岛津气相色谱培训资料.ppt

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1、目录 1,气相色谱的起源和发展 色谱法分类 气相色谱的构成 载气及载气控制方式 气相色谱进样方式 色谱柱的选择 固定液的种类和浓度 单体的选择 色谱柱的老化 分离条件的选择（进样量、温度、流量）,目录 2,数据评价 色谱图评价 数据评价 检测器及工作原理 样品前处理方法简介 峰处理参数及参数优化 定量方法及方法选择 工作曲线的选择 实际样品分析（酒中异戊醇的定量分析）,色 谱 起 源,色谱方法的分类,1. 色谱是通过组分在流动相和固定相之间分配比的差异进行分离的。 2. 根据流动相和固定相的状态，色谱法分类,气相色谱仪的基本结构,钢瓶He,N2,载气控制,数据处理,载气控制：手动、数字(AFC

2、)/ 恒压、恒流 进样口：DRI、SPL/Splitless、OCI、PTV 色谱柱：填充柱、毛细柱 检测器：FID、TCD、ECD、FPD、FTD 数据处理：C-R6A 、C-R7A、 C-R8A、 CLASS-GC10、 Gcsolution,进样口、色谱柱、检测器的温度设定,进样口温度 考虑样品中各组分的沸点，设定温度使样品瞬间汽化。 色谱柱温度 考虑样品中各组分的沸点，及希望的分析周期， 宽沸程样品应使用程序升温。 检测器温度 防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-30。 DET.TINJ.TCOL.T+20,气相色谱仪的基本流路图,FID,气相色谱仪的流动相-载气,氦气（纯度99.

3、99%以上） 氮气（纯度99.99%以上） 氩气（纯度99.99%以上）特殊分析使用 氢气（纯度99.99%以上）注意安全,针形阀控制（手动） GC-14C/B, GC-17AP系列 电子方式（数字式）AFC & APC GC-17AA, & GC-2010,载气控制方式,载气控制方式,恒压控制 填充柱恒温分析 毛细柱分析 总流量=柱流量+分流流量+隔膜吹扫流量 恒流控制 填充柱的恒温或程序升温分析,气相色谱进样方式简介,气相色谱的进样方式,填充柱进样口 毛细柱分流/无分流进样口 冷柱头进样 PTV进样口,热进样和冷进样,热进样 分流/无分流进样 直接进样（全量注入） 宽口毛细柱和填充柱 冷进

4、样 PTV进样 冷柱头进样,歧视效应和热分解,热进样 (SPL, WBI) 存在歧视现象和样品热分解 冷进样 (OCI, PTV) 进样是在较低温度下进行 定量精度高歧视效应和热解效应的影响小,歧视效应的产生,歧视:蒸溜现象 形成气溶胶 分溜现象,低沸点组分百分比偏高,进针 退针,高沸点组分残留,歧 视 效 应,进样体积越小，歧视现象越严重。,进 样 体 积 和 峰 面 积 比,减小热进样歧视现象的方法,快速进样法 溶剂冲洗法 热针法,溶剂冲洗法,蒸溜和分溜减少,减小热歧视的最好方法是,冷进样方式 PTV、OCI,冷进样,概念 样品是在冷状态-低于样品沸点的温度下进样 (依据溶剂) 气化室快速

5、升温使样品气化 PTV进样方式 分流进样(高浓度样) 无分流进样 (低浓度样) 大体积进样LVI (痕量分析),OCI柱头进样 只适用于0.53内径的柱子 没有分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子），进样量一般小于2ul,SPL-无分流进样和 OCI以及PTV-无分流进样的比较(热分解现象),热分解效应比较结果,OCI优于PTV优于热进样方式,进样体积上限,无分流进样 (SPL,PTV)2uL 高压进样 (SPL,PTV)5uL 直接进样（全量进样）3uL 用宽口径毛细柱 冷柱头进样（OCI） 2uL LVI-PTV 进样 空衬管10uL 衬管 + 石英棉50uL 衬管 + 填料大于 100

6、0uL,进样口的结构（1）,填充柱进样口,毛细柱进样口,填充柱,WBI进样口,进样口的结构（2）,冷柱头进样口(OCI),PTV进样口,加热 -250/min,隔垫吹扫的作用,吹扫掉进样垫高温脱落的组分，一般为橡胶中的增塑剂或低聚物，减少鬼峰 吹扫溢出衬管的溶剂气体，减少溶剂拖尾 常用流量范围：3-5ml/min,分流比的设定范围,分流比=柱流量/（分流流量+柱流量） 分流流量柱流量时 分流比=柱流量/分流流量 分流比的设定要依据样品浓度 （浓度越高分流比越大） 分流比的设定要依据毛细柱容量 （柱容量越低，分流比越大） 常用的分流比范围为1:201:200, 根据具体情况可用范围很宽，比如：0

7、.1mm毛细柱快速分析可用1：500以上的分流比,气体阀进样,色谱柱的选择,毛细柱 柱材：熔融石英、铝 内径：0.2mm-0.53mm 长度：10-100m 固定相种类：OV-1，PEG-20M，OV-17等 固定相膜厚：0.2-5m,色谱柱的类型,填充柱,柱材：不锈钢，玻璃 内径：2.6-3mm 长度：0.5-6m 填料：担体和固定液的种类 固定液的浓度 1-30% 担体有硅藻土、玻璃、石英、塑料担体（TPA）等。,气相色谱的固定相,固体- 活性炭、活性铝、硅胶、分子筛等，用于无机气体及低碳烃的分析 应用比例约占10% 液体- 硅酮、聚乙二醇、聚脂等，用于液体样品及高沸点化合物分析。 应用比

8、例占90%以上,色谱柱的选择,固定液极性的选择（按相似相溶原则） 非极性固定液-有按沸点顺序溶出倾向 极性固定液-沸点相同时，按极性由小到大的顺序溶出 固定液的浓度或毛细管柱的膜厚 对低沸点化合物 高浓度（10%30%) 高膜厚(15m) 对高沸点化合物 低浓度（1%5%) 低膜厚(0.250.5m),色谱柱的选择,担体的选择应从担体的比表面积及惰性方面考虑 根据待测样品的性质，进行过适当处理的担体，如：酸洗、碱洗、甲基硅烷化等,几种代表性固定液的极性(Mc Reynolds 常数),Squalane0 （非极性） PEG20M(DBWAX) 322（强极性） SE3015 FFAP 340

9、OV101(DB1)17 PEG1000 347 SE54(DB5)33 （弱极性） EGA 372 DC55074 DEGS 484 OV17119（中极性） TCEP 593 （超强极性） BCEF 690,名称I Benzene 名称 I Benzene,内径对毛细柱分离的影响,0.22mm x 25m,进样量毛细柱分离的影响,膜厚对毛细柱分离的影响,毛细柱的内径、膜厚及柱容量,一般进样量范围,1. 填充柱 气体 : 0.5-50 ml 液体 : 0.1-1ml 2. 毛细柱 气体 : 0.1-1 ml 液体 : 0.004-2.0ul,各公司常用毛细柱商品名及固定液对照表,色谱柱的老化

10、,为什么必须进行色谱柱老化？ 新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。一般 采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度，并在高温段保持数小时。 新柱老化时，最好不要连接检测器。 每天都要进行老化吗？ 视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。,出现鬼峰的原因,1. 进样口污染 2. 载气含水分及其它不纯物 3. 不锈钢管及阀污染 4. 进样垫及橡胶垫圈污染 5. 填料老化不足 6. 填充剂劣化,恒温分析和升温分析的比较,恒温分析,升温分析,沸程窄时采用恒温分析 恒温分析时，保留时间和碳数程指数关系,C8,C9,C10,C11,C8,C9,C

11、10,C11,沸程宽时采用升温分析 升温分析时，碳数和保留时间程比例关系 基线调整困难，应确认空白是否有鬼峰出现。,载气流速与分离能力的关系,Van Deemter方程 HETP=A+B/u+Cu A涡流扩散（横向） B分子扩散 C传质阻抗（纵向） HETP:理论塔板高度,色谱柱的分离效率-理论塔板数,理论塔板数N=5.54(Tr/WH/2)2=L/HETP,塔板理论的特点和不足：,（1）当色谱柱长度一定时，塔板数N越大（塔板高度H越小），被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。 （2）不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时

12、，应指明测定物质。 （3）柱效不能表示本分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。 （4）塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径。,色谱柱分离效率评价,色谱柱效率：峰尖 评价：理论板高(HETP)、理论塔板数(N) 对策：将Van Deemter 各因素优化 选择性：峰的分离度 评价：分离因子或分离度 对策：选择极性相当的固定相 峰的对称性：吸附现象 评价：拖尾因子 对策：色谱柱进一步老化,常用检测器及工作原理,气相色谱的检测器,FID的检测原理,在氢火焰中，有机化合物燃烧产生CH

13、O+离子，该离子强度与含量成正比。 该检测器检出的是有机化合物。 无机气体及氧化物在该检测器无响应。,FID的检测原理,CH Oxidation CHO+ + e-,组分在氢火焰中氧化,ECD检测原理,载气（氮气） ECD检测器中电离成正离子和自由电子 亲电子化合物与自由电子结合生成负离子，在检测池中移动速度比自由电子慢 生成的负离子与正离子结合 ECD中自由电子减少（离子流减小） 自由电子减少与亲电子化合物的浓度成正比 ECD是高选择性、高灵敏度的检测器，用于检测微量或痕量的卤素化合物及硝基化合物。,ECD,对电负性集团有高选择性和高灵敏度 (如卤素),N2 N2+ + e - PCB +

14、e - PCB - PCB + N2+ (neutral compound),ray,reverse,火焰光度检测器（FPD）原理,S、P在还原火焰中燃烧，产生特征波长的光线（S=394nm,P=526nm)。这些光线通过滤光片，经光电倍增器放大并转化为电信号被检测。 该检测器对有机磷和有机硫化合物具有高选择性和高灵敏度。,FPD,S : ( S-S )* ( S-S ) + hv (394 nm) P : (PHO)* (PHO) + hv (526 nm),对含 P 或 S 的化合物 具有高选择性,FPD 应用,有机磷杀虫剂,(column : DB-1),TCD,几乎所有化合物 包括 N

15、2 和 O2 都可用TCD进行检测（除载气 ）,惠斯通电桥,火焰热离子(FTD or NPD),有机氮化合物在碱金属表面热分解成激发态氮化物CN*, CN*又从碱金属表面吸收电子，生成CN-，放出电子后的碱金属生成正离子，产生的信号电流被检出。 该检测器对有机氮、磷化合物具有高灵敏度和高选择性。,FTD,对含 N 或 P 的化合物 具有高选择性,硫酸铷加热到 600 -800C.,Rb. + CN Rb* + CN-,(Rb* indicates an excited Rb.),FTD Application,1 : Propazine 2 : Atrazine 3 : Simazine 4

16、: Terbuthlazine 5 : Prometryne 6 : Ametryne 7 : Simetryne 8 : Terbutryne,三嗪Triazines,(column : DB-35),分析数据是否可靠？（定量）,良好的峰面积重现性，一般CV%在0.5-3% 工作曲线具有良好的线性 微量注射器的残留现象（交叉污染） 峰形正常，避免拖尾峰和前沿峰 (柱选择恰当、衬管无污染、温度及流量设定) 色谱峰分离良好(分离度2.5),药典中对用色谱法进行检测的药品，都作出了具体规定，如：保留时间、分离度、拖尾因子等,分析数据不理想，应该.,1. 检查是否漏气 用检漏液检查各连接部位，并确认

17、峰面积重现性 2.检查色谱柱是否良好 长时间使用，因吸附、固定液流失、固定液分解及污染，造成柱劣化，更换新柱 3.检查衬管是否正常 确认衬管有无破损、污染，确认石英棉的位置 4.样品性质，是否易分解 对于不稳定的样品应注意保存温度，要避光并注意存放时间。,样品的衍生化的目的,1。降低气化温度将不挥发成分变为挥发性 2。增加组分稳定性，防止热分解 3。防止吸附 4。改善分离 5。加入官能团,使用选择性检测器,提高灵敏度,午间休息12:00-13:30,GC-2010的特点,高速分析 样品分析之新干线,传统分析方法（用中孔径柱),分析时间： 约 25 min,分析时间： 3 min之内,高速分析（

18、用窄孔径柱）,Efficient analysis,GC-2010 / GC solution产品概念 E3,Efficient analysis 大幅缩减分析时间，提供高速、高效的分析技术,Everywhere 对任何工作场合及应用领域的各种各样的要求 ，都能提供最佳解决方案,进行高精度分析。,Easy operation 提供良好的用户界面，使操作变得简单方便。,高速分析 样品分析之新干线,传统分析方法（用中孔径柱),分析时间： 约 25 min,分析时间： 3 min之内,高速分析（用窄孔径柱）,Efficient analysis,新一代AFC作为标准配置 高柱头压力 (970kPa)

19、 高载气流速 (1200 mL/min) 适用于窄孔柱快速分析 数据采集速度快 检测器数据采集速度高达250Hz(4ms) 数字信号输出 GCsolution 新软件适用于快速数 据传输数据采集速度高达250Hz(4ms) 能够“捕捉”到非常尖锐的峰,高速分析 样品分析之新干线,Efficient analysis,New!,New!,峰面积、峰高及保留时间 都具有卓越的重现性,分流进样的峰面积: C6中C12的平均 RSD约0.5% 。 即使对蒸发膨胀体积大溶剂仍具有极佳的重现性，如：丙酮、乙醇溶剂 保留时间的变化约0.001 - 0.002分钟,Everywhere,正己烷中十二烷连续五次

20、分析的峰形显示,满足您对仪器的各种要求 载气控制范围宽,恒线速度的控制方式 高压进样方式 压力程序可达7步 流量程序可达7步,Everywhere,载气控制 -恒线速度控制方式,利用载气的平均线速度优化分离 GC-2010可以设定平均线速度，并且在色谱柱程序升温过程中保持不变,Everywhere,73,使用小型、高灵敏度FPD进行的微量硫、磷的分析,背景,環残留在环境中、食品中等的农药虽是微量的，但对人体会产生影响。 与其他GC高灵敏度检测器相比，稳定性高、易操作，FPD的高灵敏度化在磷系农药等的微量分析等方面非常有效。,残留农药分析,臭气分析,現将现在以使用填充柱分析为主流的低沸点硫化合物

21、分析，变换为毛细管柱分析，可增加分析稳定性，通过高灵敏度化可使分析简便。,喷嘴形状的比较,旧型FPD存在的问题（FPD-17）,FPD-17,喷嘴被保持在高温,FPD-17c,色谱柱插在火焰下,在高温金属表面上易产生不稳定化合物的分解、吸附。,防止样品的吸附分解。,采用镜面反射系统和透镜，灵敏度更高,FPD-2010和FPD-17的比较,喷嘴形状的比较,FPD-2010中的改进,进一步改善FPD-17c型的喷嘴形状，在AIR吹出口和氢气样品吹出口之间设置段差，减轻AIR中的杂质造成的噪声 （专利申请中）,不仅FPD,所有的检测器都安装在顶盖下方,与其它装置联用自由度显著提高,构成丰富多彩的联用

22、装置。,FPD-2010小型化的优点,为有效保护FPD-2010的滤光片,用风扇强制冷却光电倍增管接口部。 保护滤光片、光电倍增管不受火焰的热影响。,冷却风扇,从取下光电倍增管到交换滤光片，不需使用工具。,FPD-2010的维护（滤光片的交换）,磷系农药的分析例与旧型检测器的比较（FPD-17c）,FPD-2010的分析色谱图（磷系农药5ppb）,FPD-17c的分析色谱图（磷系农药5ppb）,食品的顶空气分析例,烤紫菜的顶空气分析,带味紫菜的顶空气分析,呼气的顶空气分析例,呼气的分析,使用液体牙膏后的呼气分析,GWindow,图形用户界面 大面积液晶显示屏 优化的菜单结构 跟随键盘指示操作

23、需键入的信息极少,Easy operation,分析方法 计算方法,气相色谱方法的建立,分析方法（仪器参数）,分析参数 选择分析系统（进样方式、色谱柱、检测器） 设定分离条件（载气流量、分流比、温度条件） 检测器参数（量程、极性、电流）,计算方法（数据处理参数）,峰处理参数（WIDTH, SLOPE, DRIFT, T.DBL等） 定性参数：保留指数及允许误差（时间窗，时间带） 定量参数 定量方法：内标法、外标法、面积归一法等 工作曲线的制作 曲线点数：一点、两点及多点 曲线计算：线性范围、线性回归、折线、 二次曲线、三次曲线,其它参数,峰积分标记：E，S，T，V，L 显 示 参 数 ：ATT

24、EN，SPEED,峰处理参数,控制数据采集速度，WIDTH/10采一次数据 去除高频噪声(电磁干扰）WH/2WIDTH/4 控制S.TEST时间，斜率测试时间为 10WIDTH 推荐值：填充柱 5 毛细柱 23,WIDTH：设为为最窄峰的半高宽，单位：秒,判断峰起点 滤除低平噪声（如蛇行等） SLOPE的确定：一般通过S. TEST进行，测定时间为 10倍WIDTH的时间。 特殊情况，可根据实际需要改变该值。,峰处理参数,SLOPE：10倍WIDTH的所有信号的总和，用于：,SLOPE值的手动设定,单位：uv/min,SLOPE峰斜率，作为峰计算,SLOPE峰斜率，作为噪声滤除,SLOPE峰斜

25、率，积分不稳定，须手动设定,峰处理参数,DRIFT：判断相邻峰的积分方式,注：1）设定值为0时，积分仪将自动判断 2）如DRIFT与基线至峰谷连线较接近时，积分可能不稳定，导致面积值变化较大，需加以注意。,DRIFT值的设定,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,峰处理参数,设定值为0时，自动判断； 不使用时可设为1000。 T.DBL设定为某值时，SLOPE和WIDTH按下图改变,T.DBL：峰展宽一倍所需要的时间,积分峰标记（MK）,E：超量程峰，这种峰的面积计算是错误的 S：拖尾峰（溶剂峰常同时出现S、E两个标记） T：尾上峰，作过拖尾处理的峰 V：与前

26、邻峰垂直分割 L：前沿峰,标记：,定性参数,保留时间允许误差： 时间窗 ，相对允差 设定简单，但所测组分保留时间跨度大时，不易设定 时间带，绝对允差 设定较繁，需逐个组分设定,绝对保留值、相对保留值、多参考保留值,定量方法,面积归一化法 校正面积归一化法 外标法 内标法,气相色谱的定量方法（一）,1。面积百分率法（面积归一） 各组分浓度以面积百分率表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。 2。校正面积百分率法（校正面积归一） 用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。 这两种方法应用的必须条件是：1。样品中所有组分都出峰； 2

27、。所有峰面积计算必须准确。,3。外标法 该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。 4。内标法 在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。 该方法减小了进样误差对定量结果的影响。,气相色谱的定量方法（二）,选择内标物应注意,理化性质与待测物相近 色谱响应与待测物相近 与待测物有良好的分离，但不能相距太远 与待测物的峰面积比为0.7-1.3最好，因此要根据待测物的浓度确定内标物的添加量,面积归一化法,公式：,优点： 1）无需做校正，简便，快速 2）进样量不严格要求,缺点： 1）所有组分都流出且被检测到 2）所有组

28、分的检测灵敏度都相同,校正面积归一化法,公式： 式中：Fi为校正因子， Fi浓度（含量）/面积,优点： 进样量要求不严格 缺点： 1）所有组分都流出且被检测到 2）所有组分都需作校正,外标法,公式：,优点： 1）不需所有峰都流出或被检测到 2）只对所测组分作校正 缺点： 1）进样量必须准确 2）仪器必须有良好的稳定性,内标法,公式：,优点： 1）进样量不严格要求 2）只对所测组分作校正 缺点： 1）必须在样品中加一内标组分 2）操作较为繁琐 3）选择内标物困难,定量参数（制备工作曲线）,校正级别（曲线计算方法） 单点校正（liner) 两点校正（liner) 多点校正 线性回归 点到点连线（折

29、线） 二次曲线 三次曲线 注CR6A只能做单点或两点校正 注二次曲线、三次曲线是Gcsolution的功能,单点校正,对每一组分仅做一个浓度的标样 标样浓度应尽可能接近实际样品中各组分的浓度 单点校正曲线通过原点,多点校正,对每一组分至少作三个不同浓度水平的校正 标样浓度范围应包含实际样品中各组分的浓度 多级校正有几种方式 当组分响应值随浓度变化不呈线性变化时，使用多线性校正（折线校正）或二次曲线、三次曲线 组分响应值随浓度变化呈线性变化时，使用最小二乘法，进行线性回归校正,定量分析CLASS.ppt,气相色谱分析步骤,开机：连好流路，先开载气再开电源，开辅助气 设定流量、温度、检测器参数 用默认处理参数进行样品分析 根据图谱调整分析条件，再分析样品，直至得到理想谱图 确定定量方法（内标、外标、面积归一等） 选择校正点数，编辑ID表（输入组分的保留时间和标样浓度） 选择校正次数（每浓度取几次均值） 选择曲线计算方式（直线、最小二乘或折线 ） 按从低浓度到高浓度的顺序，分析完所有标样，即完成曲线制作 进行未知样分析，每次分析结束，自动计算定量结果 分析完了，关机：系统降温后，关电源，关载气。,