化學(xué)分析與分離氣相色譜法

化學(xué)分析與分離氣相色譜法第1頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氣相色譜法

GasChromatography主講教師：侯婷青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院第2頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容一、氣相色譜法概述二、氣相色譜流動(dòng)相與固定相三、氣相色譜儀四、氣相色譜分離條件的選擇五、氣相色譜法應(yīng)用實(shí)例第3頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜法（GasChromatography,GC）定義：以氣體為流動(dòng)相的色譜法分類：1.按固定相分氣-固色譜氣-液色譜2.按分離原理分吸附色譜分配色譜3.按柱子粗細(xì)和填充情況分填充柱色譜毛細(xì)管柱色譜第4頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜的一般過(guò)程被測(cè)樣品蒸發(fā)為氣體載氣將樣品帶入色譜柱分離

檢測(cè)第5頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜分離原理試樣組分通過(guò)色譜柱時(shí)與固定相發(fā)生相互作用相互作用大小的差異使各組分互相分離而按先后次序從色譜柱后流出組分在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次(103~106次)分配氣-液色譜：溶解－揮發(fā)氣-固色譜：吸附－脫附固定相氣相第6頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜的特點(diǎn)分離效能高：可分離沸點(diǎn)相近的組分分析速度快（氣體黏度小、分配速度快）樣品用量少，靈敏度高：g級(jí)應(yīng)用范圍：氣體及易揮發(fā)的物質(zhì)第7頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9GC流動(dòng)相：載氣常用載氣：H2、N2和空氣也可用CO2、He、Ar等對(duì)載氣的要求：純度>99.99%應(yīng)除去雜質(zhì)：水蒸氣：用變色硅膠或分子篩去除碳?xì)浠衔铮河没钚蕴咳コ鯕猓河妹撗鮿┤コ?頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9GC固定相液體固定相：固定液+載體固體固定相分類載氣氣液界面固定液載體吸附劑：硅膠，Al2O3、活性炭分子篩（含有精確、單一微小孔洞的材料）高分子多孔微球：GDX第9頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9載體固體支持物，也稱“擔(dān)體”，為多孔性、化學(xué)惰性的顆粒狀物質(zhì)載體的分類硅藻土型載體非硅藻土型載體白色載體（Fe2O3

鐵硅酸鈉）紅色載體（含少量Fe2O3）玻璃微球聚四氟乙烯Teflon-6高分子多孔微球GDX......第10頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9對(duì)載體的要求有較大的比表面積化學(xué)惰性熱穩(wěn)定性好、粒度均勻、有一定的機(jī)械強(qiáng)度表面無(wú)吸附，但有較好的浸潤(rùn)性，便于固定液的涂漬第11頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9固定液類別化合物種類作用力適用范圍非極性固定液飽和烷烴、甲基聚硅氧烷類色散力非極性和弱極性化合物中等極性固定液含較大烷基、少量極性基團(tuán)、或可誘導(dǎo)極化的基團(tuán)的化合物色散力誘導(dǎo)力弱極性和中等極性化合物強(qiáng)極性固定液含較強(qiáng)極性基團(tuán)的化合物靜電力誘導(dǎo)力極性化合物氫鍵固定液強(qiáng)極性固定液中特殊一類氫鍵含F(xiàn)、N、O等化合物第12頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9固定液的選擇相似性原則：相似相溶原理按極性相似原則按化學(xué)官能團(tuán)相似原則固定液化學(xué)官能團(tuán)與組分相似時(shí)，作用力最強(qiáng)，選擇性高固定液選擇出柱順序非極性組分非極性先按沸點(diǎn)、再按極性中等極性組分中等極性先按沸點(diǎn)、再按極性強(qiáng)極性組分極性按極性強(qiáng)弱第13頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9固定液的選擇按主要差別選擇若沸點(diǎn)為主要差別選非極性固定液若極性為主要差別選極性固定液?jiǎn)枺喝缫蛛x苯與環(huán)已烷（沸點(diǎn)分別為80.1℃和80.7℃），選擇極性還是非極性固定液？使用混合固定液第14頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9對(duì)固定液的要求操作溫度下呈液態(tài)且蒸氣壓低對(duì)各組分有足夠的溶解能力選擇性好穩(wěn)定性好黏度小，凝固點(diǎn)低對(duì)載體具有良好的浸潤(rùn)性第15頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜儀的組成部分進(jìn)樣系統(tǒng)：樣品導(dǎo)入裝置、進(jìn)樣口&氣化室分離系統(tǒng)：色譜柱&柱溫箱數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：色譜工作站載氣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)溫控系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)第16頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜儀構(gòu)造圖第17頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜一般流程載氣減壓凈化穩(wěn)壓色譜柱進(jìn)樣系統(tǒng)檢測(cè)器記錄儀流量計(jì)第18頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜儀第19頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜常用檢測(cè)器熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)電子捕獲檢測(cè)器(ECD)氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)氮磷檢測(cè)器(NPD)火焰光度檢測(cè)器(FPD)質(zhì)量型檢測(cè)器濃度型檢測(cè)器

通用性檢測(cè)器選擇性檢測(cè)器第20頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)ThermalConductivityDetector利用被測(cè)組分與載氣的熱導(dǎo)率的差別來(lái)檢測(cè)組分的濃度變化——通用性濃度型檢測(cè)器測(cè)量臂參比臂參比臂測(cè)量臂第21頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9TCD的特點(diǎn)濃度型檢測(cè)器相同濃度的不同組分信號(hào)強(qiáng)度不同載氣常用H2、He通用性檢測(cè)器，且樣品不會(huì)被破壞缺點(diǎn)靈敏度較低第22頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9電子捕獲檢測(cè)器(ECD)ElectronCaptureDetector利用電負(fù)性物質(zhì)俘獲電子的能力，通過(guò)測(cè)定電子流變化進(jìn)行檢測(cè)

載氣正離子+e產(chǎn)生本底電流電負(fù)性物質(zhì)+e

負(fù)離子本底電流減小，產(chǎn)生倒峰第23頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9ECD的特點(diǎn)只對(duì)含電負(fù)性基團(tuán)的有機(jī)化合物有響應(yīng)濃度型檢測(cè)器選擇性檢測(cè)器測(cè)定有機(jī)氯類農(nóng)殘指定檢測(cè)器（中國(guó)藥典）第24頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)FlameIonizationDetector一種典型的破壞型質(zhì)量型檢測(cè)器試樣燃燒發(fā)生電離正離子負(fù)離子和電子微電流輸出信號(hào)與組分的質(zhì)量成正比收集極極化極第25頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9FID的特點(diǎn)選擇性檢測(cè)器（最常用）只適于檢測(cè)含碳化合物對(duì)水、惰性氣體無(wú)信號(hào)靈敏度高質(zhì)量型檢測(cè)器樣品被破壞第26頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氮磷檢測(cè)器(NPD)NitrogenPhosphorusDetector測(cè)定含氮、磷化合物的選擇性檢測(cè)器

構(gòu)造類似FID，火焰噴嘴與收集極之間有銣珠銣珠激發(fā)態(tài)氣化銣原子

含N化合物CN+Rb*Rb++[CN]-

含P化合物[P=O]+Rb*Rb++[P=O]-第27頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9NPD的特點(diǎn)選擇性檢測(cè)器：專門(mén)測(cè)定含N或P的有機(jī)化合物靈敏度極高廣泛用于環(huán)境保護(hù)、食品檢驗(yàn)、農(nóng)藥、染料、炸藥等樣品的檢測(cè)第28頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9火焰光度檢測(cè)器(FPD)FlamePhotometricDetector燃燒系統(tǒng)+光學(xué)系統(tǒng)第29頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9FPD原理特點(diǎn)

測(cè)定含硫、磷化合物的專用型檢測(cè)器廣泛用于石油產(chǎn)品中微量硫化物的測(cè)定或：PO+HHPO*HPO+h(480~600nm)+h第30頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9考考你：檢測(cè)器與被測(cè)物一一對(duì)應(yīng)熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)韭菜中含磷農(nóng)藥殘留電子捕獲檢測(cè)器(ECD)啤酒中微量硫化物氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)水果中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留氮磷檢測(cè)器(NPD)天然氣中O2、N2、CH4、CO2、C2H6等組分火焰光度檢測(cè)器(FPD)室內(nèi)空氣中的苯、甲苯、二甲苯第31頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）氣相色譜儀——分離

高于常壓質(zhì)譜儀——檢測(cè)

高真空條件聯(lián)接部件：分子分離器（使GC出口壓力與MS入口壓力相適應(yīng)）第32頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜分離條件的選擇色譜柱的選擇

固定相極性固定液配比柱長(zhǎng)溫度的選擇：氣化室溫度、柱溫、檢測(cè)室溫度載氣的選擇：流速、載氣種類進(jìn)樣量第33頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9柱溫的選擇在使最難分離的組分有盡可能好的分離前提下，采取適當(dāng)?shù)偷闹鶞刂鶞夭荒芨哂诠潭ㄒ旱淖罡呤褂脺囟冉M分沸點(diǎn)300-400℃<300℃寬沸程柱溫比沸點(diǎn)低100-150℃比沸點(diǎn)低50℃程序升溫第34頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9程序升溫法恒溫：45oC程序升溫：30~180oC恒溫：145oC溫度低，分離效果好，但分析時(shí)間長(zhǎng)程序升溫，分離效果好，且分析時(shí)間短溫度高，但分析時(shí)間短，但分離效果差第35頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9載氣流速的選擇H-u曲線最佳載氣流速：uopt實(shí)際中常高于uopt10%第36頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜應(yīng)用實(shí)例1苯、甲苯、對(duì)二甲苯、鄰二甲苯的分離

色譜柱1.8m3mm，柱溫50C，流量10mL/min,樣品濃度約200ppb第37頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜應(yīng)用實(shí)例2還原態(tài)硫化物的分離H2SCH3CH2SHCS2DMS第38頁(yè)，課件共40頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/9氣相色譜應(yīng)用實(shí)例3