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分享丨氣相色譜儀入門:原理、結(jié)構(gòu)與常見問題解答

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2025-12-11
核心提示: 氣相色譜儀是實驗室中用于混合物分離與分析的重要儀器,憑借分離效能高、分析速度快等優(yōu)勢,在化工、環(huán)保、食品等多個領(lǐng)域
 氣相色譜儀是實驗室中用于混合物分離與分析的重要儀器,憑借分離效能高、分析速度快等優(yōu)勢,在化工、環(huán)保、食品等多個領(lǐng)域廣泛應用。本文將從基礎(chǔ)原理、儀器組成到關(guān)鍵術(shù)語及操作疑問,系統(tǒng)梳理氣相色譜儀的核心知識。

 

01氣相色譜原理

色譜法又稱層分析法,是一種物理分離技術(shù)。其分離原理是使混合物中的各組分在兩相間進行分配:一相是固定不動的,稱為固定相;另一相是推動混合物流過固定相的流體,稱為流動相。

當流動相攜帶混合物經(jīng)過固定相時,各組分會與固定相發(fā)生相互作用。由于各組分在性質(zhì)與結(jié)構(gòu)上存在差異,相互作用的大小和強弱也不同。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,從而按先后順序從固定相中流出。這種借助兩相分配原理使混合物中各組分分離的技術(shù),稱為色譜分離技術(shù)或色譜法。若以氣體為流動相,則稱為氣相色譜。

色譜法具有分離效能高、分析速度快、樣品用量少、靈敏度高、適用范圍廣等優(yōu)點,是許多化學分析法難以比擬的。

 

02氣相色譜儀工作原理

利用試樣中各組分在氣相和固定液液相間的分配系數(shù)不同,當汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時,組分就在兩相間進行反復多次分配。

由于固定相對各組分的吸附或溶解能力不同,各組分在色譜柱中的運行速度存在差異。經(jīng)過一定的柱長后,組分彼此分離,按順序離開色譜柱進入檢測器,產(chǎn)生的離子流信號經(jīng)放大后,在記錄器上描繪出各組分的色譜峰。

 

03氣相色譜儀的組成部分

載氣系統(tǒng):包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量裝置。

進樣系統(tǒng):包括進樣器、汽化室(將液體樣品瞬間汽化為蒸氣)。

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組分)。

檢測系統(tǒng):包括檢測器及控溫裝置。

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。

 

04什么叫保留時間?

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。

 

05什么是色譜圖?

進樣后,色譜柱流出物通過檢測器系統(tǒng)時,所產(chǎn)生的響應信號隨時間或載氣流出體積變化的曲線圖,稱為色譜圖。

 

06什么是色譜峰?峰面積?

色譜柱流出組分通過檢測器系統(tǒng)時所產(chǎn)生的響應信號的微分曲線,稱為色譜峰。

從出峰到峰回到基線所包圍的面積,稱為峰面積。

 

07怎樣測定載氣流速?

高檔色譜儀通常安裝有自動測試裝置;若無自動測試裝置,可用皂膜流量計測量:將皂膜流量計連接在檢測器出口(也可將色譜柱與檢測器斷開,把皂膜流量計接在色譜柱一端),測試每分鐘的流速。

測完后,色譜升溫時壓力表指示會升高,原因是溫度升高使色譜柱對氣體的阻力增加,此時不要把壓力調(diào)下來,當色譜溫度升高后,穩(wěn)流指示不會改變。載氣流速需在室溫下測試。

 

08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(jīng)儀器的穩(wěn)壓閥穩(wěn)壓,再經(jīng)穩(wěn)流閥控制,以達到載氣流量穩(wěn)定。減壓閥給出的壓力要高出穩(wěn)壓后的壓力。非程序升溫色譜一般沒有穩(wěn)流閥,僅靠穩(wěn)壓閥控制流速。

 

09氣相色譜分析怎樣測其線速度?

一般測定線速度實際上是測定色譜柱的死時間;

以甲烷作為不滯留物,測定甲烷的保留時間(TCD檢測器以空氣峰計算);

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。

 

10氣相色譜分析中如何選擇載氣流速的最佳操作條件?

在色譜分析中,選擇最佳載氣流速可獲得塔板高度的最小值。根據(jù)速率理論關(guān)于峰形擴張的公式,可求出最佳流速值。通常色譜柱內(nèi)徑為4mm時,可用流速為30ml/min。

 

11氣相色譜分析中如何選擇載氣的最佳操作條件?

載氣的性質(zhì)對柱效和分析時間有影響;

用相對分子質(zhì)量小的載氣時,最佳流速和最小塔板高度都比用相對分子質(zhì)量大的載氣更優(yōu)越;

用輕載氣有利于提高分析速度,但柱效較低;

低速時,最好用重載氣,既能提高柱效又能減小噪聲;

另外,選擇載氣還需從檢測器的靈敏度考慮。

 

12氣相色譜分析中如何選擇氣化室溫度的最佳操作條件?

氣化室溫度以能使樣品瞬間氣化而不造成樣品分解為最佳;

一般規(guī)律是氣化室溫度高于樣品的沸點溫度,且保持氣化溫度恒定,即可用峰高定量。

 

13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;或用氣體定量管進樣,常用六通閥。

液體樣品進樣:用微量注射器。

固體樣品進樣:將固體樣品溶解后用微量注射器進樣,或采用頂空進樣法。

 

14如何判斷你的pH計是否準確?

一般采用柱溫為被分析物的平均沸點左右或稍低一點;

柱溫不能高于固定液最高使用溫度,且需低于樣品分解溫度;

特殊情況下,柱溫也可以遠低于樣品沸點(例如環(huán)己酮中環(huán)己基過氧化氫的色譜分析中,環(huán)己酮沸點160多度,用55℃柱溫時,峰型和出峰速度都很好)。

15在氣相色譜分析中如何選擇柱形、柱徑和柱長的最佳操作條件?

縮小柱子的直徑對提高柱效率、改善分離度有利,但直徑太小會對分析速度產(chǎn)生不利影響;

柱子直徑與柱曲率半徑相差越大越好;

一般填充柱柱長多用兩米左右,毛細管柱則為十幾米至幾十米左右。

 

16熱導檢測器使用時應注意什么?

溫度:熱導池溫度應高于或接近柱溫,防止樣品冷凝;

熱絲:為避免熱絲氧化,需先通載氣,再通橋流;關(guān)閉時要先關(guān)橋流,再關(guān)載氣。

 

17載氣熱導池的基本結(jié)構(gòu)有幾種?

熱導池檢測器由不銹鋼制成的池體、池槽和熱敏元件組成;

基本結(jié)構(gòu)有三種:直通型、擴散型、半擴散型。

 

18熱導池檢測器溫度如何控制?

熱導池檢測器溫度要求高于柱溫,防止分離物質(zhì)冷凝污染;

更重要的是,控溫精度需控制在±0.05℃以內(nèi)。

 

19簡述氣相色譜檢測器的性能指標?

1.靈敏度;2. 敏感度;3. 線性范圍;4. 穩(wěn)定性。

 

20熱導檢測器(TCD)的基本原理?

熱導檢測器基于不同物質(zhì)有不同的熱導系數(shù);

未進樣時,兩池孔的鎢絲溫度和阻值變化相等;

進樣時,載氣經(jīng)參比池,而載氣攜帶試樣組分流經(jīng)測量池,由于組分與載氣組成的混合氣體的熱導系數(shù)與載氣不同;

因此測量池中的鎢絲溫度發(fā)生變化,使兩池孔中兩根鎢絲的阻值產(chǎn)生差異;

通過電橋測出這一差異,從而測定被測組分含量。

 

21氫火焰檢測器的注意事項是什么?

離子頭絕緣要好,外殼要接地;

氫火焰離子化檢測器使用溫度應大于100℃;

離子頭的噴嘴和收集極,在使用一定時間后應進行清洗。

 

22氫火焰離子檢測器(FID)的基本原理?

氫火焰檢測器根據(jù)色譜流出物中可燃性有機物在氫-氧火焰中發(fā)生電離的原理制成;

火焰附近存在由收集極和發(fā)射極之間形成的靜電場;

當被測組分燃燒生成離子,在電場作用下定向移動形成離子流,經(jīng)微電流放大器放大后,由記錄儀記錄。

(目前氫火焰離子檢測器的基本原理有兩種說法:一種是在火焰作用下離子化,另一種是在電場作用下離子化。)

 

23火焰光度檢測器(FPD)的基本原理?

主要原理為:組分在富氫火焰中燃燒時,不同程度地變?yōu)樗槠蚍肿樱?/span>

由于外層電子互相碰撞而被激發(fā),當電子由激發(fā)態(tài)返回低能態(tài)或基態(tài)時,發(fā)射出特征波長的光譜,這種特征光譜通過選擇濾光片后被測量。

 

24電子捕獲器檢測器(ECD)的基本原理?

主要原理為:檢測室內(nèi)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(chǎn)生次級電子和正離子,在電場作用下,分別向與自身極性相反的電極運動,形成基流;

當具有負電性的組分(即能捕獲電子的組分)進入檢測室后,捕獲檢測室內(nèi)的電子,變成負電荷的離子;由于電子被組分捕獲,檢測室基流減少,產(chǎn)生色譜峰信號。

 

25氮磷檢測器(NPD)的基本原理?

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;

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(chǎn)生負電性的基團;該電負性基團與氣相的銣原子(Rb)發(fā)生化學電離反應,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。

 

26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?

相似相溶原則;

利用分子間特殊作用力原則;

利用混合固定液原則。

什么是固定相?

在色譜柱內(nèi)不能移動且能起分離作用的物質(zhì),稱為固定相。

 

27色譜固定相分幾類?

一類為具有吸附性的多孔固體物質(zhì),稱為吸附劑;另一類是能起分離作用的液體物質(zhì),稱為固定液。

 

28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。

 

29氣相色譜選擇固定液的要求是什么?

熱穩(wěn)定性好,蒸汽壓低,在色譜溫度下呈液態(tài);

試樣在固定液中有足夠的溶解能力;

選擇性高;

具有化學惰性。

 

30氣相色譜用載體應具備哪些特性?

應具有大的比表面積;

應具有化學惰性;

載體形狀規(guī)則;

要有較大的機械強度。

 

31怎樣老化色譜柱?

在室溫下,將柱子接真空泵的一端連接到色譜儀的氣化室上,另一端放空;

通載氣在室溫下吹0.5小時,使柱中空氣被吹干凈;

然后升溫,在高于使用溫度20-30℃的條件下保持12-24小時;

降至室溫,完成老化后,連接檢測器。

 

編輯:songjiajie2010

 
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