Transcript Gas Chromatography

氣相層析儀
Gas Chromatography
氣相層析儀
• 利用載流氣體帶動樣品，樣
品與毛細管靜相之間的作用
力不同，造成樣品滯留時間
不同，將不同的樣品分離
• 載流氣體必須是化學惰性，
例如 : H2、N2、Ar、He
Time (s)
氣相層析儀
• GC適用於
1.高揮發性化合物
2.樣品沸點不宜太高
3.分子量小於 500 amu
4.具熱穩定性之待測物
• GC可用於
1.液相、氣相樣品的定性及定量分析
氣相層析儀
• 分析高濃度樣品後，接著分析低濃度樣品，會發生殘留物交
互污染，為避免殘留物交互污染，樣品注射針必須每注射一
個樣品後，即以溶劑清洗乾淨。每當分析樣品萃液後，發現
其濃度超過檢量線最高濃度時，必須分析一個溶劑空白，以
檢查是否有交互污染。當溶劑空白分析結果顯示有交互污染
時，於分析各樣品之間，應插入溶劑空白的分析。
• 溶劑、試劑、玻璃器皿以及其他處理樣品之器具均可能產生
人為誤差與/或基線之提高，造成氣相層析圖的錯誤解釋。所
有使用的器材應依照分析條件進行方法空白試驗，以證明不
致產生干擾。
• 從樣品中一起萃取出來的干擾物隨樣品來源不同而異。對於
特殊的樣品可能還需要更多的淨化步驟。
載流氣體的影響
• Van Deemter Plot為
流速(u)對板高(H)之
間的關係，在最低
板高(Hmin)的理想流
速，具有較高的靈
敏度
•
•
•
•
A 為多路徑因子
B/u 為縱向擴散
Csu 為靜相的質量轉移
Cmu 為靜相的質量轉移
解析度
• 解析度為1.5時，兩成
分基本上是完全分離
Rs 

Z
W A / 2  WB / 2
2  (t R ) B  t R ) A 
W A  WB

2Z
W A  WB
儀器構造
Syringe
Data system
injector
Detector
Flow controller
column
H2
Air
N2
Oven
Carrier gas
毛細管
• 毛細管主要分兩類
– Packed column
– Open tubular column
• Wall-coated open tubular (WCOT)
• Support-coated open tubular (SCOT)
• Fused-silica tubular (FCOT)
• Porous later open tubular (PLOT)
• 毛細管塗佈的靜相須具備
– 低揮發性
– 熱穩定性
– 化學惰性
毛細管
Stationary liquid phase
Solid support coated
with liquid phase
Stationary solid
phase particles
column wall
Wall-coated open
tubular column
(WCOT)
Support-coated open
tubular column
(SCOT)
Porous-layer open
tubular column
(PLOT)
樣品注入 (injector)
• 注入適量的樣品，以避免
樣品的訊號造成帶變寬或
解析度不良
• 注射口溫度通常比樣品中
最不揮發成分之沸點高
50℃
烘箱 (Oven)
• Column的溫度變化，對於混合樣品的分離為很
重要的參數。
• 調控適當的溫度，讓樣品分離，對於較複雜不
易分離的樣品，可利用溫度梯度(Temperature
programming)，在分離進行中以連續或是階段式
改變column溫度，可增加分離效果跟解析度。
偵測器
• 在管柱沖提出的分子被即時送到偵測器獲得訊
號，偵測器的選用牽涉到產生訊號的靈敏度與
選擇性。
• 一般氣相層析分析常用的偵測器如下：
•
•
•
•
•
•
熱傳導偵測器
火焰離子化偵測器
電子捕獲偵測器
火焰光量偵測器
熱離化偵測器
質譜儀
熱傳導偵測器
• 各種氣體對熱具有相異的熱傳導率，也就是說
不同氣體流過同一受熱體時，將產生不同的熱
散失率。
• 熱傳導偵測器(thermal conductivity detector；
TCD)是利用化合物與載流氣體間熱傳導係數的
差異而產生訊號之原理來偵測。
• 氣體分子量大小和熱傳導有極大關係，即分子
量大小與檢測器靈敏度有關，分子量越小熱傳
導越好。
熱傳導偵測器
• 由於氦氣與各種化合物熱傳導係數差異最大，
因此熱傳導偵測器最常以氦氣作為載流氣體。
• 熱傳導偵測器屬非破壞性檢測，但缺點是靈敏
度低，通常需要較多樣品量，所以常配合充填
式管柱使用。
火焰離子偵測器 (FID)
• 利用燃燒火燄將樣品離子化，產
生微小電流(~10-12A)，再利用放
大器量測
• FID與樣品含碳數目成正比，是
質量靈敏的偵測器
• 對於不可燃氣體不靈敏，例如 :
H2O、CO2、SO2等
• 具有高靈敏度(~10-13g)
• 具有較大的線性範圍(~107)
• 缺點 : 對樣品具破壞性
電子補獲偵測器
• 電子捕獲偵測器(electron capture detector；ECD)
的原理是利用具有放射性的H3、Ni63產生的放射
線，使氮氣游離產生價電子，價電子經一收集
器後產生穩定電流，此時若有如鹵化物之缺電
子化合物通過電子收集器時，會吸收電子而使
電流減少，電流耗損量即可產生訊號測定化合
物含量。
• 電子捕獲偵測器選擇性高，僅對如：鹵化烷、
共軛基化合物、硝酸鹽、有機金屬等能產生訊
號，對碳氫化合物、醇類、酮類較不敏感。
• 電子捕獲偵測器因其高靈敏度與選擇性，常用
於檢測農藥及多氯聯苯含量等分析。
火焰光量偵測器
• 火焰光量偵測器(flame photometric detector；
FPD)的原理是利用燃燒氫氣所產生的火焰，提
供能量化合物分解及光發射，再由光析管接收
訊號。火焰光量偵測器為適用分析微量含硫(S)
或磷(P)化合物的特殊檢測器，其靈敏度與選擇
性高，常用於肥料或風味物質的檢測。
• 該偵測器不易熄火、易操作，且可適用於
120~420℃之高溫操作。
熱離化偵測器
• 熱離化偵測器(thermionic specific detector；TSD)
對氮及磷的化合物都具極高的靈敏度及選擇性
，載流氣體最好採用氦氣或氮氣，氫氣靈敏度
較低，且需具備特殊壓力調節器及壓力錶。
• 熱離化偵測器線性範圍可達10－9，偵測能力可
達10－10 g；且因其具有高選擇性，比火焰離子
化偵測器較少需要樣品之前處理(sample cleanup)
，另外適用濃度範圍廣，可省去一些樣品的稀
釋步驟。
質譜儀偵測器
• 質譜儀(mass spectroscopy)，是快速分離鑑定的
高價設備，可分離並判斷混合物的樣品組成物
。
• 質譜分析主要是利用游離步驟將樣品中的化合
物斷裂成快速移動的氣態離子，然後根據其質
量電荷比(m/z)加以分離得質譜，此技術可提供
混合物中無機和有機分析物的定性和定量組成
，與各種複雜分子的物種結構。
THE END