气相色谱法分析与应用课件.pptx

1、气相色谱法分析气相色谱法分析主要内容色谱分析概述色谱分析概述气相色谱原理气相色谱原理气相色谱构造气相色谱构造 GC应用应用2一一.色谱分析概述色谱分析概述 . .起源起源：色谱分析法是一种分离技术.它是由俄国物理学家茨维特(Tswett)在1906年创立的,他在研究植物叶中的色素时,先用石油醚浸提植物中的色素,然后将浸提液注入到一根填充CaCO3的直立玻璃管的顶端(图a),再加入纯石油醚进行淋洗,淋洗结果使玻璃管内植物色素被分离成具有不同颜色的谱带(图b),他把这种分离方法称为色谱法;玻璃管称为色谱柱;管内填充物(CaCO3)是固定不动的,称为固定相;淋洗剂(石油醚)是携带混合物流过固定相的流

2、体,称为流动相.32.2.原理原理 混合物中各组分在两相间进行分配,其中一相是不动的(固定相),另一相(流动相)携带混合物流过此固定相,与固定相发生作用,在同一推动力下,不同组分在固定相中滞留的时间不同,依次从固定相中流出,又称色层法,层析法。4超临界流体色谱（超临界流体色谱（SFC）气相色谱（气相色谱（GC）气固色谱（气固色谱（GSC）气液色谱（气液色谱（GLC）液相色谱（液相色谱（LC）液固色谱（液固色谱（LSC）液液色谱（液液色谱（LLC）按两按两相物相物理状理状态分态分3. 3. 色谱法分类色谱法分类二二.气相色谱介绍气相色谱介绍 2.1 定义：定义： 气相色谱（gas chromat

3、ography 简称GC）定义：以气体为流动相的色谱法。61941, British scientists, A.J.P. Martin and R.L.M. Synge (Biochem. J., 1941, 35, 1358) * Liquid-liquid partition chromatography * A theoretical framework for the basic chromatographic process * A predication, “ a gas might be used instead of a liquid in chromatography”19

4、52, A.T. James and A.J.P. Martin Gas-liquid chromatography, Biochem. J., 1952, 50, 679 (volatile fatty acids) 2.2 2.2 原理：原理： GC主要是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离，其过程如下图所示：气相色谱流程图气相色谱流程图DetectorCarrier gas sourceFlow or pressurecontrollerInjection valveand gasifyingColumnData station (Recorder)WGas purif

5、ier 待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体（即载气，也叫流动相）带入色谱柱，柱内含有液体或固体固定相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡，在载气中浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的组分后流出。组分流出色谱柱后，立即进入检测器。检测器能够将样品组分转变为电信号，而电信号的大小与被测组分的量或浓度成正比。当将这些信号放大并记录下来时，就是气相色谱图。8峰峰基基线线样样品注入品注入的的时间时间保留保留时间时间4.014 min5.180 min色色 谱谱 图图(Chromatogram)正常正常峰形峰形是是对对称的称的正

6、正态态分布曲分布曲线线。 。 2.3 GC分类：分类： (1)按固定相分类 气-固 （GSC） 气-液 （GLC） (2)按分离机理分类 吸附色谱法 分配色谱法 (3)按柱类型分类 填充柱 毛细管柱 26 mm L 24 m 0.10.5 mm L 10100 m2.3.1 气-液色谱原理原理： 各溶质在气相（流动相）和液相（固定相）间分配系数不同达到分离固定相固定相： 涂渍在惰性多孔固体基质（载体或担体）上的液体物质，常称固定液。 11 常用的固定液： 聚甲基硅氧烷(非极性)、聚乙二醇(强极性)、含5或20苯基的聚甲基硅氧烷(非极性/中等极性)、含氰基和苯基的聚甲基硅氧烷(中极性)、50三氟

7、丙基聚硅氧烷(高极性) 基质基质： 常用无机载体：硅藻土、玻璃粉末或微球、金属粉末或微球、金属化合物 常用有机载体：聚四氟乙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯122.3.2 气-固色谱原理：原理：气-固色谱的固定相是固体吸附剂，分离是基于样品分子在固定相表面的吸附能力的差异而实现的。固体吸附剂：固体吸附剂：碳质吸附剂（活性炭、石墨化碳黑、碳分子筛）、氧化铝、硅胶、无机分子筛和高分子小球。应用：应用：气-固色谱不如气-液色谱应用广泛，主要用于永久性气体和低沸点烃类的分析，在石油化工领域应用很普遍。132.4 气相色谱仪的基本部件气相色谱仪的基本部件气相色谱仪由五大系统组成：气路系统、进样系统、分离系统、

8、控温系统以及检测和记录系统。检测器检测器进样器进样器色谱柱色谱柱GAS 气源气源柱温箱柱温箱数据处理数据处理142.4.1 气路系统气路系统 气路系统是指流动相-载气连续运行的密闭系统,它包括气源钢瓶、净化器、气体流速控制和测量装置。通过该系统，可以获得纯净的、流速稳定的载气。 常用的载气：氮气、氢气、氦气及氩气。 载气的净化：经过装有活性炭、分子筛或硅胶的净化器，以除去载气中的水、氧、油等不利的杂质。 152.4.2 进样系统进样系统组成：进样系统包括进样装置和汽化室两部分。作用：是将液体或固体试样，在进入色谱柱之前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中。注意事项：进样的多少，进样时间的长短

9、，试样的气化速度等会影响色谱的分离效果和分析结果的准确性和重现性。16进样器进样器 液体样品的进样一般采用微量注射器。 气体样品的进样常用色谱仪本身配置的推拉式六通阀或旋转式六通阀定量进样,也可采用气密性针进样(手动进样)1718Agilent 7890 GC 分流无分流进样分流无分流进样口口载气载气注射器针头注射器针头衬管衬管色谱柱色谱柱分流出口分流出口进样口外壁进样口外壁- - 进样方式与进样过程进样方式与进样过程Agilent 7890 GC 分流无分流进样分流无分流进样口口= 液态样品分子液态样品分子分流出口分流出口总流量总流量色谱柱色谱柱= 载气载气放空阀放空阀1）. 进样进样= 载

10、气载气= 样品分子样品分子= 溶剂分子溶剂分子分流出口分流出口总流量总流量色谱柱色谱柱(隔垫隔垫)吹扫出口吹扫出口放空阀放空阀(隔垫隔垫)吹扫出口吹扫出口2）. 样品气化样品气化- - 进样方式与进样过程进样方式与进样过程- - 进样方式与进样过程进样方式与进样过程Agilent 7890 GC 分流无分流进样分流无分流进样口口= 载气载气= 样品分子样品分子= 溶剂分子溶剂分子分流出口分流出口总流量总流量色谱柱色谱柱(隔垫隔垫)吹扫出口吹扫出口放空阀放空阀为了保证分流比的概念真实有效，样品（溶剂+被分析物）必须与载气充分混合，形成一个均匀的混合物。这一混合物的一小部分将会从进样口的底部进入色

11、谱柱，而大部分的混合物则会从分流出口流出。 3）. 样品与载气的混合样品与载气的混合如果进样量过大，溶剂会膨胀为很大的体积，致使进样口衬管过载。其结果必将导致样品从吹扫出口流出而造成样品损失，同时也会造成载气输入管路的污染。分流出口分流出口总流量总流量色谱柱色谱柱放空阀放空阀(隔垫隔垫)吹扫出口吹扫出口 4）. 衬管过载衬管过载2.4.3 分离系统：分离系统： 分离系统是指把混合样品中各组分分离的装置，它由色谱柱组成。 色谱柱的分类： 1)填充柱：由不锈钢、玻璃和聚四氟乙烯等材料制成，常用的为不锈钢柱，柱管内径为2-6mm，柱长1-5m。柱形有U型和螺旋型二种。 2)毛细管柱又叫空心柱，分为涂

12、壁、多孔层和涂载体空心柱。空心毛细管柱材质为玻璃或石英。内径一般为0.2-0.5mm，长度30-300m，呈螺旋型，在目前检测中应用最广的也是毛细管柱。21气相色谱柱气相色谱柱填料填料管管填充柱填充柱( (Packed ColumnPacked Column) )融熔石英融熔石英固定液固定液毛细管毛细管柱柱( (Capillary ColumnCapillary Column) ) l内径内径( (I.D.I.D.) )2-4 2-4 毫米毫米l长度长度 0.5-5 0.5-5 米米(2 (2 米最常用米最常用) )l填料填料 涂覆有涂覆有0.5-25%0.5-25%固定固定液液的担体的担体l

13、固定液固定液 理论塔板理论塔板数数一般都很小一般都很小l内径（内径（I.D.I.D.） 0.10.1，0.250.25，0.320.32，0.53 0.53 毫米毫米l长度长度 5-100 m5-100 m( (30 m30 m最常用最常用) )l材质材质融熔石英融熔石英l固定液固定液理论塔板理论塔板数数一般都较大一般都较大气相色谱气相色谱柱柱多孔层开口柱多孔层开口柱PLOTPLOT( (多孔高分子小球多孔高分子小球 / /氧氧化铝等化铝等) )管壁涂渍开口柱管壁涂渍开口柱 WCOTWCOT 或化学键或化学键合合填充填充柱柱毛细管柱毛细管柱硅藻土硅藻土( (担体担体) )固定液固定液不锈钢不锈

14、钢或玻璃或玻璃融融熔石英熔石英或不锈钢或不锈钢固定液固定液 与填充柱相比，毛细管柱的特点有： 分离效能高、分析速度快、样品用量少24 2.4.4 温控系统温控系统 温控系统是指对气相色谱的汽化室、色谱柱和检测器进行温度控制的装置，由于汽化室、色谱柱和检测器要求的适合温度各有不同，所以要求配有三种不同的温控装置，以便设定控制和测定各处的温度，为满足分析要求，除可以恒温外，还可采用程序升温。一般情况下，汽化室的温度比柱温高，以保证试样能瞬间汽化而不分解，而检测器温度是三者之间最高的，以防止样品在检测室冷凝。25 2.4.5 检测和记录系统检测和记录系统 检测记录系统是指从色谱柱流出的各个组分，经过

15、检测器把浓度（或质量）信号转换成电信号，并经放大器放大后由记录仪显示出最终获得分析结果的装置，它包括检测器、放大器和记录仪。26检测器分类：据检测原理的不同可分为浓度型检测器和质量型检测器两大类。 浓度型检测器常用：热导池检测器（TCD）、电子捕获检测器（ECD） 质量型检测器常见：氢火焰离子化检测器（FID）、火焰光度检测器（FPD）27Detectors | 检测器检测器最小可最小可检检量是量是标标准物准物质测质测定的，会随着分析的化合物不同而定的，会随着分析的化合物不同而变变化化 。 。检测器灵敏度比较检测器灵敏度比较MSDFPD(S)NPD (P)NPD (N) ECDFIDTCDAE

16、D10-3mg100%Sensitivity(SIM)(SCAN)10-6ug0.1%10-9ng1 ppm10-12pg1 ppb10-15fg1 ppt29氢火焰离子化检测器（氢火焰离子化检测器（FID）属于选择性检测器（只对碳氢化合物产生信号） 特点：（1)死体积小； （2)灵敏度高（比TCD高100-1000倍）； (3)稳定性好； (4)响应快； (5)线性范围宽； (6)适合于痕量有机物的分析。30三三. .药物中残留有机溶剂种类及限度药物中残留有机溶剂种类及限度 定义定义： 残留溶剂是指在原料或辅料的生产中，以及在溶剂制备过程中使用或产生而又未能完全去除的有机溶剂。服用后对人体有

17、毒性和致癌作用,近年来日益引起各方面的重视,在新药研究中要求越来越严格。31 种类：种类： 按照毒性大小和对环境的危害程度，根据国际协调大会（ICH）指导原则，中国药典（2015版）将溶剂分成四类： 第一类溶剂是指已知可以致癌并被强烈怀疑对人和环境有害的溶剂。 残留量必须控制在规定的范围内，如：苯（2ppm）、四氯化碳（4ppm）、1，2二氯乙烷（5ppm）、1，1二乙烷（8ppm）、1,1,1三氯乙烷（1500ppm）等。32 第二类溶剂是指无基因毒性但有动物致癌性的溶剂。 按每日用药10克计算的每日允许接触量如下：正己烷（290ppm）、乙腈（410ppm）、二氯甲烷（600ppm）、N，

18、N二甲基乙酰胺（1090ppm）、甲醇（3000ppm）等。 第三类溶剂是指对人体低毒的溶剂。 这类溶剂包括：二甲亚砜、异丙基苯、乙酸乙酯、甲酸乙酯等。 注意：在无需论证的情况下，残留溶剂的量不高于0.5是可接受的，但高于此值则须证明其合理性。 33 第四类溶剂是指目前尚无足够毒理学资料，但药品生产企业在使用中应提供该类溶剂在制剂中残留水平的合理性论证报告。 这类溶剂包括：石油醚、异辛烷、异丙醚、三氯醋酸等。 气相色谱法是中国药典对有机残留溶剂测定的法定检测方法,也是检测有机溶剂的最常用、最适用的方法之一。34气相色谱分析在制药行业的应用气相色谱分析在制药行业的应用 1.气相色谱法同时检测制药企业废气中丙酮、乙酸乙酯、异丙 醇、苯、甲苯、乙酸丁酯和正丁醇等7种特征VOCs(挥发性有机物)的分析。 2.生物新药ADC中药物小分子中有机溶剂残留分析。 3.中药材残留农药的检测，新药典完善了原有的气相色谱法(气相色谱仪)，将农药残留检测种类由原来的只能检测9种增加到可以检测22种。 4.2015年版中国药典中对二氧化硫残留量的检测增加离子色谱法(离子色谱仪)和气相色谱法(气相色谱仪)，进一步提高二氧化硫检测的灵敏度等等。35