气相色谱法2

3．保留值(1)保留时间：从进样开始到组分色谱峰顶点时间间隔。(2)死时间：分配系数为零的组分的保留时间(3)调整保留时间：某组分由于溶解(或被吸附)于固定相，比不溶解(或不被吸附)的组分在柱中多停留的时间(4)保留体积：VR＝tRFc(5)死体积：由进样器至检测器的流路中未被固定相占有的空间称为死体积，包括进样器至检测器间各导管的容积、色谱柱中固定相颗粒间间隙、及检测器内腔容积的总和。(7)保留指数)Z()nZ()Z()x(x'lg'lg'lg'lg100RRRRttttnZI4．色谱峰区域宽度2)半峰宽W1/2=2.355s(3)峰(底)宽W=4s或W=1.699W1/222221)(sXeX5.相平衡参数t’R/t0=k二、等温线线性等温线：非线性等温线：•凸形等温线产生拖尾峰，如图205中的b•凹形等温线产生前延峰，如图205中的c从(20·17)：H=s2／L及(20·18)：n=L／Hn=s2/L2从(20·20)：n=tR2/L2所以：s=tR(?)VanDeemter方程1.涡流扩散(eddydiffusion)A2.纵向扩散(longitudinaldiffsion)B/u3.传质阻抗(masstransferresistance)Cu第三节色谱柱色谱柱由固定相与柱管组成，分填充柱及毛细管柱两类。填充色谱柱多用内径4～6mm的不锈钢管制成螺旋形管柱，常用柱长2～4m。填充液体固定相(气一液色谱)或固体固定相(气一固色谱)。毛细管色谱往柱管为毛细管，常用内径0.1～0.5mm的玻璃或弹性石英毛细管，柱长几十米至百米。按填充方式可分为开管毛细管柱及填充毛细管柱等。按分离机制可分为分配柱及吸附柱。分配柱一般是将固定液(高沸点液体)涂渍在载体上，构成液体固定相，利用组分的分配系数差别而实现分离。将固定液的官能团通过化学键结合在载体表面，称为化学键合相(chemicallybondedphase)，不流失是其优点。将吸附剂装入色谱柱构成吸附柱，利用组分的吸附系数的差别而实现分离。除吸附剂外，固体固定相还包括分子筛与高分子多孔小球等。一、固定液固定液一般是一些高沸点的液体，在操作温度下为液态，在室温时为固态或液态。(一)对固定液的要求•在操作温度下呈液态且蒸气压低，流失慢、柱寿命长、检测器本底低•对样品中各组分有足够的溶解能力，分配系数较大•是选择性能高•稳定性好，与样品组分或载体不反应，高温下不分解•粘度小，凝固点低。(二)固定液的分类有数百种固定液，合理分类有利于选择。化学分类与极性分类是常用的分类方法。1.化学分类法(l)烃类：包括烷烃与芳烃。常用的有沙鱼烷(角鲨烷、异卅烷、C30H62)，是标准非极性固定液。(2)硅氧烷类：是目前应用最广的通用型固定液。其优点是温度粘度系数小、蒸气压低，流失少，对大多数有机物都有很好的溶解能力等。包括从弱极性到极性多种固定液。这类固定液的基本化学结构为：具体种类(3)醇类：是一类氢键型固定液，可分为非聚合醇与聚合醇两类。聚乙二醇如PEG20M(平均分子量20000，250℃)是药物分析中最常用的固定液之一。(4)酯类：是中强极性固定液，分为非聚合酯与聚酯两类。聚酯类多是二元酸及二元醇所生成的线型聚合物，如丁二酸二乙二醇聚酯(polydiethyleneglycolsuccinate；PDEGS或DEGS)。在酸性或碱性条件下或200C以上的水蒸气均能使聚酯水解。CH2HOCH2CH2CH2CH2CH2OH()n2.极性分类法按固定液的相对极性或特征常数分类，后者包括罗氏(Rohrschneider)特征常数分类法(RohrschneiderL.JChromatogr.1966,22(1):6)和麦氏(McReynolds)特征常数分类法(McReynoldsW0.JChromatogrSci.1970,8(4):214)。罗氏特征常数法和麦氏常数法都是以物质m在某一固定液和非极性固定液(通常是沙鱼烷)中的保留指数之差值作为该固定液相对极性强弱的度量：(20·25)上式中的Ip和Is是物质m在被测固定液(P)和沙鱼烷(S)上的保留指数。spmpIIIP为了全面地反映固定液的分离特征，麦氏选用性质不同的一组物质：苯、丁醇、戊酮一2、硝基丙烷和吡啶作为标准物质，测定它们的保留指数之差值(I)。这五种物质与固定液的作用方式不同，因而可表示固定液的各种作用力即特征常数(麦氏相常数)：X’=Ip苯，Y’＝Ip丁醇，Z’=Ip戊酮2，U’=Ip硝基丙烷，S’=Ip吡啶根据分子间作用力的加合性，把这五种I值之和称为总极性，其平均值称为平均极性，这样，固定液的总极性越大，则极性越强。常用固定液的极性见表202。(三)固定液的选择对于组分已知的样品，如果难分离物质对初步确定，那么选择固定液的指标就是使其达到定量分离。1.按相似性原则选择按被分离组分的极性或官能团与固定液相似的原则来选择，这是因为相似相溶的缘故。这样，组分在固定液中的溶解度大，分配系数大，保留时间长，分开的可能性就大。(1)按极性相似选择：①非极性化合物应首先选择非极性固定液，这时组分与固定液分子间的作用力主要是色散力，组分基本上以沸点顺序出柱。若样品中有极性组分，相同沸点的极性组分先出柱。②中等极性化合物首选中等极性固定液。分子间作用力为色散力和诱导力。基本上仍按沸点顺序出柱。但对沸点相同的极性与非极性组分，诱导力起主导作用，极性成分后出柱。③强极性化合物，首选极性固定液。分子间主要作用力为定向力。组分按极性顺序出柱，极性强的组分后出柱。(2)按化学官能团相似选择：当固定液与组分的化学官能团相似时，相互作用力最强，选择性最高。例如，被分离化合物为酯可选酯和聚酯固定液。化合物为醇可选醇类或聚乙二醇等。2.按主要差别选择若组分的沸点差别是主要矛盾，可选非极性固定液；若极性差别为主要矛盾，则选极性固定液。现举例说明：苯与环己烷沸点相差0.6C(苯80.1C，环己烷80.7C)。而苯为弱极性化合物，环己烷为非极性化合物，两者极性差别虽然不大，但相对而言比沸点差别大，极性差别是主要矛盾。用非极性固定液很难将苯与环己烷分开。若改用中等极性的固定液，如用邻苯二甲酸二壬酯，则苯的保留时间是环己烷的1.5倍。若再改用聚乙二醇400，则苯的保留时间是环己烷的3.9倍。3.按麦氏常数选择由于麦氏常数比较全面地描述了固定液的分离特征，因此根据麦氏常数可较快地选择适合于分离对象的固定液。例如，要分离正丁基乙基醚中的正丙醇杂质，希望后者先出峰，因此所选择的固定液应与主要物质作用力强，与杂质作用力弱。Z’(戊酮一2)值越大的固定液对质子受体的作用力越强；Y’(丁醇)值越小的固定液对质子给体的作用力越小。醚是质子受体，醇是质子给体，因此只有选择具有高Z’/Y’值的固定液，才能使杂质先于主要物质之前流出。查得QF－1的Z’/Y’=1.52，此值较大，可选作固定液。查得OV－210的Z’/Y’=1.50，此值略小于QF－l，但OV－210的最高使用温度为275C，而QF－1只有250C。若采用较高柱温，0V－210更合适。二、载体一般载体(担体)是化学惰性的多孔性微粒。特殊载体如玻璃微珠，是并非多孔的、比表面积大的化学惰性物质。固定液分布在载体表面，形成一均匀薄层。1.对一般载体的要求①比表面积大，孔穴结构好②表面没有吸附性能(或很弱)③不与被分离物质或固定液起化学反应④热稳定性好，粒度均匀，有一定的机械强度等。2.载体的分类•硅藻土型载体：天然硅藻土经煅烧等处理而获得的具有一定粒度的多孔性固体微粒•非硅藻土型载体：多用于特殊用途，如氟载体、玻璃微珠及素瓷等。3.硅藻土型载体是将天然硅藻土压成砖形，在900C煅烧后粉碎、过筛而成。(l)红色载体：硅藻土与粘合剂（粘土）直接煅烧而成。因煅烧后天然硅藻土中所含的铁形成氧化铁，而使载体呈淡红色，故称为红色载体。红色载体表面孔穴密集，孔径较小，平均孔径为lmm，比表面积约为4.0m2/g，机械强度高，但吸附性较强，这种载体常与非极性固定液配伍。如上海试剂厂的201载体及大连的6201载体等。(2)白色载体：烧前在原料中加入少量助熔剂，如Na2CO3，煅烧后铁生成了无色的铁硅酸钠络合物，而使硅藻土呈白色。其颗粒疏松，表面孔径较粗，约8～9mm。比表面积只有1.0m2/g，吸附性弱，常与极性固定液配伍。4.载体的钝化钝化是除去或减弱载体表面的吸附性能。以硅藻土型载体为例，表面存在着硅醇基及少量的金属氧化物，常具有吸附性能。当被分析组分是能形成氢键的化合物或酸碱时，则与载体的吸附中心作用，破坏了组分在气一液二相中的分配关系，而产生拖尾现象，故需将这些活性中心除去，使载体表面结构钝化。钝化的方法有酸洗、碱洗、硅烷化及釉化等。酸洗能除去载体表面的铁、铝等金属氧化物。酸洗载体用于分析酸类和酯类化合物。碱洗能除去表面的Al2O3等酸性作用点，碱洗载体适用于分析胺类等碱性化合物。硅烷化是将载体与硅烷化试剂反应，除去载体表面的硅醇基，消除形成氢键的能力。硅烷化载体主要用于分析具有形成氢键能力较强的化合物，如醇、酸及胺类等。三、气一固色谱填充柱气固色谱填充柱的固定相可为吸附剂、分子筛、高分子多孔微球及化学键合相等。吸附剂常用石墨化炭黑、硅胶及氧化铝等。分子筛常用4A、5A、及13X。4、5及13表示平均孔径(Å)，A及X表示类型。分子筛是一种特殊吸附剂，具有吸附及分子筛两种作用。就其吸附作用而言，分离机制与凝胶色谱类似。吸附剂与分子筛多用于低沸点化合物的分离分析，在药物分析上远不如高分子多孔微球用途广。因此以下主要介绍高分子多孔微球高分子多孔微球(GDX)是一种人工合成的新型固定相，还可以作为载体。它由苯乙烯(STY)或乙基乙烯苯(E5T)与二乙烯苯(DVB)交联共聚而成，聚合物为非极性。若STY与含有极性基团的化合物聚合，则形成极性聚合物。高分子多孔微球的分离机理一般认为具有吸附、分配及分子筛三种作用。高分子多孔微球有如下优点：①改变制备条件及原料可以合成各种比表面及孔径的聚合物。因而可根据样品的性质进行选择，使分离效果最佳。②无有害的吸附活性中心，极性组分也能获得正态峰。③无流失现象，柱寿命长。④具有强疏水性能，特别适于分析混合物中的微量水分。⑤粒度均匀，机械强度高，具有耐腐蚀性能。⑥热稳定性好，最高使用温度为200～300C。⑦柱超负荷后恢复快，还适用于制备色谱。化学键合相是新型气相色谱固定相，具有分配与吸附两种作用，传质快、柱效高、分离效果好、不流失、柱寿命长，但价格较贵。四、毛细管色谱柱色谱动力学理论认为，可以把气一液填充柱看作一束涂了固定液的长毛细管。其弯曲与多径引起涡流扩散；其次，填充柱的传质阻抗大，也使柱效降低。此外填料的存在使色谱柱对流动相流通产生很大的阻力，因此不能使用长的柱子。1957年Golay根据这个观点，把固定液直接涂在毛细管管壁上，首先实现了毛细管气相色谱法。从80年代起，特别是近几年来，毛细管柱制备技术不断发展，新型高效毛细管柱不断出现，为气相色谱法开辟了新途径。(一)毛细管色谱柱的分类1.开管型毛细管柱涂壁毛细管柱(wallcoatedopentubularcolumn；WCOT)载体涂层毛细管柱(Supportcoatedopentubularcolumn；SCOT)。2.填充型毛细管柱微型填充柱(一)毛细管色谱柱的分类按制备方法的不同，毛细管色谱柱可分为：1.开管型毛细管柱最早的开管型毛细管柱是内径为0.1～0.3mm的熔融石英管。但目前主要应用以下两类：(l)涂壁毛细管柱：将固定液直接涂在玻璃或石英毛细管上，可涂上极性或弱极性固定液。常采用硅烷化法处理玻璃管内壁，除去硅醇基，降低吸附性，改善色谱峰形。有时用氯化氢气体等处理管壁，使其变得粗糙，使涂层更牢固。这种柱涂渍的固定液很少，涂层厚度通常为0.3～1.5mm，固定液易流失，柱寿命短。交联弹性石英毛细管柱（非SCOT)是将固定液交联聚合在毛细管内，减