您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
會(huì)員.png)
5
氣相色譜儀的原理和結(jié)構(gòu)
▎氣相色譜儀的原理
氣相色譜儀是利用色譜分離技術(shù)和檢測技術(shù)，對(duì)多組分的復(fù)雜混合物進(jìn)行定性和定量分析的儀器。通常可用于分析土壤中熱穩(wěn)定且沸點(diǎn)不超過500℃的有機(jī)物，如揮發(fā)性有機(jī)物、有機(jī)氯、有機(jī)磷、多環(huán)芳烴、酞酸酯等。
對(duì)含有未知組分的樣品，首先必須將其分離，然后才能對(duì)有關(guān)組分進(jìn)行進(jìn)一步的分析。混合物的分離是基于組分的物理化學(xué)性質(zhì)的差異，氣相色譜儀主要是利用物質(zhì)的沸點(diǎn)、極性及吸附性質(zhì)的差異來實(shí)現(xiàn)混合物的分離。
待分析樣品在汽化室汽化后被惰性氣體(即載氣，一般是N2、He等)帶入氣相色譜儀色譜柱，由于樣品中各組分的沸點(diǎn)、極性或吸附性能不同，每種組分都傾向于在流動(dòng)相和固定相之間形成分配或吸附平衡。
但由于載氣是流動(dòng)的，這種平衡實(shí)際上很難建立起來，也正是由于載氣的流動(dòng)，使樣品組分在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行反復(fù)多次的分配或吸附/解附，結(jié)果在載氣中分配濃度大的組分先流出色譜柱，而在固定相中分配濃度大的組分后流出。
當(dāng)組分流出色譜柱后，立即進(jìn)入檢測器，檢測器能夠?qū)悠方M分的存在與否轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，在記錄儀上表現(xiàn)為一個(gè)個(gè)的峰，稱為色譜峰，色譜峰上的極大值是定性分析的依據(jù)。
而色譜峰所包羅的面積則取決于對(duì)應(yīng)組分的含量，故峰面積是定量分析的依據(jù)。一個(gè)混合物樣品注入后，由記錄儀記錄得到的曲線，稱為色譜圖。分析色譜圖就可以得到定性分析和定量分析結(jié)果。
▎氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)
(1)載氣系統(tǒng)
包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量。
氣相色譜的氣源按照用途可以分為四類：載氣、燃?xì)狻⒅細(xì)狻Ⅱ?qū)動(dòng)氣。
①載氣：個(gè)分析系統(tǒng)，要求純度高、質(zhì)量好，一般來說常用的載氣有：氮?dú)狻錃狻鍤狻⒑獾取?br />
②燃?xì)猓阂话阌脷錃猓灰ＷC可以正常點(diǎn)火，并且不干擾分析就可以了。可以使用高純度的鋼瓶氣或氫氣發(fā)生器。如果預(yù)算足夠的話，使用氫氣發(fā)生器，因?yàn)楸容^安全。
③助燃?xì)猓阂话阌每諝猓灰梢云鸬街嫉淖饔茫也桓蓴_分析就可以了。可以使用高純度的鋼瓶氣或空氣發(fā)生器。
④驅(qū)動(dòng)氣：一般是空氣。
(2)氣源選擇
一般按照檢測器來考慮。
①FID：需要配載氣、燃?xì)狻⒅細(xì)狻Ｒ话銇碚f都是配氮?dú)?高純鋼瓶氣或氮?dú)獍l(fā)生器)，氫氣(鋼瓶氣或氫氣發(fā)生器)，空氣(鋼瓶氣或空氣發(fā)生器)。
②TCD：需要配載氣。一般來說，為了提高靈敏度，我們建議客戶配氫氣或氦氣。但是如果客戶要分析氫氣的時(shí)候，我們需要配氬氣或者氮?dú)饣蛘吆狻?br />
③ECD：需要配載氣。一般來說配氮?dú)狻?br />
④FPD：需要配載氣、燃?xì)狻⒅細(xì)狻Ｒ话銇碚f都是配氮?dú)?高純鋼瓶氣或氮?dú)獍l(fā)生器)，氫氣(鋼瓶氣或氫氣發(fā)生器)，空氣(鋼瓶氣或空氣發(fā)生器)。
⑤TSD：需要配載氣、燃?xì)狻⒅細(xì)狻Ｒ话銇碚f都是配氮?dú)?高純鋼瓶氣或氮?dú)獍l(fā)生器)，氫氣(鋼瓶氣或氫氣發(fā)生器)，空氣(鋼瓶氣或空氣發(fā)生器)。
(3)進(jìn)樣系統(tǒng)
包括進(jìn)樣器、汽化室(將液體樣品瞬間汽化為蒸氣)，應(yīng)針對(duì)不同的分析任務(wù)來選擇不同的進(jìn)樣器。
①手動(dòng)微量進(jìn)樣器：可抽取氣體或液體樣品，適用于采用手動(dòng)進(jìn)樣的氣相色譜儀。
②固相微萃取進(jìn)樣器：可用于萃取液體或者氣體基質(zhì)中的有機(jī)物，萃取的樣品可直接注入氣相色譜儀的汽化室進(jìn)行熱解析汽化，然后進(jìn)色譜柱分析。這一技術(shù)適合用于水中有機(jī)物或者其他樣品中的一些揮發(fā)成分的分析。
③液體自動(dòng)進(jìn)樣器：可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，降低人為的進(jìn)樣誤差，減少人工操作成本，適用于批量樣品的分析。
④閥進(jìn)樣系統(tǒng)：
A氣體進(jìn)樣閥：氣體樣品采用閥進(jìn)樣，不僅定量重復(fù)性好，而且可以與環(huán)境空氣隔離，避免空氣對(duì)樣品的污染，而采用手動(dòng)進(jìn)樣很難做到上面這兩點(diǎn)。采用閥進(jìn)樣系統(tǒng)，還可以進(jìn)行多柱、多閥的組合，可以進(jìn)行一些特殊分析。
B液體進(jìn)樣閥：一般用于液體樣品的在線取樣分析。
⑤吹掃捕集系統(tǒng)：用于固體、半固體、液體樣品基質(zhì)中揮發(fā)性有機(jī)化合物的富集和直接進(jìn)入氣相色譜儀進(jìn)行分析。
⑥熱解吸系統(tǒng)：用于氣體樣品中揮發(fā)性有機(jī)化合物的捕集，然后熱解吸進(jìn)入氣相色譜儀進(jìn)行分析。
⑦頂空進(jìn)樣系統(tǒng)：頂空進(jìn)樣器主要用于固體、半固體、液體樣品基質(zhì)中有揮發(fā)性有機(jī)化合物的分析。
⑧熱裂解器進(jìn)樣系統(tǒng)：理論上，可適用于由于揮發(fā)性差，依靠氣相色譜儀還不能分離分析的任何有機(jī)物，但是目前主要用于聚合物的分析。
⑨冷柱上進(jìn)樣系統(tǒng)：處于室溫或者更低溫度下的進(jìn)樣，然后以程序升溫方式使樣品組分汽化，先后進(jìn)入色譜柱進(jìn)行分離。該進(jìn)樣方式適用于熱不穩(wěn)定樣品組分的分析，也可用于微量組分的高精度分析。
(4)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(gè))。
(5)檢測系統(tǒng)
包括檢測器，控溫裝置。常見的檢測器有以下幾種：
①熱導(dǎo)檢測器(TCD)
熱導(dǎo)檢測器(TCD)屬于濃度型檢測器，即檢測器的響應(yīng)值與組分在載氣中的濃度成正比。它的基本原理是基于不同物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)，幾乎對(duì)所有的物質(zhì)都有響應(yīng)，是目前應(yīng)用廣泛的通用型檢測器。
由于在檢測過程中樣品不被破壞，因此可用于制備和其他聯(lián)用鑒定技術(shù)。
②氫火焰離子化檢測器(FID)
氫火焰離子化檢測器(FID)利用有機(jī)物在氫火焰的作用下化學(xué)電離而形成離子流，借測定離子流強(qiáng)度進(jìn)行檢測。該檢測器靈敏度高、線性范圍寬、操作條件不苛刻、噪聲小、死體積小，是有機(jī)化合物檢測常用的檢測器。
但是檢測時(shí)樣品被破壞，一般只能檢測那些在氫火焰中燃燒產(chǎn)生大量碳正離子的有機(jī)化合物。
③電子捕獲檢測器(ECD)
電子捕獲檢測器(ECD)是利用電負(fù)性物質(zhì)捕獲電子的能力，通過測定電子流進(jìn)行檢測的。ECD具有靈敏度高、選擇性好的特點(diǎn)。
它是一種專屬型檢測器，是目前分析痕量電負(fù)性有機(jī)化合物*的檢測器，元素的電負(fù)性越強(qiáng)，檢測器靈敏度越高，對(duì)含鹵素、硫、氧、羰基、氨基等的化合物有很高的響應(yīng)。
電子捕獲檢測器已廣泛應(yīng)用于有機(jī)氯和有機(jī)磷農(nóng)藥殘留量、金屬配合物、金屬有機(jī)多鹵或多硫化合物等的分析測定。它可用氮?dú)饣驓鍤庾鬏d氣，常用的是高純氮。
④火焰光度檢測器(FPD)
火焰光度檢測器(FPD)對(duì)含硫和含磷的化合物有比較高的靈敏度和選擇性。其檢測原理是，當(dāng)含磷和含硫物質(zhì)在富氫火焰中燃燒時(shí)，分別發(fā)射具有特征的光譜，透過干涉濾光片，用光電倍增管測量特征光的強(qiáng)度。
(6)記錄系統(tǒng)
包括放大器、記錄儀、或數(shù)據(jù)處理裝置、工作站。