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氣相色譜在土壤有機氯農藥測定中的應用(一)


土壤中有機氯農藥的測定(一)
內容提綱
 
色譜法:是一種分離技術(shù),將混合物分離為單獨的化合物組分的技術(shù)應用于分析化學(xué)。

分離原理:混合物中各組分在兩相間(流動(dòng)相和固定相)進(jìn)行分配,當流動(dòng)相中所含混合物經(jīng)過(guò)固定相時(shí),就會(huì )與固定相發(fā)生作用。由于各組分在性質(zhì)和結構上的差異,與固定相發(fā)生作用的大小、強弱也有差異,因此在同一推動(dòng)力作用下,不同組分在固定相中的滯留時(shí)間有長(cháng)有短,從而按先后不同的次序從固定相中流出。

色譜法分類(lèi):
(1)按流動(dòng)相的物態(tài)分:氣相色譜法(流動(dòng)相為氣體)和液相色譜法(流動(dòng)相為液體):再按固定相的物態(tài),又可分:為氣固色譜法、氣液色譜法、液固色譜法和液液色譜法等。
(2)按固定相使用的形式分:為柱色譜法、紙色譜法和薄層色譜法。
(3)按分離過(guò)程的機制分:吸附色譜法、分配色譜法、離子交換色譜法和排阻色譜法等。

 
分離度
在色譜圖上,兩個(gè)色譜峰之間的距離大,表明色譜柱對各組分的選擇性好;兩個(gè)色譜峰之間的距離小,表明色譜柱對各組分的選,擇性差。
    在色譜分析中,色譜柱的選擇性表明它對不同組分的分離能力,可定量的用分離度(分辨率) R來(lái)表示:
 
分離度綜合考慮了保留時(shí)間和基線(xiàn)寬度兩方面的因素。
通常 :
R≥1.5,才認為兩個(gè)相鄰峰完全分離;
R=1.0,兩個(gè)相鄰峰恰好分離;
R<1.0,表明兩個(gè)相鄰峰不能分離開(kāi)。

 

 載氣
 進(jìn)樣系統
 色譜柱
 檢測器
 數據系統
 
① 載氣及其凈化
    載氣用于傳輸樣品通過(guò)整個(gè)系統,不同的檢測器最常用的載氣、尾吹氣及檢測器用氣。在氣相色譜中所用載氣的純度主要取決于色譜柱、檢測器和分析的要求。
氣源:高壓鋼瓶(最好使用鋼瓶)和氣體發(fā)生器;
凈化要求:熱導池檢測器、氦離子化檢測器、氬離子化檢測器都要求載氣中水分含量要控制在30~50 μg/mL,氫火焰離子化檢測器則要求把載氣、燃氣、助燃氣中的烴類(lèi)組分除去;
電子捕獲檢測器,要除去載氣中電負性強的組分(如氧的含量要盡量壓低)。
 
    凈化方式:為除去氣體中的雜質(zhì),要在氣源和儀器之間連接凈化裝置。通常用硅膠、分子篩、活性炭,按順序分段填充干燥管,就可滿(mǎn)足上述各種檢測器對氣體凈化的要求。
    分子篩或活性炭吸附除去低分子有機化合物,用變色硅膠除去水蒸氣。凈化用的分子篩、活性炭和硅膠,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后,要注意檢查和更換,更換后的填料可以重新活化繼續使用,但是要注意除去填料中的粉末,避免堵塞氣路。
 


② 進(jìn)樣系統:進(jìn)樣器 
氣體樣品進(jìn)樣(氣體形式存在的被測物,如天然氣、電廠(chǎng)氣、永久性氣體)
1.氣體定量管進(jìn)樣(氣體進(jìn)樣閥):常用加熱的六通閥和十通閥連接定量管進(jìn)樣,將氣體樣品直接引入到氣相色譜系統內實(shí)現分離和檢測。利用氣體注射器、氣體采樣袋、樣品鋼瓶以及在線(xiàn)方式,將待測氣體注入到進(jìn)樣閥的樣品環(huán)內。
2.注射器進(jìn)樣:對氣體樣品常使用醫用注射器(一般用0.25、1、2、5 mL等規格)進(jìn)樣,此法優(yōu)點(diǎn)是使用靈活方便,缺點(diǎn)是進(jìn)樣量的重復性差(一般相對誤差為2%~5%)。

液體樣品進(jìn)樣(有機溶劑中的待測物)

液體樣品多采用微量注射器進(jìn)樣,常用的微量注射器有1、10、50、 100 μL等規格。
通過(guò)一些列樣品前處理手段(如凈化、萃取、濃縮),將待測物質(zhì)溶解到有機溶劑里,然后用進(jìn)樣針吸取一定量樣品(如1微升),直接注入到氣相進(jìn)樣口,液體樣品在進(jìn)樣系統內的襯管內瞬間氣化。


頂空進(jìn)樣(水質(zhì)中的有機物)
   將樣品(如水樣、土壤樣品)放入頂空瓶,加熱平衡一-段時(shí)間后,吸取樣品上層的氣體注入氣相色譜。

 
吹掃捕集(動(dòng)態(tài)頂空進(jìn)樣)(痕量,頂空進(jìn)樣仍達不到靈敏度)
   將樣品放入吹掃管,使用吹掃氣體以一定的流速不停地通過(guò)樣品,將待測物吹掃到捕集阱中富集。吹掃富集過(guò)程結束后,通過(guò)對捕集阱進(jìn)行快速加熱,配合六通閥切換,讓載氣樣品反沖出捕集阱進(jìn)入到氣相色譜
 

 
② 進(jìn)樣系統:氣化室(有代表性和可重復性)
 
將液體樣品瞬間氣化為蒸氣,氣化室實(shí)際上是一個(gè)加熱器。以一種可重復再現的方式將樣品進(jìn)入到氣相色譜柱中。
分類(lèi):
分流/不分流進(jìn)樣口(接毛細管柱)
隔墊吹掃填充進(jìn)樣口 (接填充柱)
冷柱頭進(jìn)樣口
多模式進(jìn)樣口
揮發(fā)進(jìn)樣口
最常用的進(jìn)樣口類(lèi)型為分流/不分流進(jìn)樣口,需根據進(jìn)樣模式(分流/不分流)的不同選擇合適的襯管。


② 進(jìn)樣系統:分流/不分流進(jìn)樣口
 
   當使用開(kāi)口管柱(俗稱(chēng)毛細管柱)時(shí),由于柱內壁涂漬或鍵合的固定相的量很少,柱容量低,為防止對樣品超載,必須使用專(zhuān)門(mén)制作的分流進(jìn)樣器。
    當樣品注入分流進(jìn)樣器以后,僅有極少部分的(微量)樣品(約占進(jìn)樣量的10%~ 1%)進(jìn)入毛細管柱,其余絕大部分樣品隨載氣由分流氣體出口逸出放空。
分流比:在分流進(jìn)樣時(shí),進(jìn)入毛細管柱內的載氣流量與放空的載氣流量之比。分析時(shí)使用的分流比范圍為1 : 10~1 : 100。這樣可避免毛細管柱的超載,以保持高柱效。
幻燈片17
 
隔墊:作用是當進(jìn)樣針插入進(jìn)樣口內時(shí),保持進(jìn)樣口的密封性
隔墊吹掃裝置:
即在進(jìn)樣隔墊和玻璃內襯管之間增加了一個(gè)有一定阻力的放空毛細管,當載氣進(jìn)入氣化室后,先經(jīng)過(guò)加熱塊預熱,然后大部分載氣進(jìn)入襯管將氣化樣品帶人色譜柱,同時(shí)也有部分載氣(約2 mL/ min)向上流動(dòng),并從隔墊下方吹掃過(guò)去,而從放空毛細管將隔墊排出的可揮發(fā)物吹掃出氣化室,此時(shí)樣品是在玻璃襯管內氣化,而不會(huì )隨隔墊吹掃氣流失。  
幻燈片18
 
襯管:樣品氣化的地方,-般都是玻璃材質(zhì),內部經(jīng)過(guò)去活化處理。
  襯管石英棉可加速樣品氣化,有助于進(jìn)入氣化室的樣品分散均勻,防止注射器針尖的歧視現象,從而改善進(jìn)樣的重復性。此外,還可以防止進(jìn)樣墊的殘渣堵塞色譜柱,起到保護色譜柱的作用。
 
分流平板:
作用是讓大流量的氣體更好的進(jìn)入分流流路,
 
③ 色譜柱
填充柱    
    填充柱由不銹鋼或玻璃材料制成,內裝固定相,一般內徑為2~4 mm,長(cháng)1~3m。填充柱的形狀有U型和螺旋型二種。如:非甲烷總烴
毛細管柱     
   毛細管柱又叫空心柱,分為涂壁,多孔層和涂載體空心柱。涂壁空心柱是將固定液均勻地涂在內徑0.l~0.5mm的毛細管內壁而成,毛細管材料由不銹鋼,玻璃或石英制成。與填充柱相比,其分離效率高、分析速度快。
   常用的色譜柱為毛細管色譜柱,根據測定樣品的性質(zhì)選擇不同極性的色譜柱。
 
 
④ 氫火焰離子化檢測器(FID)——一種通用型檢測器
    樣品和載氣經(jīng)過(guò)柱子后進(jìn)入FID的氫氣-空氣火焰中,氫氣-空氣焰本身只產(chǎn)生少許離子,但是當有機化合物燃燒時(shí),產(chǎn)生的離子數量增加。極化電壓把這些離子吸收到火焰附近的收集極上,產(chǎn)生的電流和燃燒的樣品量在一定范圍內成正比。用一個(gè)電流計檢測電流并轉換成數字信號,送到輸出裝置。適用于:甲烷、非甲烷總烴、苯系物
不適于:稀有氣體、O2、N2、N2O、H2S、SO2、CO、CO2、H2O、NH3、HCN等。
④ 電子捕獲檢測器(ECD)——一種痕量檢測器
    電子捕獲檢測器(ECD) 是一種選擇性檢測器,它僅對具有電負性的物質(zhì)(指化合物分子或原子對電子有強的親和力,而產(chǎn)生負離子的物質(zhì))有響應信號。物質(zhì)的電負性愈強,檢測器的靈敏度愈高。特別適用于分析多鹵化物、多硫化物、多環(huán)芳烴、金屬離子的有機螯合物。
 
    電子捕獲檢測器內部有一個(gè)鍍有63Ni的檢測器池,63Ni釋放β射線(xiàn),柱流出的載氣和尾吹氣在β射線(xiàn)的轟擊下被電離,產(chǎn)生大量自由電子,這些自由電子在電場(chǎng)作用下流向檢測器的陽(yáng)極,形成基礎電流,在一個(gè)脈沖回路中被收集并被測定。當電負性組分進(jìn)入檢測器時(shí),與電子碰撞并捕獲電子,使基流下降,所以產(chǎn)生的電訊號是負峰,負峰的大小與樣品的濃度成正比。
 
④ 火焰光度檢測器(FPD)
    火焰光度檢測器(FPD) 是一種高靈敏度,僅對含硫、磷的有機物產(chǎn)生檢測信號的高選擇性檢測器。其適用于分析含硫、磷的農藥及在環(huán)境分析中監測微量含硫、磷的有機污染物。
由火焰發(fā)光系統和光、電系統構成。
火焰發(fā)光系統:包括火焰噴嘴、遮光槽、點(diǎn)火器等。
光、電系統:包括石英窗、濾光片和光電倍增管。
檢測器(FPD):基于焰色反應
    火焰光度檢測器是利用富氫火焰使含硫雜原子或含磷雜原子的有機物分解,形成激發(fā)態(tài)分子,當它們回到基態(tài)時(shí),發(fā)射出一定波長(cháng)的光。藍紫色光(波長(cháng)為350~430 nm,最大強度為394 nm)和綠色光(波長(cháng)為480~560 nm,最大強度為526 nm),經(jīng)濾光片(對硫為394nm,,對磷為526nm)濾光,再由光電倍增管測量k特征光的強度變化,轉變成電信號。此光強度與被測組成量成比例,它是以物質(zhì)與光的相互關(guān)系為機理的檢測方法。


⑤ 數據系統
   數據系統通過(guò)PC機使用專(zhuān)用軟件將檢測器信號轉換成色譜圖并進(jìn)行定性定量分析。常用的軟件有:
 

 
① 進(jìn)樣口維護
隔墊:將樣品流路與外部隔開(kāi),進(jìn)樣針插入時(shí),能保持系統內壓,防止泄漏,避免外部空氣滲入,污染系統。       
     為防止進(jìn)樣口漏氣,出現鬼峰等現象,需定期更換(進(jìn)樣不超過(guò)100次),進(jìn)樣口溫度不要超過(guò)隔墊的最高使用溫度。

 
襯管: 襯管是進(jìn)樣口的中心,樣品在此氣化。
當出現峰形不好,樣品重現性差,出現鬼峰等問(wèn)題時(shí),需更換襯管。
更換襯管時(shí),注意襯管頂部的密封墊,若老化或漏氣,需及時(shí)更換。
 
襯管
O型密封圈
 
石墨墊: 色譜柱與色譜系統連接處靠密封墊密封,其需提供無(wú)泄漏的密封效果,適合各種外徑的色譜柱,與色譜柱或接頭不粘連,且耐溫度變化。
石墨墊損壞會(huì )造成水、空氣滲入系統,破壞色譜柱,污染色譜儀,需時(shí)常更換。
更換石墨墊時(shí),由于色譜柱的內徑不同,選擇相對應的石墨墊。
 


② 自動(dòng)進(jìn)樣器維護
清洗進(jìn)樣針
清洗樣品盤(pán),機械臂上的灰塵
清除樣品盤(pán)周?chē)漠愇?/span>

 
③ 色譜柱維護
色譜柱在使用過(guò)程中,柱溫不要超過(guò)色譜柱最高使用溫度。
色譜柱不使用時(shí),堵上柱子兩端,保護柱子中的固定液不被氧氣和其它污染物所污染。
長(cháng)期未用的色譜柱使用時(shí),需對色譜柱進(jìn)行老化,老化時(shí),接檢測器一端需松開(kāi)。
 
 
① 提取裝置——加速溶劑萃取
    加速溶劑萃取是用溶劑對固體、半固體的樣品進(jìn)行提取的技術(shù)。
    通過(guò)選擇合適的溶劑,并增加溶劑的溫度和壓力來(lái)提高提取過(guò)程的效率。
    具有應用領(lǐng)域寬、速度快、使用溶劑少的特點(diǎn)。

 
 增加溫度
    有利于克服基體效應,加快解析動(dòng)力學(xué),提高溶質(zhì)的溶解能力。
    降低溶劑粘度,加速溶劑分子向基體中的擴散。
    提高提取效率及速度。
 增加壓力
        使溶劑在其沸點(diǎn)以上時(shí)仍保持液態(tài)。
        快速充滿(mǎn)提取池,有利于溶劑進(jìn)入低壓時(shí)封閉的微孔。

 
① 提取裝置——微波萃取
    微波萃取是指利用微波能強化溶劑萃取效率,即利用微波加熱來(lái)加速溶劑對固體樣品中目標物的萃取過(guò)程。
    具有快速高效、加熱均勻等特點(diǎn)。
    微波加熱具有選擇性,溶質(zhì)和溶劑的極性越大,對微波的吸收越大,升溫越快,促進(jìn)了萃取速度;而對于不吸收微波的非極性溶劑,微波幾乎不起加熱作用。在選擇萃取劑時(shí)一定要考慮溶劑的極性,以達到最佳效果。
 


① 提取裝置——索氏提取
    索氏提取器由提取瓶、提取管、冷凝器三部分組,提取管兩側分別有虹吸管和連接管。
    利用溶劑回流及虹吸原理,對固體混合物中所需成分進(jìn)行連續提取,當提取筒中回流下的溶劑的液面超過(guò)索氏提取器的虹吸管時(shí),提取筒中的溶劑流回到圓底燒瓶?jì)?,即發(fā)生虹吸,隨溫度升高,再次回流開(kāi)始,每次虹吸前,固體物質(zhì)都能被純的熱溶劑所萃取,溶劑反復提用,縮短了時(shí)間,提高了萃取效率。
 
不同萃取方法比較
 


② 濃縮裝置——氮吹儀
    氮吹儀利用氮氣是一種不活潑的氣體,能起到隔絕氧氣的作用,加強它周?chē)目諝饬鲃?dòng),提高它的溫度,就可以達到防止氧化的目的。同時(shí)采用對底部進(jìn)行加溫,而頂部用氮氣進(jìn)行吹掃,通過(guò)氮氣的快速流動(dòng)可以打破液體上空的氣液平衡,使液體揮發(fā)濃縮速度加快,迅速揮發(fā),從而達到讓樣品快速濃縮的目的。
 


② 濃縮裝置——旋轉蒸發(fā)儀
    主要用于在減壓條件下,連續蒸餾大量易揮發(fā)性溶劑。
    將旋轉蒸發(fā)瓶置于水浴中一邊旋轉,一邊加熱,這樣可以增大蒸發(fā)面積,利于瓶?jì)热芤簲U散蒸發(fā)。


 

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