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1、GC基础知识,岛津国际贸易（上海）有限公司分析中心,第一部分,色谱原理和基本构成,色谱法的起源,色谱法的定义和分类,色谱是通过组分在流动相和固定相之间分配比的差异进行分离的。根据流动相的状态，色谱法分类,色谱法的特点,分离效率高分析速度快 检测灵敏度高样品用量少选择性好多组分同时分析易于自动化,色谱法的基本原理,死时间：t0溶质保留时间：ts保留时间：tR容量因子：k,色谱法基本原理,分离度选择性系数,色谱过程动力学-塔板理论,理论塔板数N：b1/2为半峰宽，w为峰底宽理论塔板高度H：,色谱过程动力学-速率理论,色谱动力学-速率理论,Van Deemter速率方程式,H=A+B/u+CuA：涡
2、流扩散B：纵向扩散项C：传质阻力项HETP:理论塔板高度,U,气相色谱基本构成,气相色谱构成示意图,载气控制：手动、数字(AFC)/恒线速度、恒压、恒流进样口：DRI、SPL/Splitless、OCI、PTV色谱柱：填充柱、毛细柱检测器：FID、TCD、ECD、FPD、FTD数据处理：C-R8A、Gcsolution、Clarity_Shimadzu,钢瓶He,N2,载气控制,数据处理,气相色谱基本流路图,气相色谱基本控制参数,温度压力（流量）温度、压力（流量）的时间程序,载气纯度的重要性,载气不纯带来的问题：载气中氧的存在导致固定相氧化，损坏色谱柱，改变样品的保留值。载气中水的存在导致部分
3、固定相或硅烷化担体发生水解，甚至损坏柱子。气体中有机化合物或其它杂质的存在产生基线噪音和托尾现象。气体中夹带的粒装杂质可能是气路控制系统失灵。,第二部分,载气部分,保证载气纯度的措施,保证载气纯度在99.999%以上。加装载气净化装置。10%的钢瓶气保有量。,压力单位换算,100kPa1bar1kPa1.0210-2kgf/cm21kgf/cm298.1kPa1kPa1.4510-1psi1pasi6.89kPa,第三部分,进样口部分,气相色谱进样方式,热进样分流/无分流进样直接进样（全量注入）宽口毛细柱和填充柱冷进样PTV进样冷柱头进样,进样口的结构,填充柱进样口,填充柱,WBI进样口,分流
4、/无分流进样口,进样口结构,冷柱头进样口(OCI),PTV进样口,加热-250/min,隔垫吹扫出口,载气,玻璃衬管,0.53mm内径宽孔毛细柱,分流/无分流进样口,分流比=柱流量/（分流流量+柱流量）分流流量柱流量时分流比=柱流量/分流流量分流比的设定要依据样品浓度（浓度越高分流比越大）分流比的设定要依据毛细柱容量（柱容量越低，分流比越大）常用的分流比范围为1:201:200,根据具体情况可用范围很宽，比如：0.1mm毛细柱快速分析可用1：500以上的分流比,歧视效应和热分解,热进样(SPL,WBI)存在歧视现象和样品热分解冷进样(OCI,PTV)进样是在较低温度下进行定量精度高歧视效应和热
5、解效应的影响小,歧视效应的产生,低沸点组分百分比偏高,进针 退针,高沸点组分残留,进样量和歧视效应的关系,进样体积越小，歧视现象越严重。,减少歧视效应的方法-样品注入方面,快速进样法 溶剂冲洗法热针法,溶剂冲洗法,蒸溜和分溜减少,减少歧视效应的方法-冷进样,概念样品是在冷状态-低于样品沸点的温度下进样(依据溶剂)气化室快速升温使样品气化PTV进样方式分流进样(高浓度样)无分流进样(低浓度样)大体积进样LVI(痕量分析)OCI柱头进样只适用于0.53内径的柱子没有分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子），进样量一般小于2ul,SPL-无分流进样和 OCI以及PTV-无分流进样的比较,进样体积推荐
6、限值,无分流进样(SPL,PTV)2uL高压进样(SPL,PTV)5uL直接进样（全量进样）3uL 用宽口径毛细柱冷柱头进样（OCI）2uLLVI-PTV 进样空衬管10uL衬管+石英棉50uL衬管+填料1000uL,隔垫吹扫的作用,吹扫掉进样垫高温脱落的组分，一般为橡胶中的增塑剂或低聚物，减少鬼峰吹扫溢出衬管的溶剂气体，减少溶剂拖尾常用流量范围：35mL/min,第四部分,色谱柱,色谱柱类型,毛细柱柱材：熔融石英、铝内径：0.2mm-0.53mm长度：10-100m固定相种类：OV-1，PEG-20M，OV-17等固定相膜厚：0.2-5m,填充柱,柱材：不锈钢，玻璃内径：2.6-3mm长度：
7、0.5-6m填料：担体和固定液的种类固定液的浓度 1-30%担体有硅藻土、玻璃、石英、塑料担体（TPA）等。,气相色谱的固定相,固体：活性炭、活性铝、硅胶、分子筛等，用于无机气体及低碳烃的分析应用比例约占10%液体：硅酮、聚乙二醇、聚脂等，用于液体样品及高沸点化合物分析。应用比例占90%以上,毛细柱选择-固定相,相似相溶原理，选用非极性的固定相分析非极性化合物如果化合物可以用不同极性的固定相分析，选用极性最小的固定相。非极性固定相的使用寿命长于极性固定相。最通用的固定相是OV-1和SE-54。对于偶极或氢键化合物，选用含腈基或聚乙二醇的固定相。轻烃或永久气体，选用PLOT柱。应用范围最广的五种
8、固定相，Rtx-1、Rtx-5、Rtx-50、Rtx-1701和Rtx-wax可以满足90%以上的分析需求。,毛细柱选择-内径,0.25mm口径柱具有较高的柱效，用于标准的GC/MS应用和分流/无分流分析。0.32mm口径柱中等柱效，多用于无分流进样。0.53mm口径柱，可以替代填充柱，适合于痕量分析。,内径对毛细柱分离的影响,0.22mm x 25m,毛细柱选择-膜厚,标准膜厚（0.250.5m）：最广泛的应用，对于流出达到300的大多数样品分析效果良好。薄液膜（0.10.2m）：适合石化分析，甘油三酯等高沸点的物质。厚液膜（15m）：适合于流出温度在100200之间的低沸点化合物。,膜厚对
9、毛细柱分离的影响,毛细柱选择-柱长,标准柱（2530m）：标准柱长，满足大部分应用。短柱（515m）：通常用于10个组份以下简单样品的快速分析。长柱（50m以上）：复杂样品分析。,几种代表性固定液的极性,名称I Benzene 名称 I Benzene,Squalane0（非极性）PEG20M(DBWAX)322（强极性）SE3015 FFAP 340OV101(DB1)17 PEG1000 347SE54(DB5)33（弱极性）EGA 372DC55074 DEGS 484OV17119（中极性）TCEP 593（超强极性）BCEF 690,常用毛细柱商品名及固定液对照表,毛细柱的内径、膜厚
10、及柱容量,一般进样量范围,1.填充柱气体:0.550 ml液体:0.11ml2.毛细柱气体:0.11 ml液体:0.0042.0ul,进样量毛细柱分离的影响,色谱柱的老化,为什么必须进行色谱柱老化？新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。一般采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度，并在高温段保持数小时。新柱老化时，最好不要连接检测器。每天都要进行老化吗？视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。,第五部分,检测器,常用检测器,FID的检测原理,在氢火焰中，有机化合物燃烧产生CHO+离子，该离子强度与含量成正比。该检测器检出的是有机化合物
11、。无机气体及氧化物在该检测器无响应。,FID检测器结构,CH Oxidation CHO+e-,组分在氢火焰中氧化,TCD检测原理和结构,几乎所有化合物 包括 N2 和 O2 都可用TCD进行检测（除载气）,惠斯通电桥,ECD检测原理,载气（氮气）ECD检测器中电离成正离子和自由电子亲电子化合物与自由电子结合生成负离子，在检测池中移动速度比自由电子慢生成的负离子与正离子结合ECD中自由电子减少（离子流减小）自由电子减少与亲电子化合物的浓度成正比ECD是高选择性、高灵敏度的检测器，用于检测微量或痕量的卤素化合物及硝基化合物。对电负性集团有高选择性和高灵敏度(如卤素),ECD检测器结构,N2 N2
12、+e-PCB+e-PCB-PCB+N2+(neutral compound),ray,reverse,FTD检测器,有机氮化合物在碱金属表面热分解成激发态氮化物CN*,CN*又从碱金属表面吸收电子，生成CN-，放出电子后的碱金属生成正离子，产生的信号电流被检出。该检测器对有机氮、磷化合物具有高灵敏度和高选择性。,FTD检测器结构,对含 N 或 P 的化合物具有高选择性,硫酸铷加热到 600-800,Rb.+CN Rb*+CN-,(Rb*indicates an excited Rb.),FPD检测原理,S、P在还原火焰中燃烧，产生特征波长的光线（S=394nm,P=526nm)。这些光线通过滤
13、光片，经光电倍增器放大并转化为电信号被检测。该检测器对有机磷和有机硫化合物具有高选择性和高灵敏度。,FPD检测器结构,S:(S-S)*(S-S)+hv(394 nm)P:(PHO)*(PHO)+hv(526 nm),对含 P 或 S 的化合物具有高选择性,第六部分,数据分析,气相色谱分析步骤,开机：连好流路，先开载气再开电源，开辅助气设定流量、温度、检测器参数用默认处理参数进行样品分析根据图谱调整分析条件，再分析样品，直至得到理想谱图确定定量方法（内标、外标、面积归一等）选择校正点数，编辑ID表（输入组分的保留时间和标样浓度）选择校正次数（每浓度取几次均值）选择曲线计算方式（直线、最小二乘或折
14、线）按从低浓度到高浓度的顺序，分析完所有标样，即完成曲线制作进行未知样分析，每次分析结束，自动计算定量结果分析完了，关机：系统降温后，关电源，关载气。,数据可靠性判断,良好的峰面积重现性，一般CV%在0.53%工作曲线具有良好的线性微量注射器的残留现象（交叉污染）峰形正常，避免拖尾峰和前沿峰(柱选择恰当、衬管无污染、温度及流量设定)色谱峰分离良好(分离度2.5),数据不良时的检查措施,1.检查是否漏气用检漏液检查各连接部位，并确认峰面积重现性2.检查色谱柱是否良好长时间使用，因吸附、固定液流失、固定液分解及污染，造成柱劣化，更换新柱3.检查衬管是否正常确认衬管有无破损、污染，确认石英棉的位置4
15、.样品性质，是否易分解对于不稳定的样品应注意保存温度，要避光并注意存放时间。,计算方法,峰处理参数（WIDTH,SLOPE,DRIFT,T.DBL等）定性：保留指数及允许误差（时间窗，时间带）定量：定量方法：内标法、外标法、面积归一法等工作曲线的制作 曲线点数：一点、两点及多点 曲线计算：线性范围、线性回归、折线、二次曲线、三次曲线,峰处理参数-WIDTH,控制数据采集速度，WIDTH/10采一次数据去除高频噪声(电磁干扰）WH/2WIDTH/4控制S.TEST时间，斜率测试时间为 10WIDTH推荐值：填充柱 5 毛细柱 23,WIDTH：设为为最窄峰的半高宽，单位：秒,峰处理参数-SLOP
16、E,判断峰起点滤除低平噪声（如蛇行等）SLOPE的确定：一般通过S.TEST进行，测定时间为 10倍WIDTH的时间。特殊情况，可根据实际需要改变该值。,SLOPE：10倍WIDTH的所有信号的总和，用于：,SLOPE值的手动设定,单位：uv/min,SLOPE峰斜率，作为峰计算,SLOPE峰斜率，作为噪声滤除,SLOPE峰斜率，积分不稳定，须手动设定,峰处理参数-DRIFT,DRIFT：判断相邻峰的积分方式,注：1）设定值为0时，工作站将自动判断 2）如DRIFT与基线至峰谷连线较接近时，积分可能不稳定，导致面积值变化较大，需加以注意。,DRIFT值的设定,DRIFT,DRIFT,DRIFT
17、,DRIFT,DRIFT,DRIFT,峰处理参数-T.DBL,设定值为0时，自动判断；不使用时可设为1000。T.DBL设定为某值时，SLOPE和WIDTH按下图改变,T.DBL：峰展宽一倍所需要的时间,积分峰标记,E：超量程峰，这种峰的面积计算是错误的S：拖尾峰（溶剂峰常同时出现S、E两个标记）T：尾上峰，作过拖尾处理的峰V：与前邻峰垂直分割L：前沿峰,标记：,定性参数,保留时间允许误差：时间窗(%)-相对允差设定简单，但所测组分保留时间跨度大时，不易设定时间带-绝对允差设定较繁，需逐个组分设定,绝对保留值、相对保留值、多参考保留值,定量方法,面积归一化法校正面积归一化法外标法内标法,定量方
18、法简介一,1、面积百分率法（面积归一）各组分浓度以面积百分率表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。2、校正面积百分率法（校正面积归一）用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。这两种方法应用的必须条件是：样品中所有组分都出峰所有峰面积计算必须准确,定量方法简介二,3、外标法该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。4、内标法在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。该方法减小了进样误差对定量结果的影响。,面积归一化法,公式：,优点：1）无需做
19、校正、简便、快速2）进样量不严格要求,缺点：1）所有组分都流出且被检测到2）所有组分的检测灵敏度都相同,校正面积归一化法,公式：式中：Fi为校正因子，Fi浓度（含量）/面积,优点：进样量要求不严格缺点：1）所有组分都流出且被检测到2）所有组分都需作校正,外标法,公式：,优点：1）不需所有峰都流出或被检测到2）只对所测组分作校正缺点：1）进样量必须准确2）仪器必须有良好的稳定性,内标法,公式：,优点：1）进样量不严格要求2）只对所测组分作校正缺点：1）必须在样品中加一内标组分2）操作较为繁琐3）选择内标物困难,定量参数（制备工作曲线）,校正级别（曲线计算方法）单点校正（liner)两点校正（liner)多点校正线性回归点到点连线（折线）二次曲线三次曲线,单点校正,对每一组分仅做一个浓度的标样标样浓度应尽可能接近实际样品中各组分的浓度单点校正曲线通过原点,多点校正,对每一组分至少作三个不同浓度水平的校正标样浓度范围应包含实际样品中各组分的浓度多级校正有几种方式当组分响应值随浓度变化不呈线性变化时，使用多线性校正（折线校正）或二次曲线、三次曲线组分响应值随浓度变化呈线性变化时，使用最小二乘法，进行线性回归校正,
