氣相色譜法分析 主要內容 色譜分析概述 氣相色譜原理 氣相色譜構造 GC應用 2 一 色譜分析概述 起源 色譜分析法是一種分離技術 它是由俄國物理學家茨維特 Tswett 在1906年創(chuàng)立的 他在研究植物葉中的色素時 先用石油醚浸提植物中的色素 然后將浸提液注入到一根填充CaCO3的直立玻璃管的頂端 圖a 再加入純石油醚進行淋洗 淋洗結果使玻璃管內植物色素被分離成具有不同顏色的譜帶 圖b 他把這種分離方法稱為色譜法 玻璃管稱為色譜柱 管內填充物 CaCO3 是固定不動的 稱為固定相 淋洗劑 石油醚 是攜帶混合物流過固定相的流體 稱為流動相 3 2 原理混合物中各組分在兩相間進行分配 其中一相是不動的 固定相 另一相 流動相 攜帶混合物流過此固定相 與固定相發(fā)生作用 在同一推動力下 不同組分在固定相中滯留的時間不同 依次從固定相中流出 又稱色層法 層析法 4 超臨界流體色譜 SFC 氣相色譜 GC 氣固色譜 GSC 氣液色譜 GLC 液相色譜 LC 液固色譜 LSC 液液色譜 LLC 按兩相物理狀態(tài)分 3 色譜法分類 二 氣相色譜介紹 2 1定義 氣相色譜 gaschromatography簡稱GC 定義 以氣體為流動相的色譜法 6 1941 Britishscientists A J P MartinandR L M Synge Biochem J 1941 35 1358 Liquid liquidpartitionchromatography Atheoreticalframeworkforthebasicchromatographicprocess Apredication agasmightbeusedinsteadofaliquidinchromatography 1952 A T JamesandA J P MartinGas liquidchromatography Biochem J 1952 50 679 volatilefattyacids 2 2原理 GC主要是利用物質的沸點 極性及吸附性質的差異來實現(xiàn)混合物的分離 其過程如下圖所示 待分析樣品在汽化室汽化后被惰性氣體 即載氣 也叫流動相 帶入色譜柱 柱內含有液體或固體固定相 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 在載氣中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 組分流出色譜柱后 立即進入檢測器 檢測器能夠將樣品組分轉變?yōu)殡娦盘?而電信號的大小與被測組分的量或濃度成正比 當將這些信號放大并記錄下來時 就是氣相色譜圖 8 色譜圖 Chromatogram 正常峰形是對稱的正態(tài)分布曲線 2 3GC分類 1 按固定相分類氣 固 GSC 氣 液 GLC 2 按分離機理分類吸附色譜法分配色譜法 3 按柱類型分類 填充柱毛細管柱 2 6mm L2 4m 0 1 0 5mm L10 100m 2 3 1氣 液色譜原理 各溶質在氣相 流動相 和液相 固定相 間分配系數(shù)不同達到分離固定相 涂漬在惰性多孔固體基質 載體或擔體 上的液體物質 常稱固定液 11 常用的固定液 聚甲基硅氧烷 非極性 聚乙二醇 強極性 含5 或20 苯基的聚甲基硅氧烷 非極性 中等極性 含氰基和苯基的聚甲基硅氧烷 中極性 50 三氟丙基聚硅氧烷 高極性 基質 常用無機載體 硅藻土 玻璃粉末或微球 金屬粉末或微球 金屬化合物常用有機載體 聚四氟乙烯 聚乙烯 聚乙烯丙烯酸酯 12 2 3 2氣 固色譜原理 氣 固色譜的固定相是固體吸附劑 分離是基于樣品分子在固定相表面的吸附能力的差異而實現(xiàn)的 固體吸附劑 碳質吸附劑 活性炭 石墨化碳黑 碳分子篩 氧化鋁 硅膠 無機分子篩和高分子小球 應用 氣 固色譜不如氣 液色譜應用廣泛 主要用于永久性氣體和低沸點烴類的分析 在石油化工領域應用很普遍 13 2 4氣相色譜儀的基本部件氣相色譜儀由五大系統(tǒng)組成 氣路系統(tǒng) 進樣系統(tǒng) 分離系統(tǒng) 控溫系統(tǒng)以及檢測和記錄系統(tǒng) 14 2 4 1氣路系統(tǒng)氣路系統(tǒng)是指流動相 載氣連續(xù)運行的密閉系統(tǒng) 它包括氣源鋼瓶 凈化器 氣體流速控制和測量裝置 通過該系統(tǒng) 可以獲得純凈的 流速穩(wěn)定的載氣 常用的載氣 氮氣 氫氣 氦氣及氬氣 載氣的凈化 經過裝有活性炭 分子篩或硅膠的凈化器 以除去載氣中的水 氧 油等不利的雜質 15 2 4 2進樣系統(tǒng)組成 進樣系統(tǒng)包括進樣裝置和汽化室兩部分 作用 是將液體或固體試樣 在進入色譜柱之前瞬間氣化 然后快速定量地轉入到色譜柱中 注意事項 進樣的多少 進樣時間的長短 試樣的氣化速度等會影響色譜的分離效果和分析結果的準確性和重現(xiàn)性 16 進樣器液體樣品的進樣一般采用微量注射器 氣體樣品的進樣常用色譜儀本身配置的推拉式六通閥或旋轉式六通閥定量進樣 也可采用氣密性針進樣 手動進樣 17 18 Agilent7890GC分流 無分流進樣口 載氣 注射器針頭 襯管 色譜柱 分流出口 進樣口外壁 進樣方式與進樣過程 Agilent7890GC分流 無分流進樣口 1 進樣 載氣 樣品分子 溶劑分子 分流出口 總流量 色譜柱 隔墊 吹掃出口 放空閥 隔墊 吹掃出口 2 樣品氣化 進樣方式與進樣過程 進樣方式與進樣過程 Agilent7890GC分流 無分流進樣口 隔墊 吹掃出口 放空閥 為了保證分流比的概念真實有效 樣品 溶劑 被分析物 必須與載氣充分混合 形成一個均勻的混合物 這一混合物的一小部分將會從進樣口的底部進入色譜柱 而大部分的混合物則會從分流出口流出 3 樣品與載氣的混合 如果進樣量過大 溶劑會膨脹為很大的體積 致使進樣口襯管過載 其結果必將導致樣品從吹掃出口流出而造成樣品損失 同時也會造成載氣輸入管路的污染 分流出口 總流量 色譜柱 放空閥 隔墊 吹掃出口 4 襯管過載 2 4 3分離系統(tǒng) 分離系統(tǒng)是指把混合樣品中各組分分離的裝置 它由色譜柱組成 色譜柱的分類 1 填充柱 由不銹鋼 玻璃和聚四氟乙烯等材料制成 常用的為不銹鋼柱 柱管內徑為2 6mm 柱長1 5m 柱形有U型和螺旋型二種 2 毛細管柱又叫空心柱 分為涂壁 多孔層和涂載體空心柱 空心毛細管柱材質為玻璃或石英 內徑一般為0 2 0 5mm 長度30 300m 呈螺旋型 在目前檢測中應用最廣的也是毛細管柱 21 氣相色譜柱 填料 管 填充柱 PackedColumn 融熔石英 固定液 毛細管柱 CapillaryColumn 內徑 I D 2 4毫米長度0 5 5米 2米最常用 填料涂覆有0 5 25 固定液的擔體固定液理論塔板數(shù)一般都很小 內徑 I D 0 1 0 25 0 32 0 53毫米長度5 100m 30m最常用 材質融熔石英固定液理論塔板數(shù)一般都較大 氣相色譜柱 多孔層開口柱 PLOT 多孔高分子小球 氧化鋁等 管壁涂漬開口柱 WCOT 或化學鍵合 填充柱 毛細管柱 硅藻土 擔體 固定液 不銹鋼或玻璃 融熔石英或不銹鋼 固定液 與填充柱相比 毛細管柱的特點有 分離效能高 分析速度快 樣品用量少 24 2 4 4溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)是指對氣相色譜的汽化室 色譜柱和檢測器進行溫度控制的裝置 由于汽化室 色譜柱和檢測器要求的適合溫度各有不同 所以要求配有三種不同的溫控裝置 以便設定控制和測定各處的溫度 為滿足分析要求 除可以恒溫外 還可采用程序升溫 一般情況下 汽化室的溫度比柱溫高 以保證試樣能瞬間汽化而不分解 而檢測器溫度是三者之間最高的 以防止樣品在檢測室冷凝 25 2 4 5檢測和記錄系統(tǒng)檢測記錄系統(tǒng)是指從色譜柱流出的各個組分 經過檢測器把濃度 或質量 信號轉換成電信號 并經放大器放大后由記錄儀顯示出最終獲得分析結果的裝置 它包括檢測器 放大器和記錄儀 26 檢測器分類 據檢測原理的不同可分為濃度型檢測器和質量型檢測器兩大類 濃度型檢測器常用 熱導池檢測器 TCD 電子捕獲檢測器 ECD 質量型檢測器常見 氫火焰離子化檢測器 FID 火焰光度檢測器 FPD 27 Detectors 檢測器 最小可檢量是標準物質測定的 會隨著分析的化合物不同而變化 檢測器靈敏度比較 MSD FPD S NPD P NPD N ECD FID TCD AED 10 3mg100 Sensitivity SIM SCAN 10 6ug0 1 10 9ng1ppm 10 12pg1ppb 10 15fg1ppt 29 氫火焰離子化檢測器 FID 屬于選擇性檢測器 只對碳氫化合物產生信號 特點 1 死體積小 2 靈敏度高 比TCD高100 1000倍 3 穩(wěn)定性好 4 響應快 5 線性范圍寬 6 適合于痕量有機物的分析 30 三 藥物中殘留有機溶劑種類及限度 定義 殘留溶劑是指在原料或輔料的生產中 以及在溶劑制備過程中使用或產生而又未能完全去除的有機溶劑 服用后對人體有毒性和致癌作用 近年來日益引起各方面的重視 在新藥研究中要求越來越嚴格 31 種類 按照毒性大小和對環(huán)境的危害程度 根據國際協(xié)調大會 ICH 指導原則 中國藥典 2015版 將溶劑分成四類 第一類溶劑是指已知可以致癌并被強烈懷疑對人和環(huán)境有害的溶劑 殘留量必須控制在規(guī)定的范圍內 如 苯 2ppm 四氯化碳 4ppm 1 2 二氯乙烷 5ppm 1 1 二乙烷 8ppm 1 1 1 三氯乙烷 1500ppm 等 32 第二類溶劑是指無基因毒性但有動物致癌性的溶劑 按每日用藥10克計算的每日允許接觸量如下 正己烷 290ppm 乙腈 410ppm 二氯甲烷 600ppm N N 二甲基乙酰胺 1090ppm 甲醇 3000ppm 等 第三類溶劑是指對人體低毒的溶劑 這類溶劑包括 二甲亞砜 異丙基苯 乙酸乙酯 甲酸乙酯等 注意 在無需論證的情況下 殘留溶劑的量不高于0 5 是可接受的 但高于此值則須證明其合理性 33 第四類溶劑是指目前尚無足夠毒理學資料 但藥品生產企業(yè)在使用中應提供該類溶劑在制劑中殘留水平的合理性論證報告 這類溶劑包括 石油醚 異辛烷 異丙醚 三氯醋酸等 氣相色譜法是中國藥典對有機殘留溶劑測定的法定檢測方法 也是檢測有機溶劑的最常用 最適用的方法之一 34 氣相色譜分析在制藥行業(yè)的應用 1 氣相色譜法