量發(fā)生變化。為了在氣體阻力發(fā)生變化時(shí)，也能維持載氣流速的穩(wěn)定，需要使用穩(wěn)流閥來自動(dòng)控制載氣的穩(wěn)定流速。

（二）進(jìn)樣系統(tǒng)氣化室將液體試樣瞬間氣化的裝置。進(jìn)樣裝置氣體進(jìn)樣器（六通閥）：推拉式和旋轉(zhuǎn)式兩種。試樣首先充滿定量管，切入后，載氣攜帶定量管中的試樣氣體進(jìn)入分離柱；微量注射器進(jìn)樣閥不同規(guī)格的專用注射器，填充柱色譜常用10μL；毛細(xì)管色譜常用1μL；新型儀器帶有全自動(dòng)液體進(jìn)樣器，清洗、潤沖、取樣、進(jìn)樣、換樣等過程自動(dòng)完成，一次可放置數(shù)十個(gè)試樣。（三）分離系統(tǒng)色譜柱：色譜儀的核心部件。柱材質(zhì)：不銹鋼管或玻璃管，內(nèi)徑2-6毫米。長度可根據(jù)需要確定。柱填料：粒度為60-80或80-100目的色譜固定相。液-固色譜：固體吸附劑液-液色譜：擔(dān)體+固定液柱制備對柱效有較大影響，填料裝填太緊，柱前壓力大，流速慢或?qū)⒅滤?，反之空隙體積大，柱效低。（四）檢測系統(tǒng)

色譜儀的眼睛，通常由檢測元件、放大器、顯示記錄三部分組成；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(shí)間的變化，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)電信號(hào)，經(jīng)放大后記錄和顯示，給出色譜圖；

檢測器：廣普型——對所有物質(zhì)均有響應(yīng)；

專屬型——對特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng)；常用的檢測器：熱導(dǎo)檢測器、氫火焰離子化檢測器；（五）溫度控制系統(tǒng)

溫度是色譜分離條件的重要選擇參數(shù)；氣化室、分離室、檢測器三部分在色譜儀操作時(shí)均需控制溫度；氣化室：保證液體試樣瞬間氣化；檢測器：保證被分離后的組分通過時(shí)不在此冷凝；

分離室：準(zhǔn)確控制分離需要的溫度。當(dāng)試樣復(fù)雜時(shí)，分離室溫度需要按一定程序控制溫度變化，各組分在最佳溫度下分離；三、氣象色譜的固定相

（一）氣固色譜固定相1.種類

(1)活性炭

有較大的比表面積，吸附性較強(qiáng)。

(2)活性氧化鋁有較大的極性。適用于常溫下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等氣體的相互分離。CO2能被活性氧化鋁強(qiáng)烈吸附而不能用這種固定相進(jìn)行分析。

(3)硅膠與活性氧化鋁大致相同的分離性能，除能分析上述物質(zhì)外，還能分析CO2、N2O、NO、NO2等，且能夠分離臭氧。氣固色譜固定相

(4)分子篩堿及堿土金屬的硅鋁酸鹽（沸石），多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子篩等（孔徑：埃）。常用5A和13X（常溫下分離O2與N2）。除了廣泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分離外，還能夠測定He、Ne、Ar、NO、N2O等。

(5)高分子多孔微球（GDX系列）新型的有機(jī)合成固定相（苯乙烯與二乙烯苯共聚物）。型號(hào)：GDX-01、-02、-03等。適用于水、氣體及低級(jí)醇的分析。2.氣固色譜固定相的特點(diǎn)（1）性能與制備和活化條件有很大關(guān)系；（2）同一種固定相，不同廠家或不同活化條件，分離效果差異較大；（3）種類有限，能分離的對象不多；（4）使用方便。1.作為擔(dān)體使用的物質(zhì)應(yīng)滿足的條件

比表面積大，孔徑分布均勻；化學(xué)惰性，表面無吸附性或吸附性很弱，與被分離組份不起反應(yīng)；具有較高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，不易破碎；顆粒大小均勻、適度。一般常用60~80目、80~100目。2.擔(dān)體（硅藻土）紅色擔(dān)體：孔徑較小，表孔密集，比表面積較大，機(jī)械強(qiáng)度好。適宜分離非極性或弱極性組分的試樣。缺點(diǎn)是表面存有活性吸附中心點(diǎn)。白色擔(dān)體：煅燒前原料中加入了少量助溶劑（碳酸鈉）。顆粒疏松，孔徑較大。比表面積較小，機(jī)械強(qiáng)度較差。但吸附性顯著減小，適宜分離極性組分的試樣。(4)固定液的最高最低使用溫度

高于最高使用溫度易分解，溫度低呈固體；(5)混合固定相

對于復(fù)雜的難分離組分通常采用特殊固定液或?qū)煞N甚至兩種以上配合使用；(6)固定液的相對極性

規(guī)定：角鯊?fù)椋ó惾椋┑南鄬O性為零，β，β’—氧二丙睛的相對極性為100。四、氣相色譜檢測器

（一）、檢測器特性

1.檢測器類型濃度型檢測器：

測量的是載氣中通過檢測器組分濃度瞬間的變化，檢測信號(hào)值與組分的濃度成正比。如熱導(dǎo)檢測器；質(zhì)量型檢測器：

測量的是載氣中某組分進(jìn)入檢測器的速度變化，即檢測信號(hào)值與單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測器組分的質(zhì)量成正比。FID；廣普型檢測器：對所有物質(zhì)有響應(yīng)，熱導(dǎo)檢測器；專屬型檢測器：對特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng)，電子俘獲檢測器；2.檢測器性能評價(jià)指標(biāo)

響應(yīng)值（或靈敏度）S：

在一定范圍內(nèi)，信號(hào)E與進(jìn)入檢測器的物質(zhì)質(zhì)量m呈線性關(guān)系：

E=SmS=E/m

單位：mV/（mg/cm3）；（濃度型檢測器）

mV/（mg/s）；（質(zhì)量型檢測器）

S表示單位質(zhì)量的物質(zhì)通過檢測器時(shí)，產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)的大小。S值越大，檢測器（也即色譜儀）的靈敏度也就越高。檢測信號(hào)通常顯示為色譜峰，則響應(yīng)值也可以由色譜峰面積（A）除以試樣質(zhì)量求得：

S=A/m3.最低檢測限（最小檢測量）

噪聲水平?jīng)Q定著能被檢測到的濃度（或質(zhì)量）。

從圖中可以看出：如果要把信號(hào)從本底噪聲中識(shí)別出來，則組分的響應(yīng)值就一定要高于N。檢測器響應(yīng)值為2倍噪聲水平時(shí)的試樣濃度（或質(zhì)量），被定義為最低檢測限（或該物質(zhì)的最小檢測量）。4.線性度與線性范圍

檢測器的線性度定義：檢測器響應(yīng)值的對數(shù)值與試樣量對數(shù)值之間呈比例的狀況。

檢測器的線性范圍定義：檢測器在線性工作時(shí)，被測物質(zhì)的最大濃度（或質(zhì)量）與最低濃度（或質(zhì)量）之比。（二）、熱導(dǎo)檢測器

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(jià)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。2.檢測原理平衡電橋，右圖。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(hào)輸出；記錄儀走直線（基線）。

進(jìn)樣后:載氣攜帶試樣組分流過測量臂而這時(shí)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(shí)電橋失去平衡，a、b兩端存在著電位差，有電壓信號(hào)輸出。信號(hào)與組分濃度相關(guān)。記錄儀記錄下組分濃度隨時(shí)間變化的峰狀圖形。3.影響熱導(dǎo)檢測器靈敏度的因素①橋路電流I

：I，鎢絲的溫度，鎢絲與池體之間的溫差，有利于熱傳導(dǎo)，檢測器靈敏度提高。檢測器的響應(yīng)值S∝I3，但穩(wěn)定性下降，基線不穩(wěn)。橋路電流太高時(shí)，還可能造成鎢絲燒壞。②池體溫度：池體溫度與鎢絲溫度相差越大，越有利于熱傳導(dǎo)，檢測器的靈敏度也就越高，但池體溫度不能低于分離柱溫度，以防止試樣組分在檢測器中冷凝。③載氣種類：載氣與試樣的熱導(dǎo)系數(shù)相差越大，在檢測器兩臂中產(chǎn)生的溫差和電阻差也就越大，檢測靈敏度越高。載氣的熱導(dǎo)系數(shù)大，傳熱好，通過的橋路電流也可適當(dāng)加大，則檢測靈敏度進(jìn)一步提高。氦氣也具有較大的熱導(dǎo)系數(shù)，但價(jià)格較高。表某些氣體與蒸氣的熱導(dǎo)系數(shù)（λ），單位：J/cm·℃·s（三）、

氫火焰離子化檢測器

1.特點(diǎn)簡稱氫焰檢測器（FID：hydrogenflameionizationdetector）

(1)典型的質(zhì)量型檢測器;(2)對有機(jī)化合物具有很高的靈敏度;(3)無機(jī)氣體、水、四氯化碳等含氫少或不含氫的物質(zhì)靈敏度低或不響應(yīng);(4)氫焰檢測器具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)迅速等特點(diǎn);(5)比熱導(dǎo)檢測器的靈敏度高出近3個(gè)數(shù)量級(jí)，檢測下限可達(dá)10-12g·g-1。（動(dòng)畫）2.氫焰檢測器的結(jié)構(gòu)

(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(gè)外加電場。(2)氫焰檢測器需要用到三種氣體：N2：載氣攜帶試樣組分；H2：為燃?xì)?；空氣：助燃?xì)狻?/p>

使用時(shí)需要調(diào)整三者的比例關(guān)系，檢測器靈敏度達(dá)到最佳。3.氫焰檢測器的原理

(1)當(dāng)含有機(jī)物CnHm的載氣由噴嘴噴出進(jìn)入火焰時(shí)，在C層發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)生自由基：

CnHm──→·CH(2)產(chǎn)生的自由基在D層火焰中與外面擴(kuò)散進(jìn)來的激發(fā)態(tài)原子氧或分子氧發(fā)生如下反應(yīng)：

·CH+O──→CHO++e(3)生成的正離子CHO+與火焰中大量水分子碰撞而發(fā)生分子離子反應(yīng)：

CHO++H2O──→H3O++COA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)氫焰檢測器的原理

(4)化學(xué)電離產(chǎn)生的正離子和電子在外加恒定直流電場的作用下分別向兩極定向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生微電流（約10-6～10-14A）；(5)在一定范圍內(nèi)，微電流的大小與進(jìn)入離子室的被測組分質(zhì)量成正比，所以氫焰檢測器是質(zhì)量型檢測器。(6)組分在氫焰中的電離效率很低，大約五十萬分之一的碳原子被電離。(7)離子電流信號(hào)輸出到記錄儀，得到峰面積與組分質(zhì)量成正比的色譜流出曲線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)4.影響氫焰檢測器靈敏度的因素

①各種氣體流速和配比的選擇

N2流速的選擇主要考慮分離效能，

N2

H2

=11～11.5氫氣空氣=110。②極化電壓

正常極化電壓選擇在100～300V范圍內(nèi)。（四）、電子捕獲檢測器

electroncapturedetector,ECD高選擇性檢測器，僅對含有鹵素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的靈敏度，檢測下限10-14g/mL，

對大多數(shù)烴類沒有響應(yīng)。較多應(yīng)用于農(nóng)副產(chǎn)品、食品及環(huán)境中農(nóng)藥殘留量的測定。（五）、其他檢測器

otherdetector1.火焰光度檢測器