气相基础知识PPT课件.ppt

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1、1,气相色谱基础知识,2,第一章 气相色谱基础,3,气相色谱法简单分析装置流程基本由四个部份组成：、气源部分，、进样装置，、色谱柱，、检测器和记录器：FID（氢火焰离子化检测器）ECD（电子捕获检测器）TCD（热导检测器）,1、气相色谱的分析装置,4,2、气相色谱的分析过程,气相色谱首先是一种分离技术。实际工作中要分析的样品往往是多组分的混合物。对含有未知组分的样品，首先必须将其分离，然后才能对有关组分进行进一步的分析。气相色谱主要是利用物质的沸点、极性和吸附性质的差异来实现混合物的分离。,5,2、气相色谱的分析过程,气相色谱分离过程如下图：,6,2、气相色谱的分析过程,待分析样品在汽化室汽化

2、后被惰性气体（即载气，也叫流动相）带入色谱柱，柱内含有液化或固体固定相，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。但由于载气是流动的，这种平衡实际上很难建立起来。也正是由于载气的流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解吸附，结果是在载气中分配浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的组分后流出。,7,2、气相色谱的分析过程,当组分流出色谱柱后，立即进入检测器。检测器能将样品组分的存在与否转变为电信号，而电信号的大小与被测组分的量或浓度成比例。当将这些信号放大并记录下来时，就是如下所示的色谱图（假设样品分离出三个组分），它包含了色谱的全部原始信息。在没有组分流出

3、时，色谱图的记录是检测器的本底信号，即色谱图的基线。,8,2、气相色谱的基本原理,9,2、气相色谱的基本原理,10,3、气相色谱基本概念和术语,、相、固定相和流动相：一个体系中的某一均匀部分称为相；在色谱分离过程中，固定不动的一相称为固定相；通过或沿着固定相移动的流体称为流动相。、色谱峰：物质通过色谱柱进到检测器时所产生的响应信号的变化曲线称为色谱峰。、基线：在正常色谱操作条件下，仅有载气通过检测器时，所产生的信号曲线称为基线。,11,3、气相色谱基本概念和术语,、峰高与半峰宽：由色谱峰的最大值到峰底的距离称为峰高，一般以h表示。色谱峰高一半处的宽为半峰宽，一般以 W表示。、峰面积：色谱峰与基

4、线之间的面积称为峰面积，用表示。、死时间：不被固定相保留的组分的保留时间称为死时间，以tm表示,12,3、气相色谱基本概念和术语,、保留时间：样品组分从进样到出现色谱峰最大值所需的时间称为保留时间，以tr表示。8、仪器噪音：由于各种因素引起的基线波动称为噪音。9、拖尾峰：峰后沿较前沿平缓的不对称峰称为拖尾峰。10、前伸峰：峰前沿较后沿平缓的不对称峰称为前伸峰。,13,4、气相色谱分离常用的基本公式,a:分离度 R=2（t R 2-t R 1）/W 1+W 2 tR为相邻两峰的保留时间 W为相邻两峰的峰宽,14,4、气相色谱分离常用的基本公式,b：理论塔板数 n=5.54(tR/W h/2)2

5、tR为主峰的保留时间 W h/2 为主峰的半高峰宽,15,4、气相色谱分离常用的基本公式,c:外标法 含量（C X）=C R AX/AR CX为供试品浓度 AX为供试品峰面积 CR为对照品浓度 AR为对照品峰面积,16,4、气相色谱分离常用的基本公式,d:内标法 校正因子（f）=AS CR/CS AR 含量（C X）=f AX CS/AS AX为供试品峰面积 CX为供试品浓度 AR为对照品峰面积 CR为对照品浓度 AS为内标峰面积 CS为内标浓度,17,凡是以气相作为流动相的色谱技术，通称为气相色谱。可按以下几方面分类：1按色谱柱分:可分为填充柱GC和开管柱GC。填充柱内要填充上一定的填料，它

6、是“实心”的，而开管柱则是“空心”的，其固定相是附着在柱管内壁上的。历史上，GC初期使用的都是填充柱，1958年才出现了毛细管柱。而毛细管柱的普遍使用则是1979年出现了弹性石英柱后才开始的。,4、气相色谱的分类,18,开管柱又常被称为毛细管柱，但毛细管柱并不总是开管柱。事实上，毛细管柱也有填充型和开管型之分，只是人们习惯上将开管柱叫做毛细管柱而已。毛细管柱比填充柱有更高的分离效率。这是因为毛细管柱内没有固体填料，气阻比填充柱小得多，故可采用较长的柱管和较小的柱内径，以及较高的载气流速。,4、气相色谱的分类,19,4、气相色谱的分类,再加上采用较薄的固定液膜又在一定程度上抵消了由于载气流速增大

7、而引起的传质阻力增大、一般来说，一根30m长的毛细管柱很容易达到100 000的总理论塔板数而根3m长的填充柱却最多只有4 500的总柱效。,20,4、气相色谱的分类,2按固定相状态分 按固定相状态分可分为气固色谱和气液色谱。前者采用固体固定相，其分离主要是基于吸附机理。后者则为液体固定相，分离主要基于分配机理，在实际GC分析中，90%以上的应用为气液色谱。,21,4、气相色谱的分类,3、按分离机理分：按分离机理分分为分配色谱(即气液色谱)和吸附色谱(即气固色谱)。应当指出，气液色谱并不总是纯粹的分配色谱气固色谱也不完全是吸附色谱，一个色谱过程常常是两种或多种机理的结合，只是有一种机理起主导作

8、用而已。4按进样方式分：按进样方式分可分为常规色谱、顶空色谱和裂解色谱等。,22,第二章 气相色谱仪器 及操作,23,第节 仪器的基本配置,1、气路系统 包括载气和检测器所用气体的气源(氮气、氢气、压缩空气或气体发生器，气流管线)以及气流控制装置(压力表、针型阀、电子流量计)2、进样系统 其作用是有效地将样品导入色谱柱进行分离，如手动进样，自动进样器，顶空进样器。,24,第节 仪器的基本配置,3、柱系统:包括柱加热箱、色谱柱以及与进样口和检测器的接头。其中色谱柱本身的性能是分离成败的关键。4、检测系统:用各种检测器检测色谱柱的流出物，如热导检测器(TCD)、火焰离子化检测器(FID)、氮磷检测

9、器(NPD)、电子俘获检测器(ECD)等。5、数据处理系统:即对GC原始数据进行处理，画出色谱图，并获得相应的定性定量数据.,25,气相色谱仪的气路系统，是一个载气连续运行、管路密闭的系统。GC常用的气体有：氮气、氦气、氢气、压缩空气等，都要求使用高纯度（99.99%），这是因为气体中杂质会使检测器的噪声增大，还可能对色谱柱的性能有影响，严重的会污染检测器。通常这些气体都要经过净化、稳压和控制、测量流量。总之，气路系统关键的问题就是要保证气路系统中各个接头部位不要漏气。,第二节 气路系统,26,进样就是有效地将分析样品定量的加到色谱柱进行分离。进样量的大小，进样时间的长短，试样气化速度，试样浓

10、度等都会影响色谱分离效率，以及定量结果的准确度和重现性。一、气化室温度。气化室的作用，是将所进样品在此气化室温度下让其瞬间气化为蒸气而不分解。气化室温度一般比柱温高10-50即可。,第三节 进样系统,27,二、进样口隔垫和衬管1、进样口隔垫：使用时间长了有老化漏气的问题，所以，要注意选择适当耐高温的隔垫，并定期检查是否漏气，需要时要及时更换，以保证分析的正常进行。,第三节 进样系统,28,第三节 进样系统（隔垫）,市售隔垫一般有三种类型，普通型(可耐温200)、优质型(可耐温300)和高温型(可耐温400)。耐高温或抗老化性能越好、寿命越长，价格就越高。常规分析实验室(汽化温度不超过300)选

11、择优质型隔垫就可以了，做高温GC分析时最好用高温型隔垫。,29,第三节 进样系统（衬管）,2、进样口衬管：多为玻璃或石英材料制成。这里强调几个普遍性的问题：,30,第三节 进样系统（衬管）,衬管能起到保护色谱柱的作用。在分流不分流进样时，不挥发的样品组分会滞留在衬管中而不进入色谱柱。如果这些污染物在衬管内积存一定量后，就会对分析产生直接影响。比如，它会吸附极性样品组分而造成峰拖尾，甚至峰分裂，还会出现鬼峰。因此，一定要保持衬管干净，注意及时清洗和更换。,31,第三节 进样系统（衬管）,衬管内表面的活性点可导致样品被吸附或分解，故要进行脱活处理。常用的方法是硅烷化，但在高温下工作时，硅烷化的有效

12、期只有几天。因此在分析极性样品时，要注意及时更换衬管或重新硅烷化。,32,第三节 进样系统（衬管）,衬管中是否应填充填料，要依具体情况而定。一般填少量经硅烷化处理的石英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。,33,第三节 进样系统（衬管）,不同的进样方式要用不同的衬管。常用溶剂汽化后体积要膨胀150-500倍。如果衬管容积太小，会引起汽化样品的“倒灌”，以及柱前压突变，这对分析都是不利的。反之，如果容积太大，又会带来不必要的柱外效应，使样品初始谱带展宽。故在实际工作中要注意衬管容积与样品的匹配性。,34,第三节 进样系统（手动进样）,1手动进样应注意的问题

13、：(1)注射速度快：注射速度慢时会使样品的汽化过程变长，导致样品进入色谱柱的初始谱带变宽。正确注射方法是：取样后，一手持注射器(防止汽化室的高气压将针芯吹出)，另一只手保护针尖(防止插入隔垫时弯曲)，先小心地将注射针头穿过隔垫，随即以最快 的速度将注射器插到底，与此同时迅速将样品注入汽化室(注意不要使针芯弯曲)，然后快速拔出注射器。注射样品所用时间及注射器在汽化室中停留的时间越短越好，且每次注射的过程越重现越好。,35,第三节 进样系统（手动进样）,(2)取样准确而重现：即取样量要准确，抽取样品的速度要重现，以保证进样的重现性。特别是黏度大的样品，要避免在注射器中形成气泡。防止产生气泡的办法是

14、将注射器插入样品溶液，多次推拉针芯，推下时要快，拉起时要慢。最后可能会有很小的气泡在针管中，不易 除去。这时可以取多于实际进样量的样品(比如，进样量为1l，可取2-3l样品)，然后将针尖朝上，用手指轻弹针管，,36,第三节 进样系统（手动进样）,气泡就会跑到液体的上方。再将多余的样品推出针管，气泡也就排出去了。这跟护士打针时避免将空气注射进体内的道理是一样的。要使取样量准确，也是这样倒置注射器，使视线与针管中的液面处于同一水平上，然后推压针芯到所需刻度。至于针尖外面粘附的一部分样品，可用一片滤纸快速檫拭而除去(注意不能让滤纸吸去针管内的样品)。,37,第三节 进样系统（手动进样）,(3)避免样

15、品之间的相互干扰：如果进样时注射器内有上一个样品的残留组分，就会干扰下一个样品的分析，带来定量误差。在色谱中这叫做记忆效应，是必须消除的。具体办法是洗针。取样前先用样品溶剂洗针至少3次(抽满针管的三分之二，再排出)。再用要分析的 样品洗针至少3次，然后取样(多次上下抽动)，这样基本上可消除记忆效应。,38,第三节 进样系统（手动进样）,如果同时有几个样品进行分析，且要交替进样(如用外标法分析时，可能对标样和实际样品交替进样)，则最好是每个样品各用一个注射器，既能避免样品之间的相互干扰，又不至于消耗太多的样品(可用的样品量小时，这是要考虑的问题)。,39,第三节 进样系统（手动进样）,(4)选用

16、合适的注射器 GC分析最常用的是10l微升注射器，其进样量一般不要小于1l。如果进样量要控制在1l以下，就应采用5l或1l的注射器。此时要注意，5l或1l的注射器往往是将样品抽在针尖内，因此观察不到针管中的液面，故很可能抽入气泡。取样时反复推拉针芯，以确保针尖内没有气泡。,40,第三节 进样系统,2、自动进样器自动进样器实现了进样量的重现，避免了很多人为误差。但它的缺点是价格比较贵。,41,第四节 色谱柱系统,色谱柱是色谱分离的心脏，应该说是气相色谱分析过程中最重要的组成部分。在气相色谱分析中，某一多组份混合物能否完全分离开，主要取决于色谱柱的效能和选择性，后者在很大程度上取决于固定相选择得是

17、否得当。因此，固定相的选择就成为色谱分析中的关键问题。,42,第四节 色谱柱系统（固定相）,气相色谱固定相大致分为两类：即液体固定相和固体固定相。而液体固定相又是由固定液和载体组成的，在气相色谱分析中液体固定相应用较为广泛。,43,第四节 色谱柱系统（固定液）,气相色谱基本理论指出，色谱分离主要基于混合组份在固定液中溶解度的不同，因此对固定液要有一定的要求,44,第四节 色谱柱系统（固定液）,一、对固定液的要求 1蒸气压要低、热稳定性要好：一般在操作温度下，固定液只能有很低的蒸气压，否则由于固定液的流失或热分解，将影响色谱柱的寿命、组份保留值的重现性，以及基流和噪音增大等。所以每种固定液都有一

18、项重要指标叫做“最高使用温度”。,45,第四节 色谱柱系统（固定液）,2化学稳定性要好：所谓化学稳定性好，系指固定液必须不能与载体、载气、组份发生不可逆的化学反应。3、溶解度大、选择性要高：为了达到分离的目的，各组分必须在固定液中有一定的溶解度。4、粘度、凝固点要低：固定液如果粘度较大，对组份就不起分配作用了，至多起到吸咐作用。,46,第四节 色谱柱系统（固定液）,二、固定液的分类：按固定液的化学类型分类。1、烃类：包括烷烃和芳烃，是极性最弱的一类固定液。烷烃，常用的有角鲨烷、石蜡油等，属非极性固定液。2、醇类和醚类：是一类极性很强的固定液。聚乙二醇分子中含有醚基，故属于氢键型固定液。商品名有

19、Carbowax-20M。,47,第四节 色谱柱系统（固定液）,3、硅氧烷类：是目前使用最为广泛的色谱固定液。属弱极性固定液，商品名有SE-30，OV-1等。苯基硅氧烷：由于硅原子上引入了苯基，故对芳香性组份溶解度增大，对极性组份保留值升高。按照引入苯基的含量（%）不同，又可分为低苯基硅氧烷如SE-52，中苯基硅氧烷如OV-17，高苯基硅氧烷如OV-25。随苯基的含量增高，固定液极性也增高4、酯类：是一类中强极性的固定液。包括酯类和聚酯类。如丁二酸二乙二醇酯，它含有极性和非极性基团，是线型脂肪族固定液。商品名有DEGS。,48,第四节 色谱柱系统（固定液）,三、固定液的选择：固定液的选择遵循“

20、相似相溶”原则，分子间的相互作用力也必须考虑，如果组份与固定液分子间化学结构相似，相对极性相似，则分子间的相互作用力就强，选择性就高。就可使样品中主要组份达到有效分离。,49,第四节 色谱柱系统（载体）,载体：亦称担体、固体支持物。把固定液涂到载体表面上，形成一层均匀的薄膜，就构成了液体固定相。一、载体的要求：气相色谱分析中使用的载体，应是一种颗粒状的多孔性、化学惰性的物质，并具有一定的表面结构和特性。二、载体的分类：分为两大类，即硅藻土型和非硅藻土型载体。,50,第四节 色谱柱系统（载体）,1硅藻土型载体 硅藻土型载体是目前广泛使用的一种载体。硅藻土载体是由硅藻土煅烧而成的。而硅藻土则是由无

21、定形二氧化硅及小量无机盐组成的单细胞海藻骨架构成的。硅藻土载体按其制 造方法的不同，又可分为红色和白色载体。总起来讲，红色载体适宜分析非极性化合物，而白色载体适宜分析极性化合物。,51,第四节 色谱柱系统（载体）,(1)红色载体。将天然硅藻土与木屑(或无)在粘合剂(CMS)作用下于900左右煅烧，硅藻土颗粒熔融，一部分变成晶态白硅石，矿物质变成氧化物和硅酸盐，其中铁变成氧化铁，故煅烧后的硅藻土呈红色，国产6201载体及国外的C-22火砖及Chromosorb P属于这一类。,52,第四节 色谱柱系统（载体）,(2)白色载休。将天然硅藻土经工业盐酸处理后，在干燥的情况下加入一些助熔剂(Na2CO

22、3)，成型后选择最佳烧结条件(大于900)，控制一定的晶态形成，硅藻土中的氧化铁在高温下与碳酸钠作用，生成无色的铁硅酸钠络合物，而呈白色多孔性颗粒物。国产的101白色载体、405载体及国外的Chromosorb b属于这一类。,53,第四节 色谱柱系统（载体）,2非硅藻土型载体：主要有玻璃微球和聚四氟乙烯，它们是较为常用的两种非硅藻土型载体。关于载体的粒度范围，一般柱常用80-100目，高效柱可用100-120目。,54,第四节 色谱柱系统（载体）,3、选择载体的大致原则：（1）当固定液含量大于5%，可选用硅藻土型白色或红色载体。（2）当固定液含量小于5%，可选用处理过的（如硅烷化的）硅藻土型

23、白色或红色载体，如仍拖尾时可加减尾剂。（3）对于高沸点组分，可选用玻璃微球载体。（4）对于强腐蚀性组分，可选用氟载体。,55,第四节 色谱柱系统（填充柱）,(1)填充色谱柱：内径24毫米，长度110米，常用13米柱。可由不锈钢、玻璃和聚四氟乙烯管制成。因玻璃柱价格便宜，透明，便于观察到填充的固定相分布状态，光滑易于填充成密实的高效柱，故较常用。,56,第四节 色谱柱系统（填充柱）,要制备一根分离效能较高的色谱柱，必须把载体涂上一层薄而均匀的液膜，再把涂好的固定相均匀而紧密地填充到色谱柱中。由于目前市场上已有涂渍好的各种类型的固定相商品，我们只需要买来自已装一下柱子就成了。,57,第四节 色谱柱

24、系统（填充柱）,2、色谱柱的填充：常用泵填充法，即把色谱柱的尾端（注意，即接检测器的一端，不要弄错！）塞上玻璃棉，接真空泵，另一端（接气化室一端）接一漏斗，在抽吸下加入固定相，然后轻轻敲打色谱柱，至固定相不再进入为止。装好后，塞上玻璃棉。主要要求是填充得均匀，其次是紧密，才能达到柱效高。,58,第四节 色谱柱系统（填充柱）,色谱柱填充好后，要进行老化处理，也就是对柱子做一个冲洗或优化处理，相当于液相色谱中试验结束后的冲洗色谱柱这一步。方法如下。3、色谱柱的老化：将色谱柱装好，接通载气，流速5-10ml/min，高于柱温5-10（要低于最高使用温度）老化4-8小时，以便把残存溶剂、低沸点杂质、低

25、分子量固定液等赶走，使记录器基线平直，并在老化温度下，使固定液在载体表面有一个再分布过程，从而涂得更加均匀牢固。注意，老化柱子时要和检测器断开，以免污染检测器。,59,第四节 色谱柱系统（毛细管柱）,四、毛细管色谱柱的类型与选择：毛细管色谱柱，内径0.20.8毫米，长度30300米，其柱材料大多用熔融石英，即所谓弹性石英柱。柱内径越小，分离效率越高，但细的色谱柱柱容量小，容易超载。就常规分析来说，0.20-0.32mm内径的毛细管柱没有太大差别。大口径柱（0.53mm）是一类特殊的毛细管柱，它的液膜厚度一般较大，故有较大的柱容量，不少人倾向于用大口径柱替代填充柱。大口径柱的局限性可能是柱成本较

26、填充柱高。,60,第四节 色谱柱系统（毛细管柱）,毛细管柱的选择原则同填充柱。毛细管色谱柱常用的固定液有OV1、SE54、OV17及PEG20M等。由于固定液改性及涂渍工艺的不同，采用同一固定液的色谱柱在性能上也有区别。下表为不同厂商毛细管色谱柱的牌号对照。现在市场上的毛细管柱多为固定液交联的色谱柱，热稳定性好。,61,第四节 色谱柱系统（毛细管柱）,62,第四节 色谱柱系统（毛细管柱）,一般来说，有这样四根柱子：OV-1，SE-54，OV-17，PEG-20M，就可以应付95%的GC分析任务。所以，我们建议毛细管GC实验室起码要购置这几根毛细管柱。目前国产的非极性（OV-1）和弱极性（SE-

27、54）柱已经可以替代进口柱。如中国科学院兰州化物所，中国科学院大连化物所，北京大学等单位所生产的此类毛细管柱的性能就可达到国外同类产品的水平。,63,第四节 色谱柱系统（毛细管柱）,最后要强调的一点是，选择色谱柱时必须要看具体的分析任务。如果是做法规分析，则必须按有关法规的要求选择色谱柱。否则，你的分析结果不被法规所认可。从发展的观点看，现在不少用填充柱的分析方法很有必要用毛细管柱取代之。这就要求我们做常规分析的色谱工作者，不仅要按照法规做好分析，而且要注意开发研究新方法，应用新技术，以推动我国色谱事业的发展。,64,第四节 色谱柱操作注意事项,1、色谱柱安装：当把毛细管柱安装在色谱仪上时，需

28、要将其两端分别与进样口和检测器相连接。原理都是用一个石墨密封垫，通过接头压紧而达到固定和密封的目的。安装时先将密封垫套在柱头，此时应将柱头朝下，避免密封垫碎屑进入柱管而造成堵塞。将石墨垫套在柱头后，应将柱头截去l2cm。仪器带有专门的柱切割器，在柱管上轻轻划一下，然后用手别断。这样做可以保证柱端是整洁的，又避免了柱头污染物对分析的干扰。,65,第四节 色谱柱操作注意事项,第二，柱端伸出密封垫的长度，不同仪器的有不同的规定，应严格按仪器说明书规定。检测器一端则是柱出口尽量接近检测点（如FID的火焰），以避免死体积造成的柱外效应。第三，接头不要拧得太紧，以免将色谱柱压裂或压碎。原则上每次安装色谱柱

29、都要用新的石墨垫，不过同一色谱柱拆下再安装，可重复使用石墨垫，但重复使用的次数不要超过3次，否则会失去密封性。,66,第四节 色谱柱的维护,色谱柱在使用时，要轻拿轻放，防止断裂。当开GC仪器时，一定要记住先开载气，如在没有载气流动的情况下，在较高温度下加热色谱柱，很短的时间内就可使色谱柱报废。,67,第四节 色谱柱的维护,安装新色谱柱后，都要在进样前进行老化。老化方法是：先接通载气，然后将柱温从60左右以5-10min的速率程序升温到色谱柱的最高使用温度以下30，并在高温时恒温30-120分钟。当色谱柱内残留一些高沸点组分时，这时基线可能出现波动或出鬼峰。解决此问题的办法也是老化。,68,第四

30、节 色谱柱的维护,暂时不用的色谱柱从仪器上卸下后，柱两端应当用一块硅橡胶垫堵上。每次关机前都应将柱温箱温度降到100以下，然后再关电源和载气。温度高时切断载气，可能会因空气（氧化）扩散进入柱管中而造成固定液的氧化降解。,69,第四节 色谱柱的维护,每次新安装了色谱柱都应当记着重新设定柱子的最高使用温度。当超过了柱子的最高使用温度时，仪器会自动停止柱温箱加热。以确保柱温箱温度不超过色谱柱的最高使用温度，对色谱柱起到保护作用。,70,第四节 色谱柱的修理,色谱柱寿命完结的主要标志是固定液流失太多而失去了分离能力。柱管堵塞或断裂也是导致色谱柱失效的原因。当色谱柱分离能力不好时，可先用在高温下老化柱子

31、的办法，用载气将污染物冲洗出来。若这样柱效仍不能恢复时，可将柱头载去10cm或更长，因为柱头是最容易被污染的地方，再安装上测试。这是常用的柱性能恢复措施。如还不起作用，修复就比较麻烦了。,71,第四节 色谱柱的修理,如色谱柱不小心断裂了，那修理就更不容易，所以在使用时要尽量注意上面我们讲到的一些注意事项，以延长色谱柱的使用寿命。,72,第五节 检测器系统,如果说色谱柱是色谱分离的心脏，那么检测器就是色谱仪的眼睛。无论色谱峰分离的效果多么好，若没有好的检测器就“看”不到分离结果。因此，高灵敏度、高选择性的检测器一直是色谱仪发展的关键技术。检测器是利用被测物质的各种物理性质、化学性质及物理化学性质

32、与载气的差异，来感应出被测物质的存在及其量的变化，再将其各种变化转变成电信号形式记录下来的过程。,73,第五节 检测器系统,气相色谱仪有多种检测器：如热导检测器(TCD):是利用被测物质的热导系数和载气的热导系数的差异。氢火焰离子化检测器(FID)、氮磷检测器(NPD)等：是利用被测组分在一定条件下可被电离，而载气不电离的差异电子俘获检测器(ECD)、火焰光度检测器（FPD）、质谱检测器(MSD)、原子发射光谱检测器(ACD)、红外光谱检测器（IRD）和质谱检测器（MSD）等等。,74,第五节 检测器系统,检测器可分为：1、破坏性检测器：即组分在检测过程中，其分子形式被坏了。如FID，FPD，

33、MSD。2、非破坏性检测器：即组分在检测过程中，仍保持其分子形式。如TCD，IRD。检测器又可分为：1、通用型检测器：即检测器对不同类型化合物的响应值基本相当，或各类化合物的响应值之比小于10时。如TCD，FID。2、选择型检测器：即检测器对某类型化合物的响应值比另一类大10倍以上时。如ECD，NPD。,75,第五节 检测器系统,药检上最常用的是FID和ECD检测器。下面我们分别介绍。FID检测器：是利用氢火焰作电离源，使有机物电离，产生微电流而响应的检测器。它突出的优点是对几乎所有的有机物均有响应，特别是对烃类灵敏度高且响应与碳原子数成正比。它对水、二氧化碳、和二硫化碳等无机物不敏感。主要缺

34、点是需要三种气源及流速控制系统。,76,第五节 检测器系统,ECD检测器：是灵敏度最高的气相色谱检测器，同时也是最早出现的选择性检测器。它仅对含有电负性比较大的元素的化合物敏感，如卤代烃，含N、O和S等杂原子的化合物有响应。主要用于有机氯农药残留检查。,77,第五节 检测器系统,一、检测室温度设定：除氢火焰离子化检测器外，所有检测器都对温度的变化敏感。检测室温度，对于恒温操作，一般选在与柱温相同或略高于柱温，对于程序升温操作，一般选在其最高柱温下，这样即使柱温程序改变，而检测器温度则可保持不变。,78,二、检测器操作注意事项,1、尾吹气是从色谱柱出口处直接进入检测器的一路气体，又叫补充气或辅助

35、气。填充柱不用尾吹气。而毛细管柱则大都采用尾吹气。这是因为毛细管柱的柱内载气流量太低（常规柱为1-3ml/min），不能满足检测器的最佳操作条件（一般检测器要求20mlmin的载气流量），,79,二、检测器操作注意事项,在色谱柱后增加一路载气直接进入检测器，就可保证检测器在高灵敏度状态下工作。尾吹气的另个重要作用是消除检测器死体积的柱外效应。经分离的化合物流出色谱柱后，可能由于管道体积增大而出现体积膨胀，导致流速减缓，从而引起谱带展宽。加入尾吹气后就消除了这问题。,80,二、检测器操作注意事项,那么，尾吹气流量多少合适呢?这要看所用检测器和色谱柱的尺寸而定。比如，用0.53mm大口径柱时，柱内

36、流量可达15mlmin，对于FID，NPD则需要再加至少10mlmin的尾吹气流量就够了。对于ECD则需要加20mlmin的尾吹气流量（ECD一般需要载气总流量25mlmin）。,81,二、检测器操作注意事项,使用常规或微径柱时，尾吹气流量应相应增大。经验参考值为：FID、NPD、FPD需要柱内载气和尾吹气的流量之和为30mlmin左右，ECD则需要4060mlmin。当需要在最高灵敏度状态下工作时，应针对具体样品优化尾吹气流量以及其他气体流量。一般情况下，尾吹气所用气体类型应与载气相同。,82,1、FID使用注意事项,（1）FID虽然是通用型检测器，但有些物质在此检测器上的响应值很小或无响应

37、。这些物质包括永久气体、卤代硅烷、H2O、NH3、CO、CO2、CS2、CCl4、等等。所以，检测这些物质时不应使用FID。,83,1、FID使用注意事项,（2）FID是用氢气和空气中燃烧所产生的火焰使被测物质离子化的，故应注意安全问题。在未接上色谱柱时，不要打开氢气阀门，以免氢气漏入柱温箱中，发生爆炸。同理，在卸色谱柱前，要检查一下，氢气是否已关。提示：在卸换色谱柱时，最好是在未开机的情况下卸换。测定流量时，一定不能让氢气和空气混合，即测氢气流量时，要关闭空气，反之亦然。无论什么原因导致火焰熄灭时，应尽快关闭氢气阀门，直到排除了故障，等重新点火时，再打开氢气阀门。高档仪器有自动检测和保护功能

38、，火焰熄灭时可自动关闭氢气。,84,1、FID使用注意事项,（3）FID的灵敏度与氢气、空气和氮气的比例有直接关系，因此要注意优化。一般三者的比例应接近或等于1：10：1，如氢气30-40ml/min，空气300-400ml/min，氮气30-40ml/min。另外有些仪器设计有不同的喷嘴分别用于填充柱和毛细管柱，使用时应查看使用说明书。,85,1、FID使用注意事项,（4）为防止检测器被污染，检测器温度设置不应低于色谱柱实际工作的最高温度，FID温度设定一般都大于150。一旦检测器被污染，轻则灵敏度明显下降或噪声增大，重则点不着火。消除污染的办法是清洗，主要是清洗喷嘴表面和气路管道。,86,

39、清洗FID喷嘴方法,拆下喷嘴，依次用不同极性的溶剂(如丙酮、氯仿和乙醇)浸泡，并在超声波水浴中超声10min以上。还可用细不锈钢丝穿过喷嘴中间的孔，或用酒精灯烧掉喷嘴内的油状物，以达到彻底清洗的目的。有时使用时间长了，喷嘴表面会积碳(一层黑色沉积物)，这也会影响灵敏度。可用细砂纸轻轻打磨表面而除去。清洗之后将喷嘴烘干再装在检测器上进行测定。,87,2、ECD使用注意事项,（1）防止放射性污染。ECD都有放射源（一般为63Ni），故检测器出口一定要用管道接到室外去。不经过特殊培训，不要自已动手拆开ECD。（2）ECD的操作温度一般要高一些，常用温度范围为250-300。无论色谱柱温度多么低，EC

40、D的操作温度不应低于250。这是因为温度低时，检测器很难平衡。（3）ECD要避免与氧气或湿气接触，否则噪声会明显增大。,88,第六节 数据处理系统,主要是依据色谱工作站来完成的。色谱图都是以横坐标为时间（分离出来的各组分的保留时间），纵坐标为分离出来的各组分在检测器上的响应值，在这样一个直角坐标系内记录出来带有峰形的曲线的一张图。通过对色谱图进行优化积分处理，再根据色谱图上的信息对分离组分进行定性定量分析。,89,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（1）按仪器说明书规程操作：认真阅读有关说明书，严格按操作规程操作。这是做好仪器分析的前提条件。（2）及时更换毛细管柱密封垫：石墨密封垫漏气是GC最

41、常见的故障之一。一定不要在不同的柱上重复使用同一密封垫。如果装上色谱柱后发现漏气再来更换密封垫，就要花费更多的时间。即使旧垫仍能使用，也要比原来多拧紧一些，弄得不好就会拧断色谱柱。,90,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（3）使用纯度合乎要求的气体：载气一定要用高纯级的，以避免干扰分析和污染色谱柱或检测器。一根色谱柱的价格是一瓶高纯氮气或氢气价格的20倍以上。如果因为要省钱而用普通气体作载气，可能是丢了西瓜拣芝麻。检测器用辅助气体最好也用高纯级的。虽然在灵敏度要求不高时，可使用普通气体，但其代价可能是检测器被污染。,91,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（4）定期更换气体净化器填料：变色硅

42、胶可据颜色变化来判断其性能，但分子筛等吸附有机物的净化器就不好用肉眼来判断了。所以须定期更换，最好3个月更换一次。如果硅胶与分子筛装在一起，则更换硅胶时也要更换分子筛。,92,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（5）使用性能可靠的压力调节阀：仪器上安装什么阀也许我们不能控制，但装在钢瓶上的减压阀一 定要保证质量。有些新阀也会有漏气的情况，所以，经常检漏，随时发现问题是一个好的习惯。如果不注意这个问题，轻则造成气体浪费，重则出现安全问题，到时就悔之晚矣。,93,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（6）定期更换进样口隔垫：进样口隔垫漏气是另一个GC常见故障。仪器若有自动检漏功能当然好一些，但也不能

43、保证发现微小的漏气，更别说无自动检漏功能 的仪器了。隔垫使用太久，隔垫的老化降解也会给分析带来干扰。比如其碎屑掉进汽化室内就可能导致鬼峰。,94,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,至于多长时间换一次隔垫，则要看所分析的样品性质和分析条件而定。常规实验室一般每天更换一个进样隔垫。无论如何，一个隔垫的连续使用时间不要超过一周。,95,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（7）及时清洗注射器：干净的注射器能避免样品记忆效应的干扰。更换样品时要清洗，用同一样品多次进样时也要用样品本身清洗注射器。一支注射器暂时不用时(比如下班)，更要彻底清洗，否则残留在其中的样品可能将针芯粘牢，造成注射器报废。使用自动进

44、样器的用户也应注意此间题，最好是经常更换和清洗注射器。,96,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（8）定期检查并清洗进样口衬管：仪器长期使用后，会发现衬管内积有焦油状物质，这是样品中的不挥发成分造成的。此外还会有颗粒状物质积存(隔垫碎屑、样品中的固体物质)，这些都会干扰分析的正常进行。因此要定期检查，及时清洗。,97,第七节 气相色谱工作者的良好习惯,（9）保留完整的仪器使用记录：这是仪器的履历，应逐日记录，包括操作者、分析样品及条件、仪器工作状态等。一旦仪器出现问题，这是查找原因的重要资料。,98,第三章 其 它,99,第一节 程序升温气相色谱法,程序升温是重要的色谱技术之一。一台较好的色谱

45、仪大都带有 程序升温控制器，使其应用范围更广。气相色谱过程中，如试验时柱温是固定不变的，叫恒温色谱。对于一个分析样品，各组份都有一个最佳柱温，在填充柱上，大约在组份的沸点左右，在毛细管柱上，大约比沸点低50左右为最佳柱温。如果样品组份较少，沸点范围不大，一般都采用恒温操作，效果良好,100,第一节 程序升温气相色谱法,但是对于沸程很宽，组份数目较多的样品，柱温只能选在其平 均沸点左右。显然这是一种折衷办法。而所选择的柱温对于大部分 组份，不是太高就是太低。其结果是低沸点组份因柱温太高很快流 出，色谱峰重叠，紧挤在一起，分不开。而高沸点组份则因柱温太低，流出时间很长，峰很宽且矮平，有的甚至在一次

46、分析中不能流出，而在随后的分析中作为基线噪音出现，或作为无法说明的“鬼峰”出现，增加了测量、鉴定的困难。,101,第一节 程序升温气相色谱法,对于这类宽沸程多组份混合物，如果采用程序升温色谱法(PT GC)，即柱温按预定的加热速度，随时间呈线性或非线性的增加，则混合物中所有组份将在其最佳柱温也叫保留温度下流出色谱柱，当采用足够低的初始温度，低沸点的组份即最早流出峰就能得到良好的分离，随着柱温的增加，每一个较高沸点的组份就被升高的柱温“推出”色谱柱，高沸点组份也能较快的流出，并和低沸点组份一样也能得到良好的分离。,102,第一节 程序升温气相色谱法,程序升温色谱法主要的特点和优点就是通过选择适当

47、的升温速率，而使高温和低温的成分都获得良好的分离和漂亮的峰形，缩短总分析时间。例如：程序升温分析一个含有丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、甲苯、二甲基亚砜的样品，采用的升温条件为：45保持6分20/min升温至190保持3分。只需约11分钟就完成了分析。,103,程序升温试验色谱图,104,第二节 顶空气相色谱法,一、顶空气相色谱的概念：顶空气相色谱(GC headspace Analysis)是指对液体或固体中的挥发性成分进行气相色谱分析的一种间接测定法，它是在热力学平衡的蒸气相与被分析样品同时存在于一个密闭系统中进行的。例如测定血液中的乙醇，把血样置于一个密闭恒温的样品瓶中，测定恒温后样品瓶蒸气相

48、中的乙醇浓度，通过校准曲线计算血样中的乙醇含量。这一方法从气相色谱仪角度讲，是一种进样系统，即“顶空进样系统”。,105,第二节 顶空气相色谱法,二、顶空气相色谱的类别和特点：一般顶空气相色谱分为两类，即静态顶空气相色谱和动态顶空气相色谱。所谓静态顶空气相色谱是将样品密封在一个容器中，在一定温度下放置一段时间使气液或气固两相达到平衡，然后取样品基质上方的气体部分进样分析，来测定这些组分在原样品中的含量。此种方法简单，它只取气相部分进行分析，大大减少了样品基质对分析的干扰。,106,第二节 顶空气相色谱法,静态顶空气相色谱分析用一个简单的玻璃瓶就可以进行分析，要求的全部条件只是两相(液-气，或固

49、-气)间达到平衡，以及在取样时仍能保持这种平衡。但一般来讲作定量分析时在每个顶空瓶中只能取一次样。如果再取第二次，结果就会不同于第一次的分析结果，这是因为第一次取样后样品组成已经发生了变化。这就是静态顶空气相色谱分析的缺点，即在日常分析时要处理大量的玻璃器皿，另外要达到平衡就要有一定的等待时间。,107,第二节 顶空气相色谱法,在残留溶剂测定中我们常采用静态顶空这种进样方式。如中国药典2010年版第一增补本收载的盐酸阿糖胞苷中的残留溶剂检查（甲醇与乙醇）、化妆品中二噁烷检测（GC-MS）等都是用静态顶空气相色谱进样分析的。,108,盐酸阿糖胞苷残留溶剂检查,色谱条件：进样口温度：200，检测器

50、温度：230，柱温：60保持6分8/min升温至100保持20分。顶空条件：瓶温度：80 平衡时间：30分钟分离度：分离度应大于 1.5标准规定：甲醇与乙醇的含量分别不得过0.3%与0.5%,109,第二节 顶空气相色谱法,顺便我们也附上常规进样或称直接进样的方法试验举例。白酒、指甲油、食用油中的塑化剂检测，均采用GC-MS（直接进样）法进行测定。,110,第二节 顶空气相色谱法,动态顶空气相色谱也叫做吹扫-捕集分析法，这一方法是用惰性气体通入液体样品(或固体表面)，把要分析的组分吹扫出来，使之通过一个吸附剂进行富集，然后再把吸附剂加热，使被吸附的组分脱附，用载气带到气相色谱仪中进行分析。它的