第二节填充柱气相色谱

第二节填充柱气相色谱第1页，共63页，2023年，2月20日，星期一填充柱气相色谱第2页，共63页，2023年，2月20日，星期一第3页，共63页，2023年，2月20日，星期一固体固定相聚合物固定相液体固定相第一节气相色谱的固定相混合组分在色谱柱上能否分离，主要取决于所用固定相，选择固定相是GC的关键问题固定相主要分三大类：

第4页，共63页，2023年，2月20日，星期一

常用固体吸附剂主要有强极性的硅胶，弱极性的氧化铝，非极性的活性炭和特殊作用的分子筛等。使用时，可根据它们对各种气体的吸附能力不同，选择最合适的吸附剂。主要用来分析永久性气体和一些低沸点物质。一．气固色谱固定相

第5页，共63页，2023年，2月20日，星期一二、聚合物固定相它既起固定液作用直接用于分离，也可作为载体在其表面涂渍固定液后再用。由于是人工合成的，可控制其孔径大小及表面性质。圆球型颗粒容易填充均匀，数据重现性好。在无液膜存在时，没有“流失”问题，有利于大幅度程序升温。这类高分子多孔微球特别适用于有机物中痕量水的分析,也可用于多元醇、脂肪酸、脂类等的分析。第6页，共63页，2023年，2月20日，星期一三、气液色谱固定相

载体(担体)和固定液组成气液色谱固定相。

1.载体(担体)——承载固定液的惰性物质（l）对载体的要求①表面呈化学惰性，没有吸附性或吸附性很弱，更不能与被测物或固定液发生反应；②热稳定性好，使用温度下不分解、不变形、无催化作用；③具有一定机械强度，处理过程中不易破碎；第7页，共63页，2023年，2月20日，星期一具有合适的表面积和良好的孔穴结构，使固定液能均匀地分布成一薄膜，以便与试样的接触面较大，但载体表面积不宜太大，否则犹如吸附剂，易造成峰拖尾；较大的孔隙率，以便减小柱压降。

形状规则、粒度均匀。

没有完全符合上述要求的载体，硅藻土载体相对更接近这些要求，是气相色谱填充柱中使用最为普遍的载体。第8页，共63页，2023年，2月20日，星期一（2）载体的种类

大致可分为硅藻土和非硅藻土两类。硅藻土载体是目前气相色谱中常用的一种载体（20m2/g），它是由单细胞海藻骨架组成，主要成分是二氧化硅和少量无机盐，根据制造方法不同，又分为:白色载体和红色载体

第9页，共63页，2023年，2月20日，星期一第10页，共63页，2023年，2月20日，星期一红色载体和白色载体

红色载体:

是将硅藻土与粘合剂在900℃煅烧后，破碎过筛而得，因铁生成氧化铁呈红色，故称红色载体，其特点是表面孔穴密集、孔径较小、比表面积较大。对强极性化合物吸附性和催化性较强，如醇、胺、酸等极性化合物会因吸附而产生严重拖尾。因此它适宜于分析非极性或弱极性物质。国产：6201，201；301等。

白色载体:是将硅藻土与20％的碳酸钠（助熔剂）混合煅烧而成，它呈白色、比表面积较小、吸附性和催化性弱，适宜于分析各种极性化合物。国产：101，102系列，英国和美国的Chromosorb系列等。第11页，共63页，2023年，2月20日，星期一比较两种载体的优缺点

红色载体白色载体柱效较高较低强度高低比表面大（3~10m2/g）小（1~3m2/g）活性中心有少适宜涂渍非极性固定液极性固定液适于分离非极性、弱极性化合物极性化合物第12页，共63页，2023年，2月20日，星期一常见的载体载体特点用途产地白色硅藻土载体

101，102白色载体PH>7略呈碱性

适用于涂渍极性固定液，分析极性或碱性物质

上海试剂一厂

101,102硅烷化白色载体

经过硅烷化处理

分析氢键型化合物

上海试剂一厂

Celite545Chromosorb（A、G、W）比表面积1.0m2/g，极性小

一般应用

英国，

美国

第13页，共63页，2023年，2月20日，星期一载体

特点

用途

产地

红色硅藻土载体

6201载体，201载体

PH<7略呈酸性

分离非极性和弱极性物质

大连红光化工厂，上海试剂一厂

釉化6201载体，301载体

性能介于红色担体与白色担体之间

大连红光化工厂，上海试剂一厂

C－22保温砖

比表面积4.1~6m2/g一般应用

英国

ChromosorbP比表面积4.0m2/g非极性物质的分离

美国

GaschromR比表面积4.1~6m2/g美国

Chezasob比表面积3.0m2/g一般应用

捷克

第14页，共63页，2023年，2月20日，星期一

非硅藻土载体有有机玻璃微球，聚四氟乙烯，高分子多孔微球载体等。这类载体常用于特殊分析，用于极性样品和强腐蚀性物质HF、Cl2等分析。但由于表面非浸润性，其柱效低。

（3）载体的表面处理

硅藻土载体表面不是完全惰性的，具有活性中心。如硅醇基

或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾。因此，使用前要进行化学处理，以改进孔隙结构，屏蔽活性中心。处理方法有酸洗、碱洗、硅烷化及添加减尾剂等。第15页，共63页，2023年，2月20日，星期一（i）酸洗：用3-6mol·L-1盐酸浸煮载体、过滤，水洗至中性。甲醇淋洗，脱水烘干。可除去无机盐，Fe,Al等金属氧化物。适用于分析酸性物质。（ii）碱洗：用5%或10%NaOH的甲醇溶液回流或浸泡，然后用水、甲醇洗至中性，除去氧化铝，用于分析碱性物质。第16页，共63页，2023年，2月20日，星期一(iii)硅烷化：用硅烷化试剂与载体表面硅醇基反应，使生成硅烷醚，以除去表面氢键作用力。如：常用硅烷化试剂有二甲基二氯硅烷（DMCS），六甲基二硅烷胺（HMDS）等。CH3CH3CH3CH3第17页，共63页，2023年，2月20日，星期一2．固定液—高沸点有机物

气相色谱柱的核心（l）对固定液要求：

在工作温度下固定液应是液体，不易挥发、不易流失（有较低蒸气压）

良好的热稳定性和化学稳定性

对载体良好的浸润能力，以便形成均匀液膜选择性好，对混合物有分离能力——固定液的选择性可用相对调整保留值2.1来衡量。对于填充柱一般要求2.1＞1.15；对于毛细管柱，2.1＞1.08。第18页，共63页，2023年，2月20日，星期一（2）组分分子与固定液间的作用力在气相色谱中，载气是情性的，且组分在气相中浓度很低，组分分子间作用力很小，可忽略。在液相中，由于组分浓度低，组分之间的作用力也可忽略。液相里主要存在的作用力是组分与固定液分子间的作用力，这种作用力反映了组分在固定液中的热力学性质。作用力大的组分，由于溶解度大，分配系数大。第19页，共63页，2023年，2月20日，星期一

这种分子间作用力是一种较弱的分子间的吸引力，它不像分子内的化学键那么强。它包括取向力、诱导力、色散力、静电力和氢键等作用力。前三种统称范德华力。而氢键力则与它们有所不同，是一种特殊的范德华力。

第20页，共63页，2023年，2月20日，星期一（3）固定液的分类

固定液有几百种，根据固定液的化学结构、官能团性质、固定液相对极性及分析对象有几种分类方法，目前最常用的是用相对极性表示。第21页，共63页，2023年，2月20日，星期一相对极性：1959年提出用相对极性P来表示固定液的分离特征。此法规定非极性固定液角鲨烷的极性为0，强极性固定液β，β′-氧二丙睛的极性为100．然后，选择一对物质（如丁二烯——正丁烷或环乙烷——苯）来进行试验。分别测定它们在氧二丙腈、角鲨烷及待测固定液的色谱柱上的相对保留值，将其取对数后，得到:第22页，共63页，2023年，2月20日，星期一

式中:下标1，2和X分别表示氧二丙睛，角鲨烷及被测固定液中丁二烯与正丁烷相对保留值的对数由此测得的各种固定液的相对极性均在0～100之间。一般将其分为五级，每20单位为一级。相对极性在0～+l之间的叫非极性固定液

+2为弱极性固定液+3为中等极性

+4～+5为强极性。非极性亦可用“－”表示。表中列出了一些常用固定液的相对极性数据。第23页，共63页，2023年，2月20日，星期一第24页，共63页，2023年，2月20日，星期一（4）固定液的选择

对固定液的选择并没有规律性可循。一般可按“相似相溶”原则来选择。在应用时，应按实际情况而定。（i）分离非极性物质：一般选用非极性固定液，这时试样中各组分按沸点次序流出，沸点低的先流出，沸点高的后流出。（ii）分离极性物质：选用极性固定液，试样中各组分按极性次序分离，极性小的先流出。极性大的后流出。第25页，共63页，2023年，2月20日，星期一（iii）分离非极性和极性混合物：一般选用极性固定液，这时非极性组分先流出，极性组分后流出。（vi）分离能形成氢键的试样：一般选用极性或氢键型固定液。试样中各组分按与固定液分子间形成氢键能力大小先后流出，不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的后流出。（v）复杂的难分离物质：可选用两种或两种以上混合固定液。对于样品极性情况未知的，一般用最常用的几种固定液做试验。第26页，共63页，2023年，2月20日，星期一常见的固定液

名称

英文和牌号

最高使用温度

/℃

常用溶剂

相对极性

适用对象（参考）

角鲨烷（异三十烷）

Squalane（SQ）

150乙醚、甲苯

－一般烃类及非极性化合物

阿皮松L（真空润滑脂L）

ApiezonL（APL）

300苯、氯仿

－

高沸点烃类、酯类、醚

甲基硅油

silliconoil（DC－200,DC－500,OV－1,OV101）

200～270甲苯、乙醚

－

非极性或弱极性化合物

第27页，共63页，2023年，2月20日，星期一名称

英文和牌号

温度最高使用

/℃

常用溶剂

相对极性

适用对象（参考）

二甲基硅橡胶

dimethylphthalate300～320氯仿＋丁醇（1：1）

＋1高沸点弱极性或非极性

邻苯二甲酸二丁酯

dibutylphthalateDBP100二氯甲烷、丙酮

＋2非极性和弱极性物

邻苯二甲酸二壬酯dinonylphthaalateDNP160乙醚、甲醇

＋2弱极性物质（醇、醛、酮

常见的固定液第28页，共63页，2023年，2月20日，星期一常见的固定液名称

英文和牌号

温度最高使用

/℃

常用溶剂

相对极性适用对象（参考）磷酸三甲苯酯

tricresylphosphateTCP130二氯甲烷、丙酮

＋2弱极性物质（醇、醛、酮

有机皂土

Bentone－34200甲苯

＋4芳烃

聚乙二醇（1500~20000）polyethylenegol（PEG或Carbowax）

80~200丙酮、乙醇、氯仿

氢键型

极性化合物，醛、酮、酯，分离芳烃和非芳烃

ββ＇－氧二丙腈

oxydipr-opionile(ODPN)

100甲醇、丙酮＋5芳烃和非芳烃分离，低级烃，含氧化合物

第29页，共63页，2023年，2月20日，星期一按分子间作用力对固定液分类不易极化非极性固定液易极化非极性固定液难成氢键的极性固定液能受质子的极性固定液给、受质子的固定液受质子力较强的固定液给质子力较强的固定液第30页，共63页，2023年，2月20日，星期一耐高温的气液色谱固定液325度以下的色谱叫做常温色谱高于325度的色谱叫做高温色谱分离100个碳以上的脂肪烃、原油中的有机金属化合物、聚合物中的添加剂、食品中的三甘油酸酯、环境中的多环芳烃等。高温色谱固定相中最常用的是端羟基聚硅氧烷，制备过程中与内壁交联键合。最高可达430度。第31页，共63页，2023年，2月20日，星期一选择性气液色谱固定液分离手性化合物、位置异构体等。1、手性固定相2、液晶和高分子液晶固定相3、冠醚和高分子冠醚固定相液晶：兼有液体流动性和晶体光学各向异性的液体第32页，共63页，2023年，2月20日，星期一操作条件一般靠理论、经验和参考文献进行选择一、载气及其流速的选择1.载气的选择常见的载气有N2、H2、He、Ar等惰性气体选用何种载气，从以下两方面考虑：检测器：热导检测器常用N2、H2、He作载气，火焰离子化、电子捕获、火焰光度检测器常用N2作载气流速大小：若需用流速大的载气可用分子量小，扩散系数大的

H2或He，减小气相传质阻力；相反若需载气流速小的载气，则可用分子量大，扩散系数小的N2或Ar为载气。第二节气相色谱操作条件的选择第33页，共63页，2023年，2月20日，星期一2载气流速的选择

流速严重影响分离效果和分析时间可以通过H－u曲线来选择。为缩短分析时间，可选比u最佳稍大的载气流速。一般为2u最佳第34页，共63页，2023年，2月20日，星期一二、载体和固定液含量的选择1.载体的选择载体的比表面积大，孔径分布均匀载体颗粒度适当小，可提高柱效常用60~80目或80~100目，筛分范围窄，颗粒均匀2.固定液及其配比的选择常采用固定液与固定液和载体总重量之比来表示，简称液载比，常用液载比为3~20%，现在倾向于低配比第35页，共63页，2023年，2月20日，星期一柱温是色谱分析的重要操作变量，柱温改变，会影响K、k，直接影响分离效果和分析速度提高柱温，改善气相、液相传质阻力，有利于提高柱效，缩短tR，但降低了k和选择性，不利于分离降低柱温，改善分离，但tR长一般在低液载比的情况下，降低柱温，得满意结果具体见下面表格：三、分离温度——柱温的选择第36页，共63页，2023年，2月20日，星期一柱温对分离效果的影响及选择柱温

分离效果及影响

选择

过高各组分k'下降，分离度R下降接近或略低于组分的平均沸点的温度。绝不能高于固定液使用温度。程序升温。

较低有利分离过低传质速率下降柱效下降，但tR长，甚至导致组分在柱内冷凝残留一般在低液载比的情况下，降低柱温，得满意结果。第37页，共63页，2023年，2月20日，星期一进样量应控制在色谱柱负载范围和检测器的线性范围之内。进样量太小，不易检测，太大，柱效下降一般地，液体试样量为0.1～10μL，气体试样量为0.1～10mL。进样器具：一般采用微量注射器或气体进样阀。进样速度：应该快速，一般一秒以内，以免原始区带过宽。进样温度（汽化室温度）：应能使样品迅速气化，但不能分解。一般比柱温高30～70oC。四、

进样量、进样方式和进样温度的选择第38页，共63页，2023年，2月20日，星期一五、检测器、汽化室温度的选择及对分析结果的影响氢火焰离子化检测器（FID）温度一般在100度以上，以防水蒸气冷凝，对控温的要求不严格。热导检测器（TCD）一般高于柱温，以防分析物在检测器中冷凝，温度升高会使灵敏度下降。汽化室温度的选择高于样品沸点

低于样品沸点导致汽化时间长，色谱峰展宽，柱效下降。第39页，共63页，2023年，2月20日，星期一六、

色谱柱柱长、柱径的选择色谱柱（填充柱）的材质一般采用不锈钢或玻璃。内径通常为2～6mm

长度为1～5m。柱长长可提高分离度（分离度与柱长的平方根成正比，而柱长又与分离时间成正比），因此在满足分离度要求的前提下，尽量采用短柱，以提高工作效率。第40页，共63页，2023年，2月20日，星期一

七、固定液的选择“相似相溶”原则

分离物质和固定液的极性、结构、官能团相似。

前提条件：同系物、相同官能团的混合物各组分在沸点上有差别时。例如：正构烷烃非极性固定液阿皮送、SE-30、SE-52醇类混合物聚乙二醇、聚酯等氢键型固定液脂肪酸(衍生化为甲酯)聚酯固定液脂肪酸三聚酸固定液第41页，共63页，2023年，2月20日，星期一固定液和被分离物分子之间的特殊作用力利用固定液的诱导力

分难极化和易极化的非极性化合物利用固定液的氢键力

分析物与氢键型固定液的双重作用力利用固定液的受质子力

给质子力不同的分析物与邻苯二甲酸酯类固定液利用固定液的给质子力利用形成超分子的固定液

配合物机理、空间结构、超分子识别第42页，共63页，2023年，2月20日，星期一非极性分子

通常仅由C和H组成，并且无偶极矩，正构烷烃是常见的非极性化合物的例子。极性分子

主要由C、H组成同时也有其他原子，如：N、O、P、S或卤素，样品包括胺类、酮类、醇类、硫醇、有机卤化物等。可极化物质

主要由C、H组成同时包含不饱和键，通常有炔和芳香族化合物。分析对象的极性分类第43页，共63页，2023年，2月20日，星期一常见气相色谱固定液极性、化学结构、适用对象第44页，共63页，2023年，2月20日，星期一第45页，共63页，2023年，2月20日，星期一第46页，共63页，2023年，2月20日，星期一第47页，共63页，2023年，2月20日，星期一第48页，共63页，2023年，2月20日，星期一第49页，共63页，2023年，2月20日，星期一第50页，共63页，2023年，2月20日，星期一第51页，共63页，2023年，2月20日，星期一第52页，共63页，2023年，2月20日，星期一用途：永久性气体和低沸点烃类的分析，在化工、石油等领域应用广泛理论依据：吸附等温线线性吸附等温线

理想状态对称色谱峰分析物浓度很低时朗格缪尔吸附等温线

色谱峰形是拖尾峰向上弯曲的吸附等温线

色谱峰是伸舌峰第三节气固色谱法第53页，共63页，2023年，2月20日，星期一气液色谱气液色谱气固色谱分配系数K小，保留时间短吸附系数K大，保留时间长吸附等温线的直线部分范围大，色谱峰对称吸附等温线的直线部分范围很小，色谱峰常常不对称重现性好，固定液批与批之间差异小，保留值重现性好吸附剂批与批之间差异大，保留值及分离性能不稳定固定液一般无催化性高温下一般吸附剂有催化性可用于高沸点化合物的分离一般情况下不适于高沸点化合物的分离，适于永久性气体和低沸点化合物的分离品种多，选择余地大品种少，选择余地不大高温下易流失高温下不易流失气固色谱与气液色谱的比较第54页，共63页，20