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气相色谱分析仪基础知识问答

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  1、什么叫担体?作用是什么?
  答:担体又称载体,在分配型色谱柱中,为了使固定液与流动相之间有可能界面通常将固定液均匀地涂渍在具有多孔结构的惰性支承的表面上,形成一层很薄的高沸点、有机化合物液膜,该惰性支承体称为担体。

  2、气固柱的填充吸附剂有哪些?
  答:常用的吸咐剂有活性碳,分子筛,活性氧化铝,石墨化碳,膨润土,高分子小球等。

  3、影响色谱柱分离度 [固定相已固定]的主要因素有哪些?
  答:(1)、色谱长度和填料的性质,色谱柱越长,组分之间分辩效果越好,但色谱柱越长压降越大,而输入的压力是有限的。色谱柱过长会增大进出口压力比,相反会降低分离度。
  (2)、色谱柱填料颗粒大小也是主要因素,粒子越细,由于表面积增加,分辩效果越好,但是颗粒细会增大柱压降,也会起反作用。
  (3)、柱温对分辩效果也有很大影响,因为气体在液体中的溶解度或在固体表面的吸附程度都随温度增高而降低,在气液色谱分析中,当超过一定温度时,静态的液体通常会从色谱柱中挥发掉,所以选择柱温时应考虑到样品的沸点。一般是略低于样品沸点的平均值。
  (4)、载气种类的影响。常用的载气有 N2、H2、He、Ar等,其中H2、He 气的分子量较小,有利于提高分析速度,但浓度较高的介质易在其间形成扩散,影响分离度,所以在实际测量中H2、 He气体一般都用在介质浓度较低的区域并提高其流速,减少扩散的影响。N2、Ar等分子量较大的气体的优点是扩散作用小,缺点是在柱中压降大流速慢,即分析周期长。
  (5)、载气流速的影响。介质在固定相上的滞留时间,主要取决于介质自身的特性(挥发性,极性等)和载气的流速。所以流速快慢直接影响分离度。
  (6)、进样时间和进样量的影响。进样时间应尽量短,原则上的瞬间进样会提高分离度。进样量应尽量小,但应使检测器能够识别。

  4、提高柱的分离度要求哪些条件?
  答:较低的进出口压力、小的容积、较低的柱温(柱温每升高30℃保留时间减少一半)、小的柱径、比较小的进样量、分子量大的载气(扩散小)、装柱均匀。

  5、色谱的几种分离方法?
  答:冲洗法--用载气做流动相样品在短时间内定量注入。
  顶替法--样品先进入柱内,然后用顶替剂顶替出柱。
  迎头法--将样品当作流动相连续进入色谱柱。

  6、样品在固定相上基于哪些作用进行分离的?
  答:主要基于挥发性,极性,和特殊作用,还有是否含有氢离子等。

  7、色谱检测器的种类?
  答:热导型检测器(TCD),氢火焰离子检测器(FID),氦离子化式检测器,电子捕获式检测器(ECD),火焰光度式检测器(FPD),密度天平式检测器,截面积离子化式检测器。

  8、色谱柱的种类?
  答:按其功能分为分配柱(分离柱)和吸附柱。按极性分极性柱和非极性柱。极性柱:同沸点物质非极性键早于极性键物质出柱。非极性柱:非极性物质按沸点高低分离、同沸点物质极性键早于非极性键物质出柱。

  9、工业用色谱柱有哪些特殊要求?
  答:对担体的要求:(1)、具有化学惰性和无吸附性。(2)、多孔性、提供一个大的支撑表面。(3)、能牢固地与固定液结合。(4)、机械强度要好。(5)、颗粒均匀。
  对柱系统的要求:(1)、样品中的所有组份应能定量分离,并能在每周期内完成出柱。(2)、柱子的分离即适用于正常的情况也要适用于不正常情况。(3)、柱子必须防止不可逆或具有强吸附能力的组份进入主柱。(4)、柱温要比室温高出20℃以上,以防干扰。(5)、柱系统要尽量简单以便调整维护方便。(6)、工业色谱柱的稳定性及寿命要高。

  10、工业色谱为何要有柱切技术?
  答:1、除去有害组份,保护柱子和检测器。2、使不测量的组份不经过分离柱,以缩短分析时间。3、选用不同长度和不同填充物的柱子,进行有效的分离,缩短时间。4、吹掉不测定的而又会因扩展影响小峰的主峰以改善组份的分离度。

  11、柱温的选择应注意的问题?
  答:通常柱温的选择既不要高到有碍于分离度,也不要低到保留时间太长。柱温 应选在约等于样品沸点的平均值。在选择时一定要注意所用固定相的最高和最低使用温度,柱温过高会造成固定液流失,严重时会污染检测器。柱温过低会使固定相不起作用、或效率降低。另外设定时还要高出室温20℃。

  12、什么是浓度型检测器和质量型检测器?
  答:浓度型检测器是指它的输出值与浓度的大小成正比质量型检测器是指输出信号的大小与进入检测器的质量多少成正比。

  13、氢焰离子检测器的作用原理?
  答:由载气携带的组份气体在一个所谓离子室的氢火焰中燃烧分解,产生正负电 性的离子和电子,离子和电子在一个恒定的电场下向不同方向运动,将这些离子与电子收集起来,便成为电子流,它的大小与组份的碳原子数成正比。所以、其电流强度的大小反映了组份的浓度。

  14、什么叫色谱的分配过程和分配系数?
  答:分配过程是指物质在固定液和载气两相间发生的溶解与解析的过程分配系数是指物质在两相间进行分配达到平衡时分布在单位体积内(1mL)固定液中的该物质的量和分布在单位体积载气(1mL)中该物质的量之比。

  15、为什么一些用N2或H2 + He的热导型色谱出峰信号为负值?
  答:检测器热丝温度越高、电阻越高,反之越低。而输出信号是根据热丝阻值之 高与低来决定正负的。N2比H2的热导系数(λ)要小,CH4、C2H4等热导系数略高于N2,但小于 H2和He。当用N2做载气时,放大器的零点是以N2的导热条件为基准的,在有高于其热导系数的气体进入检测器时,混合气体的热导率变高,热丝温度降低,阻值亦降低,输出亦减小,放大器则输出一个负值。H2 + He 做载气时,只有H2是负值其于都为正值。

  16、为什么氢焰离子检测器不能测氢气?
  答:因为该检测器收集的电流信号主要是与组份中的碳离子的量成正比。且该检测器用高纯氢做燃烧气,其基流在放大器中为零点,微量的氢气所产生的暗电流 不会有反应。除此之外,还有CO、CO2、SO2、各种硫化物、CCL等也不能被氢焰离子检测器所检测。

  请教各位老师甲烷不完全燃烧产物分析问题?
  请教各位老师:
  甲烷不完全燃烧后的气体成分主要有:CH4 CO CO2 H2 O2 N2,H2O是否只用氦气作载气就可以一次完成分离,如果可以,柱温,检测器,进样器的温度应如何设置.载气流量应设多少为佳?(柱子为TDX-01)
  另有一个简单的问题:如果用气相色谱分析气体,工作站(面积归一法)给出的气体成分含量是体积分数还是质量分数?

  应该用氦气作载气,就可以一次进样分析出所有组份了。你的待测组份中可能还应该加上水,这样组成才比较全。若是高温下甲烷裂解,产物中还可能会有少量乙烯和乙炔及C3,C4等简单的烃。
  如果不用氦气,则可能需要双载气配置的色谱才能一次进样完成分析。
  一般GC分析数据用摩尔比的多,这与你的积分参数设定和所用的标准气的浓度标识单位有关系。气体从体积到质量的换算是非常容易的,可以理想气态方程,也可以用范德华气体方程,因为你分析的这几种气体都是小分子气体。


  气相色谱柱的安装
  色谱柱的正确安装才能保证发挥其最佳的性能和延长使用寿命。正确的安装请参考以下步骤:
  步骤1. 检查气体过滤器、载气、进样垫和衬管等检查气体过滤器和进样垫,保证辅助气和检测器的用气畅通有效。如果以前做过较脏样品或活性较高的化合物,需要将进样口的衬管清洗或更换。
  步骤2. 将螺母和密封垫装在色谱柱上,并将色谱柱两端要小心切平
  步骤3. 将色谱柱连接于进样口上色谱柱在进样口中插入深度根据所使用的GC仪器不同而定。正确合适的插入能最大可能地保证试验结果的重现性。通常来说,色谱柱的入口应保持在进样口的中下部,当进样针穿过隔垫完全插入进样口后如果针尖与色谱柱入口相差1-2cm,这就是较为理想的状态。(具体的插入程度和方法参见所使用GC的随机手册)避免用力弯曲挤压毛细管柱,并小心不要让标记牌等有锋利边缘的物品与毛细柱接触摩擦,以防柱身断裂受损。将色谱柱正确插入进样口后,用手把连接螺母拧上,拧紧后(用手拧不动了)用扳手再多拧1/4-1/2圈,保证安装的密封程度。因为不紧密的安装,不仅会引起装置的泄漏,而且有可能对色谱柱造成永久损坏。
  步骤4. 接通载气当色谱柱与进样口接好后,通载气, 调节柱前压以得到合适的载气流速(见下表)。
  柱前压设置为Psi
  15m 25m 30m 50m 100m
  0.20mm 10-15 20-30 18-30 40-60 80-120
  0.25mm 8-12 13-22 15-25 28-45 55-90
  0.32mm 5-10 8-15 10-20 16-30 32-60
  0.53mm 1-2 2-3 2-4 4-8 6-14
  (以上仅为建议的起始设置,具体数值要依据实际的载气流速。)将色谱柱的出口端插入装有己烷的样品瓶中,正常情况下,我们可以看见瓶中稳定持续的气泡。如果没有气泡,就要重新检查一下载气装置和流量控制器等是否正确设置,并检查一下整个气路有无泄漏。等所有问题解决后,将色谱柱出口从瓶中取出,保证柱端口无溶剂残留,再进行下一步的安装。
  步骤5. 将色谱柱连接于检测器上其安装和所需注意的事项与色谱柱与进样口连接大致相同。如果在应用中系统所使用的是ECD或NPD等,那么在老化色谱柱时,应该将柱子与检测器断开,这样检测器可能会更快达到稳定。
  步骤6. 确定载气流量,再对色谱柱的安装进行检查注意:如果不通入载气就对色谱柱进行加热,会快速且永久性的损坏色谱柱。
  步骤7. 色谱柱的老化色谱柱安装和系统检漏工作完成后,就可以对色谱柱进行老化了。
  对色谱柱升至一恒定温度,通常为其温度上限。特殊情况下,可加热至高于最高使用温度10-20℃左右,但是一定不能超过色谱柱的温度上限,那样极易损坏色谱柱。当到达老化温度后,记录并观察基线。初始阶段基线应持续上升,在到达老化温度后5-10分钟开始下降,并且会持续30-90分钟。当到达一个固定的值后就会稳定下来。如果在2-3小时后基线仍无法稳定或在15-20分钟后仍无明显的下降趋势,那么有可能系统装置有泄漏或者污染。遇到这样的情况,应立即将柱温降到40℃以下,尽快的检查系统并解决相关的问题。如果还是继续的老化,不仅对色谱柱有损坏而且始终得不到正常稳定的基线。
  一般来说,涂有极性固定相和较厚涂层的色谱柱老化时间长,而弱极性固定相和较薄涂层的色谱柱所需时间较短。而PLOT色谱柱的老化方法有各不相同。PLOT柱的老化步骤:HLZ Pora 系列 250℃, 8小时以上Molesieve(分子筛) 300℃ 12小时Alumina(氧化铝) 200℃ 8小时以上由于水在氧化铝和分子筛PLOT柱中的不可逆吸附,使得这两种色谱柱容易发生保留行为漂移。
  当柱子分离过含有高水分样品后,需要将色谱柱重新老化,以除去固定相中吸附的水分。
  步骤8. 设置确认载气流速对于毛细管色谱柱,载气的种类首选高纯度氮气或氢气。载气的纯度最好大于99.995%,而其中的含氧量越少越好。如果您使用的是毛细管色谱柱,那么依照载气的平均线速度(cm/sec),而不是利用载气流量(ml/min)来对载气做出评价。因为柱效的计算采用的是载气的平均线速度。推荐平均线速度值:氮气:10-12cm/sec 氢气:20-25cm/sec载气杂质过滤器在载气的管线中加入气体过滤装置不仅可以延长色谱柱寿命,而且很大程度的降低了背景噪音。建议最好安装一个高容量脱氧管和一个载气净化器。使用ECD系统时,最好能在其辅助气路中也安装一个脱氧管。
  步骤9. 柱流失检测在色谱柱老化过程结束后,利用程序升温作一次空白试验(不进样)。一般是以10℃/min从50℃升至最高使用温度,达到最高使用温度后保持10min。这样我们就会的到一张流失图。这些数值可能对今后作对比试验和实验问题的解决有帮助。在空白试验的色谱图中,不应该有色谱峰出现。如果出现了色谱峰,通常可能是从进样口带来的污染物。如果在正常的使用状态下,色谱柱的性能开始下降,基线的信号值会增高。另外,如果在很低的温度下,基线信号值明显的大于初始值,那么有可能是色谱柱和 GC系统有污染。其他:色谱柱的保存用进样垫将色谱柱的两端封住,并放回原包装。在安装时要将色谱柱的两端截去一部分,保证没有进样垫的碎屑残留于柱中。
  注意:当空气中氢气的含量在4-10%时,就有爆炸的危险。所以一定要保证实验室有良好的通风系统。

  气体进样注意事项
  标准气体的特殊性,对采样有着特殊的要求,很多使用者由于采样的不规范,使得数据偏差很大,在这里我提供样品取样应该注意的几个方面:
  1,取样管线的选择,由于胶管使用起来很方便,很多传统的进样管线都采用此类,但是众所周知,胶管对大部分有机气体,和含硫类的气体吸附性非常强,而且它的渗透性也很强,所以使用各类胶管来采样是不可取的,对分析数据造成很大偏差。建议根据不同的气体性质采用铜管、不锈钢管、四氟管而对于含硫的标准气和样品气最好采用内涂石英的不锈钢管。
  2,进样管线的气密性,进样管线的泄漏,对样品的数据的准确性有很大影响,对低浓度氧气的影响更大。所以一定要严格检查取样管线的气密性。
  3,样品气的置换,由于标准气都要经过减压器和管线后才能取样,要准确取样必须将减压器和管线进行充分的置换,这种置换不是简单意义上的吹扫。因为减压器的死体积很大,不断将钢瓶阀打开关闭反复3次以上,每次将减压器里的气体排尽,然后再吹扫系统才能正确取样。
  4,试图从标准气体钢瓶中把标准气取到取样袋或其他容器中,然后再从容器中取样分析,是最不可取的,这样造成了二次污染。使得样品气的数据不能真实的表现出来。

 

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