1、气相色谱分析气相色谱分析 简介简介什么是实验室？l定义常规理解进行科学实验的场所场所。科学实验采用一定的方法(包括合适的仪器)对特定物质的某些性质进行观察，由采集到的数据(或现象)经合适的过程推断出某些结论的过程。本计量认证的实验室从事校准和(或)检测工作的机构机构。本公司的实验室从事检测工作的机构机构。检测“对给定的产品、材料、设备、生物现象、工艺过程或服务，按照规定的程序确定一种或多种特性或性能的技术操作。质量检测对产品进行检测、检查、试验或将产品的质量特性与规定要求进行比较的过程。什么是实验室？构成根据进行科学实验的过程，实验室的构成有三要素：场所与设备、人员、维持实验室运转的各种材料和
2、试剂(包括资金)。三者中，设备是必不可少的，但人员却是最重要的。任务采集数据，得出结论。本公司是检测机构，实验室工作十分重要。我们的实验涉及环节较多，每个环节都不可轻视。什么是实验室？本公司是检测机构，实验室工作十分重要。我们的实验涉及环节较多，每个环节都不可轻视。l计量认证中的实验室计量实现单位统一和量值(即测量数据)准确可靠的测量。“计量”的最本质的方法是通过“量值传递”来达到统一。计量认证有三个内容：a)计量检定、测试设备的性能设备的性能；b计量检定、测试设备的工作设备的工作环境和人员的操作技能环境和人员的操作技能；c 保证量值统一、准确的措施措施及检测数据工整可靠的管理制度管理制度。1
3、 1、色谱法原理、色谱法原理色谱法是一种分离方法，它利用被分离的诸物质在互不相溶互不相溶的两相中分配系数的微小差异进行分离。当两相作相对移动相对移动时，使被测物质在两相之间进行反复反复多次分配多次分配，使原来微小的差异累加产生了很大的效果，形成差速迁移差速迁移，使各组分在柱内移动的同时逐渐分离，以达到分离、分析及测定一些物理化学常数的目的。第一部分、色谱分析法概述第一部分、色谱分析法概述气 固 色 谱气 相 色 谱气 液 色 谱液 固 色 谱液 相 色 谱液 液 色 谱超 临 界 流 体 色 谱毛 细 管 电 泳2 2、色谱分离方法类型、色谱分离方法类型3 3、色谱法应用领域、色谱法应用领域色
4、谱分离是目前应用最广泛的分离方法。已广泛地用于石油化工、有机合成、生理生化、医药卫生、环境监测、刑事侦查、生产在线控制，乃至空间探索等许多领域，以解决各种分离分析课题。石油化工石油产品质量监控变压器油监测油田开发（吸附丝技术）环保污水检测大气检测(室内和环境中空气质量监测、汽车内空气质量监测)医药卫生提纯净化提纯净化如手性色谱分离有效成分药物中间体的处理药物中间体的处理食品卫生监测食品卫生监测（瘦肉精、农残、抗生素）化学研究样品提纯如合成产品的检验等物质性质与其配比的相关性色谱法和化学计量学方法结合生命科学研究DNA测序用CE、HPLC技术生物工程下游技术细胞的培养、分离、纯化和分析检测出口商
5、品监督检测欧盟等“绿色壁垒”日益提高，出口产品的监督检测工作日益重要。出口服装质量的监测出口服装质量的监测 (偶氮类染料偶氮类染料)农副产品质量监测农副产品质量监测(茶叶、水果、海产品茶叶、水果、海产品)气相色谱方面：气相色谱方面：1952年，Martin和Synge首次用气体为流动相，配合微量酸碱滴定，发明了气相色谱法。1953年，Adams和Holmes合成了离子交换剂，并将其用于色谱分离，从而形成了离子交换色谱法。1958年，Golay提出了分离效能极高的毛细管柱气相色谱法 4.方法的发展液相色谱方面：液相色谱方面：1938年，Izmailov等将糊状氧化铝铺展在玻璃板上，形成2mm厚的
6、薄层，用于分离药用植物的萃取物，开始了薄层色谱法。1944年，Consden、Cordon和Martin创立了纸色谱法。他们利用滤纸的毛细作用，让溶剂由下至上地渗透，结合混合物中各组分在两相中的溶解度的差异，使各组分以不同速率在滤纸上迁移而得到分离 1959年，Porath和Flodin提出了大小排阻色谱法，其原理是利用柱内多孔填料对不同尺寸的分子具有选择渗透作用。80年代年代发展起来的毛细管电泳，解决了DNA及其片段、单克隆抗体、蛋白质及多肽等一般色谱技术难于解决的分离分析问题。现在已经派生出毛细管胶束电动色谱、毛细管等电聚焦、毛细管电泳离子分析法、微填充毛细管电泳法等多个新分支。离子色谱方
7、面：离子色谱方面：由由H.Small 等人等人.（Dow chemical)首次提出首次提出l 用于测定氯离子和硫酸根用于测定氯离子和硫酸根 许多国家将离子色谱法作为标准方法许多国家将离子色谱法作为标准方法l 中国：中国：GB 饮用天然矿泉水水检试方法饮用天然矿泉水水检试方法,；工业循环冷却水中阴、阳离子的测试方法工业循环冷却水中阴、阳离子的测试方法 等等 l美国：美国：USEPA（US Env.Protect Agency），），ASTM（America Society for Testing and Materials），），ISO(International Organization f
8、or Standardization）5、色谱仪器的发展、色谱仪器的发展五十年代第一台色谱仪问世 六十年代就有数台5公斤重的色谱仪随阿波罗飞船同登月球，自动取样分析，1970年更有一台100克重的色谱仪飞上了火星。过去庞大的体积，到现在的越来越小巧6、色谱分析法的特点、色谱分析法的特点1分离效率高：分离效率高：可在很短的时间内分离多达二、三百个组分的复杂物质，柱效能可达106的理论板。2检测能力强：检测能力强：可以检测出10-1110-15克级的痕量组分，能满足环境检测、农药残留等大量日常检测分析的需要。3样品用量少：样品用量少：样品用量一般为微升级，少的可达纳克级。4适用范围广：适用范围广：
9、几乎所有与化学有关的领域都有其用武之地。多模式及联用技术复杂样品靠单一分离方法或技术是不够的，需多模式及多项新技术的联用。v极性溶剂提取物可考虑用HPLCv有挥发性的化合物优先用GCv毛细管电泳是HPLC的补充和发展v联用技术是今后的趋势 GC-MS LC-MS GC-MS-MS GC-FTIR二、二、色谱理论色谱理论保留值:分离度:塔板数:塔板高度:22)141NrkRrk21RRb1b22(ttW+W2222215.54161rkNRrkRhtWLHN二、二、色谱理论色谱理论1.塔板理论塔板理论塔板理论是由Martin等人在平衡色谱理论的基础上发展起来的。他们把色谱柱比拟为分馏塔，中间设想
10、成可分为许多分馏塔片(板)。他们假定：1流动相按前进方向以脉冲使通过柱子，最小单位为一塔板体积;2.组分在柱内两相间的分配系数是恒定的，与组分浓度及在柱内的位置无关;3.组分在所有塔板上的两相平衡在瞬间建立;4.所有组分浓度以起始塔板中的浓度为基准 由塔板理论可得到：在色谱过程中色谱峰是要展宽的，展宽的宽度平方值和理论板高H成正比。即相达成“平衡”所需的距离H值越大，则色谱峰展宽也就越严重。反之，若理论板高H值越小。而就一定柱长而言，组分在两相间的“平衡”次数就越多，色谱柱的分离效率就越高，因此理论板高H值是衡量色谱柱效率的一个很好的指标。塔板理论回答了影响色谱峰保留时间和峰宽度这二个重要问题
11、，但它没有回答宽度也就是相应的理论板高究竟受哪些操作条件的影响。色谱理论色谱理论1952年Lapidus等对填充柱色谱过程做了较详细的研究，指出色谱过程中引起组分宽度扩张的因素主要是：1.沿柱流动方向的纵向扩散效应；2.组分在两相间的平衡不能瞬时达成，即它在两相交换时传质速度是有限的。2.速率理论速率理论这就是著名的范底姆特方程。也可把Van Deemter方程描述为：22222220.0182(1)(1)fPPgLdDkdkHdUUUkDkD/HAB UCU可图示为：最低板高：最佳流速：min2HABC/optUB C色谱柱系统色谱柱系统Chromatographic Column Syst
12、em第二部分第二部分:色谱拄是色谱分析的色谱拄是色谱分析的“心脏心脏”，是实现分离，是实现分离的得力工具。的得力工具。色谱柱是色谱分析的心脏色谱分析是分离方法，完成分离任务的色谱柱十分重要。固定相柱内不移动、起分离作用的物质，有固体和液体之分。1 气固填充色谱柱固定相为吸附剂，有以下特点：1)较大的比表面大于200M2/克2)较好的选择性3)良好的稳定性4)使用方便1.1 传统固定相活性炭(Activated Carbon)非极性，分析永久性气体氧化铝(Alumina)中等极性，分析气体混合物硅胶(Silica Gel)氢键型，分析小分子烷烃分子筛(Molecular Sieves)强极性，永
13、久性气体活性炭分离气体混合物氧化铝分离汽油分子筛分离永久性气体1.2 传统固定相改性针对各自的固有弱点而展开：结构改性结构改性主要为扩大表面毛细孔径，使其比较均匀化学改性化学改性除去表面的活性基团(-OH等)氧化铝用不同浓度的KF改性作用不同 F浓度低生成AlF3 填孔 F浓度高生成AlF63-扩孔1.3 新型气固色谱固定相石墨化炭黑(Cabopack系列，GCB系列)：加热使炭黑成片状石墨化结构，选择性提高，色谱峰形改善。碳分子筛(TDX系列等)：是高分子产品，对-CH2-保留强。多孔硅胶(Porasil系列等)：分离性能提高。高分子多孔小球(Porapak,Chropmosorb等):既是
14、吸附剂又是载体，效果好。Poropak 固定相结构苯乙烯苯乙烯-二乙烯苯共聚体小球二乙烯苯共聚体小球碳分子筛分离含硫化合物1.空气 2.硫化氢 3.氧硫化碳4.三氧化硫 5.甲基硫醇 6.二硫化碳上试402有机载体 粒度：20/80目，柱长：2米4mm，柱温：160 载气：H2 25ml/分 Poropak Q 测溶剂中水 1.6英尺英寸(0D)SS.Porapak Q(150-200目)TC=220,He 37ml/min,TCD 2 气液填充色谱柱在惰性固体表面涂渍高沸点有机化合物，以其特殊的性质进行分离。惰性固体载体有机化合物固定液1.气液色谱载体分为硅藻土硅藻土和非硅藻土非硅藻土两大类
15、，基本要求为：1)表面积大，孔径均匀表面积大，孔径均匀：承载更多固定液，并使液膜薄而均匀。2)惰性好惰性好：能附着固定液且不和样品反应。3)热稳定性和机械强度好热稳定性和机械强度好：保证柱效4)粒度均匀粒度均匀：便于填充1.1 硅藻土载体(Diatomite Suport)由具有一定气孔的单细胞海藻残骸堆积而成，因此硅藻土保持了海藻的多孔结构.1)硅藻土载体性质两种硅藻土载体的化学组成、内部结构基本相似，但表面结构大不相同，性能也不同。品种特点承载固定液用途机械特性比表面催化性能红色好大4 m2/g强多可达40%分析非极性样品白色差小1 m2/g弱少可达20%分析极性样品2)载体吸附作用载体表
16、面具有硅醇(Si-OH)和硅醚(Si-O-Si)结构，且有少量金属(如铁、铝)氧化物(特别是红色载体)，故表面存在着氢键和酸碱活性作用点，是引起载体吸附甚至化学反应或催化反应的根本原因。3)吸附作用的消除酸洗酸洗：目的是除去载体表面上铁等金属氧化物碱洗碱洗：目的是除去载体表面Al2O3等酸性杂质 硅烷化硅烷化：目的是消附载体表面的硅醇基团，减弱生成氢键作用力。此法可拓展应用于特殊基团的引入釉化釉化：目的是堵塞载体表面的微孔和改变表面性质 加脱活剂加脱活剂：用表面活性剂饱和(键合)载体表面的吸附中心。1.2 非硅藻土载体有多种类型，主要有：1)高分子小球高分子小球：(如前述)2)氟载体氟载体：可
17、分析腐蚀性气体或强极性物质，但柱效不高，且装填困难。3)玻璃微球玻璃微球：表面积小，渗透性好，但柱效低。载体名称 硅藻土载体玻璃球石英球氟 塑 料化学组成多孔硅藻土颗粒内含SiO2(6090%)Fe2O310%,Al2O3 3950%,MgO少量。硬质玻璃组成的小球(其成分随原料不同而异)主 要 成 份 为S i O2含 量 占90%以上一般为聚四氟乙烯或聚三氟氯乙烯催化性能有小小很小最高使用温度硅烷化350一般500250500180涂渍固定液的难易易易易难用途通用载体低固定液，能在较低温度下分离沸点较高的化合物与玻璃球使用相同，温度上限高。用于分离强腐蚀性和强极性化合物2.气液色谱固定液为
18、高分子有机化合物，在操作温度下必须呈液态，基本要求为：1)对组分有良好的选择性对组分有良好的选择性：使样品中各组分能彼此分离 2)蒸气压低蒸气压低：减少色谱柱固定液的流失 3)热稳定性和润湿性好好热稳定性和润湿性好好：保证柱效4)化学惰性好化学惰性好：不与组分、载体、载气发生不可逆的化学反应 5)凝固点低，粘度适当，成分稳定凝固点低，粘度适当，成分稳定：2.1 分子间作用力各组分之所以能在色谱柱中被分离，决定于分子间作用力的大小。作用力大的保留值大，留柱时间长，后出峰。主要有色散力色散力(非极性或弱极性分子之间的一种作用力)诱导力诱导力(极性分子与非极性分子之间使非极性分子极化而产生的力)2.
19、1 分子间作用力定向力定向力(极性分子间的永久偶极矩所引起分子间的一种作用力)氢键作用力氢键作用力(特殊的定向作用力)选择性分子间作用力选择性分子间作用力的研究有很好前景。是我系金松寿教授金松寿教授和郑小明教授郑小明教授发现并提出的，也是“超分子化学”理论的不同表述。1)集团结构适应理论在色谱分离中，有许多反常例子，出峰顺序与常规分子间作用力大小有违(20种典型化合物在12种固定相上201个相对保留数据中有66个与预测值不相符)。由于分子中存在着各种集团，不同分子间的集团在电子性质及空间因素上各有不同。当它们互相适应时就能相互耦合，发生较强作用，宏观体现为后出峰。当它们不相适应时，虽有集团存在
20、亦无这种加强作用。换言之，分子间引力存在某种选择性。金、郑两教授于20世纪70年代初提出了“集团结构适应集团结构适应理论理论”。2)选择性分子间力例例：1,4-二氧六环(dioxane)的偶极矩为0.3D，在含O、N原子的固定相上的tR远大于醇(1.7D)、酮(2.7)、酯(1.8D)和醛(2.5)。2)选择性分子间力在“集团结构适应理论”的基础上并进一步研究后，他们提出了“选择性分子间作用力”理论，详细论述了“选择性”的状况，并尝试着进行了定量化描述的研究，先后发表论文近60篇。Jin Songshou and zheng Xiaoming,Selective Intermolecular
21、Force and Adaptability of Group Structure,Hangzhou University Press,1993.孙得志,分子识别过程中的热力学半定量研究,浙江大学博士学位论文,1999年年 郭伟强，分子识别原理在色谱保留值定量化描述中的应用研究 ,浙江大学博士学位论文,2002年年 2.2 固定液分类 A、按极性分、按极性分：可根据被测物极性的大小来查阅，方便地寻找极性相似的固定液作替代品 方法选3根柱子：,氧二丙腈，角鲨烷，待测柱选两个评价物：苯环己烷测相对保留值计算相对极性：logitqt苯环己烷112100 1xxqqPqq按20为一级分类B.固定液特征
22、常数概述以不同性质的多种物质分别考察某固定液，将得到不同结果。将这些数据按一定的规律归类，并命名为特征常数。由Rohrschneider于1966年首先提出，后由McReynods修正。1)评价物及意义罗氏罗氏作用情况作用情况符号符号麦氏麦氏苯苯电子给予体电子给予体X苯苯乙醇乙醇质子给予体质子给予体Y丁醇丁醇丁酮丁酮定向偶极力定向偶极力Z戊酮戊酮-2硝基甲烷硝基甲烷电子接受体电子接受体U硝基丙烷硝基丙烷吡啶吡啶质子接受体质子接受体S吡啶吡啶固定液XYZUSSE-301655446642Apiezon L3222153242XE-60204381340493367XF-1125204381340
23、493367OV-1011757456743SP-21001757456743QF-1144233355463305PEG 20M3225363685725102)特征常数的应用1)判断固定液性质(极性大小、对哪类样品保留大)。2)选择替代品(常数基本相同的便可替代)。3)判断峰形好坏(在某固定相上已拖尾，则在常数值大的柱上拖尾将更严重)。4)判断出峰顺序(常数值大的后出峰，且两数值之比大于1.5，可认为能很好分离)。5)用于合理选择固定相(根据样品中不同组分的主要性质差异，合理选择相应参数差值大的固定液)。2.3 固定相的优选固定相众多，实验室不可能也没必要配全。推荐用固定相主要有：名 称缩
24、写麦氏常数和D值Tmax1 角鲨烷SQ001502 甲基硅油SE-30,OV-101205-2291003503 苯基(10%)甲基聚硅氧烷OV-34231943504 苯基(20%)甲基聚硅氧烷OV-75922713505 苯基(50%)甲基聚硅氧烷DC-710,OV-17827-8843773756 苯基(60%)甲基聚硅氧烷OV-2210754883507 三氟丙基(50%)甲基聚硅氧烷OV-10,QF-11500-25507092758 氰乙基(25%)甲基聚硅氧烷XE-6017858212509 聚乙二醇-20000PEG-20M2308105222510 聚乙二醇二乙二酸酯DEGA
25、2764129520011 聚丁二醇二乙二酸酯DEGS3504161220012 1,2,3-三(2-氰乙氧基)丙烷TCEP414518851752.4 键合固定相以分子键的形式将固定液键合到适当的载体上，减少流失损失。再适当胶联聚合，进一步提高性能，尤其是对毛细管柱。主要的键和体系是以PEG系列为对象。引入特殊基团可提高柱选择性(类似于具有选类似于具有选择作用的螯合树脂择作用的螯合树脂)。键合固定相G 毛细管电泳柱的制备：SiSiONaOHSiSiOHONaH /H O+2SiSiOHOHSiSiOHSiSiOHSiSiOHOH+(MeO)SiCH CH CH NH22223SiSiOOSi
26、OCHCH CH CH NH22223+NOCl2+NO232222CH CH CH NHOCHSiOOSiSi3222CH CH CH NHOCHSiOOSiSiNO2NO2键合固定相G 特种液相色谱柱制备：+H2NCH2CH2CH2Si(OC2H5)31351408hSiOCH2CH3CH2CH2CH2NH2OHIOHOO+ClSHOOISiOCH2CH3CH2CH2CH2NHSOO1hOO2.5 混合固定相单一固定液不能满足分离需要时可考虑用混合柱。混合模式：混合涂 混合装 单柱串联前两法的效果基本相近，较另一法好。混合固定相配比选择可用窗口法求出合适的固定液比混合固定相配比选择2.6
27、程序柱按预先设置的程序，按一定方式装填固定相而制成的柱子。可改变的因素有：液载比、载体粒度、装填长度。组合恰当，可得很好的分离效果。2.7 固定液选用原则“相似相溶原则相似相溶原则”被分离样品为非极性物质，一般选用非极性固定液。被分离的样品为极性物质，则一般先用极性固定液。被分离样品为极性物质(或易被极化物质)和非极性物质的混合物，一般也选用极性固定液 被分离的样品若为形成氢键的物质，一般选择极性或氢键型固定液被分离样品为具有酸性和碱性(吡啶类)的极性物质，会产生严重拖尾，一般选用极性固定液，并加酸性或碱性减尾剂固定液选用原则 被分离样品为异构体，一般选用强极性或有特殊作用力的固定液 被分离样
28、品为不同族的混合物，视具体情况而定，或用单一固定液，或用混合物固定液。固定液虽是高沸点有机物，但也不能在太高的温度下使用。该限制温度即谓最高使用温度，它应比相应固定液的沸点低大约150200。超过最高使用温度可能使固定液变质，产生流失现象或者缩短色谱柱的寿命。有的固定液使用温度有一个“下限”，即最低使用温度。低于此温度，固定液溶解被测组份的能力降低，或分离效果很差。如二甲基硅橡胶最低使用温度为100125、阿匹松L的最低使用温度为75、六环聚苯醚的最低使用温度为75等等。毛细管气相色谱分析毛细管气相色谱分析一、毛细管柱与填充柱的区别一、毛细管柱与填充柱的区别 柱温参数毛细管柱填 充 柱柱长(m
29、)内径(mm)填充物粒度总柱效(板数)柱前压(MPa)样品量(l)分析对象201000.10.72m或无填充物几万到几十万0.050.10小于0.01可分析复杂组份1.52.480100目150080000.20大于0.5简单样品分析与填充柱相比，毛细管柱的特点为：分离效能高分析速度快样品用量少可在几十分钟内分离出包含几百种化合物的汽油馏分，然而样品用量仅有数微克在快速分析方面，可在几秒钟内分离含十几个组份的样品。传质阻力小，可用长柱，并得高的总柱效。渗透性大，分析速度快色谱动力学认为：填充柱可看作是一束长毛细管的组合，其内径约等于粒子粒度，因其弯曲弯曲，多径扩散多径扩散严重，故理论板数少。毛
30、细管柱完全没有这些缺陷，故理论板数可高大106数量级。其独特的特点在于用毛细管柱，有利于：提高色谱分离能力加快色谱分析速度促进色谱的应用 二、毛细管色谱法的相关理论二、毛细管色谱法的相关理论UCUCUBAHg1/填充柱UCUCUBHg1/毛细管1毛细管柱的速率方程：毛细管色谱理论和填充柱色谱理论基本相同，但各有特色，对操作条件选择有指导意义。其表达式为：UDdKKUDKdKUrDdHfgpgp122222)1(32)1(01.022UDdkkUkkkDrUDHlfgg22222)1(32)1(2411612填充柱：毛细管柱：在毛细管柱，柱内只有一个流路，故多径项2dp为0，弯曲因子=1，且用其
31、液膜厚代替了填充柱中载体的颗粒直径dp。比较两式可得：2毛细管柱的最小理论板高毛细管柱的HU图也是一个双曲线，在U值是最佳值时，H值最小。式中Cg、C1的大小取决于分配系数及柱的几何性(以相比为代表)，但一般毛细管柱液膜薄，值较大，液相传质阻力C1项不起控制作用。21min)(CCBHg当被测物质的k10时，如果每米理论板数大于1000/d时，则所用柱子的性能较好222min)1(31161KKKrBCgHK值不同时的HminkHmin(r)kHmin(r)0123456780.581.221.451.561.641.681.721.741.769102040608010010001.7751
32、.7881.851.881.891.8971.901.912表中为K值很大时最好柱效(每米板数)值，其值由H/L=1000/d 一般认为直径在0.10.7mm较好 小于0.1mm，入口压力增加，柱负荷减少 大于0.7mm，虽柱负荷增大，但柱效下降目前流行0.53mm的大口径管，不必分流。D(mm)0.50.330.210.1N/L200030005000100003载气线速从速率方程可知，最小板高时的最佳线速为：如果Cl很小，则有：lgoptCCBU221161)1(34KKKrDCBUggopt可见，细管径，轻载气更适合于快速分析。载气柱半径r(cm)Uopt(cm/秒)K值氢0.010.0
33、150.020.036921461434.510.52370氮和氩0.010.0150.020.03288195.31449.32.70K=0Uopt=6.9Dg/r K=Uopt=2.1Dg/r 4样品容量样品容量即允许进样量。样品容量即允许进样量。每根柱有确定值对毛细管柱，取决于色谱柱中固定液的含量。进样量超过允许量后柱效降低，色谱峰色谱峰展宽，出现不对称峰展宽，出现不对称峰。一根色谱柱的最大允许进样量，约为一块理论板的有效体积。可见最大允许进样量与柱半径、柱长、柱半径、柱长、分配比分配比成正比，与塔板数塔板数成反比)1(42KLndVn柱内径与柱容量的关系柱内径(mm)液膜厚(m)最大样
34、品量(ng)0.10.220.320.500.120.120.141.21.102.50510030300比较填充柱和毛细管柱的柱容量一根长20米，内径为0.25毫米的毛细管柱，一般可涂上6 mg的固定液，柱内体积而一根长两米，内径3毫米的不锈钢填充柱，柱内体积按12：100的液载比，可涂上800mg固定液。可见，一根2米长的填充柱中固定液的含量是一根20米长毛细管柱中固定液含量约150倍，故允许进样量也在一百倍以上。mlV982.00125.0100202毛mlV1.1415.010022填5、柱效能毛细管柱每米塔片数通常在20005000之间，长20米的毛细管柱总柱效为4万至10万。填充柱
35、每米塔片数在10001500之间，长2米的填充柱的柱效为20003000所以毛细管柱的总柱效可以比填充柱高10100倍倍。136.2isrNR根据上式，分离度正比于总塔片数N。即 毛细管柱毛细管柱色谱总效高，其分离效能也高色谱总效高，其分离效能也高。如果柱效高，K值也大是最理想的，目前流行大孔厚膜毛细管柱可望具有这两重性质。6、分析时间根据公式,样品的保留时间正比于柱长，在以氮为载气时，毛细管柱的线速可达16厘米/秒，而填充柱在4厘米/秒毛细管柱可采用很高的载气线速来缩短保留时间。且毛细管柱的K值比填充柱小，因此保留时间小。故：毛细管柱上可实现快速分析毛细管柱上可实现快速分析。)1(kULtR
36、三、毛细管柱的色谱系统三、毛细管柱的色谱系统与填充柱系统基本一样。因毛细管柱内径细，柱容量小，出峰快、峰形窄，因此对色谱仪本身(如进样系统、检测器、记录器等)有些特殊的要求。1、进样系统毛细管柱进样量必须极小(一般液样102103微升，气样约1微升)。要引进如此微量样品，可采用分流法进样。即在气化室出口分两路，绝大部分放空，极小部分进柱子，这两部分比例叫分流比分流比。分流法又分为动态法和静态法两种。对分流器的要求为使分流后的样品不改变组成：1、分流后样品混合物中各峰的相对大小应与未分流的严格一致。2、分析不同浓度的混合物时，峰面积必须正比于浓度。3、当柱温、分流比、流速改变时各色谱峰的相对大小
37、要保持恒定。A动态分流法是目前毛细管柱进样系统最常用的分流方法，不同仪器上的分流有不同的形式。1注射头；2进毛细管柱；3放空 AT形旁通管，B同心管，C反流T形旁通管，D改进同心管对分流器设计要求：整个分流器要保持在气化室的温度下，防止样品冷凝；分流前要有一定的混合体积，使试样、载气完全混匀，放空管体积至少要等于样品气化后的体积加载气体积。HP6820系统的分流装置这是Agilent公司2003年推出的新型号仪器HP 6820的进样口装置。此为分流模式。同时具有隔膜吹扫功能。HP6820系统的分流装置此为不分流模式。通常适用于口径较大的毛细管柱，如0.53mm的大口径柱。2、尾吹毛细管柱内流动
38、相流速低，流量小，组分会因柱后死体积突然增加而发生严重的纵向扩散，从而导致峰形展宽，有可能使在柱中以分离的组分在柱后再次重叠，影响分离。也可在使用FID时受阻于引入的H2压力而出柱困难。增加尾吹气将改善这一状况。3、检测器因流速低，且内径细，只能分析小量样品，约105106克，有的组份如占1.0%，则相当于107108克，要求高灵敏度检测器。快速分析时因峰宽只有几秒或少于1秒，要求检测器、记录器响应时间快，则检测器和记录器的时间常数，应少于最早峰峰宽的流出时间的1/20。适用的检测器有：高灵敏度的离子化检测器，常用FID。(灵敏度高，死体积趋近于零，响应时间快等。)也可用氩离子化和电子捕获检测
39、器，此时需在毛细管出口外加吹洗气以降低检测器死体积。也可应用特制的微型热丝检测器，微型热敏电阻检测器，但因其属于非商品化检测器，使用频率不高。4、记录系统因毛细管色谱峰很窄，应配备快速记录系统。曾经用示波仪或电流计型记录器记录，其满刻度笔速0.1秒。目前的各种色谱数据处理机和色谱工站已完全能满足记录系统的要求。5、毛细管柱的种类经典的毛细管柱为壁涂开管柱(WCOTWall Coated Open Tubular Column)。因其制备难、柱子的重复性差、内表面小、涂渍量小和值大，将导致有效塔板数和实际分离能力不高，且热稳定性也较差，故已几无人使用。其他的几种柱子及其性能如下。多孔层壁涂柱(P
40、LOTPorous Layer Open Tubular Column)：先涂上吸附剂或惰性固体于柱壁，再涂渍固定液。载体壁涂柱(SCOTSupport Coated Open Tubular Column)：把载体和固定液同时涂于壁上制备而成。必须注意，以上两种柱子中的载体只是涂布于毛细管柱的壁上，而非充满整根柱子。熔融石英毛细管柱(FSOTFused Silica Open Tubular Column)：其表面惰性度好，能耐高温，最主要的是有弹性，不易折断。交联毛细管柱(CLOTCross-Linked Open Tubular Column)：涂好固定液后再用偶联剂交联键合，柱子性能有
41、很大改善，能耐高温，抗水、抗溶剂。大口径毛细管柱：一般口径在0.53毫米，液膜厚度为0.882.65微米，负载大，可不经分流而直接进样分析。微型填充柱(Micro-packed Column)：制备过程和填充柱基本相似，只是所填的载体粒度很小。微填充柱宽有很高的柱效，最低板高可达0.20.3毫米。环境检测实例用HP-WAX毛细管柱检测涂料溶剂，用程序升温模式可得到漂亮的谱图。海水中有机氯农药的残留量海水中有机氯农药的残留量检测：八组分依次为:-HCH、-HCH、-HCH、-HCH、,-DDE、,-DDD、,-DDT、,-DDTDB1701，30m0.32mm(id)0.25m石英毛细管柱；柱温
42、：70保持1min，以15/min升至220，保持10min；高效感温型杀螨剂苯丁锡原药甲醇萃取物的GC-MS总离子流图14:50的为双(2-甲基-2-苯基丙基)锡23:62的为 二(2-甲基-2-苯基丙基)-叔丁基-氢化锡RT:2.98-25.624681012141618202224Time(min)05101520253035404550556065707580859095100Relative Abundance13.568.079.4423.6213.998.1823.9123.2111.4922.4421.5317.9920.3114.5016.3012.1311.345.196.
43、397.259.598.243.66NL:2.78E6TIC MS bendingxizazhi_02HP-5色谱柱(30m0.32mm 0.25m)柱温：503min 15/min24010min，栀子花头香成分栀子花头香成分萜烯类化合物(如罗勒烯，香叶烯)共28种，占24.5；酯类化合物(如惕各酸酯类，苯甲酸酯类)共21种，占总挥发性化合物的13.6；醇类化合物(如芳樟醇，6-十一醇)共9种，其含量占44.7。RT:0.17-40.02246810121416182022242628303234363840Time(min)05101520253035404550556065707580859095100Relative Abundance16.5211.0715.7117.306.2711.4912.5315.2926.1113.5417.803.7321.9820.3526.372.2019.955.9922.459.589.3933.1424.0829.4735.2628.9730.9735.9838.96NL:1.10E8TIC MS zhizihua-3day_01HP-5弹性石英毛细管柱(30m0.32mm0.25m)；柱温：40停2min，3/min升至110停2min,再以5/min升至200，保持10min
