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1、气相色谱 基础教学本讲稿第一页，共二十五页一、实验目的一、实验目的1、掌握气相色谱保留值定性及归一化法定量的、掌握气相色谱保留值定性及归一化法定量的方法和特点；方法和特点；2、熟悉、熟悉SC-200型气相色谱仪的使用，掌握微量注型气相色谱仪的使用，掌握微量注射器进样技术。射器进样技术。本讲稿第二页，共二十五页二、内容提要二、内容提要*气相色谱过程：混合物的分离气相色谱过程：混合物的分离各组分的测定各组分的测定气相色谱分为气相色谱分为:气固色谱（吸附气固色谱（吸附-脱附）脱附）(吸附剂吸附剂)气液色谱（分配）气液色谱（分配）*两相：两相：固定相固定相 流动相流动相 固定液固定液 担体担体 载气载
2、气（高沸点的有机溶剂（高沸点的有机溶剂)（惰性固体（惰性固体)H2、N2、He本讲稿第三页，共二十五页*分离原理：载气携带被分析的气态混合物通过色谱柱时分离原理：载气携带被分析的气态混合物通过色谱柱时,各组分在气液两相间反复分配，由于各组分的各组分在气液两相间反复分配，由于各组分的K值不同，值不同，先后流出色谱柱得到分离。先后流出色谱柱得到分离。*检测：各组分的化学性质、热导率、电性能学等性质，用检测：各组分的化学性质、热导率、电性能学等性质，用相应的检测器，通过电子线路纪录信号，得到随时间变相应的检测器，通过电子线路纪录信号，得到随时间变化的曲线（色谱图）化的曲线（色谱图）*定性：色谱峰出现
3、的时间与该组分的性质有关，即保留时定性：色谱峰出现的时间与该组分的性质有关，即保留时间定性（经验规律、保留指数、双柱定性、仪器联用间定性（经验规律、保留指数、双柱定性、仪器联用)本讲稿第四页，共二十五页*定量：峰高或峰面积大小与组分的含量有关定量：峰高或峰面积大小与组分的含量有关 （校正因子、归一化法、外标法、内标法）（校正因子、归一化法、外标法、内标法）操作条件（色谱柱、温度、流速等）不变，在一定进样操作条件（色谱柱、温度、流速等）不变，在一定进样量范围内：量范围内：式中式中:mi为为i组份的量，组份的量，Ai为为i组份的峰面积，组份的峰面积，fi 为比例常数，又称为比例常数，又称i组份的校
4、正因子。组份的校正因子。(fi 表示了单位峰面积所代表表示了单位峰面积所代表 i组份的量）组份的量）本讲稿第五页，共二十五页由于各组分在检测器上的响应不同（等含量的各由于各组分在检测器上的响应不同（等含量的各组分得到的峰面积不同），需引入相对校正因子组分得到的峰面积不同），需引入相对校正因子（一般所说的校正因子）：（一般所说的校正因子）：设设fs=1，则，则Si为为i组份的响应值，与组份的响应值，与fi互为倒数。互为倒数。混合物中各组份的百分含量，就能用单一组份峰面积与其混合物中各组份的百分含量，就能用单一组份峰面积与其校正因子的乘积占各个组份峰面积与相应校正因子乘积的总校正因子的乘积占各个组
5、份峰面积与相应校正因子乘积的总和之百分比求得，这即归一化方法。和之百分比求得，这即归一化方法。本讲稿第六页，共二十五页实验测定苯、甲苯、二甲苯的混合物中各组份含量。实验测定苯、甲苯、二甲苯的混合物中各组份含量。*配制等体积混合物（苯、甲苯、二甲苯）测量峰面配制等体积混合物（苯、甲苯、二甲苯）测量峰面积积,色谱图按苯、甲苯、二甲苯次序全部出峰。色谱图按苯、甲苯、二甲苯次序全部出峰。测量响应值或校正因子。选定：测量响应值或校正因子。选定：S苯苯=1，则，则S甲甲苯苯=A甲苯甲苯/A苯苯 ，S二甲二甲苯苯=A二二甲苯甲苯/A苯苯*绘制被测混合试样色谱图，归一化法求出组分的体绘制被测混合试样色谱图，归
6、一化法求出组分的体积百分含量：积百分含量：Vi%=100%本讲稿第七页，共二十五页归一化法优点：简便、与进样量无关，操作条件变化对结果影响小归一化法缺点：全部组分全部都流出并测 出，包括校正因子。本讲稿第八页，共二十五页三、仪器三、仪器气相色谱仪气相色谱仪气路系统、进样系统、柱分离系气路系统、进样系统、柱分离系统、温控系统、各类检测器统、温控系统、各类检测器本讲稿第九页，共二十五页气相色谱结构流程 chromatography1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计;6-压力表；7-进样器；8-色谱柱;9-热导检测器；10-放大器11-温度控制器；12-记录仪；载气系统
7、进样系统色谱柱检测系统温控系统本讲稿第十页，共二十五页气相色谱仪器气相色谱仪器 有近百厂家、提供数百种型号有近百厂家、提供数百种型号1970s电子积分仪及计算机数据处理装置的发展；电子积分仪及计算机数据处理装置的发展；1980s计算机技术对仪器各类参数的自动控制。如柱温、流速、计算机技术对仪器各类参数的自动控制。如柱温、流速、自动进样等。自动进样等。随着这些技术的发展，仪器性价比大幅提高。其中，随着这些技术的发展，仪器性价比大幅提高。其中，GC最重要的发展是开管柱的引入，使含有数百种混最重要的发展是开管柱的引入，使含有数百种混合物样品得以分离！合物样品得以分离！本讲稿第十一页，共二十五页1、气
8、路系统、气路系统(Carrier gas supply)气路系统：气路系统：获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气体获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气体 净化装置。净化装置。载气：载气：要求化学惰性，不与有关物质反应。载气的选择除了要求考虑要求化学惰性，不与有关物质反应。载气的选择除了要求考虑 对柱效的影响外，还要与分析对象和所用的检测器相配。对柱效的影响外，还要与分析对象和所用的检测器相配。净化器：净化器：多为分子筛和活性碳管的串联，可除去水、氧气以及其它杂多为分子筛和活性碳管的串联，可除去水、氧气以及其它杂 质。质。压力表：压力表：多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力
9、多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力(总是高于常压。对填总是高于常压。对填 充柱：充柱：10-50 psi；对开口毛细柱：；对开口毛细柱：1-25 psi)；第二级，柱头压；第二级，柱头压 力指示；力指示；流量计：流量计：在柱头前使用转子流量计在柱头前使用转子流量计(Rotometer)，但不太准确。通常在，但不太准确。通常在 柱后，以皂膜流量计柱后，以皂膜流量计(Soap-bubble meter)测流速。许多现代仪测流速。许多现代仪 器装置有电子流量计，并以计算机控制其流速保持不变。器装置有电子流量计，并以计算机控制其流速保持不变。本讲稿第十二页，共二十五页2、进样系统：进样器+气化室 液体
10、进样器：不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样气体进样器：推拉式、旋转式（六通阀）。气化室气化室：将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。本讲稿第十三页，共二十五页3、柱分离系统、柱分离系统填充柱：内径填充柱：内径24 mm，长，长13m，内填固定相；，内填固定相；毛细管柱：内径毛细管柱：内径0.10.5mm，长达几十至，长达几十至100m，涂壁固定液涂壁固定液毛细管柱因渗透性好、传质快，因而分离效率高毛细管柱因渗透性好、传质快，因而分离效率高(n可可106)、分析速度分析速度
11、快、样品用量小。快、样品用量小。柱温：是影响分离的最重要的因素。（选择柱温主要是考虑柱温：是影响分离的最重要的因素。（选择柱温主要是考虑 样品待测物沸点和对分离的要求。）样品待测物沸点和对分离的要求。）柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点(分析时间分析时间20-30min)；对；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法宽沸程的样品，应使用程序升温方法。本讲稿第十四页，共二十五页色谱柱及使用条件的选择色谱柱及使用条件的选择（1 1）固定相的选择固定相的选择 气液色谱，应根据“相似相溶”的原则 分分离离非非极极性性组组分分时时，通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺序出
12、峰，低沸点组分先出峰。分分离离极极性性组组分分时时，一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。本讲稿第十五页，共二十五页 分分离离非非极极性性和和极极性性的的（或或易易被被极极化化的的）混混合合物物，一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极化的）组分后出峰。醇醇、胺胺、水水等等强强极极性性和和能能形形成成氢氢键键的的化化合合物物的的分分离离，通常选择极性或氢键性的固定液。组组成成复复杂杂、较较难难分分离离的的试试样样，通常使用特殊固定液，或混合固定相。本讲稿第十六页，共二十五页4、检测系统检测系统 通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成；被色谱
13、柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，给出色谱图；浓度型检测器：浓度型检测器：检测 信号值与组分的浓度成正比。热导检测器（TCD)；质量型检测器：质量型检测器：检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。氢火焰离子化检测器（FID）；广普型检测器：广普型检测器：对所有物质有响应，热导检测器（TCD)；专属型检测器：专属型检测器：对特定物质有高灵敏响应，电子俘获检测器（ECD)；本讲稿第十七页，共二十五页热导检测器热导检测器 thermal conductivity detector,TCD（1 1）热导检测器的结构热导检测器的结构
14、 池体池体（一般用不锈钢制成）热敏元件热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。参考臂：参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。测量臂测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。本讲稿第十八页，共二十五页（2 2）检测原理）检测原理 平衡电桥，右图。不同的气体有不同的热导系数。钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：R参参=R测测 ;R1=R2 则：则：R参参R2=R测测R1 无电压信号输出；记录仪走直线（基线）。本讲稿第十九页，共二十五页进样后进样后:载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变
15、化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差，R参参R测测 则：R参参R2R测测R1 这时电桥失去平衡，a、b两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。本讲稿第二十页，共二十五页影响影响TCD灵敏度的因素：灵敏度的因素：1）桥桥电电流流 i：i 增增加加热热敏敏元元件件温温度度增增加加元元件件与与池池体体间间温温差差增增加加气气体体热热传传导导增增加加灵灵敏敏度度增增加加。但但 i 过过大大，热热敏敏元元件件寿寿命命下下降降。电电流流通通常常选选择择在在100200 mA之之间间(N2作载气，作载气，100150 mA；H2作载气，作载气，1
16、50200 mA)。2）池池体体温温度度：池池体体温温度度低低，与与热热敏敏元元件件间间温温差差大大，灵灵敏敏度度提提高高。但但温温度度过过低低，可使试样凝结于检测器中。通常池体温度应高于柱温。可使试样凝结于检测器中。通常池体温度应高于柱温。3）载载气气种种类类：载载气气与与试试样样的的热热导导系系数数相相差差越越大大，则则灵灵敏敏度度越越高高。通通常常选选择择热热导导系系数数大大的的H2 和和Ar 作载气。用作载气。用N2作载气，热导系数较大的试样作载气，热导系数较大的试样(如甲烷如甲烷)可出现倒峰。可出现倒峰。4）热热敏敏元元件件阻阻值值：阻阻值值高高、电电阻阻温温度度系系数数 大大（随随
17、温温度度改改变变，阻阻值值改改变变大大，或或者者说说热敏性好）的热敏元件，其灵敏度高。热敏性好）的热敏元件，其灵敏度高。综综述述：较较大大的的桥桥电电流流、较较低低的的池池体体温温度度、低低分分子子量量的的载载气气以以及及具具有有大大的的电电阻阻温度系数的热敏元件可获得较高的灵敏度。温度系数的热敏元件可获得较高的灵敏度。本讲稿第二十一页，共二十五页5.温度控制系统 温度是色谱分离条件的重要选择参数；气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；气化室：保证液体试样瞬间气化；检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程
18、序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；本讲稿第二十二页，共二十五页本实验采用：SC200型气相色谱仪热导地检测器色谱柱：长2m，上试102白色担体6080目，涂渍邻苯二甲酸二壬酯为固定液，液担比为15100(是属于气固、还是气液色谱？是填充住、还是毛细管柱？是极性柱还是非极性柱？）载气：N2本讲稿第二十三页，共二十五页四、实验内容四、实验内容a、配制正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷混合液，取1L，测谱图，三次。b、配制环己烷、苯混合液，取1L，测谱图，三次。c、测定性未知样谱图，三次。d、配制苯、甲苯、间二甲苯标准混合液（各取100 L）取1L，测谱图，三次。e、测定量未知样谱图，三次。本讲稿第二十四页，共二十五页五、数据处理五、数据处理1、记录色谱操作条件2、记录a、b两组各已知组分的保留值，确定未知样组分3、用归一化法求得苯、甲苯、间二甲苯试样中各组分的体积百分含量本讲稿第二十五页，共二十五页