气相色谱实验讲义课件.ppt
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- 色谱 实验 讲义 课件
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1、气相色谱实验讲义气相色谱实验讲义什么是色谱什么是色谱?l分配系数(分配系数(K)l在一定温度下,组分在两相之间分配达到平衡时的浓度比。smCKC组分在固定相中的浓度组分在流动相中浓度l气相色谱法是以气体为流动相,以液体或固体为固定相的色谱方法。气-液色谱(GLC)和气-固色谱(GSC)l气相色谱法主要利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。气相色谱法(气相色谱法(GC)的特点)的特点 l高选择性分离分析性质极为相近的物质。l高效可在较短的时间内同时分离分析极其复杂的混合物。l高灵敏度可以检测10-1110-13g物质。检测浓度可达到ppt级。l分析速度快一般分析只要100101
2、min,某些快速分析,1秒可以分析十几个组分。l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。过程工程学报,2002,2(2):122-126气相色谱法(气相色谱法(GC)的特点)的特点l不足之处:不足之处:不适用于高沸点、难挥发、热不稳定物质的分析。被分离组分的定性较为困难。GC的应用范围的应用范围l生物化学分析:脂肪酸和脂肪胺l石油化工分析:用200 m的毛细管一次可以分析200个化合物l环境分析:如水中有机物分析l食品分析:如粮食中残留农药的分析、白酒分析l药物临床分析:氨基酸、兴奋剂的分析l军工分析:如火药、炸药分析等气相色谱组成气相色谱组成气路系统气路系统分离系统分离系统
3、进样系统进样系统分析系统分析系统检测器检测器+控制系统控制系统气相色谱结构流程气相色谱结构流程1-载气钢瓶;载气钢瓶;2-减压阀;减压阀;3-净化干燥管;净化干燥管;4-针形阀;针形阀;5-流量计流量计;6-压力表;压力表;7-进样口;进样口;8-色谱柱色谱柱;9-检测检测器;器;10-放大器;放大器;11-温度温度控制器;控制器;12-记录仪或工记录仪或工作站作站载气系统载气系统进样系统进样系统色谱柱色谱柱检测系统检测系统温控系统温控系统气相色谱分离过程气相色谱分离过程l待测样品在高温的气化室气化后在惰性气体的带动下进入色谱柱,色谱柱内含有液体或固体固定相,每种组分都倾向于在流动相和固定相之
4、间形成分配或吸附平衡。但由于载气是流动的,这种平衡实际上很难建立。由于载气的流动,使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附、解吸。结果是在载气中分配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色谱柱,进入检测器。l检测器通过不同的反应机理将样品的浓度信号转换为电信号,并将电信号放大后传送给记录仪或色谱工作站,就是色谱图。l如果没有样品流出时,此时记录的信息是检测器的本底信号,即色谱图的基线。GC色谱图色谱图影响分离的因素影响分离的因素l色谱柱的选择柱长和柱径固定液的极性载体的选择l色谱柱的温度l载气的流速l进样时间和进样量载气种类的选择载气种类的选择l载气种类的选择应考虑三个
5、方面:载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质。l 载气摩尔质量大,可抑制试样的纵向扩散,提高柱效。载气流速较大时,传质阻力项起主要作用,采用较小摩尔质量的载气(如H2,He),可减小传质阻力,提高柱效。l 热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高检测灵敏度。在氢焰检测器中,氮气仍是首选目标。l 在载气选择时,还应综合考虑载气的安全性、经济性及来源是否广泛等因素。气体种类气体种类GC检测器检测器l把柱后流出的组分信号转变为可测量的信号把柱后流出的组分信号转变为可测量的信号(一般是电信号)(一般是电信号)l性能:性能:灵敏度灵敏度检测限检测限GC检测器检测器l热导检测器(TCD)l氢火焰离子
6、化检测器(FID)l电子捕获检测器(ECD)l 火焰光度检测器(FPD)l热离子检测器(TID)l光离子化检测器(PID)l检测器一般都要求灵敏度高、检测限低、死体积小、响应快、线性范围宽、稳定性好。检测器 响应特性敏感度,g/s 响应时间,s最小检测量,g TCD浓度型10-6-10-10g/ml 110-6 FID质量型210-12 0.1 510-13 ECD浓度型10-14g/ml 110-14 FPDP,质量;S,浓度平方P:10-12;S:10-11 0.1 10-10 TID质量型N:10-3;P:10-14 110-13 PID质量型10-13 0.110-11检测器的分类检测
7、器的分类l微分型和积分型l浓度型和质量型l通用型和专用型l破坏型和非破坏型lTCD微分型、浓度型、通用型、非破坏型lFID微分型、质量型、通用型、破坏型热导检测器(热导检测器(TCD)lTCD是基于物质的热导系数热导系数而设计的检测器。用来测量气体热导的热导池一般是由热的良导体不锈钢制成。当流经热导池的气体的热导率发生变化时,热导池池体发生Q的热量变化,引起热敏元件T的温度变化,从而使热敏丝的阻值变化R,这种变化由惠斯顿电桥测定,最后反映出组分的浓度变化C。热导检测器的结构热导检测器的结构池体(一般用不锈钢制成)、热敏元件(钨丝)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
8、带被分离组分的载气流过,则连接在紧靠近分离柱出口处。影响影响TCD灵敏度的因素灵敏度的因素 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 I 3,但稳定性下降,基线不稳。桥路电流太高,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。影响影响TCD灵敏度的因素灵敏度的因素l载气种类:载气与试样的热导系数相差越大,在检测器两臂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
9、度进一步提高。氦气也具有较大的热导系数,但价格较高。氢火焰离子化检测器(氢火焰离子化检测器(FID)l 1958年,JHarley首先发展了这种检测器,它是GC中最常用的一种,特别适于毛细管适于毛细管GC。它有很多优点,比如通用性强,几乎对所有的样品都有响应,而对水、空气、惰性气体、不电离的物质则几乎没有响应;灵敏度高,线性范围宽,响应速度快。l不能用氢火焰离子化检测器检测的物质有:H2、He、O2、N2、Ar、Xe、NO、NO2、N2O、NH3、CS2、COS、H2S、CO、CO2、H2O、HCHO、HCOOH、SiCl2、SiHCl3、SiF4等。氢火焰离子化检测器(氢火焰离子化检测器(F
10、ID)l典型的质量型检测器;l对有机化合物具有很高的灵敏度;l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;l氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速等特点;l比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级,检测下限可达10-12g/g。(1)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。(2)氢焰检测器需要用到三种气体:载气:N2,携带试样组分;燃气:H2;助燃气:空气。使用时需要调整三者的比例关系,检测器灵敏度达到最佳。氢火焰离子化检测器(氢火焰离子化检测器(FID)FID的原理的原理(1)当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时,在C层
11、发生裂解反应产生自由基:CnHm CH(2)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+e(3)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+H2O H3O+COA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FID的原理的原理l(4)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);l(5)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。l(6)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。l
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