商家营销中心在哪里:自己编写的气相色谱培训资料-3_

分离系统

GC 毛细管色谱柱

最基本的毛细管柱由两部分组成：管线和固定相（图1）。熔融石英（管外涂渍了聚酰亚胺）和

不锈钢是管线的主要材料。有各种各样的固定相。大多数是高分子量、热稳定性好的聚合物，

这些聚合物是液体或胶。这一类固定相中最常用的是聚硅氧烷（有时错误地称为硅橡胶）和聚

乙二醇。次常用的固定相是小的多孔颗粒，由聚合物和沸石（例如：氧化铝、分子筛）组成。

色谱柱安装在可控温度的柱温箱中。

选择固定液时可遵循“相似相溶”的原理，由于被测组分与固定液具有某些相似性，如官能团、化学键、极性等，则相互间存在较强的作用力，被测组分在固定液中的溶解度也较大，分离效果较好。具体选择固定液的原则如下

（a）非极性组分间的分离，一般选用非极性固定液。试样中各组分按沸点由低至高的顺序依次流出色谱柱。

（b）极性组分间的分离，一般选用极性固定液。试样中各组分按极性顺序被分离，极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出色谱柱。

（c）非极性和极性组分混合物的分离，一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性组分后出峰。

（d）对于能形成氢键的组分（如醇、酚、胺和水等）的分离，一般选择极性或氢键型的固定液。试样中各组分根据与固定液形成氢键的能力不同，先后流出色谱柱。不易形成氢键的组分先流出，易形成氢键的组分后流出。

（e）对于复杂混合物的分离，常采用特殊的固定液或混合固定液。出峰的顺序由具体试样而定。

在实际工作中，固定液的选择往往根据实践经验或参考文献资料，并通过实验最后确定。

分离机理：

溶质以不同速度通过色谱柱，溶质的移动速度主要取决于其物理性质及色谱柱本身的温度和组成。移动最快的溶质首先离开（流出）色谱柱，然后其它溶质以相应顺序流出。每种溶质流出后，进入已加热的检测器，在那里根据溶质与检测器的相互作用而产生一个电子信号。溶质进入色谱柱后，在固定相和流动相之间分配。在流动相中的分子被带到色谱柱；有些分子在固定相中暂时保留，随着流动相中一些分子通过色谱柱，他们互相碰撞并会重新进入固定相，在这同一过程中，一些溶质分子也将离开固定相并进入流动相。每个溶质分子在其经过色谱柱时，这种过程会发生数千次。对特定化合物的所有分子几乎以相同的速率通过色谱柱，并且显示为分子谱带（称为样品谱带）。每个样品谱带穿过色谱柱的速率取决于化合物的结构、固定相的化学结构以及色谱柱温度。样品谱带的宽度取决于操作条件和色谱柱的尺寸。

（色散力是所有聚硅氧烷和聚乙二醇固定相最主要的相互作用力。色散力可以简化为挥发性的概念。简单来说，溶质的挥发性越好，从色谱柱中流出的速度就越快（即，保留时间更短）。但是，这个出峰顺序也可能因溶质和固定相极性的相互作用力的影响而改变。有时将溶质沸点用作测量化合物挥发性的方法。也就是说，化合物按照沸点增高的顺序流出。然而，沸点不能普遍应用于色散力相互作用。处理具有简单结构、官能团或同系物的化合物）时，沸点相当有效。但处理具有混合官能团的化合物时，沸点简化方法经常会失败。如果化合物沸点相差大于30 ºC，则通常能被大部分固定相分离（有例外）。如果化合物沸点相差小于10 ºC，则沸点简化方法变得不确定并且更加容易出错（同系物中的化合物除外）。烃类同系物溶质按它们逐渐增高的沸点被依次顺序洗脱；但是，峰间距与其各自沸点不成正比。

固定相选择机理：如果固定相可以靠偶极力相互作用，则偶极矩不同的溶质具有更好的分离能力。只有某些固定相能够充分利用这种相互作用。聚乙烯乙二醇类和氰丙基与三氟丙基取代聚硅氧烷具有偶极相互作用；甲基或苯基取代基团不进行偶极相互作用。如果使用相互作用不同的固定相，则偶极不同的溶质的峰分离程度也常常改变（图3）。如果化合物之间的偶极作用相差较小，则需要更大量适当的基团（例如，50%的氰丙基– 甲基聚硅氧烷，而非14%的氰丙基– 甲基聚硅氧烷）。很难预测所有组分分离程度的变化。经验结果显示偶极相互作用固定相非常适合以下化合物的样品，化合物的基本结构或中心结构的不同位置连接有不同的基团。例如取代芳香化合物、卤烃、杀虫剂和药物。如果溶质分子和固定相之间有氢键，则会有氢键作用力。这就是氢键强度的差别，非常重要。进行偶极相互作用的相同固定相也进行着氢键相互作用。如果使用氢键作用力不同的固定相，则氢键势能不同的溶质的峰分离程度也常常改变。如果化合物之间的氢键相差比较小，则需要更大量的适当基团（例如，聚乙二醇类，而非14%的氰丙基– 甲基聚硅氧烷）。很难预测所有组分分离程度的变化。有时虽然已获得所需的分离程度，但使用新的固定相另一组峰将共流出。可预测影响保留作用的另一个固定相特征是苯基含量。通常，固定相的苯基含量越高，与脂肪溶质相比芳香族化合物溶质的保留就越强。这并不意味着高苯基含量的固定相更容易保留芳香溶质（例如，高的k），而是相对于脂肪溶质，芳香溶质更容易被保留。DB-1 无氢键相互作用。使用DB-WAX 时，己醇和酚类的流出顺序受偶极和氢键相互作用的共同影响。

固定相极性由取代基团的极性及其相对量确定。极性经常错误地用于选择色谱柱或确定分离特性。固定相极性仅仅是影响保留和分离的众多因素之一。一般来说对于挥发性相似的化合物，与固定相极性相似的溶质会具有更大的保留值。换句话说，极性固定相要比较弱极性固定相保留极性化合物的能力更强，反之亦然

色谱柱选择方法：

1. 如果不确定要使用的哪个固定相也无任何资料可查，可从DB-1 或DB-5 开始。

2. 低流失的("ms")色谱柱通常惰性较强并且温度上限较高。

3. 使用极性最小的固定相能提供满意的分离度和分析时间。非极性固定相比极性固定相具有更长的寿命。

4. 使用极性与溶质极性类似的固定相。此方法被有效使用；但是，最好的固定相不总是使用此项技术才发现的。

5. 如果具有不同偶极作用力或氢键力的混合物分离较差，请改为使用具有不同偶极或氢键作用力（不一定要更大）的固定相。更换固定相后会出现其它共流出物，所以新的固定相不一定提供更好的总体分离度。

6. 如果可能，请避免使用含有能与选择性检测器产生高响应功能团的固定相。例如，用NPD 检测时，含氰丙基的固定相出现异常高的基线上升（由于色谱柱流失）。

7. DB-1 或DB-5、DB-1701、DB-17 和DB-WAX 以最少数量的色谱柱能覆盖最大范围的选择性。

8. PLOT 柱用于在高于室温的柱温下分析气体样品。

色谱柱选择中的影响因素：

直径将影响主要考虑因素的五个参数。它们是效率、保留值、压力、载气流速和容量。

色谱柱直径越小，则每米理论塔板数就越高。分离度是理论塔板数的平方根函数。因此，把柱效加倍将理论上能把分离度增加1.41 倍（2 的平方根），但实际上增加的倍数接近1.2 – 1.3 倍。在需要得到窄峰和高柱效时，使用直径较小的色谱柱。柱头压随着色谱柱直径的变化而急剧增加或减小。由于更小直径的色谱柱需要的压力较高色谱柱容量随着色谱柱直径的增大而增加。当然实际色谱柱容量也取决于固定相、溶质和膜厚。

直径选择：

1. 如果需要较高的柱效，请使用0.18-0.25 mm内径的色谱柱。直径较小的色谱柱容量最小，并需要最高的柱头压。

2. 如果需要较大的样品容量，请使用0.32 mm内径的色谱柱。与0.25 mm 内径的色谱柱相比，这种色谱柱通常对不分流进样或大体积(>2 μl)进样时较早流出的溶质有更佳的分离度。

柱长影响三个重要参数。它们是效率、保留（分析时间）和载气压力。

柱效(N)与柱长成正比。分离度是理论塔板数的平方根函数。例如，将柱长加倍（因此效率也会加倍）理论上将提高分离度仅1.41 倍（实际上增加的倍数接近1.2-1.3 倍）。如果希望得到窄峰且柱效较高时，使用较长的色谱柱。

色谱柱流失将随着柱长的增加而增加。较长的色谱柱的固定相较多，因此会产生较多的降解产物。随着柱长的增加，流失的增加并不是非常大。色谱柱成本与柱长直接相关。柱长加倍也几乎会使色谱柱的价格加倍。通过增加柱长来增加柱效时，色谱柱成本也显著增加。较短的色谱柱每米的成本比较长的色谱柱大。将较长的色谱柱切割为较短的色谱柱好像是个省钱的好办法，但是不建议这样做。较小的切割段质量不能得到保证，且可能与原先完整的色谱柱不同。理论上，每个切割段都应该提供满意且一致的结果。实际上，却经常不是这样。较短的切割段从原来的色谱柱切割下来时，单个切割段改变的可能性更高。随随着柱长、膜厚和固定相极性的增加与色谱柱直径的减少，将发现各个切割段之间的误差会越大。最后，在其它柱架上重绕较短的色谱柱时，管线断裂的几率会增大。技术上讲，将色谱柱切割成较短的段将无法保障其性能。

柱长选择：

1. 如果不知道最佳长度，请先使用25-30 米长的色谱柱。

3. 如果通过其它方法（直径较小的色谱柱、不同的固定相、改变柱温）不能达到满意的分离度时，应使用50-60 米长的色谱柱。这种色谱柱适用于分离含多种溶质的复杂样品。较长色谱柱的分析时间较长，费用较高。