欢迎访问真正的AG网址是哪个【真.最佳】!
公司新闻
专注于真正的AG网址是哪个
您的当前位置:主页 > 公司新闻 >

真正的AG网址是哪个气相色谱仪原理(图文详解)

发布时间:2020-07-30 22:13  

  气相色谱仪原理(图文详解)_理学_高等教育_教育专区。气相色谱仪原理(图文详解) 什么是气相色谱 本章介绍气相色谱的功能和用途,以及色谱仪的基本结构。 气 相 色 谱 ( GC) 是 一 种 把 混 合 物 分 离 成 单 个 组 分 的 实 验 技 术

  气相色谱仪原理(图文详解) 什么是气相色谱 本章介绍气相色谱的功能和用途,以及色谱仪的基本结构。 气 相 色 谱 ( GC) 是 一 种 把 混 合 物 分 离 成 单 个 组 分 的 实 验 技 术 。 它被 用来对样品组分进行鉴定和定量测定: 基子时间的差别进行分离 和 物 理 分 离( 比 如 蒸 馏 和 类 似 的 技 术 )不 同 ,气 相 色 谱( GC) 是 基 于时间差别的分离技术。 将气化的混合物或气体通过含有某种物质的管,基于管中物质对 不同化合物的保留性能不同而得到分离。这样,就是基于时间的 差别 对化合物进行分离。样品经过检测器以后,被记录的就是色 谱图(图 1), 每 一 个 峰 代 表 最 初 混 合 样 品 中 不 同 的 组 分 。 峰出现的时间称为保留时间, 可以用来对每个组分进行定性, 而 峰 的大小(峰高或峰面积)则是组分含量大小的度量。 图 1 典型色谱图 系统 一个气相色谱系统包括 可 控 而 纯 净 的 载 气 源 . 它 能 将 样 品 带 入 GC 系 统 进 样 口 , 它 同 时 还 作为液体样品的气化室 色谱柱,实现随时间的分离 检测器,当组分通过时,检测器电信号的输出值改变,从而对 组 分做出响应 某种数据处理装置 图 2 是对此作出的一个总结。 样品 载气源 一^ 进样口一^ 色谱柱 一^ 检测器一_ 数据处理」 图 2 色谱系统 气源 载气必须是纯净的。 污染物可能与样品或色谱柱反应, 产生假峰 进 入检测器使基线噪音增大等。推荐使用配备有水分、烃类化合 物和氧 气捕集阱的高纯载气。见图 钢瓶阀 若使用气体发生器而不是气体钢瓶时, 应 对 每 一 台 GC 都 装 配 净 化 器,并且使气源尽可能靠近仪器的背面。 进样口 进样口就是将挥发后的样品引入载气流。最常用的进样装置是注 射进样口和进样阀。 注射进样口 用于气体和液体样品进样。 常用来加热使液体样品蒸发。 用气体 或 液体注射器穿透隔垫将样品注入载气流。其原理(非实际设计 尺寸) 如图 4 所示。 样品从机械控制的定量管被扫入载气流。因为进样量通常差别很 大,所以对气体和液体样品采用不同的进样阀。其原理(非实际 设计 尺寸)如图 5 所示。 进样阀通常与进样口连接,特别在分流进样模式时,进样阀连接 到 分 流 /不 分 流 进 样 口 。 色谱柱 分 离 就 在 色 谱 柱 中 进 行 。因 为 用 户 可 以 选 择 不 同 的 色 谱 柱 . 故 使 用 一台仪器能够进行许多不同的分析。 图 因 为 大 多 数 分 离 都 强 烈 依 赖 于 温 度 .故 色 谱 柱 要 安 装 在 能 够 精 密 控 温 的 柱 箱 内 .见 图 6。 从色谱柱里出来的含有分离组分的载气流通过检测器而产 生 信 号 。 检测器的输出信号经过转化后成为色谱图,见图 检 测 器 有 几 种 类 型 的 检 测 器 可 供 选 择 ,但 是 所 有 的 检 测 器 的 功 能 都 是相 同的: 当纯的载气(没有待分离组分)流经检测器时,产生稳定的电 信 号(基线 当 有 待 分 离 组 分 通 过 检 测 器 时 .产 生 不 同 的 信 号 。 数据处理 测量 色谱图记录下了检测器输出的电信号。它可以通过以下几种方式 进行处理: 在带状图记录仪上记录 使用数字积分仪处理 用计算机数据系统 处理 传统的带状图记录仪必须手工测量峰的保留时间和峰大小。积分 仪和数据系统则可直接进行这些测量。强烈推荐使用积分仪和数 据系 统,因为它们有很好的重现性和灵敏度。 计算 色谱峰的保留时间和峰大小必须转换成待分离组分的名称 和 含 量 。 这可以通过与已知样品(校准样品)的保留时间和响应值大小进 行比 较来完成。 这 种 比 较 可 以 手 工 完 成 .但 是 鉴 于 速 度 和 准 确 性 . 采 用 数 据 处 理系统是最好的。 仪器控制 某 些 数 据 系 统 和 GC 组 合 还 可 通 过 数 据 系 统 计 算 机 提 供 对 GC 的 直 接控制。 这 样 就 能 创 建 可 存 储 的 方 法 .需 要 时 调 用 储 存 的 方 法 即 可 .从 而 可 实 现 高 度 的 自 动 化 分 析 。一 些 样 品 已 经 是 气 体( 例 如 室 内 或 室 外 的 空 气,可燃气体等), 则可以用气体注射器或气体进样阀直接进样。 大多数样品为液体, 为了用气相色谱来分析, 必须首先使之气化 这 常常由加热的进样口和液体注射器或液体进样阀相结合而完成的 进样口 进样口的设计和选择取决于色谱柱的直径和类型。下一章将介绍 色谱柱类型,填充柱和毛细管柱。 填充柱和大口径毛细管柱使用填充柱进样口;小口径的毛细管柱 使 用 分 流 /不 分 流 进 样 口 。 填充柱进样口 填充柱进样口是为填充柱设计的。可更换的衬管使进样口适用于 特 定 内 径 的 色 谱 柱 ,柱 内 径 一 般 为 1/8 或 1/4 英 寸。典 型 的 设 计 如 图 8 所示。 当用大口径毛细管柱时,专用的衬管使得它们可以用于填充柱进 样口。这种色谱柱的柱容量与填充柱的类似。 样 品 用 注 射 器 穿 过 隔 垫 注 入 到 载 气 流 中 。加 热 的 进 样 口 使 样 品 ( 如 果 是 液 体 ) 气 化 , 而 后 载 气 将 气 化 的 样 品 带 入 色 谱 柱 。 分 流 /不 分 流 进 样口 分 流 /不 分 流 进 样 用 毛 细 管 柱 , 有 两 种 操 作 模 式 。 分 流 模 式 毛 细 管 柱 有 较 小 的 样 品 容 量 。 进 样 量 必 须 非 常 少 .通 常 远 少 于 1 微 升,以防止色谱柱超载。 如此小的样品量操作起来是很困难的。分流模式提供了 一种方法 来解决此问题: 采 用 通 常 的 进 样 量 .气 化 .然 后 只 把 其 中 一 部 分 引 入 到 色 谱柱内进行分析。其余大部分经分流出口放空。 图 9 为 典 型 的 分 流 /不 分 流 进 样 口 的 分 流 模 式 。 分流阀开启并一直维持此状态。样品被注射进衬管,同时 被 气 化 。 气化的样品在色谱柱(气流阻力大)和分流放空口 (气流阻力可 调 ) 之间分配。 不分流进样模式 此模式特别适用于低浓度的样品。 它将样品捕集在柱头, 同时将 残 留在进样口的溶剂气体放空。 此模式包括两个步骤- 1 注射样品 关闭分流阀。载气流在隔垫吹扫气出口和色谱柱之间分配。柱 头 压力由分流放空调节阀来设定,从而设定流过色谱柱的流速。 注射样品。溶剂(主要的样品成分)在富集样品的柱头产生饱 和 区带。 进样口流量 隔垫螺母隔垫吹扫 控制阀和隔垫气控制 图 10 不 分 流 模 式 进 样 进样口吹扫 在样品被捕集到色谱柱头之后,打开分流阀。将残留在进样口 中 的气体(此时大部分是溶剂)放空。 现 在 流 路 和 分 流 模 式 是 相 同 的 ( 图 9) 。 升高柱温,开始将样品组分引入色谱柱并分离。 此方法对于沸点比溶剂高的组分的分离是很有效的。溶剂峰将会 很 大 。要 采 用 程 序 升 温 将 目 标 化 合 物 的 峰 和 溶 剂 峰 分 离 。不 分 流 模 式 进 样步骤 成功的不分流进样包括以下几个步骤: 在加热的进样口中使样品和溶剂挥发。 采用较低的柱温在柱头产生一个溶剂饱和区带。 利用此区带使样品在柱头进行富集和重组。 在所有样品,或至少是大部分样品进入色谱柱后,通过打开分 流 放空阀放空进样口中残留的样品气体。 升高柱温,先将溶剂,然后将样品从柱头释放。 操作参数初始值 设定 您必须通过实验来确定最佳操作参数值。表 1 提供了一些建议的 参数设置初始值: 表 1 不分流进样模式的进样口参数初始值设置 仪器参数建议初始值 柱温低于溶剂沸点 柱 箱 初 始 时 间 分 流 阀 开 启 时 间 分 流 放 空 阀 开 启 时 间 衬 管 体 积 2/ 柱 流 速 注射进样技术每一个色谱峰的起始点是与载气混合的挥发的样品 区域的一部分 在样品组分于柱内被分离的过程中,样品区域由于扩散 而展宽。 任何色谱峰的宽度都不会比初始区域宽度更窄。 由于分离窄 峰 比 宽 峰 容 易 得 多 .故 必 须 使 初 始 区 域 宽 度 最 小 化 。 理 想 的 注 射 进 样 技 术是: 将样品充入注射器,调节进样量。 将注射器的针尖以尽可能深地速度穿过进样隔垫(进样口的设 计 者假定您会这样做)。 快速压下注射器推杆。 立即把针从进样口拔出。 重要的就是速度》任何迟疑都将导致样品区域宽度增大。 如 果 一 个 熟 练 的 操 作 者 按 以 上 方 法 进 样 , 他 能 达 到 3 到 4% 的 进 样 量重复性。能够限制注射器推杆移动距离的机械装置能提高进样 重复 性。 应避免使用在两个气泡间捕集样品的注射技术。这样您必须做两 次估算,因而使进样量的误差增倍。 自动进样的优点 自动进样器是解决进样问题的一个方法。它们能够实现高度重复 的 进 样 。因 此 ,它 们 通 常 允 许 采 用 更 简 单 的 峰 的 含 量 计 算 方 法 ( 用 外 标 法,而不是内标法)。 如 果 配 备 有 自 动 进 样 器( 装 备 有 样 品 盘 . 并 与 数 据 系 统 连 接 ). 就 可 以进行全自动分析。 气体样品进样阀包括一个定量管和将定量管接入载气流和脱离载 气流的阀体。 图 11 所 示 为 一 种 常 用 的 进 样 机 理 。 样品量通过定量管来确定。 定量管是可以更换的, 因此一个进样 阀 能够提供多种高度重复的进样体积。 液体进样阀 这与气体进样阀的原理是一样的。由于液体进样要求更小的进样 体 积 , 因 此 “定 量 管 ”是 构 成 阀 体 的 一 部 分 , 且 是 不 可 更 换 的 。 如果要改变进样量,您必须更换整个进样阀。进样口温度 气体样品 对 于 气 体 样 品 而 言 .进 样 口 不 需 要 气 化 任 何 物 质 .因 此 也 就 没 有 必 要加热。 然 而 .大 多 数 色 谱 工 作 者 更 倾 向 于 加 热 进 样 口 以 保 证 进 样 口 不 会 使 任 何 物 质 冷 凝 。 常 用 的 进 样 口 温 度 为 10(TC 。 液体样品 液 体 样 品 要 求 加 热 进 样 口 。温 度 要 足 够 高 以 使 样 品 气 化 . 但 又 不 能 过高而导致样品分解。 温度足够髙开始将进 样口温度设置为溶 剂沸点值并观察色 谱峰 形。 如果所有色谱峰的峰形大致相同(大小不同),说明进样口 温度已经 足 够 高 了 。如 果 后 流 出 的 色 谱 峰 显 得 过 宽 ,就 将 进 样 口 温 度 升 高 10 C 看峰形是否改善。 温度过高如果出现的峰数比组分数还多,且峰型较差,说明可 能 有样品分解发生。 在进样口发生分解所产生的峰, 其大小主要取决于进样口温度。 为 了验证是否发生分解,稍稍降低进样口温度后进行第二次分析, 然后 比较峰的大小。 若有明显的变化, 就表明在进样口处有样品 分解发生。 气相色谱原理 组分分离 色谱柱如何对化合物进行分离 混合物在色谱柱内被分离为单个组分。许多色谱柱都可以用来分 离 混 合 物 。色 谱 柱 的 选 择 取 决 于 混 合 物 的 性 质 和 所 需 获 得 的 信 息 ( 分 析 目的)》然而,所有色谱柱都基于同样的工作原理。 色谱柱如何对化合物进行分离 这 是 一 段 含 有 两 个 样 品 组 分( 彩 色 的 圆 点 )的 色 谱 柱 的 横 截 面 , 它 既没有填料,也没有涂层。这样的色谱柱只是空柱(图 载气流 图 12 未 经 涂 层 的 色 谱 柱 如 果 过 几 秒 钟 后 您 再 观 察 , 色 谱 柱 内 的 情 况 就 发 生 了 改 变 (图 图 13 几 分 钟 后 由于载气流的带动, 样品向柱的右端移动。 并且由于样品区域和 周 围载气中样品浓度的不同而使得样品区带展宽。 样品组分仍然是混合在一起的。 现在我们在柱子的内表面涂一层高沸点物质,然后重复此实验 我们可以用所希望的任何涂层。在这个例子中,我们选用能够溶 解兰 色圆点组分而不能溶解黄色圆点组分的固定液。 蓝色组分在固定相和载气两相之间进行分配。黄色组分则停留在 气相中。 几 秒 钟 以 后 我 们 再 观 察 色 谱 柱 .我 们 会 发 现 ( 黄 色 组 分 与 涂 层 之 间 没有作用)它随载气一同流过色谱柱并首先 从色谱柱中流出。 兰色组分在固定液和载气之间进行分配。它以较慢的速度流过色 谱柱而后流出色谱柱。 样品已经开始分离为两个峰。 色谱基本原理 当 气 化 的 组 分 与 气 相 和 固 定( 涂 层 )相 共 存 时 . 它 就 根 据 对 两 相 相 对吸附性能的不同而在两相间进行分配。 此 “吸 附 性 能 ”可 以 是 溶 解 度 , 挥 发 性 , 极 性 , 特 殊 的 化 学 相 互 作 用,或其他任何存在于样品组分间的性质差异。 如果一相是固定的(涂层)而另一相是流动的(载气),组分 将 会以比流动相慢的速度迁移。迁移速度慢的程度取决于相互 作用的大 小。 如 果 不 同 组 分 有 不 同 的 “吸 附 性 能 ”, 它 们 将 会 随 时 间 而 被 分 离 。 毛 细 管 柱 是 将 固 定 相 涂 在 管 内 壁 的 开 口 管 .其 中 没 有 填 充 物 。 毛 细 管 柱 的 内 径 从 0.1 到 0.5 毫 米 。 典 型 的 柱 长 是 30 米 . 见 图 16 。 图 16 毛 细 管 柱 毛细管柱产生很窄的色谱峰。 这有利于分离非常复杂的混合物。 例 如 , 常 用 的 汽 车 燃 油 的 分 析 将 产 生 400 到 500 个 色 谱 峰 。 色谱柱类型 毛细管柱 这些用熔融石英毛细管制成的色谱柱呈很好的惰性。在不锈钢和 玻璃柱上拖尾现象很严重的样品,如硫醇类化合物,在毛细管柱 上能 够达到基线分离。 填充柱 毛细管柱对样品量的要求小于填充柱。 特定的进样口, 见 19 页 “分 流 / 不 分 流 进 样 口 ”, 允 许 采 用 常 规 进 样 量 而 在 样 品 进 入 色 谱 柱 之 前 进 行分流。 在 填 充 柱 内 .固 定 液 被 涂 在 粒 度 均 匀 的 载 体 颗 粒 上 以 增 大 表 面 积 . 减 少 涂 层 厚 度 。 涂 好 的 填 料 被 填 充 在 金 属 . 玻 璃 . 或 塑 料 管 内 . 如 图 17 。 大 多 数 金 属 填 充 柱 的 外 径 是 1/8 或 1/4 英 寸 。 玻 璃 柱 通 常 是 1/4 英 寸 外 径,但是内径不同,使之与两种规格的不锈钢柱有相同的 分离效果。 填料上的涂层 填充柱 图 填 充 柱 有 较 大 的 样 品 容 量 .是 老 式 的 灵 敏 度 较 低 的 检 测 器 所 必 需 的 。然 而 . 采 用 现 代 高 灵 敏 度 的 检 测 器 . 样 品 容 量 大 的 优 势 已 经 消 失 。填 充 柱 仍 然 适 用 于 气 体 样 品 .但 是 .毛 细 管 柱 对 于 大 多 液 体 样 品 会 有 更 好 的分离度。 色谱柱管材 色谱柱管材料包括: 不锈钢一耐用,但是相对活泼的柱表面可能导致被分离组分的 损 失和峰拖尾。 玻璃一质脆,通常要求对内表面进行脱活处理。 熔 融 石 英 一 仅 用 于 毛 细 管 柱 .惰 性 好 、 坚 固 耐 用 .是 最 常 用 的 柱 材 料 。 色谱柱特性 色谱柱的用途是将多组分的样品分成窄的、分离良好的色谱峰 这 两个目标并不是完全无关的。 柱效 高柱效的色谱柱产生窄的色谱峰。见图 低柱效高柱效 图 18 柱 效 柱效是由色谱柱的结构(小的柱内径和薄的固定相涂层有最高的 柱效)和载气流速决定的。 表 2 是所推荐的载气流速 。 表 2 推荐的载气流速 注 :较 低 的 流 速 接 近 于 载 气 与 色 谱 柱 的 优 化 值 。通 常 . 色 谱 柱 运 行 得 更 快 .分 析 就 更 迅 速 .而 不 会 损 失 多 少 柱 效 。 如果分离非常 好或使用更短的 色 谱 柱 .色 谱 柱 甚 至 还 可 以 运 行 得 更 快 。 大 多 数 情 况 下 .不 用 低 于 推 荐 值 的 流 速 .因 为 它 们 延 长 分 析 时 间 .还 会 降 低 柱 效 。 载气控制 填充柱内的流速通常是用质量流量控制器来控制的。 毛细管柱, 由 于 它 的 流 速 很 低 .常 常 是 用 压 力 来 控 制 流 速 的 。 有 些 GC 提 供 电 子 气 路 控 制 。 这样的仪器允许从键盘上设定流速 并 从显示器上读出。 柱分离度 高分离度的色谱柱能够作到基线分离。 如果色谱峰很窄 (柱效 高) , 分离将会更容易实现。 载气流速的稍微改变能对分离度产生显著的影响。 结合柱效和分离度的数学定义式,我们可以得到重要的结论: 色谱柱分离度与柱长的平方根成正比。 这意味着增加柱长并不是提高分离度行之有效的方法。柱 长 加 倍 , 分 离 时 间 ( 和 色 谱 柱 成 本 ) 也 加 倍 , 但 是 分 离 度 仅 仅 增 加 大 约 40% 。 柱选择性 这 是 一 个 定 义 不 很 明 确 的 、与 固 定 相 有 关 的 性 质 。事 实 上 ,它 是 固 定相对两种化合物表现出不同作用的程度。选择性低一两组分 同时流 出。选择性高一两色谱峰分离。用毛细管柱还是填充柱 两者各有所长。下面是一些需要考虑的因素。 气体分析通常用填充柱完成。填充柱有足够的柱容量来适应较 大 体积的气体进样量。气体样品分析常用填料包括: 分子筛一氧气,氮气,氦气,氢气,二氧化碳,一氧化碳, 甲烷 等。 氧化铝一丙烷或更大分子量的化合物 多 孔 性 聚 合 物 微 球 (Porapaks) - 乙 烷 , 丁 烷 , 二 氧 化 碳 等 。 其中一些填料(但不是所有填料)可以用于毛细管色谱柱中。 毛细管柱有比填充柱更高的分离度。即使选择性低一些,通常 也 能实现足够的分离。 一根毛细管柱能够完成多种分析,而用填充柱则可能需要多根 才 能完成。 对毛细管柱和填充柱都适用的的固定液有: 甲基硅烷一非极性到 中等极性 苯 基 甲 基 硅 烷 ( 5 到 50% 的 苯 基 ) 一 烯 烃 , 芳 香 化 合 物 , 中 等 极 性化合物 聚 乙 二 醇 ) _酸 , 强 极 性 的 物 质 由于毛细管柱高的分离度,通常可以牺牲一点分离度而减少分 析 时间。由于分离度与柱长的平方根成正比,因此一根良好的 毛细管柱 可以被截成两段很好的毛细管柱,而仅损失很少的分 离度。分离时间 却可以减少一半! 柱温 色谱柱内的固定相(涂层)有一个适用的温度范围。 漫 菇 温 度 通 常 是 熔 点 。低 于 此 . 您 所 做 的 是 气 / 固 色 谱 ;高 于 此 ,您 所 做 的 是 气 /液 色 谱 。 结 果 可 能 大 不 相 同 。 漫暮温度通常是指沸点或降解温度。 色谱柱通常安装在可控温的柱箱里,因为温度对分离的影响是很 大的。 温度 柱 温 可 以 采 用 恒 温 或 程 序 升 温 。 如 图 19 。 这是操作柱温箱最简单的方法。 在整个分析过程中, 柱温将保持 不 变。它有以下优点 柱温箱总是处于可进行样品分析的状态。 两次分析之间不需要间隔时间。 缺点: 若 样 品 组 分 的 沸 点 范 围 很 宽 ,那 么 恒 温 分 离 将 会 需 要 很 长 时 间 , ? 由于色谱峰随时间而展宽,后面流出的峰将会难于检测或测定。 程序控温 在分析过程中, 柱温随时间而变化,真正的AG网址是哪个 通常是升高柱温。 它的优点是: ? 减少分析时间 整个分离过程中峰形一致,检测和测定更容易。 缺点: 样品组分将经历比恒温分离更高的温度,这可能会导致某些敏 感 组分降解。 在 两 次 进 样 之 间 . 柱 温 箱 必 须 冷 却 到 初 始 温 度 。这 样 就 抵 消 了 部 分 所节省的分析时间。 气相色谱仪原理 组分检测 热导检测器 工 作 原 理 40 火 焰 离 子 化 检 测 器 ( 工 作 原 理 42 电 子 捕 获 检 测 器 ( ECD) 4 3 工 作 原 理 本 章 所 介 绍 的 三 种 检 测 器 能 够 完 成 GC 的 大 部 分 工 作 。 还有其他 一 些 检 测 器 起 互 补 作 用( 见 表 3), 大 多 是 元 素 专 属 性 检 测 器 或 质 量 选 择 性 检测器,在这里将不对它们做详细介绍。 表 3 其他检测器 热导检测器 所有气体都能够导热, 但是氢气和氦气的热导系数最大 ( 见 表 4) 。 当两者任何一种作为载气时,任何其他成分的存在都将导 致热导检测 池中气流热导率的下降。 用 TCD 可 以 测 量 这 种 变 化 , 并 用 来 创 建 色 谱 图 。 表 4 某些气体相对于正己烷的热导率 气体相对热导系数 由 于 TCD 是 基 于 热 导 率 的 差 异 而 工 作 的 , 故 氢 气 或 氦 气 显 然 是 优 选的载气。 工作原理 当 电 压 施 加 于 热 丝 时 . 它 就 发 热 。稳 定 的 温 度 取 决 于 所 施 加 的 电 压 、 热丝的电阻和热丝向周围环境散热的速率。 如 果 热 丝 被 载 气 所 包 围 .载 气 热 导 率 的 任 何 变 化 都 会 引 起 热 丝 温 度 的 改 变 。 这 样 就 导 致 热 丝 电 阻 的 变 化 。 早 期 的 TCD 设 计 是 将 四 根 热 丝连接成惠斯通电桥。柱流出物流经 两根相对的热丝;纯的载气(参 比气)流过另外两根热丝。当有 被分离样品组分流出色谱柱进入检测 器时,电桥的平衡被破坏。 现 代 的 TCD 设 计 如 图 20 所 示 。 此 检 测 器 只 用 一 根 热 丝 。快 速 切 换 阀 使 得 柱 流 出 物( 含 样 品 )和 参 比气交替通过检测池。如果两气流是一样的一没有被分离的组 分,气 体切换时热丝电阻不变。 然 而 ,在 有 样 品 组 分 进 入 检 测 池 时 ,切 换 到 色 谱 柱 流 出 气 时 ,热 丝 温度降低;当切换到参比气时,热丝温度又恢复原值。电子传 感器能 够探测到此变化并调节热丝的电源供给以使温度保持恒定。 图 20 热 导 检 测 器 电源供给变化曲线的波动幅度取决于柱流出物 (有组分存在时) 和 参比气之间热导率的差异。火焰离子化检测器 氢气和空气燃烧所生成的火焰产生不多的离子。然而有含碳有机 物进入火焰中燃烧时,离子产率将增大。 工作原理 从 色 谱 柱 流 出 的 载 气 和 氢 气 混 合 后 在 空 气 中 燃 烧 。 FID 有 两 个 电 极,其中之一是火焰燃烧的喷嘴,另一个加上极化电压后用来收 集火 焰中的离子。 当组分进入火焰时, 收集极所记录到的电流增大。 该电流经过放 大 后形成色谱图。 图 21 火 焰 离 子 化 检 测 器 对在火焰中产生离子的任何物质都有响应,几乎包括所有有 机化 合物(有少数例外)。 通 用 的 FID 设 计 如 图 21 所 示 。 空 极焰 放电火 电子捕获检测器( 电子捕获检测器广泛应用于环境分析领域,这是因为它对含卤素 化合物有很高的灵敏度,包括大部分除草剂和农药。 工作原理 检测池中的放射性同位素, 通 常 是 63Ni, 发 射 出 0 射 线 。 ^射 线 和 载 气分子碰撞而产生低能量的自由电子。在两电极间施加极化电 压以捕 集电子流。 某些分子能够捕获低能量的自由电子而形成负离子。当此类化合 物分子进入检测池时,部分电子被捕获从而使得收集电流下降。 信号 经过处理后形成色谱图。 图 22 是 一 种 ECD 的 结 构 示 意 图 。 是高度选择性的检测器:对能捕获电子的物质有高的灵敏 度,而 对 其 他 物 质 则 几 乎 不 响 应 。 一 些 相 对 响 应 值 见 表 5。 表 5 ECD 对 某 些 化 合 物 的 灵 敏 度 化 合 物 相 对 于 苯 ( 响 应 值 =1) 的 响 应 值 气相色谱基本原理 谱图解析 色 谱 峰 测 量 47 保 留 时 间 47 色 谱 峰 大 小 47 组 分 定 性 49 组 分 定 量 50 未 校 准 计 算 50 峰 面 积 与 峰 高 百 分 比 法 50 校 准 计 算 52 归 一 化 法 54 外 标 法 55 内 标 法 56 色 谱 仪 产 生 随 时 间 而 变 化 的 信 号 。当 信 号 被 记 录 下 来 时 , 就 形 成 我 们 熟 悉 的 色 谱 图 ( 见 图 23) 。 图 23 典 型 色 谱 图 色谱图可以通过手动或电子处理方式转化为峰保留时间或峰大小 的数据列表。色谱峰测量 对 于 一 个 色 谱 峰 ,我 们 可 以 获 得 两 个 基 本 的 测 量 数 据 - ? 进 样 后 到 色 谱 峰 被 检 测 到 的 时 间 ?色 谱 峰 的 大 小 保留时间 峰出现的时间是从开始进样到被检测到的时间,包括两部分: 一载气流过色谱柱所用的时间。可通过注射空气或其他 没有相互作用的物质来测定。 保留时间一由于被分离组分与色谱柱固定相相互作用所造成的 滞 留时间。 在 大 多 数 情 况 下 .通 常 忽 略 死 时 间 而 把 出 峰 时 间 认 为 是 保 留 时 间 。 色谱峰大小 色谱峰大小可以通过峰高或峰面积来测定,二者都是相对于基线 而言的。 色 谱 峰 下 的 基 线 不 能 直 接 测 量 。它 必 须 从 色 谱 峰 两 侧 的 基 线 处 测 量 对于分离良好的峰这是很简单的。 但是当峰发生重叠, 或出现在 溶 剂峰的拖尾侧,或其他非理想化的情况时,测量就比较困难一 些。鉴 于此,花在改善峰分离条件上的时间是值得的。 峰高 这是最简单的测量, 仅仅需要一把测量尺。 它是从峰尖到基线的 垂 直距离。 峰面积 此面积是指由色谱峰信号曲线和基线所围成的面积。最好通过电 子方式来测量。 图 24 为 两 个 测 量 参 数 的 图 示 。 测量基线 色 谱 峰 测 量 积分仪和数据系统 积 分 仪 用 来 测 量 色 谱 峰 的 面 积 和 峰 高 . 以 及 峰 保 留 时 间 。它 们 能 够 方便而重现地将曲线(色谱图)转换为表格(时间和大小)。 数 据 处 理 系 统 不 仅 有 积 分 仪 同 样 的 优 点 .而 且 具 有 更 多 的 功 能 : 软件控制的积分仪比机械的积分仪更灵活。 不用重复进样,可以采用不同的积分和计算参数对数据进行再 处 理。 系 统 能 够 更 加 精 确 的 完 成 本 章 所 介 绍 的 几 种 基 本 的 计 算 。 ?系 统 能 够 给 出 用 户 所 需 要 的 报 告 格 式 。 ?色 谱 峰 的 校 准 变 得 非 常 简 单 。 既 可 以 进 行 一 点 .也 可 以 进 行 多 点 校 准 。 ?原 始 数 据 和 已 处 理 的 数 据 可 以 被 保 存 以 备 后 用 ^ ?系 统 可 以 同 时 处 理 多 台 气 相 色 谱 仪 的 数 据 。 因为许多化合物可能在同一时间 (或几乎同一时间) 流出色谱 柱, 因此仅仅依靠气相色谱本身是不能对一个完全未知的化合物 进行定性 的。 然而,当问题被加以限定时,气相色谱将变成一个强有力 的 工 具 。 可以通过比较气相色谱图以确定样品是否相同。例如,油轮里的原 油 样品可以和海上浮油比较以确定油轮是否应对原油的泄漏负责。 对于排除可疑性是很有用的。如果您从先前的实验中知道异辛 烷 在 1.9 分 钟 出 峰 ,那 么 一 个在 1.5 分 钟 出 的 峰 一 定 不 会 是 异 辛 烷 。那 么 它是什么呢? 幸运的是, 您不必要考虑所有的有机化合物。 样品信息限定了可 能 的化合物。例如,您不会期望在止痛药中找到链霉素。 当一个未知的峰被初步确定后,还必须在别的不同性质的色谱柱 上重现以得到确认。如果一个化合物在基于沸点分离的柱(甲基 硅氧 烷)和极性柱(聚乙二醇)上有正确的保留时间,此定性很 可能就是 正确的。 在处理已知样品组分并且要求定量时是特别有用的。 GC 通 常 也 用 来监测杂质组分的存在(作为额外峰)。 组分定性 最 后 .GC 可 以 和 质 谱 或 其 他 选 择 性 检 测 器 联 用 以 提 供 明 确 鉴 定 未 知组分所需的辅助数据。组分定量 未校准计算 当 载 气 通 过 检 测 器 时 将 会 产 生 信 号 。如 果 没 有 样 品 组 分 存 在 . 所 产 生的信号是基线。当有组分出现时,信号将会增强。 当 组 分 通 过 时 . 信 号 和 其 投 影 的 基 线 所 围 面 积 是 峰 面 积 。从 色 谱 峰 顶到投影的基线的最大垂直距离是峰高。 积分伩或数据处理系统负责处理绘制基线和测量峰面积和峰高这 项 困 难 的 任 务 。 其 结 果 就 是 测 量 的 响 应 值 (MR) 。 峰面积与峰高百分比法 在一次进样分析过程中每一个色谱峰所占总的峰面积或峰高的百 分比。 假 设 检 测 器 对 所 有 组 分 都 有 相 同 的 响 应 。计 算 公 式 见 公 式 1 。 第 n 个峰含量 第 n 个 峰 的 MR/_ 次 进 样 的 所 有 MR 的 和 优点: 快 速 ,因 为 不 需 要 进 行 校 准 。 ? 进 样 量 在 一 定 范 围 内 变 化 不 影 响 结 果。 缺点: 所有组分的色谱峰必须能够检测到。 任 何 没 有 被 检 测 到 或 有 没 流 出 色 谱 柱 的 峰 都 会 减 少 MR 的 总 和 。 这 会 造 成 所 有 被 测 物 质 含 量 值 偏 高 。如 果 组 分 的 响 应 因 子 不 同 ,未 校 准 计算的结果是不准确的。这会 造成早流出的峰的测得含量偏高。 适用范围 为 建 立 校 准 表 而 列 出 响 应 信 号 和 保 留 时 间 。 ? 要 进 行 快 速 分 析 ,与 设 定 的 极 限 值 比 较 ,结 果 重 现 。用 于 过 程 监 测 ,产 品 检 验 测 试 等 。不 能 用于对绝对准确度要求高的分析。校准计算 如果峰面积和峰高百分比定量不能满足需要,就要用标准样品分 析所得数据进行校准计算,以建立单个色谱峰的定量校准曲线。 最简单的校准是响应因子,它是通过已知组分的含量除以相应峰 的大小来计算的。 用图表示,响应因子是组分含量对色谱峰大小曲线的斜率,如 图 邸所示。 色谱峰大小 图 25 响 应 因 子 响应因子可通过分析一个含有所有欲校准组分的标准混合溶液来 进行测定。 但是, 响 应 因 子 方 法 有 两 个 假 设 的 前 提 条 件 : 含 量 /峰 面 积 (峰高) 曲 线 经 过 原 点 。 含 量 /峰 面 积 ( 峰 高 ) 曲 线 是 直 线 。 对于一个可靠的校准,两个前提条件都必须通过实验来加以证明 如果曲线确实是一条直线且确实通过原点,则响应因子是有效的 在 图 25 中 , 响 应 因 子 可 用 于 色 谱 峰 A 和 B, 但 不 适 用 于 色 谱 峰 C。 两种形式的定量校正用公式 2 和公式 3 来表示。 对于色谱峰 A 和 峰 的 CR 值 = 峰 旳 MR 值 X 色 谱 峰 响 应 因 子 ⑵ 对于色谱峰 峰 的 CR 值 = 色 谱 峰 MR 值 旳 〈 响 应 曲 线 量 〉 ⑶ 色谱峰 C 只有用整个校准曲线进行校正。手动进行这样的处理是 很费时的,但是用数据处理系统就很容易做到了。归一化法 归一化百分比法与面积和峰高百分比法类似,但是要用校正的响 应 值 ( CR) 代 替 测 量 的 响 应 值 , 如 公 式 4 所 示 。 第 n 个色谱峰含量 第 n 个 色 谱 峰 的 CR 值 / 所 有 峰 的 CR 之 和 ]X 100 ⑷ 此计算方法可对组分灵敏度差异进行校正,这对流出早的色谱 峰 的计算结果更加准确。 进样量在一定范围内变化不影响结果。 缺点: 此方法必须经过校准。 所有的峰都必须能被检测。任何没有被检测到或有没流出色谱 柱 的 峰 都 会 减 少 CR 的 总 和 。 这 会 造 成 所 有 被 测 物 质 含 量 值 偏 高 。 所有的峰都必须被鉴定和校准,以求达到最高的准确度。未知 的 (故未校准)峰将会降低校准的绝对准确度。 适用范围 如果没有高沸点化合物存在,就可给出非常准确的结果。 外标法 外标法最大的优点是只对目标化合物的色谱峰进行校准即可。其 计 算 非 常 简 便 ; 见 公 式 5。 第 n 个 色 谱 峰 含 量 = 第 n 个 色 谱 峰 的 CR 值 优点: 只 需 对 目 标 化 合 物 进 行 校 准 。只 需 目 标 化 合 物 流 出 色 谱 柱 并 被 检 测 即可。每一个校准的峰都是独立进行计算的。 缺点: 必须对目标化合物进行校准。 外标法假定仪器漂移是可以忽略的。必须定期用已知测试样进 行 测试以确证这一点。 因为外标法是绝对计算而非相对计算,因此恒定的进样量是至 关 重要的。用手动进样很难保证这一点。实际上,气体或液体 进样阀, 或自动液体进样器是必须的。 适用范围 使 用 进 样 阀 进 行 气 体 分 析 。随 着 仪 器 稳 定 性 能 的 提 高 . 借 助 于 自 动 进样装置保证恒定的进样量,外标法已经取代了许多过去要求 用内标 法来测定的分析工作。 内标法 内标法对每一个色谱峰提供独立的计算。它同时还对进样量的波 动、仪器漂移和其他影响因素进行校正。 虽然随着现代仪器的发展外标法有很大的改进,但是内标法仍被 认为是最准确的色谱定量方法。 内 标 法 的 基 本 计 算 公 式 见 公 式 6。 第 n 个峰的含量 第 n 个 峰 的 CR 值 / 内 标 峰 的 CR 值 I X 内 标 峰 旳 含 量 内标、峰的含量是在分析之前加在待测样品中的已知内标化合物 的含量。 这通常被认为是最为准确的定量方法。 只需对目标化合物进行校准。 只需目标化合物流出色谱柱并能够 检 测 到 每 一 个 校 准 峰 是 独 立 计 算 的 。 ?进 样 量 微 小 的 变 化 不 影 响 测 定 结 果。微小的仪器漂移不影响测定结果。 缺点: 必 须 对 目 标 峰 进 行 校 准 。每 个 样 品 中 必 须 加 入 已 知 量 的 内 标 化 合 物 。 适用范围 要求高准确度的液体样品分析。 注释 内标一词有两个稍有区别的含义 外标法原本是为了补偿手动进样所引起的进样量误差而开发 的。 为了达到此目的,内标化合物在样品前处理(萃取、蒸 馏,等等)完 成后加到将要进样的样品中去。对内标物的主要 要求是样品中不含有 该物质,同时内标化合物能够产生与样品 组分完全分离的、峰形很好 的色谱峰。内标物不必和样品组分 的化学性质相似。 在许多生化分析和相关的应用中,内标化合物是在样品处理之 前 加入到原始样品中去。在这种情况下,内标化合物的化学性 质必须和 样品相似,以保证前处理步骤对内标物和样品组分有 相同的影响。此 时,内标物用来对两种不同的因素进行较正: 在预处理过程中样品回 收量的误差和进样时样品量的误差。用 单一内标物是不可能实现这两 个目的的。通过精确控制样品预 处理过程和用实验来证明回收率是高 度重现的,那么误差可以 减少至可接受的程度。