气液相色谱仪.doc

气/液相色谱仪
系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。
储液器中的流动相被高压泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入
色谱柱(固定相)内,由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的配系数,在两相中作相对运动时,经过反复多次的吸附-解吸的分配过程,各组分在移动速度上产生较大的差别,被分离成单个组分依次从柱内流出,通过检测器时,样品浓度被转换成电信号传送到记录仪,数据以图谱形式打印出来

高效液相色谱仪主要有进样系统、输液系统、．分离系统、检测系统和数据处理系统，下面将分别叙述其各自的组成与特点。
1．进样系统
一般采用隔膜注射进样器或高压进样间完成进样操作，进样量是恒定的。这对提高分析样品的重复性是有益的。
2．输液系统 该系统包括高压泵、流动相贮存器和梯度仪三部分。高压泵的一般压强为l．47～4．4X107Pa，流速可调且稳定，当高压流动相通过层析柱时，可降低样品在柱中的
扩散效应，可加快其在柱中的移动速度，这对提高分辨率、回收样品、保持样品的生物活性等都是有利的。流动相贮存错和梯度仪，可使流动相随固定相和样品的性质而改变，包括改变洗脱液的极性、离子强度、PH值，或改用竞争性抑制剂或变性剂等。这就可使各种物（即使仅有一个基团的差别或是同分异构体）都能获得有效分离。
3.分离系统 该系统包括色谱柱、连接管和恒温器等。色谱柱一般长度为10～50cm（需要两根连用时，可在二者之间加一连接管），内径为2～5mm，由"优质不锈钢或厚壁玻璃管或
钛合金等材料制成，住内装有直径为5～10μm粒度的固定相（由基质和固定液构成）．固定相中的基质是由机械强度高的树脂或硅胶构成，它们都有惰性（如硅胶表面的硅酸基因基本已除去）、多孔性（孔径可达1000?）和比表面积大的特点，加之其表面经过机械涂渍（与
气相色谱中固定相的制备一样），或者用化学法偶联各种基因（如磷酸基、季胺基、羟甲基、苯基、氨基或各种长度碳链的烷基等）或配体的有机化合物。因此，这类固定相对结构不同的物质有良好的选择性。例如，在多孔性硅胶表面偶联豌豆凝集素（PSA）后，就可以把
成纤维细胞中的一种糖蛋白分离出来。 另外，固定相基质粒小，柱床极易达到均匀、致密状态，极易降低涡流扩散效应。基质粒度小，微孔浅，样品在微孔区内传质短。这些对缩小谱带宽度、提高分辨率是有益的。根据柱效理论分析，基质粒度小，塔板理论数N就越大。这也进一步证明基质粒度小，会提高分辨率的道理。
再者，高效液相色谱的恒温器可使温度从室温调到60C，通过改善传质速度，缩短分析时间，就可增加层析柱的效率。

气相色谱仪的基本构造有两部分，即分析单元和显示单元。前者主要包括起源及控制计量装 置﹑进样装置﹑恒温器和色谱柱。后者主要包括检定器和自动记录仪。色谱柱（包括固定相）和检定器是气相色谱仪的核心部件
色谱仪利用色谱柱先将混合物分离，然后利用检测器依次检测已分离出来的组分。色谱柱的直径为数毫米，其中填充有固体吸附剂或液体溶剂，所填充的吸附剂或溶剂称为固定相。与固定相相对应的还有一个流动相。流动相是一种与样品和固定相都不发生反应的气体，一般为氮或氢气。 待分析的样品在色谱柱顶端注入流动相，流动相带着样品进入色谱柱，故流动相又称为载气。载气在分析过程中是连续地以一定流速流过色谱柱的；而样品则只是一次一次地注入，每注入一次得到一次分析结果。 样品在色谱柱中得以分离是基于热力学性质的差异。固定相与样品中的各组分具有不同的亲合力（对气固色谱仪是吸附力不同，对气液分配色谱仪是溶解度不同）。当载气带着样品连续地通过色谱柱时，亲合力大的组分在色柱
中移动速度慢，因为亲合力大意味着固定相拉住它的力量大。亲合力小的则移动快。4根柱管实际上是一根,只是用来表示样品中各组分在不同瞬间的状态。样品是由A、B、C3个组分组成的混合物。在载气刚将它们带入色谱柱时，三者是完全混合的，如状态(Ⅰ)。经过一定时间，即载气带着它们在柱中走过一段距离后，三者开始分离，如状态(Ⅱ)。再继续前进，三者便分离开，如状态(Ⅲ)和(Ⅳ)。固定相对它们的亲合力是A>B>C，故移动速度是C＞B＞A。走在最前面的组分 C首先进入紧接在色谱柱后的检测器，如状态(Ⅳ)，而后A和B也依次进入检测器。检测器对每个进入的组分都给出一个相应的信号。将从样品注入载气为计时起点，到各组分经分离后依次进入检测器，检测器给出对应于各组分的最大信号(常称峰值)所经历的时间称为各组分的保留时间tr。实践证明,在条件(包括载气流速、固定相的材料和性质、色谱柱的长度和温度等)一定时,不同组分的保留时间tr也是一定的。因此，反过来可以从保留时间推断出该组分是何种物质。故保留时间就可以作为色谱仪器实现定性分析的依据。
检测器对每个组分所给出的信号，在记录仪上表现为一个个的峰，称为色谱峰。色谱峰上的极大值是定性分析的依据，而色谱峰所包罗的面积则取决于对应组分的含量，故峰面积是
定量分析的依据。一个混合物样品注入后，由记录仪记录得到的曲线，称为色谱图。分析色谱图就可以得到定性分析和定量分析结果。
图中c为气相色谱仪的结构。载气由载气钢瓶提供，经过载气流量调节阀稳流和转子流量计检测流量后到样品气化室。样品气化室有加热线圈，以使液体样品气化。如果待分析样品是气体，气化室便不必加热。气化室本身就是进样室，样品可以经它注射加入载气。载气从进样口带着注入的样品进入色谱柱，经分离后依次进入检测器而后放空。检测器给出的信号经放大后由记录仪记录下样品的色谱图。

气相色谱工作原理：是利用试样中各组份在气相和固定液液相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组份就在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同， 因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，按顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流讯号经放大后，在记录器上描绘出各组份的色谱峰。

气相色谱仪的组成部分：（1）载气系统：包括气源、气体净化、气体流速控制和测量 （2）进样系统：包括进样器、汽化室（将液体样品瞬间汽化为蒸气）（3）色谱柱和柱温：包括恒温控制装置（将多组分样品分离为单个）（4）检测系统：包括检测器，控温装置 （5）记录系统：包括放大器、记录仪、或数据处理装置、工作站
1、原理：在一个处于热平衡的TCD中，组分进入测量臂池腔，就会由于气体组成的改变，引起气体热导系数的变化，从而引起热敏元件温度的变化，热敏元件的温度变化，就会引起热敏元件阻值的变化，热敏元件阻值的变化使惠斯顿电桥输出信号的变化。信号大小与被测物质浓度成函数关系。所以TCD的信号变化是各个变量相继变化的结果。 R1/R2=R4/R3：静态电阻之比要求比例相等，R1R3池和R2R4池互为参比。将电桥在未通入试样与通入试样后平衡性的差异（以电位差的形式来表现）记录下来，得到色谱峰，反映待测物浓度。
2、特点：结构简单，性能稳定，灵敏度适宜，对大多数物质都有响应，尤其适应常规分析、气体分析。池体为不锈钢块，热敏元件一般为铼钨丝组成，温度系数为正。由于热导检测器属于浓度型检测器，所以检测器的灵敏度与池体的几何结构、池体温度、稳定性、热丝的稳定性能、所用载气的热传导率，以及气体流量的稳定性、纯度、流速等因素有关。检测器响应与桥流使用密切相关，桥流大，灵敏度高，但是噪声随之增大，寿命也会缩短。
TCD检测条件的选择：1）.载气种类TCD检测器通常使用氢气或者氦气作为载气，因为它们的热导系数远远大于其它化合物，故灵敏度高，且易于定量，线性范围宽。从理论上讲用氦气较合理，但它价格昂贵，因此在我国一般都选用氢气作载气，质检中心目前除美国热电的两台GC2000气相色谱仪TCD检测器用的氩气作载气外，其余色谱所有TCD检测器均是采用氢气作载气。用氢气作载气要防止泄漏和爆炸，有条件话应该将尾气排到室外。
（2）.载气纯度 载气纯度影响灵敏度，实验证明：在电桥电流120mA～200mA 范围内，用99.999％的超纯氢气比用99％的普氢灵敏度高6％～13％，同时，基线漂移和噪声也可以大大降低。载气纯度对峰形也有影响，用TCD作高纯气中杂质检测时，载气纯度应比被测气体高十倍以上，否则易出倒峰。
（3）.载气流速 TCD为浓度型检测器，对流速波动很敏感，TCD的峰面积响应值反比于载气流速。因此，在检测过程中，载气流速必须保持恒定。在柱分离许可的情况下，以低一些为妥。流速波动可能导致基线噪声和漂移增大。在加桥流之前，首先应该测定流量，让柱流量和参比流量相等。对于福立的色谱，用的H2作载气，大致流量可参照色谱仪上贴的“稳流阀调节圈数与载气流量对照表”调节，然后用皂膜流量计测定具体的参比流量和柱流量；对2#SP3240，可以在色谱仪正面面板上改变柱压力，然后用皂膜流量计在检测器两出口测定具体需要的参比流量和柱流量；对GC2000，先在仪器程序中选择所用的载气种类，然后设定柱前压，检测器两出口一个是参比气（Ref flow）出口，一个是载气+尾吹气（Mkup）的出口，可根据具体测定需要改变载气压力、参比气及尾吹气的流量最终使两出口气体流量相等。
（4）.电桥电流 电桥电流可以显著提高TCD的灵敏度。一般认为S值与电流的3次方成正比。但是电流的提高又受到噪声和使用寿命的限制。桥流设定与TCD检测池的温度及使用的载气种类密切相关
TCD的使用注意事项 不能在没有载气通过的情况下打开仪器，会影响柱子的使用寿命，更不能升温加上电流，否则检测器的核心部件铼钨丝会在短时间内烧毁。载气一定要在开机之前开，在仪器温度稳定后开始做样前再给桥流，降温关机之前要先关桥流（福立的色谱将桥流设为0，北分的SP3420和热电的GC2000将桥流设为OFF）。然后将柱温设为室温，待温度降下来后关机再关载气。 在每次开机前都检查一下热导排出口有没有气出来（福立及北分的色谱仪电源关掉后仍有压力，热电的GC2000关机后气源自动切断），没有的情况下千万不要开机和加电流，要仔细检查看气源供气是否正常，气路系统有无漏气，阀门是否打开，压力显示是否正常，不能解决的问题立即上报，一切正常后才能开机。进样时要时刻注意硅胶垫的松紧度，很松了马上把桥电流关掉换上新的硅胶垫。进样时感觉特别容易，用 TCD 检测器不进样时记录仪上有规则小峰出现，说明密封垫漏气该更换。每次认真检查所有色谱仪的各类气体压力显示，若发现与设定的值有差异，要仔细检查情况所在。若出现柱前压为0的情况，要马上关桥流，降柱温关仪器，先换进样垫后看压力是否正常，若正常则重新开机，如果仍然不正常要立即上报。 要定期老化柱子。目前所有测氧的柱子都是装填的5A分子筛，它作为吸附剂吸附容量有限，当吸附某种分子达到饱和时，就没有继续吸附的能力，需要将被吸附的物质驱掉，因此需要再生处理，一般用加热提高温度或者降低压力的方法处理。现在所使用的是升高柱温的方法对柱子进行老化，一般用180~200℃柱温老化，视具体情况而定。 热导检测池的温度要比柱温高，以免样品在热导池中凝固。开机时，最好先等检测池温度升到比要设定的柱温高后，再设柱温，因为柱温升降都较快。高沸点样品或固定液在检测器中冷凝，将使噪声和漂移变大，以致无法正常工作。 载气中若含氧，将使热丝长期受到氧化，有损其寿命，故通常载气应加净化装置，以除去氧气。 当出现基线噪声或漂移较明显，进样出现未知峰或鬼峰等情况时，可能检测器被污染，拆下检测器端的柱子，用丙酮、乙醚或乙醇注入检测器进行清洗。清洗后通载气加热除去溶剂。例如：
FID的全称是火焰离子化检测器，因为一般都用的是氢气，所以一般叫氢火焰检测器。它的原理很简单，当有机物经过检测器时，在火焰那里会产生离子，在极化电压的作用下，喷嘴和收集极之间的电流会增大，对这个电流信号进行检测和记录即可得到相应的谱图。一般的有机化合物在FID上都有响应，一般分子量越大，灵敏度越高。FID是GC最基本的检测器。 ECD检测器全称电子捕获检测器，它有一个放射源，会不间断地发射电子，这个电子流在通常的时间尺度下，可认为是恒定的，我们称为基流。当含有强电负性元素如卤素、O还有N等元素的化合物经过检测器时，他们会捕获并带走一部分电子而使基流下降，检测并记录基流信号的变化就可以得到谱图。因此，ECD是一个选择性的检测器，仅对含强电负性元素的化合物有高响应，它的灵敏度很高，比FID要高出2-3个数量级。 另外还有FPD,NPD，也是选择性的检测器，分别对含S，P和N,P元素的化合物有高响应。其中FPD的抗干扰能力（特异性）最强，而NPD是目前灵敏度最高的检测器。 TCD检测器叫热导检测器 ，是比较两种气流的热导率-纯载气（也叫参比气）和传递样品组分的载气（也叫柱流出物）。
检测器有一个电加热的热丝，因此热丝比检测器池体的温度高。进样前，当两种气体交替通过时，热丝温度保持恒定。进样后，载气中带有样品，若再要保持热丝温度恒定则其电流会有变化。两种气流在热丝上每秒切换五次，电流的差别被测量并记录下来。 由于He和H2相对于常规样品的热导率很大，因此通常被用来做载气以获得好的灵敏度。但当被测样品是该两样时，则要选择N2或Ar-CH4来做载气。