气相色谱基础知识
气相色谱基础知识
一、气相色谱法有哪些特点？
答：气相色谱是色谱中的一种，就是用气体做为流动相的色谱法，在分离分析方面，具有如下一些特点：
1.高灵敏度：可检出10-10 克的物质，可作超纯气体、高分子单体的痕迹量杂质分析和空气中微量毒物的分析。
2.高选择性：可有效地分离性质极为相近的各种同分异构体和各种同位素。
3.高效能：可把组分复杂的样品分离成单组分。
4.速度快：一般分析、只需几分钟即可完成，有利于指导和控制生产。
5.应用范围广：即可分析低含量的气、液体，亦可分析高含量的气、液体，可不受组分含量的限制。
6.所需试样量少：一般气体样用几毫升，液体样用几微升或几十微升。
7.设备和操作比较简单仪器价格便宜。
气相色谱法
1.气相色谱法(GC)：
是以气体为流动相的色谱分析法。
2.气相色谱要求样品：
气化，不适用于大部分沸点高和热不稳定的化合物，对于腐蚀性能和反应性能较强的物质更难于分析。
大约有15%～20%的有机物能用气相色谱法进行分析。
3.气相色谱仪的组成：
气路系统、进样系统、分离系统、检测系统、温控系统、记录系统。
4.气路系统：
包括气源、净化器和载气流速控制；
常用的载气有：
氢气、氮气、氦气。
5.进样系统：
包括：
进样装置和气化室，气体进样器(六通阀)：
试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；
液体进样器：
不同规格的微量注射器，填充柱色谱常用10μL；毛细管色谱常用1μL；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。
6.进样方式：
分流进样：
样品在汽化室内气化，蒸气大部分经分流管道放空，只有极小一部分被载气导入色谱柱；
不分流进样：
样品直接注入色谱的汽化室，经过挥发后全部引入色谱柱。
7.分离系统：
色谱柱：
填充柱(2～6mm直径，1～5m长)，毛细管柱(0.1～0.5mm直径,几十米长)。
8.温控系统的作用：
温度是色谱分离条件的重要选择参数；
气化室、色谱柱恒温箱、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；
气化室：保证液体试样瞬间气化；
检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；
色谱柱恒温箱：准确控制分离需要的温度。
9.检测系统：
作用：将色谱分离后的各组分的量转变成可测量的电信号；
指标：灵敏度、线性范围、响应速度、结构、通用性，通用型——对所有物质均有响应；专属型——对特定物质有高灵敏响应；
检测器类型：
浓度型检测器：
热导检测器、电子捕获检测器；
质量型检测器：
氢火焰离子化检测器、火焰光度检测器。
10.热导检测器的主要特点：
结构简单，稳定性好；
对无机物和有机物都有响应，不破坏样品；
灵敏度不高。
11.氢火焰离子化检测器的特点：
优点：
(1)典型的质量型检测器；
(2)通用型检测器(测含C有机物)；
(3)氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速、死体积小、线性范围宽等特点；
(4)比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，检测下限可达10-12g·g-1；
缺点：
(1)对载气要求高；
(2)检测时要破坏样品，无法回收样品；
(3)不能检测永久性气体、水及四氯化碳等。。。
12.电子俘获检测器的特点：
对卤素、硫、磷、氮、氧有很强的响应；
灵敏度高，可用于痕量农药残留物的分析；
线性范围较窄。
13.火焰光度检测器(FPD)：
是一种对含硫、磷化合物具有高选择性的检测器。含硫、磷化合物在富氢火焰中燃烧被打成有机碎片，发出不同波长的特征光谱。
14.固定相：
固体固定相：固体吸附剂；
1.气相色谱法(GC)：
是以气体为流动相的色谱分析法。
2.气相色谱要求样品：
气化，不适用于大部分沸点高和热不稳定的化合物，对于腐蚀性能和反应性能较强的物质更难于分析。
大约有15%～20%的有机物能用气相色谱法进行分析。
3.气相色谱仪的组成：
气路系统、进样系统、分离系统、检测系统、温控系统、记录系统。
4.气路系统：
包括气源、净化器和载气流速控制；
常用的载气有：
氢气、氮气、氦气。
5.进样系统：
包括：
进样装置和气化室，气体进样器(六通阀)：
试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；
液体进样器：
不同规格的微量注射器，填充柱色谱常用10μL；毛细管色谱常用1μL；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。
6.进样方式：
分流进样：
样品在汽化室内气化，蒸气大部分经分流管道放空，只有极小一部分被载气导入色谱柱；
不分流进样：
样品直接注入色谱的汽化室，经过挥发后全部引入色谱柱。
7.分离系统：
色谱柱：
填充柱(2～6mm直径，1～5m长)，毛细管柱(0.1～0.5mm直径,几十米长)。
8.温控系统的作用：
温度是色谱分离条件的重要选择参数；
气化室、色谱柱恒温箱、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度；
气化室：保证液体试样瞬间气化；
检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；
色谱柱恒温箱：准确控制分离需要的温度。
9.检测系统：
作用：将色谱分离后的各组分的量转变成可测量的电信号；
指标：灵敏度、线性范围、响应速度、结构、通用性，通用型——对所有物质均有响应；专属型——对特定物质有高灵敏响应；
检测器类型：
浓度型检测器：
热导检测器、电子捕获检测器；
质量型检测器：
氢火焰离子化检测器、火焰光度检测器。
10.热导检测器的主要特点：
结构简单，稳定性好；
对无机物和有机物都有响应，不破坏样品；
灵敏度不高。
11.氢火焰离子化检测器的特点：
优点：
(1)典型的质量型检测器；
(2)通用型检测器(测含C有机物)；
(3)氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速、死体积小、线性范围宽等特点；
(4)比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，检测下限可达10-12g·g-1；
缺点：
(1)对载气要求高；
(2)检测时要破坏样品，无法回收样品；
(3)不能检测永久性气体、水及四氯化碳等。。。
12.电子俘获检测器的特点：
对卤素、硫、磷、氮、氧有很强的响应；
灵敏度高，可用于痕量农药残留物的分析；
线性范围较窄。
13.火焰光度检测器(FPD)：
是一种对含硫、磷化合物具有高选择性的检测器。含硫、磷化合物在富氢火焰中燃烧被打成有机碎片，发出不同波长的特征光谱。
14.固定相：
固体固定相：固体吸附剂；
液体固定相：由载体和固定液组成；聚合物固定相。
15.固体固定相：
一般为固体吸附剂，常用的有活性炭，硅胶，氧化铝和分子筛。
优点：
吸附容量大、热稳定性好、价格便宜；
缺点：
柱效低、吸附活性中心易中毒，使用前要进行活化。
应用：
主要用于惰性气体、H2、O2、N2、CO、CO2和CH4等一般气体和低沸点物质。
16.作为载体使用的物质应满足的条件：
表面有微孔结构，孔径均匀，比表面积大；
化学和物理惰性，即，与样品组分不起化学反应，无吸附作用或吸附很弱；
热稳定性好；
有一定的机械强度和浸润性，不易破碎；
具有一定的粒度和规则的形状，最好是球形。
17.对固定液的要求：
在使用温度下是液体，具有较低的挥发性；具有良好的热稳定性；对要分离的各组分应具有合适的分配系数；化学稳定性好，不与样品组分、载气、载体发生任何化学反应。
18.固定液的分类：
非极性固定液、中等极性固定液、强极性固定液、氢键型固定液。
19.非极性固定液：
主要是一些饱和烷烃和甲基硅油，它们与待测物质分子之间的作用力以色散力为主。组分按沸点由低到高顺序流出，若样品中兼有极性和非极性组分，则同沸点的极性组分先出峰。
常用的固定液有角鲨烷(异三十烷)、阿皮松等。。。适用于非极性和弱极性化合物的分析。
20.中等极性固定液：
由较大的烷基和少量的极性基团或可以诱导极化的基团组成，它们与待测物质分子间的作用力以色散力和诱导力为主，组分基本上按沸点顺序出峰，同沸点的非极性组分先出峰。常用的固定液有邻苯二甲酸二壬酯、聚酯等，适用于弱极性和中等极性化合物的分析。
21.强极性固定液：
含有较强的极性基团，它们与待测物质分子间作用力以静电力和诱导力为主，组分按极性由小到大的顺序出峰。常用的固定液有氧二丙腈等，适用于极性化合物的分析。
22.氢键型固定液：
是强极性固定液中特殊的一类，与待测物质分子间作用力以氢键力为主，组分依形成氢键的难易程度出峰，不易形成氢键的组分先出峰。常用的固定液有聚乙二醇、三乙醇胺等，适用于分析含F、N、O等的化合物。
23.固定液的选择：
①按极性相似原则选择：
极性相似，溶解度大，分配系数大，保留时间长；
②按官能团相似选择：
酯类——酯或聚酯类固定液；
醇类——聚乙二醇固定液。
③按主要差别选择：
各组分间沸点是主要差别——非极性固定液；极性为主要差别——极性固定液。
④选择混合固定液：
对于难分离的复杂样品，可选用两种或两种以上固定液。
24.聚合物固定相：
既可作为固体固定相，也可作为载体，又称高分子多孔微球。物质在其表面既存在吸附作用，又存在溶解作用。
(1)具有较大的比表面积，表面孔径均匀；
(2)对非极性及极性物质无有害的吸附活性，拖尾现象小，极性组分也能出对称峰；
(3)由于不存在液膜，无流失现象，热稳定性好；
(4)机械强度和耐腐蚀性较好，系均匀球形，在填充柱色谱中均匀性、重现性好，有助于减少涡流扩散。
25.载气种类的选择：
检测器的适应性，载气流速的大小。
26.柱温的选择：
(1)首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度(超过该温度固定液易流失)和最低使用温度(低于此温度固定液以固体形式存在)范围之内。
(2)提高柱温，可以改善传质阻力，有利于提高柱效，缩短分析时间，但降低了容量因子和选择性，不利于分离。一般的原则是：在使最难分离的组分尽可能分离的前提下，尽量采用较低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。
(3)柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。
(4)组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。
27.载体和固定液含量的选择：
配比：
固定液在载体上的涂渍量，一般指的是固定液与担体的百分比，填充柱的配比通常在5%～25%之间。
配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越小，柱效越高，分析速度也越快。配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量较小。分析工作中通常倾向于使用较低的配比。
28.进样条件的选择：
进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范围之内，进样要求动作快、时间短，汽化室一般较柱温高30~70°C。
29.提高色谱分离能力的途径：
(1)塔板理论：
增加柱长，减小柱径，即增加柱子塔板数；
(2)速率理论：
减小组分在柱中的涡流扩散和传质阻力，可降低塔板高度。
30.毛细管色谱柱的结构特点：
(1) 不装填料阻力小，长度可达百米的毛细管柱，管径0.2mm；
(2)气流单途径通过柱子，消除了组分在柱中的涡流扩散；
(3)固定液直接涂在管壁上，总柱内壁面积较大,涂层很薄，则气相和液相传质阻力大大降低。
(4)毛细管色谱柱柱效高达每米3000～4000块理论塔板，一支长度100米的毛细管柱，总的理论塔板数可达104～106。
31.毛细管色谱具有以下优点：
(1)分离效率高：
比填充柱高10～100倍；
(2)分析速度快：
用毛细管色谱分析比用填充柱色谱速度；
(3)色谱峰窄、峰形对称，较多采用程序升温方式；
(4)灵敏度高，一般采用氢焰检测器。
(5)涡流扩散为零。
32.毛细管色谱的类型：
(1)涂壁毛细管柱：
将固定液直接涂敷在管内壁上。柱制作相对简单，但柱制备的重现性差、寿命短。
(2)多孔层毛细管柱：
在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒，构成毛细管气固色谱。
(3)载体涂渍毛细管柱：
将非常细的担体微粒粘接在管壁上，再涂固定液。柱效较涂壁毛细管柱高。
(4)化学键合或交联毛细管柱：
将固定液通过化学反应键合在管壁上或交联在一起。使柱效和柱寿命进一步提高。
二、气相色谱的分离原理为何？
答：气相色谱是一种物理的分离方法。利用被测物质各组分在不同两相间分配系数（溶解度）的微小差异，当两相作相对运动时，这些物质在两相间进行反复多次的分配，使原来只有微小的性质差异产生很大的效果，而使不同组分得到分离。
三、何谓气相色谱？它分几类？
答：凡是以气相作为流动相的色谱技术，通称为气相色谱。一般可按以下几方面分类：
1.按固定相聚集态分类：
①气固色谱：固定相是固体吸附剂，
②气液色谱：固定相是涂在担体表面的液体。
2.按过程物理化学原理分类：
①吸附色谱：利用固体吸附表面对不同组分物理吸附性能的差异达到分离的色谱。
②分配色谱：利用不同的组分在两相中有不同的分配系数以达到分离的色谱。
③其它：利用离子交换原理的离子交换色谱：利用胶体的电动效应建立的电色谱；利用温度变化发展而来的热色谱等等。
3.按固定相类型分类：
①柱色谱：固定相装于色谱柱内，填充柱、空心柱、毛细管柱均属此类。
②纸色谱：以滤纸为载体，
③薄膜色谱：固定相为粉末压成的薄漠。
4.按动力学过程原理分类：可分为冲洗法，取代法及迎头法三种。
四、气相色谱法简单分析装置流程是什么？
答：气相色谱法简单分析装置流程基本由四个部份组成：
1.气源部分
2.进样装置
3.色谱柱
4.鉴定器和记录器