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1、0,1,岛津公司,分析仪器公司,GC（GAS CHROMATOGRAM）学校基本课程,0,2,GC 是什么?,数据处理器,是什么成份和有多少量,(样品进样口)通过加热，使每个成份被汽化。,载气将样品送入色谱柱,色谱柱将样品中不同的成分分离开,(检测器)从色谱柱出来了的每个成份的量按比例转化成电信号。,目标：混合样品（气体或液体）,气体样品,液体样品,GC,0,3,在400摄氏度以下的温度可以汽化(变成气体)的化合物在汽化时不会分解的化合物在汽化时可以分解成固定比例碎片的化合物(热裂解 GC)即使符合上述的情况还可能有难以分析的化合物分析 不可能或很难由 GC 分析化合物的例子分子量小也不能蒸发
2、的化合物(例如:无机的金属、离子,盐)活性强或极端地不稳定的的化合物(例如:氢氟酸、臭氧,氮氧化物)高吸附性的化合物(当化合物含有羧基、羟基、氨基、硫等等因为吸附和活度比较高,在分析要注意。)难以获得标准样的化合物(得到峰后难以做定性和定量分析),可以在气相色谱分析的化合物,0,4,时间,检测器,色谱柱,样品注入口,样品注入,AB,AB|一B,B|B,A|一,B|B,A|一,B|B,峰 A,峰 B,色谱的工作原理,0,5,Chromatography（色谱法）Method for Separation（分离的方法）Chromatograph（色谱仪）Instrument for Chromat
3、ography（色谱仪器）Chromatogram（色谱图）Data of Chromatography（色谱结果）,Chromato.?（色谱是什么?）,0,6,色 谱CHROMATOGRAM,0,7,色 谱(Chromatogram),正常峰形是对称的正态分布曲线。,0,8,拖尾峰,前延峰,当组份被玻璃衬管或色谱柱吸附的时候。当极性成分在非极性固定液的色谱柱内分析的时,也可能出现,当色谱柱与样品成份一起过载当柱箱温度太低当进样口的温度太低时候，有时也会发生。,不良峰形,0,9,尖峰,宽峰,峰宽(Peak Width),毛细管柱：在分析时峰形几乎都是尖峰填充柱：在等温分析时越先出的峰，峰形越
4、尖锐,填充柱：在等温分析时越晚出的峰，峰形越宽,日本药典“乙醇中挥发性的污染物测试、程序和装置”标准分析,0,10,漂移（Drift）,在程序升温分析时，柱子固定液流失增加，造成基线上升。,基线漂移,0,11,一个样品入之后到一个成份到达检测器的时间(保留时间)多长?:定性分析QualitativeAnalysis组份的峰面积或峰的高度多少?:定量分析QuantitativeAnalysis,一个分析结果有何意义?,？|？,？|？,？|？,0,12,当分析条件相同时，相同的成份在相同的时间出峰。（保留时间相同）,定性分析,样品注入,标准样品(成份 A 和 B 的混合物),未知样品,成份 A,成
5、份 B,因为保留时间是唯一的定性数据，分析时标准的样品在 GC 为性质上的分析被需要。(基本上),0,13,成份的峰面积(高度)与到达检测器的成份的量成正例。(在 FPD 的 S 模态，它与成份的量的平方成正比),定量分析(Quantitative Analysis),标准样品是定量分析所必需的。,标准样品1uL(成份 A 100ppm),成份 A,未知的样品 1 uL,成份 A,峰面积：700,峰面积：1000,0,14,GC 的结构,0,15,流量控制器,进样口,检测器,柱温箱,柱,气体钢瓶,电信号,数据处理,GC 的结构,0,16,载气（Carrier Gas）通常用氦气（He）和氮气（
6、N2）。(在使用毛细管柱作分析的情况时下，使用氦气作载气是比较理想的)气体的纯度最好高于 99.999%,检测器用气TCD.No need FID.H2,空气ECD.N2(在使用填充柱的情况下，载气当然使用氮气，在使用毛细柱的情况下氮气被用做尾吹气）FTD.H2,AirFPD.H2,AirSID.Air,载气和检测器用气,0,17,载气控制方式,0,18,检测器的温度检测器的温度总是比柱的温度高。(通常比柱箱的程序升温的最终温度高 20-30),进样口的温度进样口被设定在足够一个样品中成份能被汽化的温度。(它不需要特别高的温度)虽然进样口设定的温度通常与检测器相同，但当样品易分解时会设的低一些
7、。,进样口和检测器的温度,0,19,柱上进样方式（正装）,玻璃衬管(如果被非挥发性的成份污染时可交换),进样口侧,进样口侧,检测器侧,检测器侧,玻璃柱样品注入方法,玻璃衬管方式（反装）,0,20,气相色谱柱,0,21,气相色谱柱,填料,管,填充柱(Packed Column),融熔石英,固定液,毛细管柱(Capillary Column),内径(I.D.)2-4 毫米长度 0.5-5 米(2 米最常用)填料 涂覆有0.5-25%固定液的担体固定液 理论塔板数一般都很小,内径（I.D.）0.1，0.25，0.32，0.53 毫米长度 5-100 m(30 m最常用)材质融熔石英固定液理论塔板数一
8、般都较大,0,22,气相色谱柱,多孔层开口柱PLOT(多孔高分子小球/氧化铝等),管壁涂渍开口柱WCOT或化学键合,填充柱,毛细管柱,硅藻土(担体),固定液,不锈钢或玻璃,融熔石英或不锈钢,固定液,0,23,担体,Partition Materials在担体上涂覆固定液固定相：液体主要用于分析液体样品,固定液,固体,吸附材料(吸附剂)没有涂覆固定液固定相：固体 主要用于分析气体样品。(硅胶、活性碳、分子筛、活性氧化铝,还有多孔高分子小球),填料的种类,0,24,OV-1 10%Chromosorb-W(AW-DMCS)60/80 2m*2.6mm I.D.,固定液的种类,固定液的浓度,担体的类
9、型,担体的处理方法,目数(担体的颗粒大小),担体,固定液,色谱柱的长度,色谱柱的I.D.（内径）,填充柱的名字的意义,0,25,Methanol|甲醇,Hexane|正已烷,电子分配,+,-,极化=极性化合物,TCEP(1,2,3Tris(2-Cyanoethoxy)Propane),SE-30(methyl Silicone polymer),+,-,无极化=非极性化合物,固定液,目标化合物,化合物的极性,0,26,不同固定液的极性,0,27,担体,固定液,涂覆在担体上的固定液重量百分比浓度,低浓度大约 0.5-2%(用于分析高沸点化合物),中等浓度 大约 5-10%（最常用）,高浓度 大约
10、 20-25%(用于分析低沸点化合物),固定液的浓度,0,28,硅藻土担体（Diatomaceous Support）白色的是最常用的 褐色的几乎能涂覆所有固定液,其他担体 对苯二酸(TPA)担体极性物质很少吸附。(水，酒精,和酸)氟树脂担体 虽然 表面惰性,但固定液也很难固定。,担体（Support）,0,29,酸洗(AW)这种处理可以去除担体中的金属或细小粉末,硅烷化(DMCS),+|+,易吸附的位置,DMCS,硅藻土担体的表面,碱处理(KOH)表层被处理成碱性。用于分析碱性化合物。,磷酸处理(H3PO4)表层被处理成酸性。用于分析酸性化合物,担体的处理,0,30,60目的筛子(相当于英
11、寸有 个网孔),80 目的筛子(相当于英 寸有 个网孔),100 目的筛子(相当于英 寸有 个网孔),60/80 目的粒子,80/100 目的粒子(250 um-310um)比 60/80细.,目数(填料的粒子大小),0,31,7G 2.6-2.1,玻璃柱的标记的意义,Column Length柱的长度 2.1 m（0.5 m-6.1 m）,Column I.D.柱的内径2.6 mm有两种类型 2.6mm 和 3.2mm.(这两种类型 玻璃衬管是不同),适用于GC-7A/9A/12A/14A/14B/15A/16A,柱尺寸,0,32,玻璃柱(硬玻璃)它几乎可用于所有的分析。惰性但易碎,不锈钢柱
12、(SUS)它作为无活性无机气体和碳氢化合物等等的分析 结实，但分析成份容易在表面上分解或吸附。柱安装容易.,特氟珑(Fluororesin)柱它可以分析酸性成份或痕量的硫化物。它是惰性的但耐温低,柱的材质(管),0,33,C15|C15,C18|C18,C12|C12,C15|C15,C18|C18,C12|C12,C23|C23,C15|C15,C18|C18,C12|C12,C23|C23,170等温分析C12-C15 分离的比较好。高沸点化合物出峰晚和峰较宽。,230等温分析高沸点化合物出峰会比较早。The separation of C12-C15 is poor.C12-C15 分离
13、的比较差。,100-10/min-280 程序升温分析 正构烷烃出峰间隔相等的低沸点的化合物的分离度较好高沸点的化合物出峰也较早,柱温与分离的关系,0,34,Isothermal Analysis|等温分析,同系物,按碳数从小到大的顺序出峰,正构醇的混合物,在等温分析时，通常出峰早的化合物峰形较尖锐，通常出峰晚的化合物峰形较宽,乙酸酯类混合物,甲醇,乙醇,正丙醇,正丁醇,乙酸甲酯,乙酸乙酯,乙酸正丙酯,碳数,1,保留时间的对数,2,3,4,乙酸酯类混合物,正构醇的混合物,同系物的碳数(沸点)和保留时间的对数之间大致成的线性关系。,0,35,程序升温分析,同系物中碳数的较小先出峰,正构醇的混合物
14、,乙酸酯类混合物,乙酸甲酯,乙酸乙酯,乙酸正丙酯,含碳数,1,保留时间,2,3,4,乙酸酯类混合物,正构醇的混合物,同系物的碳数(沸点)和保留时间之间大致成的线性关系。(出峰时间间隔几乎相等),甲醇,乙醇,正丙醇,正丁醇,0,36,检 测 器,0,37,Detectors|检测器,最小可检量是标准物质测定的，会随着分析的化合物不同而变化。,0,38,单位（重量体积）,质量单位mg=10-3g ug=10-6g ng=10-9g pg=10-12g fg=10-15g,体积单位mL=10-3L uL=10-6L nL=10-9L,当比重是 1 1mL=1g1uL=1mg1nL=1ug,0,39,
15、单位(转化),单位的关系%=10-2（百分之一）ppm=10-6（百万分之一）ppb=10-9（十亿分之一）ppt=10-12（万亿分之一）,1ppm|百万分之一样品为液体时 1ug/g=1 ppm(w/w)1nL/mL=1 ppm(v/v)1ug/mL 不等于 1 ppm(w/v)样品为气体时1uL/L=1 ppm(v/v)(同样条件下的体积),0,40,目标成份的峰高(10 pg)S=16000,噪音的高度N=5200,S/N=16000/5200=3.1 在左图中的峰,10 pg 的样品信噪比（S/N）为 3.1计算当 S/N=2时,样品的量5200/16000 x 10(pg)x 2=
16、6.5(pg)该化合物检测限（S/N=2)为6.5pg.,最小可检限（检测极限)通常,信噪比（S/N）=2-3最小可定量限 通常,信噪比（S/N）=10-20,最小可检限和最小定量限,0,41,目标成份的峰高(10 pg)S=16000,噪音高度N=5200,5200/16000 x 10(pg)/4(sec)x 2=1.6(pg/sec)这个化合物的每秒最小可检测量(假设 S/N=2)为1.6 pg/sec而当检测器对特定元素响应时如 FID(C)、FTD(N 或者 P)和 FPD(S 或者 P 或者 Sn)它以每秒能响应的该元素的量来表达。举例来说，假设左侧的峰是 磷酸三丁酯(C4H9)3
17、PO4(MW:266)，而且检测器是 FPD,(P 的 AW:31)1.6(pg/sec)x 31/266=0.19 pgP/sec则FPD使用磷酸三丁酯（S/N=2时）来测试磷元素时检测器的最小可检量为0.19 pgP/sec.,因为成份的量（面积）一样时，峰的高度会随着峰宽度变化而变化，检测器的最小检量以样品出峰在 S/N=2时每秒化合物的量来表示。,半峰宽W1/2=4(sec),检测器的最小可检量（MDQ),0,42,TCD(热导检测器),可以用来检测除了载气以外的几乎所有化合物氦主要作为载气来使用(然而,当分析氦和氢气时会使用氮气和氩气作载气)热导常数（10-6cal/seccm)氦:
18、408氢气：547（非常高）氮:73氩:52氧:76水:60 乙烷:77甲醇:52丙酮:40氯仿:24.主要分析例子气体分析FID检测器无响应的化合物，如水,甲醛,甲酸,0,43,分析边柱出口,参考边柱出口,A|一,B|B,C|C,D|D,到数据处理器,直流电压加在 A 和 B 之间，当载气流量固定时,每根电热丝保持一固定的温度，C和D之间有一个固定的电压。,化合物从分析边的柱出口流出。电热丝的温度温度上升（假设化合物的导热系数比载气小)阻值变化。C 和 D之间的电压发生变化,TCD(热导检测器),0,44,分析边柱出口,参考边柱出口,直流电压加在 A 和 B 之间。,输出信号(在 C 和 D
19、 之间的电压),A|一,B|B,C|C,D|D,到数据处理器,TCD TCD 仅使用毛细柱作测试,0,45,FID(火焰离子化检测器),0,46,FID(火焰离子化检测器氢火焰检测器),石英喷嘴,氢火焰,收集极,高电极,几个ppm的有机化合物在氢火焰燃烧变成下列的离子。,CH,CHO+e-,氧化,(O),当离子被收集极收集时产生了电流,到数据处理器,CN,NO+CO+e-,氧化,2(O),0,47,FTD(火焰热离子检测器)NPD(氮磷检测器),本检测器对有机氮化合物的高选择性和高灵敏度,而且对无机或有机的磷化合物有响应（FPD对含磷化合物的选择性更好.）对无机的氮化合物没有响应主要应用于药物
20、的分析,有机氮/有机磷杀虫剂分析,0,48,FTD(火焰热离子检测器)NPD(氮磷检测器),空气,氢（+补充气（尾吹气）,柱出口,|高电极,石英喷嘴,Rb2SO4 铷珠,收集极,到数据处理器,电源控制器,当白金卷上附着的硫酸铷盐被电流加热，在硫酸铷盐形成等离子气体，产生的活性铷离子与-CN 及-PO2(有机磷化合物的氧化产生)反应生成离子。,CN-+Rb+,当离子被收集极收集生成电流,CN+Rb*,PO2-+Rb+,PO2+Rb*,0,49,ECD(电子捕获检测器),有对电负性 强的化合物(有机卤素混合,有机金属化合物、和二酮)具有高选择性和高的敏感的检测器因为检测器中有放射性同位元素，必需向
21、科学和技术的相关部门申报在安装的情况主要应用于环境分析有机氯农药残留废水中挥发性有机氯化物环境中有机汞,0,50,ECD(电子捕获检测器),柱出口,补充气（尾吹气）,收集极,排气口,63Ni 放射源10mCi,到数据处理器,氮气做为载气或补充气(尾吹气)被从 63Ni 被发出的射线电离。,N2,N2+e-,射线,当电子被收集极收集产生电流（背景电流）,如果电负性化合物进入那么,PCB-,PCB+e-,PCB-捕获大量电子,电流减少,0,51,对磷(P)化合物/硫(S)化合物/有机的锡(Sn)的高选择性和高的敏感的检测器高选择性检测元素在氢火焰中发出的特征光。主要应用有机磷农药分析恶臭硫化物分析
22、/食用香精分析水产品中有机锡分析,FPD(火焰光度检测器),0,52,FPD(火焰光度检测器),空气,氢气(+补充气（尾吹气）),柱出口,到数据处理器,石英套筒,光电倍增管,滤光片,只有特定波长的光才能通过滤光片S(蓝色)-394nmP(黄色)-526nmSn(橙色)-610nm,硫合化物、磷化合物及有机锡化合物在燃烧时,发特定波长的光。滤光片仅让特定波长的光通过，到达光电倍增管。光电倍增管将光线转化成电信号。,0,53,对叔胺和聚芳烃 化合物有高选择性和高敏感度的检测器(可检测几百fgs三甲基胺)Main examples of application Trialkylamine(Offen
23、sive odor analysis)药物分析|申请的主要用于 Trialkylamine(攻势气味分析)制药的分析在废气中的聚芳烃分析,SID(表面离子化检测器),0,54,空气,补充气（尾吹气）,柱出口,高压极,石英喷嘴,发射极(白金线圈),|收集极,到数据处理器,电源控制器,电流使发射极加热它到 400-700 在发射极表面上热分解产生的各种不同的碎片，化合键能低的碎片被离子化。,离子被收集极收集产生电流,SID(表面离子化检测器),0,55,样品注入方法,0,56,气体样品:0.2-1 毫升 液体的样品:1-2 uL注入太多样品-造成峰形变差及进样口污染,注入GC 的样品体积,各种不同
24、溶剂的汽化体积(在进样口 250 及 140kPa 的情况下）,0,57,1,2,3,uL,0,1,2,3,uL,0,样品定量后将针直接插入进样口.,在按下针杆前（进样），针尖里的样品已经汽化进入柱子-峰可能变宽或裂开.,进样口(高温),液体样品进样方法,0,58,在液体样品的定量后吸点空气。,进样口(高温),样品溶液,空气,针头部分没有样品在推针杆之前样品不会汽化。,液体样品进样方法,0,59,因为针尖部分被加热，样品中低沸点的化合物会更多汽化进入柱子。-进入仪器柱中样品的成份的比例将会改变,进样口(高温),就在注入之后,歧视(蒸馏现象),歧视,0,60,溶剂的闪蒸注入方法,吸入样品前吸溶剂
25、和适当体积的空气进入注射器,而且调整针杆到刻度。,进样口,溶剂,空气,注射1 uL样品进入 GC。溶剂留在针尖部分。,1,2,3,uL,0,样品溶液,1,2,3,uL,0,吸入 uL样品,空气,1,2,3,uL,0,防止进样误差测试时使用同一个注射器，样品进样体积可保持一致。因为是(样品+少量溶剂)的方式进样,峰面积(包括溶剂)会变化。定量时必需使用标准曲线。标准样品的抽取时需要使用与样品一样的方式，操作较麻烦。,吸空气进入针部分,0,61,各种不同的定量分析方法,0,62,定量的分析方法(1)-面积百分比方法(面积归一法)-,不需要标准样品。样品中的所有组份必需被检出。所有成份的相对灵敏度必
26、需一样。-测量时需知道大致的浓度。（不能作精确的定量）,未知样品,成份 A,峰面积,1000,2000,500,1000,面积之和:4500,+,+,=,+,成份 A 的浓度是,0,63,定量分析方法(2)校正面积百分比法(校正面积归一法),标准样品中所有的成份的浓度必需已知。样品的所有的成份必需被检出。每个成份的浓度都要被相对灵敏度修正。-主要用于高压钢瓶中气体或石油样品等的分析,标准样品(各成份等量混合),峰面积,1000,1500,1000,500,+,+,+,成份 A 的浓度是,未知样品,成份 A,峰面积,1000,2000,500,1000,相对灵敏度修正以后的面积总和:2417,+
27、,+,=,+,相对灵敏度,2,3,2,1,:,:,:,相对灵敏度,2,3,2,1,0,64,定量分析方法(3)-绝对校准曲线方法(外标法)-,已知浓度的标准样品是必需的。如果至少目标成份被检出,定量可能的。-分析比较简单进样量的错误会直接引起结果的错误,标准样品 1 ul(成份 A 100 ppm),成份 A,未知样品 1 uL,成份 A,峰面积：700,峰面积：1000,100,浓度(ppm),1000,峰面积,700,70,成份 A 的浓度是70ppm,0,65,定量分析方法(4)-内标法-,已知浓度的标准样品(目标成份+内标)是必需的。如果要定量至少目标成份和内标必需被检出进样量的错误也
28、能被改正。-是定量最准确的分析方法。在未知样品中内标物的量应该添加准确。,未知样品+内标:100ppm 1 uL,成份 A,1,浓度比,1.2,峰面积比,0.7,0.58,标准样品 1 L成份 A:100ppm 内标:100ppm,成份 A,峰面积,1200,1000,峰面积比,1.2,内标：IS,内标：IS,峰面积,700,1000,峰面积比,0.7,在未知的样品中成份 A 的浓度内标浓度:100ppm 浓度比:0.58=58ppm,0,66,Internal Standard|内标,内标物所必需的特性 内标峰必需和样品中的其它所有物质的峰能够完全分开。内标物应该在目标峰附近出峰。内标物应该与目标成份的化学性质相似。(同系物等是比较理想的)内标物化学性质应该的稳定的。,在内标法中,“选择内标物质的相当重要的-而且的困难的,
