气相色谱培训教案Word下载.docx
《气相色谱培训教案Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《气相色谱培训教案Word下载.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
检测器温度要高于气化室温度。
温度关系：
检测器》气化室》柱温。
常用术语：
1、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。
流动相：
携带样品流过整个系统的流体，氮气、氢气、氦气
固定相：
静止不动的一相，色谱柱内的担体、固定液（填料）
２、色谱峰：
物质通过色谱柱进到检测器后，记录器上出现的一个个曲线称为色谱峰。
３、基线：
在色谱操作条件下，没有被测组分通过检测器时，记录器所记录的检测器噪声随时间变化图线称为基线。
４、峰高与半峰宽：
由色谱峰的浓度极大点向时间座标引垂线与基线相交点间的高度称为峰高，一般以h表示。
色谱峰高一半处的宽为半峰宽，一般以x１／２表示。
５、峰面积：
流出曲线（色谱峰）与基线构成之面积称峰面积，用Ａ表示。
６、死时间、保留时间及校正保留时间：
从进样到惰性气体峰出现极大值的时间称为死时间，以td表示。
从进样到出现色谱峰最高值所需的时间称保留时间，以tr表示。
保留时间与死时间之差称校正保留时间。
以Ｖd表示。
７、死体积，保留体积与校正保留体积：
死时间与载气平均流速的乘积称为死体积，以Ｖd表示，载气平均流速以Ｆc表示，Ｖd=tdxFc。
保留时间与载气平均流速的乘积称保留体积，以Ｖr表示，Ｖr=trxFc。
８、保留值与相对保留值：
保留值是表示试样中各组分在色谱柱中的停留时间的数值，通常用时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积来表示。
以一种物质作为标准，而求出其他物质的保留值对此标准物的比值，称为相对保留值。
９、仪器噪音：
基线的不稳定程度称噪音。
10、基流：
氢焰色谱，在没有进样时，仪器本身存在的基始电流（底电流），简称基流。
二、气相色谱组成结构及原理
气相色谱仪通常由五部分组成：
1、气源系统：
气体发生器、气体净化器、供气控制阀门和仪表。
2、进样系统：
进样器、汽化室。
3、分离系统：
色谱柱、控温柱箱。
4、检测系统：
检测器、检测室。
5、记录系统：
放大器、记录仪或色谱工作站。
6、气源就是为GC仪器提供载气和/或辅助气体的高压钢瓶或气体发生器。
GC对各种气体的纯度要求较高，比如作载气的氮气、氢气或氦气都要高纯级（99.999%）的，这是因为气体中的杂质会使检测器的噪声增大，还可能对色谱柱性能有影响。
检测器辅助气体如果不纯，更会增大背景噪声，缩小检测器的线性范围，严重的会污染检测器。
因此，实际工作中要在气源与仪器之间连接气体净化装置。
气体中的杂质主要是一些永久气体、低分子有机化合物和水蒸气，故一般采用装有分子筛（如5A分子筛或13X分子筛）的过滤器以吸附有机杂质，采用活性炭除去气体中的碳氢化合物，采用变色硅胶除去水蒸气。
实际操作时可根据检测器的噪声水平判断气体的纯度，如果噪声明显增大，就要首先检查气体纯度。
在实际操作中，气路系统最需要注意，也是最常出现的问题是泄漏。
一旦某处发生泄漏，轻则影响仪器正常工作，重则造成意外事故（如氢气泄漏就可能引起爆炸），所以要注意经常检漏。
最简单的检漏方法是用毛刷或毛笔蘸上肥皂水，在接头处或可能发生泄漏的管道上涂抹，有吹气泡的现象出现时说明此处漏气。
另一种检漏方法叫做分段检漏法，即先将色谱柱出口卸下，用一堵头将其堵上。
然后打开载气，观察压力表，如果压力表压力未下降，说明色谱柱之前的气路不漏气，反之，则有漏气处。
（8）分离系统
分离系统由色谱柱组成，它是色谱仪的核心部件，其作用是分离样品。
色谱柱主要有两类：
填充柱和毛细管柱。
①填充柱：
填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相，一般内径为2～4mm，长1～3m。
填充柱的形状有U型和螺旋型二种。
②毛细管柱：
毛细管柱又叫空心柱，分为涂壁，多孔层和涂载体空心柱。
涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0．l～0.5mm的毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢，玻璃或石英。
毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小，而柱子可以做到长几十米。
与填充往相比，其分离效率高（理论塔板数可达106）、分析速度块、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。
（9）常用检测器
最常用检测器的排名
1.TCD和FID一直是互为第1、2位的，是二个最常用的检测器
2.ECD和FPD基本上互为稳居第3、4位
3.NPD和PID为第5、6位
4.其他检测器有MSD、FTIR、HID及AED等等
①火焰光度检测器（FPD）：
又叫硫磷检测器。
它是一种对含硫、磷的有机化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。
检测器主要由火焰喷嘴、滤光片、光电倍增管构成根据硫、磷化合物在富氢火焰中燃烧感时，生成化学发光物质，并能发射出特征频率的光，记录这些特征光谱，即可检测硫、磷化合物。
②热导池检测器（TCD）：
是一种结构简单，性能稳定，线性范围宽，对无机、有机物质都有响应，灵敏度适中的检测器（浓度型检测器）。
该检测器是根据各种物质和载气的导热系数不同，采用热敏元件进行检测的。
桥路电流、载气、热敏元件的电阻值、电阻温度系数、池体温度等因素影响热导池的灵敏度。
通常载气与样品的导热系数相差越大，灵敏度越高。
由于被测组分的导热系数一般都比较小，故应选用导热系数高的载气。
常用载气的导热系数大小顺序为H2>
He>
N2。
因此在使用热导池检测器时，为了提高灵敏度，一般选用H2为载气。
当桥电流和钨丝温度一定时，如果降低池体的温度，将使得池体与钨丝的温差变大，从而可提高热导池检测器的灵敏度。
但是，检测器的温度应略高于柱温，以防组分在检测器内冷凝。
一般而言，导热系数指物质导热能力的大小，是物质的物理性质之一。
导热系数的大小和物质的形态、组成、密度、温度及压力有关。
a．热导池的结构和工作原理：
热导池由池体和热敏元件构成，可分双臂和四臂热导池两种。
由于四臂热导池热丝的阻值比双臂热导池增加一倍，故灵敏度也提高一倍。
目前仪器中都采用四根金属丝组成的四臂热导地。
其中二臂为参比臂，另二臂为测量臂，将参比臂和测量臂接入惠斯电桥，由恒定的电流加热组成热导地测量线路。
b．影响热导检测器灵敏度的因素：
（l）桥电流桥电流增加，使钨丝温度提高，钨丝和热导池体的温差加大，气体就容易将热量传出去，灵敏度就提高。
响应值与工作电流的三次方成正比。
所以，增大电流有利于提高灵敏度，但电流太大会影响钨丝寿命。
一般桥电流控制在100～200mA左右。
（2）池体温度池体温度降低，可使池体和钨丝温差加大，有利于提高灵敏度。
但池体温度过低，被测试样会冷凝在检测器中。
池体温度一般不应低于柱温。
（3）载气种类载气与试样的热导系数相差愈大，则灵敏度愈高。
故选择热导系数大的氢气或氦气作载气有利于灵敏度提高。
如用氮气作载气时，有些试样（如甲烷）的热导系数比它大就会出现倒峰。
（4）热敏元件的阻值阻值高、温度系数较大的热敏元件，灵敏度高。
钨丝是一种广泛应用的热敏元件，它的阻值随温度升高而增大，其电阻温度系数为5.5×
10-3cm·
Ω-1·
℃-1，电阻率为5.5×
10-6Ω·
cm。
为防止钨丝气化，可在表面镀金或镍。
③氢火焰离子化检测器（FID）：
简称氢焰检测器（质量型检测器）。
它具有结构简单，灵敏度高，死体积小，响应快，稳定性好的特点，是目前常用的检测器之一。
但是，它仅对含碳有机化合物有响应，对某些物质，如永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等不产生信号或者信号很弱。
氢焰检测器是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源，利用含碳化合物在火焰中燃烧产生离子，在外加的电场作用下，使离子形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离出的组分。
①检测原理和离子化机理
检测原理：
有机化合物→离子对→离子流→流向阴、阳极→放大→记录
离子化机理：
化学电离理论氢焰→自由基→正离子
②操作条件选择和注意事项
a．载气的选择：
载气——N2气；
燃气——H2气；
助燃气——空气
b．使用温度：
高于柱温50～1000C
c．注意问题：
质量型检测器，h∝u，以h定量，应保持u恒定（峰高定量依据）
什么叫浓度型检测器？
什么叫质量型检测器？
1、浓度型检测器：
在一定浓度范围（线性范围）内，响应值R（检测信号）大小与流动相中被测组分浓度成正比（R∝C）。
浓度型检测器当进样量一定时，瞬间响应值（峰高）与流动相流速无关，而积分响应值（峰面积）与流动相流速成反比，峰面积与流动相流速的乘积为一常数。
绝大部分检测器都是浓度型检测器，如：
热导池检测器（TCD）、电子捕获检测器（ECD）、液相色谱法中的紫外-可见光检测器（UVD）、电导检测器与荧光检测器也是浓度型检测器。
凡非破坏性检测器均为浓度型检测器。
2、质量型检测器：
在一定浓度范围（线性范围）内，响应值R（检测信号）大小与单位时间内通过检测器的溶质的量（被测溶质质量流速）成正比，即响应值R与单位时间内进入检测器中的某组分质量成正比R∝dm/dt；
。
质量型检测器其峰高响应值与流动相流速成正比，而积分响应值（峰面积）与流速无关。
这类检测器较少，常见的有氢火焰离子化检测器（FID）、火焰光度检测器（FPD）、氮磷检测器（NPD）、质量选择检测器（MSD）等。
三、色谱柱类型及构成
色谱柱由固定相与柱管组成。
色谱柱可按柱管的粗细、固定相的填充方法及分离机制分类。
按柱粗细可分为一般填充柱及毛细管柱两类。
填充色谱柱：
多用内径4～6mm的不锈钢管制成螺旋形管柱，常用柱长2～4m。
填充液体固定相（气-液色谱）或固体固定相（气-固色谱）。
毛细管色谱柱：
柱管为毛细管，常用内径0.1～0.5mm的玻璃或弹性石英毛细管，柱长几十米至百米。
按填充方式可分为开管毛细管柱及填充毛细管柱等。
按分离机制可分为分配柱及吸附柱等，它们的区别主要在于固定相。
分配柱：
一般是将固定液（高沸点液体）涂渍在载体上，构成液体固定相，利用组分的分配系数差别而实现分离。
将固定液的官能团通过化学键结合在载体表面，称为化学键合相，不流失是其优点。
吸附柱：
将吸附剂装入色谱柱而构成，利用组分的吸附系数的差别而实现分离。
除吸附剂外，固体固定相还包括分子筛与高分子多孔小球等。
1、色谱柱分离条件的选择
（1）柱效和选择性
衡量柱效的指标:
理论踏板数n有效
衡量色谱柱的选择性:
色谱图上两峰间的距离,主要取决于组分在固定相上的热力学性质。
（2）分离度
（3）色谱柱的选择与制备
①固定相的选择：
②柱长和柱内径的选择：
（4）分离条件的选择
①载气种类和流速的选择:
②柱温的选择:
当柱子确定后，组分的分离程度还与柱温有关，因此，柱温的选择是十分重要的。
首先应使柱温在固定液的最高至最低使用范围内。
柱温升高，分离度下降，保留时间缩短，色谱峰变窄变高；
柱温下降，分离度增加，分析时间延长。
一般选择接近或略低于组分平均沸点的温度为柱温。
对于组分复杂，沸程很宽的试样应采用程序升温的方法
柱温固定的色谱分析过程，称作恒温色谱（IGC）或定温色谱。
使用于沸程差不大的样品。
对宽沸程样品，柱温选在平均沸点左右的折衷办法对大部分组份不合适；
低沸点组份因柱温太高很快流出，色谱峰尖而重叠，紧挤在一起，测量、定量误差很大；
高沸点组份则因柱温太低，流出时间长，且峰宽且矮，有的不能在一次分析中流出，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。
宽沸程多组份混合物，可采用程序升温色谱法（PTGC）
PTGC——在色谱进样后，柱温按预定的加热程序改变的色谱分析方法。
混合物中所有组份能在其最佳柱温（保留温度）下流出色谱柱。
只要初始温度足够低，低沸点的组份即最早流出峰就能得到良好的分离，随着柱温增加，每一个较高沸点的组份被升高的柱温“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尖峰
柱温的设置
1.起始温度
T0一般控制在样品中最低沸点组分的沸点附近，过高会造成低沸点组分分离不佳，
而过低则会使分析时间过长。
2.终止温度
则取决于样品中高沸点组分的沸点与固定液的最高使用温度Tmax
3.升温速率
要兼顾分离度r与分析时间t的要求，一般来说，填充柱通常在3~8℃/min，
而毛细管柱为0.5—2℃/min，对难分离物质，升速宜小。
4.载气流速
由于程序升温中载气流量对保留时间tR和板数N的影响不大，故通常限F≥Uopt，
但要注意使F/r为一基本恒定的常数。
同时，需用稳流阀严格控制
③进样方式和进样量的选择:
液体试样采用色谱微量进样进样，进样器规格有1μL，10μL，100μL。
填充柱一般使用10μL进样器，进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范围之内。
进样动作要快，时间要短。
气体试样应采用气体进样阀进样。
④气化温度的选择:
在色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，需要在此瞬间气化，气化温度一般较柱温高30～70℃。
应防止气化温度太高而造成试样分解。
色谱定量分析
根据组分检测响应讯号的大小，定量确定试样中各个组分的相对含量。
每个组分的量（重量或体积）与色谱检测器产生的检测响应值（峰高或峰面积）成正比。
定量分析的准确度与精密度取决于下列因素：
a取样与样品前处理（决定样品是否能代表本体）；
b分离条件选择（决定是否能使各组分完全分离）；
c检测器选择（决定是否能检测出相应的组分）；
d峰高、峰面积测定（决定是否能准确测量，并影响测定准确度）；
e定量校正因子测定（解决同样量的不同物质在同一检定器上有不同响应的问题）；
f定量方法选择（以正确的数学运算精确定量）。
四、现有样品的分析及校正方法
现在用气相色谱分析的样品主要：
1、季戊四醇：
用FID检测器，面积归一法。
2、半水煤气组分：
使用TCD检测器，面积外标法。
3、转化气含乙炔：
用FID检测器，面积外标法。
4、残留氯乙烯含量、精单体杂质含量：
5、H2S、COS含量：
用FPD硫磷检测器，高度外标法。
定量分析：
定量分析是GC的强项，一般采用以下三种方法
1.峰面积归一法：
如果被分析样品的组份是同系物，校正因子相近可直接用峰面积求出组份的百分含量。
如果被分析样品的组份不是同系物，则要知道每种组份的相对校正因子。
优点：
不必准确知道进样量，操作条件略为变动对结果影响较小，计算方便，适合于多组份的工厂例行分析。
2.内标法：
当色谱柱不能使所有组份都流出，或检测器不是对所有组份都有信号，以及在定量分析中只要求测定某一个或某几个组份，其他组份因含量太低或太高而难以测定时，可用内标法。
在一定量的样品中加入一定量某纯物质作内标。
选用的内标物是样品中不存在的物质，并能与样品中各组份在色谱柱上分离，必须与样品中各组份不起化学反应。
内标法定量准确度高，但每次分析需称样配样，操作比较麻烦。
3.外标法：
不论样品中的所有的组份是否全部出峰，均可采用外标法对出峰组份做定量分析。
就定量参比物而言，外标法是最为准确的方法，因为是同质组份进行比较；
然而由于检测器的响应性能、工作温度和载气流速等GC条件很难绝对稳定，而且进样量也很难完全相同，因此外标法容易出现较大的误差。
面积外标法（标准曲线法）
⏹配制已知浓度的标准样品进行色谱分析，测量各组分的峰高或峰面积，作峰高
（或峰面积）和浓度的标准曲线，然后在与标准样品分析相同操作条件下，进入相同量（一般为体积）的分析样品，测得被分析组分的峰高或峰面积，在标准曲线上即可查得相应的浓度。
⏹在工厂的日常控制分析中大多数采用这种方法，分析结果的准确性主要取决于
进样量的重复性和操作条件的稳定性。
面积归一法
⏹当进样量少得不易测准，而样品中所有组分又能全部流出色谱柱，并在检测器都能产生相应信号，即能得到相应的色谱峰时，常采用归一化法。
在以上所列三种方法中，面积归一法是不需要进行校正的。
因此，在这里以面积外标法为例对校正过程进行讲解。
校正原理：
色谱仪的校正对结果的准确性通常是重要的。
校正一台仪器的目的是核实某一给定的组份在检测器上的响应，因为等量的不同组份在同一检测器上在相同的色谱条件下往往产生不同的响应。
校正的另一个原因是有关检测器的线性，许多组份的响应将随着组份的浓度的增大而增加，因此需要用同一组份的不同浓度对检测器进行校正（多点校正）。
校正步骤：
（1）制备一个含已知量主要组份的标准混合物（如果进行多点校正，则为多个混合物）。
（2）依浓度次序运行，选择分离最佳条件，确定主要组份的保留时间。
（3）建立一个校正方法：
包括一个含有每个校正峰信息的校正组份表，在组份表中选择或输入组份名、期望保留时间和标样浓度。
（4）通过加入或采集标样（或几个标样）来进行校正。
所得的峰面积用于建立校正曲线，通过校正曲线计算每个组份对应的响应系数。
五、注意事项
火焰离子化检测器（FID）
氢气和空气的比例对FID检测器的影响氢气和空气的比例应1：
10，当氢气比例过大时FID的灵敏度急剧下降，在使用色谱时别的条件不变的情况下，灵敏度下降要检查一下氢气和空气流速。
氢气和空气有一种气体不足点火时发出爆音的，随后就灭火，一般当你点火点着就灭，再点还着随后又灭，是氢气量不足。
如何判断FID检测器是否点着火不同的仪器判断方法不同，有基流显示的看基流大小，没有基流显示的用带抛光面的扳手凑近检测器出口，观察其表面有无水汽凝结。
热导检测器（TCD）
1.氢气做载气时尾气一定要排到室外。
2.氮气做载气时，桥电流不能设大，比用氢气时要小的多。
3.没通载气不能打开桥电流，桥电流要在TCD温度稳定后再打开。
如何判断进样口密封垫是否该换？
进样时感觉特别容易，用TCD不进样时记录仪上有规则小峰出现；
用FID进样时后基线会下沉，说明密封垫漏气该更换。
更换密封垫不要拧的太紧，一般更换时都是在
常温，温度升高后会更紧，密封垫拧的太紧会造成进样困难，常常会把注射器针头弄弯。
如何选择合适的密封垫？
密封垫分一般密封垫和耐高温密封垫，汽化室温度超过300℃时用耐高温密封垫，耐高温密封垫的一面有一层膜，使用时带膜的面朝下。
怎样防止进样针不弯？
很多做色谱分析工作的新手常常会把注射器的针头和注射器杆弄弯，原因是：
1.进样口拧的太紧，室温下拧的太紧当汽化室温度升高时硅胶密封垫膨胀后会更紧，这时注射器很难扎进去。
2.位置找不好针扎在进样口金属部位。
3.注射器杆弯是进样时用力太猛，进口色谱带一个进样器架，用进样器架进样就不会把注射器杆弄弯。
4.因为注射器内壁有污染，注射时将针杆推弯。
注射器用一段时间就会发现针管内靠近顶部有一小段黑的东西，这时吸样注射感到吃力。
清洗方法将针杆拔出，注入一点水，将针杆插到有污染的位置反复推拉，一次不行再注入水直到将污染物弄掉，这时你会看到注射器内的水变的浑浊，将针杆拔出用滤纸擦一下，再用酒精洗几次。
分析的样品为溶剂溶解的固体样时，进完样要及时用溶剂洗注射器。
5.进样时一定要稳重，急于求快会把注射器弄弯的，只要你进样熟练了自然就快了。
★手动进样应注意的问题：
（1）注射速度要快。
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。
正确的注射方法应当是：
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射入汽化室（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。
（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1μL，可取2-3μL样品），然后将针尖朝上，用手指轻轻弹击针管，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，可用一片滤纸快速擦拭而除去（注意不能让滤纸吸去针管内的样品），也可不管它，因为它会被进样隔垫擦去（但这会加速隔垫的老化），而隔垫的问题则由隔垫吹扫来解决。
（3）避免样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。
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）。
（4）选用合适的注射器GC分析最常用的是10μL微量注射器，其进样量一般不要小于1μL。
如果进样量要控制在1μL以下，就应采用5μL或1μL的注射器。
此时要注意，5μL或1μL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。
（5）减少注射歧视所谓注射歧视是指注射针插入GC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，注销器中残留样品的组成就与实际样品他组成有所不同。
显然，高沸点组分残留的要多一些。
换句话说，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。
升级会员 