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第二章 气相色谱法 (2). (Gas Chromatography). 一、固定相分类:. 固体固定相 液体固定相. 二、固体固定相. 固体吸附剂 聚合物固定相. § 2-4 气相色谱固定相及其选择. 混合组分在色谱柱上能否分离,主要取决于所用固定相,选择固定相是 GC 的关键问题. ( 1 )固体吸附剂. 主要是一类 多孔 、 表面积大 、 具有吸附活性 的固体物质。 强极性的 硅胶 、弱极性的 氧化铝 、非极性的 活性炭 和特殊作用的 分子筛 等。使用时,可根据它们对各种气体的吸附能力不同,选择最合适的吸附剂。

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第二章 气相色谱法(2)

(Gas Chromatography)

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一、固定相分类:

固体固定相

液体固定相

二、固体固定相

固体吸附剂

聚合物固定相

§ 2-4 气相色谱固定相及其选择

混合组分在色谱柱上能否分离,主要取决于所用固定相,选择固定相是GC的关键问题

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(1)固体吸附剂

主要是一类多孔、表面积大、具有吸附活性的固体物质。

强极性的硅胶、弱极性的氧化铝、非极性的活性炭和特殊作用的分子筛等。使用时,可根据它们对各种气体的吸附能力不同,选择最合适的吸附剂。

主要用来分析永久性气体和一些低沸点物质。

H2,O2,N2,CO,C1~C4烃类等。

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(2)聚合物固定相(高分子多孔微球)

由人工合成的有机高分子聚合物,可控制其孔径大小及表面性质。圆球型颗粒容易填充均匀,数据重现性好,没有“流失”问题,有利于大幅度程序升温。

这类高分子多孔微球特别适用于有机物中痕量水的分析,也可用于多元醇、脂肪酸、脂类等的分析。

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(苯乙烯、乙基苯乙烯单体)

(二乙烯基苯为交链剂)

聚合形成高分子化合物

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载体

将固定液均匀地涂抹到载体上制成

固定液:主要是高沸点有

机化合物

(1) 载体(担体)——承担固定液的惰性物质

A 作用:固定液的支撑骨架,使固定液能在其表面

形成一层薄而均匀的液膜。

三、液体固定相

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B、对载体的要求

  • 具有足够大的表面积,使固定 液与试样的接触面较大,能均匀地分布成一薄膜, 但载体表面积不宜太大,否则犹如吸附剂,易造 成峰拖尾;
  • 表面呈化学惰性,没有吸附性或吸附性很弱,更
  • 不能与被测物起反应;
  • 热稳定性好,形状规则,粒度均匀;
  • 具有一定机械强度,在加工、填充过程中不易破碎。
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红色载体:含少量氧化铁,显红色。

由天然硅藻土经煅烧等处理后获得。

硅藻土型

白色载体:加放碳酸钠煅烧,使氧化铁变成白色铁硅酸钠。

非硅藻土型:

玻璃微球、石英微球、聚四氟乙烯塑料、高分子多孔微球载体等。这类载体常用于特殊分析,主要是极性样品和强 腐蚀性物质HF、Cl2等分析。但由于表 面非浸润性,其柱效低。

C 载体类型

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红色载体: 是将硅藻土与粘合剂在900℃煅烧后,破碎过筛而得,因铁生成氧化铁呈红色,故称红色载体,其特点是表面孔穴密集、孔径较小、比表面积较大。对强极性化合物吸附性和催化性较强,如醇、胺、酸等极性化合物会因吸附而产生严重拖尾。因此它适宜于分析非极性或弱极性物质。国产:6201,201;301等

白色载体:是将硅藻土与20%的碳酸钠(助熔剂)混合煅烧而成,它呈白色、比表面积较小、吸附性和催化性弱,适宜于分析各种极性化合物。国产:101,102系列,英国和美国的Chromosorb系列等。

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两种载体的优缺点

红色载体 白色载体

柱效 较高 较低

强度 高 低

比表面 大(3~10 m2/g) 小(1~3 m2/g)

活性中心 有 少

适宜涂渍 非极性固定液 极性固定液

适于分离 非极性、弱极性化合物 极性化合物

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硅藻土载体表面不是完全惰性的,具有活性中心,如硅醇基或含有矿物杂质,如氧化铝、铁等,使色谱峰产生拖尾。因此,使用前要进行化学处理,以改进孔隙结构,屏蔽活性中心。处理方法有酸洗、碱洗、硅烷化及添加减尾剂等。硅藻土载体表面不是完全惰性的,具有活性中心,如硅醇基或含有矿物杂质,如氧化铝、铁等,使色谱峰产生拖尾。因此,使用前要进行化学处理,以改进孔隙结构,屏蔽活性中心。处理方法有酸洗、碱洗、硅烷化及添加减尾剂等。

D 载体的表面处理

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(i)酸洗:用3--6mol·L-1盐酸浸煮载体、过滤,水洗至中性,甲醇淋洗,脱水烘干。可除去无机盐,Fe,Al等金属氧化物。适用于分析酸性物质。(i)酸洗:用3--6mol·L-1盐酸浸煮载体、过滤,水洗至中性,甲醇淋洗,脱水烘干。可除去无机盐,Fe,Al等金属氧化物。适用于分析酸性物质。

(ii)碱洗:用5%或10%KOH的甲醇溶液回流或浸泡,然后用水、甲醇洗至中性,除去氧化铝,用于分析碱性物质。

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CH3

CH3

CH3

CH3

(iii)硅烷化:用硅烷化试剂与载体表面硅醇基反应,使生成硅烷醚,以除去表面氢键作用力。

常用硅烷化试剂有二甲基二氯硅烷(DMCS),六甲基二硅烷胺(HMDS)等。

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(2)固定液:高沸点、具有不同极性的分子量较(2)固定液:高沸点、具有不同极性的分子量较

大的有机物

A 对固定液要求:

a 在操作温度下固定液应是液体,不易挥发、不易流失(有较低蒸气压)。

b 热稳定性好,在操作条件下,不发生聚合、分解等。

c化学稳定性好,固定液与样品不发生不可逆的化学反应。

d 选择性好:固定液的选择性可用相对调整保留值2.1来衡量。对于填充柱一般要求2.1>1.15;对于毛细管柱,2.1>1.08。

e粘度低:便于在载体表面均匀分布。

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与固定液作用力大,后出色谱柱;

与固定液作用力小,先出色谱柱;

B组分分子与固定液间的作用力

在气相色谱中,载气是情性的,且组分在气相中浓度很低,组分分子间作用力很小,可忽略。在液相(固定液)中,由于组分浓度低,组分之间的作用力也可忽略。

因此,气相色谱中主要存在的作用力是组分与固定液分子间的作用力,这种作用力反映了组分在固定液中的热力学性质。

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组分与固定液之间作用力主要包括:

静电力:极性组分~极性固定液之间。

诱导力:极性组分~非极性固定液之间,

非极性组分~极性固定液之间

色散力:非极性组分~非(弱)极性固定液之间。

氢键力:在组分~固定液之间能形成氢键。

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强极性固定液β,β′-氧二丙睛(ODPN)的极性为P0=100。强极性固定液β,β′-氧二丙睛(ODPN)的极性为P0=100。

规定

非极性固定液角鲨烷(SQ)的极性为PS = 0

C 固定液的分类

固定液有几百种,根据固定液的化学结构、官能团性质、固定液相对极性及分析对象有几种分类方法,目前最常用的是用相对极性P来分类(1959年提出)。

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选择一对物质(如丁二烯——正丁烷或环己烷——苯)来进行试验。分别测定它们在ODPN、SQ及待测固定液的色谱柱上的相对保留值,计算所选物质对在各固定液上相对保留值的对数值:选择一对物质(如丁二烯——正丁烷或环己烷——苯)来进行试验。分别测定它们在ODPN、SQ及待测固定液的色谱柱上的相对保留值,计算所选物质对在各固定液上相对保留值的对数值:

测定:

根据计算所得 q值,便可计算待测固定液的相对极性。

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色谱柱 ODPN 待测固定液 SQ

相对极性 P0 = 100Px = ?Ps = 0

q1qx q0

根据比例性质有:

式中:下标1,2和X分别表示氧二丙睛,角鲨烷及被测固定液中苯与环己烷相对保留值的对数。

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由此测得的各种固定液的相对极性均在0~100之间。由此测得的各种固定液的相对极性均在0~100之间。

0~20 +1级,非极性固定液

20~40 +2级,弱极性固定液

40~60 +3级,中等极性固定液

60~80 +4级

强极性固定液

80~100 +5级

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D固定液的选择

目前,文献报导的固定液已有数百种,为解决一项分析任务,选择适宜的固定液是至关重要的,尽管做了大量研究,但对固定液的选择并没有规律性可循。一般可按“相似相溶”原则来选择。在应用时,主要靠经验来选择,参考原则:

“相似相溶”原则:即按欲分离组分的极性或化

学结构与固定液相似的原则

来选择固定液。

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(i)分离非极性组分:一般选用非极性固定液(i)分离非极性组分:一般选用非极性固定液

(P = 0,+1)

组分与固定液之间主要是色散力;

组分与固定液之间主要是诱导力和色散力;

非极性组分按沸点顺序出峰,沸点低者先出峰;

组分基本上按沸点顺序从低到高先后出峰;

( ii)分离中等极性组分:一般选用中等极性固定

液,(P = +2 ,+3)

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( iii )分离强极性物质:选用强极性固定液。

(P = +4,+5)

组分与固定液之间主要是静电力;

组分按极性由小到大的顺序出峰;

( vi)分离非极性和极性混合物:一般选用极性

固定液,这时非极性组分先流出,极性组

分后流出。

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(v)分离能形成氢键的试样:一般选用极性或氢键型固定液。试样中各组分按与固定液分子间形成氢键能力大小先后流出,不易形成氢键的先流出,最易形成氢键的后流出。(v)分离能形成氢键的试样:一般选用极性或氢键型固定液。试样中各组分按与固定液分子间形成氢键能力大小先后流出,不易形成氢键的先流出,最易形成氢键的后流出。

(iv)复杂的难分离物质:可选用两种或两种以上混合固定液。

对于样品极性情况未知的,一般用最常用的几种固定液做试验后确定。

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气路系统(流动相)

进样系统

分离系统(色谱柱)

温控系统

检测记录系统

§ 2-5 气相色谱仪

一、气相色谱仪基本构成

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结构流程process of gas chromatograph

1-载气钢瓶;2-减压阀;

3-净化干燥管;4-针形阀;5-流量计;6-压力表;4-针形阀;5-流量计;6-压力表;

9-热导检测器;10-放大器;11-温度控制器;12-记录仪;

载气系统

色谱柱

检测系统

进样系统

温控系统

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二、气相色谱仪各部分的作用及要求

1. 载气系统:载气连续运行的密闭管路系统。

(1)组成:气源钢瓶(气体发生器)、稳压恒流装

置、净化器、压力表、流量计、密闭管路。

(2)载气作用:

A作为动力,驱动样品在色谱柱内流动,并将样品

推进检测器。

B 为样品的分配提供一个相空间(但不参与组分分配)

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(3)对载气要求:

A 没有腐蚀性;

B 与被分析组分不发生化学反应。

(4)对气路的要求:

载气要纯净、且稳定

气密性好

(5)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)。

(6)常用载气: H2, N2, He

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(1)组成

进样装置

气化室

(3)进样装置

液体样品:常用微量注射器,0.5、1、5、10、25、

50 L (一般进样0.1~10 L)

固体样品:溶于适当溶剂后按液体方式进样。

气体样品:旋转六通阀(下图)

2 .进样系统

(2)作用:将样品快速而定量地加到色谱柱的前端。

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气体样品带走

气体样品装入

气体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;

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(4)气化室

由电加热的金属快组成,作用是将样品在气化室瞬间气化,并很快被带入色谱柱,避免气化过程长而影响色谱峰形。

气化室:可控温度

为50~400℃,一般

比柱温高30~70 ℃

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把混合物样品中各组分进行分离的装置。

分离系统由色谱柱组成,它是色谱仪的核心部件,其作用是分离样品中各组分。气相色谱色谱柱主要有两类:填充柱和毛细管柱。

3 . 分离系统

  • (1)填充柱
  • 由不锈钢,玻璃或聚四氟乙烯等材料制成,内装固定相;
  • 一般内径为2~6 mm,长1~10 m;
  • 填充柱的形状有U型和螺旋型二种。柱内填充固定相,制作简单,柱容量大,操作方便,分离效果足够高,n在102-103之间,应用普遍。
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(2)毛细管柱
  • 又叫空心柱,分为涂壁、多孔层和空心毛细管柱;
  • 空心毛细管柱是将固定液均匀地涂在内径0. l~0.5 mm的毛细管内壁而成,呈螺旋型;
  • 毛细管材料可以是不锈钢或石英;
  • 毛细管色谱柱渗透性好,传质阻力小,而柱子可以做到30~300 m。与填充柱相比,其分离效率高(理论塔板数可达106)、分析速度快、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。
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4 . 温度控制系统

作用:主要用来设定、控制、测量色谱柱、气化

室、检测器三处的温度

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。

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色谱柱的温度控制方式:

(1)恒温:在分析过程中,色谱柱温度控制不变;

(2)程序升温:程序升温指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化,以达到用最短时间获得最佳分离的目的。适用于沸点范围很宽的混合物分离。

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5 . 检测和数据处理系统

样品经色谱柱分离后,各成分按保留时间不同,顺序地随载气进入检测器,把进入的组分按时间及其浓度或质量的变化,转化成易于测量的电信号,经过必要的放大传递给记录仪或计算机,最后得到该混合样品的色谱流出曲线及定性和定量信息。

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二、气相色谱检测器

气相色谱检测器是把载气里被分离的各组分的浓度或质量转换成电信号的装置。

1. 分类: 目前检测器的种类多达数十种。根据检测原理的不同,可将其分为浓度型检测器和质量型检测器两种:

(l)浓度型检测器测量的是载气中某组分浓度

瞬间的变化,即检测器的响应

值和组分的浓度成正比。如热

导检测器和电子捕获检测器。

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(2)质量型检测器测量的是载气中某组分进入

检测器的速度变化,即检测

器的响应值和单位时间内进

入检测器某组分的量成正比。

如火焰离子化检测器和火焰光

度检测器等。

slide44

2. 检测器的主要性能指标(自学P42-45)

常用灵敏度、敏感度、线性范围等性能指标来描述。

一个优良的检测器应具以下几个性能指标:灵敏度高,检出限低,死体积小,响应迅速,线性范围宽,稳定性好。通用性检测器要求适用范围广;选择性检测器要求选择性好。

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A 结构:

热导池由池体和热敏元件构成。

池体用不锈钢制成;池体内装两根电阻完全相等的钨丝或铂丝热敏元件。构成参比池和测量池。

3. 常用气相色谱检测器:

(1)热导检测器( TCD,浓度型检测器 )

(Thermal Conductivity Detector )

热导检测器是通用型检测器,几乎对所有物质都有响应。

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调节热导池,使 R参×R3 = R测×R2,

即电桥达到平衡,记录下来的是一条直线。

B 热导池检测原理

热导池检测器检测原理是基于不同的物质有不同的导热系数。参比池和测量池与两个固定电阻组成惠斯登电桥。热导检测器电桥线路示意图:

当通电后,热敏元件温度发生改变,若热导池两臂均只有载气通过,两臂发热量和载气所带走的热量均相等,故两臂温度变化恒定,即:

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电桥失去平衡, 有电信号产生,记录仪上出现色谱峰。

C.影响热导检测器灵敏度的因素

桥路电流: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。

当参比臂只有载气通过,而测量臂有载气和样品通过时,由于参比臂与测量臂的导热系数不同,则:

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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100~200 mA左右(N2作载气时为100~150 mA,H2作载气时150~200mA为宜)。

池体温度: 如果池体温度低,池体与钨丝温差大,

灵敏度提高,但池体温度太低,易使分

析样品凝固。池体温度一般等于或高于

柱温。

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D 热导检测器特点

由于结构简单,性能稳定,通用性好,而且线性范围宽,价格便宜,因此是应用最广,最成熟的一种检测器。其主要缺点是灵敏度较低。

载气种类:载气与试样的导热系数相差愈大,则灵

敏度愈高。一般物质导热系数较小,故

选择导热系数大的H2或Ne作载气有利于

灵敏度提高。如用N2作载气时,有些试

样(如甲烷)的导热系数比它大,就会

出现倒峰。

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(2)火焰离子化检测器(FID,质量型检测器

(Flame Ionization Detector)

火焰离子化检测器属选择性检测器,是以氢气和空气燃烧的火焰作为能源,利用含碳有机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。

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氢焰检测器需要用到三种气体:

N2 :载气携带试样组分;

H2:为燃气;

空气:助燃气。

使用时需要调整三者的比例关系,检测器灵敏度达到最佳。

发射极和收集极之间加有一定的直流电压(100—300V)构成一个外加电场

氢焰检测器示意图

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氢焰检测器工作原理:

(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

(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

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氢焰检测器特点:

  • 灵敏度很高,比热导检测器的灵敏度高约103倍; 检出限低,可达10-12g S-1;
  • 火焰离子化检测器能检测大多数含碳有机化合物;
  • 死体积小,响应速度快,线性范围也宽,可达106以上;
  • 而且结构不复杂,操作简单,是目前应用最广泛的色谱检测器之一。
  • 其主要缺点是不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。
slide56
氢火焰离子化检测器的操作条件选择时应注意气体流量和工作电压氢火焰离子化检测器的操作条件选择时应注意气体流量和工作电压

N2 : H2 1 : 1 ~1.5 : 1

H2 : Air 1 : 10

极化电压 100 ~ 300 V

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(3)电子捕获检测器(ECD,浓度型检测器)

(Electron Capture Detector)

  • 电子捕获检测器是一种选择性很强的检测器;
  • 对具有电负性物质(如含卤素、硫、磷、氰等的物质)的检测有很高灵敏度(检出限约1O-14g·cm-3);
  • 它是目前分析痕量电负性有机物最有效的检测器;
  • 电子捕获检测器已广泛应用于农药残留量、大气及水质污染分析,以及生物化学、医学、药物学和环境监测等领域中;
  • 它的缺点是线性范围窄,只有103左右,且响应易受操作条件的影响,重现性较差。
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检测器内腔有两个电极和筒状的β放射源,β放射源贴在阴极壁上,以不锈钢棒作正极,在两极施加直流或脉冲电压。检测器内腔有两个电极和筒状的β放射源,β放射源贴在阴极壁上,以不锈钢棒作正极,在两极施加直流或脉冲电压。
  • 工作原理

放射源的β射线将载气(N2或Ar)电离,产生次级电子和正离子,在电场作用下,电子向正极方向移动,形成恒定基流。当载气带有电负性溶质进入检测器时,电负性溶质就能捕获这些低能量的自由电子,形成稳定的负离子,负离子再与载气正离子复合成中性化合物,使基流降低而产生负信号——倒峰

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形成恒定基流

基流降低而产生负信号

捕获机理:可用以下反应式表示:

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(4)火焰光度检测器(FPD,质量型检测器)

  • 火焰光度检测器,又称硫、磷检测器,它是一种对含磷、硫有机化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器,检出限可达10-12g·S-1(对P)或10-11g·S-11(对S)。
  • 这种检测器可用于大气中痕量硫化物以及农副产品,水中的毫微克级有机磷和有机硫农药残留量的测定。
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工作原理

  • 根据硫和磷化合物在富氢火焰中燃烧时,被打成有机碎片,并能发射出特征波长的光进行检测
  • 含硫化合物发射394nm特征波长,含磷化合物发射出λmax为526nm的特征光谱。这些光由光电信增管转换成信号,经放大后由记录仪记录。
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1. 载气及其流速的选择

(1)载气的选择

三、 气相色谱操作条件的选择

气相色谱操作条件一般靠理论、经验和参考文献进行选择。

常见的载气有N2、H2、He 、Ar 等惰性气体

选用何种载气,从以下两方面考虑:

A 检测器:热导检测器常用N2、H2、He作载气;

火焰离子化、电子捕获、火焰光度检

测器常用N2作载气。

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当流速 u较小时, 为影响H的主要因素,要减

小扩散系数Dg,宜选用相对分子量

较大的载气,如N2,Ar等。

当流速u较大时, Cu为影响H的主要因素,要增

大扩散系数Dg,宜选用相对分子量

较小的载气,如H2,He等。

B 流速大小:

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最佳载气流速:

根据色谱速率理论

最小塔板高度:

(2)载气流速的选择

因此,载气流速严重影响分离效果和分析时间。

可以通过H -u曲线来选择。 为缩短分析时间,可选比u最佳稍大的载气流速。一般为2 u最佳。

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H

Cu

A

u

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2. 分离温度——柱温的选择

柱温是色谱分析的重要操作变量,柱温改变,会影响K、k、Dg、Dm,直接影响分离效果和分析速度。

(1)提高柱温,能改善气相、液相传质阻力,有利于提高柱效,缩短分析时间,但降低了k和选择性,不利于分离;

(2)降低柱温,能改善分离,但分析时间长。

具体见下面表格:

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一般原则:在保证样品中各组分良好分离前提下,尽可能采用低柱温。一般原则:在保证样品中各组分良好分离前提下,尽可能采用低柱温。

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(3)程序升温

在色谱分析过程中,按照一定的时间顺序,以一定的速度提高色谱柱温,达到最佳分离效果的目的。

下图为正构烷烃恒温和程序升温分析结果比较图。

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3. 进样量、进样方式和进样温度的选择

进样量应控制在色谱柱负载范围和检测器的线性范围之内。进样量太小,低含量组分检测灵敏度不够;太大,柱效下降,易产生色谱峰重叠。一般地,液体试样量为0.1~10μL,气体试样量为0.1~10 mL。

进样器具:一般采用微量注射器或气体进样阀(六通阀)。

进样速度:应该快速,一般1s以内,以免原始区带过宽。

进样温度(汽化室温度):应能使样品迅速气化,但不能分解。一般比柱温高30~70 oC。

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因此,柱长L增加,n增大,Rs会增大,改善分离效果,但分析时间也增加。因此,柱长L增加,n增大,Rs会增大,改善分离效果,但分析时间也增加。

4. 色谱柱柱长、柱径的选择

因此在满足分离度要求的前提下,尽量采用短柱,以提高工作效率。

色谱柱(填充柱)的材质一般采用不锈钢或玻璃。内径通常为2~6 mm,长度为1~5 m。

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§2-8毛细管柱气相色谱法

填充柱色谱法的缺陷:柱内微小的固体填充颗粒的阻碍作用,使得样品组分分子在流经色谱柱时,具有不同的路径,导致色谱峰展宽,即产生涡流扩散作用,降低色谱柱效。

填充柱:

长度:0.5 ~ 5 m(常用2 m的);外径 2-4 mm

填料:5%-10%的固定液 (硅藻土担体)

理论塔板数不太高。

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二、毛细管柱分类

1. 按毛细管材料

(1)不锈钢:

优点:机械强度、热稳定性好;易加工。

缺点:惰性差(有一定催化活性);粘性差(不易涂渍固定性);不透明。(少用)

1957年由戈雷(Golay M.J.E)首先提出毛细管柱色谱方法,用内壁涂渍一层极薄而均匀的固体液膜的毛细管代替填充柱。

一、定义:用毛细管柱代替普通填充柱的气相色谱分析方法。

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(3) 熔融石英毛细管:

优点:良好的化学惰性;良好的热稳定性;机械强度

好;有一定弹性。 (最常用)。

规格:长度10、25 m(有时50 m)

内径0.1,0.22,0.32 mm

材质熔融石英玻璃

理论塔板数高(10万以上)

(2) 玻璃毛细管:

优点:表面惰性好;透明度好。

缺点:易折断,加工性能差,安装困难(少用)。

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2. 按固定液的涂渍方法

(1)壁涂毛细管柱:将固定液直接涂在毛细管内壁上。

问题:由于毛细管内壁光滑,润湿性差,固定液难以涂渍,且易被气相带走,因而,分离重现 性差,柱寿命短。

必要时可先行对毛细管内壁进行表面处理,增加其润湿性,再涂固定液。

(2)多孔层开管柱:在管壁上涂一层多孔性吸附剂固体微粒(毛细管柱气-固色谱)。

(3)载体涂渍开管柱:先在毛细管内壁上涂一层多孔性固体微粒,然后再在多孔层上涂渍固定液,增大柱容量。

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(4)化学键合相毛细管柱:将固定相用化学键合的方法键合到毛细管内壁上,提高固定相的机械稳定性和热稳定性。(4)化学键合相毛细管柱:将固定相用化学键合的方法键合到毛细管内壁上,提高固定相的机械稳定性和热稳定性。

(5)交联毛细管柱:由交联引发剂将固定相交联到毛细管内壁上,具有耐高温、固定相稳定、柱效高、柱寿命长等优点。

三、毛细管色谱柱特点

1. 样品渗透性好,适合用长色谱柱

由于毛细管柱为空心,因此,载气阻力小,即涡流扩散项 A = 0

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2. 相比( )大,色谱柱效高

由于毛细管柱固定液液膜厚度小,所以,相比大。

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又:

3. 分析样品用量少

毛细管柱内涂渍的固定液少,柱容量小,进样量不能大,否则导致过载,产生色谱峰扩展、拖尾等。

一般进样量为:

n

分流进样技术

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4. 适于复杂样品的分析(30个峰以上)

5. 自加工困难,需购买成品柱。

(P58 表2-9 毛细管柱与填充柱的比较)

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载气

填充柱

检测器

进样

填充柱色谱仪

载气

毛细管柱

检测器

进样

尾吹气

毛细管柱色谱仪

放空

四、毛细管色谱柱系统

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填充柱与毛细管柱色谱仪的两点不同

1. 尾吹气部分:

由于毛细管内径小,色谱柱接头部件、进样器、检测器死体积大,被分离组分在这些部分扩散影响毛细管的分离和柱效(柱外效应),所以,为了减少死体积的影响,毛细管柱色谱在毛细管柱出口到检测器流路中增加尾吹气的辅助气路。

目的:增加柱出口到检测器的载气流速,减少死体积的影响。

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2. 分流进样方式:

由于毛细管柱的柱容量小,进样量只有

用微量注射器很难准确地将小于 的液体试样直接送入,为此,通常采用分流进样方式。

分流进样:将液体试样注入进样器使其气化,并与

载气均匀混合,然后让少量试样进入色

谱柱,大量试样放空。

分流比:放空的试样量与进入毛细管柱试样的比。

通常为50:1~500:1

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一、发展历史

气相色谱法(GC)是英国生物化学家马丁等人在研究液液分配色谱的基础上,于1952年创立的一种极有效的分离方法,它可分析和分离复杂的多组分混合物。

§2-9气相色谱分析特点及其应用范围

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二、特点

气相色谱法的特点:三高一快一广

目前由于使用了高效能的色谱柱,高灵敏度的检测器及微处理机,使得气相色谱法成为一种分析速度快、灵敏度高、应用范围广的分析方法。

气相色谱与质谱(GC-MS)联用、气相色谱与Fourier红外光谱(GC-FTIR)联用、气相色谱与原子发射光谱(GC-AES)联用。

1. 高选择性:能分离性质极为接近的物质

如:同位素,异构体等

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气体几mL

固体几g

液体0.xL

可测粮食、蔬菜中农药残留量,动植物体内药残留量。

2. 高效能:在很短的时间内就能分离测定性质极

为复杂的混合物。

3. 高灵敏度:分离微量、痕量组分。

用高灵敏度的检测器可测出样品中10 -11~ 10-13 g组分。且样品用量少:

4. 分析速度快

样品准备好后,几分钟~几十分钟即可

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5. 应用范围广
  • 在柱温条件下有一定蒸气压且稳定性好的样品都能测定,只要在–196 ~ 450 ℃温度范围内有27- 1330 Pa蒸气压且不分解的物质原则上都能测定,不论它是气体、液体和固体。
  • 对于挥发性低和受热易分解的物质,若能通过化学衍生方法使其转化为挥发性大、热稳定性好的衍生物,同样可用气相色谱分离和分析
  • GC 专长:同系物(其它方法无法测定)
  • GC 主要用于分离和定量,可广泛应用在化工、环保、生物、药物、农药、食品、污染物等方面的测定。
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对不宜汽化的高分子,热稳定性差、化学性质极为活泼或强腐蚀性物质不能用GC测定。应用范围受到限制,在所有的有机物分析中只有15~20%能用GC进行分离分析。对不宜汽化的高分子,热稳定性差、化学性质极为活泼或强腐蚀性物质不能用GC测定。应用范围受到限制,在所有的有机物分析中只有15~20%能用GC进行分离分析。
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三、气相色谱分析方法应用实例

永久性气体分析

合成顺丁橡胶污水的分析

农药残留量分析

农药残留量分析(图)

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色谱柱:60 cm ,5A 分子筛

柱温:先室温,3 min 后以10℃程序升温;载气:He

检测器:热导池

永久性气体分析

1—H2

2—O2

3 —N2

4 —CH4

5 —CO

6 —CO2

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合成顺丁橡胶

污水色谱图

A、 色谱柱:4m ,聚乙二醇2万: 釉化6201(60~80目)=20 : 100

B 、柱温:72℃

C、载气:N2,61 mL / min

D、检测器:氢焰检测器

1—丁二烯;

2—乙醚;

3—乙醛;

4—呋喃;

5—丙酮;

6—丙烯醛;

7—叔丁醇;

8—甲基丙烯醇;

9—丁醇;

10—苯;

11—乙晴;

12—丁烯醛;

13—异丁醇

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六六六、DDT配样色谱图如下

农药残留量分析

A 、色谱柱:φ3mm×2m 玻璃柱;

B、固定相:0.23%OV-17+2.8%OV-210,Chromosorb WAW-DMCS(80~100目= 20 :100)

C、柱温:200℃ 气化温度:210℃ 检测温度:230℃

D、载气:N2(99.99%),60~70 mL / min

E、检测器:电子捕获检测器 

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1—溶剂;

2—α-六六六

3—γ-六六六

4—β-六六六

5—δ-六六六

6—p,p’-DDE

7—O,p’-DDT

8—p,p’-DDD

9—p,p’-DDT

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色谱发展大事记

※ 俄国植物学家Tswett于1901年发现:利用吸附原理分离植物色素;

※ 俄国植物学家Tswett于1903年发表文章:On a new category of adsorption phenomena and their application to biochemical analysis ;

※ 俄国植物学家Tswett 1906年Tswett 创立“chromatography”—“色谱法”新名词;

※ 俄国植物学家Tswett于1907年在德国生物会议上第一次向世界公开展示显现彩色环带的柱管;

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※ 1930年R.Kuhn用色谱柱分离出胡萝卜素;

※ 1935年Adams and Holmes 发明了苯酚-甲醛型离子交换树脂,进一步发明了离子色谱;

※ 1938年Izmailov 发明薄层色谱;

※ 1941年Martin & Synge 发明了液-液分配色谱;

※ 1944年Consden,Gordon & Martin 发明纸色谱;

※ 1952年Martin & Synge 发明气-液色谱;

※ 1953年Janak发明气-固色谱;

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※ 1954年Ray发明热导检测器;

※ 1957年Martin & Golay 发明毛细管色谱;

※ 1959年Porath & Flodin 发明凝胶色谱;

※ 1960年液相色谱技术完善;

※ 1954年我国研究成功第一台色谱仪;