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安捷伦气相色谱基础培训资料

发布时间:2020-10-25 00:22  

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  安捷伦气相色谱基础培训 质量管理部 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 第一部分 GC基础知识 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 1.1 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。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 ? 理解色谱法(Gas Chromatography ) ? 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(carrier gas )。 ? 差异就是指分配系数的差异。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 色谱过程示意图 待分离组分 , 和 载气 A B C D 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 分离的过程示意图 流动 相 样品 固定 相 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 Analytical Training Center GCTECH 2-04 1.2 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) ? 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 ? 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1.5KPa10KPa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 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 1.3 气相色谱法的特点 ? “三高” “一快” “一广” 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10?11~10?13g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。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 1.4 色谱图及有关术语 ? 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。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 ? 如图所示为一色谱流出曲线)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。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 3)保留值 a. 死时间(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’= tr -tM 4)色谱峰底宽W :由色谱峰的两边拐点做切线,与基线)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。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 1.5 气相色谱构成示意图 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 1.6 气相色谱基本流路图 一般为1:10 进样垫100次更换 吸 咐 不 被 气 化 的 物 质 500次更换 N2尾吹 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 第二部分 载气 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 气 源 典型的气相色谱 分子筛 脱水管 固定 限流器 稳压器 流量 控制器 进样口 检测器 电子部件 PC 色谱柱 氢气 载气 2018年9月12日星期三 空气 兰州制造中心实验室 气源与载气种类 对载气的要求如下: 1、 惰性(不与样品或固定相反应) 2、 气体扩散小,以提高柱效率 3、 容易得到并易纯化 4、 价格便宜 5、 满足检测器要求 常用载气:N2 H2 He Ar TCD 用氢气、氦气比较好,灵敏度高, FID 用氮气 辅助气:氧气或空气 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 气体的净化 1、气体不纯的不良影响 1) 样品失线) 柱失效 对固定液保留特性的影响 对检测器的影响 2、气体的净化方法 3、常用的净化物质的使用与老化 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 分子筛干燥器 氧气捕集器 微量的氧气会破坏色谱柱,特别是对毛细管柱。氧气也会降低ECD检测器的功能。 氧气捕集器 (P/N 3150-0414) 应连接在分子筛干燥器和仪器安装设备的进样口 之间。 管路:使用GC专用铜管, 使用前先用溶剂冲洗,载气吹干。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 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 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 ,也能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。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 第三部分 进样系统及技术 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 阀进样 气体进样 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 液体进样阀 载气 样品入口 S 色谱柱 载气 色谱柱 排出口 限流器 P W C W S P C 取样状态 进样状态 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 样品上方取样进样法(顶空分析) 顶空的概念 气密型进样器 顶空 样品 恒温箱 1. 样品放置在一个恒温箱中(或炉中),从而可以达温度平衡。 2. 利用一个气密型的进样器或其它合适的手段取出样品上方的相同的顶空气体。 3. 再使用一般的GC仪器来分析样品的顶空气体。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 顶空相关问题 适于分析这样的挥发物: 不纯样品。 - 固体样品。 - 含有某些不做分析的高沸点 组 分样品。 - 含水量较高的样品。 - 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 应用 水中氯化烃 顶空分析 2 3 1. 2. 3. 4. 4 氯代甲烷 二氯甲烷 三氯甲烷 四氯化碳 水中芳烃 顶空分析 1 2 1. 苯 2. 甲苯 1 15 min 柱:HP-1 (Cross-Linked Methyl Silicone) 30 m x 0.53 mm x 2.65 (HP Part No. 19095Z-123) 载气:Helium, 5.2 psi 炉温:40 C 进样口:1cc, 不分流 检测器:FID 10 min 柱:HP-1 (Cross-Linked Methyl Silicone) 30 m x 0.53 mm x 2.65 (HP Part No. 19095Z-123) 载气: Helium, 5.2 psi 炉温: 60 C 进样口: 1 cc, 分流比 5:1 检测器: FID 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 药品中溶剂残留: USP 467 3 1 2 3 4 二氯甲烷(25 ppm) 氯仿(12 ppm) 苯(25 ppm) 三氯乙烯 (25 ppm) 5 二噁环 (25 ppm) 1 4 2 5 2 4 6 8 10 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 填充柱进样口示意图 进样垫固定螺母 进样垫 衬管 玻璃填充物 载气 石墨垫 齿形螺母 柱 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 毛细管柱进样口 分流方式用于 脉冲分流 含量较高组分分析 允许更大进样量 不分流方式用于 脉冲不分流 痕量组分分析 允许更大进样量 分流方式是特为毛细管柱GC设计的样品引入方式 可与熔融石英,玻璃,金属柱相接 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 分流/不分流流路系统 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 不分流流路示意图 进样过程中分 流放空阀关闭 (没有分流出 口流量) 在进样后的某 指定时间,分 流阀打开,将 剩下的蒸汽清 除出进样口。 ? ? 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 进样口操作 1、 进样口常见问题 堵塞 温度不正确 污染 泄漏 2、 操作条件的选择 1) 2) 3) 汽化室温度的选择 进样垫的材料与处理 进样量 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 注意事项 ★进样口温度过低,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。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 第四部分 色谱柱 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 气相色谱柱有多种类型。从不同的角度出发,可按色谱柱 的材料、形状、柱内径的大小和长度、固定液的化学性能 等进行分类。色谱柱使用的材料通常有玻璃、石英玻璃、 不锈钢和聚四氟乙烯等,根据所使用的材质分别称之为玻 璃柱、石英玻璃柱、不锈钢柱和聚四氟乙烯管柱等。在毛 细管色谱中目前普遍使用的是玻璃和石英玻璃柱,后者应 用范围最广。对于填充柱色谱, 大多数情况下使用不锈钢 柱,其形状有U型的和螺旋型的,使用U型柱时柱效较高。 按照色谱柱内径的大小和长度,又可分为填充柱和毛细管 柱。前者的内径在2?4mm,长度为1?10m左右;后者内径 在0.2?0.5mm,长度一般在25?100m。在满足分离度的情 况下,为提高分离速度,现在也有人使用高柱效、薄液膜 的10m短柱。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 根据固定液的化学性能,色谱柱可分为非极性、极性与手性 色谱分离柱等。固定液的种类繁多,极性各不相同。色谱柱 对混合样品的分离能力,往往取决于固定液的极性。常用的 固定液有烃类、聚硅氧烷类、醇类、醚类、酯类以及腈和腈 醚类等。新近发展的手性色谱柱使用的是手性固定液,主要 有手性氨基酸衍生物、手性金属配合物、冠醚、杯芳烃和环 糊精衍生物等。其中以环糊精及其衍生物为色谱固定液的手 性色谱柱,用于分离各种对映体十分有效,是近年来发展极 为迅速且应用前景相当广阔的一种手性色谱柱。 在进行气相色谱分析时,色谱柱的选择是至关重要的。不仅 要考虑被测组分的性质,实验条件例如柱温、柱压的高低, 还应注意和检测器的性能相匹配。有关内容我们将在以后章 节中加以详细讨论。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 “极性”一词常用来描述或评价固定液的性质。气相色谱中 的所谓极性,是指含有不同功能团的固定液与分析物质的功 能团和亚甲基之间相互作用的程度。如果一种固定液保留某 种化合物的能力大于另一类,则认为这种固定液对于前一类 化合物有较高的选择性。人们最初用来描述和区别固定液分 离特性的方法是罗胥耐德(Rohrschneider)于1959年提出的相 对极性方法。他首先规定固定液β,β-氧二丙腈的相对极性为 100,角鲨烷为零, 选用正丁烯与正丁烷或环已烷与苯作为 物质对,然后分别测定物质对在氧二丙腈、角鲨烷以及被测 固定液柱上的相对调整保留值并取对数。 对于罗氏所建议的方法,有些人仍认为不够完善。1970年麦 克雷诺(McReynolds)对这一方法提出改进方案。他采用丁醇、 2-戊酮和硝基丙烷分别取代罗氏所用的乙醇、甲乙酮和硝基甲 烷,实验温度改为120℃。为了与罗氏常数相区别,相应的麦 氏常数用X,Y,Z,U,S表示。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 许多色谱手册都列有这两种常数,但罗氏常数现在人们已经 不太常用,使用比较广泛的是麦氏常数。 固定相的评价是一个比较复杂的问题。不论是罗氏常数还是 麦氏常数,许多人认为都还有不少缺点。为了寻求比较完美 的表征方法,近年来Abraham等人提出了一种“溶剂化参数 模型”(solvation parameter model)。这一模型将溶质分 子从气相溶解到固定相的过程分为三个阶段:(1)在固定相 中形成一定大小的空穴。这一过程要打破溶剂-溶剂分子间 的“键”,是一个吸收能量的过程。溶质分子越大,需要打 破的溶剂-溶剂分子间的“键”越多,吸收的能量也越多。 如果仅考虑这一阶段,溶质分子越大,其保留值越小;(2) 孔穴周围的溶剂分子重新排列。这一过程虽然与熵及焓有关, 但对Gibbs自由能的贡献不大;(3)溶质进入孔穴。这一过程 产生溶质和溶剂之间的各种作用力。所有作用力都会导致释 放能量,有利于溶质的溶解。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 色谱柱分类 分析填充柱 制备填充柱 填充柱 色谱柱 毛细管柱 普通填充柱 微填充柱 壁涂毛细管柱(WCOT) 分配型 多孔层毛细管柱(SCOT或 PLOT) 吸附型 分配型 填充毛细管柱 吸附型 普通弹性石英毛细管柱 弹性石英毛细管柱(FSOT) 键合相弹性石英毛细管柱 壁处理毛细管柱 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 色谱柱类型 填充柱 常规型 开管柱(毛细管柱) 壁涂 开管柱 常规填充柱 及微填充柱 多孔层小 球填充柱 小球填 充柱 多孔层 开管柱 长度 (meters) 内径 (mm) 流量 (ml/min) 压力梯度 (psi) 样品负荷量 PACKED .5-10 2-4 10-60 10-90 100 ng/ 峰 SERIES 530 5-100 .530 4-30 1-20 WCOT (wide) 5-100 .3-.75 1-30 1-40 100 ng/ 峰 WCOT (narrow) 5-100 .1-.25 0.3-1.0 5-90 50 ng/ 峰 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 气固色谱 (GSC) 吸附型 填充柱 载气 吸附填充 (GSC) 多孔具有大的表面积 毛细管柱- P orous Layer O pen T ubular (PLOT) 载气 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 气液色谱 (GLC) 分配型 填充柱 载气 液体相 固体支撑物 非常多的孔具有极大的表面积 毛细管柱 Wall Coated Open (WCOT) Tubular 液体相 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 气液色谱(GLC) 通过样品在固定相中不同的溶解度来实现分离 根据极性的不同分离组分 通常情况下 “ 相似相溶 或 同极性互相作用 例如:醇类是极性化合物 聚乙二醇(Carbowax)是极性化合物 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 分离指标 1、柱效: 柱生成尖锐峰的能力。 物质进行选择性分离的能力。 选择因子: 2、选择性: 柱将两个具有相似的化学和/或物理性质的 Vg2 tR2 VR2 r2,1= tR1 = VR1 = Vg1 3、分离度R: 柱将两个峰彼此分开的能力。 4、柱效,选择因子和分离度之间的关系。 柱效 分离度 2018年9月12日星期三 优 差 优 差 分离度 柱效 兰州制造中心实验室 毛 细 管 柱 色 谱 条 件 的 选 择 1、 2、 3、 4、 5、 6、 柱 液 柱 载 柱 进 效 膜 内 气 温 样 厚 径 线 的 量 度(fd ) 速 及 载 气 种 类 选 择 及 进 样 技 术 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 柱 选 择 常用的柱选择方法: 首先试用手边现有的柱子 向同事请教 从文献中查到相近应用的方法 如不是太清楚,先使用一个非极性柱如 HP-1或 HP-5 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 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。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 根据极性来选择适合的固定相,从来选择适 当的色谱柱。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 气相色谱毛细管柱常用固定相 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 固 定 液 的 选 用 气 相 色 谱 固 定 相 Trade names Description Equivalent Phases Temp Limit Min/Max C A McReynolds Constants B C D 0 32 64 E 0 42 41 42 42 43 43 43 98 96 202 280 283 305 310 367 386 510 520 531 627 589 850 801 889 915 1000 0 143 217 222 224 227 229 229 257 474 884 1175 1216 1500 1520 1785 1813 2308 2318 2428 2548 2587 3543 3682 3759 4145 4644 Squalane Apiazon L SE-30 OV-1 UCW-982 DC-200 OV-101 SP-2100 SE-52 (or SE-54) Dexall 300 OV-17 OV-25 Same Same 100% Methyl Silicone Gum 100% Methyl Silicone Gum 99% Methyl 1% Vinyl Gum 100% Methyl Silicone Fluid 100% Methyl Silicone Fluid 100% Methyl Silicone Fluid 5% Phenyl Carborane Methyl Silicone 50% Phenyl Methyl Silicone 75% Phenyl Methyl Silicone Same 50% 3,3,3-Trifluropropyl 50% 3,3,3-Trifluropropyl 25% 2-Cyanoethyl 25% Cyanopropyl Polyethylene Glycol Polyethylene Glycol (Modified with Teraphthalic Acid) 50% Cyanopropyl Phenyl Silicone Free fatty acid phase Polyethylene Glycol Diethylene Glycol Succinate 100% Cyanopropyl Silicone Ethylene Glycol Succinate 1,2,3-Trie (2-Cyanoethoxy) propane Same Same Same OV-1 SE-30 20/100 50/300 50/300 100/350 0/300 OV-101, SP2100 DC-200, SP2100 OV-101, DC-200 OV-73 PS-300 SP-2250, DC-710 0/250 0/350 0/350 50/300 50/450 0/375 0/350 0/200 SP-2401,OV-202 QF-210 SP-2401,OV-202 QF-1 OV-225, AN-600 E-60, AN-600 0/250 0/275 0/250 0/265 60/225 60/250 0/250 50/250 40/200 20/200 SP-2340, CS-10 0/250 100/200 0/125 0/125 0/75 20/100 0 32 15 16 16 16 16 17 32 47 119 178 176 144 148 204 228 322 321 319 340 347 499 523 537 593 690 0 22 53 55 55 57 57 57 72 80 158 204 227 233 238 381 536 538 537 495 580 607 751 757 787 857 991 0 15 44 44 45 45 45 45 65 103 162 208 224 358 355 358 367 340 338 446 397 65 66 66 67 67 148 243 305 306 483 458 493 492 572 573 637 602 626 840 942 942 1028 1110 Increasing Polarity Polyphenyl Ether (5 ring) QF-1 OV-210 XE-60 OV-225 Carbowax 20M Carbowax 20M TPA Silar 5CP FFAP Carbowax 1500 DEQS Silar 10C EGS TCEP Bis-(2-Cyanoethyl) Formalmide Sebaconitrile Bis-(2-Methoxyethyl) Adipate SP-2300, CS-5 SP-1000, OV-351 418 593 659 643 752 853 Information not available Information not available (A) Benzene, (B) n-Butanol, (C) 2-Pentanone, (D) Nitropropane, (E) Pyridine 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 液 相 选 择 3 2 1 6 4 5 7 9 8 5% 苯甲基硅氧烷 3 14 6 2 9 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. C 11 4- 氯酚 癸胺 C 13 甲基癸酯 C 14 苊 1- 十二烷醇 C 15 50% 苯甲基硅氧烷 8 7 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 保留时间与填充量 A. 30% 液相在50 C下分析 o 1 2 B. 20% 液相在50 C下分析 o 1 2 C. 10% 液相在50 C下分析 1 2 o D. 5% 液相在50 C下分析 1 2 o E. 1% 液相在50 C下分析 o 1 2 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 内径 内径选择的基本原则: ★ 0.10mm口径柱适用于快速气相色谱分析。 ★ 0.25mm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。 ★ 0.32mm口径柱中等柱效,多用于不分流进样。 ★ 0.53mm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。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 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 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 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(0.25~0.5? 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(0.1~0.2?m):适合石化分析,甘油三酯等高沸点的物质。 ★ 厚液膜(1~5?m):适合于流出温度在100~200℃之间的低沸点化合物 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 膜厚对分离度的影响 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 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。 ★ 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(25~30m):标准柱长,满足大部分应用。 ★ 短柱(5~15m):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。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 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 一定分离度的条件下,应尽可能使用较短的柱子。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 载 气 及 流 速 的 选 择 1、 载 气 种 类 2、 载 气 流 速 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 柱效与载气线速度 HETP = A + B m +C m HET P MOLECULAR DIFFUSION B { } C RESISTANCE TO MASS TRANSFER A EDDY DIFFUSION } m opt m 柱效受载气线速度和流量控制。 曲线最低点是最小板高(或最大每米塔板数)的位置。 因此柱效也最好。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 柱 温 的 选 择 1、 对 柱 效 的 影 响 2、 对 分 离 度 的 影 响 3、 对 保 留 时 间 的 影 响 4、 与 样 品 性 质 的 关 系 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 柱温对保留时间的影响 保留时间与炉温 A. 30 oC. 1 2 B. 40oC. 1 2 C. 50oC. 1 2 D. 60 oC. 1 2 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 恒温色谱法和程序升温色谱法 主要特点 1、恒温色谱法 2、程序升温色谱法 Isothermal Temperature Programmed 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 程序升温运行特点 当组分和较宽的沸程(100度)时使用。 减少分析时间 可产生尖锐峰 产生更好的定量准确性,特别是对于后流出的组分 增加柱流失,产生上漂的基线日星期三 兰州制造中心实验室 汽化温度和检测温度 1、汽化温度(使样品汽化,一般比柱温 高几十度) 2、检测温度(通常比柱温高至少20度以上) 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 温度低,分离效果较好,但分析时间长 恒温:45oC 温度高,分析时间短,但分离效 果差 程序升温,分离效果好,且分析时间短 恒温:145oC 程序升温:30~180oC 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 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。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 第五部分 检测器 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 检测器定义 ? 检测器:是将流出色谱柱的被测组分的浓度转变为 电信 号的装置,是色谱仪的眼睛。 ? 通常由检测元件、放大器、数模转换器三部分组成. ? 被色谱柱分离后的组分依次进入检测器,按其浓度或质 量随时间的变化,转化成相应电信号,经放大后记录和显 示,给出色谱图; ? 常用的检测器:热导检测器、氢火焰离子化检测器、电子 捕获检测器、火焰光度检测器、氮磷检测器。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 检测器分类 ? 根据检测器的响应原理,可将其分为浓度型和质量型检测器。 ? ? ? ? 浓度型:检测的是载气中组分浓度的瞬间变化,即响应值与浓度成正比。 如TCD、ECD。 质量型:检测的是载气中组分进入检测器中速度变化,即响应值与单位时间 进入检测器的质量成正比。如FID、FPD。 ? 根据应用范围,分为通用型检测器和选择型检测器 ? ? 通用型:对所有物质有响应,如TCD、FID。 选择型:对特定物质有高灵敏响应,如ECD、FPD、NPD。 ? 根据工作过程,分为破坏型检测器和非破坏型检测器 ? ? 破坏型:检测过程中样品遭到破坏,不能回收。如FID、FPD 。 非破坏型:检测过程中样品不遭到破坏,可以回收。如TCD、ECD 。 兰州制造中心实验室 2018年9月12日星期三 常用检测器 符号 检测 方法 TCD 物理常数法 FID 气相电离 法 ECD 气相电离法 FPD 光度法 NPD 气相电离法 MSD 质谱法 工作 原理 类型 热导率差异 浓度型 通用型 非破坏性 火焰电离 质量型 准通用型 破坏性 化学电离 质量型 选择型 非破坏性 分子发射 浓度型 选择型 破坏性 热表面电离 质量型 选择型 破坏性 电离与质量 色散结合 质量选择型 灵敏 度 ≥2500 mv.ml/mg ≤10-11g/s ≤10-13g/s 硫≤1010g/s 磷≤1011g/s 硫≥102 磷≥103104 硫、磷 化合物 氮≤5×1011g/s 磷≤2×1012g/s 105 105 线形 范围 应用 范围 ≥104 ≥106 ≥102-104 所有化合物 有机化合 物 电负性化合 物 氮、磷化合 物、农药残 留 所有化合物 (结构检定) 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 热导检测器(TCD) thermal conductivity detector 基本原理:每种物质都有导热能力,而且导 热的能力大小不同,通过一个热敏电阻来 测定与热敏电阻接触的气体组成变化情况 。这种检测方式虽然不是最灵敏的,但是 对所有样品都有响应,是通用型的检测器 。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 ? 1. 热导检测器的结构 ? 池体(一般用不锈钢制成) ? 热敏元件:电阻率高、电阻温度系数大、 且价廉易加工的钨丝制成。 ? 参考臂:仅允许纯载气通过,通常连接在 进样装置之前。 ? 测量臂:需要携带被分离组分的载气流过 ,则连接在紧靠近分离柱出口处。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 参比池 测量池 (B)四臂热导池 (A)双臂热导池 热导池结构示意图 兰州制造中心实验室 2018年9月12日星期三 平衡电桥,下图。 不同的气体有不同的热导系数。 钨丝通电,加热与散热达到平衡后,两臂电阻值: R参=R测 ; R1=R2 则: R参· R2=R测· R1 无电压信号输出; 记录仪走直线日星期三 兰州制造中心实验室 进样后, 载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂 流过的仍是纯载气,使测量臂的温度改变,引起电阻 的变化,测量臂和参考臂的电阻值不等,产生电阻差 ,R参≠R测 则: R参· R2≠R测· R1 这时电桥失去平衡,a、b 两端存在着电位差,有电压信 号输出。信号与组分浓度相关。 记录仪记录下组分浓度随时间 变化的峰状图形。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 影响热导检测器灵敏度的因素 ? 热丝阻值 热丝阻值越大,其灵敏度越高。 ? 桥流 桥流越大,灵敏度越高。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 TCD的响应特性 ? ? ? ? ? 通用型检测器 灵敏度较低,适合于大于几十ppm组分测定 对卤化物、重金属酯响应较小 浓度型检测器 非破坏型检测器 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 火焰离子化检测器(FID) flame ionization detector, FID ? 又称氢焰离子化检测器。主要用于可在H2Air火焰中燃烧的有机化合物(如烃类物质) 的检测。 ? 原理:含碳有机物在H2-Air火焰中燃烧产 生碎片离子,在电场作用下形成离子流, 根据离子流产生的电信号强度,检测被色 谱柱分离的组分。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 ? 结构:主要为离子室 ,内有石英喷嘴、发 射极(极化极,此图 中为火焰顶端)和收 集极 (1) 在发射极和收集极之间加有一 定的直流电压(100—300V)构成 一个外加电场。 (2) 氢焰检测器要用到三种气体: N2 :载气携带试样组分; H2 :为燃气; 空气:助燃气。 使用时需要调整三者的比例关 系,检测器灵敏度达到最佳。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 工作过程: 来自色谱柱的有机物与H2-Air 混合并燃烧,产生电子和离子 碎片,这些带电粒子在火焰和 收集极间的电场作用下(几百 伏)形成电流,经放大后测量 电流信号。 A区:预热区 B层:点燃火焰 C层:热裂解区:温度最高 D层:反应区 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 ? 具体描述如下: 氢气由喷嘴加入,与空气混合点火燃烧,形成氢火焰。极 化极和收集极通过高阻、基流补偿和50~350V的直流电 源组成检测电路,测量氢火焰中所产生的微电流。该检测 电路在收集极和极化极间形成一高压静电场。H2+O2燃烧 能产生2100℃高温,使被测有机组分电离。载气(N2)本身 不会被电离,只有载气中的有机杂质和流失的固定液会在 氢火焰中被电离成正、负离子和电子。在电场作用下,正 离子移向收集极(正极)。负离子和电子移向极化极(负极) 。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 形成的微电流经高电阻,在其两端产生电压降,经微电流 放大器放大后从输出衰减器中取出信号,在记录仪中记录 下来即为基流,或称本底电流、背景电流。只要载气流速 、柱温等条件不变,基流亦不变。无样品时两极间离子很 少,基流不变;当载气+组分进入火焰时,在氢火焰作用下 电离生成许多正、负离子和电子,使电路中形成的微电流 显著增大。即组分的信号,离子流经高阻放大、记录即得 色谱峰。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 ? 注意事项 (一) 注意安全 ? 防氢气泄漏,切勿让氢气泄漏入柱恒温箱中,以防爆炸。注 意以下几点即可: ? 在未接色谱柱和柱试漏前,切勿通氢气;卸色谱柱前,先检 查一下,氢气是否关好;如果是双柱双检测器我谱仪,只有 一个FID检测器工作时,务必要将另一个不用的FID用闷头螺 丝堵死;防烫伤,因为FID外壳很烫。 。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 (二) 保持FID正常性能 ? 1.正常点火 ? 点火时,FID检测器温度务必在120℃以上。点火困难时, 适当增大氢气流速,减小空气流速,点着后再调回原来的比 例。检测器要高于柱温 20~50℃,防水冷凝。 ? 2.定期清洗喷嘴 ? 注意线性范围与以下条件有关:一般用N2作载气,载气要 净化,除有机物;气体流量比等。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 第六部分 数据分析 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 6.1 定量方法(一) 6.1.1面积归一法 各组分浓度以面积百分比表示,该结果可 以确认大概的浓度,但有误差。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 面积归一法 不需标样 组分的灵敏度相近 得到大致浓度.(不能用于精确定量) 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 6.2 定量方法(二) 外标法 仪器分析中应用最广泛的方法之一,是比较法的一种。与内标法相比,外 标法不是把标准物质加入到被测样品中,而是在与被测样品相同的色谱条件 下单独测定,把得到的色谱峰面积与被测组分的色谱峰面积进行比较求得被 测组分的含量。 外标物与被测组分同为一种物质但要求它有一定的纯度,分析时外标物的 浓度应与被测物浓度相接近,以利于定量分析的准确性。其误差来源主要是 进样误差, 因此,分析前一定要做面积重复性(即进样重复性)实验。 内标法 色谱分析中一种比较准确的定量方法,尤其在没有标准物对照时,此方法 更显其优越性。内标法是将一定重量的纯物质作为内标物加到一定量的被分 析样品混合物中,然后对含有内标物的样品进行色谱分析,分别测定内标物 和被测组分的峰面积(或峰高)及相对校正因子。 在样品中添加内标物,通过组分与内标峰的面积比,对组分进行定量。 该方法减小了进样误差对定量结果的影响。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 外标法 需要标样 目标组分被检测到,就可定量(无需各组分都检出) 进样量的误差直接影响定量结果 测定条件要一致 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 内标法 需要内标物。 目标组分和内标物被检测到,就可定量。 可减小进样量的误差对结果的影响。定量结果最为准确 内标物必须准确添加入所有未知样品中。 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 内标物的选择 内标物峰与试样中所有成分的峰完全分离。 内标物峰与目标成分峰保留时间不应差太远。 内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。 理化性质与待测物相近 色谱响应与待测物相近 与待测物有良好的分离,但不能相距太远 与待测物的峰面积比为 0.7-1.3 最好,因此 要根据待测物的浓度确定内标物的添加量 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 兰州制造中心实验室 2018年9月12日星期三 第七部分 6890N工作站介绍 安捷伦气相色谱6890N软件操作规程.pdf 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 第八部分 6890N维护保养 安捷伦气相色谱维护讲义.pdf 更换喷嘴.wmv 维护收集器.wmv 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室 谢谢大家! 2018年9月12日星期三 兰州制造中心实验室