第三章气相色谱法

3.3气相色谱固定相色谱分离系统是色谱仪器中最为灵魂的部分，其中分离柱中固定相的组成与性质更是直接与分离效能有关。气相色谱柱可分为两类：一.用于气固色谱的固定相：固体吸附剂1.常用的固体吸附剂2.人工合成的固定相二.用于气液色谱的固定相：固定液+载体1.载体（担体）2.固定液及其选择三.新型合成固定相四.毛细管气相色谱柱一、气固色谱固定相——固体吸附剂该类型色谱柱是利用其中固体吸附剂对不同物质的吸附能力差别进行分离。主要用于分离小分子量的永久气体及烃类（H2，O2，CO，C1～C4烃类气体等)。这些气体在固定液中溶解度都很小，不易分离。而在固体吸附剂上，它们的吸附能力却各有差别，可获得较好的分离。1.常用固体吸附剂硅胶(强极性)、氧化铝(弱极性)、活性炭(非极性)、分子筛(极性，筛孔大小)2.人工合成固体吸附剂高分子多孔微球(GDX)：人工合成的多孔聚合物，既是载体又起固定液作用，可在活化后直接用于分离，也可作为载体在其表面涂渍固定液后再用；可控制其孔径大小及表面性质。高分子多孔微球可分为两类：非极性：苯乙烯+二乙烯苯共聚：GDX-1和2型（国产）；Chromosorb系列（国外）；极性：苯乙烯+二乙烯苯共聚物中引入极性基团：GDX-3和4型（国产）；PorapakN等（国外）。吸附剂主要成份Tmax/oC性质活化方法简述分离对象活性炭C300非极性苯浸+通过热水蒸汽+180oC烘干永久气体、非极性烃石墨炭黑C500非极性同上同上+高沸点有机物硅胶SiO2xH2O400氢键型HCl浸+水洗+180oC烘干+200oC活化(使用前)永久气体、非极性烃氧化铝Al2O3400弱极性200~1000oC活化烃+有机异构物+H同位素分子筛XMOyAl2O3zSiO2nH2O400极性350~550oC活化永久气体+惰性气体GDX多孔聚合物200不同极性170oC除水、通气活化水+气体氧化物+CH4+低级醇二、气液色谱固定相——载体+固定液气液色谱固定相由载体(Solidsupportmaterial)和固定液(Liquidstationaryphase)构成：载体为固定液提供大的惰性表面，以承担固定液，使其形成薄而匀的液膜。1.载体(也称担体)对载体的要求：粒度均匀、强度高的球形小颗粒；至少1m2/g的比表面(过大可造成峰形拖尾)；高温下呈惰性(不与待测物反应)并可被固定液完全浸润。载体类型：分为硅藻土型和非硅藻土型，前者又分为白色和红色担体。类型组成制备特点及应用红色担体：硅藻土+粘合剂900oC煅烧孔穴密集、孔径小、比表面大。对强极性化合物吸附和催化性较强，可使它们因吸附而拖尾。只适于非极性或弱极性物质。硅藻土单细胞海藻骨(SiO2+小量盐)白色担体：硅藻土+20%Na2CO3煅烧与红色担体性质和特点不同。白色担体适于极性物质。非硅藻土有机聚合物人工合成：有机玻璃球,氟,GDX载体由于表面难以浸润，只用于一些特定组分分析。载体表面处理：硅藻土含有硅醇基(—SiOH)、Al2O3、Fe等，也就是说，它具有活性中心而不完全化学惰性，使色谱峰产生拖尾，需进行化学处理。其处理过程如下：方法处理过程说明酸洗3-6MHCl浸煮过滤，水、甲醇淋洗、烘干除去Al和Fe铁等的氧化物。用于分析有机酯和酸。一些拖尾，可加H3PO4或KOH添加剂解决。碱洗5-10%NaOH甲醇液回流，水、甲醇淋洗、烘干除Al2O3酸性作用点。用于胺类等碱性物质。硅烷化加入DMCS或HMDS等硅烷化试剂，使与-SiOH反应除去表面氢键活性中心。适于分析易生成氢键的组分，如水、醇和胺。釉化2%Na2CO3浸泡担体，过滤得滤液再水稀3倍，用稀滤液淋洗担体，烘干后再高温处理表面形成釉层：屏蔽、惰化表面活性中心，并堵塞一些微孔，其孔隙更均匀，可减小峰形拖尾，提高柱效。2.固定液及其选择固定相是液体，称为固定液．一种高沸点有机物，很薄地均匀涂在惰性固体支持物——担体上面对固定液的要求：a)热稳定性好、蒸汽压低——流失少；b)化学稳定性好——不与其它物质反应；c)对试样各组分有合适的溶解能力（分配系数K适当）；d)对各组分具有良好的选择性。固定液与组分的作用力：a)色散力——非极性分子之间（瞬时偶极之间静电吸引）；b)诱导力——极性与非极性分子之间（偶极与瞬时偶极间静电吸引）；c)取向力——极性与极性分子之间（偶极与偶极之间静电吸引）d)氢键力——强度介于化学键力和范德华力之间的静电吸引，亦属取向力前三种统属范德华力，后者属特殊范德华力。固定液的选择：固定液的特性是指其极性和选择性。极性的表示方法(i)相对极性P：规定非极性固定液角鲨烷的极性为0，强极性固定液,-氧二丙腈的极性为100，以物质对正丁烷-丁二烯或环已烷-苯在角鲨烷、,-氧二丙腈及待测固定液上分离得到相对保留值，并取对数：从下列公式求得待测固定液的相对极性Px：其中q1,q2,qx分别表示物质对在角鲨烷、,-氧二丙腈和待测固定液的相对保留值。Px在0~100之间，每20单位为一级，即将极性分为5级：0,+1(非极性)；+1,+2(弱极性)；+3(中等极性；+4,+5(强极性)(ii)固定液特性常数I：包括罗氏常数麦氏常数。此处不作介绍。)(t）(tlgq'r'r正已烷丁二烯12x2xqq)qq(100100P角鲨烷待测固定液x氧二丙腈角鲨烷氧二丙腈正丁烷+丁二烯待测固定液)(t）(tlgq'r'r1正已烷丁二烯)(t）(tlgq'r'rx正已烷丁二烯)(t）(tlgq'r'r2正已烷丁二烯q1P1=0qxq2P2=10012x2xqq)qq(100100P相对极性的表示（计算）方法柱固定相固定液类型极性例子分离对象烃类非极性角鲨烷、石蜡烷非极性物质分离弱极性甲基硅氧烷、苯基硅中极性氧烷、氟基硅氧烷硅氧烷类强极性氰基硅氧烷不同极性物质分离醇和醚类强极性聚乙二醇强极性物质酯和聚脂类中强极性苯甲酸二壬酯各类物质腈和腈醚类强极性氧二丙腈极性物质有机皂土弱极性芳香异构体固定液分类及选择：固定液选择：按“相似相溶”原理选择固定液。非极性组分——非极性固定液——沸点低的物质先流出；极性物质——极性固定液——极性小的物质先流出；各类极性混合物——极性固定液——极性小的物质先流出；氢键型物质——氢键型固定液——不易形成氢键的物质先流出；复杂混合物——两种或以上混合固定液固定液的涂布将固定液溶于适当溶剂中，然后倒入担体，使二者混匀，在适当温度下，蒸发掉溶剂而制得固定相。用这种方法制得的固定相往往存在表面不均匀性、吸附效应及升温时固定液流失等缺点，可在装柱后进行适当的老化处理。4.保留指数(Kovats指数)定性该指数定性的重现性最佳。当固定液和柱温一定时，定性可不需要标准物。设正构烷烃的Kovats指数为碳数100。测定时，将碳数为n和n+1的正构烷烃加入到样品x中进行色谱分析，此时测得这三个物质的调整保留值分别为：tr’(Cn)，tr’(x)和tr’(Cn+1)，且待测物x的调整保留值介于两个烷烃之间。利用下式求出未知物Kovats指数Ix，然后与文献值对照。])C(tlg)C(tlg)C(tlg)x(tlgn[100In'r1n'rn'r'rx正构烷烃碳数调整保留时间tr’,min2,2-二甲基丁烷苯甲苯Kovats指数的计算图示(Squalane,60oC)四.毛细管柱柱材料——熔融石英；密封材料——通常为柔性石墨垫．表面改性——表面粗糙化——表面减活或硅烷化——固定液涂渍——键合/键合加交联——柱老化特点(i)总柱效高：毛细管柱效比填充柱大(填充柱103块/m,毛细柱105~106块/m);毛细管柱为开管柱，可以做得更长（n大）;柱管中心是空的，因此涡流扩散项不存在（A=0），谱带展宽小，因而总柱效高。(ii)分析速度快：相比率（Vm/Vs）大，分配快，有利于提高柱效；加上保留因子k小，渗透性好，因而分析速度快；(iii)柱容量小：进样量小（对单个组分而言，约0.5ug即达极限），需采用分流技术并使用更高灵敏度的检测器；这是毛细管柱最大的不足，尤其对痕量分析来说极为不利，而且宽沸程的样品在分流后会失真。近年来多采用柱容量较大的、不需分流的大口径毛细管柱，该种柱内径达0.53mm,液膜厚度约1um（小口径柱为0.2-0.3um）毛细管气相色谱图(分别涂渍不同的固定相,温度为最高使用温度）聚乙烯醇(Carbonwax20M,250oC)50%聚氰丙基-二甲基硅氧烷(OV-275,240oC)聚二甲基硅烷(OV-1,SE-30,350oC)5%苯甲基二甲基硅氧烷(OV-3,SE-52,350oC)50%聚苯甲基二甲基硅氧烷,OV-17,250oC)50%聚(三氟丙基-甲基)硅氧烷(OV210,200oC)葡萄籽油血液中酒精氯代芳烃醇类有机碱胆固醇