仪器分析GC色谱分析

  气相色谱分析 一 气相色谱仪器 气路系统、进样系统、柱分离系统、各类检测器 二 气相色谱固定相 气固色谱固定相（吸附剂）、气液色谱固定相（载体+固定液） 三 气相色谱分离分析条件 柱长、载气及其流速、填充颗粒、柱温、进样量及进样方式 四 定性分析 保留时间、经验规律、保留指数、双柱定性、仪器联用定性 五 定量分析 校正因子、归一化法、外标法、内标法 *六 毛细管色谱简介 毛细管分类及特点; 1955年，首台气相色谱仪问世;一 气相色谱仪??? 现在，有近百厂家、提供数百种型号, 过去几十年内，色谱仪器得到了极大的发展，这主要归于： 1970s: 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、自动进样等。 ;一）气路系统(Carrier gas supply) ——获得纯净、连续流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气 体净化装置。 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 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：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。 压力表：多为两级压力指示：第一级，钢瓶压力(总是高于常压。对填 充柱：10-50 psi；对开口毛细柱：1-25 psi)；第二级，柱头压 力指示； 流量计：在柱头前使用转子流量计(Rotometer)，但不太准确。通常在 柱后，以皂膜流量计(Soap-bubble meter)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。;二）进样系统(Sample injection system);三）柱分离系统 柱分离系统是色谱分析的心脏部分。分离柱由柱管和固定相组成。 柱材料：金属、玻璃、融熔石英、Teflon等 填充柱：多为U形或螺旋形，内径2~4 mm，长1~3m，内填固定相； 开管柱：分为涂壁、多孔层和涂载体开管柱。内径0.1~0.5mm，长达几 十至100m。通常弯成直径10~30cm的螺旋状。开管柱因渗透 性好、传质快，因而分离效率高(n可达106)、分析速度快、样 品用量小。 固定相: (1) 气固色谱固定相——固体吸附剂 （2）气液色谱固定相——惰性载体＋固定液 ;四）检测器 P34 理想的检测器应具有的条件： 1）适合的灵敏度：对一些组分十分灵敏，而对其它则不，其间应相差 达107倍； 2）稳定、重现性好； 3）线性范围宽，可达几个数量级； 4）可在室温到400oC下使用； 5）响应时间短，且不受流速影响； 6）可靠性好、使用起来更便捷、对无经验者来说足够安全； 7）对所有待测物的响应相似或可以预测这种响应； 8）选择性好； 9）不破坏样品。 ; 气相色谱检测器种类非常之多，本节将介绍最为常用的几种检测器： 1. 热导检测器(Thermal conductivity detector, TCD); 2. 氢火焰离子化检测器(Flame ionized detector, FID); 3. 电子捕获检测器(Electron capture detector, ECD); 4. 火焰光度检测器(Flame photometric detector, FPD); 5. 氮磷检测器（NPD）也称热离子检测器(Thermionic detector, TID); 6. 原子发射检测器(Atomic emission Detector, AED) ;1. 热导检测器(TCD);影响TCD灵敏度的因素： 1）桥电流 i：i 增加——热敏元件温度增加——元件与池体间温差增加——气体热传导增加——灵敏度增加。但 i 过大，热敏元件寿命下降。电流通常选择在100~200 mA之间。 2）池体温度：池体温度低，与热敏元件间温差大，灵敏度提高。 3）载气种类：载气与试样的热导系数相差越大，则灵敏度越高。通常选择热导系数大的H2和Ar作载气。 4）热敏元件阻值：阻值高、电阻温度系数?大的热敏元件，它的灵敏度高。 综述：较大的桥电流、较低的池体温度、低分子量的载气以及具有大的电阻温度系数的热敏元件可获得较高的灵敏度。;2. 火焰离子化检测器（FID） 又称氢焰离子化检测器。 原理：含碳有机物在H2-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给分。 结构：主体为离子室，内有石英喷嘴、发射极(极化极)和收集极。 工作过程：来自色谱柱的有机物与H2-Air混合并燃烧，产生电子和离子碎片，这些带电粒子形成电流，经放大后测量电流信号（10-12 A）。;火焰离子化机理： 通常认为是化学电离过程：有机物燃烧产生自由基，自由基与O2作用产生正离子，再与水作用生成H3O+。 以苯为例： 影响FID灵敏度的因素： 1）载气和氢气流速：通常以N2为载气，其流速主要考虑其柱效能。但也要考虑其流速与H2流速相匹配。一般N2:H2 = 1:1~1:1.5；当以He为载气时，则氢气流速= 1/3H2+10mL。 2）空气流速：流速越大，灵敏度越大，到一定值时，空气流速对灵敏度影响不大。一般地，H2:Air = 1:10。 3）极化电压：在50V以下时，电压越高，灵敏度越高。但在50V以上，则灵敏度增加不明显。通常选择100~300V的极化电压。 4）操作温度：比柱的最高允许使用温度低约 50oC(防止固定液流失及基线漂移);FID特点： 1）灵敏度较高(~10-13g/s)； 2）线）为质量型检测器，色谱峰高取决于单位时间内引入检测器中组分的质量。 在样品量一定时，峰高与载气流速成正比。因此在用峰高定量时，应控 制流速恒定！ 6）对无机物、永久性气体和水基本无响应（不足？），因此FID特别适于 水中和大气中痕量有机物分析或受水、N和S的氧化物污染的有机物分析。 7）对含羰基、羟基、卤代基和胺基的有机物灵敏度很低或根本无响应。 8）样品受到破坏。;3. 电子捕获检测器(ECD) 原理及工作过程：从色谱柱流出的载气(N2或Ar)被ECD内腔中的?放射源电离，形成次级离子和电子，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ECD内时，将捕获已形成的低速自由电子，生成负离子并与载气正离子复合成中性分子，此时，基流下降形成“倒峰”。 ——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品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的分析。 ;4. ??焰光度检测器（FPD） FPD结构： 喷嘴+滤光片+光电管。 原理：待测物在低温H2-Air焰中燃烧产生S、P化合物的分解产物并发射特征分子光谱。测量强度则可进行S、P化合物定量分析。 应用——对含S、P化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。大多数都用在SO2、H2S、石油精馏物的含硫量、有机硫、有机磷的农药残留物分析等。 ;5. 原子发射检测器（AED）;;二、气相色谱固定相; 一）气固色谱固定相——固体吸附剂 该类型色谱柱是利用其中固体吸附剂对不同物质的吸附能力差别进行分离。 1. 常用固体吸附剂 硅胶(强极性)、氧化铝(弱极性)、活性炭(非极性)、分子筛(极性，筛孔大小) 2. 人工合成固体吸附剂 高分子多孔微球(GDX)：人工合成的多孔聚合物，其孔径大小可以人为控制。可在活化后直接用于分离。 吸附剂特点： 吸附力大 — 可分离永久性气体，如大气成分的分析. ——大多数都用在分离小分子量的永久气体及烃类。 ;;二）气液色谱固定相——载体+固定液 气液色谱固定相由载体(Solid support material)和固定液(Liquid stationary phase) 构成：载体为固定液提供大的惰性表面，以承担固定液。 1. 载体(也称担体) 对载体的要求：粒度均匀、高强度的球形小颗粒；至少1m2/g的比表面(过大可 造成峰形拖尾)；高温下呈惰性(不与待测物反应)并可被固定液 完全浸润。 载体类型：分为硅藻土型和非硅藻土型，后者又分为白色和红色担体。;2. 固定液及其选择 对固定液的要求： a) 耐热性好、蒸汽压低——流失少； b) 化学稳定性高——不与其它物质反应； c) 对试样各组分有合适的溶解能力（分配系数K适当）； d) 对各组分拥有非常良好的选择性 —— 与各组分分子间作用力 不同—— 作用力有哪些？通过什么参数能体现作用力的不同？ ;固定液与组分的作用力：a) 色散力——非极性分子之间（瞬时偶极之间静电吸引）；b) 诱导力——极性与非极性分子之间（偶极与瞬时偶极之间静 电吸引）；c) 取向力——极性与极性分子之间（偶极与偶极之间静电吸引）d) 氢键力——强度介于化学键力和范德华力之间的静电吸引， 亦属取向力。 —— 如何反应固定液与组分之间作用力的实际大小，以选择正真适合固定液和色谱柱？ （与极性大小有关 —— 固定液的特性参数） ;3. 固定液的特性参数及选择 (i) 相对极性P：规定非极性固定液角鲨烷的极性为0，强极性固定液?,?-氧二丙腈的极性为100，以物质对正丁烷-丁二烯或环已烷-苯在角鲨烷、?,?-氧二丙腈及待测固定液上分离得到相对保留值，并取对数： 从下列公式求得待测固定液的相对极性Px： 其中q1, q2, qx分别表示物质对在角鲨烷、?,?-氧二丙腈和待测固定液的相对保留值。Px在0~100之间，每20单位为一级，即将极性分为5级：0, +1(非极性)；+1, +2(弱极性)；+3(中等极性；+4, +5(强极性) (ii) 固定液特性常数?I：罗氏常数——以苯、乙醇、甲乙酮、硝基甲烷、吡啶为标准物 麦氏常数——以苯、丁醇、戊酮-2、硝基丙烷、吡啶为标准物测定。;固定液分类及选择：;表： 12种优选固定液 麦氏常数：x’、y’、 z’、u’、s’表示，分别 代表了极性分子间存在 着的静电力（偶极定向 力）；极性与非极性分 子间存在着的诱导力； 非极性分子间的色散力； 氢键等。也可以用五个 数的总和来表示固定相 的极性大小，如： β，β’—氧二丙睛五个 常数的总和为4427，是 强极性固定相。;三 气相色谱分离分析条件 根据van Deemter方程和色谱分离方程式选择条件， 1. 固定相的选择 —— 相似原理 2. 柱长L 由分离度R的定义可得(R1/R2)2=n1/n2=L1/L2 即柱越长，理论塔坂数越高，分离越好。但柱过长，分析时间增加且峰宽也会增加，导致总分离效能下降，因此柱长L要根据R的要求(R=1.5)，选择刚好使各组分得到一定效果分离为宜。 3. 载气及流速u 对van Deemter方程求导得到在流速为 ，柱效最高， 当u较小时，B/u占主要，此时选择分子量大的载气，使组分的扩散系数小； 当u较大时，Cu点主要，此时选择分子量小的载气，使组分的扩散系数小，减小传质阻力项Cu。;4.柱温 5. 载体粒度及筛分范围 载体粒度越小，柱效越高。但粒度过小，则阻力及柱压增加。通常，对填充柱而言，粒度大小为柱内径的1/20~1/25为宜。 6. 进样方式及进样量 要以“塞子”的方式进样，以防峰形扩张；进样量，也要以峰形不拖尾为宜。;四 定性分析方法 1、用已知物对照定性 该法是基于在一定操作条件下，各组分保留时间是一定值的原理。 具体做法： ——对照 ——峰增加;2. 据经验式定性 1）碳数规律：在一定温度下，同系物的调整保留时间tr’的对数与分子中碳数n成正比： lgtr’=An+C (n?3) 如果知道两种或以上同系物的调整保留值，则可求出常数A和C。未知物的碳数则可从色谱图查出tr’后，以上式求出。 2）沸点规律：同族具相同碳数的异构物，其调整保留时间tr’的对数与分子中沸点n成正比： lgtr’=ATb+C 3. 据相对保留值 ri,s定性： 用保留值定性要求两次进样条件完全一致，这是很难的。而用ri,s定性，则只要温度一定即可。 具体做法： 在样品和标准中分别加入同一种基准物 s，将样品的ri,s和标准物的ri,s相比较来确定样品中是否含有 i 组分。;4. 保留指数(Kovats指数)定性 该指数定性的重现性最佳，当固定液和柱温一定时，定性可不需要标准物。 设正构烷烃的Kovats指数为碳数?100。测定时，将碳数为n 和n+1的正构烷烃加入到样品 x 中进行色谱分析，此时测得这三个物质的调整保留值分别为： tr’(Cn)，tr’(x)和tr’(Cn+1)，且待测物x的调整保留值介于两个烷烃之间。 利用此式求出未知物Kovats指数Ix，然后与文献值对照。 5. 双柱或多柱定性 可克服在一根柱上，不同物质可能 出现相同的保留时间的情况。 6. 与其它方法结合定性 如GC-MS，GC-IR，GC-MS-MS;例题：;五 定量分析 GC分析是根据检测器对待测物的响应（峰高或峰面积）与待测物的量成正比的原理进行定量的。因此必须准确测定峰高h或峰面积A。 1. 峰面积A的测量： 对称峰：峰高h与半峰宽的积： A=1.065 ? h ? W1/2 不对称峰：峰高与平均峰宽的积： A=1/2 ?h ?(W0.15+W0.85) 2. 定量校正因子 由于检测器对不同物质的响应不同，因而两个相同的峰面积并不一定说明两个物质的量相等！因此，在计算组分的量时，必须将峰面积A进行“校正”。 1）绝对校正因子 wi=fi’Ai 或 fi’= wi/Ai 通过此式可得到待测物单位峰面积对应的该物质的量。;2）相对校正因子fi 由于绝对校正因子fi’与检测器灵敏度有关，它即不易准确测得(为什么？)，因此定量分析中常用相对校正因子表示：即用一个物质作标准，用相对校正因子将所有待测物的峰面积校正成相对于这个标准物质的峰面积，使各组分的峰面积与其质量的关系有一个统一的标准做折算。 采用的标准物因检测器不同而不同：TCD——苯；FID——正庚烷。 fi(w)=fi’(w)/fs’(w)=(Aswi/Aiws) …………..通式 当w分别为质量m、摩尔M、和气体体积V时，上式分别表示为 ;3. 相对校正因子的测量 准确称取被测物与标准物，混合后进样。从所得色谱图分别求出它们的峰面积，然后通过前述公式计算校正因子（省去“相对”二字）。 一定要注意： 校正因子只与试样、标准物和检测器类型有关，与其它所有条件无关！可以查表得到。;4. 定量分析方法 1）归一化法：要求试样中所有n个组分全部流出色谱柱，并全部出峰！则其中组分 i 的含量为： fi 为i 物质的相对定量校正因子；Ai为其峰面积。 此法简单、准确，操作条件影响小;2）外标法：或标准曲线法。以Ai对xi作图得标准曲线。该法不需校正因子。但进样 量和操作条件必须严控！ 特点及要求： 外标法不使用校正因子，准确性较高， 操作条件变化对结果准确性影响较大。 对进样量的准确性控制要求比较高， 适用于大批量试样的快速分析。 ;3）内标法：在配制的每个标准溶液中以及待测试样中加一固定量为ms的内标物， 以Ai/As对xi作图，得内标法校正曲线; 或进行计算：;内标法特点 （1） 内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大。 （2） 每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。 （ 3 ） 若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定，则：;空气;六 毛细管柱气相色谱(Capillary GC) 1956 年Golay正式提出了非填充柱（空心柱）的理论并制作出效率非常之高毛细管柱；次年发表了该研究论文。 50 年代后期，一些研究人员都制成了各类毛细管柱，经测定，一些毛细管的理论塔板数可达到300,000！ 然而，自毛细管柱发明以来，20多年都没有大范围的应用，主要是因为：1）柱容量小；2）柱强度小；3）样品引入及管与检测器的连结问题；3）固定液涂渍的重现性不好；4）寿命短；5）柱易堵塞；6）专利1977年才过期。 70 年代后期，以上问题大多得到解决，毛细管柱的应用慢慢的变多。 1987 年，荷兰Chrompack Inter. Coporation制成了世界最长、理论塔板数最多的熔融石英毛细管柱(2100m长，内径0.32mm，内壁固定液厚度0.1?m，理论塔板数超过3,000,000)并被载入吉力斯世界记录。;一）毛细管气相色谱仪器 毛细管气相色谱仪器与填充柱色谱仪类似。只是在进样口增加了分流/不分流装置，以及在柱后增加了一??尾气吹扫气路。前者解决了柱容量小的问题，后者减少了柱与检测器连结处的死体积过大的问题。;二）毛细管柱 1. 分类 填充型：先在玻璃管内填充疏松载体，再拉制成毛细管，最后再涂渍固定液。 开管型：按固定液涂渍方法不同，可分为 (i) 涂壁开管柱(Wall-coated open tubular, WCOT) 管内壁经处理后，直接涂渍固定液； 管内壁经处理后，将固定液引入到管壁，再经高温处理，使其交联(Cross- lined)至管壁——高效、耐高温、抗溶剂冲刷。 管内壁经处理后，将固定液以化学键合(Bonded)的方式引入到管壁或预先涂 渍的硅胶上——高热稳定性。 (ii) 载体涂渍开管柱(SCOT)： 管内壁经处理后，先涂载体，再涂固定液——液膜厚，因而柱容量大。 (iii) 多孔层开管柱(Porous layer coated open tubular, PLOT) 管内壁涂渍一层多孔吸附剂颗粒，不涂固定液，其实就是毛细管气固色谱柱。 以上开管柱玻璃材料已被外涂聚酰亚胺保护层的熔融石英管(含金属氧化合物 少、管壁更薄，因而不与待测物作用、柔韧性好、强度高、更易弯曲）所取代。 此外，现在也发展了一种大口径开管柱(Megabore colum, 0.53mm i.d.)，可容许更大样品量（类似于填充柱），尽管柱效低些，但大大高于填充柱。;毛细管气相色谱图(分别涂渍不同的固定相, 温度为最高使用温度）;2. 毛细管柱特点 (i) 渗透性好：可使用较长的色谱柱； (ii) 相比率大：分配快，有利于提高柱效；加上保留因子k小，渗透性 好，因而分析速度快； (iii) 柱容量小：因而进样量小。需采用分流技术并使用更高灵敏度的检 测器； (iv) 总柱效高：尽管毛细管柱效比填充柱大，但仍处于同一数量级。但 毛细管柱长很大，因而总柱效高。;3. 毛细管GC与其它仪器联用 GC-MS;空气

  部编版初中语文九年级上册名著导读《艾青诗选》如何读诗(说课)（附教学反思、板书）课件.pptx

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者