1、氣相色譜儀的基本原理及結(jié)構(gòu),色譜理論基礎(chǔ),1.“色譜”二字的由來 *朗格于1850年關(guān)于色譜分離過程的報告是最 原始的色譜法論文集 *拉姆齊在1905年用色譜法分離過氣體混合物 2.茨維特實驗的原形 *色譜法最初是由俄國植物學(xué)家茨威特首先提出并 命名的.1906年茨維特用右邊圖示的實驗裝置 實現(xiàn)了多種物質(zhì)的分離并確立了色譜柱, *1952年馬丁和辛格創(chuàng)立了氣液色譜法并由此 獲得了1952年的諾貝爾獎金 *1958年出現(xiàn)了第一臺商品化的GC *我國在1956年開展研究，1965年前后北分、 上分相繼投入試制,色 譜 柱,檢測器,色 譜 圖,時刻A,時刻B,時刻C,時刻D,時刻E,時刻F,進(jìn)樣,色

2、譜理論基礎(chǔ),氣相色譜儀原理簡述,原理概述： 色譜分析是一種多組份混合物的分離、分析工具。它主要利用物質(zhì)的物理性質(zhì)對混合物進(jìn)行分離，測定混合物的各個組份。并對混合物中的各個組份進(jìn)行定性、定量分析。色譜法主要包括氣相色譜法和液相色譜法。 氣相色譜儀是以氣體作為流動相（載氣）。當(dāng)樣品被送入進(jìn)樣器后由載氣攜帶進(jìn)入色譜柱,由于樣品中各個組份在色譜柱中的流動相（氣相）和固定相（液體或固體）間分配或吸附系數(shù)的差異,在載氣的沖洗下，各個組份在兩相間作反復(fù)多次分配，使各組份在色譜柱中得到分離，然后由接在柱后的檢測器根據(jù)組份的物理化學(xué)特性，將各個組份按順序檢測出來。,根據(jù)色譜柱固定相的狀態(tài)不同，又可將其分為氣固色

3、譜和氣液色譜。氣固色譜是用多孔性固體為固定相，分離的主要對象是一些永久性的氣體和低沸點的化合物。但由于氣固色譜可供選擇的固定相種類甚少，分離的對象不多，且色譜峰容易產(chǎn)生拖尾，因此實際應(yīng)用較少。氣相色譜多用高沸點的有機化合物涂漬在惰性載體上作為固定相，一般只要在450以下有1.5KPa-10KPa的蒸汽壓且熱穩(wěn)定性好的有機及無機化合物都可用氣液色譜分離。由于在氣液色譜中可供選擇的固定液種類很多，容易得到好的選擇性，所以氣液色譜有廣泛的實用價值。,氣相色譜儀的結(jié)構(gòu),氣相色譜儀由五大系統(tǒng)組成： 氣路系統(tǒng) 進(jìn)樣系統(tǒng) 分離系統(tǒng) 控溫系統(tǒng) 檢測和記錄系統(tǒng),氣相色譜儀的簡單氣路流程圖,氣相色譜儀的簡單氣路流

4、程圖,氣路系統(tǒng),氣相色譜儀具有一個讓載氣連續(xù)運行、管路密閉的氣路系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，可以獲得純凈的、流速穩(wěn)定的載氣。它的氣密性、載氣流速的穩(wěn)定性以及測量流量的準(zhǔn)確性，對色譜結(jié)果均有很大的影響，因此必須注意控制。 常用的載氣有氮氣和氫氣，也有用氦氣、氬氣和空氣。載氣的凈化，需經(jīng)過裝有活性炭或分子篩的凈化器，以除去載氣中的水、氧等不利的雜質(zhì)。流速的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定是通過減壓閥、穩(wěn)壓閥和針形閥串聯(lián)使用后達(dá)到。一般載氣的變化程度1%。,進(jìn)樣系統(tǒng),進(jìn)樣系統(tǒng)包括進(jìn)樣器和氣化室兩部分。 進(jìn)樣系統(tǒng)的作用是將液體試樣，在進(jìn)入色 譜柱之前瞬間氣化，然后快速定量地轉(zhuǎn)入到 色譜柱中。進(jìn)樣的大小，進(jìn)樣時間的長短， 試樣的氣化速

5、度等都會影響色譜的分離效果 和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。,進(jìn)樣系統(tǒng),進(jìn)樣器（外部） 液體樣品的進(jìn)樣一般采用微量注射器，現(xiàn) 在有手動的，也有自動進(jìn)樣器。 氣體樣品的進(jìn)樣常用色譜儀本身配置的推 拉式六通閥或旋轉(zhuǎn)式六通閥定量進(jìn)樣。 氣化室 為了讓樣品在氣化室中瞬間氣化而不分解，因此要求氣化室熱容量大，無催化效應(yīng)。為了盡量減少柱前譜峰變寬，氣化室的死體積應(yīng)盡可能小。,進(jìn)樣系統(tǒng),進(jìn)樣器（儀器）： 進(jìn)樣器的作用是將樣品送入色譜柱。如果是液體樣品，進(jìn)樣器還必須將其汽化，因此采用微機對進(jìn)樣器進(jìn)行溫度控制。 根據(jù)不同種類的色譜柱及不同的進(jìn)樣方式，共有四種進(jìn)樣器可供選擇： 1.填充柱進(jìn)樣器 2.毛細(xì)管不分流進(jìn)樣器

6、附件 3.毛細(xì)管分流進(jìn)樣器附件 4.毛細(xì)管分流/不分流進(jìn)樣器,填充柱進(jìn)樣器,毛細(xì)管進(jìn)樣器分流狀態(tài),毛細(xì)管進(jìn)樣器不分流狀態(tài),大口徑毛細(xì)柱不分流進(jìn)樣,分離系統(tǒng),分離系統(tǒng)由色譜柱組成。 色譜柱主要有兩類：填充柱和毛細(xì)管柱。 （1）填充柱由不銹鋼或玻璃材料制成，內(nèi)裝固定相，一般內(nèi)徑為2 4mm，長1 3 m。填充柱的形狀有U型和螺旋型二種。 （2）毛細(xì)管柱又叫空心柱，分為涂壁、多孔層和涂載體空心柱?？招拿?xì)管柱材質(zhì)為玻璃或石英。內(nèi)徑一般為0.2 0.5mm，長度30 300m，呈螺旋型。 色譜柱的分離效果除與柱長、柱徑和柱形有關(guān)外，還與所選用的固定相和柱填料的制備技術(shù)以及操作條件等許多因素有關(guān)。,控溫

7、系統(tǒng),溫度直接影響色譜柱的選擇分離、檢測器的靈 敏度和穩(wěn)定性?？刂茰囟戎饕菍ιV柱箱、汽化 室、檢測室的溫度控制。色譜柱的溫度即柱箱的控 制方式有恒溫和程序升溫二種。 對于沸點范圍很寬的混合物，一般采用程序升 溫法進(jìn)行。程序升溫指在一個分析周期內(nèi)柱溫隨時 間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達(dá)到用最 短時間獲得最佳分離的目的。,柱箱,柱箱： 色譜柱是氣相色譜儀的心臟，樣品中的各個組份在色譜柱中經(jīng)過反復(fù)多次分配后得到分離，從而達(dá)到分析的目的，柱箱的作用就是安裝色譜柱。 由于色譜柱的兩端分別連接進(jìn)樣器和檢測器，因此進(jìn)樣器和檢測器的下端（接頭）均插入柱箱。 柱箱能夠安裝各種填充柱和毛細(xì)管柱，并且操

8、作方便。 色譜柱（樣品）需要在一定的溫度條件下工作，因此采用微機對柱箱進(jìn)行溫度控制。并且由于設(shè)計合理，柱箱內(nèi)的梯度很小。 對于一些成份復(fù)雜、沸程較寬的樣品，柱箱還可進(jìn)行三階程序升溫控制。且程序設(shè)定后自動運行無需人工干預(yù)，降溫時還能自動后開門排熱。,檢測和放大記錄系統(tǒng),檢測系統(tǒng) 檢測器是一種將載氣里被分離組分的量轉(zhuǎn)變?yōu)闇y量的信（一 般電信號）的裝置.根據(jù)檢測原理的差別，氣相色譜檢測器 可分為濃度型和質(zhì)量型兩類。 濃度型檢測器測量的是載氣中組分濃度的瞬間變 化，即檢測器的響應(yīng)值正比于組分的濃度。如熱導(dǎo) 檢測器（TCD）、電子捕獲檢測器（ECD）。 質(zhì)量型檢測器測量的是載氣中所攜帶的樣品進(jìn)入檢 測器

9、的速度變化，即檢測器的響應(yīng)信號正比于單位 時間內(nèi)組分進(jìn)入檢測器的質(zhì)量。如氫焰離子化檢測 器（FID）和火焰光度檢測器（FPD）。,檢測和放大記錄系統(tǒng),記錄系統(tǒng) 記錄系統(tǒng)是一種能自動記錄由檢測器輸 出的電信號的裝置。以前用數(shù)據(jù)處理機，現(xiàn) 在一般都用色譜工作站如2000，9500 等,氣相色譜儀的檢測器,檢測器的作用是將樣品的化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為物理信號（電信號）。檢測器也需要在一定的溫度條件下才能正常工作，因此采用微機對檢測器進(jìn)行溫度控制。 根據(jù)各種樣品的化學(xué)物理特性，常用的有五種檢測器可供選擇： 1.氫火焰離子化檢測器(FID) 2.熱導(dǎo)檢測器(TCD) 3.電子捕獲檢測器(ECD) 4.氮磷檢測器

10、(NPD) 5.火焰光度檢測器(FPD）,火焰離子化檢測器（FID）介紹,原理： 在氫氧焰的高溫作用下，許多分子均將分裂為碎片，并有自由基和激態(tài)分子產(chǎn)生，從而在氫焰中形成這些高能粒子所組成的高能區(qū)，當(dāng)有機分子入此高能區(qū)時，就會被電離，從而在外電路中輸出離子電流信號。 特點： 靈敏度高，死體積小，應(yīng)答時間快，除載氣外還需引入空氣和氫氣，對永久性氣體和水無應(yīng)答。 適用范圍： 有機化合物，能直接用于毛細(xì)管色譜分析。 噪音： 310-14A 敏感度： 310-12g/S(n-c16) 線性： 106,熱導(dǎo)檢測器（TCD）介紹,原理： 氣流中樣品濃度發(fā)生變化，則從熱 敏元件上所帶走的熱量也就不同，而 改

11、變熱敏元件的電阻值，由于熱敏元 件為組成惠斯頓電橋之臂，只要橋路 中任何一臂電阻發(fā)生變化，則整個線 路就立即有信號輸出。 特點： 熱敏元件一般為錸鎢絲組成，溫度系數(shù)為正。 適用范圍： 普遍適用。 噪音： 20uv 靈敏度： 8000mvml/mg 線性范圍： 10000,電子捕獲檢測器（ECD）介紹,原理： 射線與載氣分子作用產(chǎn)生慢電子，具有親電基團的試樣分子能捕獲慢電子而變成負(fù)離子，這種負(fù)離子能與載氣受放射粒子所產(chǎn)生的正離子復(fù)合，從而改變檢測器的基流，使之減少，輸出信號。 特點： 只對具有親電基團的樣品分子才有應(yīng)答對水敏感，載氣必須充分干燥，脫氧，易受污染。 適用范圍： 對鹵素、硝基等負(fù)電性化合物選擇性極好。 噪音： 20 uv 靈敏度： 110-13g/ml (r-666) 線性： 10000,氮磷檢測器（NPD）介紹,原理： 在FID中加入一個用堿金屬鹽制成的玻璃珠當(dāng)樣品分子含有在燃燒時能與堿鹽起反應(yīng)的元素時，則將使堿鹽的揮發(fā)度增大，這些堿鹽蒸氣在火焰中將被激發(fā)電離，而產(chǎn)生新的離子流，從而輸出信號。 特點： 這是一種有選擇性的檢測器，對含有能增加堿鹽揮發(fā)性的化合物特別敏感。 適用范圍： 對含氮有機物，含磷有機物有很高的靈敏度。 噪音： 410-13A 敏感度： 510-13g/S(P) 110-12g/S(N) 線性范圍： 103(P),火焰光度檢測器（FPD）介紹,原理：