省农业生态环境保护站气相色谱讲座.ppt
《省农业生态环境保护站气相色谱讲座.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《省农业生态环境保护站气相色谱讲座.ppt(125页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、气相色谱讲座,第一部分 色谱的起源发展及其理论、术语,色 谱 起 源,1906年,分离植物色素,1952年,英国化学家James和Martin创立GC1954年,TCD应用于气相色谱仪1956年,Van Deemter提出速率理论1957年,出现毛细管色谱随后几年,FID,ECD,FPD,FTD相继出现1959年,建立裂解气相色谱仪60年代,出现GC-MS,GC-FTIR,色谱的发展史,色谱方法的分类,1.色谱是通过组分在流动相和固定相之间分配比的差异进行分离的,根据流动相和固定相的状态,色谱法分为气相色谱法与液相色谱法,检测信号和时间的关系图 不同的色谱峰对应相应的组分 可以得到相应组分的保
2、留时间和峰面积信息 保留时间 定性分析 峰面积 定量分析,气相色谱基本理论,CH4,色谱图,保留时间(Retention time):组份从进样到出现最大值所需要的时间,tR基线当没有样品进入检测器时是噪声随时间变化的曲线,一般为一条直线,叫做基线峰高(Peak Heigh)从峰最大值到峰底的距离峰面积(Peak Area)峰与峰底之间的面积,基本术语,两个相邻峰的分离程度。以两个组份保留时间之差与其平均半峰宽值的比来表示:,当R=1 时,有5的重叠;当R=1.5时,分离程度为99.7%,可视为基线分离 毛细管色谱柱比填充柱有更高的分辨率.,分离度(Resolution),例如,图示中塔板数为
3、3.,塔板理论,柱效能(Column Efficiency),峰展宽的度量.以塔板数来表示类似蒸馏中的气液平衡,理论板数N,理论板数的实验评估与半高宽的关系,峰的形状,理想的峰型是高斯曲线.分子的理论统计学分布,HEPT:理论塔板高度(Height equicalent to a theoretical Plate):,HETP=A+B/+C,这里:A=涡流扩散 B=纵向扩散 C=传质阻力=载气的线流量 低的 HETP=高的色谱柱效率 如果已知有效塔板数,则可计算:,Neff=Lcol/HETP,著名的范德母特(Van Deemter)方程,A.涡流扩散(不同路径的影响).,取决于色谱柱大小、
4、形状和填充的好坏 毛细管柱可忽略该项,影响色谱柱效率的因素,气相中分子的扩散主要决定于气体流速流速与涡流扩散成反比,气体流速越快,扩散越小,影响色谱柱效率的因素,B.纵向扩散.,样品组分从气相到液相容易.主要取决于气体的流速和固定相量的多少。,影响色谱柱效率的因素,C.传质阻力,由该图可以得到最佳的线速度 对于毛细管柱可忽略A项(涡流扩散),一般对于毛细管线速度为30-60 cm/sec。,Van Deemter 图,N2变化最大,可得到最低的HETP。H2和 He曲线较平坦,即使较高的流速下也能得到较低的HETP。所以即使在较高的分析速度时,也可以得到较好的分离度。,4.载气对Van Dee
5、mter图的影响,常用毛细管柱的最佳载气流量,效能最佳化,N的优化:增加色谱柱长度增加分析时间 降低 H=较好策略 H的优化降低充填物粒径降低温度,减少 B/u 液膜越薄越好,色谱柱内径越小越好,第二部分 气相色谱仪的基本构成,典型的气相色谱仪具有稳定流量的载气,将汽化的样品由汽化室 带入色谱柱,在色谱柱中不同组分得到分离,并先后从色谱柱中流出,经过检测器和记录器,这些被分开的组分成为一个一个的色谱峰。色谱仪通常由下列五个部分组成:1.载气系统(包括气源和流量的调节与测量元件等)2.进样系统(包括进样装置和汽化室两部分)3.分离系统(主要是色谱柱)4.检测、记录系统(包括检测器和记录器)5.辅
6、助系统(包括温控系统、数据处理系统等),气相色谱仪的基本流路图,载气控制:手动、数字(AFC)/恒压、恒流、EPC进样口:DRI(填充柱)、SPL/Splitless、OCI(冷柱头)、PTV检测器:FID、TCD、ECD、FPD、FTD数据处理:C-R6A、C-R7A、C-R8A、CLASS-GC10,气相色谱仪的基本流路图,FPD,进样口、色谱柱、检测器的温度设定,进样口温度考虑样品中各组分的沸点,设定温度使样品瞬间汽化。色谱柱温度考虑样品中各组分的沸点,及希望的分析周期,宽沸程样品应使用程序升温。检测器温度防止检测器污染,一般比色谱柱温度高20-30。DET.TINJ.TCOL.T+20
7、,气相色谱仪的流动相-载气,氮气(纯度99.99%以上)氩气(纯度99.99%以上)特殊分析使用氦气(纯度99.99%以上)氢气(纯度99.99%以上)注意安全,气相色谱的进样方式,填充柱进样口毛细柱分流/无分流进样口冷柱头进样PTV进样口,热进样和冷进样,热进样分流/无分流进样直接进样(全量注入)宽口毛细柱和填充柱冷进样PTV进样冷柱头进样,歧视效应和热分解,热进样(SPL,WBI大体积进样)存在歧视现象和样品热分解冷进样(OCI,PTV)进样是在较低温度下进行定量精度高歧视效应和热解效应的影响小,歧视效应的产生,歧视:蒸溜现象 形成气溶胶 分溜现象,低沸点组分百分比偏高,进针 退针,高沸点
8、组分残留,歧 视 效 应,进样体积越小,歧视现象越严重。,进 样 体 积 和 峰 面 积 比,冷进样,概念样品是在冷状态-低于样品沸点的温度下进样(依据溶剂)气化室快速升温使样品气化PTV进样方式分流进样(高浓度样)无分流进样(低浓度样)大体积进样LVI(痕量分析)OCI柱头进样只适用于0.53内径的柱子无分流流路,不能分析高浓度样品(污染柱子),进样量一般小于2ul。,SPL-无分流进样和 OCI以及PTV-无分流进样的比较(热分解现象),进样体积上限,无分流进样(SPL,PTV)2uL高压进样(SPL,PTV)5uL直接进样(全量进样)3uL 用宽口径毛细柱冷柱头进样(OCI)2uLLVI
9、-PTV 进样空衬管10uL衬管+石英棉50uL衬管+填料大于 1000uL,进样口的结构(1),填充柱进样口,毛细柱进样口,进样口的结构(2),冷柱头进样口(OCI),PTV进样口,加热-250/min,色谱柱的固定相,固体-活性炭、活性铝、硅胶、分子筛等,用于无机气体及低碳烃的分析液体-硅酮、聚乙二醇、聚脂等,用于液体样品及高沸点化合物分析。,几种代表性固定液的极性(Mc Reynolds 常数),Squalane0(非极性)PEG20M(DBWAX)322(强极性)SE3015 FFAP 340OV101(DB1)17 PEG1000 347SE54(DB5)33(弱极性)EGA 372
10、DC55074 DEGS 484OV17119(中极性)TCEP 593(超强极性)BCEF 690,名称I Benzene 名称 I Benzene,色谱柱的选择,固定液极性的选择(按相似相溶原则)非极性固定液-有按沸点顺序溶出倾向极性固定液-沸点相同时,按极性由小到大的顺序溶出固定液的浓度或毛细管柱的膜厚对低沸点化合物 高浓度(10%30%)高膜厚(15m)对高沸点化合物 低浓度(1%5%)低膜厚(0.250.5m),色谱柱的担体,担体的选择应从担体的比表面积及惰性方面考虑。根据待测样品的性质,进行过适当处理的担体,如:酸洗、碱洗、甲基硅烷化等。,色谱柱的类型,填充柱,柱材:不锈钢,玻璃内
11、径:2.6-3mm长度:0.5-6m填料:担体和固定液的种类固定液的浓度 1-30%担体有硅藻土、玻璃、石英、塑料担(TPA)等。,毛细柱柱材:熔融石英、铝内径:0.2mm-0.53mm长度:10-100m固定相种类:OV-1,PEG-20M,OV-17等固定相膜厚:0.2-5m,内径对毛细柱分离的影响,0.22mm x 25m,进样量的改变对分离的影响,1,2,1,2,1,2,67ng 完全分离,335ng 峰分離但峰较宽,670ng 不完全分离,色谱柱:CBP1-M25-025柱 温:50分流比:1:30,.,二恶烷.醋酸丙脂,膜厚对毛细柱分离的影响,毛细柱的内径、膜厚及柱容量,各公司常用
12、毛细柱商品名及固定液对照表,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。,色谱柱分离效率评价,色谱柱效率:峰尖评价:理论板高(HETP)、理论塔板数(N)对策:将Van Deemter 各因素优化选择性:峰的分离度评价:分离因子或分离度对策:选择极性相当的固定相峰的对称性:吸附现象评价:拖尾因子对策:色谱柱进一步老化,气相色谱的检测器,FID
13、的检测原理,在氢火焰中,有机化合物燃烧产生CHO+离子,该离子强度与含量成正比。该检测器检出的是有机化合物。无机气体及氧化物在该检测器无响应。,FID检测器,TCD的检测原理,利用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器。灵敏度低,通常用来测气体样品。,ECD检测原理,载气(氮气)ECD检测器中电离成正离子和自由电子亲电子化合物与自由电子结合生成负离子,在检测池中移动速度比自由电子慢生成的负离子与正离子结合ECD中自由电子减少(离子流减小)自由电子减少与亲电子化合物的浓度成正比ECD是高选择性、高灵敏度的检测器,用于检测微量或痕量的卤素化合物及硝基化合物。,ECD检测器,火焰光度检测器
14、(FPD)原理,S、P在还原火焰中燃烧,产生特征波长的光线(S=394nm,P=526nm)。这些光线通过滤光片,经光电倍增器放大并转化为电信号被检测。该检测器对有机磷和有机硫化合物具有高选择性和高灵敏度。,FPD检测器,火焰热离子(FTD or NPD),有机氮化合物在碱金属表面热分解成激发态氮化物CN*,CN*又从碱金属表面吸收电子,生成CN-,放出电子后的碱金属生成正离子,产生的信号电流被检出。该检测器对有机氮、磷化合物具有高灵敏度和高选择性。,NPD检测器,样品的预处理,有机溶剂萃取固相萃取(吸附柱法)吹扫捕集静态顶空微固相萃取衍生化,分析方法(仪器参数),分析参数选择分析系统(进样方
15、式、色谱柱、检测器)设定分离条件(载气流量、分流比、温度条件)检测器参数(量程、极性、电流),第三部分 气相色谱方法的建立,计算方法(数据处理参数),峰处理参数(WIDTH,SLOPE,DRIFT,T.DBL等)定量参数定量方法:内标法、外标法、面积归一法等工作曲线的制作 曲线点数:一点、两点及多点 曲线计算:线性范围、线性回归、折线、二次曲线、三次曲线定性参数:保留指数及允许误差,其它参数,峰积分标记:斜率、峰高、峰宽、基线定 性 参 数:时间窗,时间带,定性参数,保留时间允许误差:时间窗(WINDOW),相对允差设定简单,但所测组分保留时间跨度大时,不易设定时间带(BAND),绝对允差设定
16、较繁,需逐个组分设定。,绝对保留值、相对保留值、多参考保留值,定量参数,校正级别(曲线计算方法)单点校正(liner)两点校正(liner)多点校正线性回归点到点连线(折线)二次曲线三次曲线注CR6A只能做单点或两点校正注二次曲线、三次曲线是Gcsolution的功能,单点校正,对每一组分仅做一个浓度的标样。标样浓度应尽可能接近实际样品中各组分的浓度。单点校正曲线通过原点。,多点校正,对每一组分至少作三个不同浓度水平的校正。标样浓度范围应包含实际样品中各组分的浓度。多级校正有几种方式。当组分响应值随浓度变化不呈线性变化时,使用多线性校正(折线校正)或二次曲线、三次曲线。组分响应值随浓度变化呈线
17、性变化时,使用最小二乘法,进行线性回归校正。,定量方法,面积归一化法校正面积归一化法外标法内标法,气相色谱的定量方法(一),1.面积百分率法(面积归一)各组分浓度以面积百分率表示,该结果可以确认大概的浓度,但有误差。2.校正面积百分率法(校正面积归一)用重量响应因子对峰面积进行修正,用该法测定的浓度比前者准确,但前提是样品中所有组分都出峰,否则也有误差存在。这两种方法应用的必须条件是:1.样品中所有组分都出峰;2.所有峰面积计算必须准确。,面积归一化法各组分浓度以面积百分率表示,该结果可以确认大概的浓度,但有误差。,公式:,优点:1)无需做校正,简便,快速.2)进样量不严格要求.,缺点:1)所
18、有组分都流出且被检测到.2)所有组分的检测灵敏度都相同.,校正面积归一化法用重量响应因子对峰面积进行修正,用该法测定的浓度比前者准确,但前提是样品中所有组分都出峰,否则也有误差存在。,公式:式中:Fi为校正因子,Fi浓度(含量)/面积,优点:进样量要求不严格缺点:1)所有组分都流出且被检测到2)所有组分都需作校正,3.外标法该法是应用最广泛的方法之一,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。4.内标法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。,气相色谱的定量方法(二),外标法该法是应用最广泛的方法之
19、一,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。,公式:,优点:1)不需所有峰都流出或被检测到.2)只对所测组分作校正.缺点:1)进样量必须准确.2)仪器必须有良好的稳定性.,内标法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。,公式:,优点:1)进样量不严格要求.2)只对所测组分作校正.缺点:1)必须在样品中加一内标组分.2)操作较为繁琐.3)选择内标物困难.,内标物的选择,内标物的峰与试样中的所有成分的峰完全分离。内标物的峰与目标成分的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。,气相色谱分析步骤,开机:连好流路,先开载气
20、再开电源,开辅助气设定流量、温度、检测器参数用默认处理参数进行样品分析根据图谱调整分析条件,再分析样品,直至得到理想谱图确定定量方法(内标、外标、面积归一等)选择校正点数,编辑ID表(输入组分的保留时间和标样浓度)选择校正次数(每浓度取几次均值)选择曲线计算方式(直线、最小二乘或折线)按从低浓度到高浓度的顺序,分析完所有标样,即完成曲线制作进行未知样分析,每次分析结束,自动计算定量结果分析完了,关机:系统降温后,关电源,关载气。,第四部分 故障与谱图诊断,(1)故障分析方法(2)注意事项(3)故障分析举例(4)谱图诊断分析,故障分析方法(一),故障分析的基础:组成:由哪些部分组成?作用:各部分
21、起什么作用?原理:各部分的工作原理是怎样的?判别:如何判别工作正常与否?注意事项:检修过程中哪些方面必须注意?,故障分析方法(二),故障分析的思路:注意事项:1.保护人体,安全第一,防止事故发生。2.保护设备,避免故障扩大、转移。确定范围:确定与该故障有关的部分和相关因素。故障检查:1.顺序推理法:根据工作原理顺序推理,检查、寻找故障原因。2.分段排除法:逐个排除,缩小范围,检查、寻找故障原因。3.经验推断法:根据经验积累,检查、寻找故障原因。4.比较检查法:参照工作正常的仪器,检查、寻找故障原因。5.综合法:综合使用上述各种方法,检查、寻找故障原因。,故障分析方法(三),GC故障的种类:气路
22、部分故障:气体输入不正常、气体品种不对或纯度不够、气路泄漏、气路堵塞、气路污染、气路部件故障、流量设置不正常、色谱柱问题、等等。主机电路部分故障:启动或初始化不正常、温度控制部分故障、键盘或显示部分故障、开关门不正常、点火不正常、电流设置不正常、量程或衰减设置不正常、其他功能性故障、等等。检测器输出信号不正常:无信号输出、输出信号零点偏离、输出信号不稳定、输出信号数值不对、等等。其他故障:气源不正常、电网电压不正常、二次仪表不正常、机械类故障、等等。,故障分析方法(四),故障的判别:基础:检查、寻找故障原因的基础是掌握故障判别的方法。掌握故障判别方法的基础是熟悉和了解仪器各部分的组成、作用、工
23、作原理。输入与输出:通常仪器的每个部分、部件、甚至零件都有它的输入和输出,输入一般是指该部分正常工作的前提,输出一般是指该部分所起的作用或功能。举例:例如FID放大器,它的输入是FID检测器通过离子信号线传送过来的微电流信号、放大器的工作电源、以及放大器的调零电位器,它的输出是经过放大并送到二次仪表的电信号。判别FID放大器是否工作正常的方法是:A.如果输入正常而输出不正常,则放大器故障。B.如果输入输出均正常,则放大器正常。C.如果输入不正常,则放大器是否正常无法判定。收集与积累:积极收集、认真记录、不断积累仪器各个部分工作正常与否的各种判别方法,并了解、熟悉、掌握、牢记这些故障判别方法。,
24、注意事项(一),关于人体安全与环境保护:在维修仪器的过程中,首先一定要注意安全和注意保护环境。GC维修中可能造成安全事故与环境污染的因素大致如下所述:A.氢气泄漏造成爆炸、燃烧等安全事故。B.电子捕获放射源造成人体伤害、环境污染事故。C.易燃易爆、有毒、腐蚀性等危险性样品造成安全事故、人体伤害、环境污染事故。D.高电压、大电流造成触电事故。E.高温造成的烫伤事故。F.其他说明书上已有描述的相关注意事项。上述各项在维修仪器的过程中必须认真对待,例如严密仔细地进行氢气的漏气检查;热导检测器用氢气做载气的情况下,未安装色谱柱或未使用热导检测器时必须关闭气源;避免打开电子捕获检测器;按规范取用危险性样
25、品;可以断电检修的部分尽量断电检修,并在检修时将电源插头拔掉;必须通电时应避开高电压、大电流部分;避免接触高温部分或先将温度降低,等等。,注意事项(二),关于仪器的保护:在维修仪器的过程中,还要注意按规范认真仔细地操作,避免损坏仪器,造成新的故障或将故障扩大。应该注意的内容如下所述:A.已安装色谱柱的仪器,在通电之前应先通入载气,一般来说,载气对保护仪器是有利的。B.热导检测器必须先通载气,然后才能加电流,否则可能烧断钨丝。热导检测器还必须防止氧气、空气进入,否则可能造成钨丝氧化。C.电子捕获检测器必须防止氧气、空气、杂质进入,否则极易污染。D.热导检测器和氮磷检测器的电流不能加得太大,否则可
- 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:
- 农业 生态环境 保护 站气相 色谱 讲座
链接地址:https://www.31ppt.com/p-2211585.html