GC分析法.ppt
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1、仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法2一、一、 色谱法的特点、分类和作用色谱法的特点、分类和作用1 1、概述、概述 色谱原型装置:俄国植物学家茨维特在色谱原型装置:俄国植物学家茨维特在19061906年年使用的装置使用的装置 色谱法是一种分离技术色谱法是一种分离技术其中的一相固定不动,称为其中的一相固定不动,称为固定相固定相; 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体(气体或液体),称为(气体或液体),称为流动相流动相。 试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程色谱分离柱中
2、的两相间不断进行着的分配过程第一节第一节 概述概述 仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法3 当流动相中携带的混合物流经固定相时,其与固定相发当流动相中携带的混合物流经固定相时,其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构性质和结构上的差异,上的差异,与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同,随着流动相与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同,随着流动相的移动,混合物在两相间经过的移动,混合物在两相间经过反复多次的分配反复多次的分配平衡,使得各平衡,使得各组分被固定相组分被固定相保留的时间保留的时间不同,从而按一定次序由固定相中不同,从而按一定次序由固
3、定相中流出。流出。 与适当的柱后检测方法结合,实现混合物中各组分的分与适当的柱后检测方法结合,实现混合物中各组分的分离与检测。离与检测。 这种借组分在两相间分配不同而使混合物中各组分分离这种借组分在两相间分配不同而使混合物中各组分分离的技术称为色谱法。的技术称为色谱法。两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法42 2、色谱法分类、色谱法分类 a a 气相色谱气相色谱: 流动相为气体(称为载气)。流动相为气体(称为载气)。 按分离柱不同可分为:填充柱色谱和毛细管柱色谱;按分离柱不同可分为:填充柱色谱和毛细管柱色谱; 按固定
4、相的不同又分为:气固色谱和气液色谱按固定相的不同又分为:气固色谱和气液色谱(1 1)按照流动相的状态不同分为)按照流动相的状态不同分为仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法5b b 液相色谱液相色谱: 流动相为液体(也称为淋洗液)。流动相为液体(也称为淋洗液)。 按固定相的不同分为:液固色谱和液液色谱。按固定相的不同分为:液固色谱和液液色谱。 c c 超临界流体色谱超临界流体色谱: 流动相超临界流体流动相超临界流体仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法6(2 2)按固定相的使用形式分按固定相的使用形式分 柱色谱法柱色谱法 纸色谱法纸色谱法 薄层色谱法薄层色谱法(3 3)按分离过程的机制分按分离
5、过程的机制分v吸附色谱法吸附色谱法 v分配色谱法分配色谱法 v离子交换色谱法离子交换色谱法v排阻色谱法排阻色谱法 仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法7色谱法简单分类色谱法简单分类仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法83 3、色谱法的特点、色谱法的特点(1 1)分离选择性高、效率高)分离选择性高、效率高 复杂混合物,有机同系物、异构体。手性异构体。复杂混合物,有机同系物、异构体。手性异构体。(2 2) 灵敏度高灵敏度高 可以检测出可以检测出gg g g-1-1(10(10-6-6) )级甚至级甚至ngng g g-1-1(10(10-9-9) )级的物质量。级的物质量。(3 3)分析速度快
6、)分析速度快 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。(4 4) 应用范围广应用范围广 气相色谱:沸点低于气相色谱:沸点低于400400的各种有机或无机试样的分析。的各种有机或无机试样的分析。 液相色谱:高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。液相色谱:高沸点、热不稳定、生物试样的分离分析。 不足之处:不足之处: 被分离组分的定性较为困难。被分离组分的定性较为困难。“三高三高”、“一快一快”、“一广一广”仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法9仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法10二、气相色谱结构流程二、气相色谱结构流程1-1-载气钢瓶
7、;载气钢瓶;2-2-减压阀;减压阀;3-3-净化干燥管;净化干燥管;4-4-针形针形阀;阀;5-5-流量计流量计;6-;6-压力表;压力表;4-4-针形阀;针形阀;5-5-流量计流量计;6-;6-压力表;压力表;7-7-进样器;进样器;8-8-色谱柱;色谱柱;9-9-热导检测器;热导检测器;10-10-放大器;放大器;11-11-温度控温度控制器;制器;12-12-记录仪;记录仪;载气系统载气系统进样系统进样系统色谱柱色谱柱检测系统检测系统温控系统温控系统记录系统记录系统仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法11结构流程结构流程仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法12三、气相色谱仪主要部件三
8、、气相色谱仪主要部件1 1、 载气系统载气系统 包括气源、净化干燥管和包括气源、净化干燥管和载气流速控制;载气流速控制;常用的载气有:氢气、氮气、氦气;常用的载气有:氢气、氮气、氦气;净化干燥管:去除载气中的水、有机物等杂质(依次通过净化干燥管:去除载气中的水、有机物等杂质(依次通过分子筛、活性炭等);分子筛、活性炭等);载气流速控制:压力表、流量计、针形稳压阀,控制载气载气流速控制:压力表、流量计、针形稳压阀,控制载气流速恒定。流速恒定。仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法132、 进样装置 进样装置:进样器进样装置:进样器+气化室;气化室; 气体进样器(六通阀):气体进样器(六通阀):推
9、拉式和旋转式两种。推拉式和旋转式两种。 试样试样首先充满定量管,切入后,载气携带定量管中的试样气体首先充满定量管,切入后,载气携带定量管中的试样气体进入分离柱;进入分离柱;仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法14 液体进样器:液体进样器: 不同规格的专用注射器,填充柱色谱常用不同规格的专用注射器,填充柱色谱常用10L;毛细管色谱常用毛细管色谱常用1L;新型仪器带有全自动液体进样;新型仪器带有全自动液体进样器,清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完器,清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成,一次可放置数十个试样。成,一次可放置数十个试样。 气化室气化室:将液体试样瞬间气将液体试样瞬间气化
10、的装置。无催化作用。化的装置。无催化作用。微量注射器微量注射器仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法153、 色谱柱(分离柱)液液-固色谱:固体吸附剂固色谱:固体吸附剂液液-液色谱:担体液色谱:担体+固定液固定液 填充柱填充柱毛细管柱毛细管柱 作用:作用:将混合物中各组分在一定色谱将混合物中各组分在一定色谱条件下实现分离,是色谱仪的核心部件。条件下实现分离,是色谱仪的核心部件。柱材质:柱材质:不锈钢管或玻璃管,内径不锈钢管或玻璃管,内径3-6毫毫米。长度可根据需要确定。米。长度可根据需要确定。柱填料:柱填料:粒度为粒度为60-80或或80-100目的目的色谱固定相。色谱固定相。柱制备对柱效有较
11、大影响,填料装填太柱制备对柱效有较大影响,填料装填太紧,柱前压力大,流速慢或将柱堵死;紧,柱前压力大,流速慢或将柱堵死;反之空隙体积大,柱效低。反之空隙体积大,柱效低。 仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法164、 检测系统 色谱仪的眼睛,色谱仪的眼睛, 通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成;通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成; 被色谱柱分离后的组分依次进入检测器,被色谱柱分离后的组分依次进入检测器,按其浓度或质按其浓度或质量随时间的变化,量随时间的变化,转化成相应电信号,经放大后记录和显示,转化成相应电信号,经放大后记录和显示,给出色谱图;给出色谱图; 浓度型浓度型检测信号值
12、与组分的浓度成正比检测信号值与组分的浓度成正比;质量型质量型检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比;检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比; 广普型广普型对所有物质均有响应;对所有物质均有响应; 专属型专属型对特定物质有高灵敏响应;对特定物质有高灵敏响应; 常用的检测器:热导检测器、氢火焰离子化检测器;常用的检测器:热导检测器、氢火焰离子化检测器;仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法175、温度控制系统 温度是色谱分离条件的重要选择参数;温度是色谱分离条件的重要选择参数; 气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制
13、温度;温度; 气化室:保证液体试样瞬间气化;气化室:保证液体试样瞬间气化; 检测器:保证被分离后的组分通过时不在此冷凝;检测器:保证被分离后的组分通过时不在此冷凝; 分离室:准确控制分离室:准确控制分离需要的温度。当试分离需要的温度。当试样复杂时,分离室温度样复杂时,分离室温度需要按一定程序控制温需要按一定程序控制温度变化,各组分在最佳度变化,各组分在最佳温度下分离;温度下分离;仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法18第二节 色谱流出曲线与常用术语色谱流出曲线与常用术语1、基线(、基线(baseline) 无试样通过检测器时,无试样通过检测器时,检测到的信号即为基线。检测到的信号即为基线。(
14、1)保留时间()保留时间(tR):):组分从进样到柱后出现浓组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间;度极大值时所需的时间;死时间(死时间(tM):):不与固定相作用的气体(如空气)从进样开始到柱后出现浓不与固定相作用的气体(如空气)从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间;度最大值时所需的时间;2、保留值、保留值(retention value)死时间正比于色谱柱的空隙体积死时间正比于色谱柱的空隙体积仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法19 保留时间保留时间是色谱法是色谱法定性定性的基本依据,但同一组份的保留时的基本依据,但同一组份的保留时间常受到流动相流速的影响,因此色谱工作者有时用
15、间常受到流动相流速的影响,因此色谱工作者有时用保留体保留体积积等参数进行定性检定等参数进行定性检定(2)保留体积)保留体积(retention volume) 保留体积(保留体积(VR):):从进样开始到柱后被测组分出现浓度最从进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值时所通过的载气体积。大值时所通过的载气体积。 VR = tRF0 F0为柱出口处的载气流量,单位:为柱出口处的载气流量,单位:m L / min。 VR与载气流速无关。与载气流速无关。调整保留时间调整保留时间(adjusted retention time)(tR ):):MRRttt仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法20死体积(
16、死体积(VM):): 色谱柱在填充后柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色色谱柱在填充后柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间总和。谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间总和。 当后两项很小而可忽略不计时,死体积可由死时间与流当后两项很小而可忽略不计时,死体积可由死时间与流动相体积流速动相体积流速F0(Lmin)计算:)计算:VM = tM F0调整保留体积(调整保留体积(VR/)()(adjusted retention volume):):指扣指扣除死体积后的保留体积。除死体积后的保留体积。0RRRMVt FVV仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法2
17、13、相对保留值、相对保留值r21(relative retention value) 指组分指组分2与组分与组分1的的调整保留值调整保留值之比:之比: 相对保留值只与相对保留值只与柱温柱温和和固定相固定相性质有关,与其他色谱操性质有关,与其他色谱操作条件无关,它表示了固定相对这两种组分的选择性。作条件无关,它表示了固定相对这两种组分的选择性。r21值越大,相邻两组分的值越大,相邻两组分的tR相差越大,分离得越好。相差越大,分离得越好。)1()2(21RRttr)1()2(RRVV4、区域宽度(区域宽度(peak width)用来衡量色谱峰宽度的参数用来衡量色谱峰宽度的参数仪器分析仪器分析-色
18、谱分析法色谱分析法22(1)标准偏差)标准偏差( ): 即即0.607倍峰高处色谱峰宽倍峰高处色谱峰宽度的一半。度的一半。(2)半峰宽)半峰宽(Y1/2):色谱峰高一半处的宽度色谱峰高一半处的宽度 Y1/2 =2.354 (3) 峰底宽度(峰底宽度(Y) 即色谱峰两侧拐点上的切即色谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距,它与标线在基线上的截距,它与标准偏差的关系是:准偏差的关系是: Y = 4仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法23色谱流出曲线讨论色谱流出曲线讨论 (l l)根据色谱峰的个数,可以判断样品中所含组份)根据色谱峰的个数,可以判断样品中所含组份的最少个数的最少个数 (2 2)根据色谱
19、峰的保留值)根据色谱峰的保留值( (或位置),可以进行定或位置),可以进行定性分析性分析 (3) (3) 根据色谱峰下的面积或峰高,可以进行定量分根据色谱峰下的面积或峰高,可以进行定量分析析 (4 4)色谱峰的保留值及其区域宽度,是评价色谱柱)色谱峰的保留值及其区域宽度,是评价色谱柱分离效能的依据分离效能的依据 (5 5)色谱峰两峰间的距离,是评价固定相)色谱峰两峰间的距离,是评价固定相( (和流动和流动相相) )选择是否合适的依据选择是否合适的依据 仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法24第三节第三节 色谱分析理论基础色谱分析理论基础 色谱分离过程是在色谱柱内完成的。色谱分离过程是在色谱柱
20、内完成的。填充柱色谱填充柱色谱: : 气固气固( (液固液固) )色谱和气液色谱和气液( (液液液液) )色谱,两者的分色谱,两者的分离机理不同。离机理不同。气固气固( (液固液固) )色谱的固定相色谱的固定相: : 多孔性的固体吸附剂颗粒。多孔性的固体吸附剂颗粒。 固体吸附剂对试样中各组分的固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力吸附能力的不同。的不同。气液气液( (液液液液) )色谱的固定相色谱的固定相: : 由担体(用来支持固定液的化学由担体(用来支持固定液的化学惰性的固体)和固定液(高沸点有机化合物)所组成。惰性的固体)和固定液(高沸点有机化合物)所组成。 固定液对试样中各组分的固定液对试样
21、中各组分的溶解能力溶解能力的不同。的不同。气固色谱的分离机理气固色谱的分离机理: : 吸附与脱附的不断重复过程吸附与脱附的不断重复过程;气液色谱的分离机理:气液色谱的分离机理: 气液气液( (液液液液) )两相间的反复多次分配过程两相间的反复多次分配过程。仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法25一、气相色谱的分离原理一、气相色谱的分离原理 当试样由载气携带进入色谱柱当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触时,被固定相溶解或与固定相接触时,被固定相溶解或吸附吸附; ; 随着载气的不断通入,被溶解随着载气的不断通入,被溶解或吸附的组分又从固定相中挥发或或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附脱附; ;
22、挥发或脱附下的组分随着载气挥发或脱附下的组分随着载气向前移动时又再次被固定相溶解或向前移动时又再次被固定相溶解或吸附吸附; ; 随着载气的流动,溶解、挥发,随着载气的流动,溶解、挥发,或吸附、脱附的过程反复地进行。或吸附、脱附的过程反复地进行。1、分配过程、分配过程仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法262、 分配系数(分配系数( partion factor) K 组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附,或溶解、挥组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附,或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下,组分在两相间分发的过程叫做分配过程。在一定温度下,组分在两相间分配达到平衡时的配达到平衡时的
23、浓度比浓度比,称为,称为分配系数分配系数,用,用K 表示,即:表示,即:Ms ccK 组组分分在在流流动动相相中中的的浓浓度度组组分分在在固固定定相相中中的的浓浓度度分配系数是色谱分离的依据。分配系数是色谱分离的依据。仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法27分配系数分配系数 K 的讨论的讨论 一定温度下,组分的分配系数一定温度下,组分的分配系数K越越大大,在流动相中的浓度,在流动相中的浓度越小,出峰越越小,出峰越慢慢;某组分的某组分的K = 0时,即不被固定相保留,最先流出;时,即不被固定相保留,最先流出;试样一定时,试样一定时,K主要取决于固定相性质;主要取决于固定相性质;每个组份在各种固
24、定相上的分配系数每个组份在各种固定相上的分配系数K不同;不同;选择适宜的固定相可改善分离效果;选择适宜的固定相可改善分离效果;试样中的各组分具有不同的试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础。值是分离的基础。 组分在流动相中的浓度组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度组分在固定相中的浓度 K仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法283、分配比、分配比 (partion radio)k 在实际工作中,也常用分配比来表征色谱分配平衡在实际工作中,也常用分配比来表征色谱分配平衡过程。过程。分配比分配比是指在一定温度下,组分在两相间分配达是指在一定温度下,组分在两相间分配达到平衡时的到平衡时的质量比
25、质量比:Ms mmk 组分在流动相中的质量组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量组分在固定相中的质量分配比也称:容量因子分配比也称:容量因子(capacity factor);容量比;容量比(capacity factor);4、 分配系数与分配比的关系分配系数与分配比的关系 仪器分析仪器分析-色谱分析法色谱分析法29 式中式中VM与与VS之比称为之比称为相比相比,以,以表示。表示。 填充柱相比:填充柱相比:6 35;毛细管柱的相比:;毛细管柱的相比:50 1500。 容量因子容量因子k越大,保留时间越长。越大,保留时间越长。 VM为流动相体积,即柱内固定相颗粒间的空隙体积;为流动相体积,即
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