氣相色譜法88.1氣相色譜法簡介8.2氣相色譜儀8.3氣相色譜的實驗技術8.4毛細管氣相色譜8.5頂空氣相色譜8.6裂解氣相色譜8.7氣相色譜法應用8.1氣相色譜法簡介1.定義：以氣體作為流動相的色譜法。2.原理及適用范圍：利用物質的沸點、極性及吸附性的差異來實現(xiàn)混合物的分離，廣泛應用于氣體和易揮發(fā)物質的分析。3.特點高選擇性高分離效能高靈敏度4.發(fā)展1941年Martin和Synge發(fā)明液-液（分配）色譜法，闡述了氣-固吸附色譜原理，提出氣-液色譜法設想；(1952年諾貝爾化學獎)色譜學成為分析化學的重要分支學科，是以氣相色譜的產(chǎn)生、發(fā)展為標志。1952年Martin成功研究出氣-液色譜法，解決了脂肪酸、脂肪胺的分析，并對其理論和實踐作出論述；（起點）1954年，Ray把熱導池檢測器用于氣相色譜儀，并對儀器作了重大改進，擴大應用范圍；1956年，荷蘭學者VanDeemter提出氣相色譜速率理論，奠定了理論基礎；1957年美國工程師Golay發(fā)明效能極高的毛細管色譜柱；1958年澳大利亞學者Mcwilliam發(fā)明氫焰離子化檢測器，使分離效能和檢測器的靈敏度大大提高。5.氣相色譜法分類分類方式很多氣相色譜:（1）按固定相的狀態(tài)分--氣固色譜和氣液色譜（2）按使用的色譜柱分--填充柱氣相色譜和毛細管柱氣相色譜如按進樣方式不同分類：頂空氣相色譜和裂解氣相色譜等，其體系及儀器構成類似。8.2氣相色譜儀8.2.1結構框圖載氣系統(tǒng)載氣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)放空DetectorDetectorW8.2.2載氣系統(tǒng)1.作用：提供流量穩(wěn)定的、持續(xù)的、純凈的載氣。組成：（1）載氣：常用有氮氣、氫氣、氦氣載氣鋼瓶：（2）凈化器：除載氣中水和有機雜質等（依次通過活性炭、分子篩、氧化鋁、硅膠等)（3）載氣流速、壓力控制：控制載氣流速恒定。（包括壓力表、流量計、穩(wěn)壓閥等）3.流量計：（1）轉子流量計（2）電子壓力流量計4.鋼瓶與減壓閥鋼瓶樣色對應氣體種類：H2綠色，He暗灰色，O2藍色，N2黑色、CO2銀灰色8.2.3進樣系統(tǒng)要求氣密性好氣化室：將液體試樣瞬間氣化的裝置進樣方式：（1）液體直接進樣（2）頂空進樣利用被測樣品（氣-液和氣-固）加熱平衡后，取其揮發(fā)氣體部分進入氣相色譜儀分析。固相微萃取進樣固相微萃取技術是20世紀90年代興起的一項新穎的樣品前處理與富集技術。8.2.4分離系統(tǒng)1.作用：使樣品中各組分有效的分離。2.組成：（1）柱箱：可控溫度（2）色譜柱：色譜柱管和固定相3.色譜柱分類材料長內徑固定相特點填充柱不銹鋼或玻璃1～5m3～6mm固定相填充其內進樣量多，靈敏度高，柱效低。適于含量低，組分少樣品測定。毛細管柱石英或玻璃幾十米0.1～0.5mm內壁涂漬固定相，管中空柱效高，適于多組分樣品分離分析，靈敏度低（20分鐘分幾十個組分）。8.2.5檢測系統(tǒng)1.作用：把色譜柱中分離開的各試樣組分流經(jīng)檢測器時的濃度或質量變化轉變成易于測量的電信號，經(jīng)放大器放大后輸送給記錄儀。2.組成：檢測器和信號放大器氣相色譜檢測器1.根據(jù)檢測原理不同分為：（1）濃度型檢測器：響應值與組分濃度變化成正比。TCD、ECD（2）質量型檢測器：響應值與組分進入檢測器的質量變化成正比。FID、2.根據(jù)應用范圍不同分為：

（1）通用性檢測器：對大多數(shù)物質都有響應。TCD、FID

（2）選擇性檢測器：僅對某些物質有響應。ECD、FPD檢測器種類：熱導檢測器--TCDthermalconductivitydetector火焰光度檢測器--FPDflamephotometricdetector氫火焰離子檢測器--FIDhydrogenflameionizationdetector電子捕獲檢測器--ECDelectroncapturedetector質譜檢測器--MSDmassspectrumdetector熱導池檢測器-TCD熱敏電阻絲R參熱敏電阻絲R參熱敏電阻絲R測載氣+組份參比池測量池純載氣構造結構簡單，靈敏度適宜，穩(wěn)定性較好對所有的物質都有響應應用最廣泛、最成熟氫火焰離子化檢測器-FID（1）對多數(shù)有機化合物有很高靈敏度

（2）線性范圍寬：106以上

（3）結構簡單、響應快、穩(wěn)定性好

（4）不能測在火焰中不解離的物質（如：水、永久性氣體、氮氧化物、碳氧化物、硫化物）工作原理以苯為例，在氫火焰中的化學電離反應如下：電子捕獲檢測器-ECD（1）線性范圍窄：103

（2）對含電負性元素物質靈敏度極高工作原理1.載氣在β射線作用下發(fā)生電離：N2→N2＋＋e形成恒定的電流–基流。2.電負性的組分B隨載氣進入檢測器后，捕獲電子產(chǎn)生帶負電荷的分子離子：AB（電負性物質）＋e-→AB-AB-＋N2＋→AB+N23.基流降低，產(chǎn)生負信號而形成倒峰，電路反轉，顯示正峰色譜圖?；鹧婀舛葯z測器-FPD對含S、P物質高靈敏度選擇性檢測器檢出限：S：10-11g/SP:10-12g/S線性范圍：S>105P>106工作原理當含硫（S）的化合物進入富氫火焰中時，有下述反應。RS+2O2→SO2+CO2SO2+4H2→2S+4H2OS+S→S2*（化學發(fā)光物質）S2*→S2+hγ(λmax=394nm)8.2.6數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)作用：將檢測器輸出的模擬信號隨時間的變化曲線即色譜圖畫出來。8.2.7溫度控制系統(tǒng)作用：設置，控制和測量氣化室，柱箱和檢測室等處的溫度。8.3氣相色譜實驗技術理想的色譜分析目標：1.最佳的分離度2.最短的分析時間3.最高的分析靈敏度8.3.1固定相的選擇GC中組分分離取決于色譜柱的分離效能和選擇性，而色譜柱中的固定相對于組分的分離起著關鍵性作用。GC的固定相分為固體和液體狀態(tài)。氣-固色譜固定相：1.具有多孔性及較大表面積的吸附劑顆粒。2.分離永久性氣體和低分子量、低沸點烴類。3.常用：見下表。另有高分子多孔微球4.活化：易吸潮而失活，使用前需活化名稱化學組成性質比表面（m2/g）最高使用溫度應用活化方法活性炭石墨化碳黑無定形炭石墨狀結晶非極性300～500100300℃永久性氣體、低沸點烴類，不適合分離極性化合物苯浸泡幾次，350℃用水蒸氣洗至無渾濁，180℃烘干硅膠SiO2·H2O氫鍵型500～700500℃永久性氣體；低級烴，極性隨活化溫度而異6mol/L鹽酸浸泡2h，水洗至無氯離子，烘干氧化鋁Al2O3弱極性100～300500℃烴類及有機異構體400～600℃烘烤活化4h分子篩MO·Al2O3·SiO2極性700～800400℃適于永久性氣體、惰性氣體的分離400℃烘烤活化4h。氣-液色譜固定相：由固定液+擔體組成；在擔體顆粒表面涂漬上薄層固定液。固定液的選擇：原則：一般根據(jù)“相似相溶”的原則。分離非極性物質一般選用非極性固定液試樣中各組分按沸點次序先后流出色譜柱，沸點低先流出。分離極性物質一般選用極性固定液按極性順序分離，極性差異大先流出。分離極性和非極性混合物極性固定液非極性組分先出峰非極性固定液極性組分先出峰能形成氫鍵的物質選用極性或氫鍵固定液按形成氫鍵的能力大小分離，不易形成氫鍵的組分先流出。幾種常見固定液：8.3.2載氣種類及其流速選擇（1）載氣種類：依據(jù)分析速度、檢測器的種類及費用FID：氮氣和氬氣的靈敏度高TCD：氫氣和氦氣可以改善靈敏度ECD：氮氣和氬氣的靈敏度高FPD：氮氣（氮氣價格最為便宜，為GC首選?。?）載氣流速范第姆特方程（在實際工作中，為了縮短分析時間，往往使流速稍高于理論最佳流速。）8.3.3溫度的選擇（1）氣化室溫度選擇汽化室溫度應高于樣品中沸點最高組分的沸點10-50℃。汽化室溫度不能高于組分穩(wěn)定溫度，否則會導致其分解。（2）柱溫的選擇分離度的要求：低柱溫溫度升高，相對保留值下降，分離度變壞柱溫太低，擴散速率減小，分配不能迅速達到平衡，峰形變寬，柱效下降。分析速度的要求：高柱溫溫度升高，保留時間減小，分析速度加快。色譜柱的要求：在色譜柱固定液允許使用溫度范圍內使用，否則不僅會導致柱流失增大，而且會損壞色譜柱。柱溫提高，色譜柱的柱效一般會下降。定量的要求：峰高與柱溫成正比，峰面積與柱溫無關。樣品的要求：溫度過高樣品分解。柱溫的選擇原則在使最難分離的組分有盡可能好的分離的前提下，盡可能采取較低的柱溫，但以保留時間適宜，峰形不拖尾為度。沸點范圍很寬樣品：采用程序升溫分離沸點范圍很寬樣品：采用程序升溫分離程序升溫:指在一個分析周期內，色譜柱溫度隨時間由低溫到高溫呈線性或非線性地變化，以使沸點不同的各組分在其最佳溫度處流出，從而改善分離效果，縮短分析時間。（3）檢測器溫度的選擇恒溫操作時一般高于柱溫10-25℃。程序升溫時，應使檢測器的溫度比樣品中沸點最高組分的沸點高10～20℃。TCD：高于柱溫，溫度升高靈敏度下降，溫度應穩(wěn)定。FID：120℃以上，對溫度要求不高。ECD：250℃以上，溫度對基流和峰高影響很大，但應具體樣品具體分析。

8.3.4進樣條件選擇（1）進樣速度快：進樣時間小于1秒，因為當進樣時間太長時，試樣原始寬度將變大，色譜峰半峰寬隨之變寬，有時甚至使峰變形。（2）進樣量適當：進樣量太多，峰重疊，峰形不對稱，分離效果差。進樣量太少，使含量少的組分因檢測器靈敏度不夠而檢測不出來。液體：0.1-5l，氣體：0.1-10ml最大允許的進樣量：應控制在峰面積（峰高）與進樣量呈線性關系的范圍內。8.4毛細管柱氣相色譜1957年創(chuàng)始人高雷（M.J.E.Golay），發(fā)表第一篇毛細管氣相色譜的報告。制成91米長的毛細管色譜柱，理論塔板數(shù)達到12000。1958年，高雷方程，闡述各種參數(shù)對柱效的影響。我國在上世紀50年代后期開始毛細管氣相研究，在石油工業(yè)的研究和生產(chǎn)中起很大作用。1979年高彈性石英毛細管出現(xiàn)。1983年HP公司推出大孔徑毛細管柱。90年代后期，Alltech公司推出“集束毛細管柱”1987年，荷蘭科學家制成世界上最長，理論塔板數(shù)最多的毛細管柱，其理論塔板數(shù)達到3000000.毛細管色譜柱的特點主要為開管柱opentubularcolumn管內壁涂漬固定液，無載體空心管主要特點：分離能力強、分析時間快、柱容量小、適用更復雜對象、相比大、進樣量小/分流分流技術：毛細管柱進樣量必須極?。ㄒ话阋簶?0-2～10-3微升，氣樣約1微升）分流比常為20:1或更高尾吹氣裝置：毛細管柱柱內載氣流量太低，不能滿足檢測器的最佳條件（一般要求20mL/min的載氣流量）。一般在柱后加一路載氣進入檢測器。保證檢測器在高靈敏度狀態(tài)下工作。帶尾吹裝置的ECD毛細管柱色譜與填充柱色譜的區(qū)別系統(tǒng)填充柱色譜毛細管柱色譜載氣系統(tǒng)————————進樣系統(tǒng)無分流分流裝置分離系統(tǒng)填充柱毛細管柱檢測系統(tǒng)無尾吹氣前加尾吹氣裝置記錄系統(tǒng)————————溫控系統(tǒng)————————8.5頂空氣相色譜（GC-headspaceanalysis）一種對液體或固體中的揮發(fā)性成分進行氣相色譜分析的間接測定方法。其實質就是GC進樣系統(tǒng)部分為：頂空進樣系統(tǒng)一般分為兩種形式：靜態(tài)及動態(tài)頂空動態(tài)頂空氣相也稱：吹掃-捕集分析法靜態(tài)頂空與動態(tài)頂空頂空氣相色譜儀頂空氣相的應用1.食品中揮發(fā)性物質的測定。黑莓、香蕉、梨、胡蘿卜、洋蔥、薄荷油、咖啡白蘭地酒、威士忌酒等蜂蜜中揮發(fā)物質2.生理樣品中的揮發(fā)物血液中的酒精（酒駕）血、尿、水中的苯、甲苯、二甲苯3.固體樣品中揮發(fā)性物質塑料包裝袋中甲苯殘留8.6裂解氣相色譜（PyGC）在熱裂解和氣相色譜兩種技術基礎上發(fā)展起來的。1954年，Davison首先對高聚物的裂解產(chǎn)物進行氣相色譜分離；1959年，Martin等把高聚物裂解裝置與氣相色譜儀聯(lián)機分析聚合物成功；1966年，Sinnmon等實現(xiàn)了PyGC-MS鑒定了氨基酸裂解碎片。上世紀80年代，聯(lián)用成熟。PyGC特點及應用特點：分離效率高；靈敏度高；分析速度快；適合各種形態(tài)樣品；設備簡單易于普及；聯(lián)用方便。應用：在高分子，生物醫(yī)學、環(huán)境科學、考古學、地球化學、礦物燃料、火炸藥等領域廣泛應用。局限性：首先，對大量裂解產(chǎn)物的鑒定比較麻煩；其次，譜圖特征不能完全反映樣品的組成和結構（色譜柱流出產(chǎn)物只是熱穩(wěn)定的，小分子量的碎片），因此，聯(lián)用是其充分發(fā)揮作用的重要使用方式。PyGC原理及研究對象在一定條件下高分子及非揮發(fā)性有機物遵循一定的規(guī)律裂解，及特定的樣品能夠產(chǎn)生特征的裂解產(chǎn)物及產(chǎn)物分布，據(jù)此可對原樣品進行表征。主要研究對象是天然和合成高聚物、生物大分子、地質有機大分子和不揮發(fā)有機物。8.7全二維氣相色譜(GC×GC)二維氣相（GC+GC）一般是從第一支色譜柱切割出部分餾分在第二支色譜柱上進行分離，缺點是不能完全利用二維氣相色譜的峰容量，它只是把第一支色譜柱流出的部分餾分轉移到第二支柱上，進行進一步的分離。

全二維氣相(GC×GC)色譜是多維色譜的一種，但它不同于通常的二維色譜(GC+GC)。

全二維氣相色譜是把分離機理不同而又互相獨立的兩支色譜柱以串聯(lián)方式結合成二維氣相色譜，通過調制器，在兩根色譜柱之間對組分起捕集再傳送的作用，可得到復雜樣品的三維色譜圖或二維輪廓圖。GC×GC的前景該技術自90年代初萌芽以來，在1999年由美國Zoex公司實現(xiàn)了儀器商品化。它將廣泛地應用于含100個組分以上的復雜樣品分析，如石油樣品、環(huán)境樣