▎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),對多組分的復(fù)雜混合物進行定性和定量分析的儀器。通常可用于分析土壤中熱穩(wěn)定且沸點不超過500℃的有機物,如揮發(fā)性有機物、有機氯、有機磷、多環(huán)芳烴、酞酸酯等。
對含有未知組分的樣品,首先必須將其分離,然后才能對有關(guān)組分進行進一步的分析?;旌衔锏姆蛛x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、極性及吸附性質(zhì)的差異來實現(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、極性或吸附性能不同,每種組分都傾向于在流動相和固定相之間形成分配或吸附平衡。
但由于載氣是流動的,這種平衡實際上很難建立起來,也正是由于載氣的流動,使樣品組分在運動中進行反復(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。
當組分流出色譜柱后,立即進入檢測器,檢測器能夠?qū)悠方M分的存在與否轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,在記錄儀上表現(xiàn)為一個個的峰,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應(yīng)組分的含量,故峰面積是定量分析的依據(jù)。一個混合物樣品注入后,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、燃氣、助燃氣、驅(qū)動氣。
?、佥d氣:個分析系統(tǒng),要求純度高、質(zhì)量好,一般來說常用的載氣有:氮氣、氫氣、氬氣、氦氣等。
?、谌細猓阂话阌脷錃?,只要保證可以正常點火,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,因為比較安全。
③助燃氣:一般用空氣,只要可以起到助燃的作用,而且不干擾分析就可以了??梢允褂酶呒兌鹊匿撈繗饣蚩諝獍l(fā)生器。
?、茯?qū)動氣:一般是空氣。
?。?)氣源選擇
一般按照檢測器來考慮。
?、貴ID:需要配載氣、燃氣、助燃氣。一般來說都是配氮氣(高純鋼瓶氣或氮氣發(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)。
?、赥CD: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候,我們需要配氬氣或者氮氣或者氦氣。
?、跡CD:需要配載氣。一般來說配氮氣。
④FPD:需要配載氣、燃氣、助燃氣。一般來說都是配氮氣(高純鋼瓶氣或氮氣發(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)。
?、軹SD:需要配載氣、燃氣、助燃氣。一般來說都是配氮氣(高純鋼瓶氣或氮氣發(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)。
?。?)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),應(yīng)針對不同的分析任務(wù)來選擇不同的進樣器。
?、偈謩游⒘窟M樣器:可抽取氣體或液體樣品,適用于采用手動進樣的氣相色譜儀。
?、诠滔辔⑤腿∵M樣器:可用于萃取液體或者氣體基質(zhì)中的有機物,萃取的樣品可直接注入氣相色譜儀的汽化室進行熱解析汽化,然后進色譜柱分析。這一技術(shù)適合用于水中有機物或者其他樣品中的一些揮發(fā)成分的分析。
?、垡后w自動進樣器:可以實現(xiàn)自動化操作,降低人為的進樣誤差,減少人工操作成本,適用于批量樣品的分析。
?、荛y進樣系統(tǒng):
A氣體進樣閥:氣體樣品采用閥進樣,不僅定量重復(fù)性好,而且可以與環(huán)境空氣隔離,避免空氣對樣品的污染,而采用手動進樣很難做到上面這兩點。采用閥進樣系統(tǒng),還可以進行多柱、多閥的組合,可以進行一些特殊分析。
B液體進樣閥:一般用于液體樣品的在線取樣分析。
?、荽祾卟都到y(tǒng):用于固體、半固體、液體樣品基質(zhì)中揮發(fā)性有機化合物的富集和直接進入氣相色譜儀進行分析。
?、逕峤馕到y(tǒng):用于氣體樣品中揮發(fā)性有機化合物的捕集,然后熱解吸進入氣相色譜儀進行分析。
?、唔斂者M樣系統(tǒng):頂空進樣器主要用于固體、半固體、液體樣品基質(zhì)中有揮發(fā)性有機化合物的分析。
?、酂崃呀馄鬟M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物,但是目前主要用于聚合物的分析。
⑨冷柱上進樣系統(tǒng):處于室溫或者更低溫度下的進樣,然后以程序升溫方式使樣品組分汽化,先后進入色譜柱進行分離。該進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。
?。?)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)。
?。?)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:
?、贌釋?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),幾乎對所有的物質(zhì)都有響應(yīng),是目前應(yīng)用*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)。
?、跉浠鹧骐x子化檢測器(FID)
氫火焰離子化檢測器(FID)利用有機物在氫火焰的作用下化學(xué)電離而形成離子流,借測定離子流強度進行檢測。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,是有機化合物檢測常用的檢測器。
但是檢測時樣品被破壞,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化合物。
?、垭娮硬东@檢測器(ECD)
電子捕獲檢測器(ECD)是利用電負性物質(zhì)捕獲電子的能力,通過測定電子流進行檢測的。ECD具有靈敏度高、選擇性好的特點。
它是一種專屬型檢測器,是目前分析痕量電負性有機化合物*的檢測器,元素的電負性越強,檢測器靈敏度越高,對含鹵素、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)用于有機氯和有機磷農(nóng)藥殘留量、金屬配合物、金屬有機多鹵或多硫化合物等的分析測定。它可用氮氣或氬氣作載氣,常用的是高純氮。
?、芑鹧婀舛葯z測器(FPD)
火焰光度檢測器(FPD)對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,當含磷和含硫物質(zhì)在富氫火焰中燃燒時,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。
以下氣路系統(tǒng)圖能夠簡明的描述儀器系統(tǒng)的主要部件、各部件之間的關(guān)系和氣路的走向。