色谱基础知识ppt课件

色谱基础知识色谱基础知识几个基本概念：Chromatography：色谱法，一种分离和分析的方法Chromatograph：色谱仪，以色谱法为原理的分析仪器Chromatogram：色谱图，色谱仪生成的分析结果色谱基础知识Chromatography色谱法：色谱法是一种分离和分析方法，又叫层析法，它利用不同物质在不同相态间的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。色谱法最初由俄国植物学家茨维特创立。色谱基础知识茨维特实验：1903年，茨维特做了一个植物色素分离实验：在一玻璃管中放入碳酸钙，将含有植物色素（植物叶的提取液）的石油醚倒入管中。此时，玻璃管的上端立即出现几种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断地向下移动，并逐渐分开成几个不同颜色的谱带，继续冲洗就可分别接得各种颜色的色素，并可分别进行鉴定。色谱法也由此而得名。色谱基础知识色谱法的分类：1）以流动相形式分类，可分为气相色谱法和液相色谱法。什么是流动相？什么是固定相？色谱分析过程中用于携带待测组分向前移动的物质称为流动相（mobilephase）。在色谱分离中固定不动、对样品产生保留的物质称为固定相（stationaryphase）。色谱基础知识色谱法的分类：2）以固定相形式分类，可为柱色谱法、纸色谱法、薄层色谱法。3）以分离原理分类，可分为吸附色谱法、分配色谱法、离子交换色谱法、尺寸排阻色谱法、亲和色谱法等。色谱基础知识色谱法分离原理色谱法的分离原理就是利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行分离的。在分离过程中，待分离物质中的不同组分在流动相和固定相之间的分配会不同，这使其随流动相运动速度各不相同，随着流动相的运动，混合物中的不同组分在固定相上相互分离。色谱基础知识色谱法分离原理示意图时间检测器色谱柱进样口A＋BA＋B|一＋BB|BA|一B|BA|一B|峰A峰B色谱基础知识一些色谱图相关的术语：1）色谱图：在分析过程中色谱仪记录下来的检测器信号随时间变化的曲线。（一般纵坐标为信号值，横坐标为时间）2）基线：在不分析状态下色谱仪检测器信号随时间变化的曲线。3）色谱峰：在分析过程中，当某一组分流过检测器时，检测器信号随之产生变化，在谱图上即表现为峰状，称之为色谱峰。色谱基础知识一些色谱图相关的术语：4）峰高：某一色谱峰顶点与基线的距离（信号差值）。5）峰宽：某一色谱峰底部的宽度。（即从色谱峰开始到结束的时间。）6）峰面积：某一色谱峰与峰底基线所围成区域的面积叫峰面积。峰面积是色谱法定量的依据。7）保留时间：某一组分从进样到该组分色谱峰到达顶点的时间。保留时间是色谱法定性的依据。色谱基础知识一些色谱图相关的术语-20000020000400006000080000100000120000140000160000180000012DemoChromatogramTOP保留时间峰面积（阴影部分）峰高色谱基础知识一些色谱图相关的术语：以右边谱图中第一个峰为例：峰高：284909uV峰宽：约15s(从0.6到0.9min)峰面积：2043631uV*s保留时间：0.76min色谱基础知识色谱法的定性当分析条件相同时，相同的组分在相同的时间出峰。（保留时间相同）样品注入标准样品(组分A和B的混合物)未知样品成份A成份B色谱基础知识色谱法的定量被测组分的峰面积(峰高)与到达检测器的被测组分的量成正例标准样品(组分A100ppm)成份A未知的样品成份A峰面积：700峰面积：1000100Conc.(ppm)1000峰面积70070色谱基础知识气相色谱仪的基本构成：1）气路系统2）进样系统3）分离系统4）检测系统5）数据处理系统色谱基础知识流量控制进样检测器柱温箱色谱柱气体钢瓶信号数据处理气相色谱仪的构成：色谱基础知识气相色谱仪的构成：1）气路系统：气路系统主要功能是为色谱仪提供稳定可靠的载气及其它辅助气体。气相色谱仪载气及辅助气体的选择主要取决于：a）检测器类型；b）所需分析的组分；c）色谱柱类型。色谱基础知识气相色谱仪载气的选择：载气辅助气TCD：He/H2/N2/Ar无FID：N2H2/AirDID：He无PED：Ar无色谱基础知识气相色谱仪的构成：2）进样系统进样系统的功能是将需要分析的样品注入到分析系统当中。进样的方式一般有2种：a）进样针（注射器）b）阀。色谱基础知识注射器进样色谱基础知识阀进样543216定量管色谱柱载气样品气放空采样状态543216色谱柱载气样品气放空定量管进样状态色谱基础知识气相色谱仪的构成：3）分离系统分离系统的功能是把需要分析的组分从背景组分中分离出来。分离功能主要依赖于色谱柱来实现，但在某些特定的应用中还需要一些必要的流路系统（如中心切割或反吹等）。色谱基础知识色谱柱，即装填有固定相用以分离混合组分的柱管，是整个色谱分析系统的核心部分。气相色谱柱，一般可分为填充柱和毛细管柱。分离系统：色谱柱色谱基础知识分离系统：色谱柱填充柱(PackedColumn)填料管内径(ID)2-4mm长度0.5-5m填料多孔性小球或涂覆有0.5-25%固定液的担体理论塔板数一般都很小融熔石英固定液毛细管柱(CapillaryColumn)内径（ID）：0.1、0.25、0.32、0.53mm长度5-100m(30m最常用)材质融熔石英理论塔板数一般都较大色谱基础知识分离系统：色谱柱填充柱填料的种类担体PartitionMaterials在担体上涂覆固定液固定相：液体（主要用于分析液体样品）固定液固体吸附材料(吸附剂)没有涂覆固定液固定相：固体（主要用于分析气体样品）(硅胶、活性碳、分子筛、活性氧化铝,还有多孔高分子小球)色谱基础知识分离系统：色谱柱多孔层开口柱[PLOT](内壁为多孔性涂层，如高分子小球、氧化铝等)管壁涂渍开口柱[WCOT]（内壁为固定液涂层）毛细管柱的种类融熔石英或不锈钢固定液色谱基础知识分离系统：色谱柱填充柱毛细管柱色谱基础知识Orthodyne色谱仪在工业气体行业应用中几种常用的填充柱：1）分子筛柱（MolecularSieve）2）PorapakQ柱3）PorapakN柱4）OPN柱5）硅胶柱（SilicaGel）6）Hayesep柱7）BTS柱（脱氧柱）分离系统：色谱柱色谱基础知识几种常用的填充柱的出峰次序分离系统：色谱柱色谱基础知识几种常用的填充柱的出峰次序分离系统：色谱柱色谱基础知识分子筛柱：主要用于分离分离永久气体，如He、H2、O2+Ar、N2、CH4、CO等分离系统：色谱柱-200000-100000010000020000030000040000000.511.522.533.544.55MS6/44mMS1/83mMinutesH2O2N2CH4CO色谱基础知识OPN柱：主要用于分离烃类，如C2H2、C3H8、C3H6、C4H10等（无法分离C2H4和C2H6）分离系统：色谱柱-150000-5000050000150000250000350000450000012345678910OPN6/46mOPN1/86mMinutesµVCH4C2H2C3H8C3H6iC4H10nC4H101.3C4H10C2H4+C2H6色谱基础知识PorapakQ柱：主要用于分离CH4、CO2等分离系统：色谱柱-2500002500007500001250000175000022500000123PorapakQ2mO2CH4NMHC色谱基础知识PorapakN柱和HayesepA柱：主要用于分离C1-C2轻烃类气体，如CH4、C2H2、C2H4、C2H6等分离系统：色谱柱色谱基础知识BTS柱，主要用于脱氧。典型应用：1）常规的分子筛柱无法分离O2和Ar，当需要单独分析O2和Ar时，可以用BTS柱把O2+Ar混合组分中的O2去除，从而得到单独的Ar组分。2）当分析O2中的杂质气体时，需要用BTS柱把背景气中的O2去除，避免干扰测量。脱氧原理：Cu+O2CuO再生原理：CuO+H2Cu+H2O分离系统：色谱柱色谱基础知识中心切割：泛指在色谱分析过程中为了将不需要的组分从分析系统中排出的阀切换动作。典型应用：高纯气体中的杂质分析反吹：泛指在色谱分析过程中使载气在色谱柱中的流向倒置的阀切换动作。典型应用：测量某些不需要单独分析的组分，如CH4、及NMHC（非甲烷总烃）的分析。分离系统：流路切换543216分离系统：中心切割543216色谱柱2样品气放空样品气载气1色谱柱1检测器载气2定量管放空543216543216色谱柱2样品气放空样品气载气1色谱柱1检测器载气2定量管放空色谱基础知识分离系统：反吹正向定量管色谱柱检测器放空样品气载气载气样品气色谱柱检测器放空定量管反向色谱基础知识分离系统：反吹载气样品气定量管检测器放空色谱柱反吹的典型应用：8通阀进样+反吹测O2中的CH4-NMHC色谱基础知识反吹的典型应用：8通阀进样+反吹测O2中的CH4-NMHC色谱基础知识-2500002500007500001250000175000022500000123PorapakQ2mO2CH4NMHC分离系统：反吹反吹的典型应用：8通阀进样+反吹测O2中的CH4-NMHC色谱基础知识气相色谱仪的构成：4）检测系统检测系统的功能是对流出色谱柱的被测组分进行检测，通常包括检测器和放大器。检测系统相当于色谱仪的眼睛，它可以把被测组分从载气中分辨出来。Orthodyne色谱仪常用的检测器有：A）热导检测器，TCDB）火焰离子化检测器，FIDC）放电离子化检测器，DIDD）等离子体发光检测器，PED（DID-AR）TCDDETECTORDACBE710698R1S1S2R2R2R1S1S2IN2IN1OUT2OUT1IN2ANALYSISIN1REFERENCEOUT2OUT1色谱基础知识热导检测器ThermalConductiveDetectorA–参比气入口B–参比气出口C–测量气入口D–测量气出口E–测量室色谱基础知识热导检测器ThermalConductiveDetector色谱基础知识热导检测器的原理-热导检测器由4个桥臂（热敏元件）组成，组成一个惠斯登电桥。4个桥臂当中，2个是参比桥臂，2个是测量桥臂。参比桥臂只有载气流过，测量桥臂接色谱柱出口-每种气体都有各自的导热系数，导热系数越大越容易带走热量-在不分析状态，4个桥臂流过的气体都是载气，此时4个桥臂温度相等，电阻值相等，电桥处于平衡状态-当从色谱柱流出的被测气体组分流过测量桥臂时，因被测气体的导热系数与载气不一样，其带走的热量也不一样，从而引起测量桥臂的温度发生变化，导致测量桥臂的电阻值发生变化，引起电桥不平衡。电桥的输出即和被测组分的浓度呈比例关系色谱基础知识影响热导检测器灵敏度的因素：1）桥臂电流。一般来说，桥流越大灵敏度越好，但是桥流太大容易烧毁桥臂。2）桥臂材质的热敏性。桥臂热敏性越好，灵敏度越好3）检测器池体温度。池体与桥臂的温差越大，灵敏度越好4）载气种类。载气与被测气体的导热系数差越大，灵敏度越好色谱基础知识一些气体的导热系数，单位：J/cm·℃·s色谱基础知识热导检测器的优缺点优点：-通用型检测器，对所有组分均有响应-结构简单，稳定性好。对于常量分析可使用廉价的N2或Ar做载气-不破坏被测组分缺点：-灵敏度略低，一般最小检测浓度在10ppm色谱基础知识火焰离子化检测器FlameIonizationDetectorA–载气/H2混合气入口B–合成空气入口C–喷嘴D–氢火焰E–极化电极F–点火线圈G–信号收集极H–顶盖FIDDETECTORABHGEDFC色谱基础知识火焰离子化检测器FlameIonizationDetector色谱基础知识火焰离子化检测器的原理-有机化合物在氢火焰中燃烧的时候会产生离子-在氢火焰周边外加一电场，可使产生的离子定向移动，形成微弱的电流。该微电流经过高电阻放大后可转为电压信号，从而可以被工作站记录下来-当不分