培训资料气相色谱基础知识.ppt
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1、气相色谱法气相色谱法10/28/20221第一部分GC基础知识10/28/202221.1 概 述色谱法是一种分离方法,它利用物质在两相中分配系数的微小差异进行分离。当两相做相对移动时,使被测物质在两相之间进行多次分配,这样原来的微小差异产生了很大的效果,使各组分分离,以达到分离分析及测定一些物理化学常数的目的。10/28/20223理解色谱法(GasChromatography)主要有2点:一是要有两相,二是要有差异。两相:固定相和流动相具体到气相色谱:固定相就是色谱柱(column),流动相就是气体或者称为载气(carriergas)。差异就是指分配系数的差异。10/28/202241.2
2、 气相色谱法的定义和分类定义:用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法。分类:根据固定相的状态不同,气固色谱(GSC)(吸附原理)、气液色谱(GLC)(分配原理)p气固色谱可用活性炭,硅胶,分子筛,高分子多孔小球等作为固定相,分离的主要对象是一些永久性的气体和低沸点的化合物。吸附-脱附p气液色谱多用固定液涂渍在惰性载体上作为固定相,一般只要高沸点的有机化合物,蒸汽压低(在450以下有的蒸汽压)且热稳定性好的有机化合物作为固定液。由于在气液色谱中可供选择的固定液种类很多,容易得到好的选择性,所以气液色谱有广泛的实用价值。溶解-挥发10/28/202251.3 气相色谱法的特点“三高”“一快”“一广
3、”1.高效能:一般填充柱的理论塔板数可达数千,毛细管柱可达一百多万。2.高选择性:可以使一些分配系数很接近的以及极为复杂、难以分离的物质,获得满意的分离。3.高灵敏度:可以检测1010 11111010 1313g g物质,适合于痕量分析4.分析速度快:一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。5.应用广泛:可以分析气体试样,也可分析易挥发或可衍生转化为易挥发的液体和固体。分析的有机物,约占全部有机物(约300万种)的20%。6.不足之处:对被分离组分的定性能力较差。10/28/20226从载气带着组分进入色谱柱起就用检测器检测流出柱后的气体,并用记录器记录信号随时间变化的曲线,此曲线就叫色谱
4、流出曲线,当待测组分流出色谱柱时,检测器就可检测到其组分的浓度,在流出曲线上表现为峰状,叫色谱峰。色谱图:试样中各组分经色谱柱分离后,在柱的末端收集各组分,经检测器转换为电信号,用纪录仪将各组分浓度记录下来,得到色谱图。1.4色谱流出曲线(色谱图)及有关术语10/28/20227如图所示为一色谱流出曲线:1)基线:在实验条件下,色谱柱后仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线称为基线。基线在稳定的条件下应是一条水平的直线。它的平直与否可反应出实验条件的稳定情况。2)峰高(h)和峰面积:色谱峰顶点与基线的距离叫峰高。色谱峰与峰底基线所围成区域的面积叫峰面积。10/28/202283)保留值a.死时间(
5、tM):不与固定相作用的物质从进样到出现峰极大值时的时间,它与色谱柱的空隙体积成正比。由于该物质不与固定相作用,因此,其流速与流动相的流速相近。据tM可求出流动相平均流速b.保留时间tr:试样从进样到出现峰极大值时的时间。它包括组份随流动相通过柱子的时间t0和组份在固定相中滞留的时间。c.调整保留时间tr:某组份的保留时间扣除死时间后的保留时间,它是组份在固定相中的滞留时间。即tr=trtM4)色谱峰底宽W:由色谱峰的两边拐点做切线,与基线交点的距离。5)半峰高宽度W :色谱峰高一半处的峰宽。也称为色谱峰半高宽度。10/28/202291.5 气相色谱构成示意图10/28/2022101.6
6、气相色谱基本流路图500次更换进样垫100次更换一般为1:10吸咐不被气化的物质N2尾吹10/28/202211第二部分载气10/28/2022122.1 常用载气1、载气要求:作为气相色谱载气的气体,要求要化学稳定性好;纯度高;价格便宜并易取得;能适合于所用的检测器。2、常用载气氮气(黑)、氦气(银灰)、氩气(白)、氢气(深绿)、二氧化碳(黑)等TCD 用氢气、氦气比较好,灵敏度高,FID 用氮气惰性气体化学稳定性好、价格高。10/28/2022133、气体的净化净化管通常为内径50mm,长200250mm的金属管装填什么物质取决于载气纯度的要求(如,除去水分可用吸附剂硅胶和分子筛,除去烃类
7、化合物,可用活性炭)。净化管的出口和入口应加上标志,出口应当用少量纱布或脱脂棉轻轻塞上,严防净化剂粉尘流出净化管进入色谱仪。10/28/2022144、气流调节阀通常在减压阀输出气体的管线中还要串联稳压通常在减压阀输出气体的管线中还要串联稳压阀,用以稳定载气(或燃气)的压力阀,用以稳定载气(或燃气)的压力当用程序升温进行色谱分析时,由于色谱柱当用程序升温进行色谱分析时,由于色谱柱柱温不断升高引起色谱柱阻力不断增加,也会使柱温不断升高引起色谱柱阻力不断增加,也会使载气流量发生变化。为了在气体阻力发生变化时,载气流量发生变化。为了在气体阻力发生变化时,也能维持载气流速的稳定,需要使用稳流阀来自也能
8、维持载气流速的稳定,需要使用稳流阀来自动控制载气的稳定流速。动控制载气的稳定流速。10/28/202215第三部分进样口10/28/2022163.1 进样系统进样系统气化室将液体试样瞬间气化的装置。进样装置气体进样器(六通阀):气体进样器(六通阀):推拉式和旋转式两种。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进入分离柱;10/28/202217微量注射器进样阀微量注射器进样阀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1L;新型仪器带有全自动液体进样器,清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成,一次可放置数十个试样。10/28/2022183.12 注意事项进样
9、口温度过低,将导致高分子量化合物气化不完全,并且不能有效转移到色谱柱中。(样品气化不完全)进样口温度过高,导致热稳定性差的化合物分解。(样品分解)样品从进样针注入时,不同组分的气化程度不同,高沸点组分残留量比例高。一般情况下进样速度必须很快,因为当进样时间太长时,试样原始宽度将变大,色谱峰半峰宽随之变宽,有时甚至使峰变形。一般地,进样时间应在1s以内。10/28/202219第四部分色谱柱10/28/202220色谱柱:色谱仪的核心部件。色谱柱: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2-6毫米。毫米。长度可根据需要确定。长度可根据需要确定。柱填料柱填料:
10、粒度为:粒度为60-80或或80-100目的色谱目的色谱固定相。固定相。气气-固色谱:固体吸附剂固色谱:固体吸附剂气气-液色谱:载体液色谱:载体+固定液固定液柱制备对柱效有较大影响,填料装填太紧,柱制备对柱效有较大影响,填料装填太紧,柱前压力大,流速慢或将柱前压力大,流速慢或将柱堵死,反之空隙体柱堵死,反之空隙体积大,柱效低。积大,柱效低。10/28/20222110/28/2022224.2 色谱柱选择的要素色谱柱选择的要素l柱材质l固定相l内径l膜厚l长度10/28/2022234.2.1 柱材质不锈钢和熔融石英共同点:良好的惰性和自由度不锈钢的优势:良好的耐磨性和抗刮伤特性,可以缠绕为更
11、小的尺寸,卓越的温度适应性。熔融石英的优势:易于和保护柱连接,易于确认毛细柱内的高沸点污染物。10/28/2022244.2.2 固定相固定相选择的基本原则:相似相溶原理,选用非极性的固定相分析非极性化合物如果化合物可以用不同极性的固定相分析,选用极性最小的固定相。非极性固定相的使用寿命长于极性固定相。应用范围较广的五种固定相,Rtx-1、Rtx-5、Rtx-50、Rtx-1701和Rtx-wax可以满足90%以上的分析需求。10/28/2022254.2.4 色谱柱的选择根据极性来选择适合的固定相,从来选择适当的色谱柱。10/28/2022264.2.5 气相色谱毛细管柱常用固定相10/28
12、/2022274.2.7 内径内径选择的基本原则:口径柱适用于快速气相色谱分析。口径柱具有较高的柱效,用于标准的GC/MS应用和分流/不分流分析。口径柱中等柱效,多用于不分流进样。口径柱,可以替代填充柱,适合于痕量分析。增加色谱柱的内径,可以增加分离的样品量,但由于纵向扩散路径的增加,会使柱效降低。10/28/2022284.2.8 内径对分离度的影响内径对分离度的影响较小的内径可以获得更好的分离度,或者在更短的时间内获得同样的分离度10/28/2022294.2.9 膜厚膜厚选择的基本原则:增加膜厚可以提高分离度和加强保留,厚些的液膜可以有效降低过载拖尾峰和其他化合物的共流出。如果样品的浓度
13、范围很宽,就需要更厚的液膜,反之,如果目标组分的分离足够,并且没有共流出的问题,就可以使用比较薄的液膜,对于挥发性有机物来说,厚液膜更为合适。液膜厚度的改变将直接影响化合物的流出温度。膜越厚,保留越强,流出温度相应也越高。标准膜厚m):最广泛的应用,对于流出达到300的大多数样品分析效果良好。薄液膜m):适合石化分析,甘油三酯等高沸点的物质。厚液膜(15m):适合于流出温度在100200之间的低沸点化合物10/28/2022304.2.10 膜厚对分离度的影响膜厚对分离度的影响10/28/2022314.2.11 长度长度选择的基本原则:色谱柱越长,柱效越高。选择可以满足分离度要求的最短的柱子
14、。如果即使是最长规格的色谱柱依然无法满足分离度的要求,请考虑更换固定相或膜厚。分离度和柱长的平方根成正比,两倍的柱长只能增加40的分离度。标准柱(2530m):标准柱长,满足大部分应用。短柱(515m):通常用于10个组份以下简单样品的快速分析。长柱(50m以上):复杂样品分析。10/28/2022324.2.11 柱长对分析时间的影响恒温分析:保留时间由柱长决定,柱长加倍分析时间也加倍。程升分析:保留时间主要取决于柱温,分离度的提升和恒温分析类似,但分析时间只是略有增加。由于分离度正比于柱长的平方根,所以增加柱长对分离是有利的。但增加柱长会使各组分的保留时间增加,延长分析时间。因此,在满足一
15、定分离度的条件下,应尽可能使用较短的柱子。10/28/2022334.3 色谱柱的老化为什么必须进行色谱柱老化?新色谱柱含有溶剂和高沸点物质,所以基线不稳,出现鬼峰和噪声;旧柱长时间未用,也存在同样问题。一般采用升温老化,即从室温程序升温到最高温度,并在高温段保持数小时。新柱老化时,最好不要连接检测器。每天都要进行老化吗?视仪器基线情况,确定是否需要老化以及老化时间。10/28/2022344.4 柱温的选择l柱温是一个重要的色谱操作参数,它直接影响分离效能和分析速度。柱温不能高于固定液的最高使用温度,否则会造成固定液大量挥发流失。某些固定液有最低操作温度。一般地说,操作温度至少必须高于固定液
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