仪器分析技术凌悦菲58课件

凌悦菲仪器分析技术Contents目1熟悉色谱分离条件的选择原则2练习色谱分离条件的选择

录一、

载气种类和流速的选择1.载气种类的选择

载气种类的选择应考虑三个方面：载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质。

①载气摩尔质量大，可抑制试样纵向扩散，提高柱效。

②载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用较小摩尔质量的载气(如H2,He)，可减小传质阻力，提高柱效。

③热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高检测灵敏度。在氢焰检测器中，氮气仍是首选目标。

④在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性及来源是否广泛等因素。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则

2.载气流速的选择

作图求最佳流速。实际流速稍大于最佳流速（高10%左右），缩短时间。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则

对填充柱，N2作载气时，流速可选20-60mL/min，用H2作载气时，流速可选40-90mL/min；对毛细管柱，通常选用的流速为1-2mL/min。

对于一定的色谱柱和试样，有一个最佳的载气流速，此时柱效最高，根据VanDeemter方程式。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则

子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则色谱柱的选择（气固色谱和气液色谱表3-4）气-固色谱柱的选择气-固色谱柱的选择也就是固体固定相的选择。（1）固体固定相（吸附剂）：主要有强极性硅胶、中等极性氧化铝、非极性活性碳及特殊作用的分子筛。（2）使用范围：主要用于惰性气体和H2、O2、N2、CO、CO2、CH4

等一般气体及低沸点有机化合物的分析。气-液色谱柱的选择（1）固定液①对固定液的要求②常用固定液的分类③固定液的选择二、

固定相的选择（1）种类：主要有强极性硅胶、中等强度氧化铝、非极性活性碳及特殊作用的分子筛。（表3-5）（2）使用范围：主要用于惰性气体和H2、O2、N2、CO、CO2、CH4等一般气体及低沸点有机化合物的分析。（3）优点：比表面大、吸附容量大、热稳定性好、无流失现象，且制柱方便，价格便宜。（4）缺点：吸附线性范围小，进样量稍大就得不到对称峰；柱效低，制备重现性差；在高温条件下的催化活性会干扰分析；对某些组分会产生永久性吸附而影响柱的分离效能；由于吸附剂的种类少，应用范围有限；吸附剂在使用前需要先进行活化处理，然后再装入柱中制成填充柱再使用。1.固体固定相（吸附剂）子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则液体固定相由固定液和载体两部分组成，主要起分离作用的是固定液。2.液体体固定相（1）固定液对固定液的要求a.沸点高，挥发性小，热稳定性好，以免在较高柱温下发生固定液流失、造成色谱基线不稳、重现性差、柱寿命短等（一般根据固定液沸点确定其最高使用温度）。b.在操作柱温下呈液态（一般根据固定液的凝固点决定其最低使用温度），其黏度较低，以保证固定液能均匀地分布在载体上，并减小液相传质阻力。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则c.溶解度大并且具有良好的选择性，这样才能根据各组分溶解度的差异，达到互相分离。d.化学稳定性好，在操作柱温下，不能与载体以及待测组分发生不可逆的化学反应。常用固定液的分类固定液种类众多，其组成、性质和用途各部相同。主要根据固定液的极性和化学类型来进行分类。（表3-6）固定液极性是表示含有不同官能团的固定液，与分析组分中官能团及亚甲基相互作用的能力。通常用相对极性（P）的大小来表示。Β,β’-氧二丙腈的相对极性P=100，角鲨烷的相对极性P=0，其他固定液以此为标准通过实验测出它们的相对极性均在0-100之间。将相对极性值分为五级，每20个相对单位为一级，相对极性在0-1间的为非极性固定液；+2，+3为中等极性固定液；+4，+5为强极性固定液。（表3-7）子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则Β,β’-氧二丙腈C6H8N2OP=100,+5级角鲨烷C30H62P=0,0级每一级的极性用一个“+”表示，非极性固定液用“0”，或“-”

1～20为“+1”21～40为“+2”41～60为“+3”61～80为“+4”81～100为“+5”“0”为非极性固定液，+1～+2为弱极性固定液，+3为极性固定液，+4～+5为强极性固定液。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则固定液的选择选择固定液应根据不同的分析对象和分析要求进行。一般可按照“相似相溶”原理进行选择，即按待分离组分的极性或化学结构与固定液相似的原则来选择。a.分离非极性组分时，通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺序出峰，低沸点组分先出峰。b.分离极性组分时，一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。c.分离非极性和极性的（或易被极化的）混合物，一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极化的）组分后出峰。d.能形成氢键的试样，如醇、酚、胺和水的分离，一般选用氢键型固定液。此时试样各组分按与固定液分子间形成氢键能力大小的顺序流出色谱柱，易形成氢键的组分后出峰，不易形成氢键的组分先流出。e.对于复杂组分，一般可选两种或两种以上的固定液配合使用，以增加分离效果。f.对于性质不明的未知样品，可试用5种优选固定液。即让样品分别通过SE-30、OV-17、QF-1、PEG-20M和DEGS等5根柱子，观察其分离情况，然后再选用极性适当的固定液。（2）载体（担体）载体的作用是提供一个具有较大比表面积的惰性表面，使固定液能在它的表面上形成一层薄而均匀地液膜。对载体的要求a.载体比表面大，孔径分布均匀。b.载体表面应是化学惰性的，即无吸附性、无催化性。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则c.热稳定性好。d.载体机械强度好，不易破碎。载体种类a.硅藻土型分为红色硅藻土载体和白色硅藻土载体。这两种载体的化学组成基本相同，内部结构相似，但是它们的表面结构差别很大。

红色硅藻土载体由硅藻土与黏合剂混合后在900℃左右煅烧而成，因其含有少量的氧化铁而略带红色。

白色硅藻土载体由硅藻土和少量碳酸钠助熔剂混匀后在高于900℃的温度下煅烧而成，其中的氧化铁在助熔剂的作用下与硅质反应而转变成白色的硅酸钠铁盐，因此变成了白色的多孔性颗粒。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则硅藻土的化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等和有机质。SiO2通常占80%以上，最高可达94%。优质硅藻土的氧化铁含量一般为1~1.5%，氧化铝含量为3~6%。硅藻土的矿物成份主要是蛋白石及其变种，其次是粘土矿物—水云母、高岭石和矿物碎屑。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则b.非硅藻土型非硅藻土型载体包括聚合氟塑料载体、玻璃微球载体、高分子微球载体等。载体的预处理载体主要起承担固定液的作用，它表面应是化学惰性的，但实际应用中载体总是呈现出不同程度的催化活性，特别是当固定液的液膜厚度较小，分离极性物质时，载体对组分有明显的吸附作用，其结果是造成色谱峰严重不对称，所以载体在使用前必须预处理。a.酸洗法用6mol/L盐酸溶液浸泡载体2h，然后用水洗至呈中性，于110℃烘箱中烘干备用。酸洗可除去载体表面的铁等金属氧化物杂质。酸洗后的载体可用于分析酸性物和酯类样品。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则b.碱洗法将酸洗后的载体放在100g/L的氢氧化钠-甲醇溶液浸泡后过滤，再用甲醇和水洗至中性，在110℃烘箱中烘干备用。碱洗可以除去载体表面的Al2O3等酸性作用点。碱洗后载体可用于分析胺类碱性物质。c.硅烷化处理硅烷化处理是指利用硅烷化试剂处理载体，使载体表面的硅醇和硅醚基团失去氢键力，因而纯化了表面，消除了色谱峰拖尾现象。常用的硅烷化试剂有三甲基氯硅烷，二甲基二氯硅烷和六甲基二硅胺等。硅烷化处理后的载体只适用于涂渍非极性及弱极性固定液，而且只能低于270℃的柱温下使用。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则d.釉化处理将待处理的载体在20g/L的硼砂水溶液中浸泡48h，其间搅拌数次后，抽滤，并于120℃烘干，再在860℃高温下灼烧70min，在950℃下保持30min，最后再用开水煮沸20～30min，过滤烘干，过筛备用。处理过的载体吸附性能低，强度大，可用于分析强极性物质（对于一般极性和非极性样品，可不必用此法处理）。目前，市售载体有的已经处理过，过筛，用蒸馏水漂洗除去粉末（已硅烷化的载体应用无水乙醇漂洗）后即可使用（常选用60～80目或80～100目），涂渍前将载体放在105℃烘箱中烘4～6h，除去吸附在载体表面的水蒸气等。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则载体的选择选择适当载体能提高柱效，有利于混合物的分离。选择载体的大致原则是：a.若果液载比（指在固定相中固定液与载体的质量比，液载比的范围可以在0.05%～30%）较小，可选比表面较小的载体，如液载比＞5%，可选用硅藻土类担体；液载比＜5%，应选用处理过的硅胶土类载体；0.05%＜液载比＜3%，可选用比表面很小的玻璃微球等载体。b.腐蚀性样品可选耐腐蚀的载体，如氟载体、石英微球等；对强极性和高沸点组分，应选用比表面较小的载体，如玻璃微球、石英微球等。c.载体程度一般选用60～80目或80～100目；高效柱可选用100～120目。（表3-8）子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则3.合成固定相（1）高分子多孔小球高分子多孔小球（GDX）是以苯乙烯等为单体与交联剂二乙烯基苯交联共聚高分子多孔的小球，从化学性质上可以分为极性和非极性两种。这种聚合物在有些方面具有类似吸附剂的性能，而在另外一些方面又显示出固定液的性能。高分子多孔小球作为固定相主要具有吸附活性低、对含羟基的化合物具有相对低的亲和力、可选择的范围大等优点。高分子多孔小球本身既可以作为吸附剂在气固色谱中直接使用，也可作为载体涂上固定液后使用。在烷烃、芳烃、卤代烷、醇、酮、醛、醚、酯、酸、胺、腈以及各种气体的气相色谱分析中已得到广泛应用。高分子多孔小球在交联共聚过程中，使用不同的单体或不同的共聚条件，可获得不同分离效能、不同极性的产品。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则（2）化学键合固定相又称化学键合多孔微球固定相。这是一种以表面孔径度可人为控制的球形多孔硅胶为基质，利用化学反应方法把固定液键合于载体表面上而制成的键合固定相。这种键合固定相大致可分为硅氧烷型、硅脂型以及硅碳型等三种类型。同用载体涂渍固定液制成的固定相比较，化学键合固定相主要具有良好的热稳定性；适合于快速分析；对极性组分和非极性组分都能获得对称峰；耐溶剂。化学键合固定相在气相色谱中常用于分析C1～C3的烷烃、烯烃、炔烃、CO2、卤代烃及有机含氧化合物等。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则4.色谱柱的老化新柱子需老化处理后才能使用。目的：彻底除去固定相中残留的溶剂和某些易挥发性杂质；促使固定液更均匀、更牢固地涂布在载体表面上。老化方法：将色谱柱接入色谱仪气路中，将色谱柱的出气口（接真空泵的一端）直接通大气，不要接检测器，以免柱中逸出的挥发物污染检测器。开启载气，在稍高于操作柱温下（老化温度可选择为实际操作温度以上30℃），以较低流速连续通入载气一段时间（老化时间因载体和固定液的种类及质量而异，2～72h不等）。然后将色谱柱出口端接至检测器上，开启记录仪，继续老化。待基线平直、稳定、无干扰峰时，说明柱的老化工作已完成，可以进样分析。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则三、柱温的选择柱温直接影响色谱柱的使用寿命、柱的分离效能和分析速度。降低柱温可使色谱柱的选择性增大，有利于组分分离，但柱温过低，被测组分可能在柱中冷凝，或者传质阻力增加，使分析时间增加，色谱峰扩张甚至拖尾。升高柱温可缩短分析时间，有利于降低塔板高度，改善柱效，但同时分配系数减小，分离度下降，从而导致柱效下降。同时柱温不能高于色谱柱的最高使用温度，否则会造成固定液大量流失。一般通过实验选择最佳柱温，使物质既分离完全，又不使峰形扩张、拖尾。（表3-9）子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则柱温选择原则柱温应控制在固定液的最高使用温度和最低使用温度范围之内。使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取适当低的柱温，但以保留时间适宜、峰性不拖尾为度。柱温一般选择在组分平均沸点左右或稍低。对于组分复杂、沸程宽的试样，采用程序升温。程序升温不仅可以改善分离，而且可以缩短分析时间。（图3-30）

程序升温：即柱温按预定的加热速度，随时间作线性或非线性的增加。升温的速度一般呈线性的，即单位时间内温度上升的速度是恒定的，例如每分钟2℃，4℃，6℃等等。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则

在较低的初始温度，沸点较低的组分，即最早流出的峰可以得到良好的分离。随柱温的增加较高沸点的组分也能较快地流出，并和低沸点组分一样，也能得到较好的分离。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则1.丙烷（-42℃）2.丁烷（-0.5℃）3.戊烷（36℃）4.己烷（68℃）5.庚烷（98℃）6.辛烷（126℃）7.溴仿（150.5℃）

8.间氯甲苯（161.6℃）

9.间溴甲苯（183℃）

5℃/min子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则四、汽化室温度的选择适宜的汽化室温度既能保证样品迅速且完全汽化，又不引起样品分解。一般汽化室温度比柱温高30～70℃或比样品组分中最高沸点高30～50℃，就可以满足分析要求。当进样量较大时，汽化温度宜高些；当进样量较小时，汽化温度可低些。如果汽化温度过低，会使色谱峰变成前沿平坦后沿陡峭的展宽的伸舌峰，不利于分离；若果重复进样时出峰数目变化，重现性差，则说明汽化温度过高。一般在保证样品不分解的前提下，汽化温度高一些更好。五、检测室温度的选择检测室温度应高于或等于柱温。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则六、进样量的选择1.进样量进样量要适当，应控制在峰高或峰面积与进样量呈线性关系的范围内。若进样量过大，峰变宽，分离度变小，会出现重叠峰、平顶峰，峰高或峰面积与进样量不呈线性关系，无法定量；进样量太小，会因检测器灵敏度不够，导致有的组分不能检出。色谱柱最大允许进样量可以通过实验确定。方法：其他实验条件不变，进逐渐加大进样量，直至所出的峰的半峰宽变宽或保留值改变时，此进样量就是最大允许进样量。液体样品一般取0.1～5μL，气体样品一般取0.1～10mL。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则2.进样技术进样速度要快，在0.5s内完成。为保证良好的分离和重现性，在直接进样时应注意：（1）用注射器取样时，应先用丙酮或乙醚抽洗10次左右，再用被测试液抽洗10次左右，然后缓缓抽取一定量试液（稍多于需要量），此时若有空气带入注射器内，应先排除气泡后，再排去过量的试液，并用滤纸或擦镜纸吸去针杆处所沾的试液（千万勿吸去针头内的试液）。（2）进样后立即进样，进样时要求注射器垂直于进样口。（3）进样时要求操作稳当、连贯、迅速。进针位置及速度、针尖停留和拔出速度都会影响进样的重现性。一般进样相对误差为2%-5%。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则

色谱分离条件的选择原则

载气及线速选择载气种类的选择（1）考虑检测器（2）考虑有利于提高柱效能和分析速度。

载气流速的选择图中曲线最低店处对应的塔板高度最小，因此对应载气的最佳线速u最佳，在最佳线速下操作可获得最高柱效。相应的载气流速为最佳载气流速。一般采用比u最佳稍大的流速进行测定。子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则（2）载体（担体）载体的作用;对于载体的要求①载体的种类a．硅藻土型b.非硅藻土型：②载体的预处理a.酸洗法b．碱洗法c．硅烷化处理d．釉化处理③载体的选择选择载体的大致原则子任务1：熟悉色谱分离条件的选择原则（3）合成固定相气液色谱柱的制备（1）色谱柱柱管的选择与清洗①色谱柱柱形、柱内径、柱长度的选择②柱管的试漏与清洗方法（2）固定液的涂渍①固定液用量的选择②固定液的涂渍③