氣相色譜的基本認識 [2018*資源整理]

　　氣相色譜基本認識

　　一、氣相色譜原理

　　色譜法又叫層分析法，它是一種物理分離技術。阿德分離原理是使混合物中的各組分在兩相間進行分配，其中的一相是不動的，叫做固定相，另一相則是推動混合物流過此固定相的流體，叫做流動相。當流動相中所含的混合物經過固定相，就會與固定相發生相互作用。由于各組分在性質與結構上的不同，相互作用的大小強弱也有差異。因此在同一推動力作用下，不同組分在固定相中的滯留時間有長有短，從而按先后秩序從固定相中流出，這種借在兩相分配原理而使混合物中各組分獲得分離的技術，稱為色譜分離技術或色譜法。當用氣體為流動相，稱為氣相色譜。

　　色譜法具有：分離效能高、分析速度快。樣品用量高、靈敏度高。適用范圍廣等許多化學分析法無可與之比擬的優點。

　　二、氣相色譜儀工作原理

　　利用試樣中各組份在氣相和固定液液相間的分配系數不同，當汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組份就在其中的兩相間進行反復多次分配，由于固定相對各組份的吸附或溶解能力不同，因此各組份在色譜柱中的運行速度就不同，經過一定的柱長后，便彼此分離，按順序離開色譜柱進入檢測器，產生的離子流訊號經放大后，在記錄器上描繪出各組份的色譜峰。

　　三、氣相色譜儀的組成部分

　　（1）載氣系統：包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量

　　（2）進樣系統：包括進樣器、汽化室（將液體樣品瞬間汽化為蒸氣）

　　（3）色譜柱和柱溫：包括恒溫控制裝置（將多組分樣品分離為單個）

　　（4）檢測系統：包括檢測器，控溫裝置

　　（5）記錄系統：包括放大器、記錄儀、或數據處理裝置、工作站

　　四、什么叫保留時間？

　　從進樣開始至每個組分流出曲線達極大值所需的時間，可作為色譜峰位置的標志，此時間稱為保留時間，用t表示。

　　五、什么是色譜圖？

　　進樣后色譜柱流出物通過檢測器系統時，所產生的響應信號時間或載氣流出氣體積的叫曲線圖稱為色譜圖。

　　六、什么是色譜峰？峰面積？

　　1、色譜柱流出組分通過檢測器系統時所產生的響應信號的微分曲線稱為色譜峰。

　　2、出峰到峰回到基線所包圍的面積，稱為峰面積。

　　七、怎樣測定載氣流速？

　　色譜儀上均安裝有自動測試裝置，無自動測試裝置可用皂膜流量計測，將皂膜流量計連接在測檢測出口（也可將色譜柱與檢測器斷開皂膜流量計測接在色譜柱一端），測試每分鐘的流速。測完后色譜升溫壓力表指示會升高，原因是溫度升高色譜柱對氣體的阻力增加，不要把壓力調下來，當色譜溫度升高穩流指示不會改變。測試載氣流速在室溫下測試。

　　八、怎樣控制載氣流速？

　　載氣流速的控制主要靠氣路上高壓鋼瓶上的減壓閥減壓，然后經儀器的穩壓閥穩壓，再經穩流閥以達到控制載氣流量穩定，減壓閥給出的壓力要高出穩壓后的壓力。非程序升溫色譜一般沒有穩流閥，只靠穩壓閥控制流速。

　　九、氣相色譜分析怎樣測其線速度？

　　1、一般測定線速度實際上是測定色譜柱的死時間；

　　2、甲烷作為不滯留物，測定甲烷的保留時間（TCD檢測器以空氣峰），

　　3、用色譜柱的長度除以甲烷的保留時間得到色譜柱的平均線速度。

　　十、氣相色譜分析中如何選擇載氣流速的操作條件？

　　在色譜分析中，選擇好的載氣流速可獲得塔板高度的小值。因此，從速率理論關于峰形擴張公式可求出流速值。通常色譜柱內徑4mm，可用流速為30ml/min。

　　十一、氣相色譜分析中如何選擇載氣的操作條件？

　　1、載氣的性質對柱效和分析時間有影響；

　　2、用相對分子質量小的載氣時，流速和小塔板高度都比相對分子質量大的載氣時*；

　　3、用輕載氣有利于提高分析速度，但柱效較低；

　　4、低速時，好用，這樣既能提高柱效，又能減小噪聲；

　　5、另外，選擇載氣又要從檢測器的靈敏度考慮。

　　十二、氣相色譜分析中如何選擇氣化室溫度的操作條件？

　　1、氣化室溫度控制在使樣品瞬間氣化而不造成樣品分解。

　　2、一般規律是氣化室溫度高于樣品的沸點溫度并要求保持氣化溫度恒定就可用峰高定量。

　　十三、色譜分析中，氣、液、固樣品各用什么進樣器進樣？

　　氣體樣品進樣：用注射器進樣；用氣體定量管進樣，常用六通閥。

　　液體樣品進樣：微量注射器。

　　固體樣品進樣：固體樣品溶解后用微量注射器進樣，頂空進樣法。

　　十四、氣相色譜分析中如何選擇柱溫的操作條件？

　　1、一般采用柱溫為被分析物的平均沸點左右或稍低一點；

　　2、柱溫不能高于固定液高使用溫度，低于樣品分解溫度；

　　3、特殊情況下柱溫也可以低于柱溫很多（環己酮中環己基過氧化氫色譜分析中環己酮沸點160多度，用55度柱溫峰型和出峰速度都很好）。

　　柱溫可以低于要分離的化合物的沸點。

　　十五、在氣相色譜分析中如何選擇柱形、柱徑和柱長的操作條件？

　　1、縮小柱子的直徑對提高柱效率，提高分離度是有利的，但直徑太小，對分析速度不利；

　　2、柱子直徑與柱曲率半徑相差越大越好；

　　3、一般填充柱柱長多用2左右，毛細管柱十幾、幾十米左右。

　　十六、熱導檢測器使用時應注意什么？

　　1、溫度，熱導池溫度應高于或接近柱溫，防止樣品冷凝；

　　2、熱絲，為避免熱絲氧化，要先通載氣，再通橋流，關閉時要先關橋流再關

　　十七、載氣熱導池的基本結構有幾種？

　　1、熱導池檢測器是不銹鋼制成池體、池槽和熱敏元件所組成的；

　　2、基本結構有三種：直通型；擴散型；半擴散型。

　　十八、熱導池檢測器溫度如何控制？

　　1、熱導池檢測器溫度要求高于柱溫，防止分離物質冷凝污染。

　　2、更重要的是控溫精度要求能控制在此。0.05以內。

　　十九、簡述氣相色譜檢測器的性能指標？

　　靈敏度；2、敏感度；3、線性范圍；4、穩定性。

　　二十、熱導檢測器（TCD）的基本原理？

　　1、熱導檢測器是基于不同的物質有不同的熱導系數。

　　2、在未進樣時，兩池孔的鎢絲溫度和阻值減小是相等的。

　　3、在進樣時，載氣經參比池，而載氣帶著試樣組分流經測量池，由于被組分與載氣組成的混合氣體的熱導系數與載氣的熱導系數不同。

　　4、因此測量池中的鎢絲溫度發生變化使兩池孔中的兩根鎢絲阻值有了差異。

　　5、通過電橋測出這個差異，從而測出被測組分含量。

　　二十一、氫火焰檢測器的注意事項是什么？

　　1、離子頭絕緣要好，外殼要接地；

　　2、氫火焰離子化檢測器使用溫度應大于是100度；

　　3、離子頭的噴嘴和收集極，在使用一定時間后應進行清洗。

　　二十二、氫火焰離子檢測器（FID）的基本原理？

　　1、氫火焰檢測器是根據色譜流出物中可燃性有機物在氫一氧火焰中發生電離的原理而制成的；

　　2、由于在火焰附近存在著由收集極和發射極之間所造成的靜電場；

　　3、當被測組分燃燒生成離子，在電場作用下定向移動而形成離子流，經微電流放大器放大，然后到記錄儀記錄。（目前氫火焰離子檢測器的基本原理說法有兩種，一種是在火燃的作用下離子化，另一種是在電場作用下離子化。）

　　二十三、火焰光度檢測器（FPD）的基本原理？

　　1、主要原理為組分在富氫火焰中燃燒時，組分不同程度的變為碎片或分子。

　　2、 由于外層電子互相碰撞而被激發，當電子由激發態返回低能態或基態時，發射出特征波長的光譜，這種特征光譜通過經選擇濾光片后被測量。

　　二十四、電子捕獲器檢測器（ECD）的基本原理？

　　1、主要原理為檢測室內的放射源放出β射線（初級電子），與通過檢測室的載氣碰撞產生次級電子和正離子，在電場作用上，分別向與自己極性相反的電極運動，形成基流。

　　2、當具有負電性的組分（即能捕獲電子的組分）進入檢測室后，捕獲了檢測室內的電子，變成負電荷的離子，由于電子被組分捕獲，使得檢測室基流減少，產生色譜峰信號。

　　二十五、氮磷檢測器（NPD）的基本原理？

　　1、目前認為響應機理主要有氣相電離理論和表面電離理論，通常認為氣相電離理論能更好地解釋NPD工作原理。

　　2、氣相電離理論認為氮、磷化合物先在氣相邊界層中熱化學分解，產生負電性的基團;該電負性基團在與氣相的銣原子（Rb）進行化學電離反應，生成銣離子和負離子,負離子在收集極釋放出一個電子,并與氫離子反應,同時輸出組分信號。

　　二十六、在氣固色譜中，常用的固定相有哪些？

　　活性炭；2、氧化鋁；3、硅膠；4、分子篩；5、高分子多孔小球。

　　色譜柱固定液選擇原則是什么？

　　1、相似相溶原則；

　　2、利用分子間特殊作用力原則；

　　3、利用混合固定液原則。

　　什么是固定相？

　　在色譜柱內不能移動而能起分離作用的物質稱為固定相。

　　二十七、色譜固定相分幾類？

　　1、一類為具有吸附性的多孔固體物質稱吸附劑；

　　2、一類是能起分離作用的液體物質稱為固定液。

　　二十八、常用的固體吸附固定相有哪些？

　　常用的固體吸附固定相有：吸附劑、高分子多孔小球、化學鍵合固定相。

　　二十九、氣相色譜選擇固定液的要求是什么？

　　1、熱穩定性好，蒸汽壓低，色譜溫度下呈液態；

　　2、試樣在固定液中有足夠的溶解能力；

　　3、選擇性高；

　　4、具有化學惰性。

　　三十、氣相色譜用載體應具備哪些特性？

　　1、應具有大的比表面積；

　　2、應具有化學惰性；

　　3、載體形狀規則；

　　4、要有較大的機械強度。

　　三十一、簡述色譜柱管的預處理？

　　1、將截取所需長度的不銹鋼管彎成所需形狀；

　　2、用10％熱堿洗去油污，用自來水洗凈；

　　3、用10％鹽酸洗去管內金屬氧化物；

　　4、先用水后用乙醇沖洗，烘干后待用。

　　三十二、色譜柱的載體是如何涂漬的？

　　1、根據配比先稱取一定量的固定液，溶解在有機溶劑中；

　　2、加入載體，溶劑應把載體沒入，輕輕攪拌；

　　3、用紅外燈照射使溶劑蒸發，溶劑揮發后涂漬完畢；

　　三十三、怎樣老化色譜柱？

　　1、在室溫下，將柱子接真空泵的一端接在色譜儀的氣化室上，另一端放空；

　　2、通載氣在室溫下吹0、5，使柱中空氣被吹干凈；

　　3、然后升溫，在高于使用溫度20－30度的溫度下保持12－24。

　　4、降至室溫，完成老化，接檢測器。

　　三十四、為什么老化色譜柱？

　　1、新填的色譜柱中有殘余的溶劑和固定液中的一部分低分子量的物質及其它易揮發雜質，所以老化。

　　2、另一個目的是可以使固定液均勻地涂在載體上。

　　三十五、色譜定量分析常用有幾種方法？

　　內標法；外標法；歸一化法。

　　三十六、氣相色譜法定量依據是什么？

　　1、檢測器產生的響應信號大小與進入檢測器組分的量成正比。因此只要色譜柱能將試樣中所有組分*分離

　　2、記錄系統正確記錄

　　3、準確測量色譜面積就可以進行定量。

　　三十七、什么是校正因子？

　　1、校正因子是相對響應的倒數，它與峰面積的乘積正比于物質的量。

　　2、即進入檢測器中組分的量與檢測器產生的相應色譜峰之間的關系。

　　三十八、在氣相色譜分析中，如何測定定量校正因子？

　　1、準確稱量被測組分和標準物質，混合后，在實驗條件下進行分析，分別測量相應的峰面積。

　　2、然后計算質量校正因子；摩爾校正因子，如果數次的測量值接近，可取平均值

　　三十九、氣相色譜氣體的分析采用的儀器和試劑如何？

　　1、儀器：熱導池檢測器；皂膜流量計；秒表。

　　2、試劑：13或5分子篩；（60－80目）；使用前預先在高溫爐內，于350度活4小時后備用。純氧氣、氮氣、甲烷、一氧化碳裝入球膽或聚乙烯取樣袋中。氫氣裝在高壓鋼瓶內。

　　四十、氣相色譜柱和毛細管柱結構特點,它們有什么不同點

　　氣相色譜柱分填充柱和毛細管柱.填充柱的填料可以是多孔性粒狀系縛劑或在惰性載體顆粒表面均勻的涂敷一層很薄的固定液膜.填充柱常用內徑2-5mm,長0.5-10m的金屬管或玻璃管.填充柱制備簡單,可供選用的載體、固定液、吸附集種類很多,因而具有廣泛的選擇性,有利于解決各種各樣組分的分離分析問題,應用比較普遍.此外,填充柱的樣品負荷量大,可用于制備色譜其缺點是柱滲透性較小,傳質阻力較大,柱子不能過長,因而分離效率較低.柱效的選擇問題,視試樣組分而定,許多分析并不需要很高的分離效率,因此填充柱仍有其廣泛的應用前景.如工業廢水中硝基苯的分析、苯系物的分析等用填充柱氣象色譜法足以滿足分析要求.現在的填充柱一般只分析氣體用.毛細管柱則又可分為空心毛細管柱和填充毛細管柱兩種.空心毛細管柱是將固定液直接涂在內徑只有0.0.5mm的玻璃或金屬毛細管的內壁上,填充毛細管柱是近幾年才發展起來的,它是將某些多孔性固體顆粒裝入厚壁玻管中,然后加熱拉制成毛細管,一般內徑為0.25～0.5mm.

　　四十一、氣相色譜柱選擇指南

　　（1）柱長度的選擇

　　分辨率與柱長的平方根成正比.在其他條件不變的情況下,為取得加倍的分辨率需有4倍的柱長.較短的柱子適于較簡單的樣品,尤其是由那些在結構、極性和揮發性上相差較大的組分組成的樣品.

　　一般來說：

　　15m的短柱用于快速分離較簡單的樣品,也適于掃描分析；

　　30m的色譜柱是常用的柱長,大多數分析在此長度的柱子上完成；

　　50m、60m或更長的色譜柱用于分離比較復雜的樣品.

　　應該注意,柱長增加分析時間也增加.

　　(2)柱內徑的選擇

　　柱徑直接影響柱子的效率、保留特性和樣品容量.小口徑柱比大口徑柱有更高柱效,但柱容量更小.

　　0.25mm：具有較高的柱效,柱容量較低.分離復雜樣品較好.

　　0.32mm：柱效稍低于0.25mm的色譜柱,但柱容量約高60%.

　　0.53mm：具有類似于填充柱的柱容量,可用于分流進樣,也可用于不分流進樣,當柱容量是主要考慮因素時（如痕量分析）,選擇大口徑毛細管柱較為合適.

　　(3)液膜厚度的選擇

　　液膜厚度影響柱子的保留特性和柱容量.厚度增加,保留也增加.

　　0.0.2μm ：薄液膜厚度的毛細管柱比厚液膜的毛細管柱洗脫組分快,所需柱溫度低,且高溫下柱流失較小,適用高沸點的化合物的分析.

　　0.25～0.5μm ：常用的液膜厚度.

　　厚液膜：對分析低沸點的化合物較為有利.

　　(4)固定相的選擇

　　不同的固定相對不同的分析物的影響不同,根據相似相溶原理,性質越相近,固定相對其的流動阻力越大,其保留時間越長．色譜柱就是通過這個原理將不同性質的混合物相互分開的．

　　您現在就可以看到其實氣相色譜柱的分離效果主要取決于其固定相,柱長度,柱內徑,液膜厚度這幾個因素,從原理上講,這幾個因素相同的柱子,其分離效果是*一樣的.考慮到這一點,現在您*根據這個更加本質的依據來選擇您的氣相色譜柱,而不必一定去購買昂貴的標準氣相色譜柱．

　　四十二、毛細血管柱和填充柱對比

　　毛細管氣相色譜為什么比填充柱氣相色譜柱效高

　　1、毛細管柱氣相色譜儀比填充柱色譜前面多了一個分流/不分流裝置；

　　2、柱后多了一個尾吹氣路；

　　3、增加分流/不分流是為了防止毛細管柱（玻璃材質）超負荷

　　4、通過分流可以讓氣化室的樣品很少一部分進入柱子，其余的被分流放空。以達到保護毛細管柱的目的；

　　5、尾吹可以減少從毛細管柱流出物質在柱后的“停留”時間，保證載氣流量和減小樣品通過柱子的時間，從而提率；

　　填充柱加長柱長使分析時間加長，那毛細管住不會嗎？

　　1、在相同的條件下，不論增加填充柱還是毛細柱的長度，分析時間都會比沒有增加前加長；

　　2、柱長增加，意味著在同樣的流速下；

　　3、氣化后的樣品通過柱子的時間增大，到達檢測器的時間增大，所以引起保留時間升高

　　氣相色譜的操作的基本流程

　　一、氣相色譜儀的使用步驟：

　　1、打開穩壓電源。

　　2、打開氮氣閥，打開凈化器上的載氣開關閥，然后檢查是否漏氣，保證氣密性良好。

　　3、調節總流量為適當值（根據刻度的流量表測得）。

　　4、調節分流閥使分流流量為實驗所需的流量（用皂膜流量計在氣路系統面板上實際測量），柱流量即為總流量減去分流量。

　　5、打開空氣、氫氣開關閥，調節空氣、氫氣流量為適當值。

　　6、根據實驗搜索需要設置柱溫、進樣口溫度和FID檢測器溫度。

　　7、打開計算機與工作站。

　　8、FID檢測器溫度達到150oC以上，按FIRE鍵點燃FID檢測器火焰。

　　9、設置FID檢測器靈敏度和輸出信號衰減。

　　10、待所設參數達到設置時，即可進樣分析。

　　11、實驗完畢后，先關閉氫氣與空氣，用氮氣將色譜柱吹凈后關機。

　　二、注意事項

　　1、氣體鋼瓶總壓力表不得低于2Mpa；

　　2、必須嚴格檢漏；

　　3、嚴禁無載氣氣壓時打開電源。

　　應用范圍

　　環境保護: 大氣水源等污染地的痕量毒物分析、監測和研究

　　生物化學: 臨床應用，病理和毒理研究;

　　食品發酵: 微生物飲料中微量組分的分析研究;

　　中西藥物: 原料中間體及成品分析;

　　石油加工: 石油化工，石油地質，油品組成等分析控制和控礦研究;

　　有機化學: 有機合成領域內的成份研究和生產控制;

　　衛生檢查: 勞動保護公害檢測的分析和研究;

　　科學: 軍事檢測控制和研究

　　國內外氣相色譜種類及廠商

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