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气相色谱仪组成及详细结构

发布时间:2020-07-17 03:58  

  气相色谱仪组成及详细结构_信息与通信_工程科技_专业资料。气相色谱仪组成及详细结构 了解结构的目的: (三个有利于) 1, 有利于对色谱理论的把握和理解 2, 有利于更好地使用和操作仪器 3, 有利于仪器的修理和维护 一, 仪器组成(通过分析样品的一个完整

  气相色谱仪组成及详细结构 了解结构的目的: (三个有利于) 1, 有利于对色谱理论的把握和理解 2, 有利于更好地使用和操作仪器 3, 有利于仪器的修理和维护 一, 仪器组成(通过分析样品的一个完整流程=)整体结构 1 气路系统 载气和检测器所用气体的气源(N2,H2,HE2,AIR 等)及气流控制装置,压 力表,针型阀,稳流阀,电磁阀,电子流量计 2 进样系统 自动进样器,进样阀,各种进样口(填,毛,冷柱上,程升进样口,顶空 进样口)吹扫—捕集,裂解等辅助进样装置。作用:有效地将样品导入色谱柱进行分离。 3 柱系统 柱加热,色谱柱,进样口和检测器的接头。色谱柱本身的性能是分离成败的 关键,是仪器的心脏。柱子断了进行连接就好比心脏搭桥手术。 4,检测系统 TCD,FID,NPD,FPD,ECD,MSD(质谱检测器) ,ACD(原子发射光谱检测 器) 5,控制系统 主要是检测器,进样器和柱温的控制,检测信号的控制等。 6,数据处理系统,对色谱仪的原始信号进行检测画出色谱图,并获得相应的定性定量 数据。 二, 气路系统 1,气源{钢瓶或气体发生器 A:载气与 N2 和 H2 的区别?H2 既做燃气又可做载气,做载气同时做燃气。 (马是白马, 白马非马) B 分子筛的活化:置于坩埚放入马弗炉内,加热 400-600 摄氏度,活化 4-6 小时,待凉 即装入净化器内。 C 硅胶的活化:140 摄氏度 2 小时烘箱变蓝 2,气路控制系统 A 气路流程图,以 FID 为例,N2,H2,AIR 的全过程。 N2,钢瓶---减压阀压力表---稳压阀---稳流阀---转子流量计---汽化室---色谱柱---检测室--放空 H2, 钢瓶---减压阀压力表---稳压阀---稳流阀---检测室---放空 AIR, 钢瓶---减压阀压力表---稳压阀---稳流阀---检测室---放空 3, 检漏 重要性?防爆炸防漏气防不出峰等等 A 用的材料,肥皂水洗洁精异丙醇+水 =1:1 B 方法,分段查每一接口 4, EPC 系统 电子压力传感器和电子流量控制器 优点:A 流量控制准确,重现性好 B 可实现载气的多模式操作,恒流恒压压力编程等 C 仪器体积小 D 自动化程度高 E 更省 气 F 操作更安全 G 分析结果更可靠 因价格高国内目前较少采用 三, 分解 进样系统(汽化室)总的要求 :A 热容量较大 B 死体积较小 C 不使样品 一) 进样口结构及技术指标 1, 温度范围 350—420 摄氏度 (柱子温度一般不超过 400 摄氏度)流量 0—200ML/MIN 散热帽导向垫玻璃内衬管柱接头柱子五同心 2,死体积 内衬管的空间 0.2—1 微升,死体积应足够小,以保证进入色谱柱的 初始谱带尽可能窄,从而减少柱外效应;但体积太小又会因样品汽化后体积膨胀 而引起压力剧烈变动,严重时会造成样品的“倒灌” ,反而增大了柱外效应。 3,惰性, 内壁应有足够的惰性,不对样品发生吸附作用或化学作用,也不能对 样 品 的 分 解 有 催 化 作 用 , 故 加 入 内 衬 石 英 玻 璃 管 。 4, 隔垫吹扫的功能, 硅橡胶的影响 A 不可避免地会含有一些残留溶剂或低分子齐 聚物 B,汽化室高温的影响,硅橡胶会产生部分降解,进入柱内形成鬼峰。故此 二点影响正常分析,用吹扫功能消除 此影响 2—3ML/MIN。C,定期检查隔垫是 否漏气,及时更换。5,分流比的设定,常用 20—200:1,快速 GC5000:1 或更 高, A, 分流歧视: 指在一定分流比条件下, 不同样品组分的实际分流比是不同的, 会造成进入色谱柱的样品组成不同于原来的样品组成,从而影响定量分析的准确 度。 造成的原因: (1)不均匀汽化(进样是动态的) ,汽化不太完全的组分 比完全汽化的组分可能多分流掉一些样品。 极性不同沸点各异导致汽化速度差异。 (2)不同样品组分在载气中的扩散速度不同(扩散速度与温度成正比,故尽量快 速汽化)-----》高汽化温度,合适的衬管(3)分流比的大小影响分流歧视,分流 比小一些有利。分流比越大越有可能造成分流歧视,在样品浓度和柱容量允许的 条件下,分流比小一些有利。B,分流比的测定:在分流出口用皂膜流量计测定分 流流量,再测定柱内流量(因柱内流量很小,用皂膜流量计测定的误差较大,故 常用测定死时间的办法进行流量计算)二者之比为分流比。严格地讲:两个流量 值应校正到相同的温度和压力条件下。 C, 注意事项: 具体分析中要消除分流歧视, 还应注意色谱柱的初始温度尽可能高一些,这样,汽化室和柱温之差会小一些, 可避免汽化后的样品发生部分冷凝。 6,色谱柱的安装: “位置” (1)入口端过分流点(2)保证柱入口端处于汽化室的中央,即汽化室内色谱柱 与衬管是同轴心(3)柱后过尾吹点 二) 常用 GC 进样口(目前我公司有三种,一种是填充柱不分流进样口,一种是 毛细柱分流进样口,一种是阀进样) 1,填充柱不分流进样口,内衬管需要定期清洗,防止硅胶垫碎末长期导致衬管堵 塞,造成出峰小或不出峰的故障。安装内衬管时要注意,不要太紧,松紧适当不漏气为宜。 汽化垫要定期更换,可根据进样的频率来确定更换时间。散热帽固定汽化垫时要松紧适当, 太紧不易扎针, 太松容易漏气。 最简单的进样口所有汽化的样品均进入色谱柱可接玻璃或不 锈钢填充柱也可接大口径毛细柱直接进样 2,毛细柱分流进样口,定期检查分流和隔膜吹扫上的活性炭。最常用的毛细管 柱进样口,分流进样最为普遍操作简单,但有分流歧视和样品可能分解的问题,不分流进样 虽然操作复杂一些,但分析灵敏度高,常用于痕量分析 3 阀进样,常用六通阀定量引入气体或液体样品重现性好,容易实现自动化但进样对峰展宽 的影响大常用于永久气体的分析以及化工工艺过程中物料流的检测 A 自动进样 B 手动进样 可以直接与色谱柱相连也可以接到色谱仪进样口 注意事项: (1)阀串联在气路流程中(2)阀体与进样口之间的连接管越短越好(3)连接管 路最好也有控温系统(4)多用填充柱分析常要求载气流速大于 20ml/min 才能有效的将样品 转移到色谱柱 阀的结构: (1)载气入口(2)接色谱柱(3)样品注入口(样品人) (4) 放空(5)样品定量管 4,进样口对峰展宽的影响 A 峰展宽的机理有两种:1 时间上的展宽:是由样品蒸汽从进 样口到色谱柱的转移速度决定的,越快初始峰宽越小;2 空间上的展宽:是样品进入柱头时 产生的。如不分流和冷柱上进样时,样品进入柱头会发生部分冷凝,冷凝的液体样品会在载 气的吹扫下移动,从而在一定的长度上分布,这一长度就是初始峰宽。如样品与固定相的相 容性不好,还会形成液滴分布,使初始峰宽进一步加大,严重的还会造成分裂峰 B 填充柱 的峰展宽可忽略, 毛细柱有影响 c,如何消除即使进入色谱柱的样品初始谱带尽可能窄进样量 小一些进样口温度高一些, 载气流速快一些汽化室体积小一些分流比大一些都对窄的初始谱 带宽度有利 5 衬管多为玻璃或石英材料制成作用: 1 保护色谱柱干净很重要及时清洗和更换 2 内表面 的活性点可能导致样品被吸附或分解故进行脱活处理常用硅烷化法在高温下工作时硅烷化 的有限期只有几天在分析极性样品时注意及时更换衬管或重新硅烷化 3 衬管中是否填充填 料依据待情况而定(1)一般填少量经硅烷化处理的石暎玻璃毛可防止注射器针尖的歧视作用 加速样品汽化还可避免颗粒物质堵塞色谱柱(2)样品中难挥发物含量高时还可填充一些固 体吸附剂或色谱固定相以达到样品预分离的效果 4 衬管容积是影响分析质量的重要参数基 本要求是衬管容积至少要等于样品中溶剂汽化后的体积(1)衬管容积太小会引起汽化样品 的“倒灌”以及柱前压宽度(2)容积太大产生不必要的柱外效应使样品初始谱带展宽一般 汽化后溶剂膨胀 150—500 倍 三)、进样注意的问题(针对常规液体样品)1 液体样品用微量注射器 2 气体用 ml 级注射器 进样分为手动和自动此处指的是手动进样 1 注射速度快 2 取样准确而重现无气泡 3 避免样品之间的相互干扰洗针: 取样要先用样品溶剂洗针至少三次抽满贞观的 2/3 再排 出再用要分析的样品洗针至少 3 次然后取样取样多次上下抽动这样基本上可消除记忆效应 每个样品(不同的)用一个针 4,选用合适的注射器,进样量≤1VL 选 1VL 或 5VL 进样量≥1VL 选 5VL 或 10VL 5, 减少注射歧视。定义:指注射针插入色谱仪进样口时,针尖内的溶剂和样品中的易挥发 组分首先开始汽化,无论注射速度多快,不同沸点的组分总是有汽化速度的差异。当注 射完毕抽出针尖时,注射器中残留样品的组成就与实际样品的组成有所不同。显然,高 沸点组分在针尖内残留的要多一些。即:进入色谱柱的样品中的高沸点组分含量可能低 于实际样品,从而造成定量分析的误差。怎样减少?(1)热针进样,把针先预热,比 如放在汽化室附近(2)溶剂冲洗进样技术:先取一定量的溶剂再取样品,再注射样品 时溶剂有可能将样品全部冲洗进入汽化室。应注意溶剂量太大造成色谱柱超载。 6, 特殊样品(1)热解析仪,空气环境质量分析(2)萃取进样仪(3)顶空进样仪 四,柱系统 ,分三部分 1 柱箱 2 色谱柱 3 柱与进样口和检测器的连接头 一) 柱箱尺寸与控温参数 柱箱尺寸(大小)关系到安装几根柱子,操作是否方便,除 6801 型 6800ATCD 外 一般带毛细柱汽化室的都可同时接一根毛细柱,一根填充柱,经改装 6890 可同时 接两根毛细柱,两个放大器。 控温参数:恒温分析和程序升温分析 二) 色谱柱的类型与选择 常规实验室有三种毛细柱可应付 85% 以上的气相色谱分析任务 SE—30(OV—1) SE—54 OV—17(OV—1701)再加一根 PEG—20M 可应付 95%以上的分析任务, 根据“相似相溶”原则选择色谱柱。 三) 色谱柱操作注意事项 1, 安装,填充柱:注意柱子的连接顺序,不能接反。毛细柱:注意分流点,尾吹 点。 为什么不能接反?因接真空泵一端填充得比较紧密,相当于柱出口压 力增大,线速均匀,柱效高;反之如果把色谱柱方向倒转接上,柱效会下降 10-20% 2, 维护 柱子老化 60℃起 5-10℃/min 升至老化温度 A,填充柱:断开检测器 N2,10-20ml/min,以程序升温的方式缓慢将柱温升至比 使用温度高 20℃但不能高于最高使用温度,并在此温度下老化 4—8 小时 B,毛细柱:比最高分析温度高 20℃或最高使用柱温的条件下老化柱子 2 小时 3,注意事项 A,老化前清洗系统中的氧气,至少数十分钟(20min)如柱子被打开暴露到空 气中很长时间(几天)那么需更长时间(1-2h)来清洗系统以排除所有的氧气 B,关机前柱温降到 50℃以下,再切断载气,防止空气扩散进入,固定液被氧化 降解 C,修理 ( 用聚酰亚胺黏合剂)一般断后重新购买,作为普通操作使用者接 断了的毛细柱存在很大的技术问题,购买新柱即可。 五,检测系统 柱子是心脏,检测器是眼睛 对检测器总的要求 1,灵敏度高 2,噪音低 3 线 对各类物质都有讯号,但 对流速和温度变化不敏感。理想型的难以做到。FID,TCD 为通用型;NPD,FPD,ECD 为选择型。 常用气相色谱检测器的特点和技术指标 检测器 类型 最高操作 最低检测限 温度 (℃) 450 丙烷《5pg/s 碳 线性范围 主要用途 FID 质量 型准 通用 型 浓度 型通 用型 浓度 型选 择型 质量 型选 择型 质量 型选 择型 浓度 型选 择型 浓度 型选 择型 107(10%) 各种有机化合物的 分析,对碳氢化合 物的灵敏度高 105(25%) 适用于各种无机气 体和有机物的分 析,多用于永久性 气体的分析 104 适合分析含电负性 元素或基团的有机 化合物,多用于分 析含卤素化合物 同 ECD TCD 400 丙 烷 《 400pg/ml 壬 烷 20000mv*ml/mg ECD 400 六氯苯《0.04pg/s 微型 ECD 400 六氯苯《0.008pg/s 5*104 NPD 400 用偶氮苯和马拉硫磷的混 合 物 测 定 《 0.4pg/s 氮 《0.2pg/s 磷 用十二烷硫醇和三丁基磷 酸酯的混合物测定《20pg/s 硫《0.9pg/s 磷 对硫磷《0.1pg/s 磷对硫磷 《1pg/s 硫硝基苯《10pg/s 105 适合于含氮和含磷 化合物的分析 FPD 250 硫》 105 磷》 适合于含硫含磷和 106 含氮化合物的分析 磷 105 硫 103 氮 102 同 FPD 脉 冲 FPD (PFPD) 400 1,FID,NPD,FPD,ECD,可用毛细柱进行分析检测,因毛细柱内流量小,不能满足检测 器要求,故需加尾吹气。FID,FPD,NPD 载气+尾吹气=30ml/min;ECD 载气+尾吹气 =40—60ml/min 尾吹气的使用,又叫补充气,辅助气。作用: (1) ,保证检测器在高灵敏度状态下工 作(2) ,消除检测器死体积的柱外效应 2,FID 使用注意事项:A,H2O,NH3,CO,CO2,CS2,CCI4 不能使用,响应很小或无 响应 B,安全问题(H2)C, N2:H2:AIR=1:1:10 D,防止污染,检测器温度大于柱温 一般 20℃ 喷嘴和气路管道的清洗:用丙酮,氯仿,乙醇浸泡,并在超声波水 浴中超声 10min 以上,不锈钢丝穿透,酒精灯烧掉喷嘴内的油状物,砂纸打磨碳化 物。 3, TCD 注意事项:A,先通气,确保热丝不被烧掉 B,载气彻底除氧,保证高纯 C,载气种类,传热系数差异 4, NPD 注意事项:A,选择性 B,铷珠的温度变化对检测灵敏度的影响较大 (1) 温度高,灵敏度就高,铷珠的寿命就短 (2) 空气载气和尾吹气大降低灵敏度 H2 3-4mi/min AIR100-120ml/min 尾 吹气 30ml/min 左右 (3) 避免 SIO2 进入检测器,缩短寿命 (4) 关闭载气前电流调到零,使用时尽可能低电压使用 (5) 避免潮湿,最好关闭铷珠电流时检测器温度在 100℃以上,如一段时间不 进样(如过夜后继续使用)应降低铷珠电流,但不要完全关闭,利于第二 天快速稳定。 5,ECD A 防止放射源污染,放空到房顶 B,ECD 的温度应大于 250℃,因温度低检测器平衡慢,稳定时间长 C,载气种类: 1) , N2 2) , 含 5%甲烷的氩气 3) , H2 做载气时要用 N2 作尾吹气, 载气+尾吹气约为 60ml/min 太小峰拖尾;太大降低灵敏度 D,ECD 避免与氧气或湿气接触,可导致噪声增大,故载气要高纯 6,FPD (1) 安全问题同 FID (2) (3) (4) H2 60-80ml/min AIR 100-120ml/min 尾吹气+柱流量=20-25ml/min 六,数据处理系统和控制系统 积分仪,工作站及电路控制系统另有他人讲解 七,色谱工作者的良好习惯 (1) 按仪器说明书的规程操作 (2) 准备一份色谱柱测试样品 (3) 及时更换毛细柱密封垫 (4) 使用纯度合乎要求的气体 (5) 定期更换气体净化器填料 (6) 使用性能可靠的压力调节阀 (7) 定期更换进样口的汽化垫 (8) 及时清洗注射器 (9) 定期检查并清洗进样口衬管 (10) 保留完整的仪器使用记录 (11) 更换零部件要逐一进行 八,分享交流 一个 jing 音,四个敬,静,净,竟字 敬,敬业 静,静心,思考;淡泊以明志,宁静以致远 净,干净,做人,做事。仪器必须保持干净,这是做好分析的根本 竟,竞争,做好上述三点才能保证在激烈的竞争中立于不败之地。