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1、,岛津公司,分析仪器公司,GC（GAS CHROMATOGRAM） 学校基本课程,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,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的化合物
2、(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,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,Chromatography（色谱法） Method for Separation （分离的方法） Chromatograph（色谱仪） Instrument for
3、 Chromatography （色谱仪器） Chromatogram（色谱图） Data of Chromatography（色谱结果）,Chromato. . . ?（色谱是什么?）,色 谱CHROMATOGRAM,色 谱(Chromatogram),正常峰形是对称的正态分布曲线。,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,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
4、，峰形越尖锐,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,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,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?,？ | ？,？ | ？,？ | ？,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
5、品,成份 A,成份 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),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,GC 的结构,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,载气（Carrier Gas） 通常用氦气（He）和氮气（N2） 。 (
6、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, Air FPD . H2, Air SID . Air,载气和检测器用气,载气控制方式,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
7、样品易分解时会设的低一些。,进样口和检测器的温度,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）,气相色谱柱,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
8、论塔板数一般都较大,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,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,OV-1 10% Chromosorb-W (AW-DMCS) 60/80 2m * 2.6mm I.D.,固定液的种类,固定
9、液的浓度,担体的类型,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,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,不同固定液的极性,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）,
10、高浓度 大约 20-25% (用于分析低沸点化合物),固定液的浓度,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）,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,60目的筛子 (相当于
11、英 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),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,玻璃柱 (硬玻璃) 它几乎可用于所有的分析。 惰性但易碎
12、,不锈钢柱 (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),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
13、of C12-C15 is poor.C12-C15 分离的比较差。,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,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。,
14、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,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,检 测 器,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 。,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 1
15、mL=1g1uL=1mg1nL=1ug,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),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
16、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 = 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,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
17、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)3PO4 (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
18、最小可检量 （MDQ),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: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,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
19、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),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 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,FID(火焰离子化检测器),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 +
20、 e-,氧化,2(O),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 主要应用于药物的分析, 有机氮/有机磷杀虫剂分析,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
21、被收集极收集生成电流,CN + Rb*,PO2- + Rb+,PO2 + Rb*,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,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）,
22、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,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 / 食用香精分析 水产品中有机锡分析,FPD(火焰光度检测器),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
23、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。,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 (Offensive 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),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
24、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),样品注入方法,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,各种不同溶剂的汽化体积(在进样口 250 及 140kPa 的情况下）,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,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
25、样品不会汽化。,液体样品进样方法,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,溶剂的闪蒸注入方法,吸入样品前吸溶剂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
26、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,各种不同的定量分析方法,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,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
27、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,+,+,=,+,相对灵敏度,2,3,2,1,:,:,:,相对灵敏度,2,3,2,1,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
28、：1000,100,浓度 (ppm),1000,峰面积,700,70,成份 A 的浓度是70ppm,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,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,