气相色谱 (GC) 与火焰电离检测

Analytical Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Overview

资料来源: 实验室的博士 B.吉尔 Venton-弗吉尼亚大学

气相色谱 (GC) 用来分离和检测小分子化合物,在气相中。该示例是一种气体或液体蒸发在进样口。通常情况下,分析了化合物都是小于 1,000 Da,因为它很难蒸发较大的化合物。GC 是受欢迎的环境监测和工业应用的因为它是非常可靠,可以几乎连续运行。GC 通常用于在应用程序中地方小,易挥发的分子检测,并与非水溶液。高效液相色谱法测量水样中更受欢迎,可以用来研究更大的分子,因为分子不需要蒸发。而 LC 是更常见的分离极性物的 GC 青睐为非极性分子。

气相色谱流动相载气通常氦已,因为是其低分子量和化学惰性。施加压力和流动相移动通过列分析物。分离是使用涂层与固定相柱来完成的。开管毛细管柱是最受欢迎的专栏,有涂层的毛细管墙上固定相。固定相往往衍生物的聚二甲基硅氧烷,5 — — 10%的官能化来优化分离的组。典型的功能组是苯基、 氰基丙基或 trifluoropropyl。毛细管柱通常是 5-50 米长。窄列有更高的分辨率,但需要较高的压力。也可以在固定相涂在珠包装在列中用填料的塔。填料的塔是短,1-5 m.开放管状毛细血管具有一般首选因为他们允许更高的效率,更快的分析,并且有更高的能力。

火焰离子化检测 (FID) 是碳的检测样品中含量的气相色谱中有机物的良好一般探测器。后列,样品被烧热,氢空气火焰中。碳离子是由燃烧产生的。而过程的整体效率较低 (仅有 1 中 105碳离子生产中火焰离子) 的离子总量是碳的样品中含量成正比。电极用于测量从离子电流。FID 是破坏性的探测器,热解的完整示例。FID 是受不可燃气体和水。

Cite this Video | Reprints and Permissions

JoVE Science Education Database. 分析化学精要. 气相色谱 (GC) 与火焰电离检测. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

分区平衡的气相色谱法,和样品的组件将分区 (分发) 之间的两个阶段: 固定相和流动相。有更大的亲和力,固定相的化合物花更多时间列中的和因此洗脱后,有更长的时间保留时间 (tR) 比有较高亲合力为流动相的样品。固定相的亲和力主要由分子间的相互作用,可以选用固定相的极性,以最大化的相互作用和分离。理想的山峰是高斯分布和对称的因为与列的分析物相互作用的随机性质。不对称峰功能,如峰值前置或尾矿,可能是由于超载列、 注射的问题或如羧酸吸附功能团体的存在。

在 GC,温度被调整平衡,因此洗脱时间。在气相中的分色基于波动,因为高沸点物质可能在一列上冷凝,如果温度较低,因此他们不洗脱或需要长时间才能洗脱。在一个温度进行等温分色或渐变色进行温度加大了在分离过程中。温度坡道允许两种低和高沸点点化合物分离中相同的分离。

读出由 GC 是随着时间的推移给出信号的色谱图。峰会遵守每个样品中的化合物。对于每个峰值,可以计算峰高和峰面积。峰面积通常用于使校准曲线和计算未知样品的浓度。(N) 理论板数的计算从每个峰给列效率的一项措施。实用的方程测量 n 是 N = 16(tR/W)2其中 tR为被分析物的保留时间,W 是峰山脚的宽度。N 用来比较不同的列上的分色。

火焰离子化检测器是大众敏感。因此,信号量在示例中,不是痣的数量的碳的质量成正比。与更多的碳化合物给更大的信号。碳的燃烧会产生离子作为电流检测。FID 是最敏感的一般探测器气相色谱检测微量范围内限制之一。响应是线性超过七个数量级,给它一个大的线性范围。

Procedure

1.初始化的气相色谱法

  1. 打开的氦载气和空气,调整仪器上的压力表。
  2. 打开列烤箱到很高的温度 (通常 250 ° C 或以上) 烤列中。不超过列中的最高温度。这将删除任何污染物。让它在运行示例前烘烤至少 30 分钟。

2.制作方法文件

  1. 在软件中控制仪,输入方法文件所需的值。首先,设置自动进样器设置。设置的预运行的冲洗,冲洗,运行后,冲洗与样本数。这些冲洗清洁不同样本之间的列。
  2. 注射量通常 1 µ L。通常设置分流比,因为注射所有样本可能过载的列。如果分流比为 100: 1,这意味着,注入仪器每 1 部分为 100 部分去浪费。
  3. 输入的流动相参数。由压力组控制流量。更快的流动率导致更快的分色,却被分析物与列交互的时间更少。
  4. 输入温度编程。对于等温的运行,输入分离,然后分离时间的温度。梯度洗脱,输入的起始温度、 保持时间,结束温度及时间和匝道速度在 ° C/min。平衡时间也设置下运行之间的原始温度允许酷回列。
  5. 输入探测器参数。将输入探测器温度和采样率。探测器必须永远比列温度较高的温度,没有分析物凝结在探测器上。
  6. 保存方法的文件。所以他们由 GC 读取下载时可能需要参数。

3.收集 GC 数据

  1. 打开氢气,请确保正确设置压力表。光的 FID 的火焰。
  2. 在自动进样器的架子上,装满洗溶剂,如乙腈或甲醇洗瓶。请确保废物瓶是空的。
  3. 准备样品。如果有任何机会样品中的微粒,过滤样品。因为塑料残留物有时可以看到气相色谱法,使用唯一的玻璃注射器和玻璃小瓶准备你的样品。
  4. 用样品填满瓶至少一半,所以自动进样器注射器保证来提取样本。自动进样器瓶通常 2 毫升,但样本量是有限的小瓶插入是否可用以减少所需的样品卷。
  5. 加载到自动进样器机架的样品 vial(s)。跟踪的每个示例都在什么位置。
  6. 在运行之前零基线的图表记录器的计算机软件。
  7. 无论是作为一个单一的运行或使用多个运行批处理表,可以收集文件。请确保指定正确的瓶数的样品。点击"开始"按钮,使一个文件。
  8. 数据通常被分析一个软件程序。可以测量的参数包括保留时间、 峰高、 峰面积和理论塔板数。

4.结果: 咖啡的气相色谱分析样品

  1. 在此示例中,咖啡因和软脂酸,咖啡中发现的两种化合物进行了气相色谱分析。咖啡因是少极性比棕榈酸,有一条长链烷烃尾巴。因此,咖啡因少保留,洗脱首先对非极性柱 95%二甲基聚硅氧烷和 5%苯基-芳 (图 1)。
  2. 从色谱图,可以计算峰面积。峰面积是穿过探测器的碳的质量成正比,他们可以用来使仪器响应 vs 浓度的校准曲线。图 1,峰面积是咖啡因的 27,315 和 18,852 为棕榈酸。
  3. 柱效措施是 N,理论塔板数。N,可计算出每个峰的色谱图。对于图 1,N 是咖啡因的 283,000 和 261,000 为棕榈酸。
  4. 图 2显示了等温离职的温度的影响。对同一的咖啡因和软脂酸样本覆盖两分离。第一个是在 180 ° C,第二次 200 ° c。保留时间小很多运行的温度偏高。

Figure 1
图 1。气相色谱 FID 样品分析中咖啡因和软脂酸。5 毫米咖啡因标准洗脱第一,其次是 1 毫米棕榈酸样品。温度匝道为 0.1 分钟在 150 ° C,其后斜坡上 10 ° C/min,至 220 ° C 的温度在哪里举行 5 分钟。

Figure 2

图 2。等温运行的烘焙咖啡样品的气相色谱分析.气相色谱 FID 比较运行在 180 ° C 和 200 ° C 的烘焙咖啡样品。山峰 200 ° C 温度洗脱快得多。

气相色谱法或气相色谱法,是一种技术,用来分离、 检测,和在气相中量化小挥发性化合物。

在 GC,液体样品汽化,然后由惰性气体通过一个长而细的列。分析物分隔基于列的内壁涂层及其化学亲和力。

因为 GC 需要被分析物的蒸发到气相,仪器非常适合挥发性、 非极性化学品小于 1,000 道尔顿在大众。对于不易蒸发大,水溶液,或极性分子,高效液相色谱法是一个有用的替代。这个视频将介绍气相色谱法的基本知识,说明分析采用气相色谱仪非水溶液混合样品中的化学物质所需的步骤。

GC 仪器具有五个基本组件。第一,注射端口用于样品引入该文书。下一步,加热室蒸发样品和与惰性气体混合。惰性气体,如氦气或氮气,进行蒸发了通过系统的样品。载气样品相结合,弥补移动相。下一步,流动相进入加热的列,流经分离物。最后,探测器记录气体作为他们退出列,或洗脱,并将数据发送到计算机进行分析。该仪器的关键部件是列。列是毛细血管和涂层内壁上的固定相矩阵。另外,列可以挤满矩阵包裹小珠。固定相是通常改性聚二甲基硅氧烷,理想的解决非极性分子。添加 5 — — 10%苯基、 氰基丙基或 trifluoropropyl 组进一步精炼的分离性能。

分析物与低化学亲和力为固定相上迅速移动列,虽然有高亲和性的分子放缓作为他们吸附柱壁上。一种化合物在列内花费的时间长度称为其保留时间或 Rt,并允许化合物待定。探测器的列和记录气体年底坐为他们洗脱剂。火焰电离检测或 FID,广泛用于因为它感觉碳离子,让它来检测几乎任何有机化合物。在 FID,氢空气中的分析物燃烧火焰,因为他们退出列,产生诱导电流附近电极的碳离子。当前是直接可以确定碳质量,因此,这种化合物的浓度成正比。最后的结果是色谱,是作为他们出口列显示每个洗脱的组件的 FID 信号 vs 时间的阴谋。理想情况下,每个峰会对称,高斯的形状。不对称的特点,如峰拖尾和峰值前置,可能是由于超载、 注射的问题或坚持的列,如羧酸的官能团的存在。

现在,讨论了气相色谱法的原则,让我们看看如何进行和分析在实验室中的气相色谱分析。

在运行之前的试验,开启氦气罐。开放软件在计算机上,然后烤出要移除任何潜在的污染物的列。把微波炉调至高的温度,通常 250 ° C 或以上,和烤列至少 30 分钟。

接下来,调整自动进样器设置。设置前和跑后冲洗清洁样品之间的列数。

使用 1 μ L 样品体积和设置拆分比例设置程序文书接受只有一小部分的输入。调整的载气流量和使用建立的设置或尝试和错误以找到理想的压力。

现在输入实验的温度设置。对于等温的运行,输入的温度和时间的分离。另外,温度梯度,输入的起始温度和保持时间,结束温度和持有时间和匝道速度在每分钟 ° C。

设置列降温梯度或等温运行运行之间的时间。

最后,设置采样率和检测器,检测器温度。探测器必须始终比列以防止冷凝热。所有的设置都编程后,保存方法的文件。

通过氢罐阀开度来激活探测器和点燃 FID 的火焰。该仪器是现在准备样品的分析。

要对 GC 运行该示例,先加满一瓶洗溶剂,如乙腈或甲醇。准备样品,被某些使用玻璃注射器和玻璃小瓶作为塑料残留物会污染 GC。

现在添加一小瓶与移液管的制备好的样品。填写至少一半的方式,以便自动进样器注射器将被完全淹没。然后,装入自动进样器机架的洗涤和样品瓶。在运行此示例之前, 零计算机软件对色谱的基线。无论是作为一个单一的运行或使用多个运行批处理表,可以收集数据。按"开始"来运行该示例。

在此示例中,FID 气相色谱法分析了在咖啡中的咖啡因和棕榈酸水平。咖啡因是较小和低极性的所以它不吸引到列中,并首先洗脱。棕榈酸,有一条很长的烷烃链尾巴,洗脱后由于较高的亲和力与固定相。

因为峰值维度碳质量成正比,每个成分的浓度可以从其各自峰面积在色谱图上确定和相比的已知浓度的标准。

此外探讨了柱温的影响。在 200 ° C,样本在 180 °C运行该示例两倍的速度穿过列。请注意,当峰值高度变化时,曲线下的面积保持不变。

GC 是化学分析的重要技术,广泛应用于科学、 商业和工业应用。

由于 GC 的简单性,化学家们常常用它来监视化学反应和产品纯度。反应可以取样超过显示产品形成和反应物消耗的时间。色谱图揭示了产品浓度和还存在的意外或侧产品。

气相色谱串联质谱法,叫做 GS-MS,通常用于明确标识样品或空气中的化学物质。质谱法或 MS,分离分子基于它们的质量要收取比例,并使测定复方身份。气相色谱-质谱是一个功能强大的工具,GC 首先将复杂的混合物分成单个的组件,以及女士给出了精确的海量信息和化学特性。

气相色谱法经常用于空气监测,以检测挥发性有机化合物或可能引起环境污染、 农药和爆炸物的挥发性有机化合物。气相色谱法可用于跟踪和识别 VOCs 室内顶空分析和户外活动,为健康、 安全和安全。

你刚看了朱庇特的简介,氢火焰检测器的气相色谱法。现在,您应该了解 FID 检测和气相色谱法的基本的原则。

谢谢观赏 !

Applications and Summary

GC 用于各种工业应用。例如,它用于测试合成的化学产品的纯度。GC 是也流行在环境中的应用。气相色谱法用于检测农药、 多环芳烃碳氢化合物和邻苯二甲酸酯。大多数空气质量应用程序使用气相色谱 FID 监视环境污染物。GC 也用于顶空分析,从一种液体蒸发的挥发物的收集,并且测量。这是用于化妆品和食品及饮料行业。气相色谱法用于法医应用程序,以及检测药物滥用或爆炸物。另外,GC 是石油工业测量碳氢化合物中有用。广泛应用使 GC 10 亿港元,每年世界各地市场。

图 3显示了如何用于 GC,在食品工业中的一个例子。图 3显示了色谱仪的人造香草 (黑色) 和真实香草 (红色)。气相色谱法可用于标识实际样品,其中包含香兰素大高峰期,但不包含为乙基香兰素的第二个高峰。

Figure 3

图 3。气相色谱 FID 图谱香草样品。模仿和真正的香草 4.7 分钟由于香兰素,香草的原则组件显示大山峰。然而,仿香草也有大的峰值为 5.3 分钟,由于乙基香兰素,一种化合物是在真正的香草大量不存在。

1.初始化的气相色谱法

  1. 打开的氦载气和空气,调整仪器上的压力表。
  2. 打开列烤箱到很高的温度 (通常 250 ° C 或以上) 烤列中。不超过列中的最高温度。这将删除任何污染物。让它在运行示例前烘烤至少 30 分钟。

2.制作方法文件

  1. 在软件中控制仪,输入方法文件所需的值。首先,设置自动进样器设置。设置的预运行的冲洗,冲洗,运行后,冲洗与样本数。这些冲洗清洁不同样本之间的列。
  2. 注射量通常 1 µ L。通常设置分流比,因为注射所有样本可能过载的列。如果分流比为 100: 1,这意味着,注入仪器每 1 部分为 100 部分去浪费。
  3. 输入的流动相参数。由压力组控制流量。更快的流动率导致更快的分色,却被分析物与列交互的时间更少。
  4. 输入温度编程。对于等温的运行,输入分离,然后分离时间的温度。梯度洗脱,输入的起始温度、 保持时间,结束温度及时间和匝道速度在 ° C/min。平衡时间也设置下运行之间的原始温度允许酷回列。
  5. 输入探测器参数。将输入探测器温度和采样率。探测器必须永远比列温度较高的温度,没有分析物凝结在探测器上。
  6. 保存方法的文件。所以他们由 GC 读取下载时可能需要参数。

3.收集 GC 数据

  1. 打开氢气,请确保正确设置压力表。光的 FID 的火焰。
  2. 在自动进样器的架子上,装满洗溶剂,如乙腈或甲醇洗瓶。请确保废物瓶是空的。
  3. 准备样品。如果有任何机会样品中的微粒,过滤样品。因为塑料残留物有时可以看到气相色谱法,使用唯一的玻璃注射器和玻璃小瓶准备你的样品。
  4. 用样品填满瓶至少一半,所以自动进样器注射器保证来提取样本。自动进样器瓶通常 2 毫升,但样本量是有限的小瓶插入是否可用以减少所需的样品卷。
  5. 加载到自动进样器机架的样品 vial(s)。跟踪的每个示例都在什么位置。
  6. 在运行之前零基线的图表记录器的计算机软件。
  7. 无论是作为一个单一的运行或使用多个运行批处理表,可以收集文件。请确保指定正确的瓶数的样品。点击"开始"按钮,使一个文件。
  8. 数据通常被分析一个软件程序。可以测量的参数包括保留时间、 峰高、 峰面积和理论塔板数。

4.结果: 咖啡的气相色谱分析样品

  1. 在此示例中,咖啡因和软脂酸,咖啡中发现的两种化合物进行了气相色谱分析。咖啡因是少极性比棕榈酸,有一条长链烷烃尾巴。因此,咖啡因少保留,洗脱首先对非极性柱 95%二甲基聚硅氧烷和 5%苯基-芳 (图 1)。
  2. 从色谱图,可以计算峰面积。峰面积是穿过探测器的碳的质量成正比,他们可以用来使仪器响应 vs 浓度的校准曲线。图 1,峰面积是咖啡因的 27,315 和 18,852 为棕榈酸。
  3. 柱效措施是 N,理论塔板数。N,可计算出每个峰的色谱图。对于图 1,N 是咖啡因的 283,000 和 261,000 为棕榈酸。
  4. 图 2显示了等温离职的温度的影响。对同一的咖啡因和软脂酸样本覆盖两分离。第一个是在 180 ° C,第二次 200 ° c。保留时间小很多运行的温度偏高。

Figure 1
图 1。气相色谱 FID 样品分析中咖啡因和软脂酸。5 毫米咖啡因标准洗脱第一,其次是 1 毫米棕榈酸样品。温度匝道为 0.1 分钟在 150 ° C,其后斜坡上 10 ° C/min,至 220 ° C 的温度在哪里举行 5 分钟。

Figure 2

图 2。等温运行的烘焙咖啡样品的气相色谱分析.气相色谱 FID 比较运行在 180 ° C 和 200 ° C 的烘焙咖啡样品。山峰 200 ° C 温度洗脱快得多。

气相色谱法或气相色谱法,是一种技术,用来分离、 检测,和在气相中量化小挥发性化合物。

在 GC,液体样品汽化,然后由惰性气体通过一个长而细的列。分析物分隔基于列的内壁涂层及其化学亲和力。

因为 GC 需要被分析物的蒸发到气相,仪器非常适合挥发性、 非极性化学品小于 1,000 道尔顿在大众。对于不易蒸发大,水溶液,或极性分子,高效液相色谱法是一个有用的替代。这个视频将介绍气相色谱法的基本知识,说明分析采用气相色谱仪非水溶液混合样品中的化学物质所需的步骤。

GC 仪器具有五个基本组件。第一,注射端口用于样品引入该文书。下一步,加热室蒸发样品和与惰性气体混合。惰性气体,如氦气或氮气,进行蒸发了通过系统的样品。载气样品相结合,弥补移动相。下一步,流动相进入加热的列,流经分离物。最后,探测器记录气体作为他们退出列,或洗脱,并将数据发送到计算机进行分析。该仪器的关键部件是列。列是毛细血管和涂层内壁上的固定相矩阵。另外,列可以挤满矩阵包裹小珠。固定相是通常改性聚二甲基硅氧烷,理想的解决非极性分子。添加 5 — — 10%苯基、 氰基丙基或 trifluoropropyl 组进一步精炼的分离性能。

分析物与低化学亲和力为固定相上迅速移动列,虽然有高亲和性的分子放缓作为他们吸附柱壁上。一种化合物在列内花费的时间长度称为其保留时间或 Rt,并允许化合物待定。探测器的列和记录气体年底坐为他们洗脱剂。火焰电离检测或 FID,广泛用于因为它感觉碳离子,让它来检测几乎任何有机化合物。在 FID,氢空气中的分析物燃烧火焰,因为他们退出列,产生诱导电流附近电极的碳离子。当前是直接可以确定碳质量,因此,这种化合物的浓度成正比。最后的结果是色谱,是作为他们出口列显示每个洗脱的组件的 FID 信号 vs 时间的阴谋。理想情况下,每个峰会对称,高斯的形状。不对称的特点,如峰拖尾和峰值前置,可能是由于超载、 注射的问题或坚持的列,如羧酸的官能团的存在。

现在,讨论了气相色谱法的原则,让我们看看如何进行和分析在实验室中的气相色谱分析。

在运行之前的试验,开启氦气罐。开放软件在计算机上,然后烤出要移除任何潜在的污染物的列。把微波炉调至高的温度,通常 250 ° C 或以上,和烤列至少 30 分钟。

接下来,调整自动进样器设置。设置前和跑后冲洗清洁样品之间的列数。

使用 1 μ L 样品体积和设置拆分比例设置程序文书接受只有一小部分的输入。调整的载气流量和使用建立的设置或尝试和错误以找到理想的压力。

现在输入实验的温度设置。对于等温的运行,输入的温度和时间的分离。另外,温度梯度,输入的起始温度和保持时间,结束温度和持有时间和匝道速度在每分钟 ° C。

设置列降温梯度或等温运行运行之间的时间。

最后,设置采样率和检测器,检测器温度。探测器必须始终比列以防止冷凝热。所有的设置都编程后,保存方法的文件。

通过氢罐阀开度来激活探测器和点燃 FID 的火焰。该仪器是现在准备样品的分析。

要对 GC 运行该示例,先加满一瓶洗溶剂,如乙腈或甲醇。准备样品,被某些使用玻璃注射器和玻璃小瓶作为塑料残留物会污染 GC。

现在添加一小瓶与移液管的制备好的样品。填写至少一半的方式,以便自动进样器注射器将被完全淹没。然后,装入自动进样器机架的洗涤和样品瓶。在运行此示例之前, 零计算机软件对色谱的基线。无论是作为一个单一的运行或使用多个运行批处理表,可以收集数据。按"开始"来运行该示例。

在此示例中,FID 气相色谱法分析了在咖啡中的咖啡因和棕榈酸水平。咖啡因是较小和低极性的所以它不吸引到列中,并首先洗脱。棕榈酸,有一条很长的烷烃链尾巴,洗脱后由于较高的亲和力与固定相。

因为峰值维度碳质量成正比,每个成分的浓度可以从其各自峰面积在色谱图上确定和相比的已知浓度的标准。

此外探讨了柱温的影响。在 200 ° C,样本在 180 °C运行该示例两倍的速度穿过列。请注意,当峰值高度变化时,曲线下的面积保持不变。

GC 是化学分析的重要技术,广泛应用于科学、 商业和工业应用。

由于 GC 的简单性,化学家们常常用它来监视化学反应和产品纯度。反应可以取样超过显示产品形成和反应物消耗的时间。色谱图揭示了产品浓度和还存在的意外或侧产品。

气相色谱串联质谱法,叫做 GS-MS,通常用于明确标识样品或空气中的化学物质。质谱法或 MS,分离分子基于它们的质量要收取比例,并使测定复方身份。气相色谱-质谱是一个功能强大的工具,GC 首先将复杂的混合物分成单个的组件,以及女士给出了精确的海量信息和化学特性。

气相色谱法经常用于空气监测,以检测挥发性有机化合物或可能引起环境污染、 农药和爆炸物的挥发性有机化合物。气相色谱法可用于跟踪和识别 VOCs 室内顶空分析和户外活动,为健康、 安全和安全。

你刚看了朱庇特的简介,氢火焰检测器的气相色谱法。现在,您应该了解 FID 检测和气相色谱法的基本的原则。

谢谢观赏 !

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

To watch full video, login or sign up!
If your institution is subscribed to the
Analytical Chemistry
section, you can access that content off-site by login or signing up with your institutional email.
Sign In with Shibboleth

or

We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

RECOMMEND JoVE