岛津气相色谱仪GC-2010

第一部分基础知识一、色谱法的起源色谱是通过组分在流动相和固定相之间分配比的差异进行分离的。二、色谱方法的分类根据流动相和固定相的状态，色谱法的分类 三、气相色谱仪的基本结构钢瓶He,N2载气控制数据处理载气控制：手动、数字(AFC)→恒（变）压、恒(变)流、恒线速度进样口：Direct、Split/Splitless、OCI、PTV色谱柱：填充柱、毛细柱检测器：FID、TCD、ECD、FPD、FTD数据处理：C-R6A、C-R7A、C-R8A、CLASS-GC10、Gcsolution*1、载气及辅助气 针形阀控制（手动） GC-14C/B,GC-17AP系列 电子方式（数字式）AFC&APC GC-17AA,&GC-20102、载气控制方式电子控制方式 恒压控制 填充柱恒温分析 毛细柱恒温分析 总流量=柱流量+分流流量+隔膜吹扫流量 恒流控制 填充柱的恒温或程序升温分析 恒线速度控制 毛细管程序升温分析 SPL/SPLLESS进样口流路图柱流量与线速度3、气相色谱进样方式简介（1）、气相色谱的进样口 填充柱进样口 毛细柱分流/无分流进样口 冷柱头进样 PTV进样口热进样和冷进样●热进样 分流/无分流进样 直接进样（全量注入）→宽口径毛细柱和填充柱●冷进样→PTV进样→冷柱头进样歧视效应和热分解热进样(SPL,WBI)存在歧视现象和样品热分解冷进样(OCI,PTV)进样是在较低温度下进行定量精度高歧视效应和热解效应的影响小歧视效应的产生歧视: 蒸溜现象 形成气溶胶 分馏现象 低沸点组分百分比偏高进针退针高沸点组分残留歧视效应进样体积越小，歧视现象越严重。进样体积和峰面积比减小热进样歧视现象的方法快速进样法溶剂冲洗法热针法溶剂冲洗法蒸馏和分馏减少减小热歧视的最好方法是冷进样方式PTV、OCI冷进样 概念 样品是在冷状态--低于样品沸点的温度下进样(依据溶剂) 气化室快速升温使样品气化 PTV进样方式 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) OCI柱头进样 只适用于0.53内径的柱子 没有分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子），进样量一般小于2ul（2）、进样体积上限无分流进样(SPL,PTV) 2uL高压进样(SPL,PTV) 5uL直接进样（全量进样） 3uL 用宽口径毛细柱冷柱头进样（OCI） 2uLLVI-PTV进样空衬管 10uL衬管+石英棉 50uL衬管+填料 大于 1000uL（3）、进样口的结构 填充柱进样口 毛细柱进样口 冷柱头进样口(OCI) PTV进样口加热-250℃/min（4）、隔垫吹扫的作用 吹扫进样垫高温脱附的组分，一般为橡胶中的增塑剂或低聚物，减少鬼峰。 吹扫溢出衬管的溶剂气体，减少溶剂拖尾。 常用流量范围：3-15ml/min（结合进样口温度和设置的进样口压力）。吹扫气设置范围：（5）、分流比的设定范围 分流比=（分流流量+柱流量）/柱流量 当分流流量>>柱流量时 分流比≈分流流量/柱流量（GC-2010） 分流比的设定要依据样品浓度浓度越高所需分流比越大 分流比的设定要依据毛细柱的柱容量柱容量越低（即口径越小），分流比越大 常用的分流比范围为20︰1—200︰1, 根据具体情况可用范围很宽，比如：0.1mm毛细柱快速分析可用500：1以上的分流比 （6）、气体阀进样4、色谱柱的选择 毛细柱柱材：熔融石英、铝内径：0.2mm～0.53mm长度：10～100m固定相种类：OV-1，OV-17，PEG-20M等固定相膜厚：0.2--5μm（1）、色谱柱的类型 填充柱柱材：不锈钢，玻璃内径：2～3mm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。 （2）、气相色谱的固定相 固体--活性炭、活性铝、硅胶、分子筛等，用于无机气体及低碳烃的分析 →应用比例约占10%液体--硅酮、聚乙二醇、聚脂等，用于液体样品及高沸点化合物分析。 →应用比例占90%以上 担体的选择应从担体的比表面积及惰性方面考虑 根据待测样品的性质，进行适当处理的担体，如：酸洗、碱洗、甲基硅烷化等（3）、固定液的选择 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 高浓度（10%～30%) 高膜厚(1～5μm) 对高沸点化合物 低浓度（1%～5%) 低膜厚(0.25～0.5μm)几种代表性固定液的极性(McReynolds常数)Squalane 0（非极性） PEG20M(DBWAX)322（强极性）SE30 15 FFAP 340OV101(DB1) 17 PEG1000 347SE54(DB5) 33（弱极性） EGA 372DC550 74 DEGS 484OV17 119（中极性） TCEP 593（超强极性） BCEF 690名称 △IBenzene 名称 △IBenzene（4）、各参数对分离效果的影响FactorswhichaffectseparationOvenTemperatureColumnLengthStationaryPhase　　(kindsandfilmthickness)InnerDiameterofColumnCarrierGas　（kindsandlinearvelocity）内径、长度、液膜厚度及应用 Bore,I.Dmm Length(m) FilmThicknessum Application 0.1 10-15 0.1 HighSepartion,Fastanalysis,verysmallcolumnload 0.2 25-100 0.25-0.5 Highseparation,generallyusedinsplittypeanalysis 0.3 25-50 0.5-1.0 Usedinsplitless,on-columninjectionmethod,columnload>0.2mm 0.5 10-12 1.0-5.0 Separtionabilityequaltothatofpackedcolumn.Largecolumnloada、内径对毛细柱分离的影响b、进样量毛细柱分离的影响一般进样量范围填充柱 气体 :0.5-50ml 液体:0.1-1ml毛细柱 气体:0.1-1ml 液体:0.004-2.0ulC、膜厚对毛细柱分离的影响d、流速是影响柱效的重要因素Sheet1 内径(mm) 流量He(ml/min) 色谱柱 0.10 0.2-0.6 窄孔柱 0.25 0.6-1.3 常规柱 0.32 1.4-2.2 半宽孔径柱 0.53 4.0-20.0 宽孔径柱 2.00 40.0-60.0 填充柱&A-&P-Sheet2 &A-&P-Sheet3 &A-&P-Sheet4 &A-&P-Sheet5 &A-&P-Sheet6 &A-&P-Sheet7 &A-&P-Sheet8 &A-&P-Sheet9 &A-&P-Sheet10 &A-&P-Sheet11 &A-&P-Sheet12 &A-&P-Sheet13 &A-&P-Sheet14 &A-&P-Sheet15 &A-&P-Sheet16 &A-&P-毛细管柱的最佳线速度Therelationshipbetweencolumnefficiency(HETP)andthekindandlinearvelocityofcarriergas(conceptualfigure)HETPissmall-->Columnefficiencyisgood（SharpPeak）N2H2HeMeanLinearVelocity:AveragevalueofspeedwithwhichcarriergasmovesinsideofacolumnHETP：TheparameterwhichshowscolumnefficiencyGraph1 4.61 0.1 0.1 3.95 1.3 1 -0.64 0.9 0.9 0.5 1.2 2.8 -0.83 5.9 5.9 10 1.1 10 15 1 1.4 3.5 0.7 1.1 4 0.8 1.05 30 0.9 1 35 1 0.95 40 1.1 1 45 1.2 1.05 50 1.3 1.1 55 1.4 1.15 60 1.5 1.2 65 65 1.25 70 70 1.3MeanLinearVelocity(cm/sec)ＨＥＴＰSheet1 平均線速度（cm/sec） 0.1 4.61 1 3.95 1.3 0.9 -0.64 2.8 0.5 1.2 5.9 -0.83 10 1.1 15 1 1.4 32.8 3.5 0.7 1.1 25 4 0.8 1.05 30 0.9 1 35 1 0.95 40 1.1 1 45 1.2 1.05 50 1.3 1.1 55 1.4 1.15 60 1.5 1.2 65 1.25 70 1.3 カラム温度（℃） 40 2.32 50 2.21 100 1.74 150 1.41 200 1.17 250 0.99 300 0.85 350 0.73 40 45.1 45.1 45.1 50 44.2 45.1 45.7 100 40.2 45.1 48.4 150 37 45.1 50.7 200 34.3 45.1 52.6 250 32 45.1 54.3 300 30 45.1 55.7 350 28.3 45.1 57Sheet1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0平均線速度(cm/sec)ＨＥＴＰSheet2 0 0 0 0 0 0 0 0カラム温度（℃）カラム流量（mL/min）Sheet3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0カラム温度（℃）平均線速度（cm/sec）Sheet4 Sheet5 Sheet6 Sheet7 Sheet8 Sheet9 Sheet10 Sheet11 Sheet12 （5）色谱柱分离效率评价 色谱柱效率：峰尖 评价：理论板高(HETP)、理论塔板数(N) 对策：将VanDeemter各因素优化 选择性：峰的分离度 评价：分离因子或分离度 对策：选择极性相当的固定相 峰的对称性：吸附现象 评价：拖尾因子 对策：色谱柱进一步老化 色谱柱的分离效率--理论塔板数 理论塔板数N=5.545(Rt/WH/2)=L/HETP（6）几种常用数据常用衬管的容量载气流速与柱容量 I.D. 流速He(ml/min) 柱容量(ng) 0.1 0.2-0.6 10-150 0.25 0.6-1.3 40-400 0.32 1.4-2.2 60-250 0.53 4-20 80-600毛细管柱与柱前压毛细柱的内径、膜厚及柱容量各公司常用毛细柱商品名对照表（7）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。毛细管柱建议采用程序升温老化，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。 每天都要进行老化吗？ 视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。（8）出现鬼峰的原因1.进样口污染2.载气含水分及其它不纯物3.不锈钢管及阀污染4.进样垫及橡胶垫圈污染5.填料老化不足6.填充剂劣化（9）恒温分析和升温分析的比较恒温分析升温分析 沸程窄时采用恒温分析 恒温分析时，保留时间和含碳数成指数关系C8C9C10C11C8C9C10C11 沸程宽时采用升温分析 升温分析时，含碳数和保留时间成比例关系 基线调整困难，应确认空白是否有鬼峰出现。5、常用检测器及工作原理气相色谱常用的检测器(1)、FID检测原理 在氢火焰中，有机化合物燃烧产生CHO+离子，该离子强度与一定范围内含量成正比。 该检测器检出的是有机化合物。 无机气体及氧化物在该检测器无响应。氢火焰检测器(FID)的基本流路图FIDCHOxidationCHO++e-组分在氢火焰中氧化(2)、ECD检测原理 载气（氮气）在ECD检测器中电离成正离子和自由电子 亲电子化合物与自由电子结合生成负离子，在检测池中移动速度比自由电子慢 生成的负离子与正离子结合 ECD中自由电子减少（离子流减小） 自由电子减少与亲电子化合物的浓度成正比 ECD是高选择性、高灵敏度的检测器，用于检测微量或痕量的卤素化合物及硝基化合物。 对电负性基团有高选择性和高灵敏度(如卤素)N2N2++e-PCB+e-PCB-PCB+N2+(neutralcompound) rayreverse*（3）、FPD检测原理 含S、P的有机化合物在还原火焰中燃烧，产生特征波长的光线（S=394nm,P=526nm)。这些光线通过滤光片，经光电倍增器放大并转化为电信号被检测。 该检测器对有机磷和有机硫化合物具有高选择性和高灵敏度。S:(S-S)*(S-S)+hv(394nm)P:(PHO)*(PHO)+hv(526nm)对含P或S的化合物具有高选择性*（4）、TCD检测原理几乎所有化合物包括N2和O2都可用TCD进行检测（除载气）惠斯通电桥*（5）、FTD（NPD）检测原理 有机氮化合物在碱金属表面热分解成激发态氮化物CN*,CN*又从碱金属表面吸收电子，生成CN-，放出电子后的碱金属生成正离子，产生的信号电流被检出。 该检测器对有机氮、磷化合物具有高灵敏度和高选择性。对含N或P的化合物具有高选择性硫酸铷加热到600～800℃.Rb.+CNRb*+CN-(Rb*indicatesanexcitedRb.)*四、定性与定量 色谱解决的问题：已知物质的未知含量。 GC依据化合物的保留指数定性，通常使用保留时间（绝对、相对）。 GC依据化合物的响应值定量，通常使用峰面积或峰高。1、定性参数保留时间允许误差： 时间窗（n％）→相对允差（保留时间×n%）设定简单，当所测组分保留时间跨度大时，不易兼顾。 时间带→绝对允差所有组分设定相同的时间偏差容限，视分离度而定。绝对保留值、相对保留值、多参考保留值2、定量方法 面积归一化法 校正面积归一化法 外标法 内标法 （1）面积归一化法公式： 各组分浓度以面积百分率表示，该结果可以确认大概的浓度。优点：a）无需做校正，简便，快速b）进样量要求不严格缺点：a）所有组分都流出且被检测到b）所有组分在检测器中的响应系数都相同（2）校正面积归一化法公式： 式中：Fi为校正因子，Ai＝浓度（含量）/面积用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。优点：进样量要求不严格缺点：a）所有组分都流出且被检测到b）所有组分都需作校正 以上两种方法应用的前提条件是：●样品中所有组分都出峰●所有峰面积计算必须准确 （3）外标法公式： 该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。优点：a）不需所有峰都流出或被检测到b）只对所测组分作校正缺点：a）进样量必须准确b）仪器有良好的稳定性（4）内标法公式： 在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。该方法减小了进样误差对定量结果的影响。优点：a）进样量不严格要求b）只对所测组分作校正缺点：a）必须在样品中加一内标组分b）操作较为繁琐c）选择内标物困难选择内标物应注意 理化性质与待测物相近 色谱响应与待测物相近 与待测物有良好的分离，但不能相距太远 与待测物的峰面积比为0.7-1.3最好因此要根据待测物的浓度确定内标物的添加量3、定量参数（制备工作曲线）校正级别（曲线计算方法） 单点校正（liner) 两点校正（liner) 多点校正 线性回归 点到点连线（折线） 二次曲线 三次曲线注〕C－R6A只能做单点或两点校正注〕二次曲线、三次曲线是Gcsolution的功能（1）单点校正 对每一组分仅做一个浓度的标样 标样浓度应尽可能接近实际样品中各组分的浓度 单点校正曲线通过原点（2）多点校正 对每一组分至少作三个不同浓度水平的校正 标样浓度范围应包含实际样品中各组分的浓度 多点校正有几种方式a：组分响应值随浓度变化不呈线性变化时，使用多线性校正（折线校正、二次曲线、三次曲线）b：组分响应值随浓度变化呈线性变化时，使用多点线性校正分析数据是否可靠？（定量） 良好的峰面积重现性，一般CV%在0.5--3% 工作曲线具有良好的线性 微量注射器的残留现象（交叉污染） 峰形正常，避免拖尾峰和前沿峰 (柱选择恰当、衬管无污染、温度及流量设定) 色谱峰分离良好(分离度>2.5) 药典中对用色谱法进行检测的药品，都作出了具体规定，如：保留时间、分离度、拖尾因子等分析数据不理想，应该...●检查是否漏气 检查各连接部位，并确认峰面积重现性。●检查色谱柱是否良好 长时间使用，因吸附、固定液流失、固定液分解及污染，造成柱劣化，截去部分前端、老化、更换新柱。●检查衬管是否正常 确认衬管有无破损、污染，确认石英棉的量及位置。●样品性质，是否易分解 对于不稳定的样品应注意保存温度，要避光并注意存放时间。4、样品衍生化的目的●降低气化温度将不挥发成分变为挥发性●增加组分稳定性，防止热分解●防止吸附●改善分离●加入官能团,使用选择性检测器,提高灵敏度分析方法计算方法五、气相色谱方法的建立1、分析方法（ 仪器参数） 分析参数选择分析系统（进样方式、色谱柱、检测器）设定分离条件（载气流量、分流比、温度条件）检测器参数（量程、极性、电流） 进样口、色谱柱、检测器的温度设定 进样口温度 考虑样品中各组分的沸点，设定温度使样品瞬间汽化且尽可能不发生热分解。 色谱柱温度 考虑样品中各组分的沸点、希望的分析周期，宽沸程样品应使用程序升温。 检测器温度 防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-30℃。即：DET.T≥INJ.T≥COL.T+20℃2、计算方法（数据处理参数） 峰处理参数（WIDTH,SLOPE,DRIFT,T.DBL等） 定性参数：保留指数及允许误差（时间窗％，时间带） 定量参数 定量方法：内标法、外标法、面积归一法等 工作曲线的制作※曲线点数：一点、两点及多点 ※曲线计算：线性范围、线性回归、折线、 二次曲线、三次曲线3、峰处理参数 控制数据采集速度，WIDTH/10采一次数据 去除高频噪声(电磁干扰）WH/2<WIDTH/4 控制S.TEST时间，斜率测试时间为10×WIDTH推荐值：填充柱5 毛细柱2～3（1）WIDTH：设为最窄目标峰的半高宽，单位：秒 判断峰的起点、终点 滤除低平噪声（如蛇行等） SLOPE的确定：一般通过S.TEST进行，测定时间为10倍WIDTH的时间。 可根据实际需要改变该值，适合目标峰的积分线。（2）SLOPE：10倍WIDTH的所有信号的总和，用于：SLOPE值的手动设定单位：uv/minSLOPE<峰斜率，作为峰计算SLOPE>峰斜率，作为噪声滤除SLOPE≈峰斜率，积分不稳定，须手动设定（3）DRIFT：判断相邻峰的积分方式注：1）设定值为0时，积分仪或PC将自动判断2）如DRIFT与基线至峰谷连线较接近时，积分可能不稳定，导致面积值变化较大，需加以注意。DRIFT值的设定DRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFT设定值为0时，自动判断。不使用时可设为1000。T.DBL设定为某值时，SLOPE和WIDTH按下图改变（4）T.DBL：峰展宽一倍所需要的时间（5）积分峰标记（MK） E：超量程峰，这种峰的面积计算是错误的 S：拖尾峰（溶剂峰常同时出现S、E两个标记） T：尾上峰，作拖尾处理的峰 V：与前邻峰垂直分割 L：前沿峰标记：六、气相色谱分析步骤 开机：连好流路，先开载气再开电源，开辅助气 设定流量、温度、检测器参数 用默认处理参数进行样品分析 根据谱图调整分析条件，再分析样品，直至得到理想谱图 确定定量方法（内标、外标、面积归一等） 选择校正点数，编辑ID表（输入组分的保留时间和标样浓度） 选择校正次数（每浓度取几次平均值） 选择曲线计算方式（直线、最小二乘或折线） 按从低浓度到高浓度的顺序，分析完标样，即完成曲线制作 进行未知样分析，自动计算定量结果。 分析完了，关机：系统降温后，关电源，关载气。第二部分 使用中应注意的事项1、载气开启压力与设置所使用的初始值2、载气压力、柱流量、线速度只设定其中一项3、压力、总流量、吹扫流量的相互制约关系4、高压进样方式（建议为正常使用压力的2～3倍）5、AOC-20i针的清洗及安装、清洗液的选择6、各软密封处需拧紧的程度7、消耗品更换后的计数器清零8、辅助气（H2、Air）过滤器定期活化、放水9、各种检测器的定期保养第三部分 软件的操作及注意问题一、系统配置选中仪器型号GC-2010、计算机的串行口COMn1、硬件配置：系统配置中的仪器12、AnalyticalLine1中各单元参数设定（1）自动进样器所使用样品瓶规格、样品架类型（长、短）、进样针容积。（2）进样口设置载气种类，钢瓶开启压力应在选用的初始压力值范围内；进样口维护中可设置进样隔垫、衬管使用报警次数。（3）色谱柱在添加后的空行内输入所用色谱柱参数（名称、液膜厚度、长度、内径、最高使用温度），选中整行后“选择”。（4）检测器所用补充气的类型，若有ECD最高温度为350℃。上述各项分别设置无误，“确定”后“设置”二、分析参数的设定1、自动进样器根据所用溶剂的粘度选择针杆进样和清洗的速度；取样时针插入样品瓶的深度可设-1、-2；建议清洗体积选择6ul。2、柱箱右侧表格程序中的速率可设为负值，以实现程序降温（老化色谱柱用），所设温度不得高于所使用色谱柱的最高使用温度。3、进样口不分流方式要设进样时间（常用0.5～2min）；压力、柱流量、线速度只设其一；分流比为“-1”时设定总流量；右侧表格可实现载气程序变压、吹扫气程序变流；高级选项中可实现高压进样（压力通常为使用压力的2～3倍，时间≤不分流方式的进样时间）。4、检测器采样停止时间应大于所有目标物的出峰时间；补充气的量应使流过检测器的N2：H2约为0.9：1；5、常规设置选中需检查的参数，建议选中准备就绪后自动调零。三、方法的保存、下载各项参数设置无误后，在文件中选择方法文件另存为，选择存储路径、输入文件名称。四、系统的开启确认载气、吹扫气、补充气在开启的状态下，点击系统打开。检测器启动当检测器温度升至160℃以上，将检测器、氢气、空气置为打开状态，再次保存该方法文件，下载后点击火焰打开。点火成功稳定约30min，视基线情况，显示就绪、执行检测器调零，开始进样分析。五、启动标样分析-----单次分析输入样品名称、将要采集的数据文件名称及保存路径，若需采集空白基线，样品瓶号设为“0”；可调用已命名的基线空白文件以扣除空白，所需分析的样品瓶号，确定后点击开始。根据出峰情况，调整各分析条件，重复进行样品分析，直至得到满意的谱图。再次保存该方法。六、启动顺序进样（两点两次外标法）编辑批处理表：输入瓶号、样品类型、方法文件、所保存数据文件名、级别数（标样浓度从低到高）。保存后点击开始，仪器自动按设定顺序运行。七、未知样品结果查看在后处理中打开未知样品谱图，化合物结果表中可看到未知样品的定量结果。八、软件后处理操作请观看视频说明第四部分日常维护：1、进样口：进样隔垫更换、衬管清洗及更换后清零2、毛细管柱老化、安装、石墨垫热处理3、AOC-20i进样针清洗、安装4、FID喷嘴疏通请看《GC维护知识》岛津公司分析仪器服务电话：8008100439（固话）4006500439（手机）FAX:010-85252329（北京）感谢大家对岛津公司的支持！愿我们共同进步！谢谢！周君生*****