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1、2022/11/19,气相色谱原理及应用,2022/11/19,2022/11/19,一、 色谱法的特点,1.概述 俄国植物学家茨维特在1903年使用的装置：色谱原型装置，如图。 色谱法是一种分离技术。 试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在称之为色谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。 其中的一相固定不动，称为固定相； 另一相是携带试样混合物流过此固定相的流体（气体或液体），称为流动相。,色谱法概述,2022/11/19,色谱法,当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，
2、混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。 两相及两相的相对运动构成了色谱法的基础,2022/11/19,2.色谱法分类,气相色谱：流动相为气体（称为载气）。 按分离柱不同可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱； 按固定相的不同又分为：气固色谱和气液色谱,1952年James和Martin发表了从理论到实践比较完整的气液色谱方法，因而获得了1952年的诺贝尔化学奖。,2022/11/19,液相色谱：流动相为液体（也称为淋洗液）。按固定相的不同分为：液固色谱和液液色谱。离子色谱：液相色
3、谱的一种，以特制的离子交换树脂为固定相，不同pH值的水溶液为流动相。,2022/11/19,其他色谱方法,薄层色谱和纸色谱：比较简单的色谱方法,超临界色谱:高效毛细管电泳:九十年代快速发展、特别适合生物试样分析分离的高效分析仪器。,2022/11/19,3.气相色谱法的特点,（1）分离效率高： 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。（2）灵敏度高： 可以检测出g/g(10-6)级甚至ng/g(10-9)级的物质量。（3）分析速度快： 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4）应用范围广： 适用于沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。 不足之处：不适用于高沸点、难挥发、热不
4、稳定物质的分析。 被分离组分的定性较为困难。,2022/11/19,二、气相色谱分离过程,气相色谱分离过程是在色谱柱内完成的。填充柱色谱: 气固色谱和气液色谱，两者的分离机理不同。气固色谱的固定相: 多孔性的固体吸附剂颗粒。 固体吸附剂对试样中各组分的吸附能力的不同。气液色谱的固定相: 由 担体和固定液所组成。 固定液对试样中各组分的溶解能力的不同。气固色谱的分离机理: 吸附与脱附的不断重复过程；气液色谱的分离机理： 气液两相间的反复多次分配过程。,2022/11/19,分配系数 K,组分在固定相和流动相间发生的吸附、脱附，或溶解、挥发的过程叫做分配过程。在一定温度下，组分在两相间分配达到平衡
5、时的浓度（单位：g / mL）比，称为分配系数，用K 表示，即：,2022/11/19,分配系数 K的讨论,一定温度下，组分的分配系数K越大，出峰越慢；试样一定时，K主要取决于固定相性质；选择适宜的固定相可改善分离效果；试样中的各组分具有不同的K值是分离的基础；某组分的K = 0时，即不被固定相保留，最先流出。,2022/11/19,三、气相色谱流出曲线,1.基线：无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线。,2.保留值,（1）时间表示的保留值保留时间（tR）：组分从进样到柱后出现浓度极大值时所需的时间,死时间（tM）：不与固定相作用的气体（如空气）的保留时间。调整保留时间（tR ）：tR= t
6、RtM,（2）用体积表示的保留值保留体积（VR）：VR = tRF0死体积（VM）： VM = tM F0调整保留体积（VR）：V R = VR VM,2022/11/19,3. 相对保留值ri,s 组分2与组分1调整保留值之比： ri,s = tR2 / tR1= VR2 / VR1 相对保留值只与柱温和固定相性质有关，与其他色谱操作条件无关，它表示了固定相对这两种组分的选择性。,四、容量因子与分配系数,分配系数K：组分在两相间的浓度比；容量因子k：平衡时，组分在各相中总的质量比； k =MS / MmMS为组分在固定相中的质量，Mm为组分在流动相中的质量。,2022/11/19,式中为相比
7、。 填充柱：635；毛细管柱：501500容量因子越大，保留时间越长。可由保留时间计算出容量因子，两者有以下关系：,容量因子k与分配系数K的关系为：,2022/11/19,色谱定性、定量分析方法,一、色谱定性鉴定方法二、色谱定量分析方法,2022/11/19,一、色谱定性鉴定方法,1.利用保留值定性：基本依据是两个相同的物质在相同的色谱条件下应该有相同的保留值。但是，相反的结论却不成立，即在相同的色谱条件下，具有相同的保留值的两个物质不一定是同一个物质。 （1）利用已知物直接对照进行定性分析要求:载气的流速，载气的温度和柱温度一定要恒定。载气流速的微小波动，载气温度和柱温度的微小变化，都会使保
8、留值（R）改变，从而对定性结果产生影响。,2022/11/19,2022/11/19,（2）用相对保留值定性:相对保留值只受柱温和固定相性质的影响，而柱长，固定相的填充情况（即固定相的紧密情况）和载气的流速均不影响相对保留值。因此在柱温和固定相一定时，相对保留值为定值，可作为定性的较可靠参数。,ri,s = tR2 / tR1= VR2 / VR1,2022/11/19,（3）用已知物增加峰高法定性:在得到未知样品的色谱图后，在未知样品中加入一定量的已知纯物质，然后在同样的色谱条件下，作已加纯物质的未知样品的色谱图。对比两张色谱图，哪个峰加高了，则该峰就是加入的已知纯物质的色谱峰。,2022/
9、11/19,2.利用文献值对照进行定性分析保留指数：又称Kovats指数（），是一种重现性较好的定性参数。测定方法： 将正构烷烃作为标准，规定其保留指数为分子中碳原子个数乘以100（如正己烷的保留指数为600）。 其它物质的保留指数（IX）是通过选定两个相邻的正构烷烃，其分别具有Z和Z1个碳原子。被测物质X的调整保留时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值之间如图所示：,2022/11/19,保留指数计算方法,2022/11/19,3利用保留值规律进行定性分析 将已知物直接对照定性与保留值规律定性结合，则可以大大提高定性分析结果的准确度。（1）双柱定性出峰顺序：非极性柱：按沸点从低到高顺序出峰。极
10、性柱：按极性从低到高顺序出峰。,2022/11/19,（2）碳数规律定性 同系物间，在一定温度下，调整保留值的对数与该分子的碳数成线性关系，即,2022/11/19,4、影响保留值测定准确性的因素,1死时间的影响及计算方法,2载体吸附作用的影响3进样量的影响4载气纯度的影响（1）载气中水分对保留值的影响 （2）载气中含氧量对保留值的影响 5固定液纯度的影响,2022/11/19,5. 联机的定性方法,色谱-质谱联用仪（GC-MS；LC-MS）色谱-红外光谱联用仪；组分的结构鉴定,2022/11/19,二、色谱定量分析方法,1、定量分析的基本公式,2、定量校正因子的测定 绝对校正因子,2022/
11、11/19,相对校正因子,相对校正因子（f）是某物质（fi）与基准物质（fs）的绝对校正因子之比，即：,2022/11/19,（3）校正因子的实验测量方法准确称取：色谱纯（或已知准确含量）的被测组分和基准质。准确浓度：配制成已知浓度的样品。准确体积：准确体积样品进样。,2022/11/19,3. 常用的几种定量方法（1）归一化法：,特点及要求： 归一化法简便、准确；进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。归一化法主要用于GC的定量测定。,2022/11/19,（2）标准曲线法,特点及要求： 外标法不使用校正因子，准确性较高;操作条件变化对结果准确性
12、影响较大;对进样量的准确性要求较高，适用于大批量试样的快速分析。,2022/11/19,（3）内标法,内标物要满足以下要求：（1）试样中不含有该物质；（2）与被测组分性质比较接近；（3）不与试样发生化学反应；（4）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。,2022/11/19,（4）标准加入法,2022/11/19,举例：分析白菜中六六六的残留量，用外标法。步骤：1.样品前处理：取200g白菜粉碎，加入50ml丙酮，在震荡器上震荡20分钟过滤，滤液用100ml正己烷萃取三次，合并正己烷层，将其浓缩10ml，待测。2.配制标准系列溶液：准确称0.1000g标准物，用正己烷定容至50ml（母液
13、）。3.分别取1ml、2ml、3ml、4ml、5ml母液用正己烷稀释至10ml。分别取1ul标准溶液进色谱分析，绘制标准曲线，其结果如下：浓度：0.2mg/ml 0.4mg/ml 0.6mg/ml 0.8mg/ml 1.0mg/ml,2022/11/19,4.取1ul样品进色谱分析，计算A，其结果为70mm25.在标准曲线上查得所进溶液的浓度为0.5mg/ml6.计算原样的含量：10ml正己烷中六六六的质量：0.510=5mg白菜的含量：,2022/11/19,气相色谱仪器及操作,2022/11/19,2022/11/19,安捷伦7890N气相色谱仪,安捷伦6890-5973气质联用仪,202
14、2/11/19,1. 载气系统：包括气源、净化干燥管和载气流速控制;2. 进样系统：进样器及气化室；3. 色谱柱：填充柱（填充固定相）或毛细管柱（内壁涂有固定液）；4. 检测器：可连接各种检测器，以热导检测器或氢火焰检测器最为常见；5. 记录系统：放大器、记录仪或数据处理仪；6. 温度控制系统：柱室、气化室的温度控制。,一、气相色谱流程,2022/11/19,二、气路系统,1、气源,高压钢瓶或气体发生器,气体净化装置 分子筛：置于马福炉内加热到400-600，活化4-6h。硅 胶：当颜色变红时，就要重新活化。方法在烘箱中140左右加热2h即可。,2、气路控制系统,2022/11/19,3、电子
15、气路控制EPC是20世纪90年代初出现的新技术，首先由惠普公司，即现在的安捷伦科技公司推出。岛津公司：高级气流控制，瓦里安公司：电子流量控制，PE公司：可编程气路控制。 实际上都是采用电子压力传感器和电子流量控制器，通过计算机来实现压力和流量的自动控制。,2022/11/19,三、 进样系统,1、进样口技术指标 操作温度范围 一般仪器的最高汽化温度为350-420，有的可达450。载气压力和流量设定范围 压力范围：0100psi，流量范围：0 200ml/min之间。 死体积 常见汽化室的死体积为0.21ml。,2022/11/19,（4）惰性,汽化室内壁应具有足够的惰性，不对样品发生吸附作用
16、或化学反应，也不能对样品的分解有催化作用,2022/11/19,（5）隔垫吹扫功能,进样隔垫一般为硅橡胶材料制成，其中不可避免地含有一些残留溶剂和/或低分子齐聚物。再则，由于汽化室高温的影响，硅橡胶会发生部分降解。这些残留溶剂和降解产物如果进入色谱柱，就可能出现“鬼峰”（即不是样品本身的峰），影响分析。,隔垫吹扫示意图,2022/11/19,2、填充柱进样口,1、填充柱进样口填充柱进样口 ，进样量一般不应超过5ul。2、大口径毛细管柱直接进样大口径（0.53mm内径）毛细管柱接在填充柱进样口 ，进样量一般不应超过1ul。,填充柱进样口结构示意图,2022/11/19,3、分流/不分流进样口,1
17、04ml/min,3ml/min,1ml/min,100ml/min,分流/不分流进样口原理示意图（a）分流状态 （b）不分流状态,2022/11/19,4、冷柱上进样 口,冷柱上进样口结构示意图,冷柱上进样优点：消除了进样口对样品的歧视效应，包括注射器针头的歧视效应，这是因为液体样品直接进入柱内，进样过程中样品不会汽化，且没有分流问题。避免了样品的分解。样品既不接触可能有催化作用的汽化室内表面，也不经受高温，所以，冷柱上进样是分析热不稳定化合物的理想方法。冷柱上进样的分析准确度、精密度均比分流/不分流进样高。,2022/11/19,5、程序升温汽化进样口,PTV进样口结构示意图,结构特点：进
18、样口热容低，便于快速升温或冷却升温速率可在0.1-700/s之间设置衬管容积较小，以便减小样品的初始谱带宽度；配备有冷却装置,进样模式 ：PTV分流/不分流进样溶剂消除分流/不分流进样,2022/11/19,四、柱系统,1、柱箱控温参数 操作温度范围：室温以上4-450 控温精度：1程序升温：5-7阶最大升温速率：100120/min 2、色谱柱的类型 填 充 柱：内径在24mm，长度为110m左右毛细管柱：内径在0.20.5mm，长度一般在25100m。,2022/11/19,3、填充气相色谱柱,玻璃管柱：优点：化学惰性好缺点：玻璃管易碎不锈钢管：优点：传热性能好，柱寿命长缺点：内壁较粗糙，
19、有活性，比较难于清洗干净。,柱管选择：,2022/11/19,填充柱的柱管在使用前应该经过清洗处理和试漏检查。清洗的方法：不锈钢管：先用10%热氢氧化钠水溶液浸泡，抽洗除去管内壁的油污，然后用自来水洗至中性。玻璃柱：使用洗液浸泡。同样，为了减少玻璃内壁的活性，可以用5%二甲基二氯硅烷的甲苯溶液浸泡处理，然后用甲苯和甲醇分别冲洗干净。,2022/11/19,4、气固色谱固定相,（1）无机吸附剂硅胶：一种氢键型的强极性固体吸附剂，其化学组成SiO2nH2O应用范围：可用于分析SO2、H2S、SF6以及C1C4烷烃质。处理方法：色谱专用硅胶，可在200下活化处理2h后使用。 氧化铝：有较大的极性。应
20、用范围：主要用于分析C1C4烃类及其异构体。处理方法：活化处理（在450-1350下灼烧）。,2022/11/19,活性炭：有较大的比表面积，吸附性较强。分子筛：碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。如3A、4A、5A、10X及13X分子筛等（孔径：埃）。常用5A和13X（常温下分离O2与N2）。除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO等的分离外，还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O等。处理方法：分子筛极易因吸水而失去活性，用前应在550600活化2h，降温后贮存于干燥器内。,2022/11/19,（2）高分子多孔小球高分子多孔小球（GDX）是以苯乙烯等为单体与交联剂二乙烯苯交联共聚的
21、小球。应用范围：适用于水、气体及低级醇的分析。,国产：天津化学试剂二厂GDX101-105非极性GDX201-203非极性GDX301弱极性 GDX401-403中等极性 GDX501、502较强极性 GDX601强极性,2022/11/19,5、气液色谱固定相,气液色谱固定相 固定液+担体（支持体） ：固定液：在常温下不一定为液体，但在使用温度下一定呈液体状态。固定液的种类繁多，选择余地大，应用范围不断扩大。担体：化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比表积。,2022/11/19,可以作为担体使用的物质应满足以下条件：比表面积大，孔径分布均匀；化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分离组份
22、不起反应；具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎；颗粒大小均匀、适度。一般常用6080目、80100目。,2022/11/19,担体（硅藻土）,红色担体：孔径较小，表孔密集，比表面积较大，机械强度好。适宜分离非极性或弱极性组分的试样。 缺点：表面存有活性吸附中心点。白色担体： 煅烧前原料中加入了少量助溶剂(碳酸钠)。 颗粒疏松，孔径较大。表面积较小，机械强度 较差。但吸附性显著减小，适宜分离极性组分的试样。,2022/11/19,表5-1填充柱气液色谱担体一览表,2022/11/19,载体的选择原则与评价：固定液：当固定液的涂渍量大于5%时，可以选用白色或红色硅藻土载体；若涂渍量小于5%，则应
23、选用处理过的硅烷化载体；分析对象：当样品为酸性时，最好选用酸洗载体，样品为碱性时用碱性载体。对于高沸点组分，一般选用玻璃微球载体，分析强腐蚀性组分时应选用氟载体。常用的载体粒度一般在60-80目范围，为提高柱效也可使用100-120目。,2022/11/19,固定液,固定液：高沸点难挥发有机化合物，种类繁多。 (1)对固定液的要求在操作温度下呈液态，黏度越低越好。蒸气压低，热稳定性好。化学惰性高，润湿性好。,2022/11/19,(2)选择的基本原则 “相似相溶”，选择与试样性质相近的固定相。对于非极性的样品，应首先考虑用非极性固定液分离。 出峰顺序：沸点低的组分先流出。 对于极性物质的分离，
24、应首先考虑选用极性固定液。 出峰顺序：极性小的先流出，极性大的后流出。 对于分离能形成氢键的样品，如水醇、胺类物质，一般可选择氢键型固定液。出峰顺序：按形成氢键能力的大小顺序分离。,2022/11/19,固定液的选择性取决于组分与固定液之间的作用力：静电力：这是极性分子永久偶极间的作用诱导力：这是非极性分子受极性分子永久偶极电场作用而产生诱导偶极时二者之间的作用力。色散力：这是非极性分子（弱极性分子）间由于分子内电子振动所产生的瞬时偶极而引起的相互作用力。氢键作用力：这是与电负性原子（如N、O、F等）形成共价键的氢原子又和另一个电负性原子所生成的一种有方向性的相互作用力。,2022/11/19
25、,(3)常用固定液种类,最常使用的固定液为：OV-101（甲基聚硅氧烷）；OV-17（50%苯基的甲基聚硅氧烷）；OV-210（50%三氟丙基的甲基聚硅氧烷）；PEG20M（聚乙二醇，平均分子量2万）；DEGS（二乙二醇丁二酸酯）,2022/11/19,(4) 最高最低使用温度 高于最高使用温度易分解，温度低呈固体；,(5) 固定液的相对极性,规定：角鲨烷（异三十烷）的相对极性为零， ，氧二丙睛的相对极性为100.,2022/11/19,常用的气液色谱固定液,2022/11/19,6、毛细管气相色谱柱,内径:0.20.5mm，长度:25100m。液膜厚度：0.250.32um,2022/11/
26、19,1、100%聚二甲基硅氧烷毛细管柱商品名称：DB-1 HP-1 OV-17 OV-101 SE-30使用温度范围：等温-60-325；程序升温-60-350。主要分析用途：胺类、烃类、酚类、杀虫剂、聚氯联苯、硫化物、香精和香料。2、5%-苯基-95%-二甲基硅氧烷毛细管柱商品名称：DB-5 HP-5 OV-5 SE-52 SE-54使用温度范围：等温-60-325；程序升温-60-350。主要分析用途：生物碱、脂肪酸甲酯、卤代化合物、芳香化合物、药品,2022/11/19,3、14%氰丙基苯基86%二甲基硅氧烷共聚物毛细管柱商品名称：AT-1701 DB-1701 HP-1701 OV-
27、1701使用温度范围：等温-20-280；程序升温-20-300。主要分析用途：杀虫剂、药品、除草剂4、PEG毛细管柱商品名称： AT-WAX BP-20 PEG-20 HP-INNOWAX使用温度范围：等温40-260；程序升温40-270。5、交联聚乙二醇毛细管柱商品名称:HP-FFAP DB-FFAP OV-351使用温度范围：等温60-240；程序升温60-250。,2022/11/19,五、检测系统,1检测器分类 浓度型检测器：响应信号与组分在载气中的浓度成正比。,质量型检测器：响应信号与单位时间进入检测器中的组分 质量成正比,浓度型检测器 uh不变 A,质量型检测器u h A不变,
28、2022/11/19,2、检测器性能评价指标,响应值（或灵敏度）S : S表示单位质量的物质通过检测器时，产生的响应信号的大小。S值越大，检测器（也即色谱仪）的灵敏度也就越高。检测信号通常显示为色谱峰，则响应值也可以由色谱峰面积（A）除以试样质量求得： S = A / m,线性与线性范围 ：检测器的线性：检测器响应值的对数值与试样量对数值之间呈比例的况。检测器的线性范围：检测器在线性工作时，被测物质的最大浓度（或质量）与最低浓度（或质量）之比。,2022/11/19,最低检测限（最小检测量）：,噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。,如果要把信号从本底噪声中识别出来则组分的响应值就一定要高
29、于N。检测器响应值为2倍噪声水平时的试样浓度（或质量），被定义为最低检测限（或该物质的最小检测量）。,2022/11/19,3、热导检测器,（1） 热导检测器的结构 池体：一般用不锈钢制成。 热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。 参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。 测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。,利用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器。,2022/11/19,（2）检测原理,不同的气体有不同的热导系数。,进样前：钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值： R参R2=R测R1 无电压信号输出；记录仪走直线
30、（基线）。 进样后： R参R2R测R1这时电桥失去平衡，a、b两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。,2022/11/19,（3）影响热导检测器灵敏度的因素,桥路电流I ： I，钨丝的温度 ，钨丝与池体之间的温差，有利于热传导，检测器灵敏度提高。检测器的响应值S I3，但稳定性下降，基线不稳。桥路电流太高时，还可能造成钨丝烧坏。池体温度：池体温度与钨丝温度相差越大，越有利于热传导检测器的灵敏度也就越高，但池体温度不能低于分离柱温度，以防止试样组分在检测器中冷凝。,2022/11/19,载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂
31、中产生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。载气的热导系数大，传热好，通过的桥路电流也可适当加大，则检测灵敏度进一步提高。氦气也具有较大的热导系数，但价格较高。,2022/11/19,4、 氢火焰离子化检测器,（1）特点a. 典型的质量型检测器，b. 对有机化合物具有很高的灵敏度，c. 无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应。d. 氢焰检测器结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速等特点e. 比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，检测下限可达 10-12gg-1。,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，又称氢火焰电离检测器。,2022/11/19,(
32、2) 氢焰检测器的结构,a. 在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（100300V）构成一个外加电场。 b. 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。,2022/11/19,(3) 氢焰检测器的原理,a. 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 CHb. 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+ + ec. 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+
33、+ H2O H3O+ + CO,A区：预热区B层：点燃火焰C层：热裂解区：温度最高D层：反应区,2022/11/19,氢焰检测器的原理,d. 化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流（约10-610-14A）；e. 在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器；f. 组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离；g. 离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线。,A区：预热区B层：点燃火焰C层：热裂解区：温度最高D层：反应区,2022/11/19,（4）影响氢焰检测器灵敏
34、度的因素,各种气体流速和配比的选择： N2流速的选择主要考虑分离效能， N2 H2 = 1 11 1.5 氢气 空气=1 10。 极化电压 正常极化电压选择在100300V范围内。,2022/11/19,5、电子捕获检测器,（1）特点高选择性检测器，仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度 检测下限10-14 g /mL，对大多数烃类没有响应。较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。,电子俘获检测器（ECD）是灵敏度最高的气相色谱检测器它仅对那些能俘获电子的化合物，如卤代烃、含N、O和S等杂原子的化合物有应。,2022/11/19,(2)电子捕获检测器的结构,ECD原理是
35、：由柱流出的载气及吹扫气进入ECD池，在放射源放出射线的轰击下被电离，产生大量电子。在电源、阴极和阳极电场作用下，该电子流向阳极，得到10-8-10-9A的基流。当电负性组分从柱后进入检测器时，即俘获池内电子，使基流下降，产生一负峰。通过放大器放大，在记录器记录，即为响应信号。其大小与进入池中组分量成正比。负峰不便观察和处理，通过极性转换即为正峰。,ECD工作原理图,2022/11/19,(3) ECD检测器的原理,电离反应粒子是具有10KeV能量的高能电子。,电子俘获反应电负性组分进入ECD俘获热电子，成为负离子有四种机理：,2022/11/19,（4）影响氢焰检测器灵敏度的因素,载气种类、
36、纯度 N2、Ar、He、H2均可作ECD的载气。N2和Ar作载气时之基流和灵敏度均高于He、H2。载气纯度：在99.99%以上，还要外加净化器，以除去残留的氧和水。氧具有强烈的吸电子性，使基流下降。色谱柱和柱温 应尽量选用低配比的耐高温或交联固定相 通常要求接ECD的色谱柱，其最高使用温度比接其他气相色谱检测器要低50-140。,2022/11/19,6、质谱检测器,进样口,离子源,质量分析器,检测器,数据采集及分析,高真空系统,PC,LC、GC流动注射样品盘,EI CI,四极杆 离子阱磁质谱,电子倍增器光电倍增管,分子涡轮泵,质谱仪模块组成,2022/11/19,（1）真空系统质谱仪需要在高
37、真空下工作：离子源（10-3 10 -5 Pa ） 质量分析器（10 -6 Pa ）(1) 大量氧会烧坏离子源的灯丝；(2) 引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。,2022/11/19,2进样系统,进样系统的目的是高效重复地将样品引人到离子源中并且不能造成真空度的降低。直接导入型接口： 内径在0.25mm至0.32mm的毛细管色谱柱的载气流量在1-2ml/min。喷射式分子分离器： 由一对同轴收缩型喷嘴构成，喷嘴被封在一真空室中，如图所示。,2022/11/19,3、离子源（Ion source）,电子电离源（EI）,离子化是通过离子源实现的,挥发性样品的电离,应用最为广泛,20
38、22/11/19,2022/11/19,EI 源的特点：,电离效率高,灵敏度高；应用最广，标准质谱图基本都是采用EI源得到的；稳定，操作方便，电子流强度可精密控制；结构简单，控温方便；,EI源：可变的离子化能量 (10240eV),对于易电离的物质降低电子能量，而对于难电离的物质则加大电子能量（ 常用70eV ）。,电子能量,2022/11/19,离子室内的反应气（甲烷等；10100Pa，样品的103105倍），电子（100240eV）轰击，产生离子，再与试样分离碰撞，产生准分子离子。, 化学电离源（Chemical Ionization，CI）:,2022/11/19,在电子轰击下，甲烷首先
39、被电离：,甲烷离子与分子进行反应，生成加合离子：,加合离子与样品分子反应：,2022/11/19,4、质量分析器(Mass analyzer),作用：将离子源产生的离子按m/z顺序分开并排列成谱。,四极杆质量分析器(Quadrupole),2022/11/19,离子阱质量分析器,2022/11/19,Inlet,Ionization,Mass Analyzer,Mass Sorting (filtering),Ion Detector,Detection,Ion Source,SolidLiquidVapor,Detect ions,Form ions(charged molecules),S
40、ort Ions by Mass (m/z),1330,1340,1350,100,75,50,25,0,Mass Spectrum,Summary: acquiring a mass spectrum,2022/11/19,色谱-四极杆质谱仪结构示意图,2022/11/19,气相色谱工作者的良好习惯：1按仪器说明书的规程操作在独立操作仪器之前，一定要认真阅读有关说明书，并严格按规程操作。这是做好仪器分析的前提条件，而且一旦仪器出了问题，也好与厂商交涉。特别是在保修期，如果因为自己操作不当而出现故障或仪器损坏时，厂商往往是不会为你免费修理的。2准备一份色谱柱测试标样色谱柱性能是保证分析结果的关
41、键。新买的色谱柱，首先要用测试样品评价其性能。如果用色谱柱厂商提供的测试条件测试而结果不合格时，就可要求退货或换货。更重要的是，此后的使用过程中色谱柱性能会变化，当分析结果有问题时，可以用测试标样测试色谱柱，并将结果与前一次测试结果相比较，这有助于确定问题是否出在色谱柱，以便于采取相应的措施排除故障。每次测试结果都应保存起来作为色谱柱寿命的记录。另外，用一段时间后，应对色谱柱进行一次高温老化，以除去柱内可能有的污染物，然后用测试标样评价色谱柱。,2022/11/19,3及时更换毛细管柱密封垫石墨密封垫漏气是GC最常见的故障之一。一定不要在不同的柱上重复使用同一密封垫，即使同一根柱卸下重新安装时
42、，最好也要换新密封垫，这样能保证更高的工作效率。如果装上色谱柱后发现漏气而再更换密封垫，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。4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。要知道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。,2022/11/19,5定期更换气体净化器填料变色硅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判断了
43、。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。6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。一些新阀就漏气的情况，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。,2022/11/19,7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。隔垫的老化降解也会给分析带来干扰。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）
44、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。操作人员可根据实际分析条件选择使用，常规分析实验室（汽化温度不超过300）选择优质型隔垫就可以了，做高温分析时最好用高温型隔垫。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。有经验的操作人员根据进样时的手感就可判断是否需要更换隔垫。,2022/11/19,8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。使用自动进样器的用户也应注意此问题，最好是经常更换和清洗注射器。9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。注意，在衬管中填充一些经硅烷化处理的石英玻璃毛，既可提高样品的汽化效率，又能防止隔垫碎屑进入色谱柱造成堵塞。,2022/11/19,Thanks For Your Attention,
