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1、GC法在预防医学领域应用也非常广泛，空气检测、水质分析、食品检验、生物检测等都要用GC法，对空气、水、食品和生物制品中毒物、污染物进行定量测定。因卫生试样一般成分复杂，干扰物多，待测组分含量微，尤其需要用GC法，先分离，再定量，分离、定量一次完成。如：蔬菜、水果中农药残留量分析。食品中VK1和VK2的分析。GCGC同时具有两种功能：同时具有两种功能：高效分离高效分离高灵敏度定量高灵敏度定量 第1页/共116页一一.GC.GC法的分类法的分类 g-L 色谱（GLC)（分配色谱）g-s 色谱（GSC)(吸附色谱）固定相种类多 填充柱色谱 特点 易制备（i.d.3-6mm)柱容量大 毛细管柱色谱 特
2、点 分离效能高（i.d.0.1-0.5mm)柱成品化 GC法柱色谱第2页/共116页 二二.GC.GC法特点法特点 1.分离效能高、速度快 成分复杂，难分离的样品，能在短时间内一次分离、测定，出峰时间一般在1十几分钟。如：进一针汽油样（低链烷烃混合物），可出20多个峰。可分别定量。2.选择性好 结构相似、极性相近的组分，能彼此分开。如：测定邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯混合物。再如：测定白酒中甲醇，甲醇和乙醇可彼此分开。第3页/共116页3.样品用量少进样几ng或几pg,进样体积0.1几uL,适用于痕量组分分析。4.灵敏度高检出限：10-1110-14g检测下限：10-910-12g适用于微量、
3、痕量组分分析5.应用范围广gLS态均可分析有机物、无机物均可分析多数小分子有机物直接分析难挥发、易分解的稳定衍生物分析无机物金属氯化物、金属螯合物、硅酯衍生物分析气态无机物直接分析第4页/共116页气路系统进样系统分离系统检测系统记录及数据处理系统三三.气相色谱法的分析流程气相色谱法的分析流程GC仪载气瓶流量计汽化室色谱柱检测器放大器记录仪温控温控微机方框流程图：第5页/共116页GC模拟流程图钢瓶钢瓶减压阀净化器针型阀转子流量器压力表进样器检测器色谱柱放大器数据处理机温控装置第6页/共116页第7页/共116页第8页/共116页四四.气相色谱法的分离过程气相色谱法的分离过程 在一定柱温，分配
4、达平衡：K=Cl/Cg K 小 tR 快 先出柱 K 大 tR 慢 后出柱 造成差速迁移利用混合物中各组分物理化学性质差异使其彼此分离。溶解吸附X(g)X(l)X(g)X(s)挥发解吸(gl色谱)(gs色谱)第9页/共116页 五五.气相色谱图及常用术语气相色谱图及常用术语色谱图组分产生的电信号随t变化的曲线。色谱峰曲线上突出部分，在完全分离的情况下，每一个峰代表一个组分。色谱峰可用三项参数来描述：保留值（表示峰的位置）定性色谱峰峰面积A,峰高h（表示峰的大小）定量标准偏差 区域宽度（表示峰的宽窄）峰宽W半峰宽W1/2tR进样tMW1/2Wb4 h/2h空气峰信号时间图图色谱流出曲线色谱流出曲
5、线第10页/共116页 1.1.基线基线（baseline)仅载气通过检测器时产生的响应信号曲线。基线稳定基线漂移噪声小噪声大仪器灵敏度，噪声第11页/共116页 2.2.保留值保留值（可用t或V表示，一般多用时间表示）（1）死时间（deadtime)tM不被固定相滞留的组分从进样到出峰最大值所需时间。（即：不和固定相作用组分随载气流经柱空隙所需时间。或组分分配在流动相的时间）测定：测空气或甲烷的tRtMtR第12页/共116页（2）保留时间tR(retentiontime)组分从进样到出峰最大值所需时间。（3）调整保留时间tR组分被固定相滞留所需时间。即：和固定相作用所需时间。关系式：tR=
6、tM+tR或tR=tR-tM即：tR包括组分被固定相滞留和不被固定相滞留所需时间总和。（4）相对保留值rij（relativeretentiontime)在相同操作条件下两组分的调整保留值之比。第13页/共116页作用：定性,它表示色谱柱对两组分的选择性。ris=1，两峰重合，无选择性；ris 1，两峰顶分开，有选择性。ris比1愈大，选择性愈好，所以叫选择性因子。ris只与组分、固定相性质、温度有关，其他条件变化时（如：载气流速、固定相填充疏密等对tR有影响），对tR1、tR2影响相同，其比值不变。对某两组分来说，固定相、柱温一定，rjs为常数。可定性。第14页/共116页tR进样tMW1/
7、2Wb4 h/2h空气峰信号时间图图色谱流出曲线色谱流出曲线3、峰面积和峰高定量定量常用A，峰很窄时可用h，否则误差大。第15页/共116页4、区域宽度峰宽W过峰的拐点做切线，与峰底相交两点间距离；半峰宽W1/21/2h处的峰宽（易测量，常用）标准偏差 0.607h峰宽之半（拐点）（峰服从正态分布）即：两拐点间距离为2，W0.0607h=2；tR进样tMW1/2Wb4 h/2h空气峰信号时间图图色谱流出曲线色谱流出曲线0.607h2 第16页/共116页 的大小表示组分经分离后流出色谱柱的分散程度，越大，流出组分越集中。色谱峰：对称峰、拖尾峰、前沿峰原因：与组分、固定相性质、操作条件、进样量、
8、进样技术有关第17页/共116页5、容量因子k（分配比）k与保留值的关系：组分在固定相保留时间组分在流动相保留时间即：k为组分在分离过程中，因被固定相滞留所需时间是完全不与固定相作用流经色谱柱所需时间的倍数。第18页/共116页k，tR，被固定相滞留作用,峰越宽（柱效)；k，组分在固定相相对质量，柱容量。在完全分离的前提下，峰越窄越好。k的值应适当，即固定液用量适当。k太小，柱容量太小，分离效果差k太大，tR，峰变宽，柱效。第19页/共116页第二节第二节 气相色谱基本理论气相色谱基本理论GC的基本理论主要有塔板理论和速率理论，塔板理论解决柱效能问题，提出柱效能指标；速率理论解决影响柱效能的诸
9、因素问题，可作为选择最佳色谱条件的理论指导。下面分别介绍。GC法的功能之一是分离，怎样才能衡量分离效果？哪些因素影响分离效果？怎样选择色谱条件以达到高效分离呢？这就要以GC理论作指导。第20页/共116页一、塔板理论一、塔板理论 1952年，Martin等人提出了塔板理论,此理论是借用了分馏过程的塔板理论。第21页/共116页第22页/共116页第23页/共116页此理论是借用了分馏过程的塔板理论，把色谱过程比作分馏过程，把色谱柱比作分馏塔，用塔板概念来描述组分在柱中的分配行为。塔板理论是一种半经验理论，但它成功地解释了色谱流出曲线呈正态分布。样品混合在一个塔板内，g gl l达到平衡，然后被
10、载气带到下一个塔板，经过多个塔板，多次分配平衡，各组分彼此分开，因塔板数很多（10103 310106 6），所以各组分的k k值即使有微小差别，也能彼此分开。第24页/共116页H=理论板高n=理论塔板数V=一个板体积模型：设想色谱柱由许多小室构成，一个小室为一个理论塔板，每块塔板内一部分空间被涂在担体上的固定相占据，其余空间充满载气，载气在一个塔板内占据的体积为一个板体积，一个理论塔板的高度为理论板高（H），塔板的数目为理论塔板数（n)。基本假设：（1）载气按前进方向脉冲式经过色谱柱，每次一个小室，即，脉冲式进气，一次一个 V；（2）组分在一个塔板内，gl瞬间达平衡，其k恒定（不随C变化）
11、；（3）进样到第一块塔板，纵向扩散忽略。GLH1 1、塔板模型及基本假定、塔板模型及基本假定第25页/共116页用塔板模型和基本假设讨论分配过程：设n=5，k=1，m=1（ug）进样1.000ugN=0平衡0.5000.500进气0.500N=10.500平衡0.2500.2500.2500.250进气0.2500.250N=20.2500.250平衡0.1250.1250.1250.1250.1250.125第26页/共116页继续间歇进气，瞬间达平衡。当N=5时，柱口开始有组分流出，N=89时，流出浓度最大。色谱峰为一不对称峰（原因n太小），若设n50，可得对称流出曲线。实际GC分析中，n
12、=103106，且是连续进气，流出曲线为正态分布曲线。第27页/共116页 2 2、柱效能指标、柱效能指标n n、H H 根据呈正态分布的色谱流出曲线可以导出计算塔板数n的公式：理论塔板数：理论板高：有效塔板数：有效板高：用扣除tM的tR计算neff能真实反映柱效能高低。注意：计算时分子，分母单位需一致，都用时间单位（min）或都用长度单位（mm、cm)第28页/共116页柱效能评价：柱效能评价：柱长一定，n或neff，H、Heff，柱效；同一组分，tR一定，峰越窄（w、w1/2），柱效，峰窄，两组分不易重叠；同一柱子对不同组分的柱效能不同（n不同）。tR、tR进样时可测出，w、w1/2由色谱
13、图可量得，由此，可计算出n、H、neff、Heff，进而可进行柱效能评价。第29页/共116页计算实例：1.用GC法分析苯、甲苯混合物。苯tR=1.25min甲苯tR=3.64minw1/2=0.10minw1/2=0.18mintM=0.36minL=2m。求：n有效、H有效解：苯n有效=5.54(tR/w1/2)2=5.54()2=438H有效=2000/438=4.56(mm)甲苯n有效=5.54()2=1840H有效=2000/1840=1.09(mm)第30页/共116页neff甲苯neff苯同一色谱柱，对不同组分的n不同.2.柱长2m，tM=0.30min，组分tR=4.5min,
14、w=1.8mm，记录仪纸速5mm/min，求：n有效、H有效。解：w=0.36minn有效=16()2=2178H有效=2000/2178=0.92(mm)第31页/共116页3.3.塔板理论的贡献与缺点塔板理论的贡献与缺点塔板理论的意义和最大贡献在于它提出了n，H两个柱效能指标，并导出了计算n，H的公式，可计算n，H，用它们可以评价柱效能，另外能解释色谱峰形状符合正态分布。但该理论是在理想情况下导出的，未考虑分子扩散因素、其它动力学因素对柱内传质的影响。因此它不能解释：v 峰形为什么会扩张？v 影响柱效的动力学因素是什么？第32页/共116页三、三、速率理论速率理论（Rate theory）
15、19561956年，荷兰化学工程师van van DeemterDeemter提出了色谱过程动力学速率理论，吸收了塔板理论中的板高H H概念，考虑了组分在两相间的扩散和传质过程，从而给出了van Deemtervan Deemter方程：u u 为流动相线速度；A A，B B，C C为常数，其中 A A分别表示涡流扩散系数；B B分子扩散系数；C C传质阻力系数（包括液相和固相传质阻力系数）。该该式式从从动动力力学学角角度度很很好好地地解解释释了了影影响响板板高高（柱柱效效）的的各各种种因因素素！任任何何减减少少方方程程右右边三项数值的方法，都可降低边三项数值的方法，都可降低H，从而提高柱效。
16、，从而提高柱效。第33页/共116页1.涡流扩散项涡流扩散项(Multipath term,A)在填充柱中，由于受到固定相颗粒的阻碍，组份在迁移过程中随流动相不断改变方向，形成紊乱的“涡流”：从图中可见，因填充物颗粒大小及填充的不均匀性同一组分运行路线长短不同流出时间不同峰形展宽。展宽程度以A A表示：A=2 dp 其中d dp p填充物平均直径；填充不规则因子。减小减小A项项担体粒度小，均匀（担体粒度小，均匀（80100目，目，100120目）目）填充均匀填充均匀空心毛细管柱，无涡流扩散，即空心毛细管柱，无涡流扩散，即A=0。流动方向流动方向第34页/共116页2.2.分子扩散项分子扩散项(
17、Longitudinal diffusion term,B/u)(Longitudinal diffusion term,B/u)组分进样后象塞子一样塞在柱的一端，然后随载气向前移动，随载气前进的同时，组分有从高浓度向低浓度扩散的趋势，即纵向扩散，使谱峰展宽。其大小为：B=2 D 称为弯曲因子，它表示固定相几何形状对自由分子扩散的阻碍情况；D组分在流动相中的扩散系数。组份为气体或液体时，分别以Dg或Dm表示；第35页/共116页 讨论：讨论：q分子量大的组分，D Dg g小，即B B小q D Dg g 随柱温升高而增加，随柱压降低而减小；q 流动相分子量大，D Dg g 小，即 B B 小；q
18、 u u 增加，组份停留时间短，纵向扩散小；（B/uB/u）q 对于液相色谱，因D Dm m 较小，B B 项可勿略。减小减小B项项:球状颗粒；球状颗粒；大分子量流动相；大分子量流动相；适当增加流速；适当增加流速；短柱；短柱；低温。低温。第36页/共116页3.传质阻力项传质阻力项(Mass-transfer term,Cu)传质组分在gl两相中扩散分配的过程。传质阻力（resistancetomasstransfer）影响这一过程进行的阻力。传质阻力项C C包括气相传质阻力系数C Cs s和液相传质阻力系数C Cl l。气相传质阻力：组分由气相扩散到气液界面进行分配时的所受到的阻力。液相传质
19、阻力:组分从气液界面扩散至固定液内部，达到平衡后再返回气液界面的传质过程中所受到的阻力。颗粒直径 固定液膜厚度组分在气相扩散系数组分在液相扩散系数第37页/共116页流动相流动相固液界面固液界面固定液固定液组分分子组分分子ClCg液膜厚：Cl起主要作用，Cg可忽略液膜薄：Cg起主要作用第38页/共116页因传质阻力的存在，使分配不能“瞬间”达至平衡、有些组分分子来不及进入液相就被载气带走，出现超前现象；有些组分分子进入液相，因被固定相滞留，延迟返回气相，出现滞后现象，因此造成峰形展宽。第39页/共116页减小减小C C项项：F减小填充颗粒直径d dp p,即,用小颗粒固定相；F 采用分子量小的
20、流动相，使D Dg g增加；F 减小液膜厚度d df f，C Cl l下降。（但此时k k又减小。因此，当保持固定液含量不变时，可通过 增加固定液载体的比表面来降低d df f）。F 适当增加柱温，可增加D Dl l，即，柱温不易太低，否则Dl小，C；F不易太大。第40页/共116页范氏方程综合了使峰扩张、影响柱效能（H）的诸因素，（柱的填充均匀程度、担体粒度、载气种类、载气流速、固定液膜厚度、柱温等），通过选择色谱条件，使上述各项减小，从而使H，柱效.但有些因素之间有矛盾之处，如:提高载气流速可减小分子扩散，但同时传质阻力项增大；升高柱温有利于组分传质，但又使分子扩散增加。所以要相互兼顾，不
21、能顾此失彼。第41页/共116页 第三节第三节 气相色谱柱气相色谱柱色谱柱的功能是分离组分，在气相色谱分析中，各组分能否完全分离，除了与选择的操作条件是否适当有关外，更主要的是取决于色谱柱，关键是固定相。色谱柱分为两大类：填充柱：不锈钢、玻璃.d.26nm，长14m毛细管柱：.d.0.10.5mm，长30300m一一 、固定相的类型及要求固定相的类型及要求1、固体固定相固体吸附剂分离永久性气体，低b.p.气态烃。tR短，出峰快，用吸附能力强的对固体吸附剂的要求：有较大比表面200m2/g有较好的选择性有良好的热稳定性有一定机械强度第42页/共116页常用：分子筛类如：GDX301，401，50
22、1。硅胶氧化铝碳质类：活性炭、石墨化碳黑、碳分子筛缺点：吸附活性不均匀，定量重复性差2、液体固定相涂在载体表面的固定液固定液种类多，选择余地大，和组分作用力较强，分离效果好，应用多，GC柱绝大部分是用涂有固定液担体作固定相。（1）专用色谱载体（担体support）负载固定液的惰性多孔固体颗粒。作用：支撑固定液，提供大而惰性的表面。第43页/共116页要求：比表面适当（120 m2)，由合适的表面能 孔结构合理，利与组分在气液两相传质交换。表面惰性好、热稳定相好 有一定机械强度，颗粒均匀、小第44页/共116页种类：硅藻土（常用）红色担体：硅藻土+粘合剂，900煅烧，红为Fe2O3颜色。白色担体
23、：煅烧时加助溶剂Na2CO3,Fe铁硅酸盐（无色）。氟担体（耐腐蚀）常用：聚四氟乙烯微球玻璃微球、高分子多孔微球常用红色、白色担体性能：机械强度比表面孔径表面惰性红色担体好大小差白色担体差小大好红色担体分析非极性、弱极性组分白色担体分析极性、非极性均可。第45页/共116页担体预处理目的：除去或减弱担体表面的吸附活性中心，否则与组分作用，造成拖尾峰。预处理方法：酸洗除Fe2O3等分析酸性物质。碱洗除表面Al2O3等分析碱性物质。硅烷化去活性，覆盖活性中心釉化K2CO3Na2CO3溶液侵泡后煅烧，表面玻璃化，屏蔽表面活性中心，堵住微孔。物理覆盖如镀银等。第46页/共116页（2）固定相涂在担体表
24、面的高沸点有机物室温：液态或固态操作温度：液态要求：选择性好对沸点、极性、结构相近的组分溶解度不同，在柱中tR不同。极性适当对组分有一定溶解度。化学稳定性好只溶解不反应。挥发性小热稳定性好，在担体表面附着力较强，高温不易流失，不分解，柱寿命长。液态粘度小（否则传质阻力大，分析速度慢）。分类、选择：极性用P表示，规定非极性角鲨烷P=0，极性最强的 氧二丙晴P=100,其它极性与之相比，得出相对数值：第47页/共116页P级别极性固定液分离组分流出顺序0-1非角鲨烷低b.p.先出120+1弱SE30,OV1非极性,弱极性高b.p.后出2040+2弱OV174060+3中等OV101中等极性b.p.
25、差别大按b.p.顺序磷酸三甲酚酯其它极性b.p.差别小按极性顺序6080+4强OV401极性小先 极性大后80100+5强聚乙二醇、OV501强极性极性小先100+5强 氧二丙晴极性大后（氢键型）含等易形成氢键的组分氢键弱先 氢键强后第48页/共116页3、合成固定相（新型）特点高分子多孔微球适应性广、峰对称、稳定性高、不易流失、柱容量大、粒度均匀、机械强度好、耐腐蚀球形多孔硅胶比表面种类多、选择余地大、机械强度好、高温稳定、作但体涂渍量大化学键合固定相热稳定性好、基本无流失、峰对称、传质速度快组分能否分离完全，除控制合适的色谱条件外，关键在固定相的选择。根据“相似相溶”的原则选择固定相，以分
26、离完全为最佳选择。第49页/共116页流出顺序：（考虑空间位阻和形成氢键力）NH2CH3、NH(CH3)2、聚乙二醇N(CH3)3如：分离苯、环己烷，b.p.8180均为弱极性苯环己烷强极性易极化，产生瞬时偶极固定相选择实例：如：分离NH2CH3NH(CH3)N(CH3)3，可选形成氢键的固定相。第50页/共116页三、填充拄的制备1、选择、清洗材料：不锈钢、玻璃步骤：热酸或碱洗水洗有机溶剂洗（甲醇或已醇）吹氮气（干燥）。若不太脏，可只用有机溶剂洗，然后吹氮气，干燥。长度：根据分离难易2、选固定相3、制备柱填料固体吸附剂：筛分选一定筛分范围的干燥活化第51页/共116页液体固定相涂固定液按配比
27、称固定液；用适当溶剂溶解；加担体（不用玻棒，易损坏固定液膜，手摇动三角瓶或回馏）；红外灯干燥4、装柱抽气法要求：（紧密）、均匀5、老化目的固定液均匀；除去剩余溶剂及挥发性物质。方法：高于柱温510 C或比固定液最高使用温度稍低，通载气，放空（柱尾端放空，不接检测器），老化824小时，直到接检测器后基线平稳。第52页/共116页第四节第四节 气相色谱检测器气相色谱检测器检测器是气相色谱仪的另一重要的组成部分，其作用是把从色谱柱流出的各组分的含量变化转变成可测量的电信号（电流或电压）变化，由记录仪记录下来，进行定量和定性分析。浓度型检测器：测量载气中组分浓度的瞬间变化。输出的响应信号：单位浓度组分
28、所产生的电压值。（TCD、ECD为浓度型检测器）质量型检测器：测量单位时间内载气携带组分进入检测器的质量。输出的响应信号：单位时间内进入的组分质量（FID、FPD、NP为质量型检测器。）要求：响应快、灵敏度高、敏感度好（检测限低）、线性范围宽。第53页/共116页评定检测器性能的技术指标主要有灵敏度S、敏感度D和线性范围等。一、性能指标一、性能指标1、灵敏度（sensitivitys）单位量物质通过检测器产生信号的大小。（即：通过检测器的物质量变化Q时响应信号的变化率。）Sc(mv.ml/mg)表示每ml流动相中含1mg某物质通过检测器时产生信号的毫伏数。Sm(mv.s/g)表示每秒有1g某物
29、质通过检测器时产生信号的毫伏数。检测器的R RQ Q关系图第54页/共116页相同量的不同物质在同一检测器上的S不同。如：相同量苯、甲苯在FID上的信号不同，苯信号大、甲苯信号小。相同量的同一物质在不同检测器上的S不同。S没考虑噪声水平：峰高相同假设两者S相同，实际前者更敏感检测限低。第55页/共116页 只用S不能全面评价检测器性能好坏，还需引进D。S可通过敏度按扭任意提高（放大），但S，噪声测定效果并没有提高。在S相同的条件下，噪声，检测器越敏感，测定效果越好，所以又引出检测限。2、检测限（detectability、D）质量型：产生二倍噪声信号时，单位时间进入检测器的物质量。浓度型：产生
30、二倍噪声信号时，随单位体积载气进入检测器的组分的量。第56页/共116页通常认为恰能与噪声相鉴别的响应信号至少应等于检测器噪声的两倍。敏感度D定义为：式中，N为检测器的噪声，指在没有试样通过检测器时基线波动的毫伏数；S为检测器的灵敏度。从公式可见，灵敏度越大，噪声越小，则敏感度值越小，即检出限越低，所以要降低仪器的检出限，一方面需要提高仪器灵敏度，同时还要尽量降低噪声水平。第57页/共116页几种常用检测器的敏感度：TCDD210-5mg/mlFIDD=210-12g/sECDD=210-14g/mlFPDD=10-12g/s(测磷)D=10-11g/s(测硫)在实际分析时用：最小检测量产生二
31、倍噪声信号时所需最小进样量。最小检测浓度产生二倍噪声信号时的最小进样量所对应的组分浓度。显然，敏感度D表示的是检测器性能的好坏；而最小检出量除与检测器性能有关外，还与色谱柱的柱效率和操作条件有关。第58页/共116页3、线性范围（binearityrange）检测信号与被测物质的量呈线性的浓度范围表示方法：检测上限/检测下线;最大允许进样量/最小允许进样量不同检测器的线性范围不同:如：热导池105氢焰107电子捕获104左右火焰光度:测磷104，测硫102不同物质在同一检测器上的线性范围也不同。4、响应时间组分进入检测器到产生信号所需t。响应越快，检测器性能越好。基线漂移基线随t定向缓慢变化。
32、对检测器的要求：灵敏度高、检测限低（敏感度好）线性范围宽、噪声小、基线漂移小，响应快、性能稳定、应用范围广、安全。第59页/共116页二、常用检测器二、常用检测器常用的检测器有：1.热导检测器热导检测器(Thermal conductivity detector,TCD);2.氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器(Flame ionized detector,FID);3.电子捕获检测器电子捕获检测器(Electron capture detector,ECD);4.火焰光度检测器火焰光度检测器(Flame photometric detector,FPD);5.氮磷检测器（氮磷检测器（NPD
33、）也称热离子检测器也称热离子检测器(Thermionic detector,TID)由于热导检测器灵敏度较低，而卫生分析中一般被分析物质含量都很低，所以应用不多，这里不作介绍。第60页/共116页2.2.火焰离子化检测器（火焰离子化检测器（FIDFID）质量型又称氢焰离子化检测器。主要用于可在H H2 2-AirAir火焰中燃烧的有机化合物(如烃类物质)的检测。原理：原理：含碳有机物在H H2 2-Air-Air火焰中燃烧产生碎片离子，在电场作用下形成离子流，根据离子流产生的电信号强度，检测被色谱柱分离的组分。第61页/共116页 结构：结构：主体为离子室，内有石英喷嘴、发射极(极化极，此图中
34、为火焰顶端)和收集极。FID主要结构如图所示:123放大器记录仪50300VH2Air接色谱柱图图火焰离子化检测器结构示意图火焰离子化检测器结构示意图1.收集极收集极2.发射极发射极3.火焰火焰第62页/共116页第63页/共116页 工作过程：工作过程：来自色谱柱的有机物与H H2 2-Air-Air混合并燃烧，产生电子和离子碎片，这些带电粒子在火焰和收集极间的电场作用下（几百伏）形成电流，经放大后测量电流信号（1010-12-12 A A）。2100C氢火焰100300V放大有机物正离子，电子I微记录电离电场（高压）（离子流）第64页/共116页机理：机理：有关机理并不十分清楚，但通常认为
35、是化学电离过程，有机物燃烧产生自由基，自由基与O O2 2作用产生正离子，再与水作用生成H H3 3O O+。以苯为例：CnHmn CH（自由基）CH+O2CHO+eCHO+H20H3+O+COCHO+，H3+O，e在高压电场中定向移动I微I微的大小与单位时间进入检测器的组分的质量有关，是质量型检测器。第65页/共116页操作条件选择及注意事项：操作条件选择及注意事项：N2作载气灵敏度较高，柱分离效果好。气流量对灵敏度影响大，较佳流速：H2 N2 空气=1 1 5 10（此时火焰温度高，有机物离子化程度高，噪声小，基线平稳）控制温度：比柱温高50 C左右，防止组分、水蒸汽在检测器冷凝，污染检测
36、器，应经常清洗收集极。另外，要注意安全，氢气钢瓶一定要用氢气发生器或专用钢瓶，氢气管路不能漏气。第66页/共116页当没有有机物通过检测器时，火焰中的离子极少（只是由气体中杂质及流失的固定液在火焰中离解产生的离子），这时形成的微电流称为基始电流（基流）。通过观察是否有基流产生，来判断氢火焰是否点燃。特点：特点：灵敏度高（10-12g/s）、线性范围宽（107）、响应快、稳定性好、结构简单应用：应用：痕量有机物分析（在高温火焰中电离）无机物不响应（在高温火焰中不电离）第67页/共116页3.电子捕获检测器电子捕获检测器(ECD)ECDECD主要对含有较大电负性原子的化合物响应。它特别适合于环境样
37、品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的分析。结构：结构：放射源：Ni63或H3，无火焰加热，不用H2、空气。图 电子捕获检测器第68页/共116页原理及工作过程：原理及工作过程：从色谱柱流出的载气(N N2 2或ArAr)被ECDECD内腔中的 放射源电离，形成次级离子和电子(此时 电子减速)，在电场作用下，离子和电子发生迁移而形成电流(基流)。当含较大电负性有机物被载气带入ECDECD内时，将捕获已形成的低速自由电子，生成负离子，此时，基流下降形成“倒峰”。负离子再与载气正离子复合成中性分子，流出检测器。第69页/共116页载气进入检测器：放射线N2N2+e（e在电场定向移动形成基流）含电负性
38、基团进入检测器：（含X，S，P，O，N等元素）ABeAB-E（捕获e，基流下降，形成倒峰）AB-+N2+AB+N2（出检测器）随单位N2进入检测器的组分的量越大，倒峰（信号）越大，所以是浓度型检测器。第70页/共116页操作条件及注意事项：载气：高纯N299 99%，（否则O2捕获电子，基流下降，将倒峰掩盖，组分不出峰）放射源：Ni63，使用温度350 C以下，t1/285年H3使用温度180 C以下，t1/212 5年防止放射污染气路密闭尾气用聚四氟乙烯管引至室外，高空排放特点:高灵敏度D=10-14g/ml高选择性含强电负性元素的组分有响应线性范围104应用：测含X，P，N，O等元素的有机
39、毒物，药物等。如：测有机氯，有机磷，氨基甲酸酯类农药第71页/共116页4.火焰光度检测器（火焰光度检测器（FPD）FPDFPD对含S S、P P化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。因此，也称硫磷检测器。主要用于SOSO2 2、H H2 2S S、石油精馏物的含硫量、有机硫、有机磷的农药残留物分析等。FPD结构：结构：喷嘴+滤光片+光电管。第72页/共116页富氢火焰含S或P有机物_S或P碎片燃烧 特征光394nm526nm聚光，滤去杂光 光电信增管 光信号电信号放大 记录原理：原理：待测物在低温H H2 2-Air-Air焰中燃烧产生S S、P P化合物的分解产物并发射特征分子光谱。测量光
40、谱的强度则可进行定量分析。第73页/共116页操作条件及注意事项：富氢火焰，H2流量大，O2 H2=1 25检测器温度在出峰好的前提下，尽量别控制太高，否则影响灵敏度硫，磷不能同时测，需更换滤光片特点：高选择性，对含硫，磷的物质有较强响应信号。高灵敏度，测P，D=10-12g/s，测S，D=10-11g/s。线性范围:测P104，测S102应用：含痕量S、P污染物分析如：含S的氨基甲酸酯类农药，有机磷农药的残留分析。第74页/共116页5.氮磷检测器氮磷检测器（NPD）也叫热离子检测器（TIDTID）。NPDNPD的结构与FIDFID类似，只是在H H2 2-Air-Air焰中燃烧的低温热气再
41、被一硅酸铷电热头加热至600800600800o oC C，从而使含有N N 或P P 的化合物产生更多的离子，使检测灵敏度提高。第75页/共116页 结构原理：结构原理：结构与FID检测器相似，在FID基础上改进的。FID检测器火焰喷嘴与收集集之间放一铷珠（Rb SiO2）（碱金属化合物），用白金架支托。氮磷检测器示意图 1 1色谱柱出口；2 2氢气；3 3空气；4 4喷嘴；5 5铷球；6 6收集极；7 7点火器；8 8放大器第76页/共116页在铷珠表面加热、分解Rb含N（P）化合物 CNCN-+Rb+冷焰，铷珠电加热+eRb+在电场中定向移动，移向收集极，使原信号（C，H产生的信号）增强
42、。第77页/共116页操作条件及注意事项：H2，Air流量小，H2围绕铷珠形成冷焰（火焰温度低）H2：520ml/minAir：100200ml/min铷珠加热器，电加热，H2燃烧不完全应通风好。铷珠有一定使用寿命，加热温度不易太高。固定液不能含-CN，少量挥发进入检测器会出峰特点：高选择性测含N，P化合物高灵敏度比FPD检测下限高1个数量级：10-13g/s应用：含N，P的农药残留测定，如有机磷农药，氨基甲酸酯类农药。测痕量含N，P的药物及代谢产物。以上讲了GC检测器。一种组分，一个样品（含1个或多个组分）可能多个检测器都能测，选一个灵敏度高，选择性好的检测器。第78页/共116页第五节第五
43、节 气相色谱分离操作条件的选择气相色谱分离操作条件的选择气相色谱法的功能之一是分离，是否能达到好的分离效果，关键在分离条件的选择，应选择最佳色谱条件，使样品中各组分彼此分开且柱效高。如何评价分离效果呢？n,H柱效能指标，可反映峰宽窄，n，H 峰越窄，但不能反映组分能否分开。峰窄，但选择性不一定好。r21柱选择性指标，反映峰的相对位置，但也不能反映两组分能否分开，选择性好，但若峰很宽也分不开。仅考虑单一因素，均不能说明两组分能否分离，要将柱效和选择性两因素综合考虑。分离度（R）就是综合考虑上述两因素的分离效能指标，它是评价分离效果的依据。第79页/共116页 tRtR1tR2W1W2信号时间图图
44、分离度示意图分离度示意图 第五节第五节 气相色谱分离操作条件的选择气相色谱分离操作条件的选择一、分离效能指标一、分离效能指标分离度分离度两组分在色谱柱中分离的好坏，取决于这两个组分的色谱峰之间的距离和色谱峰的峰宽。只有当两色谱峰之间的距离较大，其峰形较窄时，两组分才有良好的分离。如图。第80页/共116页2（tR（2）-tR（1）反映柱选择性（峰相对位置）R=（W1+W2）反映柱效能（峰宽窄）1、分离度（resolutionR）定量描述两组分的分离程度由上式：当R=1时，tR=W=4，由统计学方法证明，分离达98%。R=1 5，tR=6 分离达99 7%，分离完全。R=1 5两组分完全分离的标
45、志（此时最短tR）若两峰靠近，可假设W1=W2（tR（2）-tR（1）R=W2第81页/共116页2、R与柱效能n，柱选择性r21及柱容量k的关系由R，n，nef的公式，令W1=W2，可导出：（柱效项）（选择性）（柱容量项）讨论：n柱效能，即n，R 柱长，n，但tR，峰扩散。选择合适操作条件，使H，n。r21柱选择性，即r21，R，选合适的固定液，使r21 k柱容量，即k，R k太大，传质阻力大，tR，峰扩散。（增加固定液用量）k太小，柱容量小，R小，k27合适。第82页/共116页n，r21，k对R的影响由下图可看出：R小,因n小,柱效低提高R:改变色谱条件,提高柱效R大,因n大,r21大R
46、大,因r21很大提高R:增大u,使n增大增加柱温,出柱快,n增大R小,因柱容量小提高R:增加固定液用量第83页/共116页由nef关系式，可算出R=1 5，r21为一定值时的nef，由nef所需L柱长（完全分离所需柱长），下面讲计算实例：例：在一根1m的柱上分离组分，tR分别为45mm，49mm，tM=5mm,W1=W2=5mm（1）求：R，neff2，Heff2（2）求：若要完全分离所需柱长解:(1)上式还可表示为：第84页/共116页（在H不变情况下，增加L）第85页/共116页二、分离条件的选择二、分离条件的选择由分离度公式可知，要想得到满意的分离度，应该有较大的相对保留值r21和适当大
47、的分配比k，因此固定相或固定液的选择就是关健。另外要使n大（H小），柱效高，还需以范氏方程为依据，选择合适的分离操作条件。选择原则：以范氏方程为指导，分离度为指标，在较短t内完全分离为目的。第86页/共116页1、色谱柱的选择（1）填充柱不锈钢柱：机械强度好，易吸附，催化玻璃柱：易碎，玻璃壁不易吸附、催化组分特点：柱容量较大（可控制固定液用量）填料（固定相）选择范围宽（非中极）易自行制备固定相：固体吸附剂分析气体样品固定液分析除气体外的其它样品第87页/共116页担体粒度：粒度小，筛分范围窄（80100）（100120），固定液和组分极性相似。配比：3%5%，液膜薄，柱效高，但固定液用量不易太
48、少，否则覆盖不完全，造成：担体裸露部分吸附组分，出现不对称峰，柱效。k，柱容量小，柱效。载样量小，进样量少要求检测器灵敏度高。柱长：16m，常用1 53 0m，在分离完全的前提下尽可能用短柱，否则t长，峰扩散。柱内径：26mm。（2）毛细管柱：分离效能很高，产品已成品化，不能自制，价格较贵，分离难分离的样品。第88页/共116页2、载气载气种类：N2，H2，氦气（He），氩气（Ar）主要用N2载气流速：根据范氏方程H=A+B/+C以H对 作图第89页/共116页由图可看出，当 最佳时，随，H，柱效，波动会引起H较大改变.实际分析时 实际稍大于 最佳虽柱效稍有，但 波动引起的H的变化较小。求 最
49、佳，H最小当范氏方程一阶导数等于0时：第90页/共116页3、工作温度进样器温度：一般控制在组分平均沸点或略高于平均沸点，以保证组分在瞬间汽化，因组分进样量很微，仅1 l左右，所以也可控制在略低于其沸点。检测器温度：与进样器温度大致相同，若为同一加热器，温度完全相同。温度不宜太低，否则组分在检测器冷凝，污染检测器，影响灵敏度。柱温及操作方式：温度影响柱的分离效能。一般柱温比进样器，检测器温度低30 C70 C柱温上限固定液最高使用温度，否则固定液挥发，流失，柱寿命 TC，B/项；TC，C 项 在组分完全分离，tR适当，峰形好的前提下，尽量降低柱温。第91页/共116页柱温控制恒温：样品组分少，
50、沸点相近程序升温：样品复杂，沸程宽（b p 80 C100 C），分离效果好程序升温方式线性升温单位时间升温速度相等非线性升温（分阶升温）在一定初温维持一定时间，然后按一定升温速率升至一定温度，在维持一定时间，每一次升温为一阶。第92页/共116页恒温：恒温：45oC程序升温：程序升温：30180oC恒温：恒温：145oC温度低，低沸点组分分离效果好，但高沸点组分出不来温度低，低沸点组分分离效果好，但高沸点组分出不来程序升温，分离效果好，且分析时间短程序升温，分离效果好，且分析时间短温度高，分析时间短，但分离效果差温度高，分析时间短，但分离效果差程程序序升升温温与与恒恒温温对对分分离离的的影影