毛细管色谱讲义.ppt

1、12毛细管气相色谱，气相色谱可分为：填充柱气相色谱毛细管气相色谱也可分为：顶空气相色谱裂解色谱，气相色谱的特点及应用，气相色谱是一种成熟且广泛使用的分离和分析复杂混合物的方法。气相色谱主要利用物质的沸点、极性和吸附特性的差异来实现混合物的分离。可通过气相色谱直接分离的样品应具有挥发性和热稳定性，沸点一般不应超过500。据统计，已知混合物的20%至25%可以直接用气相色谱分析，其余原则上可以用液相色谱分析。流动相：载气的主要功能是将样品带入色谱系统进行分离，其对分离结果的影响相当有限。分离条件：选择载气后，改变色谱柱、柱温和载气流速来控制分离检测器。氢火焰离子化检测器对大多数有机化合物都很敏感，

2、最低检测限可能达到ng的技术难度。气相色谱条件参数的优化比液相色谱相对简单，分析成本较低。特殊应用：气固色谱法在永久性气体和低分子碳氢化合物的分离和分析中仍然是必不可少的。与液相色谱相比，气相色谱的主要特点和气相色谱的原理(综述和自学)，在气相色谱中，样品的每一种组分能否在色谱柱上分离主要是基于它们在固定液中的不同溶解度和蒸汽压。在色谱柱中，样品组分溶解在固定液中，形成溶液，固定液作为溶剂，样品组分作为溶质。由于样本量小。这种溶液可视为稀溶液(即溶质分子之间没有作用力)。气液色谱热力学主要根据溶液理论研究气相组分的行为、组分和固定液的形成性质以及溶质和溶剂之间的相互作用。(1)亨利溶液定律理论

3、，其中活度系数与溶质的性质和存在的环境有关，它是溶质和溶剂分子之间作用力的量度，也是气液色谱中组分和固定液体分子之间作用力的量度。载气是一种永久气体，气相中溶质浓度很低，它们之间的相互作用力可以忽略，所以气相接近理想气体。溶质在气相中的分压为：溶质在溶液中的蒸汽压为：载气和固定液中溶质的摩尔分数之比与分配系数有关，Nm和Ns分别为单位体积内气体和固定液的摩尔数。根据气体定律：上述公式表明，溶质分布系数与温度有关，还取决于组分与静止液体之间的相互作用力、组分的蒸汽压以及静止液体的量。对于两种不同的组分，它们的相对保留值为：填充气液色谱柱，固定液是气相色谱柱的核心，混合样品能否分离主要取决于固定液

4、。固定液体的分类原则可以是固定液体的化学结构和官能团、极性或形成氢键的能力。例如，气液色谱固定液按氢键可分为四类：强氢键固定相，如聚乙二醇弱氢键固定液，如-氧二丙基氰极弱氢键固定液，如苯基(50%)甲基硅氧烷非氢键固定液，如甲基硅氧烷和角鲨烷，气相色谱条件的选择是指色谱分析中使用的色谱柱(固定液、柱尺寸)、柱温和载气。这些条件通常在色谱图上标明。色谱条件的选择和优化可以参考色谱理论的解释。(1)色谱柱不锈钢柱；然而，在分析更多活性物质时，通常使用玻璃柱。内径为2-3毫米的色谱柱；长度为1-3 m。固定相选择：相似相溶解；静止液体和溶质之间的特殊作用力气相色谱中的流速表示：柱前流动；流过阀门和表

5、面柱；泡沫流量计柱中的平均速度；(3)柱温柱温的选择是气相色谱分析中最重要的因素之一。柱温的选择：样品沸腾范围的使用温度，柱温对分离的影响：相对于保留值的保留时间，柱效，峰高和峰面积；(4)进样方式和汽化室温度进样方式：直接柱头进样；六通阀取样汽化室的尺寸和温度：汽化室的温度应足够高，以保证样品瞬间汽化。(5)检测器和检测器温度热导检测器(TCD):它是根据各种物质具有不同热导率的原理设计的。它是浓度型的一般性质，即通用检测器。氢火焰离子化检测器是一种高灵敏度、宽线性范围的质量检测器(准通用检测器)，适用于含碳有机化合物的分析。氢火焰离子化检测器的工作原理是：当有机物进入氢火焰时，分解产生正负

6、离子；然后检测电场作用下的定向离子流。检测器温度：不应低于柱温，12.2毛细管气相色谱(高分辨率气相色谱)，毛细管气相色谱是指使用高分辨率毛细管柱分离复杂组分的气相色谱。它的出现是气相色谱发展史上的一个重要里程碑，将传统填充柱的分离效率和分析速度提高到了一个新的水平。1957年，戈莱发表了涂层毛细管气液分配色谱的理论与实践，首次提出了毛细管速度方程，实现了毛细管气相色谱分离。1979年，弹性应时毛细管的应用将毛细管气相色谱推向了高潮。固定化液体是20世纪80年代毛细管色谱的又一重要发展。它大大提高了色谱柱的稳定性，延长了色谱柱的使用寿命，进一步增厚了液膜，提高了色谱性能(例如，可以在高温下使用

7、)。毛细管柱(毛细管柱)，也称为开管柱或空心柱。大量实验证实，这种色谱柱的最大特点在于它的“中空”而不是“精细”。虽然色谱学家一再强调使用这种色谱柱时应使用正确的名称“开放柱”，但人们习惯称其为毛细管柱。1)毛细管柱的类型。传统毛细管柱的内径为0.10.3毫米，通常约为0.25毫米.根据内壁的状态，可分为：a .物理涂层形式：壁涂型开口管柱(wcot):固定液涂在毛细管内壁上，现在大多数毛细管柱都是这种类型。l多孔层开管柱(图):首先在毛细管内壁附着或沉积一层多孔固体，然后在多孔固体上涂上固定液。该技术在不增加液膜厚度的情况下增加了表面积和涂布量。这样可以增加进样量，有利于痕量分析。支撑涂层的

8、开管柱(scot ):首先，在毛细管内壁附着一层载体，如硅藻土载体，载体上涂有固定液。应该说SCOT是PLOT的一种特殊形式。尽管涂层毛细管柱具有较高的柱效，但其热稳定性和耐溶剂性较差。因此，固定化技术得到了发展。固定化形式，l键合毛细管柱：通过化学键合将固定液键合到涂有硅胶的柱表面或经过表面处理的毛细管内壁上。交联毛细管柱：在高温或辐射处理下，用交联引发剂将固定液交联到毛细管内壁。l粘接交联柱：它不仅交联固定液，而且粘接在管壁上。小口径色谱柱(微球色谱柱)是一种弹性应时毛细管，内径小于100米，一般为50米。这种毛细管用于气相色谱中的快速分析。这种色谱柱广泛应用于毛细管超临界这种塔以牺牲部分

9、塔效率为代价来增加塔容量和流速，以满足更换填料塔的要求。表12.1填充柱和毛细管柱的比较，2)速率方程，戈莱推导的毛细管速率方程：其中第一项是分子扩散项；第二项是流动型扩散项或气相传质项；第三项是液相传质。通过与范迪特-戈莱方程的比较，可以得出以下结论：(1)只有一条气流通道没有涡旋扩散项，即A=0；分子扩散项与填充柱相似，开放柱中没有扩散路径弯曲，因此路径弯曲因子=1；传质项相当于填料塔，而在Cm项中，R取代dp，Cm一般小于填料塔。将除u以外的实验参数视为常数，则：H=B/u (CsCm)u最佳线速度为： upt=B/(CScm)1/2=(B/cm)1/2=CDM/r最小塔盘高度为hmin

10、=2 (BCM) 1/2=r (16k11k2)这里仅说明提高单位塔长的塔效率，这不是最重要的原因。为什么填充柱不能像开放柱一样使用长柱？气液压缩性的重要区别柱压与流速或线性流速的关系柱阻力参数比渗透率、柱压和流动相线速度的讨论通常，柱的柱前压力较高，柱出口压力较低，压力沿柱的轴向流动方向降低。由于液体在实验压力下是不可压缩的，液相色谱柱中的压力沿色谱柱的轴向流动方向降低，流动相的线速度保持不变。在气相色谱中，由于气体是可压缩的，柱中每个轴向点的载气压力不同，这使得相应的载气线速度不同。因此，在气相色谱中，通常使用压力校正因子和平均速度来讨论问题。理论分析和实验结果表明，气相色谱柱中的压降是非

11、线性的。pi/po比值越大，非线性越严重，进口处变化越慢，靠近出口处变化越快。柱的前压力Pi、中间压力p和后压力P0，当Pi/Po太大时，在x/L0.5之后曲线变陡，导致非常高的线速度。3)毛细管色谱柱的特性，具有良好的渗透性：毛细管的比渗透性约为填充柱的100倍。在相同的柱前压力下，可以使用更长的毛细管柱(例如超过100米)，而载气的线速度可以保持不变。例如，2.4m填料塔的塔压降为2.5e6pa，在相同的塔压降下，内径为0.27mm的WCOT塔和内径为0.5mm的SCOT塔可分别用于192m和250m。这是毛细管柱柱效率高的主要原因。大于():大于，传质更快，有利于提高塔效率；小k值的实现

12、有利于快速分析。毛细管柱具有液膜厚度小、柱效高、柱渗透率高等优点，可以利用较高的线性流速缩短分析时间。从单位柱长的柱效来看，毛细管柱和填充柱在同一数量级，但毛细管柱的长度可以比填充柱长12个数量级，因此其总柱效比填充柱高得多，从而大大提高了分离复杂混合物的能力。总之，毛细管柱具有较高的渗透率，因此可以采用长柱和高载气速度还原分析技术来保持较高的柱效和快速分离。小柱容量毛细管柱允许少量样品注入。这需要更高的采样和检测技术。进样量取决于色谱柱中固定液体的含量。由于毛细管柱只涂有几十毫克的固定液，液膜厚度为0.351.5米，柱容量小，一般进样量为103105升，因此有必要采用分流进样技术。4)毛细管

13、色谱柱的制备。由于色谱柱制备技术的复杂性，一般用户通常使用商业色谱柱。例如OV-101、聚乙二醇-20、硒-54等。固定液的固定：首先，固定液分子中的官能团与柱的内表面化学键合，形成稳定的液膜，称为固定液的键合；另一方面，固定液体的分子被化学结合和交联以形成覆盖毛细管内表面的网状大分子，其变成不可提取的液体膜，这被称为交联)；静止的液体。在最后一种情况下，固定液体的分子不仅与内表面形成化学键，而且自身交联成网状大分子，即键合交联法。毛细管气相色谱过程，载气源压力调节流量调节分流器取样器色谱柱检测器流量计数据处理系统，温度效应，流量控制，压力-流量调节系统：电子压力控制(EPC)恒流模式恒压模式

14、，压力-流量调节系统，压力-流量调节系统：减压高压气体，稳定流量和压力，使色谱系统具有优异的准确性和重现性。现代高档气相色谱仪采用高精度电子压力控制(EPC)或电子流量控制(EPC)技术，使系统的稳定性和重现性达到一个新的高度。电子压力控制(EPC):利用电子压力传感器和电子流量控制器，通过计算机实现压力和流量的自动控制。1)毛细管气相色谱仪，毛细管气相色谱仪系统与普通气相色谱仪基本相同。然而，毛细管色谱柱不是随机安装在普通填充柱色谱仪上的。由于毛细管柱体积流量小、柱容量小、峰值输出快等特殊性，毛细管气相色谱仪对气路、进样、检测和记录也有一些特殊要求。(1)气路系统、气相色谱进样系统、载气、吹

15、扫气、分流气和分流进样功能：毛细管柱中载气的体积流量远低于填充柱中载气的体积流量，因此样品从气化室冲洗到色谱柱需要很长时间，导致进样器色谱区严重膨胀。此外，柱容量小，并且不可能通过使用常规注射方法来控制如此小的注射量。尾气路径功能：由于毛细管柱中载气的体积流量很小，进入检测器后会突然减速，导致色谱峰扩大。为了减少光谱带扩展和调整氢火焰检测器的灵敏度，使氢氮比达到1左右，必须在色谱柱出口加入辅助尾气。(2)进样技术“阿喀琉斯之踵”毛细管柱的柱容量非常小，因此进入色谱柱的样品量不应超过0.01-0.001升，以免色谱柱过载。实验表明，用普通的微量注射器不可能准确地注射这么小的样品。因此，毛细管气相

16、色谱应采用特殊的进样技术。分流进样所谓的分流进样是指样品立即蒸发并与载气混合，这样一小部分样品进入色谱柱，大部分样品被排空。通常，该仪器在气化室的出口处将载气分成两路，大部分载气被排空，而极小部分载气流入色谱柱。所谓的不分流是当样品被注入时，分流阀被关闭，样品在气化室中蒸发成蒸汽，该蒸汽通过载气被送到毛细管柱。未分割注射系统和分割注射系统的区别在于，在分割管和分割阀之间有一个缓冲空间。注射期间，分流电磁阀关闭，但注射隔膜吹扫气体(2mL/min)始终保持不变。一段时间后(3090秒)，大部分溶剂和溶质蒸汽进入色谱柱，电磁阀打开。气化室中剩余的溶剂和溶质通过分流阀被吹走。不管流入样品，大部分样品进入色谱柱，避免分离歧视，尽可能消除溶剂尾。