Agilent-7890A-气相色谱使用培训解读课件.ppt

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1、1,Agilent 7890A GC现场培训,2,总纲,气相色谱仪器原理Agilent GC 7890A使用现场培训气相常用维护方法,3,第一节 气相色谱仪器原理,气相色谱法：以气体为流动相的柱色谱分离技术,4,气相色谱的特点及其应用,气相色谱是一种相当成熟且应用广泛的复杂混合物的分离分析方法。GC主要是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。GC所能直接分离的样品应是可挥发、热稳定的，沸点一般不超过500。据资料统计，在目前已知的混合物中，有20%到25%混合物可用GC直接分析，其余原则上可用LC分析。,5,流动相：载气的主要作用是将样品带入色谱系统进行分离，对分离结果的影响

2、相当有限 分离条件：选定载气后，改变色谱柱、柱温和载气流速等控制分离 检测器：FID对大部分有机化合物均有灵敏响应，最小检测限可达ng级 技术难度：GC的条件参数优化相对比LC简单，分析成本更低 特殊应用：气固色谱在永久性气体和低分子碳氢化合物的分离分析方面仍是不可缺少的手段。,与LC相比GC的主要特点,6,二、气相色谱仪的组成,7,三、气相色谱仪主要部件 main assembly of gas chromatograph,（一）.载气系统 包括气源、净化干燥管和载气流速控制；,常用的载气有：氢气、氮气、氦气；净化干燥管：去除载气中的水、有机物等杂质（依次通过分子筛、活性炭等）；载气流速控制

3、：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载气流速恒定。,通常使用钢瓶/高纯气体发生器中的高压气体作载气源。钢瓶出口要有减压阀，使压力降到0.10.5MPa。,8,气体纯度要求,Pneumatic Fundamentals,Gas Purity,9,须使用GC 专用铜管或不锈钢管。塑料管会渗透O2和其它污染物。还可能会释放其它可被检测到的干扰物。管子使用前先用溶剂冲洗，载气吹干。根据工厂的推荐，每用完3瓶气，应更换过滤器，以防止发生气体的污染。每隔一定时间，应对所有外加接头进检漏（大约每隔 4-6个月）。,管路和净化器,10,减压阀和流量控制器,根据所用的柱类型，载气压力应在60-100psi(大孔径

4、柱即取60，细孔径柱即取 100)。,空气压力应为 80 psi。,推荐管线压力,氢气压力应为 60 psi。,载气必须通过控制形成恒定的压力和恒定的流量。上下游控制器压差保持1公斤以上。,11,常用的气路连接图,主供气体,氦气,GC 7890,脱氧管,脱水管,开关阀,二级减压阀,主供气开关阀,气路连接,12,（二）进样装置,进样装置：进样器+气化室；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；,13,液体进样器：,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

5、、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。,气化室：将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。,直接柱头进样,14,（三）色谱柱（分离柱）,气相色谱分析中，某组分的完全分离取决于色谱柱的效能和选择性，后者取决于固定相的选择性。,气-固色谱固定相 非极性活性炭 弱极性氧化铝 强极性硅胶,载体应是一种化学惰性、多孔型的固体颗粒，它的作用是提供一个大的惰性表面，用以承担固定液，使固定液以薄膜状态分布在其表面上。,气-液色谱固定相,15,填充柱和毛细管柱的比较,16,毛细管色谱柱feature of capillary gas chromatograph,1.提高色谱分离能力的途径(1)塔板理论：增加柱

6、长，减小柱径，即增加柱子塔板数；(2)速率理论：减小组分在柱中的涡流扩散和传质阻力，可降低塔板高度。,17,2.毛细管色谱柱的结构特点,（1）不装填料阻力小，长度可达百米的毛细管柱，管径0.10.5mm。（2）气流单途径通过柱子，消除了组分在柱中的涡流扩散。（3）固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大,涂层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。（4）毛细管色谱柱柱效高达每米30004000块理论塔板，一支长度100米的毛细管柱，总的理论塔板数可达104106。,18,22:10:12,3.毛细管色谱具有以下优点,（1）分离效率高：比填充柱高10100倍；（2）分析速度快：用毛细管色谱分析比用填充

7、柱色谱速度（3）色谱峰窄、峰形对称。较多采用程序升温方式；（4）灵敏度高，一般采用氢焰检测器。（5）涡流扩散为零。,19,22:10:12,4.毛细管色谱的制备方法,毛细管柱按其制备方法可分为以下几种：涂壁开管柱（wall coated opentubular，WCOT柱）：将固定液直接涂敷在管内壁上。柱制作相对简单，但柱制备的重现性差、寿命短。多孔层开管柱（porous layer open tubular，PLOT柱）：在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒。构成毛细管气固色谱。载体涂渍开管柱（support coated open tubular，SCOT柱）：将非常细的担体微粒粘接在管壁

8、上，再涂固定液。柱效较WCOT柱高。化学键合或交联柱：将固定液通过化学反应键合在管壁上或交联在一起。使柱效和柱寿命进一步提高。,20,相似相溶原理非极性组分非极性柱极性组分极性柱混合组分极性柱液膜厚度（0.250.5m）薄膜高沸点厚膜低沸点、气体（增加组分与固定相的相互作用）柱长（15，30，60，150m）组分复杂长柱内径（0.1，0.25，0.32，0.53mm）内径小、分离度高分离度可接受条件下尽量选择大内径,5 毛细管色谱柱选择原则,21,具有分流和尾吹装置,6.结构流程,22,（四）检测系统,色谱仪的眼睛，通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱柱分离后的组分依次进入检测器

9、，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；检测器：广普型对所有物质均有响应；专属型对特定物质有高灵敏响应；常用的检测器：热导检测器、氢火焰离子化检测器；,23,1、热导池的结构,双臂热导池 四臂热导池,热导池检测器（thermal conductivity detector：TCD）,热导池由池体（不锈钢块）和热敏元件（铼钨合金）构成 双臂热导池：一臂参比池；一臂测量池 四臂热导池：两臂是参比；两臂是测量,24,2、热导池检测的基本原理,将电桥在未通入试样与通入试样后平衡性的差异（以电位差的形式来表现）记录下来，得到色谱峰，反映待测物浓度。,25,（1）桥

10、路工作电流一般桥路电流控制在100200mA左右。氮气作载气100150mA氢气作载气150200mA（2）热导池温度的影响一般池体温度不应低于柱温。,3、影响热导池检测器灵敏度的因素,26,（3）载气的影响 载气与试样的热导数相差越大，则灵敏度越高。一般选择热导系数大的载气：H2、He（灵敏度较高）。（4）热敏元件阻值的影响 选择阻值高、电阻温度系数大的热敏元件（钨丝）（5）热导池的死体积较大，灵敏度较低 应使用具有微型池体（2.5L）的热导池。,27,氢火焰离子化检测器（flame ionization detector）FID,对含碳有机化合物有很高的灵敏度。适用于痕量有机物的分析。特点

11、：结构简单、灵敏度高、响应快、稳定性好、死体积小、线性范围宽。,28,1 FID检测器结构,氢火焰检测器,一个不锈钢制成的离子室，包括气体入口、火焰喷嘴、发射极和收集极、点火线圈、外罩等部件。,29,FID检测器工作原理,通过在发射极和收集极之间施加极化电压，形成直流电场，有机组分在高温下电离成正负离子，在极化电场作用下向两极定向移动形成微电流，电流大小与进入离子室的被测组分量成正比，再经高阻转变成电压信号，放大后由记录仪记录下来。,30,2、氢焰检测器作用原机理,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,(1)当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在C层发生裂

12、解反应产生自由基：CnHm CH(2)产生的自由基在D层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：CH+O CHO+e,31,(3)生成的正离子CHO+与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：CHO+H2O H3O+CO（4）化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流（约10-610-14A）(5)在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器。(6)组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离。(7)离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线,32,（1）气

13、体流量 载气流量 一般用氮气作载气，最佳载气流速 氢气流量 氢气流量与载气流量之比影响氢火焰的 温度及火焰中的电离过程。H2：N21：11：1.5（最佳氢氮比）空气流量 空气是助燃气 空气流量高于某一数值（400mLmin-1）对影响值 几乎没有影响。一般 H2：空气1：10,3、操作条件选择,33,（3）极化电极 极化电压的大小直接影响响应值。一般选100V300V（4）使用温度 氢焰检测器的温度不是主要影响因素 80200灵敏度几乎相同。80以下灵敏度显著下降。（水蒸气冷凝所致）,34,电子捕获检测器（electron capture detector ECD）,它是一种具有选择性，高灵敏

14、度的浓度型检测器。它对具有电负性的物质（卤素、硫、磷、氮、氧）有响应，电负性越强，灵敏度越高。能检测10-14gmL-1物质。,35,进入检测器的载气在放射源的照射下发生电离，产生的各种离子在恒定电场的作用下形成恒定的基流。当有电负性较大的试样进入时，会捕获带正电的离子，而使基流降低，形成倒峰，组分浓度越高，倒峰愈大。,电子捕获型检测器，高灵敏度，高选择性，常用于痕量的具有特殊官能团的组分分析。食品，农副产品中农药残留量分析；大气、水中痕量污染物分析。注意：载气纯度应在4个9以上。线性范围较宽 103左右 进样量不可超载。,36,（五）温度控制系统,温度是色谱分离条件的重要选择参数；气化室、分

15、离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；气化室：保证液体试样瞬间气化；检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；,分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；,37,第二节 Agilent GC 7890A使用,1.仪器介绍;2.开/关机操作;3.说明书的使用;4.仪器控制-信号采集-编辑完整方法;5.数据分析-谱图、积分参数优化；6.打印报告;7.一般性保养/维护;,38,Agilent GC的系统配置,39,7890A GC 主机,电源开关,炉箱门栓,后进样口前进样口,右侧盖(电路部分),显示/键盘,右上盖(电路部分)

16、,后检测器前检测器,进样口流量模块（盖下）,检测器流量模块（盖下）,系列号,40,Agilent GC的开机操作,开机操作 1.打开GC载气及支持气体，设置压力在0.5MPa左右;2.打开计算机,进入Windows 操作系统；3.打开7890 主机,等待自检完毕;4.双击桌面上的“仪器2 联机”图标,进入化学工作站.,41,建立分析方法,基本配置自动进样器设定前进样口设定（气化室）色谱柱设置柱温箱设置FID检测器设置信号设置计数器（用于维护）,42,GC配置,43,自动进样器（7683B）,新建方法：“方法”“新建方法”设置方法的GC参数：“仪器”“设置GC参数”,分流进样的进样量一般不超过2

17、L,最好控制在 0.5L以下,44,前进样口设置,45,GC分流进样系统,载气,吹扫气,分流气,46,分流与不分流进样,毛细管柱的柱容量很小，要使柱子不超载，进入柱中的样品量不应超过0.01-0.001 L。实验证明用一般微量注射器准确注入这样小的样品是不大可能的。为此，毛细管气相色谱要采取特殊的进样技术。分流进样 所谓的分流进样就是使样品瞬间气化并与载气混合，使小部分样品进入色谱柱，大部分放空。一般仪器是在气化室的出口将载气分成两路,绝大部分载气放空,而极小部分载气流入色谱柱。,47,所谓不分流进样是当进样时把分流阀关闭，样品在气化室中蒸发成蒸气，并被载气送入毛细管柱。不分流进样系统与分流进

18、样系统不同之处在于分流管和分流阀之间有一个缓冲空间。在进样时分流电磁阀关闭，但注射隔膜吹洗气（2mL/min)一直保持，经过一段时间（3090s），大部分溶剂和溶质蒸气进入色谱柱，电磁阀打开。气化室中剩余的溶剂和溶质通过分流阀吹走。,不分流进样,大部分样品入柱，避免分离歧视，尽可能消除溶剂脱尾。特点：汽化室采用较低的温度。,48,22:10:12,分流比调节,毛细管柱内径很细，因而带来三个问题：（1）允许通过的载气流量很小。（2）柱容量很小，允许的进样量小。需采用分流技术，（3）分流后，柱后流出的试样组分量少、流速慢。解决方法：灵敏度高的氢焰检测器，采用尾吹技术。,分流比：放空的试样量与进入毛

19、细管柱的试样量之比。一般在50：1到500：1之间调节。,49,载气及其流速的选择,用在不同流速下测得的塔板高度H对了流速u作图，得Hu曲线图,塔板高度与载气流速的关系,50,实际工作中，为了缩短分析时间，往往使流速稍高于最佳流速。对于填充柱，N2的最佳实用线速度为1012cms-1 H2为1520cms-1 载气流速习惯上用柱前的体积流速（mLmin-1），也可用皂膜流量计在柱后测量。若色谱柱内径3mm，N2流速一般为4060mLmin-1 H2流速一般为6090mLmin-1毛细管GC所用柱内载气线流速为：氦气3050cm/s，氮气2040cm/s，氢气4060cm/s。,载气流速经验值,

20、51,色谱柱设置,52,柱温箱设置,53,气相色谱的温度选择,柱温 柱温的选择是GC分析的一个最重要因素之一。柱温的选择：样品的沸程 固定液的使用温度,柱温对分离的影响：保留时间 相对保留值 柱效、峰高和峰面积,汽化室温度：汽化室温度应足够高，保证样品瞬间气化。,检测器温度：不应低于柱温,54,气相色谱程序升温,程序升温气相色谱(Programmed temperature gas chromatography)是指在一个分析周期里，色谱柱温连续地随时间由低到高线性（或非线性）变化。它的主要优点是改善宽沸程样品的分离度和缩短分析周期。,1）程序升温与等温气相色谱操作的比较 对于一个分析样品,各

21、组分都有一个最佳柱温,在填充柱上,大约在组分的沸点左右；在毛细管柱上,大约比沸点低50左右为最佳柱温。如果样品组分较少,沸点范围不大,一般采用恒温操作。,55,一般样品沸点范围(样品中组分的最高沸点与最低沸点之差)大于80100,就需要程序升温操作。使用程序升温，较低的初始温度很好地解决了低沸点组分的重叠问题，随着柱温的提高，每个较高沸点的组分就在它最佳柱温下流出色谱柱。当温度进一步提高，达到高沸点组分沸点，从而使高沸点组分也能较快地流出而且获得良好分离的尖峰峰形。故对于多组分、宽沸程样品，采用程序升温气相色谱方法，所有组分都将在其最佳柱温（也称保留温度）下流出色谱柱。目前,在气相色谱各类操作

22、方式中,程序升温占70%以上。,升温方式：l线性升温；l非线性升温：如抛物线形升温等；l多阶组合升温。,56,主要操作条件有：l 初温及初温保持时间：初温主要根据低沸点组分而定。实际上初温往往比低沸点组分沸点高，而且低沸物大都在初温下等温分离。l升温速度：升温速度要兼顾分离度和分析速度两个方面。(36)(23)m的填充柱为(38)/min；毛细管柱则为(0.52)/min。l终温及终温保持时间：终温主要由固定液的最高使用温度和高沸点组分的保留温度（实际为沸点）确定。广泛使用的SE-30,Apiezon L通常为300。（在色谱柱包装盒上有说明）,57,FID检测器设置,58,关于尾吹气路作用：

23、由于毛细管柱的载气体积流量很小，进入检测器后发生突然减速，引起色谱峰扩张。为了减少谱带扩展，同时也是调节氢火焰检测器灵敏度，使氢氮比达到1左右，必须在色谱柱出口增加辅助尾吹气。,59,信号采集设置,60,7890计数器设置,61,建立运行序列,新建序列：窗口“序列”“新建序列”；设置序列参数：“序列”“序列参数”,存储地址,改名字,存储文件命名规则,62,设置序列表,“序列”“序列表”,批量插入,63,建立完成序列表,建立完序列表后点击“运行控制”“运行序列”，开始测样,64,Agilent GC的关机操作,关机操作 1.如使用FID、NPD、FPD检测器，熄灭火焰；2.关闭检测器、进样口、A

24、ux等加热区;3.退出工作站,关闭计算机（不保存方法）;4.待温度降至100度以下,关闭主机电源;5.关闭GC载气及支持气体;6.或调用关机程序，待温度降至100度以下，关闭工作站、关闭主机、关闭气体,65,数据分析,色谱分析过程示意图,66,色谱图及其主要参数,由记录仪得到的色谱图又称流出曲线。它是被分析样品在载气的带动下经过色谱柱分离后进入检测器得到的信号图形，是进行成分定性分析和定量分析的依据。,（1）基线（2）保留时间（3）保留体积（4）区域宽度和分离度,67,（1）基线,基线：色谱仪启动后，只有载气通过而没有样气注入时所记录的曲线。基线一般不取零值，仪器性能稳定时，它应当是平行于时间

25、轴的直线。衡量色谱仪优劣的主要指标:基线的漂移,68,（2）保留时间,进样信号：当试样注入时，由于压力的突然变化或液体瞬间气化切断气流，都会使检测器产生一个不大的输出信号，如图中的O点。死时间tr0：不能被固定相吸附或溶解的惰性组分（如空气、惰性气体等）从进样到出峰的时间，如图中的OA段，此峰也叫空气峰。tr0反映色谱柱中空隙体积的大小。保留时间tr：被分析组分从进样到出峰的时间，图中OB段。校正保留时间：保留时间扣除死时间的数值，即,它表示该组分在固定相中停留的时间。,69,（3）保留体积,死体积、保留体积、校正保留体积分别指相应的死时间tr0、保留时间tr和校正保留时间内通过色谱柱载气的体

26、积。如果载气的体积流量恒定不变，则体积保留值等于时间保留值与流量之积。,70,（4）区域宽度和分离度,色谱峰所占区域宽度反映了分离条件的优劣。通常区域宽度有两种表示方法：半峰宽：指色谱峰在峰高一半处的宽度，如图8.5.5中的CH段。基线宽Wb：指通过流出曲线的拐点所作的切线在基线上的截距，如图8.5.5中的IJ段。,71,分离度（或分辨力）,只有相邻的色谱峰能明显分开时，才能实现两组分的有效分离。衡量指标用分离度（或分辨力）来表示,72,分离度定义,相邻两色谱峰保留值（保留时间或保留体积）之差与两峰宽度平均值之比，即,R越大分散效果越好，R1时两峰有部分重叠；R=1时两个等面积的高斯峰分离效率

27、达98%；R=1.5时，其分离效率达99.7%，可以认为完全分离。R若再大，则会加长分析时间。在工业气相色谱分析中，一般要求有很大的分离度，以便程序的安排和维持较长的柱寿命，R的取值可达510。,73,定性分析和定量分析,1、定性分析（1）相对保留值法（2）加入已知物质增加峰高法2、定量分析（1）定量分析原理（2）峰面积的测量方法（3）定量校正因子（4）两种常用的定量计算方法,74,1.定性分析,（1）相对保留值法,某种物质的校正保留值和基准物质的校正保留值之比,ais仅与柱温与固定相性质有关，而与其操作条件无关，用ais定性就可以消除这些操作条件的影响。,75,（2）加入已知物质增加峰高法,

28、应用范围：如果样品成分比较复杂，出峰时间接近或操作条件不易控制稳定时。过程：首先通过色谱图初步定性，把可能范围缩小到某几种物质，然后用纯物质核对。方法：把一种或几种纯物质依次分别加入到样品中，如果加入某种纯物质时有一色谱峰相对增高，那么该峰就代表这种物质。,76,（1）定量分析原理,在气相色谱仪中，用检测器将组分质量浓度或质量转换为易于测量的电信号。响应与质量浓度成正比的检测器称为浓度型检测器，例如热导池，其响应方程为若响应与质量流量成正比，则称为质量型检测器，如氢焰离子化检测器，此时,77,在一定的操作条件下，被测组分的质量与它在色谱图上表现出的面积成正比，用通式表达为显然，进行定量分析必须

29、准确测出峰面积，求出定量校正因子，并选用合适的计算方法把测量值换算成被测组分在试样中的质量分数。,78,（2）峰面积的测量方法,峰高乘半峰宽法,此方法适用于对称性好的正常峰，其真实峰面积是上述计算值的1.065倍。,79,峰高乘平均峰宽法,在峰高的15%和85%处分别测得峰宽，取两者平均值作为峰宽，此法可用于带前伸或拖尾的不对称峰,80,峰高乘以保留值法在一定操作条件下，结构相近的同类物质的半峰宽与保留值基本上成正比关系。因此，在相对测量中可用此方法。此方法方便，保留值也容易测准确，适用于工厂分析。自动积分仪法配备电子自动积分仪，直接测出色谱峰面积，精确度达到0.2%2%，但测量小峰时误差较大

30、。,81,（3）定量校正因子,定量校正因子fsi不仅因不同组分而异，而且还取决于检测器的灵敏度及某些操作条件，给实际应用带来困难，所以在定量分析中都使用相对校正因子。相对校正因子与操作条件无关，它可由实验确定，其详细介绍可查阅有关技术文献。,82,（4）两种常用的定量计算方法,归一化法 外标法,83,归一化法,当样品中所有组分都能出峰时，同时也得知各组分的校正因子，则可求出各组分的含量,归一化定量计算法的优点：计算方便，准确，进样量的波动不影响分析结果的准确性。仪器的操作条件及其波动对分析结果的影响比较小。使用归一化定量法的条件：是必须保证样品中所有组分在一定时间内必须全部出峰，且峰形无重叠现

31、象。,84,外标法 定量样品校正法,工厂控制分析中常用的绝对定量方法首先，用已知组分的纯样品加稀释剂，配成一系列不同质量浓度的标准样，在一定条件下进行色谱分析，作出峰面积（或峰高）对质量浓度的关系曲线，称工作曲线。然后在同样的操作条件下取同量被分析试样注入色谱仪，测得待分析组分的峰面积（或峰高），由工作曲线查出被测组分含量。优点：操作简单，使用方便，分析的准确度主要取决于进样量的重复性和操作条件的稳定性。,85,GC化学工作站数据分析Agilent Chemstation B.03.02,数据分析,显示历史数据目录,样品序列编号,86,输出报告,点击：“报告”“打印报告”,输出为PDF格式,8

32、7,常见问题及配件维护,基线不平分离度不好拖尾进样针隔垫玻璃衬管色谱柱,88,维护手册,Agilent的仪器带有中文操作手册光盘，工程师已安装在操作系统中。在操作手册中对仪器的各个部件均有详细的安装、操作及维护修理说明，希望用户能认真阅读。通过/桌面/GC 7890 manual index图标/进入手册操作界面。,89,其他说明,气体管路及进样口的检漏 见操作手册进样口各进样口详细描述。色谱柱安装 见操作手册概述第五章96页-133页（毛细管柱、金属填充柱、玻璃柱）。色谱柱的老化 见操作手册概述第五章134-138页。填充柱进样口使用填充柱 需更换衬管，见操作手册进样口第三章第59-64页。更换进样垫、衬管、O型环 见操作手册第二卷进样口各进样口详细描述。检测器的气体流量、温度参考验收条件。,