气相色谱仪构造及原理简介 3.4

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气相色谱仪构造及原理

燃料油检验站

王瑞欢

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气相色谱仪构造

● 1.气路系统：包括气源、气体净化、气体流速控制阀门和压力表等；

2.进样系统：包括进样器、汽化室（将液体样品瞬间汽化为蒸气）等；

3.分离系统：包括色谱柱和柱温控制装置（色谱柱箱）等；

4.检测系统：包括检测器，控温装置等；

5.操作系统：包括中文显示器、触摸式参数输入键盘；

6.记录系统：包括放大器（数模转换机）、数据处理系统（色谱工作站）等。

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气象色谱（GC）简介

● 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定性分析（鉴定为何种物质）和定量分析。

● 将气化的混合物或气体通过含有某种物质的色谱柱，基于管中物质对不同化合物的保留

性能不同，而将样品各组分分离开，并依此经过检测器，被记录的就是色谱图。 ● 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/峰面积则

是组分含量大小的度量。

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气象色谱

● 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

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载气源

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进样口

● 进样口将挥发后的样品引入载气流中

● 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

● 气体进样阀：样品从机械控制的定量管被扫入载气流，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。定量管可更换。

● 液体进样阀：与气体进样阀的原理一样，由于液体进样要求更小的进样体积，因此定量

管是阀体的一部分而不可更换。

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进样口

● 气体样品可以用气体注射器或气体进样阀直接进样

● 液体样品须先使之气化，这常由加热的进样口/液体注射器/液体进样阀相结合来

完成

● 进样口的设计和选择取决于色谱柱的直径和类型

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进样口－填充柱进样口

隔垫的作用是保护色谱系统牌密封状态。

隔垫吹扫：就是有一股气流在进样口隔垫下横向吹，其目的为把高温下隔垫的挥发物尽可能的吹出从隔垫吹扫出口放空，以避免这些隔垫挥发物质进入色谱柱。 从而大大减少了隔垫上的吸附物和隔垫流失物所产生的干扰。

a、消除进样时可能带入的杂质 b、消除进样口密封垫在高温时释放出的杂质。 幻灯片10

进样口－分流/不分流柱进样口

分流模式

● 毛细管柱样品容量小，但过小的样品量操作起来很困难。

● 分流模式采用常规进样量，分流阀一直维持开启状态，样品被注射进衬管同时被气化，

样品气化后，载气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。

● 气化后样品在色谱柱（气流阻力大）和分流放空口（气流阻力可调）之间分配

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样口－分流/不分流柱进样口

不分流模式步骤1

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。

●

● 步骤1：注射样品

● a关闭分流阀，载气流在隔垫吹扫气出口和色谱柱之间分配；

● b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；

c注射样品后，溶剂(主要的样品成分)在富集样品的柱头产生饱和区带;

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样口－分流/不分流柱进样口

不分流模式步骤2

步骤2：进样口吹扫

a样品被捕集到色谱柱后，打开分流阀将进样口中的气体（此时大部分是溶剂）放空；见左图

b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 。

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样口－分流/不分流柱进样口

不分流模式进样步骤

1 在加热的进样口中使样品和溶剂挥发

2 采用较低的柱温在柱头产生一个溶剂饱和区带

3 利用此区带使样品在柱头进行富集和重组

4 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

5 升高柱温先将溶剂然后将样品从柱头释放

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进样技术

● 理想的注射进样技术是

● 1 将样品充入注射器调节进样量；

● 2 将注射器的针尖以尽可能深地速度穿过进样隔垫进样口；

● 3 快速压下注射器推杆；

● 4 立即把针从进样口拔出。

● 最重要的就是速度，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。

自动进样

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色谱柱

● 分离就在色谱柱中进行；

● 不同的色谱柱可实现不同组分的分离，当几种色谱柱使用条件相近时，可安装于同一台

色谱仪中，故使用一台仪器能够进行许多不同的分析；

● 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。

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色谱柱分离原理

● 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，所有色谱柱都基于同样的工作原理－“吸附性能”。

● 如不同组分有不同的吸附性能，它们将会随时间而被分离。

● 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。

● 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。

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色谱柱类型

● 毛细管柱：是将固定相涂在管内壁的开口，其中没有填充物，内径0.1 ～0.5 mm，典

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幻灯片18 型的柱长是30 米，毛细管柱产生很窄的色谱峰。 填充柱：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大多数金属填充柱的外径是1/8 或1/4 英寸（3.175或6.35mm）。 填充柱有较大的样品容量，是老式较低灵敏度的检测器所必需的。然而，面对现代高灵敏度的检测器，样品容量大的优势已经减弱，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。 色谱柱管材料包括： a不锈钢 （ 耐用但是相对活泼） b玻璃 （质脆，要对内表面进行脱活） c熔融石英 ― 仅用于毛细管柱惰性好坚固耐用是最常用的

检测器－热导检测器(TCD)

● 对于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。 ● 注意保护金属丝，先开气瓶，再开机，先关机降温，再停气。

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检测器－火焰离子化检测器(FID)

● FID 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)。

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其他检测器

● 电子捕获检测器(ECD)

● 电子捕获检测器广泛应用于环境分析领域。

● 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。

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数据处理

● 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（积分仪、数模转换器加色谱工作站电脑）后成为色谱图。

● 不同检测器检测物质种类、检测限不同，但是所有的检测器具有相同点：

● 1、当纯的载气流经检测器时产生稳定的电信号基线

● 2、当有待分离组分通过检测器时产生不同的信号数据

● 色谱图反映检测器输出的电信号的变化过程，它可以通过以下方式输出： ● 1、使用数字积分仪处理 2、用计算机数据系统处理

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谱图解析

● 色谱峰测量

● 保留时间：定性分析，必须两根不同性质的色谱柱确认。

● 色谱峰大小：定量分析，通过峰高/峰面积来测定。

● 联用：GC 可以和质谱或其他选择性检测器联用。

● 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。

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谱图解析－定量

归一化法

优点：

• 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，否则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

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谱图解析－定量

外标法

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

• 必须定期对目标化合物进行校准

• 因为外标法是绝对计算，因此对进样量要求严格

适用范围

使用进样阀进行气体分析，已经取代了许多过去要求用内标法来测定的分析工作 幻灯片25

谱图解析－定量

内标法

● 内标法被认为是最准确的色谱定量方法

● 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

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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

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尾吹气的使用

● 尾吹气是从色谱柱出口直接进入检测器的一路气体，又叫补充气或辅助气。填充

柱不用尾吹气，而毛细管大多采用尾吹气。这是因为毛细管柱内载气流量太低（常规为1~3ml/min），不能满足检测器的最佳操作条件（一般检测器要求20ml/min的载气流量）。在色谱柱后增加一路载气直接进入检测器，就可保证检测器在高灵敏度状态下工作。尾吹气的另一个重要作用是消除检测器的死体积的柱外效应。经分离的化合物流出色谱柱后，可能由于管道体积的增大而出现体积膨胀，导致流速缓慢，从而引起谱带展宽。加入尾吹气后就消除了这一现象。

尾吹气流量究竟多少合适呢？

● 这要看所用检测器和色谱柱的尺寸而定。比如，用0.53mm大口径柱时，柱内流量可达

15ml/min，这对微型TCD和单丝TCD来说已经够大了，就没有必要再加尾吹气了。而对于FID、NPD、FPD则需要至少10ml/min的尾吹气的流量，对于ECD就需要20ml/min的尾吹气（ECD一般需要载气总流量大于25ml/min）。使用常规或微径柱时，尾吹气流量应相应加大。经验参考值为：FID、NPD、FPD需要柱内载气和尾吹气的流量之和为30ml/min左右，ECD则需要40~60ml/min。当需要在最高灵敏度状态下工作时，应针对具体样品优化尾吹气流量以及其他气体流量。一般情况下尾吹气所用气体类型应与载气相同。

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注意事项

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TCD:先开载气，再开色谱仪，先关机降温再停气。载气注意除氧，最好选用氢气或氦气。及时更换气瓶。

● FID：使用温度高于100℃。

● Agilent工作站故障处理：

● 关闭所用运行软件（无法关闭时可“注销”），重启电脑；

电脑无法重启，换备用主机，确保各路连接线接牢，开电脑主机，重新联机1、2，从

D盘调用方法，在

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