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发布时间:2020-11-02
气相色谱
气相色谱(gas chromatography 简称GC)是二十世纪五十年代出现的一项重大科学技术成就。这是一种新的分离、分析技术,它在工业、农业、国防、建设、科学研究中都得到了广泛应用。气相色谱可分为气固色谱和气液色谱。
中文名 气相色谱 外文名 gas chromatography 简 称 GC 出现时间 二十世纪五十年代 类 型 新的分离、分析技术 分 类 气固色谱和气液色谱
目录
1 分类
2 发展
3 特点
4 原理
5 组成
6 应用
? 在石化分析中
? 在环境分析中
? 在食品分析中
? 在医药分析中
? 物理化学研究中
? 聚合物分析方面
7 方法
? 过程
? 类别
8 专业知识
分类
气相色谱仪图片
气相色谱仪图片
气相色谱可分为气固色谱和气液色谱。气固色谱指流动相是气体,固定相是固体物质的色谱分离方法。例如活性炭、硅胶等作固定相。气液色谱指流动相是气体,固定相是液体的色谱分离方法。例如在惰性材料硅藻土涂上一层角鲨烷,可以分离、测定纯中的微量、、、等杂质。
发展编辑
顶空气相色谱
顶空气相色谱
GC色谱的发展与下面两个方面的发展是密不可分的。一是气相色谱分离技术的发展,二是其他学科和技术的发展。
1952年James和Martin提出气液相色谱法,同时也发明了第一个气相色谱检测器。这是一个接在填充柱出口的滴定装置,用来检测脂肪酸的分离。用滴定溶液体积对时间做图,得到积分色谱图。以后,他们又发明了气体密度天平。1954年Ray提出热导计,开创了现代气相色谱检测器的时代。此后至1957年,是填充柱、TCD年代。
1958年Gloay首次提出毛细管,同年,Mcwillian和Harley同时发明了FID,Lovelock发明了氩电离检测器(AID)使检测方法的灵敏度提高了2~3个数量级。
20世纪60和70年代,由于气相色谱技术的发展,柱效大为提高,环境科学等学科的发展,提出了痕量分析的要求,又陆续出现了一些高灵敏度、高选择性的检测器。如1960年Lovelock提出电子俘获检测器(ECD);1966年Brody等发明了FPD;1974年Kolb和Bischoff提出了电加热的NPD;1976年美国HNU公司推出了实用的窗式光电离检测器(PID)等。同时,由于电子技术的发展,原有的检测器在结构和电路上又作了重大的改进。如TCD出现了衡电流、衡热丝温度及衡热丝温度检测电路;ECD出现衡频率变电流、衡电流脉冲调制检测电路等,从而使性能又有所提高。
20世纪80年代,由于弹性石英毛细管柱的快速广泛应用,对检测器提出了体积小、响应快、灵敏度高、选择性好的要求,特别是计算机和软件的发展,使TCD、FID、ECD、和NPD的灵敏度和稳定性均有很大提高,TCD和ECD的池体积大大缩小。
进入20世纪90年代,由于电子技术、计算机和软件的飞速发展使MSD生产成本和复杂性下降,以及稳定性和耐用性增加,从而成为通用的气相色谱检测器之一。其间出现了非放射性的脉冲放电电子俘获检测器(PDECD)、脉冲放电氦电离检测器(PDHID)和脉冲放电光电离检测器(PDECD)以及集次三者为一体的脉冲放电检测器(PDD),4年后,美国Varian公司推出了商品仪器,它比通常FPD灵敏度高100倍。另外,快速GC和全二维GC等快速分离技术的迅猛发展,促使快速GC检测方法逐渐成熟。
特点编辑
色谱流出曲线
色谱流出曲线
气相色谱法是指用气体作为流动相的色谱法。由于样品在气相中传递速度快,因此样品组分在流动相和固定相之间可以瞬间地达到平衡。另外加上可选作固定相的物质很多,因此气相色谱法是一个分析速度快和分离效率高的分离分析方法。近年来采用高灵敏选择性检测器,使得它又具有分析灵敏度高、应用范围广等优点。
原理编辑
气相分析流程图
气相分析流程图
GC主要是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离,其过程如图气相分析流程图所示。
待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体(即载气,也叫流动相)带入色谱柱,柱内含有液体或固体固定相,由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同,每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。但由于载气是流动的,这种平衡实际上很难建立起来。也正是由于载气的流动,使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解吸附,结果是在载气中浓度大的组分先流出色谱柱,而在固定相中分配浓度大的组分后流出。当组分流出色谱柱后,立即进入检测器。检测器能够将样品组分转变为电信号,而电信号的大小与被测组分的量或浓度成正比。当将这些信号放大并记录下来时,就是气相色谱图了。
组成编辑
气相色谱检测器示意图
气相色谱检测器示意图
气相色谱仪由以下五大系统组成:气路系统、进样系统、分离系统、温控系统、检测记录系统。
组分能否分开,关键在于色谱柱;分离后组分能否鉴定出来则在于检测器,所以分离系统和检测系统是仪器的核心。
应用编辑
在石油化学工业中大部分的原料和产品都可采用气相色谱法来分析;在电力部门中可用来检查变压器的潜伏性故障;在环境保护工作中可用来监测城市大气和水的质量;在农业上可用来监测农作物中残留的农药;在商业部门可用来检验及鉴定食品质量的好坏;在医学上可用来研究人体新陈代谢、生理机能;在临床上用于鉴别药物中毒或疾病类型;在宇宙舱中可用来自动监测飞船密封仓内的气体等等。
色谱实际上是俄国植物学家茨维特(M.S.Tswett)在1901年首先发现的。1903 年3月,茨维特在华沙大学的一次学术会议上所作的报告中正式提出“chromatography”(即色谱)一词,标志着色谱的诞生。他因此被提名为1917年诺贝尔化学奖的候选人。当时茨维特研究的是液相色谱(LC)的分离技术,气相色谱出现在20世纪40年代,英国人马丁(A.J.P.Martin)和辛格(R.L.M.Synge)在研究分配色谱理论的过程中,证实了气体作为色谱流动的可能性,并预言了GC的诞生。与此巧合的是,这两位科学家获得了当年的诺贝尔化学奖。尽管获奖成果是他们对分配色谱理论的贡献,但也有后人认为他们是因为GC而得奖的。这也从另一个方面说明了GC技术对整个化学发展的重要性。
虽然GC的出现较LC晚了50年,但其在此后20多年的发展却是LC所望尘莫及的。从1955年第一台商品GC仪器的推出,到1958年毛细管GC柱的问世;从毛细管GC理论的研究,到各种检测技术的应用,GC很快从实验室的研究技术变成了常规分析手段,几乎形成了色谱领域GC独领风骚的局面。1970年以来,电子技术,特别是计算机技术的发展,使得GC色谱技术如虎添翼,1979年弹性石英毛细管柱的出现更使GC上了一个新台阶。这些既是高科技发展的结果,又是现代工农业生产的要求使然。反过来,色谱技术又大大促进了现代物质文明的发展。在现代社会的方方面面,色谱技术均发挥着重要作用。从天上的航天飞机,到水里游的航空母舰,都用GC来监测船舱中的气体质量;从日常生活中的食品和化妆品,到各种化工生产的工艺控制和产品质量检验,从司法检验中的物质鉴定,到地质勘探中的油气田寻找,从疾病诊断、医药分析、到考古发掘、环境保护,GC技术的应用极为广泛。
在石化分析中
气相色谱仪(图3)
气相色谱仪(图3)
在石油和石油化工分析中,GC是非常重要的。从油田的勘探开发到油品质量的控制,都离不开GC这种分析成本低、速度快、分离度和灵敏度高的方法。美国材料与分析协会(ASTM)已开发了、并继续开发各种用于石化分析的GC标准方法。GC在石化分析中的应用主要涉及以下几个方面:
1.油气田勘探中的地球化学分析;
2.原油分析;
3.炼厂气分析;
4.模拟蒸馏;
5.油品分析;
6.单质烃分析;
7.含和含氮化合物分析;
8.添加剂分析;
9.脂肪烃分析;
10.芳烃分析;
11.工艺过程色谱分析。
在环境分析中
气相色谱仪(图4)
气相色谱仪(图4)
随着社会经济和科学技术的发展,人类文明在飞速进步。另一方面,也对生态环境造成了越来越严重的破坏,环境污染问题已经成为人类所面临的大挑战之一。世界各国都在努力控制和治理各种环境污染,比如美国环保署(EPA)和中国环保局已经颁布了大量的标准分析方法。GC在环境分析中的应用主要有以下几个方面:
1. 大气污染分析(有毒有害气体,气体化物,氮氧化物等);
2. 饮用水分析(多环芳烃、农药残留、有机溶剂等);
3. 水资源(包括淡水、海水和废水中的有机污染物);
4. 土壤分析(有机污染物);
5. 固体废弃物分析。
在食品分析中
1.脂肪酸分析;
2.农药残留分析;
3.香精香料分析;
4.食品添加剂分析;
5.食品包装材料中挥发物的分析。
卡文迪许实验室
卡文迪许实验室是英国剑桥大学的物理实验室,实际上就是它的物理系。剑桥大学建于1209年,历史悠久,与牛津大学同为英国的高学府。
剑桥大学的卡文迪许实验室建于187l~1874年间,是当时剑桥大学的一位校长威廉
化学实验仪器
化学实验仪器
·卡文迪许私人捐款兴建的。他是十八~十九世纪对物理学和化学做出过巨大贡献的科学家亨利·卡文迪许的近亲。这个实验室就取名卡文迪许实验室,当时用了捐款8450英镑,除去盖成一栋实验楼馆,还买了一些仪器设备。
英国是十九世纪发达的资本之一。把物理实验室从科学家私人住宅中扩展出来,成为一个研究单位,这种做法顺应了十九世纪后半叶工业技术对科学发展的要求,为科学研究的开展起了很好的促进作用。随着科学技术的发展,科学研究工作的规模越来越大,社会化和专业化是必然的趋势。卡文迪许实验室后来几十年的历史,证明剑桥大学这位校长是有远见的。
负责创建卡文迪许实验室的是着名物理学家、电磁场理论的奠基人麦克斯韦。他还担任了届卡文迪许实验物理学教授,实际上就是实验室主任或物理系主任,直至1879年因病去世(年仅四十八岁)。在他的主持下,卡文迪许实验室开展了教学和多项科学研究,按照麦克斯韦的主张,在系统地讲授物理学的同时,还辅以表演实验。表演实验则要求结构简单,学生易于掌握。他说:“这些实验的教育价值,往往与仪器的复杂性成反比,学生用仪器,虽然经常出毛病,但他却会比用仔细调整好的仪器,学到更多的东西。仔细调整好的仪器学生易于依赖,而不敢拆成零件。”从那个时候起,使用仪器就形成了卡文迪许实验室的传统。
麦克斯韦
实验室附有工厂,可以制作很精密的仪器,麦克斯韦很重视科学方法的训练,特别是科学史的研究。例如:他用了几年的时间整理一百年前H.卡文迪许有关电学实验的论着,并带领大家重复和改进卡文迪许做过的一些实验。有人不理解他的想法,但是后来证明麦克斯韦是有远见的。同时,卡文迪许实验室还进行了多项研究,例如:地磁、电磁波速度、电气常数的精密测量、欧姆定律实验、光谱实验、双轴晶体等等,这些工作起了为后人开辟道路的作用。
物理实验仪器
物理实验仪器
麦克斯韦的继任者是斯特技特即瑞利第三。他在声学和电学方面很有造诣。在他主持下,卡文迪许实验室系统地开设了学生实验。1884年,瑞利因被选为皇家学院教授而辞职,由二十八岁的J.J.汤姆逊继任。
经纬仪的结构(主要常用部件):
1. 望远镜制动螺旋 2. 望远镜 3. 望远镜微动螺旋 4.水平制动 5. 水平微动螺旋 6. 脚螺旋 9. 光学瞄准器 10.物镜调焦 11.目镜调焦 12. 度盘读数显微镜调焦 13. 竖盘指标管水准器微动螺旋 14. 光学对中器 15.基座圆水准器 16.仪器基座 17. 竖直度盘 18. 垂直度盘照明镜 19. 照准部管水准器20. 水平度盘位置变换手轮
望远镜与竖盘固连,安装在仪器的支架上,这一部分称为仪器的照准部,属于仪器的上部。望远镜连同竖盘可绕横轴在垂直面内转动,望远镜的视准轴应与横轴正交,横轴应通过水盘的刻画中心。照准部的数轴(照准部旋转轴)插入仪器基座的轴套内,照准部可以作水平转动。
分类/经纬仪
经纬仪根据度盘刻度和读数方式的不同,分为游标经纬仪,光学经纬仪和电子经纬仪。目前我国主要使用光学经纬仪和电子经纬仪,游标经纬仪早已淘汰。
电子经纬仪
光学经纬仪
光学经纬的水平度盘和竖直度盘用玻璃制成,在度盘平面的周诶边缘刻有等间隔的分划线,两相邻分划线间距所对的圆心角称为度盘的格值,又称度盘的小分格值。一般以格值的大小确定精度,分为:
DJ6 度盘格值为1° DJ2 度盘格值为20′ DJ1 (T3)度盘格值为4′
按精度从高精度到低精度分:DJ0.7,DJ1,DJ2,DJ6,DJ30等(D,J分别为大地和经纬仪的首字母)
经纬仪是测量任务中用于测量角度的精密测量仪器,可以用于测量角度、工程放样以及粗略的距离测取。整套仪器由仪器、脚架部两部分组成。
应用举列(已知A、B两点的坐标,求取C点坐标):
是在已知坐标的A、B两点中一点架设仪器(以仪器架设在A点为列),完成安置对中的基础操作以后对准另一个已知点(B点),然后根据自己的需要配置一个读数1并记录,然后照准C点(未知点)再次读取读数2。读数2与读数1的差值既为角BAC的角度值,再精确量取AC、BC的距离,就可以用数学方法计算出C点的精确坐标。
一些建设项目的工地上,我们会经常看到一些技术人员架着一台仪器在进行测量工作,他们所使用的仪器就是经纬仪。经纬仪初的发明与航海有着密切的关系。在十五 十六世纪,英国、法国等一些发达,因为航海和战争的原因,需要绘制各种地图、海图。早绘制地图使用的是三角测量法,就是根据两个已知点上的观测结果,求出远处第三点的位置,但由于没有合适的仪器,导致角度测量手段有限,精度不高,由此绘制出的地形图精度也不高。而经纬仪的发明,提高了角度的观测精度,同时简化了测量和计算的过程,也为绘制地图提供了更精确的数据。后来经纬仪被广泛地使用于各项工程建设的测量上。经纬仪包括基座、度盘(水平度盘和竖直度盘)和照准部三个部分。基座用来支撑整个仪器。水平度盘用来测量水平角。照准部上有望远镜、水准管以及读数装置等等。
应用/经纬仪
经纬仪是望远镜的机械部分,使望远镜能指向不同方向。经纬仪具有两条互相垂直的转轴,以调校望远镜的方位角及水平高度。此类架台结构简单,成本较低,主要配合地面望远镜(大地测量、观鸟等用途)使用,若用来观察天体,由于天体的日周运动方向通常不与地平线垂直或平行,因此需要同时转动两轴并随时间变换转速才能追踪天体,不过视场中其它天体会相对于目标天体旋转,除非加上抵消视场旋转的机构,否则不适合用于长时间曝光的天文摄影。
应用举列(已知A、B两点的坐标,求取C点坐标):
是在已知坐标的A、B两点中一点架设仪器(以仪器架设在A点为例),完成安置对中的基础操作以后对准另一个已知点(B点),然后根据自己的需要配置一个读数1并记录,然后照准C点(未知点)再次读取读数2。读数2与读数1的差值既为角BAC的角度值,再精确量取AC、BC的距离,就可以用数学方法计算出C点的精确坐标。
方法/经纬仪
一、赤经及赤纬在茫茫大海中,航行的船只遇到危险,求急救时,就是要让救援的人知道船只的所在处,也就是说要将船只所在的经纬度告知救援的人。经纬度不仅能在海洋上指出船只的位置。它的大好处是能将一个物体的确实位置,很简洁地让大家都能明了。同样的,在无际无涯的夜空星海中,一旦发现了新的星体,你如何将它的正确位置,公诸于世呢?你是否想到应该有一种类似经纬度的度量系统,来标定星球位置,制作星图呢?天文学家所使用的度量系统是赤经(Rightascension)及赤纬(Declination),赤纬的单位是度(Degrees),赤经单位是时(Hours)、分(Minutes),我们对这些也许并不熟悉,但要了解也并不难。
由于星辰距我们甚远,单靠眼睛实在辨别不出它们之间的远近差别,因此这些星球在我们看来都好像同样远近。我们就假想有一悬空之球壳罩住了整个地球,这个假想的球就叫做天球(Celestialsphere),而这些星星就固定在球壳内面,每次我们只能看到半个球面。因为地球自转的结果,天球便好像由东至西不断地绕着我们旋转,而天球北(南)极恰在地球地理北(南)极的正上空,天球赤道也恰在地球赤道的正上空,即位在二天极的。像地球一样,我们将天球刻划上了经纬度,在天文学中这相当于地球纬(经)度的,便叫做赤纬(赤经)。从天极到天球赤道间,赤纬共分90°;而赤经共分24时,1时又分60分,即1h=60m=15°,这是因为地球或天球每小时旋转15°而得名。这套决定天置的方法,看起来相当复杂,但是它有许多好处。例如,天球不断旋转,所以星星的视位置不断改变,像是由东至西横过夜空;同时,又因地球公转结果,虽在同一时刻,隔几天后,星星位置也稍稍偏西;或是你由北向南行走时,星星对地平线之相对位置,也都有所改变。既然星星之视位置,如此善变,故要依照所见来说明其位置,是相当困难的,只能借着赤经、赤纬来说明了,因为每一个星球恰与一组赤经纬度相对应。但也由于星象瞬息万变,到底应如何去测量其赤经及赤纬呢?二、经纬仪之制作经纬仪(Theodolite)是用来量度赤经、赤纬的,它是一种具有许多天文望远镜特性的观测装置。介绍一种简单的经纬仪做法,所须材料列于表一,各材料之尺寸大小仅供参改,可自斟酌,但各零件之相关位置必须弄清。制作之前先看看图1,图2,图3,及作法:1.用厚(3/8)"之三夹板,锯下二个圆盘,直径比量角器(分度器)稍大约(1/2)"即可。以强力胶在每一圆盘上,黏上二块量角器,量角器底边中点,须确实黏在圆盘中心上。(见图2)。2.把一个圆盘用二根螺丝钉,固定在D上,圆盘之圆心与90°之连线,必须与D之中线重叠,在D之两端各钉上一个螺丝圈,(注意不是钉在有圆盘的那一面,见图2)视线便可通过两个小圈观察。3.在另一圆盘圆心处,凿一(1/4)"的洞,这洞要同时穿过A、C,(见图3),用一螺丝穿过栓好,调整一下松紧程度,使C很容易旋转。4.从附于D之量角器圆心凿洞,以木栓或螺丝将D、C旋紧。但D、C间要能转动,不要固定。5.用铁片截取三个三角形,以螺丝钉或小钉子将它们附于C上,三角形之必须平贴于量角器上。6.以铰链将A、B接好。(见图1)7.G、H上距一端(3/4)"处凿一小洞,距此洞1"处起,沿每一木绦之中线,凿一宽(3/16)"之细缝,直到距另一端1"处。在小洞处以螺丝钉将G、H栓在A之二边,再用座钻通过细缝将G、H栓在B之边上,这是用来调整角度x的。钉螺丝或座钻时,应钉在适当位置,以致当调整至细缝末端时,A、B能够重合。经纬仪这时便可使用了。三、经纬仪之使用将经纬仪支在架子上,像椅子、像机三角架均可,目的只在使视线容易通过D之螺丝圈观察。把经纬仪面向南方放好,首先视臂D不要举起,(即纬度表E指在零),调整B板之倾斜,使视线沿视臂看到地平线,将B板固定在这位置,此时B板即保持水平,现在旋转C、D观察天体,则E即指示出天体之地平纬度(Altitude)。现在将经纬仪A板举高至x角,x=90°-(测量地之纬度),例如,你在台北测量,纬度大约25°3',角x就等于64°57';另一个法子是将视臂指向北极星,D保持在这方向,而A板,使纬度表E之读数为90°,此时A板即与B成x角了,当然你稍微想想便知道,可用这种方法来测量你所在地的纬度了,为什么这样子A与B就成x角呢?(注一)仰望天极(即北极星处)时仰角即为你的纬度,因此当E读数为零时,将板A举起x角后,视臂即指向天球赤道,为什么?(注二)调整x角之目的,在于求得星星对天球赤道面之仰角(即赤纬度),而不须顾虑到因观测地之纬度不同,所引起之星星视位置之变化。此时由西至东旋转视臂,便画出了天球赤道位置。为了测度赤经,你必经将经度表F刻成赤经单位——时,每隔15°为1时,由零度起反时针方向刻。现在视臂注视南天之一已知星,从星图、天文日历或其它参考星源,决定此星之赤经、赤纬,旋转经度表F,使C之指针指向适当之赤经值。此时纬度表应即自动指在了正确的赤纬值,否则仪器便有了偏差。将F固定住,现在旋转C、D,把视臂指向另一星球,此时从E、F就可读出,此星球之赤纬度、赤经度了。在天球赤道以北之星球赤纬度为正,在天球赤道以南之星赤纬度为负,即E盘上朝开口处之量角器度数为正,另一个为负。例如:角宿大星(Spica),在四、五、六月夜空均可见,它的赤经度(R.A.)=13h23m37s,赤纬度(D.)=-11°00'19'',将视臂指向角宿大星,此时纬度表E读数应约为-11°,调整经度表F至13h23m37s。现在旋转视臂D,注视轩辕大星(Regulus),此时在E上就可读出约12°06',F上约10h07m,于是知道轩辕大星之R.A.=10h07m,D.=12°06
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1、 集中管理各地实验仪器客户资源,统一客户信息的平台。
2、 提高工作效率,并对现有资源进行整合、共享。
3、 使业务人员的行为更加有效,了解业务员的行动状态。
4、 梳理业务状态,实现实验仪器销售的过程化管理。
…………
干燥管内盛放的固体,用以洗涤气体,除去其中的水分或其他气体杂质,也可以使用U型管。
管理制度
为了加强实验室的仪器设备管理,提高仪器设备的运行效率,更好地为科研服务,特制订管理办法如下:
一、落实仪器设备的专职管理人员,负责仪器设备管理及维护维修等工作。
二、管理人员编写简单明了的仪器操作说明,并将其挂在醒目的地方以利操作者使用。
三、仪器设备必须严格执行使用登记制度,登记时应记录仪器运行状况、开机时间。凡不登记者,一经发现,停止使用资格。大型仪器设备实行专人管理专人操作,使用者采取先预约登记,然后使用的原则。
四、任何使用者必须在掌握仪器设备的性能与操作程序后方可上机操作,强行上机者,将视为违章作业并予以罚款。
五、使用者在开机前首先检查仪器清洁卫生,是否正常,发现问题及时报告管理人员,并找上一次使用者问明情况,知情不报者追查当次使用者责任。
六、建立仪器设备档案。凡随机带来的图纸、说明书、技术规程、维修手册、合格证、装箱单、标书、合同、零部件等,必须统一登记,分机立出档案,集中存放实验室。工作确有需要的,可按规定借阅或复印。
七、管理人员建立事故、保养、检修记录等,对发生的事故必须详细记录事故原因、过程、事故人及处理意见等,并及时归档。
八、积极开展对外服务,提高仪器的使用效率,为仪器维修保养筹措经费。
九、违反操作规程造成仪器损坏或发生事故的,视情节轻重,对责任者处以批评教育、书面检查、罚款等处分。
十、维护公共卫生、保持清洁,保证仪器的正常运转。