气相色谱法

1. 气相色谱法

2. 气相色谱过程： 待测样品被蒸发为气体，并注入到色谱分离柱顶端，以载气将样品蒸汽带入柱内分离。

3. 其分离原理是基于待测物在气相和固 • 定相之间的吸附-脱附（气固色谱）或分配 • （气液色谱）来实现的。 • 因此可将气相色谱分为气固色谱和气 • 液色谱。

4. 气固色谱： • 利用不同物质在固体吸附剂 • 上的物理吸附-解吸能力不同实 • 现物质的分离。

5. 由于活性（或极性）分子在 • 这些吸附剂上的半永久性滞留(吸 • 附-脱附过程为非线性的)，导致 • 色谱峰严重拖尾，因此气固色谱 • 应用有限。只适于较低分子量和 • 低沸点气体组分的分离分析。

6. 气液色谱： • 通常直接称之为气相色谱。它是利用待测物在气体流动相和固定在惰性固体表面的液体固定相之间的分配原理实现分离。

7. §2.1 气相色谱仪 • 现在，有近百厂家商提供数百种型号 • 的气相色谱仪。 • 过去几十年内，色谱仪器得到了极大 • 的发展，这主要归于：

8. 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。

9. 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，可使含 • 有数百种混合物样品得以分离！

10. 检测系统 气路系统 进样 系统 温控系统 H2,N2或Ar 分离系统

11. 进行气相色谱分析时，载气（一般用氮 • 气或氢气）由高压钢瓶供给，经减压阀减压 • 后，载气进入净化管干燥净化，然后由稳压 • 阀控制载气的流量和压力，并由流量计显示 • 载气进入柱之前的流量后，以稳定的压力进 • 入气化室、色谱柱、检测器后放空。

12. 当气化室中注入样品时，样品立即被气化并被载气带入色谱柱进行分离。分离后的各组分，先后流出色谱柱进入检测器，检测器将其浓度信号转变成电信号，再经放大器放大后在记录器上显示出来，就得到了色谱流出曲线。当气化室中注入样品时，样品立即被气化并被载气带入色谱柱进行分离。分离后的各组分，先后流出色谱柱进入检测器，检测器将其浓度信号转变成电信号，再经放大器放大后在记录器上显示出来，就得到了色谱流出曲线。

13. 利用色谱流出曲线上的色谱峰就可以 • 进行定性、定量分析。 • 这就是气相色谱法分析的过程。

14. 一、气路系统 气路系统：获得纯净、流速稳定的载气。包括压力计、流量计及气体净化装置。

15. 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。

16. 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。

17. 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；对开口毛细管柱 • ：1-25 psi)；第二级，柱头压力指 • 示；

18. 流量计：在柱头前使用转子流量 • 计，但不太准确。通常在柱后， • 以皂膜流量计测流速。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。

19. 二、进样系统 • 常以微量注射器或六通阀将 • 液体样品注入气化室，通常六通 • 阀进样的重现性好于注射器。

20. 进样要求：进样量或体积适宜，“塞 • 子”式进样。一般柱分离进样体积在 • 十分之几至20L，对毛细管柱分离， • 体积约为1~3 L，此时应采用分流 • 进样装置来实现。体积过大或进样过 • 慢，将导致分离变差(拖尾)。

21. mL-1 六 通 阀

24. 三、柱分离系统 柱分离系统是色谱分析的心脏部分。分离柱包括填充柱和开管柱(或称毛细管柱)。柱材料包括金属、玻璃、融熔石英等。

25. 填充柱：多为U 形或螺旋形， • 内径2~4 mm，长1~3m，内填固 • 定相；

26. 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。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。

27. 过去是填充柱占主要，但现 • 在，这种情况正在迅速发生变化 • ，除了一些特定的分析之外，填 • 充柱将会被更高效、更快速的开 • 管柱所取代！

28. 柱温：是影响分离的最重要的因 • 素。其变化应小±0.xoC。选择柱 • 温主要是考虑样品待测物沸点和 • 对分离的要求。

29. 柱温通常要等于或略高于样 • 品的平均沸点；对宽沸程的样品 • ，应使用程序升温方法。

30. 恒温：45oC 温度低，分离效果较好，但分析时间长 恒温：145oC 温度高，分析时间短，但分离效果差 程序升温：30~180oC 程序升温，分离效果好，且分析时间短 程序 升温 与恒 温对 分离 的影 响比 较

31. 四、温控系统 温度控制是否准确、升、降温速度是否快速是市售色谱仪器的最重要指标之一。

32. 控温系统包括对三个部分的控 • 温：气化室、柱箱和检测器。控温方 • 式：恒温和程序升温。

33. 五、检测器 • 气相色谱检测器种类繁多，本节将介绍最为常用的几种检测器：

34. 1. 热导检测器(TCD) • 2. 氢火焰离子化检测器(FID) • 3. 电子捕获检测器(ECD) • 4. 火焰光度检测器(FPD)

35. 5. 氮磷检测器（NPD）也称热离子检测器(TID) • 6. 原子发射检测器(AED) • 7. 硫荧光检测器（SCD）

36. 根据检测器的响应原理，可将其 分为浓度型和质量型检测器。 • 浓度型：检测的是载气中组分浓度的 • 瞬间变化，即响应值与浓度成正比。

37. 质量型：检测的是载气中组分进 • 入检测器中速度变化，即响应值 • 与单位时间进入检测器的量成正 • 比。

38. 1. 热导检测器(TCD) TCD是一种应用较早的通用型检测器，又称导热析气计。现仍在广泛应用。

39. 原理： • 不同物质所具有的热导系数不同。 • 当它们到达处于恒温下的热敏元件（如 • Pt, Au, W,半导体）时，其电阻将发 • 生变化，将引起的电阻变化通过某种方 • 式转化为可以记录的电压信号，从而实 • 现其检测功能。

40. 构成：由池体和热敏元件构成。通常将参比臂和样品臂组成Wheatstone 电桥，如图：

42. 工作过程（四臂）： 1）在只有载气通过时，四个臂的温度都保持不变，电阻值也不变。此时，调节电路电阻使电桥平衡，即R1*R4=R2*R3，AB两端无电压信号输出；

43. 2）当有样品随载气进入两个样品臂时，此时热导系数发生变化，或者说，测量臂的温度发生变化，其电阻亦发生变化，电桥失去平衡，AB两端有电压信号输出。当载气和样品的混合气体与纯载气的热导系数相差越大，则输出信号越强。 2）当有样品随载气进入两个样品臂时，此时热导系数发生变化，或者说，测量臂的温度发生变化，其电阻亦发生变化，电桥失去平衡，AB两端有电压信号输出。当载气和样品的混合气体与纯载气的热导系数相差越大，则输出信号越强。

44. 特点： • 对任何气体均可产生响应，因而通用性好，而且线性范围宽、价格便宜、应用范围广。但灵敏度较低。

45. 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100-200mA之间。

46. 2）池体温度：池体温度低，与热敏元件间温差大，灵敏度提高。但温度过低，可使试样凝结于检测器中。通常池体温度应高于柱温。2）池体温度：池体温度低，与热敏元件间温差大，灵敏度提高。但温度过低，可使试样凝结于检测器中。通常池体温度应高于柱温。

47. 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。用N2作载气，热导系数较大的试样(如甲烷)可出现倒峰。

48. 4）热敏元件阻值：阻值高、电阻温度系数大（随温度改变，阻值改变大，或者说热敏性好）的热敏元件，其灵敏度高。 • 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。

49. 2.火焰离子化检测器（FID） 又称氢焰离子化检测器。主要用于可在H2-Air火焰中燃烧的有机化合物(如烃类物质)的检测。

50. 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组分。