气相色谱基础(GC-2010)全解
气相色谱讲义
1．色谱法概述、分类； 2．流出曲线和有关术语 3．色谱法基本理论； 4．分离度； 5．气相色谱仪五个主要部分的作用、原理； 6．操作条件的选择(如载体、固定相、温度等的选择)； 7．定性定量分析方法
第二节 气相色谱理论基础
Fundamental of chromatograph theory
一、气-固和气-液色谱分析 Fundamental principle of GC 二、塔板理论 Plate theory 三、速率理论 Rate theory
一、气－固色谱及气－液色谱的基本原理
多组分试样通过色谱柱分离的流程 色谱柱: 填充柱(内径为2-6毫米,长0.5-10米的U型或者螺旋型金属或玻璃)
从柱头加入，随着流动相不断加入，洗脱作用连续进行，直至A和B组分先后流 出柱子而进入检测器，从而使各组分浓度转变成电信号后在荧光屏上显示出来。
根据峰的位置（出峰时间 t ）——定性 根据峰的面积 A （或峰高h） ——定量
2、色谱法分类
（一）按两相物理状态分:(流动相和固定相的物理状态) （二）按分离原理分 ： （三）按固定相的形式分：
（动画）
图1 典型色谱流出曲线
术语： （1）基线(base line)（2） 保留值(retention valume) （3） 色谱的区域宽度（peak width）
（1）基线（base line）：
操作条件稳定后，没有试样通过时检测器所反映的信号- 时 间曲线称为基线（O - O’）（它反映检测系统噪声随时间变化的 情况，稳定的基线应是一条水平)
气相色谱新讲义2
2001.6.1.
毛细管色谱
25
2001.6.1.
毛细管色谱
11
色谱柱直径的选择
山东金普
一般认为直径在0.1—0.7mm较好
小于0.1mm，入口压力增加，柱负荷减少 大于0.7mm，虽柱负荷增大，但柱效下降
当需要有高柱效的色Байду номын сангаас柱时应使用0.25毫
米的色谱柱； 当需要样品容量大时，应使用0.32毫米的 色谱柱； 只有配备大口径进样时才使用0.53毫米的 色谱柱，它特别适合高载气流速的作用
2001.6.1.
毛细管柱
填充柱
20—100 1— 5 0.1—0.7 2— 4 2μ m 或无填充物 80—100 目 几万到几十万 1500—8000 >0.10 0.05—0.10 大于 0.2 小于 0.01 可分析复杂组份 适合简单样品分析
毛细管色谱 8
与填充柱相比，毛细管柱的特点为：
2001.6.1. 毛细管色谱 18
基线不能调零：
山东金普
1，
色谱柱严重流失或污染； 2，火焰太 大，烧到内收集筒；3，氢焰放大器坏， 或信号接地；4，热导铼钨丝断或污染； 5 ，氢焰离子头信号接地； 6 ，色谱柱为 新柱，未老化好；7，色谱柱内残留高浓 度样品； 8 ，检测器积水严重； 9 ，检测 器或汽化室严重污染；
2001.6.1.
毛细管色谱
3
GC-2010毛细管柱的安装结构
大口径柱不分流进样 应用上的几个问题
关键:减少死体积,减少进样量. 1.汽化室的安装.
山东金普
2.检测器的安装.
3.流量的调节（流速）. 4.进样量的要求.
5.尾吹必要性.
2001.6.1.
GC-2010讲解
GC-2010操作说明一，通用注意事项：A：钢瓶及气源1．钢瓶及减压阀要经常检漏。
2．在使用空气压缩机时要定期放水，更换干燥剂。
3．钢瓶总压<2.0Mpa时，更换新钢瓶。
B：电源电压不稳，需配制稳压电源,同时有良好的接地设施。
C：进样口1．定期更换进样垫。
2．进样口内的玻璃衬管要定期清洗，SPL需注意分流及不分流两种衬管，衬管内最好加石英棉。
3．不用的进样口和检测器要用死堵堵好。
D：色谱柱的安装毛细柱两端切口要平齐，长时间不用或新的毛细柱两头要切掉2cm左右，再分别接进样口、检测器。
两边长度参照带有标识的石墨调节器即可。
E：色谱柱的老化接进样口，不接检测器，最好用程序升温老化色谱柱，老化的最高温度要高于平时使用温度20℃以上而低于柱子的最高使用温度。
老化时间不低于1.5小时。
载气流速应与测定样品时保持一致。
FID检测器A：开机步骤1．打开气源，载气（N2/He）：0.7Mpa，H2：0.2~0.3Mpa，Air：0.3~0.4Mpa。
2．打开GC，计算机的电源。
3．在计算机桌面上打开Real Time Analysis快捷键，进入时实分析窗口。
4．打开System Configuration 进行自动进样器、进样口、色谱柱、检测器的配制，在此窗口需设置载气、尾吹气种类；柱参数（柱长、内径、膜厚、最高使用温度）输入及色谱柱的选择；样品瓶（４ml、1.5ml）、进样针（10ul、50ul、250ul）大小的选择，设定完毕，回到System Configuration窗口，点击SET键确认。
5．仪器参数的设定：先设柱温（可做程序升温），再设进样口温度、柱流量及分流比，检测器温度、Ｈ2、Air流量。
（通常Ｈ2：47ml/min、Air：400ml/min）。
6．用鼠标点File菜单找到Save Method File As输入你想保存的方法文件名（如果硬件配置相同的话，可以直接调用此方法）。
7．如沿用上次关机前的配制，直接在３步的窗口下用鼠标点File菜单找到Open Method File 打开需要的方法文件名。
岛津GC-2010气相色谱仪
岛津GC-2010气相色谱仪一．性能要求：1. ﹡同时安装3个进样口4个检测器：要求检测器的更换简单，不需要拆装检测器，只需要换色谱柱与检测器的接头就可以了；每个进样口都配有电子气体控制器---AFC---标准配件，每个检测器都配有电子气体控制器---APC---标准配件，隔膜吹扫气也是用电子式的气体控制，载气控制有恒线速度，恒压，程序升流和程序升压等多种控制方式；2. 通过以恒线速度载气控制方式来控制保留时间的重复性，即使在程序升温过程中保留时间都有非常理想的重复性，保留时间重复性为0.001~0.002分钟（0.06~0.12秒），即使气相质谱联用仪的保留时间都可以与气相的保留时间保持一致；不需要用软件来控制保留时间；3. ﹡原装中文或英文工作站软件---使用方便，容易掌握可以通过互联网进行远程操作和远程诊断4. 中、英文文操作手册5. 一站式文件---仪器配置，分析方法，色谱图和分析报告等文件都存储在一个文件中，避免了文件查阅的麻烦；6. 快速分析高载气压力，最大970Kpa高载气流速，最大1200mL/min快速数据传输，检测器数据采集速度为250Hz（4ms）工作站适合于快速数据传输，可以捕捉到非常尖锐的色谱峰一般条件需要25分钟的分析，如果改用窄口径柱，配以高压力载气控制，只需要3分钟就能完成，而且得到非常好的分离效果；7. 柱温箱升温速度快---最大速率达250o C/min柱温箱降温速度快---450~50o C只需要6分钟，实际只需要约3.5分钟，大大地缩减了每次分析的间隔时间；柱温箱温度稳定性：0.01o C/o C8. 检测器检测限：氢火焰检测器------3pgC/s，灵敏度比其他品牌高火焰光度检测器---P：0.2pgP/s，S：4pgS/s，灵敏度比其他品牌高4~5倍氮磷检测器---------N：0.2pgN/s，P：0.03pgP/s，灵敏度比其他品牌高7倍电子捕获检测器---8fg/s，与其他品牌的微池ECD的指标一样，GC2010不需要随时通吹扫气体9. 自我诊断功能：GC2010可以检查进样口，检测器，温度传感器，载气供给压力，消耗件的消耗情况等多项项目，检查结果留在计算机里；其他品牌的诊断项目被限定，诊断结果不留在计算机。
GC-2010气相色谱仪操作说明
GC-2010 操作说明一，通用注意事项：A：钢瓶及气源1．钢瓶及减压阀要经常检漏。
2．在使用空气压缩机时要定期放水，更换干燥剂。
3．钢瓶总压<2.0Mpa 时，更换新钢瓶。
B：电源电压不稳，需配制稳压电源,同时有良好的接地设施。
C：进样口1．定期更换进样垫。
2．进样口内的玻璃衬管要定期清洗，SPL 需注意分流及不分流两种衬管，衬管内最好加石英棉。
3．不用的进样口和检测器要用死堵堵好。
D：色谱柱的安装毛细柱两端切口要平齐，长时间不用或新的毛细柱两头要切掉2cm 左右，再分别接进样口、检测器。
两边长度参照带有标识的石墨调节器即可。
E：色谱柱的老化接进样口，不接检测器，最好用程序升温老化色谱柱，老化的最高温度要高于平时使用温度20℃以上而低于柱子的最高使用温度。
老化时间不低于1.5 小时。
载气流速应与测定样品时保持一致。
FID 检测器A：开机步骤1．打开气源，载气（N2/He）：0.7Mpa，H2：0.2~0.3Mpa，Air：0.3~0.4Mpa。
2．打开GC，计算机的电源。
3．在计算机桌面上打开Real Time Analysis 快捷键，进入时实分析窗口。
4．打开System Configuration 进行自动进样器、进样口、色谱柱、检测器的配制，在此窗口需设置载气、尾吹气种类；柱参数（柱长、内径、膜厚、最高使用温度）输入及色谱柱的选择；样品瓶（４ml、1.5ml）、进样针（10ul、50ul、250ul）大小的选择，设定完毕，回到System Configuration 窗口，点击SET 键确认。
5．仪器参数的设定：先设柱温（可做程序升温），再设进样口温度、柱流量及分流比，检测器温度、Ｈ2、Air 流量。
（通常Ｈ2：47ml/min、Air：400ml/min）。
6．用鼠标点File 菜单找到Save Method File As 输入你想保存的方法文件名（如果硬件配置相同的话，可以直接调用此方法）。
GC-2010讲义
2013年7月27日星期六
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3.10 溶剂/溶质聚焦要点
★ 溶剂聚焦和溶质聚焦经常是协同作用 ★ 对于部分低沸点溶剂，如二氯甲烷(40℃)，保证
良好的溶剂聚焦很困难，需要更多的考虑溶质聚 焦
★ 为保证良好的溶剂聚焦效果，用非极性及微极性
柱进行不分流分析时，应尽量采用正己烷、异辛 烷等非极性溶剂 (相似相溶)
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• 如图所示为一色谱流出曲线：
色谱流出曲线的意义：
色谱峰数---样品中单组份的最少 个数； 色谱保留值——定性依据； 色谱峰高或面积——定量依据； 色谱保留值或区域宽度——色谱 柱分离效能评价指标； 色谱峰间距——固定相或流动相 选择是否合适的依据
2013年7月27日星期六
2013年7月27日星期六
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• b. 保留时间tr：试样从进样到出现峰极大值 时的时间。它包括组份随流动相通过柱子 的时间t0和组份在固定相中滞留的时间。 • c. 调整保留时间tr’ ：某组份的保留时间扣 除死时间后的保留时间，它是组份在固定 相中的滞留时间。即 tr’= tr －t0 • 由于保留时间为色谱定性依据。但同一组 份的保留时间与流速有关，因此有时需用 保留体积来表示保留值。
2013年7月27日星期六
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3.9 溶剂聚焦对峰形的影响
色谱柱：Rtx-5， 30m×0.25mm×0.25um 进样量：1.0µ L 样品：5ug/mL农药混标（溶剂为正己烷） 柱温程序：150 ℃ to 275°C @ 4℃/min
色谱柱：Rtx-5，30m×0.25mm×0.25um 进样量：1.0µ L 样品：5ug/mL农药混标（溶剂为正己烷） 柱温程序：40℃ to 150 ℃@ 25℃ /min. 然后 275 ℃ @ 4 ℃ /min.
气相色谱(GC)基础知识——基本原理PPT课件分析共100页文档
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
ห้องสมุดไป่ตู้
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
气相色谱基础(GC)分解
H= L/n
tR 2 n 5.54 ( ) Wh / 2
L为柱长
开始
h
Wh/2
h/2
tR
色谱柱
载气流速与柱效关系
HETP Hmin Van Deemter方程 HETP=A+B/u+Cu
uopt
u cm/s
HETP曲線 （Rtx-1，30m，0.25mmi.d.，0.25µ m）
He
1400.0
固定液 100%聚甲基硅氧烷 名称 OV-1 OV-101 Restex Rtx-1 J&W DB1 HP HP1 Supelco SPB-1
95％甲基＋5％苯基
SE-54
Rtx-5
DB5
HP5
SPB-5
50％甲基＋50％苯基
OV-17
Rtx-50
DB17
HP17
SPB-50
聚乙二醇
PEG20M
Stabilwax
300 °C 100 °C
0 2 4 6
270 °C
8
10
固定相－聚乙二醇
HO CH2 CH2 O H
n
―WAX‖ or ―FFAP‖ 类固定液
e.g. DB-WAX, DB-FFAP
温度稳定性比聚硅氧烷类差，最高使用 温度低于聚硅氧烷类固定液
色谱柱
柱性能指标：
柱效、分离度
色谱柱
柱效 通常以理论塔板数（n）或理论塔板高度（H）表示
检测器
ECD检测器 设定参数
1)温度 最高温度<350℃ 2)电流（CURR，nA） 电流设定越高，灵敏度越高，噪声大，寿命短，一
般设定在1nA或1nA以下
3)量程（RANGE） 0，1
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载气
作为流动相使用的气体：
－惰性 －气体扩散性小 －纯净 －便宜 －与检测器相匹配
常用气体：N2，He，H2，Ar等
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HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
载气控制方式的选择
填充柱分析采用恒流方式 毛细柱分析采用恒压方式
SPL/Spless
毛细柱
6kg/cm2
INJ 1
填充柱1
INJ2
填充柱2
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HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
进样口
进样口类型
填充柱进样口（WBI） 毛细管柱进样口（SPL） 冷柱头进样口（OCI） 程序升温进样口（PTV）
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
色谱柱选择
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 对高沸点化合物 高浓度（10%～30%) 高膜厚(1～5μm) 低浓度（1%～5%) 低膜厚(0.25～0.5μm)
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
色谱分类
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
气相色谱流程图
载气
进样口
流量控制器 (AFC)
检测器 数据处理
柱温箱
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恒压方式
Temperature
Flow Rate
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
程序升压方式
Flow Rate Temperature Pressure
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
程序升压方式
(A) Constant pressure (B) Rising pressure 18Kpa to 143Kpa @
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
固定相－聚甲基硅氧烷
R R O Si O Si O R
R=
CH3 CH2CH2CH2CN CH2CH2CF3
siloxane backbone
R
methyl cyanopropyl trifluoropropyl phenyl
300 °C for 12 min
Bleed
12 14 16 18 20 22 24
300 °C 100 °C
0 2 4 6
270 °C
8
10
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
固定相－聚乙二醇
HO CH2 CH2 O H
n
“WAX” or “FFAP” 类固定液
气相色谱基础知识
GC-2010
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
色谱起源
色谱
组分
石油醚
色素
碳酸钙颗粒
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
定义
色谱法：利用组分在两相间分配系数不同 而进行分离的技术 移动相：携带样品流过整个系统的流体 固定相：静止不动的一相，色谱柱
Rtx-5
DB5
HP5
SPB-5
OV-17
Rtx-50
DB17
HP17
SPB-50 SUPELC O-WAX
PEG20M Stabilwax
DBWAX
HPWAX
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
色谱柱
色谱柱的老化
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。
色谱柱类型
填充柱 毛细管柱
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。
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
柱材：熔融石英、铝 内径：0.2mm--0.53mm
毛细管柱管材
熔融石英 – 合成高纯石英
外表面涂覆聚酰亚胺 内表面经化学处理
不锈钢
用于高温分析 最不易断裂 内表面经特殊处理
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
固定相
大多数固定相为聚合物 WCOT 毛细管柱:
聚甲基硅氧烷（Polysiloxanes, silicones） 聚乙二醇（Polyethylene glycols, PEG）
e.g. DB-WAX, DB-FFAP
温度稳定性比聚硅氧烷类差，最高使用 温度低于聚硅氧烷类固定液
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
色谱柱
柱性能指标：
柱效
分离度
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
色谱柱
柱效 通常以理论塔板数（n）或理论塔板高度（H）表示
热进样和冷进样
热进样：WBI，SPL
存在歧视效应和样品热分解
冷进样：OCI，PTV
进样是在较低温度下进行 有助于克服样品热分解和歧视效应
定量精度高
NEXT
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
歧视效应的产生
歧视:蒸馏现象
高沸点组分残留
低沸点组分百分比偏高
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)
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
SPLESS、OCI及PTV-SPLESS比较
N-甲基氨基甲酸酯农药的热分解现象
Splitless
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
冷柱头进样（OCI）
LVI-PTV 进样
2uL
10uL 50uL 1000uL
空衬管 衬管 + 石英棉 衬管 + 填料
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
进样口(WBI)
WBI进样口示意图
用于：
宽孔径毛细管柱
填充柱
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
H= L/n
t n 5.54 ( )2 Wh / 2
L为柱长
开始
' R
h
Wh/2
h/2
tR
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
色谱柱
载气流速与柱效关系
HETP Hmin Van Deemter方程 HETP=A+B/u+Cu
uopt
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
Cool-on-Column
Spless-PTV
进样技术的改进
溶剂冲洗法
溶剂 空气 样品 空气
优点：减少热进样时的样品歧视效应
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
进样体积上限(液体进样）
分流进样 (SPL,PTV) 高压进样 (SPL,PTV)
2uL 5uL
进针
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
退针
返回
冷进样
• • •
概念
样品是在溶液状态--低于样品沸点的温度下进样 气化室快速升温使样品气化
OCI柱头进样
只适用于0.53内径的柱子 无分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子）， 进样量一般小于2ul
PTV进样方式
式中：tR1，tR2分别为两个相邻峰的保留时间
W1，W2分别为两个相邻峰的峰宽
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
分离度
R = 0.8
R = 1.0
R = 1.25ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
R = 1.5 (基线分离)
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
固定相－术语&结构
5% diphenyl 95% dimethyl polysiloxane 5% phenyl 95% methyl polysiloxane
Si
O
CH3 Si O CH3
5%
HPLC Business Dept Shimadzu Corporation
长度：10--100m
固定相种类：OV-1，PEG20M，OV-17等 固定相膜厚：0.2--5μm
毛细管柱主要类型
Packed Capillary
Porous Layer Open Tubular
多孔层开口柱