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一、 气相色谱 基础

一、 气相色谱 基础. 色谱原理 气相色谱系统 色谱基本理论 进样口 色谱柱 检测器. 1. 色谱 原理. 根据样品各组分在流动相和固定相中的分配情况不同来进行分离。（吸附、分配、分子筛、离子交换） 一些组分与固定相作用较强，故较慢流出色谱柱，从而得以分离。（相似相溶原理）. 样品组分分离示意图. 2. 气相色谱系统. 色谱图. 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留时间和峰面积信息。 保留时间 – 定性分析 峰面积 – 定量分析. 3. 气相色谱理论. CH4. 分离度（ Resolution)

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一、 气相色谱 基础

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Presentation Transcript

  1. 一、气相色谱基础 色谱原理 气相色谱系统 色谱基本理论 进样口 色谱柱 检测器

  2. 1. 色谱原理 根据样品各组分在流动相和固定相中的分配情况不同来进行分离。（吸附、分配、分子筛、离子交换） 一些组分与固定相作用较强，故较慢流出色谱柱，从而得以分离。（相似相溶原理）

  3. 样品组分分离示意图

  4. 2. 气相色谱系统

  5. 色谱图 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留时间和峰面积信息。 保留时间– 定性分析峰面积 – 定量分析 3. 气相色谱理论 CH4

  6. 分离度（Resolution) • 两个相邻峰的分离程度。以两个组份保留值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.

  7. 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 塔板理论 例如，图示中塔板数为3.

  8. 峰的形状 理想的峰型是高斯曲线. 分子的理论统计学分布

  9. 影响色谱柱效率的因素 A.涡流扩散(不同路径的影响 ). • 取决于色谱柱大小、形状和填充的好坏 • 毛细管柱可忽略该项

  10. B.纵向扩散. • 气相中分子的扩散 • 主要决定于气体流速

  11. C. 传质阻力. •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。

  12. 著名的范德母特（Van Deemter）方程 • 综合上述三个峰展宽的因数 • 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

  13. 4、 进样口 样品进样和汽化. 注射器进样 —精度和重现性 根据样品的性质选择进样技术

  14. 分流/不分流进样 分流(split) • 允许样品中的代表部分进入到色谱柱中。 • 当被测物浓度较高时。 不分流(splitless) • 类似于直接进样. • 样品中绝大部分进入到色谱柱中。

  15. 分流 • 均匀气化的样品通过分流点(柱尖端Colomn tip). • 样品在玻璃衬管气化 • 要求： • 将样品中具有代表性的样品注入到色谱柱中。 • 可重现的分流比 • 缺点 • 可能会有进样歧视现象。对宽沸程的样品易产生非线性分流，使样品失真 • 不适于高纯度物质和痕量组分(<50ppm)的分析

  16. 5. 色谱柱 填充柱 - 短(2-3 米), 管内径较粗. 毛细管柱 - 长(> 60 米), 内径较细. 所有材料均要求化学及热性质稳定.(柱流失） 热稳定性 - 分析时所使用的温度不应致使色谱柱材质受到破坏 化学稳定性 - 在一定温度下，色谱柱材质不受分析物的影响 注意：用色谱级、干净的材料。

  17. 色谱柱参数 柱长、内径、涂膜厚度 • 色谱柱长度 • 柱长度只有大的变化才会影响分辨率。 • 填充柱一般为2-3 米. • 毛细管柱可以根据需要进行裁剪。 • 色谱柱内径 • 填充柱固定为2 mm。 • 毛细管柱的内径可从0.10 - 0.8 mm. • 内径的大小将影响到色谱柱的效率、保留时间和柱容量. • 较小的内径有较小的流失和较小的柱容量

  18. 柱容量 柱容量是指色谱峰没有明显变形，样品能够进入到色谱柱中的最大允许量。 以下因素可增加柱容量 : • 膜厚 (df). • 温度. • 内径 (ID). • 固定相的选择性. 如果过载，可导致 : • 峰变宽. • 不对称. • 拖尾或前伸峰.

  19. 色谱柱中固定相流失 柱流失可以从检测器的背景信号中观察到： 柱流失是由于固定相遭到破坏而导致的。 • 柱流失随着膜厚、柱内径、长度和温度的增加而增加。 • 极性柱有较高的柱流失。 • 柱子损坏或退化，柱流失可能会增加。 • 避免使用强酸或强碱 • 按照制造商推荐的温度限制使用

  20. 色谱柱老化 • 确保载气流过毛细管柱15-30分钟. • 缓慢程序升温(5º/min)到老化温度。 • 最初老化温度 4 hours. • 如果柱子受到污染, 可在推荐的最高色谱柱温度低20 ºC的条件下，老化柱子。 • 一般推荐的老化温度为： Tcond= Tmax/2 - Tapp/2 + Tapp • 这里: • Tcond= 老化温度 • Tmax = 色谱柱推荐采用的最高温度 • Tapp = 应用中使用的最高温度 • 在老化柱子时，一定不要将毛细管接在检测器上。应将那一端放空，同时将检测器用闷头堵上。如果是FID,容许接在上面，但应该将检测器温度升上去。

  21. 温度限制 恒温最高允许温度 :恒温操作的最高允许温度 程序升温最高允许温度：短期允许的最高温度，一般比恒温允许的最高温度高20ºC。 当柱子遭受热破坏，可以看到严重的峰拖尾和柱流失。

  22. 色谱柱选择 • 固定相决定了色谱柱的选择性。 • 有数百种固定相，尤其是填充柱. • 许多固定相有多种商品名。 • 毛细管柱的固定相选择较简单。 • “相似相溶原理” • - 用极性固定相分析极性物质。 • - 用非极性固定相分析非极性物质. • 极性表明了分子中电荷的分配情况。

  23. 6. 检测器 通用型检测器（ Universal Detector) 热导检测器（TCD） 氢火焰检测器（FID） 选择性检测器 电子捕获（ECD） 脉冲火焰光度检测器 （PFPD） 氮磷检测器（TSD)

  24. 通用型检测器(Universal Detector) 热导检测器（TCD） • 气相色谱最早的检测器, 1946. • 测量样品气流导热性能的变化。 • 热导-热量从高温物体到低温物体的传导。

  25. TCD 热导池 • 两个平行的气流，样品和参考。 • 惠斯通电桥用来比较两个气流的阻抗。 • 气流的速度、压力及电的变化影响被最小化。

  26. 氢火焰检测器（FID） • 最常用的GC 检测器. • - 是有机物的通用型检测器。 • - 检出限 < 10 pg. • - 线性范围可达7个数量级 . • - 容易操作 • 破坏型检测器－－样品燃烧 • 信号值大小取决于碳原子数目及替代物的数量。

  27. 选择性检测器 电子捕获检测器（ECD） • 非破坏性。 • 对卤素、过氧化物、醌类金属有机物及硝基化合物非常灵敏。 • 而对胺类、醇类及碳氢化合物不灵敏。 • 线性窄，－ 103 .

  28. 氮磷检测器(TSD） • 只对氮、磷有很高的选择性 • 氮的灵敏度：<0.1pg/sec；磷为：<0.05pg/sec • 主要应用于：药物、燃料、香料、农药残留 • TSD的结构类似FID，主要差别是TSD在喷嘴上方有铷珠，氢气流量较小，为维持无火焰条件，一般< 10ml/min

  29. 气相色谱(GC)总结 GC是一种应用非常广泛的分离手段，它是以惰性气体作为流动相的柱色谱法，其分离原理是基于样品中的组分在两相间分配上的差异。 定性：以保留时间定性 定量：以峰面积或峰高定量 缺点：一维定性不可靠；不能分析热不稳定样品，应用受到限制。

  30. 气相色谱－质谱联用Gas Chromatography-Mass Spectrometry GC与GC/MS的比较 • GC/MS • 由保留时间和质谱图定性 • 不需要双柱双通道定性 • 鉴定化合物 • 从基体中分离化合物 GC 由保留时间定性 双柱双通道定性 问题 －复杂基体 －未知化合物

  31. 一、质谱的一些知识

  32. Components of any Mass Spectrometer Atmosphere Vacuum System Sample Inlet Ionisation Method Mass Analyser Data System Detector

  33. （一）、真空系统： 2级真空： 机械泵和涡轮分子泵 机械泵一般时前级真空，也就是在机械泵把真空降到一定水平后才启动涡轮分子泵，以保护分子泵。 所以仪器从大气压到真空合适的状态一般要经过一段时间的。

  34. （二）、进样系统： 从分离装置来的组分（气体或者液体） 或者从直接进样杆进液体或者固体样品。

  35. （三）、离子源 离子源： 主要作用是使欲分析的 样品实现离子化，尤其是中性物质带上电荷。 样品本身性质的差异，决定了离子化的方式不能有万能的离子源，离子源的类型也是多种多样。

  36. EI源 能量较高的电子与样品分子碰撞，发生分子-离子反应，按照一定规律形成一系列的不同质量/电荷比的离子

  37. EI： （ELECTRON IONIZATION）特点 • 70eV下，电子轰击后得到的碎片比较 稳定，可以在不同的时间和不同的仪器上实现比较：谱库检索。 • 目前比较应用广泛的是： • NIST（National Institute of Science and Technology）库：64K张谱图 • NIST/EPA/NIH库：129K张谱图 • Wiley库：275K（可能包括不同来源的质谱图，内容为相同化合物）

  38. CI（Chemical Impact） ReactGas：一般为甲烷、氨气、正丁烷等。 反映气的作用是让高能的电子首先与反映气碰撞，然后再与样品发生分子--离子反应，产生的碎片相对较少，称为一种更软的电离。

  39. （四）、质量分析器 质量分析器是质谱仪的核心部件，因此常以质量分析器的类型来命名一台质谱仪。

  40. QUDRAPOLE ：四极杆质量分析器 目前台式质谱中应用最多的一种。 我们中心的气质联用就是四级杆质量分析器。

  41. + + + + Quadrupole Mass Analyzer • Ions scanned by varying the DC/RF voltages across the quadrupole rods

  42. （五）、检测器：目前是光电倍增器应用较广。（五）、检测器：目前是光电倍增器应用较广。 （六）、采集数据和控制仪器的工作站

  43. 二、气相色谱质谱联用仪使用过程 调谐 数据采集

  44. 扫描模式 • 全扫描模式（SCAN） • 选择性离子扫描模式（SIM)

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