GC-MS原理及应用.ppt
《GC-MS原理及应用.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《GC-MS原理及应用.ppt(105页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 可以将联用技术理解为将两种或两种以上的分析可以将联用技术理解为将两种或两种以上的分析技术连接起来以便得到一种更快、更有效的分析技术连接起来以便得到一种更快、更有效的分析工具。工具。两种光谱技术的联用(例如两种光谱技术的联用(例如MSMS和和MSMS)两种色谱技术的联用(例如两种色谱技术的联用(例如LCLC和和GCGC)分离技术和光谱技术的联用(例如分离技术和光谱技术的联用(例如GC-MS,LC-MSGC-MS,LC-MS) 更好地体现了联用技术的优点更好地体现了联用技术的优点 色谱色谱技术具有很好的技术具有很好的分离和定量能力分离和定量能力,但,但分离后化合物的鉴定则单靠色谱数据本身分离后化
2、合物的鉴定则单靠色谱数据本身常常是不可能的。而另一方面常常是不可能的。而另一方面光谱光谱技术却技术却具有优异的具有优异的鉴别能力鉴别能力。利用光谱数据进行。利用光谱数据进行鉴定往往是明确的,它可通过将光谱数据鉴定往往是明确的,它可通过将光谱数据与谱图库对比或通过解析来实现。与谱图库对比或通过解析来实现。出口气相高真空泵传输线化学工作站软件(电脑)离子源质量分析器质量分析器机械泵检测器质谱GC-MS仪器内部连接示意图仪器内部连接示意图GC部分部分MS部分部分第一部分第一部分 色色 谱谱也称层析法,是也称层析法,是19061906年俄国植物学家茨维特年俄国植物学家茨维特Michael Tswett
3、Michael Tswett发现并命名的。他将植物叶子的发现并命名的。他将植物叶子的色素色素通过装填有通过装填有吸附剂吸附剂的柱的柱子,各种色素以子,各种色素以不同的速率不同的速率流动后形成不同的流动后形成不同的色带色带而被而被分开分开,由此得名为由此得名为“色谱法色谱法”(Chromatography)Chromatography)。后来无色物质也可用后来无色物质也可用吸附柱层析吸附柱层析分离。此名词仍沿用下来。分离。此名词仍沿用下来。色谱法始于色谱法始于2020年代,年代,19441944年出现年出现纸层析、薄层色谱纸层析、薄层色谱。以后以后层析法层析法不断发展,相继出现不断发展,相继出现
4、气相层析气相层析GCGC、高效液相层析高效液相层析HPLCHPLC、薄层层析薄层层析、亲和层析亲和层析、凝胶层析凝胶层析等。等。8080年代出现超临界流体色谱法年代出现超临界流体色谱法SFCSFC,以及毛细管电泳法,以及毛细管电泳法CECE,目,目前正朝色谱前正朝色谱- -光谱(质谱)联用向多维色谱和智能色谱方向发光谱(质谱)联用向多维色谱和智能色谱方向发展,将是分析化学最活跃、最广泛的分离分析技术。展,将是分析化学最活跃、最广泛的分离分析技术。 “色谱法色谱法” 名称的由来名称的由来石油醚石油醚(流动相流动相)碳酸钙碳酸钙( (固定相固定相) )色色谱谱带带分离不同色素分离不同色素,在管内显
5、示出不同的色带,色谱一词也由此得名 (1)分离效率高分离效率高 复杂混合物,同系物、异构体、手性异构体。复杂混合物,同系物、异构体、手性异构体。(2) 灵敏度高灵敏度高 可以检测出可以检测出g.g-1(10-6)级甚至级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量。级的物质量。(3) 分析速度快分析速度快 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) 应用范围广应用范围广(5)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。是利用混合物不同组分在是利用混合物不同组分在和和中分配系数中分配系数(或吸附系数、渗透或吸附系数
6、、渗透性等性等)的差异,使不同组分在作相对的差异,使不同组分在作相对运动的两相中进行反复分配,实现分运动的两相中进行反复分配,实现分离的分析方法。离的分析方法。色谱法色谱法msccK组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度在一定温度、压力下某组分在在一定温度、压力下某组分在两相之间两相之间分配达到平衡时的分配达到平衡时的浓度浓度比比称为分配系数称为分配系数K: 分配系数分配系数K与温度有关,与被分离、固定相、流动相有关。与温度有关,与被分离、固定相、流动相有关。一般说,一般说,K在低温时为常数。不同情况下,在低温时为常数。不同情况下,K含义不同,如吸附含义不同,如吸附平衡常数平衡常数K,交换系
7、数,交换系数K,渗透系数,渗透系数K等。等。 试样从进样到柱后由开始洗脱到从柱子中被洗脱下来所需要试样从进样到柱后由开始洗脱到从柱子中被洗脱下来所需要的时间,称为保留时间。它是定性分析的基本参数。的时间,称为保留时间。它是定性分析的基本参数。信号信号进样进样tR待分离组分 , 和载气ABCD色谱过程示意图色谱过程示意图两相两相状态状态 流动相流动相的物态的物态 液相色谱液相色谱(LC)气相色谱气相色谱(GC)液固色谱液固色谱LSC液液色谱液液色谱LLC气固色谱气固色谱GSC气液色谱气液色谱GLC根据固定相的外形分根据固定相的外形分柱色谱柱色谱平板色谱平板色谱平平 板板 色色 谱谱分离分离机理机
8、理 吸附色谱吸附色谱AC分配色谱分配色谱DC离子交换色谱离子交换色谱IEC凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱亲和色谱亲和色谱 1. 流动相不同:流动相不同: GC中使用的流动相为气体(N2;H2;He2等)称为载气 HPLC中使用的流动相为液体(石油醚;甲醇;水等等)称为洗脱液。 2. 进样方式不同:进样方式不同: GC中被测化合物必须汽化 HPLC中被测化合物为液体 3. 被测化合物在系统中的状态不同被测化合物在系统中的状态不同: 在GC中为气体or液体; 在HPLC为液体 4. 被测化合物不同:被测化合物不同: GC所分析的化合物多为小分子有机化合物,能汽化, 大多为化工原料。 HPLC所分析的化合
9、物多为大分子有机化合物,不能 汽化,大多为化工产品(医药,农药,生命物质) 5. 运行费用不同:运行费用不同: GC低 HPLC较高出口气相高真空泵传输线化学工作站软件(电脑)离子源质量分析器质量分析器机械泵检测器质谱GC部分部分MS部分部分载载气气系系统统进进样样系系统统柱柱箱箱系系统统检检测测系系统统数数据据处处理理系系统统N2He毛细管柱毛细管柱填充柱填充柱热导热导(TCD)氢焰氢焰(FID)电子捕获电子捕获(ECD)火焰光度火焰光度(FPD)将检测器信将检测器信号转换为色号转换为色谱图谱图载气系统载气系统 气相色谱仪具有一个让载气连续运行、管路密闭的气相色谱仪具有一个让载气连续运行、管
10、路密闭的气路系统。通过该系统,可以获得气路系统。通过该系统,可以获得纯净的、流速稳定纯净的、流速稳定的载气。它的气密性、载气流速的稳定性以及测量流的载气。它的气密性、载气流速的稳定性以及测量流量的准确性,对色谱结果均有很大的影响。量的准确性,对色谱结果均有很大的影响。 常用的载气有氮气和氢气,也有用常用的载气有氮气和氢气,也有用氦气氦气、氩气和、氩气和空气。流速的调节和稳定是通过减压阀、稳压阀和针空气。流速的调节和稳定是通过减压阀、稳压阀和针形阀串联使用后达到。形阀串联使用后达到。 气相色谱仪的结构气相色谱仪的结构(一)载气系统(一)载气系统载气选择依据载气选择依据检测器检测器柱效柱效 进样系
11、统进样系统 进样系统的作用是将液体或固体试样,在进入色谱进样系统的作用是将液体或固体试样,在进入色谱柱之前瞬间气化,然后快速定量地转入到色谱柱中。进柱之前瞬间气化,然后快速定量地转入到色谱柱中。进样的大小,进样时间的长短,试样的气化速度等都会影样的大小,进样时间的长短,试样的气化速度等都会影响色谱的分离效果和分析结果的准确性和重现性。响色谱的分离效果和分析结果的准确性和重现性。(1 1)进样器)进样器 液体样品的进样一般采用微量注射器。液体样品的进样一般采用微量注射器。 气体样品的进样常用色谱仪本身配置定量进样。气体样品的进样常用色谱仪本身配置定量进样。(2 2)气化室)气化室 为了让样品在气
12、化室中瞬间气化而不分解,因此要为了让样品在气化室中瞬间气化而不分解,因此要求气化室热容量大,无催化效应。求气化室热容量大,无催化效应。(二)进样系统(二)进样系统注射器注射器气化室气化室进样系统进样系统 进样器进样器气化室气化室温度比柱温高温度比柱温高出出1050进样量的选择进样量的选择 进样量进样量柱柱效效进样量过大,使色进样量过大,使色谱柱超载,柱效急谱柱超载,柱效急剧下降,峰形变宽剧下降,峰形变宽检测器检测器 进样量过大,峰高进样量过大,峰高或峰面积与进样量或峰面积与进样量的线性关系被破坏的线性关系被破坏 进样量应控制在柱容量允许范围进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范围之内及
13、检测器线性检测范围之内分离系统分离系统 分离系统由色谱柱组成。有填充柱和分离系统由色谱柱组成。有填充柱和毛细管柱毛细管柱两类。两类。(1)填充柱由不锈钢或玻璃材料制成,内装固定相,一)填充柱由不锈钢或玻璃材料制成,内装固定相,一般内径为般内径为2 4mm,长,长1 3 m。填充柱的形状有。填充柱的形状有U型和螺旋型和螺旋型二种。型二种。 (2)毛细管柱分为涂壁、多孔层和涂载体空心柱。)毛细管柱分为涂壁、多孔层和涂载体空心柱。 空心空心毛细管柱材质为玻璃或石英。内径一般为毛细管柱材质为玻璃或石英。内径一般为0.2 0.5mm,长,长度度30 300m,呈螺旋型。,呈螺旋型。 色谱柱的分离效果除与
14、柱长、柱径和柱形有关外,还色谱柱的分离效果除与柱长、柱径和柱形有关外,还与所选用的固定相和柱填料的制备技术以及操作条件等许与所选用的固定相和柱填料的制备技术以及操作条件等许多因素有关。多因素有关。(三)分离系统(三)分离系统(色谱柱色谱柱)色谱柱色谱柱填充柱填充柱毛细管柱毛细管柱柱内径柱内径1-10 mm0.05-0.5 mm柱长度柱长度 0.5-10 m10-150 m总塔板数总塔板数103 106样品容量样品容量 10-1000 0.1-50g g 柱长 (米)I.D. (mm).5-102-45-100.5305-100.1-.25填充柱530系列柱细孔径柱填充柱开管柱(毛细管柱) 壁涂
15、开管柱色谱柱类型色谱柱类型大多数固定相为聚合物 聚甲基硅氧烷(Polysiloxanes, silicones)聚乙二醇(Polyethylene glycols, PEG)固定相聚甲基硅氧烷CH3CH2CH2CH2CNCH2CH2CF3R =methylcyanopropyltrifluoropropylphenylsiloxanebackboneO Si O Si ORRRR固定相聚乙二醇HO CH2CH2O Hn“WAX” or “FFAP” 类固定液例如: DB-WAX, DB-FFAP温度稳定性比聚硅氧烷类差,最高使用温度低于聚硅氧烷类固定液固定相“ms” 或低流失柱苯基基团键合入硅
16、氧烷聚合物主链DB-5msRtx-5msBPX-5e.g.Si O SiRRRRSi O SiRRRR温度稳定性更好固定液流失021868101214164202224100 C270 C300 C300 C for 12 min柱流失常用固定相Phase compositionJ&WSGERestek100% dimethyl polysiloxaneDB-1BP-1Rtx-195% 二甲基dimethyl- 5% 二苯基diphenyl polysiloxaneDB-5BP-5Rtx-5Polyethylene glycol (PEG)DB-WaxBP-20Stabilwax50% dim
17、ethyl- 50% diphenyl polysiloxaneDB-17BP-17Rtx-176% cyanopropylphenyl- 94% dimethyl polysiloxaneDB-624BP-624Rtx-624固定液的选择固定液的选择 在选择固定液时,一般按在选择固定液时,一般按“相似相溶相似相溶”的规的规律选择。律选择。在应用中,应根据实际情况并按如下几个方在应用中,应根据实际情况并按如下几个方面考虑:面考虑: 第一,非极性试样一般选用非极性固定液。第一,非极性试样一般选用非极性固定液。非极性固定液对样品的保留作用,主要靠色非极性固定液对样品的保留作用,主要靠色散力。分离时
18、,试样中各组分基本上散力。分离时,试样中各组分基本上按按沸点从低沸点从低到高到高的顺序流出色谱柱的顺序流出色谱柱;若样品中含有同沸点的;若样品中含有同沸点的烃类和非烃类化合物,则极性化合物先流出。烃类和非烃类化合物,则极性化合物先流出。 第二,中等极性的试样应首先选用中等极性固定液。第二,中等极性的试样应首先选用中等极性固定液。分离时组分基本上按分离时组分基本上按沸点从低到高沸点从低到高的顺序流出色谱柱,的顺序流出色谱柱,非极性组分先流出。非极性组分先流出。 第三,强极性的试样应选用强极性固定液。第三,强极性的试样应选用强极性固定液。组分一组分一般按般按极性从小到大极性从小到大的顺序流出;对含
19、有极性和非极性的顺序流出;对含有极性和非极性的样品,非极性组分先流出。的样品,非极性组分先流出。 第四,具有酸性或碱性的极性试样,可选用带有酸第四,具有酸性或碱性的极性试样,可选用带有酸性或碱性基团的高分子多孔微球,组分一般按性或碱性基团的高分子多孔微球,组分一般按相对分相对分子质量大小子质量大小顺序分离。顺序分离。 第五,能形成氢键的试样,应选用氢键型固定液,第五,能形成氢键的试样,应选用氢键型固定液,各组分将按各组分将按形成氢键的能力大小形成氢键的能力大小顺序分离。顺序分离。 第六,对于复杂组分,可选用两种或两种以上的混第六,对于复杂组分,可选用两种或两种以上的混合液,配合使用,增加分离效
20、果。合液,配合使用,增加分离效果。毛细管柱流量设定内径载气流入载气流入 MS大流量 真空度差柱内径柱内径 流量流量 0.25mm 1-2ml/min 0.32mm 2-4ml/min 0.53mm 10-15ml/min 分离度分离度:相临两组分间相临两组分间峰顶间距离是峰底宽平均值的几倍峰顶间距离是峰底宽平均值的几倍 (衡量色谱分离条件优劣的参数)(衡量色谱分离条件优劣的参数)讨论:讨论:22112WWttRRR峰宽和之半)保留值之差(峰顶间距)2(21)1 (21122112)(177. 1)(2WWttWWttRRRRR完全未分开完全分离基本分离0 . 165 . 140 . 1RtRt
21、RRRR=1.5完全分离完全分离前提前提定义式基础上,相邻两组分的定义式基础上,相邻两组分的n一致(假设)一致(假设) 22114kknR理理HLnuCuBAH/121212RRttkkKK主要受固定相用量、柱主要受固定相用量、柱温和载气流速的影响温和载气流速的影响主要取决于色谱柱性能及载气流速1) 各组分的各组分的分配系数必须不同分配系数必须不同。这一条件。这一条件通过选择合适的固定相来实现。通过选择合适的固定相来实现。2) 区域扩宽的速度应小于区域分离的速度,区域扩宽的速度应小于区域分离的速度,即色谱柱的柱效要高。即色谱柱的柱效要高。3) 在保证快速分离的前提条件下,色谱柱在保证快速分离的
22、前提条件下,色谱柱应足够长。应足够长。使试样中的不同组分分使试样中的不同组分分离需要满足的条件离需要满足的条件的选择的选择改变柱温产改变柱温产生的影响生的影响柱柱效效增加柱温可加快气增加柱温可加快气相、液相的传质速相、液相的传质速率,有利于降低塔率,有利于降低塔板高度,改善柱效;板高度,改善柱效;但同时又会加剧纵但同时又会加剧纵向扩散,从而导致向扩散,从而导致柱效下降。柱效下降。 分离度分离度柱温升高,柱温升高, K 减小,分离度减小,分离度下降。下降。分析时间分析时间降低柱温,分析降低柱温,分析时间增加时间增加 柱温应控制在固定液的柱温应控制在固定液的最高使用温度最高使用温度和和最低使用温度
23、最低使用温度范围之内。范围之内。 使最难分离的组分有尽可能好的分离前使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下,采取适当低的柱温,但以保留时提下,采取适当低的柱温,但以保留时间适宜,峰形不拖尾为度。间适宜,峰形不拖尾为度。 柱温一般选择在组分柱温一般选择在组分平均沸点平均沸点左右。左右。 组分复杂,沸程宽的试样,采用程序升组分复杂,沸程宽的试样,采用程序升温。温。选择原则选择原则程序升温程序升温50250,8/min恒温恒温150 正构烷烃恒温和程序升温色谱图比较正构烷烃恒温和程序升温色谱图比较程序升温不仅可以改善分离,而且可程序升温不仅可以改善分离,而且可以缩短分析时间。以缩短分析时间。检测和放
24、大记录系统检测和放大记录系统(1)检测系统)检测系统 浓度型检测器浓度型检测器 测量的是载气中组分浓度的瞬间变测量的是载气中组分浓度的瞬间变化,即检测器的响应值正比于组分的浓度。如热导检测化,即检测器的响应值正比于组分的浓度。如热导检测器(器(TCD)、电子捕获检测器()、电子捕获检测器(ECD)。)。 质量型检测器质量型检测器 测量的是载气中所携带的样品进入测量的是载气中所携带的样品进入检测器的速度变化,即检测器的响应信号正比于单位时检测器的速度变化,即检测器的响应信号正比于单位时间内组分进入检测器的质量。如氢焰离子化检测器(间内组分进入检测器的质量。如氢焰离子化检测器(FID)和火焰光度检
25、测器(和火焰光度检测器(FPD)。)。(2)记录系统)记录系统 是一种能自动记录由检测器输出的电信号的装置。是一种能自动记录由检测器输出的电信号的装置。(四四) 检测系统检测系统 (1)特点)特点(FID:hydrogen flameionization detector)a. 典型的典型的质量型质量型检测器,检测器,b. 对有机化合物具有很高的灵敏度,对有机化合物具有很高的灵敏度,c. 无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应。度低或不响应。d. 氢焰检测器结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速氢焰检测器结构简单、稳定性好、
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- GC MS 原理 应用
限制150内