气相色谱分析基本知识.docx

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气相色谱分析基本知识

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气相色谱分析基本知识

一、气相色谱（GC）概述

色谱的起源是俄国植物学家茨维特（M.S.Tswett）在1901年首先发现的，在他的硕士论文中写到：

“当我把叶子的石油醚浸泡液加入到层析纸上时，可以确切地看到色素排列”。

在1903年，茨维特在华沙大学的一次学术会议上所做的报告中正式提出“chromatography”（即色谱）一词，标志着色谱的诞生。

他因此被提名为1917年诺贝尔化学奖的候选人。

当然，我们知道茨维特当时研究的是液相色谱（LC）分离技术，气相色谱的出现则是后来的事。

20世纪40年代，英国人马丁和辛格在研究色谱理论的过程中，证实了气体作外色谱流动相的可行性，并预言GC的诞生。

虽然GC的出现较LC晚了50年，但其在此后20多年的发展却是LC所望尘莫及的，从1955年第一台商品GC仪器的推出，到1958年毛细管GC柱的问世，从毛细管GC理论的研究，到各种检测技术的应用，GC很快从实验室的研究技术变成常规分析手段。

二、气相与液相色谱的比较

共同特点是能够对复杂样品同时进行分离和分析，但是又有着很大的区分。

1．流动相

GC用气体作流动相，又叫载气。

通常用的载气有氦气、氮气和氢气。

GC流动相相对与LC来说要少得

多，而且载气对分离效果的影响很有限。

LC流动相种类多，而且对分离结果的贡献很大。

GC的操作参

数优化相对LC要简单些，此外，GC载气的成本要低于LC流动相的成本。

2．固定相

GC分离选择性主要是通过不同的固定相来改变，尤其在填充柱GC中，固定相由载体和涂敷在其表面的固定液组成，这对分离有决定性的影响。

目前有数百种GC固定相可供选择。

LC常用的固定相也就十几种，故LC在很大程度上要依靠选用不同的流动相来改变分离选择性。

3．分析对象

GC所能直接分离的样品应是可挥发、且是热稳定的，沸点一般不超过

500℃。

在目前已知的化合物中，有20％～25％可用GC直接分析，其余原则上均可用LC分析。

4．检测技术

GC常用的检测技术有多种，如热导检测器（TCD）、火焰离子化检测器（FID）、电子俘获监测器（ECD）、氮磷监测器（NPD），其中FID对大部分有机物均有响应，且灵敏度相当高。

而LC仪器中尚无通用性这么好的高灵敏度检测器。

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2010-7-2811:

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三、基本理论与术语

1．分离原理GC主要是利用物质的沸点、极性、以及吸附性质的差异来实现混合物的分离。

混合物进入色谱柱后，柱内含有液体或固体固定相，由于混

合物中各组分的沸点、极性活吸附性不同，各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。

但是由于载气的持续流动，这种平衡很难建立起来，也正是由于载气的流动，使混合物组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解吸，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。

2．色谱峰分离后的各组分按流出的先后次序立即进入检测器，检测器能够经样品组分的存在与否转变为电信号，而信号的大小与被测组分的量或浓度成正比

4．峰底色谱峰的下面基线的延伸部分，即峰的起点与终点之间。

5．峰高峰顶至基线的垂直距离

6．半峰宽在半峰高处做一与基线平行线所截出的峰的宽度

7．峰面积色谱峰第一文库网与峰底所包围的面积

8．保留时间被测组分从进样开始到记录谱峰最高点的时间

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四、气相色谱仪

1．载气系统钢瓶（氮气发生器）＋压力调节器作用携带被测样品通过色谱柱，在柱内形成压力梯度。

2．气化系统加热器＋玻璃衬管＋石英棉作用对被引入的被测样品进行瞬间气化。

3．柱温箱系统加热温箱＋色谱柱作用温箱提供检测所需的恒定/梯度温度，色谱柱分离被测样品组分

色谱柱

4检测器

作用对柱后已被分离的组分进行检测

5．记录仪

作用记录由检测器产生的信号，对样品各组分进行积分，以便进行定性、定量分析

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五、检测一般过程

1．进样气化室

气相色谱分析法是把样品转换为气体再进行分析的方法，把样品气化的是样品气化室（Injectionport），也称为样品注入口。

气化室温度通常可以升到400℃，一般根据样品的沸点设定温度。

对于未知样品，一般设在300℃作为第一尝试值。

分流进样/不分流进样口最常用的毛细管柱进样口，分流进样最为普遍，操作简单；不分流进样操作稍微复杂，但分析灵敏度高，常用于痕量分析顶空进样静态顶空：

取顶空瓶上部的平衡气体进样分析。

动态顶空（吹扫－捕集）冷柱头进样口样品以液体形态直接进入色谱柱，分析精度高，尤其适用于沸点范围宽或热不稳定的样品，也常用于痕量分析。

对色谱柱影响大。

程序升温进样将分流/不分流进样和冷柱头进样结合起来，功能多，适用范围广。

分流进样：

进样体积1μL，分流比20:

1～200:

1，高浓度组分加大分流比，低浓度组分减小分流比，隔垫吹扫2～3ml/min，柱流量0.5~2ml/min，一般1ml/min。

不分流进样：

进样体积1μL，初温比溶剂沸点低20～30℃；分流口打开时间：

0.5~2min，一般是0.75min，隔垫吹扫2～3ml/min，柱流量0.5~2ml/min，一般1ml/min。

如何确定分流阀打开时间首先设定一较长时间（90～120s）做第一次分析，选取一个组分的峰面积作为测

定指标。

然后逐步缩短不分流时间（70、50、30s）分别进行分析，计算同一组分在不同时间下面积比，当该面积比小于0.95是，此时的不分流时间为最短时间。

最后再进一步微调不分流时间，使该面积比处于95％～99％时，该不分流时间为最佳时间。

2．分离柱温系统，柱箱能精确控制在±0.01℃之内，否则保留时间的重现性不好。

恒温分离以某一固定的温度分析检测。

适用于样品各组分沸点没有太大的差别，沸点差在50～100℃时。

程序升温分离在一个分析周期内，柱温以一定的速度上升，从低温变成高温。

最后一个组分出来后，再升到一个较高的温度，使杂质全部出来。

运行一个空白。

别，沸点差在50～100℃时。

程序升温分离在一个分析周期内，柱温以一定的速度上升，从低温变成高温。

最后一个组分出来后，再升到一个较高的温度，使杂质全部出来。

运行一个空白。

程序升温

毛细色谱柱内径0.2~0.5mm，膜厚0.1~5.0μm，长度10～100m

色谱柱的选择极性相近原则

常用的不同厂商毛细色谱柱牌号对照

极性固定液体HPJ&WSupelcoAlltechSGE适用

非极性OV-1HP-1DB-1SPB-1AT-1BP-1脂肪烃化合物

SE-30Ultra-1石化产品

弱极性SE-54HP-5DB-5SPB-5AT-5BP-5各类弱极性化合物

SE-52Ultra-2

HP-5MS

中极性OV-1701HP-17DB-1701SPB-7AT-1701BP-10极性化合物

OV-17HP-50AT-50如农药等

强极性PEG-20MHP-20MDB-WAXWAX-10AT-WAXBP-20极性化合物

FFAPHP-FFAP如醇类

毛细色谱柱

一个常规实验室，一般配置三种毛细柱，就可以应付85％以上的GC分析任务，它们分别是OV-1（SE-30）、SE-54、OV-17（OV-1701），如果再加一根PEG-20M柱，则可以应付95％的GC分析任务。

安装同型号石墨垫安装长度柱套头紧度老化接上进样口，不接检测器，通载气，初始柱温从60℃以5～10℃/min的速率程序升温到色谱柱的最高使用温度以下30℃，或者实际分析操作温度以上30℃，并在最高温度时恒温30到120min。

建议：

100℃、150℃、200℃250℃、300℃分别维持20min。

3．检测器

作用把化学量转换成电子量，即把化学物质的重量，浓度转换成电流量。

电压等电子量的部分。

监测器可检测的化合物最小检测量尾吹ml/min

热导检测器除载气以外的所有化合物10ppm（10ng）25~30

（TCD）

氢焰离子化监测器有机化合物0.1ppm（0.1ng）25~30

（FID）

电子捕获监测器有机卤素化合物0.1ppb（0.1pg）30~60

（ECD）有机金属化合物

氮磷监测器有机氮/磷化合物10ppb（10pg）25~30

（NPD）（FTD）

火焰光度检测器有机磷/硫化合物10ppb（10pg）20~25

（FPD）

主要注意事项：

FID安全性（使用氢气）接上分析柱后才能打开氢气开关，避免氢气进入柱箱，高档仪器有自我保护装置；污染性温度设置不应低于色谱柱的实际工作温度，也不低于150℃防止水雾在喷嘴上凝结。

ECD放射性Ni63尾气用管子排出室外；污染性使用高纯氮气，温度设置250～300℃，原则上不低于250℃，样品提取干净，绝对避免含氧物质进入。

NPD安全性（使用氢气）；灵敏度变化温度高，灵敏度高，但是降低铷珠寿命，增加铷珠电压、加大氢气流量可提高灵敏度，增加空气、载气、尾吹气流量则降低灵敏度，氢气流量过大也影响铷珠寿命。

气体流量一般设定：

氢气3～

4ml/min,空气100～120ml/min,尾吹30ml/min。

铷珠寿命在调节铷珠电压时，切记关闭监测器电源，以免烧毁铷珠；在关闭载气前，切记关闭铷珠电压，调为0；在满足分析要求下，尽可能的低电压使用铷珠；色谱柱应很好的老化，避免残留的sio2

五、检测一般过程

4．数据分析色谱工作站

标准曲线法（外标法）用已知浓度的标准品，做成表示成分的绝对量和峰面积或者峰高的关系，接着

在同等条件下，注入未知浓度的样品，由峰面积或峰高的测定值求出目标成分绝对量的定量法。

要点标准溶液浓度准确，进样准确，r≥0.995，使用单点曲线时，样品平行测定有必要。

测定样品量比较大时（一般大于10个），每测定完十个样品，进一次标准溶液作为校正。

内标法样品中添加一与目标组分不一同的标准物质，再从已求出的目标成分标准物质和加入的内标物的相对灵敏度来测定目标成分。

要点内标物、目标成分标准浓度准确；内标物的峰与目标成分的峰完全分离，且位置临近；内标物的化学性质与目标成分相类似。

检出限计算最小检测量是某组分的最低响应值以峰形式检测的最小绝对重量。

一般用噪音值的三倍的绝对量来表示。

例如：

分析1pg的r-BHC，得到以下色谱，假如这时的信号水平是100μv，噪音水平为10μv，那么三倍噪音信号比就是3S/N的比（噪音水平比信号水平）为3×10/100,那么最小检出限为：

1pg×3S/N=0.3pg.最小检出浓度检出限/代

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