GC条件优化解析课件.ppt

1、GC分析条件的优化色谱基本理论 塔板理论 速率理论 分配系数K和分配比k 分离度 基本色谱保留式色谱的热力学理论-塔板理论理论塔板数N=5.545(tR/WH/2)=L/HETPHH/2WH/2开始tR理论塔板数（）理论塔板高度（）理论塔板数N 表示柱效的参数 N越大，柱效越高 理论塔板高度(HETP)表示柱效的参数（与柱长无关）H越小，柱效越高色谱的动力学理论速率理论 方程A：涡流扩散项（多途径造成）B：纵向扩散项C:传质阻力项 u：载气线速度Van Deemter方程式填充柱填充柱毛细柱毛细柱分配系数K和分配比k分配系数K和分配比k分配系数是指在一定温度和压力下，组分在固定相和流动相之间分

2、配达平衡时的浓度之比值，即 分配系数K和分配比k分配比又称容量因子，它是指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，分配在固定相和流动相中的质量比。即 msnn量组分在流动相中物质的量组分在固定相中物质的k值不仅随柱温、柱压变化而变化，而且还与流动相及固定相的体积有关。分配系数K和分配比k选择因子对A、B两组分的选择因子，用下式表示 两组分的K或k值相差越大，则分离得越好。分离度 分离度R又叫分辨率，定义为相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽总和之半的比值，即2121)(2)(211212wwttwwttRrrrr分离度R值越大，表明相邻两组分分离越好。当R1时，两峰有部分重叠；当

3、R1时，分离程度可达98；当R1.5时，分离程度可达99.7。通常用R=1.5作为相邻两组分已完全分离的标志。分离度下图表示了不同分离度时色谱峰分离的程度基本色谱分离方程式基本色谱分离方程式 基本色谱分离方程式影响分离度的因素分离度与柱效的关系分离度与选择因子的关系分离度与容量因子的关系基本色谱分离方程式分离度与柱效的关系由分离方程式看出，对于一定理论板高的柱子，分离度的平方与柱长成正比，即2121221)(LLnnRR用较长的柱可以提高分离度，但延长了分析时间。基本色谱分离方程式分离度与选择因子的关系 大，选择性好。一般通过改变固定相和流动相的性质和组成或降低柱温，可有效增大值。基本色谱分离

4、方程式分离度与容量因子的关系一般取k为210,对于GC，可选择合适的k值，以改进分离度。色谱柱的介绍色谱柱的类型填充柱柱材：不锈钢，玻璃内径：2.6-3mm长度：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。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 色谱柱的类型毛细柱主要类型Porous Layer Open TubularWall Coated Open TubularPacked Capillary多孔层开口柱多孔层开口柱

5、管壁涂渍开口柱管壁涂渍开口柱毛细管柱管材熔融石英 合成高纯石英外表面涂覆聚酰亚胺内表面经化学处理不锈钢用于高温分析最不易断裂内表面经特殊处理固定相大多数固定相为聚合物 聚甲基硅氧烷（Polysiloxanes,silicones）聚乙二醇（Polyethylene glycols,PEG）固定相聚甲基硅氧烷CH3CH2CH2CH2CNCH2CH2CF3R=methylcyanopropyltrifluoropropylphenylsiloxanebackboneO Si O Si ORRRR固定相聚乙二醇HO CH2CH2O Hn“WAX”or“FFAP”类固定液例如：DB-WAX,DB-FF

6、AP温度稳定性比聚硅氧烷类差，最高使用温度低于聚硅氧烷类固定液固定相“ms”或低流失柱苯基基团键合入硅氧烷聚合物主链DB-5msRtx-5msBPX-5e.g.Si O SiRRRRSi O SiRRRR温度稳定性更好固定液流失021868101214164202224100 C270 C300 C300 C for 12 minBleed常用固定相Phase compositionJ&WSGERestek100%dimethyl polysiloxaneDB-1BP-1Rtx-195%dimethyl-5%diphenyl polysiloxaneDB-5BP-5Rtx-5Polyethyl

7、ene glycol(PEG)DB-WaxBP-20Stabilwax50%dimethyl-50%diphenyl polysiloxaneDB-17BP-17Rtx-176%cyanopropylphenyl-94%dimethyl polysiloxaneDB-624BP-624Rtx-624色谱柱的选择固定液极性的选择（按相似相溶原则）非极性固定液-有按沸点顺序溶出倾向极性固定液-沸点相同时，按极性由小到大的顺序溶出固定液的浓度或毛细管柱的膜厚对低沸点化合物 高浓度（10%30%)高膜厚(15m)对高沸点化合物 低浓度（1%5%)低膜厚(0.250.5m)几种代表性固定液的极性(Mc

8、Reynolds 常数)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名称I BenzeneI Benzene 名称 I BenzeneI Benzene内径对毛细柱分离的影响0.22mm x 25m膜厚对毛细柱分离的影响CBP1-W25-100膜厚 1umCBP1-W25-500膜厚 5um毛细柱的内径、膜厚及柱容量内径膜厚柱容量毛细管柱流量设定

9、内径载气流入载气流入 MS大流量 真空度差柱内径柱内径 流量流量 0.25mm 1-2ml/min 0.32mm 2-4ml/min 0.53mm 10-15ml/min 各公司常用毛细柱商品名及固定液对照表固定相岛津J&WSGE信和化工FrontierLABRESTECSUPELCOCHROMPACK聚甲基硅氧烷OV-1CBP1DB-1BP-1HR-1Rtx-1SPB-1CP Sil 5 CB聚苯基甲基硅氧烷（5%苯基）SE-52CBP5DB-5BP-5HR-52Rtx-1,MXT-5SPB-1,PTE-5SAC-5CP Sil 8 CB聚苯基甲基硅氧烷（20%苯基）OV-7Rtx-20聚苯

10、基甲基硅氧烷（50%苯基）OV-17,DB-17DB-17thRtx-50SP-22506%腈乙基甲基硅酮Rtx-1301OVI-G4314%腈乙基甲基硅酮OV-1701CBP10DB-1701BP-10HR-10Rtx-1701SPB-1701CP Sil 19 CB50%三氟丙基甲基硅氧烷OV-210DB-210Rtx-200CP Sil 43 CB50%腈乙苯基甲基硅酮DB-225HR-225Rtx-22550%腈乙基甲基硅酮DB-23聚乙二醇（硝苯二酸修饰）FFAPDB-FFAPStabilwax-DANukolCP Wax 58 CB,FFAP-CB聚乙二醇PEG-20MCBP20D

11、B-WAXBP-20HR-20MALLOY-CWStabilwaxSupecolwax-10Carbowax 20MCP Wax 52 CB,联苯基聚甲基硅氧烷（14%联苯基）DB-XLB聚苯基甲基硅氧烷（65%苯基）ALLOY-TRGRtx-65TAP-CB90%二丙腈基10%腈乙苯基甲基硅酮Rtx-2330SP-2380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

12、否需要老化以及老化时间。色谱柱分离效率评价色谱柱效率：峰尖评价：理论板高(HETP)、理论塔板数(N)对策：将Van Deemter 各因素优化选择性：峰的分离度评价：分离因子或分离度对策：选择极性相当的固定相峰的对称性：吸附现象评价：拖尾因子对策：色谱柱进一步老化 分析方法 计算方法方法的建立分析方法（仪器参数）分析参数选择分析系统:进样方式、色谱柱等GC参数:载气流量、分流比、温度条件等进样口、色谱柱、检测器的温度设定进样口温度考虑样品中各组分的沸点，设定温度使样品瞬间汽化。色谱柱温度考虑样品中各组分的沸点，及希望的分析周期，宽沸程样品应使用程序升温。检测器温度防止检测器污染，一般比色谱柱

13、温度高20-30。DET.TINJ.TCOL.T+20恒温分析和升温分析的比较恒温分析升温分析沸程窄时采用恒温分析恒温分析时，保留时间和碳数程指数关系C8C9C10C11C8C9C10 C11沸程宽时采用升温分析升温分析时，碳数和保留时间程比例关系基线调整困难，应确认空白是否有鬼峰出现。GC载气控制方式载气控制方式恒压力恒压力恒线速恒线速各種内径毛细管柱各種内径毛细管柱理论塔板数与载气线速度理论塔板数与载气线速度之间的之间的関係関係0.10.1mmImmI.D.D.，dfdf=0.1m=0.1m，k=3.5k=3.50.250.25mmImmI.D.D.，dfdf=0.25m=0.25m，k=

14、4.3k=4.30.320.32mmImmI.D.D.，dfdf=0.5m=0.5m，k=5.2k=5.20.530.53mmImmI.D.D.，dfdf=1.0m=1.0m，k=5.9k=5.93 3mmImmI.D.D.填充柱填充柱理理论论塔板数塔板数 expexp100020003000400050006000010203040载载气气线线速度速度 HeHe，cm/seccm/secHETP曲線曲線（Rtx-1，30m，0.25mmi.d.，0.25m）线线速度（速度（cm/seccm/sec）柱箱 130，样品 n-C15H320.00.0200.0200.0400.0400.0600

15、.0600.0800.0800.01000.01000.01200.01200.01400.01400.00 01010202030304040505060607070HETP(HETP(m)m)HeHeN N2 2H H2 2柱箱柱箱 130 130，样品，样品 n-Cn-C1515H H32 32，k=7.6k=7.6GC/MS 只用只用 He 采用恒线速度方式,通常能得到最高的柱分離効率。0.25 0.25mmIDmmID x 30m,x 30m,dfdf=0.25m=0.25mHeHe:150kPa,2.32mL/min,45.1cm/sec150kPa,2.32mL/min,45.1

16、cm/sec柱温平均线速度不同载气控制方式分離的区别恒圧控制方式恒圧控制方式恒线速度控制方式恒线速度控制方式恒线速度控制方式 GC 和 GC/MS 的保留时间一致毛细管柱t0P进P出毛细管柱P进P出t1MSFID大气压真空入口压力相同入口压力相同,线速度在线速度在 MS MS 检测器侧快检测器侧快保留时间短保留时间短。采用恒线速度方式GC和GC/MS的保留时间保持一致。FIDMS采用恒线速度方式 FID 和 MS 检测器的 RT 相同！1.GC分离条件的优化 2.MS参数的选择离子源温度接口温度检测器电压扫描速度扫描范围微扫描溶剂切除时间MS参数的设定反应气的纯度：甲烷：99.95%异丁烷：9

17、9.9%氨气：99.9%MS参数的设定反应气的设置选择选择反应气反应气选择选择 NCI NCI 方式方式真空度不能超过110-2 paCI源反应气的压力：甲烷/氨气：100-300Kpa异丁烷：20-80KpaNCI源反应气的压力：甲烷/氨气：200-300Kpa异丁烷：40-80Kpa 反应气压力的设定NCI NCI 调谐调谐(1)(1)PFTBA PFTBA 谱谱NCI NCI 调谐调谐(2)(2)调谐调谐结果结果CI源：甲烷：I29/I170.2异丁烷：I57/431氨气:I35/I180.02NCI源：I633/I4520.3计算方法（数据处理参数）峰处理参数（WIDTH,SLOPE,

18、DRIFT,T.DBL等）定量参数定量方法：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：线性回归、折线、二次曲线、三次曲线定性参数：保留时间、时间窗、时间带峰处理参数去除高频噪声(电磁干扰）WH/2WIDTH/4控制数据采集速度，WIDTH/10采一次数据控制S.TEST时间，斜率测试时间为 10WIDTHWIDTH：设为最窄峰的半高宽，单位：秒推荐值：填充柱 5 毛细柱 23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

19、信号的总和，用于：峰处理参数SLOPE值的手动设定 单位：uv/minSLOPESLOPESLOPESLOPE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：判断相邻峰的积分方式注：1）设定值为0时，积分仪将自动判断 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DRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFTT.DBL2 x T.DBL4 x T.DBLWIDTHSLOPE2WIDTHSLOPE/24WIDTHSLOPE/48WIDTHSLOPE/8峰处理参数设定值为0时，自动判断

20、；不使用时可设为1000T.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定性参数保留时间允许误差：时间窗(WINDOW)，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(BAND)，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、多参考保留值定量参数校正级别（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

21、实际样品中各组分的浓度多级校正有几种方式 1.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 2.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法（一）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。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：1.1.样品中所有组分都出峰；2.2.所有峰面积计算必须准确。面积归一化法公式：%10

22、0%AiAiCi优点：1）无需做校正，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。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%100)(%AiFiAiFiCi3.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。定量方法（二）外标法公式：iFiFAiCi21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：ISISCiFiFAAiCi)(21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）选择内标物困难内标物的选择内标物的峰与试样中的所有成分的峰完全分离。内标物的峰与目标成分的峰保留时间不应差太远。内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。