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1、气相色谱的构成气相色谱的构成l1.检测系统l2.进样系统l3.分离系统l4.温度控制系统l5.气路系统l6.数据处理系统上一页返回目录第二章第二章气相色谱检测器检测器发展历史检测器发展历史l气相色谱检测器是把载气里被分离的各组分的浓度或质量转换成电信号的装置。l1952年，James 和Martin提出气液色谱法，同时也发明了第一个气相色谱检测器（为一接在填充柱出口的滴定装置），随后又发明了密度天平。l1954年，Ray 提出热导检测器TCD。l1957年，Mcwillian和 Harley同时发明了氢火焰离子化检测器FID上一页返回目录检测器发展历史检测器发展历史l1960年，Loveloc
2、k 提出了电子俘获检测器ECDl1966年，Brody发明了火焰光度检测器FPDl1974年，Klob 和Bischoff 提出了电加热NPDl1976年，美国推出光电离检测器。l八十年代以后，传统检测器进一步发展，同时又发展了其它新的检测器。lCLD、FTIR、MSD、AED上一页返回目录常见检测器和缩写常见检测器和缩写lTCD-热导池检测器lFID-火焰离子化检测器lECD-电子俘获检测器lFPD-火焰光度检测器lPFPD-脉冲火焰光度检测器lNPD-氮磷检测器上一页返回目录lPID-光电离监测器lMSD-质谱检测器lIRD-红外光谱检测器（FTIR）lHID-氩电离监测器lAID-改性氩
3、电离监测器lAED-原子发射检测器检测器分类检测器分类l根据样品是否被破坏 破坏性检测器：FID、NPD、FPD、MSD、AED 非破坏性检测器：TCD、PID、ECD、IRDl根据相应值与时间的关系 积分型检测器、微分型检测器l根据对被检测物质响应情况的不同通用型检测器：TCD、FID、PID选择性检测器：FPD、ECD、NPD上一页返回目录检测器分类检测器分类l根据检测原理的不同 （l）浓度型检测器 测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。如热导检测器和电子捕获检测器。（2）质量型检测器 测量的是载气中某组分单位时间内进入检测器的含量变化，即检测器的响应值和
4、单位时间内进入检测器某组分的量成正比。如火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。l凡非破坏性检测器，均为浓度性检测器。上一页返回目录检测器的要求检测器的要求-基本技术指标基本技术指标l 一个理想的检测器能瞬间真实地反映柱后载气中组分的存在及量的变化 1、基线是稳定而无波动的。2、灵敏度好、检测限低。3、通用性和选择性适宜。4、检测器峰展宽小、不会造成峰形失真。5、定量准确，线性范围宽。上一页返回目录检测器的性能指标检测器的性能指标l灵敏度、检出限、响应速度、线性范围、稳定性、选灵敏度、检出限、响应速度、线性范围、稳定性、选择性择性。l噪声和漂移的概念 噪声：由于各种原因引起的基线波动，称基线噪声。
5、噪声分为短期噪声和长期噪声两类。漂移：基线随时间单方向的缓慢变化，称基线漂移。上一页返回目录噪声和漂移噪声和漂移上一页返回目录噪声和漂移的来源噪声和漂移的来源l噪声：检测器和数据处理系统内的机械或电噪声、检测器加热通气点火加电等造成的操作噪声、到达检测器的载气纯度不够造成的噪声。l漂移：主要由于色谱仪中某些单元未进入稳定状态造成，如载气流量、汽化室色谱柱检测器温度、柱胶垫流失等。漂移一般都可以控制和改善。上一页返回目录灵敏度和检出限灵敏度和检出限l从两个角度衡量检测器的敏感程度.l灵敏度：是指通过检测器物质的量变化时，该物质响应值的变化率。l检测限：产生两倍噪音信号时，单位体积的载气在单位时间
6、内进入检测器的组分量l灵敏度和检测限是从两个不同角度表示检测器对物质敏感程度的指标。灵敏度越大、检测限越小，检测器性能越好。上一页返回目录最小检测量最小检测量l在实际工作中，检测器不可能单独使用，它总是与柱、气化室、记录器及连接管道等组成一个色谱体系。l最小检测量指产生二倍噪声峰高时，色谱体系（即色谱仪）所需的进样量。l最小检测量与检出限是两个不同的概念。检出限只用来衡量检测器的性能,而最小检测量不仅与检测器性能有关，还与色谱柱效及操作条件有关。上一页返回目录相对响应值相对响应值l相对响应值是衡量一个检测器性能的重要指标，在数值上，它等于该组分相对校正因子的倒数，是某物质与标准物质的灵敏度之商
7、。相对响应值是衡量一个检测器性能的重要指标，各常见物质在通用检测器上的相对响应值都可以查到。l目标组分与干扰组分灵敏度的比值称为检测器的选择性（selectivity），用SEL表示。SEL=S1/S2。式中S1为目标组分的灵敏度，S2为干扰组分的灵敏度。在石油化工领域，通常以目标组分对碳的相对质量信号计算。上一页返回目录线性范围线性范围l检测器的线性范围定义为在检测器呈线性时最大和最小进样量之比，或叫最大允许进样量（浓度）与最小检测量（浓度）之比。l不同类型检测器的线性范围差别也很大。如氢焰检测器的线性范围可达107，热导检测器则在104左右。l由于线性范围很宽，在绘制检测器线性范围图时一般
8、采用双对数坐标纸。上一页返回目录线性范围线性范围l右图为某检测器对两种组分的RCi图。R为检测器响应值，Ci为进样浓度。对于组分A进样浓度在CA。至CA之间为线性，线性范围为CACA。对于组分B则在CB至CB之间为线性，线性范围为CB/CB。不同的组分的线性范围不同。上一页返回目录响应速度响应速度l时间常数l从组分进入检测器至响应出63%的电信号所经过的时间，为该检测器的响应时间（）。即为系统对输出信号的滞后时间。一般都小于0.5s。l过长的响应时间会影响色谱峰峰形，检测器应使峰形失真小于1%。l响应时间与检测器死体积等因素密切相关。上一页返回目录响应速度响应速度不同响应时间的峰形不同响应时间
9、的峰形上一页返回目录热导池检测器热导池检测器-TCD-TCDl发展情况气相色谱出现后，热导检测器开创了现代气相色谱检测器的新时代。其操作原理、响应机理和特征在60年代已发展成熟。近十年，发展了微型热导。l工作原理 热导检测器是根据不同的物质具有不同的热导系数原理制成的。上一页返回目录TCD-TCD-工作原理工作原理l右图是一个单气路TCD原理示意图。l载气经参考热导池腔、进样器、色谱柱，从色谱池腔排出。lR2、R3为固定电阻，R1、R4为测量臂和参考臂热丝。lTCD处于工作状态时，R1、R4处于被加热状态。l只有载气流过测量臂和参考臂时，由于气体相同，载气从热丝向池臂传导的热量相同，热丝温度相
10、同，两臂阻值相同，电桥处于平衡，无信号输出。l组分到达TCD后，检测臂通过的气体是载气和组分的混合物，其热导系数不同于参比臂的纯载气，导致两臂热丝温度不同，于是R1、R4阻值不同，电桥平衡被破坏而在A、B产生电势差信号。上一页返回目录热导池结构热导池结构-双臂、四臂双臂、四臂TCD-TCD-讨论讨论lTCD载气、桥电流、池温恒定时，TCD达平衡，桥电流在热丝上所产生的热量与热散失相等。l热散失包括：热丝周围气体的热传导热丝的热辐射热丝两端导线传导质量流量或称载气的强制对流气体的自然对流l热传导散热比例越大，TCD性能越好。l进入池腔的是载气和组分的混合气，不仅热导系数改变，而且比热也相应改变。
11、如果是同方向变化，使响应值加强，这时，检测器在高流速时，灵敏度也高。如果变化方向不同，则响应值变小或无响应，甚至出现负峰、W峰、n形峰，TCD一般不用重载气。上一页返回目录TCD-TCD-讨论讨论l载气与待测组份的热导率差异越大，TCD越灵敏。l热丝温度与池体温度相差越大，TCD越灵敏。上一页返回目录TCD-TCD-热敏元件热敏元件l热敏电阻。优点：灵敏度高、体积小、对载气波动不敏感、耐腐蚀耐氧化。缺点：使用温度低（通常小于120）、对温度波动敏感（程序升温困难）、对还原条件敏感（不能用H2作载气）。l热丝。要求：电阻率高、电阻温度系数大、强度好、耐氧化和腐蚀。上一页返回目录TCD-TCD-池
12、体池体l三种类型：直通式、扩散式、半扩散式。上一页返回目录TCD-TCD-响应信号计算公式响应信号计算公式lE：不平衡电压；I：桥电流；：组分与载气的导热率之差；：载气的导热率；T：热丝与池体温度之差。l用H2或者He作载气，桥电流可提高一倍，输出信号可提高20倍。l正常热丝工作温度在600左右。上一页返回目录TCD-影响因素的分析影响因素的分析l载气与试样的热导系数相差越大，在检测器两臂中产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。生的温差和电阻差也就越大，检测灵敏度越高。l载气的热导系数大，传热好，通过的桥路电流也可适载气的热导系数大，传热好，
13、通过的桥路电流也可适当加大，则检测灵敏度进一步提高。当加大，则检测灵敏度进一步提高。l响应值与工作电流的三次方成正比。所以，增大电流有利于提高灵敏度。但电流太大，噪声增大，钨丝寿命缩短。l池体温度降低，可使池体和钨丝温差加大，有利于提高灵敏度。但池体温度过低，被测试样会冷凝在检测器中。池体温度一般不应低于柱温。TCD-TCD-条件选择条件选择l载气。载气种类：He、H2、N2、Ar。载气纯度：至少应比被测气体高10倍，越高越灵敏。载气流速：在分离度能够保证的前提下，略低为宜。l桥电流 在灵敏度达到要求时，略低为宜。l检测器温度 TCD灵敏度与热丝池体温差成正比。因此在不会造成组份在池体冷凝污染
14、的情况下，略低为宜。上一页返回目录TCD-使用注意事项使用注意事项l使用热导池时，务必先通载气，检查整个气路气密性使用热导池时，务必先通载气，检查整个气路气密性是否完好，测量热导池出口气体流量，调好载气后，是否完好，测量热导池出口气体流量，调好载气后，才能通电。才能通电。l长时间不用后使用需先通载气长时间不用后使用需先通载气1015min后再通电；后再通电；l热导检测器的使用温度要比柱温要高（热导检测器的使用温度要比柱温要高（2030），），以免样品在热导池中凝固，污染检测器；以免样品在热导池中凝固，污染检测器；l开机时，先将检测器恒温箱升至工作温度后，再通桥开机时，先将检测器恒温箱升至工作温
15、度后，再通桥流。流。l关机时先关闭桥流及恒温加热开关，待检测器温度降关机时先关闭桥流及恒温加热开关，待检测器温度降至至60以下，再关闭载气。以下，再关闭载气。氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器-FID-FID1958年，由Mcwilliam和 Harley同时提出。FID属于破坏性的质量型检测器。优点：几乎对所有有机物都有响应，对烃类灵敏度高。对气体流速、压力和温度的变化不敏感。线性范围宽，结构简单，可与毛细管直接相连。缺点：需三种气源和流速控制系统。上一页返回目录FID-FID-结构结构上一页返回目录FID-FID-工作原理工作原理因载气中的有机物在氢火焰中被电离成正、负离子。在电场的作用
16、下，正离子移向收集极，负离子和电子移向极化极，形成微电流（约约10-610-14A），经放大输出，形成输出信号。基流-载气杂质、柱流失、漏电流等该信号大小与单位时间内进入火焰中物质的碳原子数成正比，即“等碳响应”。上一页返回目录FID-原理示意图原理示意图(a)当含有机物当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在入火焰时，在C层发生裂解反应产生自由基层发生裂解反应产生自由基：CnHm CH(b)产生的自由基在产生的自由基在D层火焰中与外面扩散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进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：应：CH+O CHO+e(c)生成
17、的正离子生成的正离子CHO+与火焰中大量水分与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：子碰撞而发生分子离子反应：CHO+H2O H3O+CO(d)组分在氢焰中的电离效率很低，大约五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。十万分之一的碳原子被电离。注：化合物中某些碳原子与杂原子相连，而不能形成注：化合物中某些碳原子与杂原子相连，而不能形成CH ，因而不产生响应，因此带杂原子的化合物信号很低。，因而不产生响应，因此带杂原子的化合物信号很低。FID-FID-结构结构FID通常用一个不锈钢的外壳，将喷嘴、收集极、极化极及点火线圈密封在内，其性能取决于电离效率和收集效率。上一页返回目
18、录FID-FID-结构图结构图上一页返回目录氢火焰离子化检测器（FID）特点特点l对含碳有机物灵敏度高；（烃类检测限对含碳有机物灵敏度高；（烃类检测限10-12g/s；对含杂原子；对含杂原子的有机化合物相应值偏低，但仍高于热导池检测器的有机化合物相应值偏低，但仍高于热导池检测器TCD）；）；l线性范围宽，基线稳定性好；线性范围宽，基线稳定性好；l检测器死体积小，响应快，柱外效应几乎为零；检测器死体积小，响应快，柱外效应几乎为零；（毛细管直（毛细管直接插至喷嘴，消除了柱后峰变宽效应）；接插至喷嘴，消除了柱后峰变宽效应）；l程序升温时载气流量变化不敏感；程序升温时载气流量变化不敏感；l检测器耐用，
19、可靠性好，易使用。检测器耐用，可靠性好，易使用。氢火焰离子化检测器（FID）局限性：l对O2、N2、CO2 、CO、H2O、H2S、CS2 、HCN、NH3、NO、NO2、N2O3、CCl4、SiCl4、CH3SiCl3、SiF4等无机物和所等无机物和所有惰性气体没有响应或响应很小；有惰性气体没有响应或响应很小；l对样品是破坏性的；对样品是破坏性的；l对碳氢化合物的敏感度为对碳氢化合物的敏感度为10-12g/s，但信号受化合物结构的影响，但信号受化合物结构的影响较大，带有杂原子（如较大，带有杂原子（如O、S和卤素）的化合物信号很低。和卤素）的化合物信号很低。FID-FID-操作条件选择操作条件
20、选择l氢气氮气（氦气）空气流速和配比。N2流速的选择主要考虑分离效能，然后确定其他。流速的选择主要考虑分离效能，然后确定其他。N2 H2=1 11 1.5 氢气氢气 空气空气=1 10。通常说：1 1 10。上一页返回目录FID-FID-操作条件选择操作条件选择l极化电压：极化电压：正常极化电压选择在正常极化电压选择在150300V范范围内。围内。l喷嘴直径：喷嘴细灵敏度高，但太细易灭火和喷嘴直径：喷嘴细灵敏度高，但太细易灭火和堵塞；喷嘴变粗，灵敏度降低，但线性范围也堵塞；喷嘴变粗，灵敏度降低，但线性范围也变宽；检测器用久后，流出物炭化，聚集在喷变宽；检测器用久后，流出物炭化，聚集在喷嘴处会影
21、响检测器性能。嘴处会影响检测器性能。l检测器温度：应大于检测器温度：应大于120，待温度稳定后，待温度稳定后，再点火，否则离子室易积水，影响电极绝缘而再点火，否则离子室易积水，影响电极绝缘而使基线不稳。使基线不稳。FID-FID-操作条件选择操作条件选择使用毛细管的时候，尾吹气的影响：使用毛细管的时候，尾吹气的影响：u加尾吹可减小峰加宽，提高柱效，同时调节加尾吹可减小峰加宽，提高柱效，同时调节FID灵敏灵敏度。度。u尾吹大，样品从柱子到检测器速度更加快，灵敏度提尾吹大，样品从柱子到检测器速度更加快，灵敏度提高，峰形窄，但点火困难，尾吹太大，灵敏度下降。高，峰形窄，但点火困难，尾吹太大，灵敏度下
22、降。u尾吹小，托尾，峰形变宽，灵敏度降低，但点火较容尾吹小，托尾，峰形变宽，灵敏度降低，但点火较容易。易。FID使用注意事项使用注意事项l避免氢气泄漏 l使FID处于正常的工作状态 l防止水冷凝。电子俘获检测器电子俘获检测器-ECD 电子俘获检测器（ECD）是灵敏度最高的气相色谱检测器，达到10-15（fg）级，同时又是出现最早的选择性检测器。它仅对那些能俘获电子的化合物有响应，如：卤代烃、多环芳烃、含N、O和S等杂原子的化合物。它具有灵敏度高、选择性好的特点，多用于痕量农药等的分析工作。ECD是气相电离检测器之一，但不同于FID，FID信号是基流的增加，而ECD是在高背景基流下的减小。ECD
23、的不足在于线性范围小，通常只有102-104。另外一个不足就是采用了放射电离源，导致易污染、体积大、不安全等一系列问题。ECD的结构的结构 检测器的池体用作阴极，圆筒内侧装有放射源，阳极2与阴极之间用陶瓷或聚四氟乙烯绝缘。在阴阳极之间施加 恒 流 或 脉 冲 电 压。ECD的原理的原理 由柱流出的载气及吹扫气进入由柱流出的载气及吹扫气进入ECD池，在池，在放射源放出放射源放出射线的轰击下电离，产生正离子射线的轰击下电离，产生正离子和自由电子。在电源、阴极和阳极电场的作用和自由电子。在电源、阴极和阳极电场的作用下，该电子流向阳极，得到下，该电子流向阳极，得到10-810-9A基流。基流。当电负性
24、组分从柱后进入检测器时，即俘获池当电负性组分从柱后进入检测器时，即俘获池内电子，使基流下降，产生一负峰。通过放大内电子，使基流下降，产生一负峰。通过放大器放大，在记录仪上记录，即为响应信号，其器放大，在记录仪上记录，即为响应信号，其大小与进入池中组分量成正比。负峰通过极性大小与进入池中组分量成正比。负峰通过极性转换即为正峰。转换即为正峰。ECD检测条件的选择检测条件的选择-载气载气 lN2、Ar、He、H2均可作为ECD的载气，但纯的Ar做载气无法电离产生基流，因此要加入5的甲烷。相对于He和H2，用氮气和Ar/5%甲烷灵敏度更高，因此更经常采用这两种载气。l为了获得更大的基流和更好的灵敏度，
25、必须保证载气纯度。否则，水，氧，电负性杂质会使检测器灵敏度降低。l不同的ECD，有不同的载气流速。通常，载气流速通过调整柱流速和尾吹气流速来调节。由于ECD为浓度型检测器，对载气流速变化非常敏感，因此一般实际值相对于给定标准值的偏差不能大于4。ECD检测条件的选择检测条件的选择-温度温度 l为了保持ECD池体的洁净，色谱柱箱温度应尽量低一些，低的柱流失还可以提高ECD的基流和灵敏度。因此应选择低流失的色谱柱，特别不要选择含多卤原子的色谱柱。通常使用ECD的色谱柱，最高使用温度比其它检测器下低50-140。lECD的响应值与温度密切相关。一化合物在不同检测温度下，捕获电子的能力不同，因而响应值也
26、不同。一般来说当极化电压一定时，在低温区，ECD响应随温度上升而增大；当达到极大值后，信号会陡然下降。l在不同的机理下的ECD与温度的变化关系不完全相同，但都要求对ECD严格控温，温度变化值不能大于0.1-0.3，以保持检测器的稳定性。ECD的操作注意事项的操作注意事项 l使用低于饱和基流所对应的极化电压。极化电压低，电子能量小，分子捕获电子的可能性大，检测灵敏度高。l检测器温度应高于柱温，但不能太高，否则影响检测器寿命。l使用ECD时，保持ECD长时间灵敏好用的最关键因素是保持系统的洁净，避免发生污染。l检测器出口必须连接几十米长的金属或塑料管道后再与大气相通，以防止氧气反扩散进入检测器，使
27、检测器污染。lECD容易发生过载，表现为峰高不变，而峰宽加大。这时要减少进样量来避免。火焰光度检测器火焰光度检测器-FPD lFPD为气相色谱最常用的检测器之一，主要用于石油化工和环境检测领域，具有高灵敏度、高选择性的特点，仅对硫、磷化合物响应的检测器。FPD的结构图的结构图FPD的结构说明的结构说明lFPD有两种基本的结构，即单焰和双焰检测器。常见的单焰FPD主要由喷嘴、过滤片、光电倍增管和电子附件构成。最初由Brody 设计，喷嘴内径约为1mm，色谱柱直接接到喷嘴下面，氢气与色谱柱流出物混合从喷嘴内侧流入，氢气的流速为50150ml/min，空气以100150 ml/min从喷嘴外侧加入，
28、形成扩散的氢-空气焰，可提高火焰的稳定性。氢气和空气的流速对检测器的灵敏度和选择性有较大的影响。尤其需严格控制氢气的流速，并针对具体仪器进行选择。通常，O2:H2为0.2-0.4。FPD的响应机理的响应机理 l在扩散型富氢火焰中，烃类在火焰下部发光。在外围在扩散型富氢火焰中，烃类在火焰下部发光。在外围冷焰区，产生激发态冷焰区，产生激发态S2*。l含含S,P化合物在富氢焰中燃烧产生激发态化合物在富氢焰中燃烧产生激发态S2*或发光或发光HPO*，当它们回到基态时，发射出一定波长的光，当它们回到基态时，发射出一定波长的光，此光强度与被测组分量成正比。此光强度与被测组分量成正比。l S2*的特征光谱为
29、的特征光谱为 394nml HPO*的特征光谱为的特征光谱为 526nml此光谱经滤光片选择，将特定波长光输入倍增管产生此光谱经滤光片选择，将特定波长光输入倍增管产生光电流，放大后记录。光电流，放大后记录。FPD性能特征性能特征 l硫的非线性响应和动态范围：实验中发现硫化合物的响应与硫的浓度的n次方相关。理论上讲，n为2。FPD响应的对数值与硫化合物浓度的对数值有一线性关系。硫化合物的最低检测限在10-12g/s左右，检测灵敏度直接与FPD的设计、氢气和空气的流速有关。FPD响应信号的对数值与硫化合物浓度的对数值关系曲线的线性动态范围为23个数量级。l选择性：FPD中，含硫化合物对烃类化合物的
30、选择性为103g C/g S。l淬灭现象：如果非硫化合物与硫化合物部分分离或共流出，那么含硫化合物的FPD响应降低，这是由于火焰中的CO2、CH4和其它燃烧产物对激发态S2*淬灭所致。尤其是烃类化合物对含硫化合物的淬灭最明显，甚至得不到硫信号。采用双焰FPD，可明显减小淬灭效应。检测条件的选择检测条件的选择l影响响应值的主要因素是气体流速、检测器温度和样影响响应值的主要因素是气体流速、检测器温度和样品浓度。品浓度。lS2*的生成条件受火焰温度和性质的影响，要求火焰生成条件受火焰温度和性质的影响，要求火焰的性质是富氢火焰，的性质是富氢火焰，O2/H2比值在比值在0.20.5范围内最范围内最佳，佳
31、，O2/H2比值为比值为0.1和和0.7时，信号几乎为零。时，信号几乎为零。l硫的响应值随检测器温度升高而减小；火焰温度低硫的响应值随检测器温度升高而减小；火焰温度低（检测器温度低）有利于激发态（检测器温度低）有利于激发态S2*分子的形成，通分子的形成，通常在常在390 下，即可生成S2*。lFPD对硫的响应值与其量成指数关系，即在低浓度时，对硫的响应值与其量成指数关系，即在低浓度时，单位硫量的响应值低，而在高硫浓度时，单位硫量响单位硫量的响应值低，而在高硫浓度时，单位硫量响应值高。应值高。使用使用FPD的注意事项的注意事项 l由于FPD为富氢火焰，因此发现点火困难时，应该适当减小氢气流量以利
32、于点火。l使用FPD测定硫含量时，应将基线调整到恰好为O，以保证线性化装置的正确运行。l使用FPD时，通电后严禁打开FPD帽，并在合适的工作电压操作。l关闭FPD时，应首先关闭H2流量，避免大量的氢气发生泄漏。常用检测器主要性能对比常用检测器主要性能对比 TCDTCDFIDFIDECDECDFPDFPD类型类型浓度型浓度型通用型通用型质量型质量型准通用型准通用型质量型质量型选择型选择型浓度型浓度型选择型选择型最低检测最低检测限度限度丙烷丙烷400pg/s400pg/s丙烷丙烷5pg/s5pg/s六氯苯六氯苯0.04pg/s10104 4硫硫10105 5磷磷10106 6适用适用范围范围永久气
33、体永久气体有机物有机物有机化合物有机化合物电负性化合电负性化合物物含硫磷氮化含硫磷氮化合物合物另一份对比另一份对比第三章第三章 压力和温度控制系统 载气载气l载气是气相色谱的流动相，其作用是把样品输送到色谱柱和检测器。常用的载气有H2、N2、Ar、He、CO2和空气等。这些气体通长由高压钢瓶提供，初始压力为10-15MPa。l目前，气体发生技术有了突破性的进展，多述气体也可以采用气体发生器供给，其纯度一般要低于高压钢瓶气体。l气体的纯度主要取决于色谱柱、检测器和分析样品的要求。气体高压钢瓶的颜色气体高压钢瓶的颜色 H2N2ArHeCO2空气O2外壳淡绿黑银灰银灰铝白黑淡蓝标字大红淡黄深绿深绿黑
34、白黑色环黄色白白白黑白白气体的净化气体的净化l为了达到相应的纯度要求，经常需要对来自气源的载气进行进一步的净化处理。常用的净化器填充物有：硅胶、分子筛、活性炭、脱氧剂等等。不同的净化器可以净化的杂质见下表：填充物：变色硅胶分子筛活性炭脱氧剂可去除的杂质水水少量烃类烃类微量氧为什么要控制压力和温度为什么要控制压力和温度？l稳定基线。l获得良好的时间重现性。l获得良好的峰型重现性。l合理的控制温度和压力，可以获得更好的分离效果和更短的分析时间。上一页返回目录控制压力的方法控制压力的方法压力控制器l控制压力控制器出口的压力保持稳定。l流经压力控制器的气体流量可能有变化。上一页返回目录控制压力的方法控
35、制压力的方法流量控制器l控制流经流量控制器的气体流量保持稳定。l流量控制器的出口压力可能有变化。上一页返回目录压力控制方式的选择压力控制方式的选择恒流模式l填充柱色谱l程序升温l柱阻力随温度变化l保持检测器气流稳定性l无补充气恒压模式l毛细管色谱l程序升温l分流器的问题l检测器气流的变化小l补充气的气流稳定上一页返回目录现代现代EPC色谱的选择色谱的选择l程序升压模式-不适宜升温的情况下，缩短样品分析时间优秀选择。l新的检测器流量稳定方案-柱流速+补充气流速之和保持稳定。l高压进样-获得更大的进样量和更好的峰型。上一页返回目录载气流速的测量方法载气流速的测量方法 l通常，载气流速可以选用皂膜流
36、量计或者数字流量计等进行测量。粗略的测量时，可以采用排气法测量。l测定色谱柱中载气流速的最佳位置是色谱柱与检测器的接口处，测定FID空气流速的最佳位置是压力或流量控制阀的出口，测定总流速可以选择在FID的出口测量。l精确控制载气流速可以有效提高色谱柱的分离效能，缩短分析时间，合理配比检测器气体并提高灵敏度。流路控制流路控制l预切和反吹l流路切换l多路并行分析l阀动作的时间调整办法上一页返回目录预切和反吹预切和反吹上一页返回目录样品来载气检测器样品排放定量管预切柱平衡柱2主分析柱平衡柱1PP放空流路切换流路切换上一页返回目录样品来载气主分析柱1主分析柱2检测器阀动作的时间调整办法阀动作的时间调整
37、办法l绘制详细的流程图。l确定载气流速。l确认每根色谱柱的压力降。l确认关心组份的单柱保留时间。l确定阀切换时间并调试。l建立方法并记录切换时间。上一页返回目录阀动作的时间调整办法阀动作的时间调整办法-例例上一页返回目录样品来载气样品排放定量管预切柱平衡柱2主分析柱平衡柱1P放空主分析柱1主分析柱2TCD平衡柱3平衡柱4P色谱仪的温度控制色谱仪的温度控制色谱仪控温部位l阀箱l进样口l柱箱l检测器l辅助温控设施温控思想l阀箱样品不反应l进样样品完全气化l柱箱分离效果与分析时间的平衡l检测器不积存样品上一页返回目录柱箱温度的确定方法柱箱温度的确定方法 l一个控温良好的色谱仪柱箱内部，上下部温度差值
38、应该小于3摄氏度。l温度过低可能造成峰宽加大、峰拖尾和分析时间过长等不良后果；过高则可能带来分离度不够、柱流失加大等不良后果。l恒温柱箱温度应该设定在样品的平均沸点。l最高使用温度要低于进样口和检测器的使用温度。l柱箱温度一般至少要比室温高10-15度。程序升温程序升温l在分析过程中，柱箱温度随着分析时间按照一定程序逐渐上升的分析方法，叫程序升温。l程序升温特别适用于组分沸点分布比较宽的样品、气固色谱、痕量组份分析等情况。l程序升温的初始温度通常设置在样品中最易挥发组分的沸点附近，升温速度根据具体情况决定。升温速度越快，色谱峰的峰形越好，但分离度可能会相应降低。l在分离效果足够的情况下，程序升
39、温可以明显缩短分析时间，使得停留时间相对较长的组分可以保持良好的峰形。上一页返回目录升温曲线图升温曲线图自己身边的例子自己身边的例子色谱仪的时间控制程序色谱仪的时间控制程序l改变TCD的桥电流l切换检测器的灵敏度l控制色谱仪连出的其他设备开关 第四章第四章进样系统样品的前处理样品的前处理 l对色谱分析的样品进行前处理的目的是将待测组分转化为可用色谱分析的样品，如去除对仪器有损害的杂质、通过化学反应改变待分析组分的化学结构、浓缩待分析组分等。在样品的处理过程中，转化率或者回收率一般不能做到100，根据处理方法和结果计算方法不同而有所差异。l现代色谱样品前处理技术应用最广泛的就是固相微萃取技术，主
40、要用于浓缩痕量组份。它具有回收率高、使用方便的特点，但是也有易折断、易产生气泡、样品存在滞留效应等缺点。样品是如何被引入色谱柱的？样品是如何被引入色谱柱的？l注射器l进样阀液体气体固体?溶液普通分流累积自动手动上一页返回目录进样方式进样方式 l气体样品：气体样品：通常气体样品选择用定量管定量，并采用阀进样；有时也采用气密注射器进样，但进样误差大。l液体、溶液态样品：液体、溶液态样品：液体和溶液样品应采用注射器进样，进样后经过气化，进入色谱柱。自动进样器可以有效地减小进样误差。l液化气体样品：液化气体样品：一般采用汽化后进样；也可以采用带压的气密注射器进样；或液相进样阀。阀进样阀进样l六通进样阀
41、l十通进样阀l液相进样阀l阀箱的温度控制l恒定进样体积上一页返回目录六通气相进样阀3ml定量管样品来P预切进样预切进样上一页返回目录样品来载气检测器样品排放定量管预切柱平衡柱2主分析柱平衡柱1PP放空液相进样阀的使用液相进样阀的使用l液化气体l气化选择l如何避免交叉污染l背压的必要性l真空的选择上一页返回目录样品来P注射器进样注射器进样l注射器主要用于液体样品和溶液态样品的进样，通过采用气密注射器和带开关的密封注射器，也可以完成气体和液化气体的进样。由于液体汽化的体积增大，因此液体进样采用的都是微量注射器。正确操作下，液体微量注射器的进样精度一般在2%左右，能够满足色谱分析的要求。上一页返回目
42、录注射器进样的注意事项注射器进样的注意事项l为了避免产生气泡，置换时要在样品中多推拉针芯几次。l不能把针头拔出来。l使用液相注射器进行定容时，应该针尖向上定容，避免注射器内形成气泡影响定量。l进样时推针都要快。l用同一注射器进下一个样品时，要注意置换，避免样品交叉感染。气化室气化室 隔垫清洗气路隔垫清洗气路 l注射器是透过胶垫来进样的。胶垫本身可能会挥发出少量的有机物，注射器多次透过胶垫，也会在胶垫上留下样品残余。这些杂质，如果进入色谱柱，就会带来基线不稳、出现鬼峰等问题。l通过采用隔垫清洗气路，可以吹走这些杂质。隔垫吹扫气路的流量一般在2-3ml/min左右，这部分排出的气体，可能会带走少量
43、的样品，特别在前面用阀进样的情况下更容易发生。衬管和石英棉衬管和石英棉 l为了达到更高的气化效果，气化室中的衬管中部通常加装少量石英棉。l由于外界和柱子的温度都要低于气化室温度，衬管内温度分布并不均匀，石英棉所在位置是衬管内的温度最高点。l采用注射器进样时，应该调整注射器针头长度，使针尖刚好在石英棉内为宜，这样有利于样品汽化并减少歧视。分流不分流进样分流不分流进样 l当色谱仪采用了毛细管色谱柱的时候，为了适应毛细管柱的低柱容量，需要大幅度减少进样量。这是无法通过减少定量管体积或微量注射器定量体积来实现的。为此，色谱仪安装了分流不分流进样器，它可以按一定比例将绝大多数样品在进入色谱柱之前弃去，仅
44、让少量样品进入色谱柱并加以分离。上一页返回目录分流不分流进样分流不分流进样-分流分流分流不分流进样分流不分流进样-不分流不分流分流不分流进样分流不分流进样-衬管衬管l通常，分流不分流进样器中的衬管体积在1ml左右。l为了避免衬管发生过载，液体进样的体积一般控制在2ul以下，最好小于0.5ul。l进样时，应尽可能的快，以利于得到良好的初始带宽并防止不均匀气化。分流不分流进样分流不分流进样-分流比分流比 l通常，分流比是指分流气流量和柱流量的比值，设置区间是20-200倍。l调节分流比是通过调节分流气出口阀门开度来完成的。l在进行微量组分分析或样品组分沸点差异较大的时候,不宜采用过大的分流比。分流
45、不分流进样分流不分流进样-针头效应针头效应 l当采用注射器进样时，推杆按下之后，针头中总是还残留有少量样品。l在气化室的温度作用下，这些样品中的低沸点组分首先气化，进入系统，造成分析结果中轻组分偏高。l推杆按下后拔针太晚，会造成较严重的针头效应。l按下推杆后马上拔出针头，可能会造成针头上的高沸点组份来不及气化而被胶垫吹扫气路带走，同样是不可取的。l一般来说，正确的操作应该是按下后停留1-2秒后，再拔出针头。分流不分流进样分流不分流进样-分流歧视分流歧视 l在气化室，由于样品中组分沸点不同，在相同的分流设置下，不同组份的实际分流比不同，这就是分流歧视。l分流歧视产生的主要原因是样品气化后，对气化
46、室压力造成冲击造成的。l减小进样量、选用合适形状的衬管、提高气化室温度、适当降低分流比、确保毛细管色谱柱正对衬管的中心轴都有利于消除分流歧视。分流不分流进样分流不分流进样-溶剂效应溶剂效应 l在不分流进样时，溶液类型的样品由于溶剂量很大，无法被较小流量的载气迅速带入色谱柱，造成溶剂峰展宽，后面的较小的组分峰会被展宽的溶剂峰所掩盖，这种现象，就是溶剂效应。分流不分流进样分流不分流进样-溶剂聚焦溶剂聚焦 l合理利用溶剂效应，可以获得更高的灵敏度和定量准确性，这又被称作溶剂聚焦。l当样品中有大比例的溶剂组分且气化室温度、柱箱温度都低于溶剂温度20摄氏度时，溶剂会在色谱柱头形成液膜，对样品组分起到良好
47、的分离作用，这就是溶剂聚焦。冷柱头进样冷柱头进样 l冷柱头进样是一种特殊的进样装置，它在进样时，对柱头进行冷却，并直接把样品送到柱头上，可以实现多次进样。这样可以避免样品在气化室发生分解及针头效应、分流歧视等问题，且更有利于溶剂聚焦，带来更好的分析效果。因此柱效、灵敏度、准确度、和精密度都有所提高。但由于样品直接进入色谱柱，容易造成柱子过载，同时柱头也容易损坏，专用的注射器也容易损坏。采用冷柱头进样时，载气流速相对于正常进样方式应略微快一些。冷柱头进样冷柱头进样程序升温进样技术程序升温进样技术 l将气体或液体样品注入气化室处于低温的内衬管后，立即按设定的程序升温步骤，迅速提高气化室的温度，再实
48、现样品的快速气化。为了达到温度控制的这个目的，需要给进样口同时配备加热和制冷设备且要采用小热容部件。l程序升温进样口能完成冷柱头进样的功能，也能完成分流功能。顶空进样技术顶空进样技术 l顶空进样就是取样品基质上方的气相部分进样并以此进行色谱分析。采用顶空进样的最主要的目的是消除样品中基质的干扰，如血液等基质不适合进入色谱系统的样品。l根据对样品的处理方式，可以把顶空进样分为动态顶空进样和静态顶空进样（平衡顶空进样）两种。l采用顶空进样时，基质中的关系组分的挥发情况，对分析结果的影响非常大，成为分析的最主要的误差来源，通常称为基质效应。第五章第五章 色谱柱系统 相关术语回顾和加强相关术语回顾和加
49、强-保留值保留值 l从色谱开始进样到组分峰达到最大值的时间与惰性组分流出时间的差值，被称为相对保留时间，经压力校正后的调整保留时间称为调整保留时间。净保留体积是指（）。l相对保留值是指（）。分离度用（）来表示，计算方法是（），通常超过（），就认为两个组分已经达到基线分离，此时两组份的理论重合度为（）Kovats保留指数保留指数 l保留指数是色谱用来定性的主要参数之一，在不同的色谱上有良好的重现性，它与大多数色谱条件都无关，仅与柱箱温度和固定相性质有关。它由科瓦特（Kovats）提出，定义为：在任一色谱分析操作条件下，对碳数为n的任何正构烷烃，其保留指数为100n；在同样色谱分析条件下，任一被测
50、组份的保留指数Ix可按照下式计算：柱性能参数柱性能参数 l色谱柱中气相与液相体积之比称为相比。l根据塔板理论，组分x的理论塔板数可以通过公式（）来计算。l拖尾因子的定义为：从色谱峰最大值到终点经历的时间与色谱峰起点到最大值经历的时间之商。当1时，为拖尾峰。色谱柱的分类色谱柱的分类 l根据色谱柱的形状和柱径，色谱柱可以分为填充柱和毛细管柱两种；其中填充柱根据柱径可分为普通填充柱和微填充柱，毛细管柱也可分为宽口径、普通口径和细口径几种。l根据色谱柱分离的原理，色谱柱可以分为气液色谱柱（涂渍柱）和气固色谱柱（吸附柱）两种，而涂渍柱又可分为交联柱和普通柱。l这些不同类型的色谱柱在色谱实际应用中被广为采