色譜分離條件的擇

1、23色譜分離條件的選擇分高度（分高度（resolutionresolution） 一個(gè)混合物能否為色譜柱所分離，取決于固定相與混合物中各組分分子間的相互作用的大小是否有區(qū)別（對氣一液色譜）。但在色譜分離過程中各種操作因素的選擇是否合適，對于實(shí)現(xiàn)分離的可能性也有很大影響。因此在色譜分離過程中，不但要根據(jù)所分離的對象選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ?，使其中各組分有可能被分離，而且還要?jiǎng)?chuàng)造一定的條件，使這種可能性得以實(shí)現(xiàn)，并達(dá)到最佳的分離效果。 兩個(gè)組分怎樣才算達(dá)到完全分離？首先是兩組分的色譜峰之間的距離必須相差足夠大。若兩峰間僅有一定距離，而每一個(gè)峰卻很寬，致使彼次重疊，如圖26（a）的情況，則兩組分仍無法完全分

2、離，所以第二是峰必須窄。只有同時(shí)滿足這兩個(gè)條件時(shí)，兩組分才能完全分離如圖26（b）所示。 為判斷相鄰兩組分在色譜柱中的分離情況，可用分離度r作為色譜柱的分離效能指標(biāo)。其定義為相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩個(gè)組分色譜峰峰底寬度總和之半的比值： 式中tr（2）和tr（1）分別為兩組分的保留時(shí)間（也可采用調(diào)整保留時(shí)間），y1和y2為相應(yīng)組分的色譜峰的峰底寬度，與保留值單位相同。r值越大，就意味著相鄰兩組分分離得越好。兩組分保留值的差別，主要決定于固定液的熱力學(xué)性質(zhì)；色譜峰的寬窄則反映了色譜過程的動(dòng)力學(xué)因素，柱效能高低。因此，分離度是柱效能、選擇性影響因素的總和，故可用其作為色譜柱的總分離效能指標(biāo)（o

3、ver-all resolution efficiency） 從理論上可以證明，若峰形對稱且滿足于正態(tài)分布，則當(dāng)r=1時(shí)，分離程度可達(dá) 98；當(dāng) r=1.5時(shí)，分離程度可達(dá) 99.7。因而可用 r 1.5來作為相鄰兩峰已完全分開的標(biāo)志。 當(dāng)兩組分的色譜峰分離較差，峰底寬度難于測量時(shí)，可用半峰寬代替峰底寬度，并用下式表示分離度 ： 與r的物理意義是一致的，但數(shù)值不同， r 0.59r，應(yīng)用時(shí)要注意所采用分離度的計(jì)算方法。 色譜分離基本方程式 色譜分析中，對于多組分混合物的分離分析，在選擇合適的固定相及實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，主要針對其中難分離物質(zhì)對來進(jìn)行，這就是說要抓主要矛盾。對于難分離物質(zhì)對，由于它們的保

4、留值差別小，可合理地認(rèn)為 y1=y2=y，k1k2=k。由下式得：可推出 由上邊公式及 tr = tm(1+k) 整理后得到： 上式稱色譜分離基本方程式，它表明r隨體系的熱力學(xué)性質(zhì)（a和k）的改變而變化，也與色譜柱條件(n改變）有關(guān)。 tr = tm(1+k) 若將上式并將式整理可得n與n有效（有效理論塔板數(shù)）的關(guān)系式及用有效理論塔板數(shù)表示的色譜分離基本方程式 1 1分離度與柱效的關(guān)系（往效因子）分離度與柱效的關(guān)系（往效因子） 分離度與n的平方根成正比。當(dāng)固定相確定，亦即被分離物質(zhì)對的確定后，欲使達(dá)到一定的分離度，將取決于n。增加征長可改進(jìn)分離度，但增加柱長使各組分的保留時(shí)間增長，延長了分析時(shí)

5、間并使峰產(chǎn)生擴(kuò)展，因此在達(dá)到一定的分離度條件下應(yīng)使用短一些的色譜枉。除增加枉長外，增加n值的另一辦法是減小柱的h值，這意味著應(yīng)制備一根性能優(yōu)良的柱子，并在最優(yōu)化條件下進(jìn)行操作 2 2分離度與容量比的關(guān)系（容量因子）分離度與容量比的關(guān)系（容量因子） k值大一些對分離有利，但并非越大越有利。觀察表22數(shù)據(jù)，可見是k10時(shí)，k（k十 1）的改變不大，對 r的改進(jìn)不明顯，反而使分析時(shí)間大為延長。因此是值的最佳范圍是1k 10，在此范圍內(nèi)，既可得到大的 r值，亦可使分析時(shí)間不至過長。使峰的擴(kuò)展不會(huì)太嚴(yán)重而對檢測發(fā)生影響。 使k改變的方法有：改變柱溫和改變相比。前者會(huì)影響分配系數(shù)而使k改變；改變相比包括改

6、變固定相量vs及柱的死體積vm。其中vm影響k（1十k），當(dāng)組分的保留值較大而 vm又相當(dāng)小時(shí)，k（1十k）隨 vm增加而急劇下降，導(dǎo)致達(dá)到相同的分離度所需n值大為增加。由此可見，使用死體積大的柱子，分離度要受到大的損失。采用細(xì)顆粒固定相，填充得緊密而均勻，可使柱死體積降低。 3 3分離度與往選擇性的關(guān)系（選擇因子）分離度與往選擇性的關(guān)系（選擇因子） 是柱選擇性的量廢，越大，柱選擇性越好，分離效果越好。在實(shí)際工作中，可由一定的值和所要求的分離度，用式 計(jì)算柱子所需的有效理論塔板數(shù)。表23列出了根據(jù)式計(jì)算得到的一些結(jié)果。這些結(jié)果表明，分離度從1.0增加至1.5，對應(yīng)于各值所需的有效理論塔板數(shù)大致

7、增加一倍。從表23還可看出，在一定的分離度下，大的值可在有效理論塔板數(shù)小的色譜柱上實(shí)現(xiàn)分離。例如，當(dāng)a值為1.25時(shí)，獲得分離度為1的色譜柱的有效理論塔板數(shù)為400，只要把值增至150，在此柱上的分離度就可增大到1.50以上。因此，增大a值是提高分離度的有效辦法。 當(dāng)值為1時(shí)，分離所需的有效理論塔板數(shù)為無窮大，故分離不能實(shí)現(xiàn)。在值相當(dāng)小的情況下，特別是11時(shí)，實(shí)現(xiàn)分離所需的有效理論塔板數(shù)很大，此時(shí)首要的任務(wù)應(yīng)當(dāng)是增大當(dāng)值.如果兩相鄰峰的值已足夠大，即使色譜柱的理論塔板數(shù)較小，分離亦可順利地實(shí)現(xiàn)。 增加簡便而有效的方法是通過改變固定相，使各組分的分配系數(shù)有較大 差別。 分離操作條件的選擇1 1載

8、氣及其流速的選擇載氣及其流速的選擇 對一定的色譜柱和試樣，有一個(gè)最佳的載氣流速，此時(shí)柱效最高，根據(jù)式 h = a十(b/u)十cu (2-22)用在不同流速下測得的塔板高度h對流速u作圖，得hu曲線圖（圖27）。在曲線的最低點(diǎn)，塔板高度h最?。╤最?。４藭r(shí)柱效最高。該點(diǎn)所對應(yīng)的流速即為最佳流速u最佳，u最佳及h最小可由式（222）微分求得： 得出 ： u最佳 =（b/c）1/2 圖27塔板高度與載氣線速的關(guān)系 在實(shí)際工作中，為了縮短分析時(shí)間，往往使流速稍高于最佳流速。從式（222）及圖27可見，當(dāng)流速較小時(shí)，分子擴(kuò)散項(xiàng)（b項(xiàng)）就成為色譜峰擴(kuò)張的主要因素，此時(shí)應(yīng)采用相對分子質(zhì)量較大的載氣（n2

9、，ar），使組分在載氣中有較小的擴(kuò)散系數(shù)。而當(dāng)流速較大時(shí)，傳質(zhì)項(xiàng)（c項(xiàng)）為控制因素，宜采用相對分子質(zhì)量較小的載氣（h2，he），此時(shí)組分在載氣中有較大的擴(kuò)散系數(shù)，可減小氣相傳質(zhì)阻力，提高柱效。選擇載氣時(shí)還應(yīng)考慮對不同檢測器的適應(yīng)性。 對于填充柱， n2的最佳實(shí)用線速為 1012 cms-1； h2為 15 20 cms-1 。通常載氣的流速習(xí)慣上用柱前的體積流速（mlmin-1）來表示，也可通過皂膜流量計(jì)在往后進(jìn)行測定。若色譜柱內(nèi)徑為3mm，n2的流速一般為4060 mlmin-1，h2的流速為 6090 mlmin-1。2 2住溫的選擇住溫的選擇 柱溫是一個(gè)重要的操作變數(shù)，直接影響分離效能和

10、分析速度。首先要考慮到每種固定液都有一定的使用溫度。往溫不能高于固定液的最高使用溫度，否則固定液揮發(fā)流失。 柱溫對組分分離的影響較大，提高拄溫使各組分的揮發(fā)靠攏，不利于分離，所以，從分離的角度考慮，宜采用較低的柱溫。但柱溫太低，被測組分在兩相中的擴(kuò)散速率大為減小，分配不能迅速達(dá)到平衡，峰形變寬，柱效下降，并延長了分折時(shí)間。選擇的原則是：在使最難分離的組分能盡可能好的分離的前提下，盡可能采取較低的柱溫，但以保留時(shí)間適宜，峰形不拖尾為度。具體操作條件的選擇應(yīng)根據(jù)不同的實(shí)際情況而定。 對于高沸點(diǎn)混合物（300一400），希望在較低的柱溫下（低于其沸占100200）分析。為了改善液相傳質(zhì)速率，可用低固

11、定液含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1 3）的色譜柱，使液膜薄一些，但允許最大進(jìn)樣量減小，因此應(yīng)采用高靈敏度檢測器。對于沸點(diǎn)不太高的混合物（200300），可在中等柱溫下操作，固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)510，柱溫比其平均沸點(diǎn)低100。 對于沸點(diǎn)在100200的混合物，柱溫可選在其平均沸點(diǎn)23左右，固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù) 10 15。 對于氣體、氣態(tài)烴等低沸點(diǎn)混合物，柱溫選在其沸點(diǎn)或沸點(diǎn)以上，以便能在室溫或 50以下分析。固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在 1525。 對于沸點(diǎn)范圍較寬的試樣，宜采用程序升溫（對于沸點(diǎn)范圍較寬的試樣，宜采用程序升溫（programmed programmed temperaturetemperature），即柱

12、溫按預(yù)定的加熱速度，隨時(shí)間作線性或非線），即柱溫按預(yù)定的加熱速度，隨時(shí)間作線性或非線性的增加。升溫的速度一般常是呈線性的，即單位時(shí)間內(nèi)溫度上升性的增加。升溫的速度一般常是呈線性的，即單位時(shí)間內(nèi)溫度上升的速度是恒定的，例如每分鐘的速度是恒定的，例如每分鐘22，44， 66，等等。在較低的初，等等。在較低的初始溫度，沸點(diǎn)較低的組分，即最早流出的峰可以得到良好的分離。始溫度，沸點(diǎn)較低的組分，即最早流出的峰可以得到良好的分離。隨柱溫增加，較高沸點(diǎn)的組分也能較快地流出，并和低沸點(diǎn)組分一隨柱溫增加，較高沸點(diǎn)的組分也能較快地流出，并和低沸點(diǎn)組分一樣也能得到分離良好的尖峰。圖樣也能得到分離良好的尖峰。圖2 2

13、8 8為寬沸程試樣在恒定柱溫及程為寬沸程試樣在恒定柱溫及程序升溫時(shí)的分離結(jié)果比較。圖（序升溫時(shí)的分離結(jié)果比較。圖（a a）為柱溫（）為柱溫（tctc）恒定于）恒定于4545時(shí)的時(shí)的分離結(jié)果，此時(shí)只有五個(gè)組分流出色譜柱，但低沸點(diǎn)組分分離良好；分離結(jié)果，此時(shí)只有五個(gè)組分流出色譜柱，但低沸點(diǎn)組分分離良好；圖（圖（b b）為柱溫恒定于）為柱溫恒定于120120時(shí)的分離情況，因柱溫升高，保留時(shí)間時(shí)的分離情況，因柱溫升高，保留時(shí)間縮短，低沸點(diǎn)組分峰密集，分離不好；圖（縮短，低沸點(diǎn)組分峰密集，分離不好；圖（c c）為程序升溫時(shí)的分）為程序升溫時(shí)的分離情況，從對離情況，從對起始，升溫速度為起始，升溫速度為55

14、minmin-1-1，低沸點(diǎn)及高沸點(diǎn)組分，低沸點(diǎn)及高沸點(diǎn)組分都能在各自適宜的溫度下得到良好的分離。都能在各自適宜的溫度下得到良好的分離。 3 3固定法的性質(zhì)和用量固定法的性質(zhì)和用量固定液的性質(zhì)對分離是起決定作用的。在這里討論一下固定液的用量問題。一般來說，擔(dān)體的表面積越大，固定液用量可以越高，允許的進(jìn)樣量也就越多。但從式（225）可見， 為了改善液相傳質(zhì)，應(yīng)使液膜薄一些。目前填充色譜柱中盛行低固定波含量的色譜柱。固定液液膜薄，柱效能提高，并可縮短分析時(shí)間。但固定液用量太低，液膜超薄，允許的進(jìn)樣量也就越少。因此固定液的用量要根據(jù)具體情況決定。固定液的配比（指固定液與擔(dān)體的質(zhì)量比）一般用5:100

15、到25:10o，也有低于5:100的。不同的擔(dān)體為要達(dá)到較高的柱效能，其固定液的配比往往是不同的。一般來說，擔(dān)體的表面積越大，固定液的含量可以越高。4 4擔(dān)作的性質(zhì)和粒度擔(dān)作的性質(zhì)和粒度 擔(dān)體的表面結(jié)構(gòu)和孔徑分布決定了固定液在擔(dān)體上的分布以及液相傳質(zhì)和縱向擴(kuò)散的情況。要求擔(dān)體表面積大，表面和孔徑分布均勻。這樣，固定液涂在擔(dān)體表面上成為均勻的薄膜，液相傳質(zhì)就快，就可提高柱效。對擔(dān)體粒度要求均勻、細(xì)小，這樣有利于提高柱效。但粒度過細(xì)，阻力過大，使柱壓降增大，對操作不利。對36 mm內(nèi)徑的色譜柱，使用 6080目的擔(dān)體較為合適。 5 5進(jìn)樣時(shí)間和進(jìn)樣進(jìn)樣時(shí)間和進(jìn)樣量 進(jìn)樣速度必須很快，一般用注射器或

16、進(jìn)樣閥進(jìn)樣時(shí)，進(jìn)樣時(shí)間都在一秒鐘以內(nèi)。若進(jìn)樣時(shí)間過長，試樣原始寬度變大，半峰寬必將變寬，甚至使峰變形。 進(jìn)樣量一般是比較少的。液體試樣一般進(jìn)樣0.15 l。氣體試樣0.110 ml。進(jìn)樣量太多，會(huì)使幾個(gè)峰疊在一起，分離不好。但進(jìn)樣量太少，又會(huì)使含量少的組分因檢測器靈敏度不夠而不出峰。最大允許的進(jìn)樣量，應(yīng)控制在峰面積或峰高與進(jìn)樣量呈線性關(guān)系的范圍內(nèi)。 6 6氣化溫度氣化溫度 進(jìn)樣后要有足夠的氣化溫度，使液體試樣迅速氣化后被載氣帶人柱中。在保證試樣不分解的情況下，適當(dāng)提高氣化溫度對分離及定量有利，尤其當(dāng)進(jìn)樣量大時(shí)更是如此。一般選擇氣化溫度比往溫高3070。 24固定相及其選擇 在氣相色譜分析中，某

17、一多組分混合物中各組分能否完全分離開，主要取決于色譜柱的效能和選擇性，后者在很大程度上取決于固定相選擇得是否適當(dāng)，因此選擇適當(dāng)?shù)墓潭ㄏ嗑统蔀樯V分析中的關(guān)鍵問題。 氣一固色譜固定相氣一固色譜固定相 在氣相色譜分析中，氣液色譜法的應(yīng)用范圍廣，選擇性好；但在分離常溫下的氣體及氣態(tài)烴類時(shí)，因?yàn)闅怏w在一般固定液中溶解度甚小，所以分離效果并不好。若采用吸附劑作固定相，由于其對氣體的吸附性能常有差別，因此往往可取得滿意的分離效果。 在氣一固色譜法中作為固定相的吸附劑，常用的有非極性的活性炭，弱極性的氧化鋁，強(qiáng)極性的硅膠等。它們對各種氣體吸附能力的強(qiáng)弱不同，因而可根據(jù)分析對象選用。一些常用的吸附劑及其一般用

18、途列于表24中。由于吸附劑種類不多，不是同批制備的吸附劑的性能往往又不易重復(fù)，且進(jìn)樣量稍多時(shí)色譜峰就不對稱，有拖尾現(xiàn)象等等。近年來，通過對吸附劑表面進(jìn)行物理化學(xué)改性，研制出表面結(jié)構(gòu)均勻的吸附劑（例如石墨化碳黑、碳分子篩等），不但使極性化合物的色譜峰不致拖尾，而且可以成功地分離一些順、反式空間異構(gòu)體。 高分子多孔微球（國產(chǎn)商品牌號為gdx）是以二乙烯基苯作為單體，經(jīng)是浮共聚所得的交聯(lián)多孔聚合物，是一種應(yīng)用日益廣泛的氣固色譜固定相。例如有機(jī)物或氣體中水的含量測定，若應(yīng)用氣液色譜柱，由于組分中含水會(huì)給固定液。擔(dān)體的選擇帶來麻煩與限制；若采用氣固色譜柱，由于水的吸附系數(shù)很大，以致于實(shí)際上無法進(jìn)行分析；

19、而采用高分子多孔微球固定相，由于多孔聚合物和羥基化合物的親和力極小，且基本按分子質(zhì)量順序分離，故相對分子質(zhì)量較小的水分子可在一般有機(jī)物之前出峰，峰形對稱，特別適于分析試樣中的痕量水含量，也可用于多元醇、脂肪酸、暗類等強(qiáng)極性物質(zhì)的測定。由于這類多孔微球具有耐腐蝕和耐輻射性能，可用以分析如hci、nh3、cl2、so2等。高分子多孔微球隨共聚體的化學(xué)組成和共聚后的物理性質(zhì)不同，不同商品牌號具有不同的極性及應(yīng)用范圍（表25）。該固定相除應(yīng)用于氣固色譜外，又可作為擔(dān)體涂上固定液后使用。 氣一液色譜固定相擔(dān)作擔(dān)作 擔(dān)體（載體）應(yīng)是一種化學(xué)情性、多孔性的固體顆粒，它的作用是提供一個(gè)大的惰性表面，用以承擔(dān)固

20、定液，使固定液以薄膜狀態(tài)分布在其表面上。對擔(dān)體有以下幾點(diǎn)要求。 （1）表面應(yīng)是化學(xué)情性的，即表面沒有吸附性或吸附性很弱，更不能與被測物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。 （2）多孔性，即表面積較大，使固定液與試樣的接觸面較大。 （3）熱穩(wěn)定性好，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，不易破碎。 （4）對擔(dān)體粒度的要求，一般希望均勻、細(xì)小，這樣有利于提高柱效。但顆粒過細(xì)，使柱壓降增大，對操作不利。一般選用腳60目，6080目或80100目等。 氣一液色譜中所用擔(dān)體可分為硅藻土型和非硅藻土型兩類。常用的是硅藻土型擔(dān)體，它又可分為紅色擔(dān)體和白色擔(dān)體兩種。它們都是天然硅藻土經(jīng)鍛燒而成，所不同的是白色擔(dān)體在鍛燒前于硅藻土原料中加人少量助熔劑，

21、如碳酸鈉。這兩種硅藻土擔(dān)體的化學(xué)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相似，但它們的表面結(jié)構(gòu)卻不相同。 紅色擔(dān)體（如 6201紅色擔(dān)體、201紅色擔(dān)體，c22保溫磚等）表面孔穴密集，孔徑較小，表面積大（比表面積為 4.0 m2g-1），平均孔徑為 1m。由于表面積大，涂固定液量多，在同樣大小柱中分離效率就比較高。此外，由于結(jié)構(gòu)緊密，因而機(jī)械強(qiáng)度較好。缺點(diǎn)是表面有吸附活性中心。如與非極性固定液配合使用，影響不大，分析非極性試樣時(shí)也比較滿意；然而與極性固定液配合使用時(shí)，可能會(huì)造成固定液分布不均勻，從而影響柱效，故一般適用于分析非極性或弱極性物質(zhì)。 白色擔(dān)體（如 101白色擔(dān)體等）則與之相反，由于在鍛燒時(shí)加入了助熔劑（

22、碳酸鈉），成為較大的疏松顆粒，其機(jī)械強(qiáng)度不如紅色擔(dān)體。表面孔徑較大，約89m ，表面積較小，比表面積只有1.0 m2g-1。但表面極性中心顯著減少，吸附性小，故一般用于分析極性物質(zhì)。 硅藻土型擔(dān)體表面含有相當(dāng)數(shù)量的硅酸基團(tuán)等基團(tuán)，具有細(xì)孔結(jié)構(gòu)，并呈現(xiàn)不同的 ph，故擔(dān)體表面既有吸附活性，又有催化活性。如涂上極性固定液，會(huì)造成固定液分布不均勻。分析極性試樣時(shí)，由于與活性中心的相互作用，會(huì)造成色譜峰的拖尾。而在分析據(jù)烯、二烯。含氮雜環(huán)化物、氨基酸衍生物等化學(xué)活潑的試樣時(shí)，都有可能發(fā)生化學(xué)變化和不可逆吸附。因此在分析這些試樣時(shí)，擔(dān)體需加以鈍化處理，以改進(jìn)擔(dān)體孔隙結(jié)構(gòu)，屏蔽活性中心，提高柱效率。處理方

23、法可用酸洗、堿洗、硅烷化（silanization）等。 （1）酸洗、堿洗即用濃鹽酸、氫氧化鉀甲醇溶液分別浸泡，以除去鐵等金屬氧化物雜質(zhì)及表面的氧化鋁等酸性作用點(diǎn)。 （2）硅烷化用硅烷化試劑和擔(dān)體表面的硅醇、硅醚基團(tuán)起反應(yīng)，以消除擔(dān)體表面的氫鍵結(jié)合能力，從而改進(jìn)擔(dān)體的性能。常用的硅烷化試劑有二甲基二氯硅烷和六甲基二硅烷膠，其反應(yīng)為： 擔(dān)體的選擇往往對色譜分離很有影響。例如分析試樣中含有 109 gl-1的4個(gè)有機(jī)磷農(nóng)藥，若用未處理的擔(dān)體，徐3 ov1固定液則不出峰；用白色硅烷化相體，出三個(gè)峰，柱效很低；用酸洗dmcs硅烷化（二甲基二氯硅烷硅烷化）的擔(dān)體，出四個(gè)峰，且往效很高。但若固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)

24、在 10左右，進(jìn)行常量分析，則未處理的白色擔(dān)體效果也很好。選擇擔(dān)體的大致原則為： （1）當(dāng)固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5時(shí)，可選用硅藻土型（白色或紅色）擔(dān)體。 （2）當(dāng)固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5時(shí)，應(yīng)選用處理過的擔(dān)體。 （3）對于高沸點(diǎn)組分，可選用玻璃微球擔(dān)體。 （4）對于強(qiáng)腐蝕性組分，可選用氟擔(dān)體。 固定液固定液 a對固定液的要求。 （1）揮發(fā)性小，在操作溫度下有較低蒸氣壓，以免流失。 （2）熱穩(wěn)定性好，在操作溫度下不發(fā)生分解。在操作溫度下呈液體狀態(tài)。 （3）對試樣各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰?，否則易被載氣帶走而起不到分配作用。 （4）具有高的選擇性，即對沸點(diǎn)相同或相近的不同物質(zhì)有盡可能高的分離能力。 （5）化學(xué)

25、穩(wěn)定性好，不與被測物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。 為了滿足第一、二個(gè)要求，固定液一般都是高沸點(diǎn)的有機(jī)化合物，而且各有其特定的使用溫度范圍，特別是最高使用溫度極限?？捎米鞴潭ㄒ旱母叻悬c(diǎn)有機(jī)物很多，現(xiàn)在已有上千種固定液，而且數(shù)量還在增加。表25列出了部分較常用的固定液，它們的性質(zhì)，最高使用溫度和主要用途。 為了滿足第35個(gè)要求，就必須針對被測物質(zhì)的性質(zhì)選擇合適的固定液。 b b固定液的分離特征。固定液的分離特征。 固定液的分離特征是選擇固定液的基礎(chǔ)。固定液的選擇，一般根據(jù)“相似相溶”原理進(jìn)行，即固定液的性質(zhì)和被測組分有謀些相似性時(shí)，其溶解度就大。在氣相色譜中常用“極性”來說明固定液和被測組分的性質(zhì)。由電負(fù)性不同

26、的原子所構(gòu)成的分子，它的正電中心和負(fù)電中心不重合時(shí)，就形成具有正負(fù)極的極性分子。如果組分與固定液分子性質(zhì)（極性）相似，固定液和被測組分兩種分子間的作用力就強(qiáng)，被測組分在固定液中的溶解度就大，分配系數(shù)就大，也就是說，被測組分在固定液中溶解度或分配系數(shù)的大小與被測組分和固定液兩種分子之間相互作用力的大小有關(guān)。 分子間的相互作用力包括靜電力、誘導(dǎo)力、色散力和氫鍵力等。 （l）靜電力（定向力）這種力是由于極性分子的永久偶極間存在靜電作用而引起的。在極性固定液柱上分離極性試樣時(shí)，分子間的作用力主要就是靜電力。被分離組分的極性越大，與固定液間的相互作用力就越強(qiáng)，因而該組分在往內(nèi)滯留的時(shí)間就越長。因?yàn)殪o電力

27、的大小與絕對溫度成反比，所以在較低柱溫下依靠靜電力有良好選擇性的固定液，在高溫時(shí)選擇性就變差，亦即升高柱溫對分離不利。 （2）誘導(dǎo)力極性分子和非極性分子共存時(shí)，由于在極性分子永久偶極的電場作用下，非極性分子極化而產(chǎn)生誘導(dǎo)仍極，此時(shí)兩分子相互吸引而產(chǎn)生誘導(dǎo)力。這個(gè)作用力一般是很小的。在分離非極性分子和可極化分子的混合物時(shí)，可以利用極性固定液的誘導(dǎo)效應(yīng)未分離這些混合物。 例 如 羊 和 環(huán) 己 烷 的 沸 點(diǎn) 很 相 近 （ 8 0 1 0 和8081）。若用非極性固定液（例如液體石蠟）是很難將它們分離的。但苯比環(huán)己烷容易極化，所以用一個(gè)中等極性的鄰苯二甲酸二辛酯固定液，使本產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，苯的保留

28、時(shí)間是環(huán)己烷的15倍；若選用強(qiáng)極性的,一氧二丙睛固定液，則苯的保留時(shí)間是環(huán)己烷的63倍，這樣就很易分離了。 （3）色散力非極性分子間雖沒有靜電力和誘導(dǎo)力相互作用，但其分子卻具有瞬間的周期變化的偶極矩（由于電子運(yùn)動(dòng)、原子核在零點(diǎn)間的振動(dòng)而形成的），只是這種瞬間偶極矩的平均值等于零，在宏觀上顯示不出偶極矩而已。這種瞬間偶極矩帶有一個(gè)同步電場，能使周圍的分子極化，被極化的分子又反過來加劇瞬間偶極矩變化的幅度，產(chǎn)生所謂色散力。 對于非極性和弱極性分子而言，分子間作用力主要是色散力。例如用非極性的角鯊?fù)楣潭ㄒ悍蛛xqq烴類時(shí)，它的色譜流出次序與色激力大小有關(guān)。由于色散力與沸點(diǎn)成正比，所以組分基本按沸點(diǎn)順序

29、分離。 （4）氫鍵力也是一種定向力，當(dāng)分子中一個(gè)h原子和一個(gè)電負(fù)性（原子的電負(fù)性是原子吸引電子的能力，電負(fù)性愈大，吸引電子的能力愈強(qiáng)廣良大的原子以x表示，如f,o，n等）構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，它又能和另一個(gè)電負(fù)性很大的原子以y表示）形成一種強(qiáng)有力的有方向性的靜電吸引力，這種能力就叫氫鍵作用力。這種相互作用關(guān)系表示為“xhy，x，h之間的實(shí)線表示共價(jià)鍵，h，y之間的點(diǎn)線表示氫鍵。x，y的電負(fù)性愈大，也即吸引電子的能力愈強(qiáng)，氫鍵作用力就愈強(qiáng)。同時(shí)，氫鍵的強(qiáng)弱還與y的半徑有關(guān)，半徑愈小，愈易靠近x-h，因而氫鍵愈強(qiáng)。氫鍵的類型和強(qiáng)弱次序?yàn)椋?由上述可見，分子間的相互作用力是與分子的極性有關(guān)的。固定液的極性可

30、以采用相對極性（relative polarity）p來表示。這種表示方法規(guī)定強(qiáng)極性的固定液,一氧二丙睛的相對極性p=100，非極性的固定液角鯊?fù)榈南鄬O性p=100，然后用一對物質(zhì)正丁烷一丁二烯或環(huán)己烷一苯進(jìn)行試驗(yàn)，分別測定這一對試驗(yàn)物質(zhì)在,一氧二丙睛，角鯊?fù)榧坝麥y極性固定液的色譜柱上的調(diào)整保留值，然后按下列兩式計(jì)算欲測固定液的相對極性px： 式中下標(biāo)1、2和x分別表示,一氧二丙睛、角鯊?fù)榧坝麥y固定液。這樣測得的各種固定液的相對極性均在0100之間，為了便于在選擇固定液時(shí)參考，又將其分為五級，每 20為一級，p在 0+1間的為非極性固定液，+l+2為弱極性固定液，3為中等極性固定液，45為強(qiáng)

31、極性固定液，非極性亦可用 “-”表示。 應(yīng)用相對極性px表征固定液性質(zhì)，顯然并未能全面反映被測組分和固定液分子間的全部作用力，為能更好地表征固定液的分離特性，羅骨耐特（rohrschneider l，羅氏）及麥克雷諾（mcreynolds w o，麥?zhǔn)希┰谏鲜鱿鄬O性概念的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的固定液特征常數(shù)。 羅胥耐特選用了5種代表不同作用力的化合物作為探測物（probe），即苯（電子給予體）、乙醇（質(zhì)子給予體）、甲乙酮（偶極定向力）、硝基甲烷（電子接受體）和毗陡（質(zhì)子接受體），以非極性固定液角鯊?fù)闉榛鶞?zhǔn)來表征不同固定液的分離性質(zhì)羅氏常數(shù)。麥?zhǔn)显诹_氏工作的基礎(chǔ)上，選用10種物質(zhì)來表征固定液的分離

32、特性。實(shí)際上通常采用麥?zhǔn)系那?種探測物，即苯、丁醇、2一戊酮、硝基丙烷和吡啶測得的特征常數(shù)（麥?zhǔn)铣?shù)）已能表征固定液的相對極性。麥?zhǔn)铣?shù)也以角鯊?fù)楣潭ㄒ簽榛鶞?zhǔn)，其計(jì)算方法為 式中采用重現(xiàn)性好的保留指數(shù)i來代替調(diào)整保留值，下標(biāo)p為待測固定液，s為角鯊?fù)楣潭ㄒ?，i苯p為以苯作為探測物時(shí)在待測固定液上的保留指數(shù)，i苯s為以苯作探測物時(shí)在角鯊?fù)楣潭ㄒ荷系谋Ａ糁笖?shù)，其余類同。顯而易見，兩者的差值可表征以標(biāo)準(zhǔn)非極性固定液角鯊?fù)闉榛鶞?zhǔn)時(shí)欲測固定液的相對極性麥?zhǔn)铣?shù)，以x，y，z，u，s符號表示各相應(yīng)作用力的麥?zhǔn)铣?shù)。將這5種探測物i值之和 稱為總極性，其平均值稱為平均極性。固定液的總極性越大，則極性越強(qiáng)；不

33、同固定液的麥?zhǔn)铣?shù)相近，表明它們的極性基本相同；麥?zhǔn)铣?shù)值越小，則固定液的極性越接近于非極性固定液的極性；麥?zhǔn)铣?shù)中某特定值如x或y值越大，則表明該固定液對相應(yīng)的探測物（作用力）所表征的性質(zhì)越強(qiáng)。因而利用麥?zhǔn)铣?shù)將有助于固定液的評價(jià)、分類和選擇。 表26列出一些常用固定液的麥?zhǔn)铣?shù)。較詳細(xì)的麥?zhǔn)铣?shù)表可從氣相色譜手冊查找。表26中固定液的極性隨序號增大而增加。其中標(biāo)有序號的 12種是李拉（learyj j）用其近鄰技術(shù)（nearest neighbor technique）從品種繁多的固定液中選出分離效果好、熱穩(wěn)定性好、使用溫度范圍寬，有一定極性間距的典型固定液，它對固定選擇是有用的依據(jù)。 c

34、 c固定液的選擇固定液的選擇 在固定液選擇中“相似相溶”原理是具有一定實(shí)際意義并能給予初學(xué)者一個(gè)簡單清晰的思考途徑。應(yīng)用此原理的色譜流出規(guī)律為： （l）分離非極性物質(zhì)，一般選用非極性固定液，這時(shí)試樣中各組分按沸點(diǎn)次序先后流出色譜柱，沸點(diǎn)低的先出峰，沸點(diǎn)高的后出峰。 （2）分離極性物質(zhì)，選用極性固定液，這時(shí)試樣中各組分主要按極性順序分離，極性小的先流出色譜柱，極性大的后流出色譜柱。 （3）分離非極性和極性混合物時(shí)，般選用極性固定液，這時(shí)非極性組分先出峰，極性組分（或易被極化的組分）后出峰。 （4）對于能形成氫鍵的試樣，如醇、酚、膠和水等的分離。一般選擇極性的或是氫鍵型的固定液，這時(shí)試樣中各組分按

35、與固定液分子間形成氫鍵的能力大小先后流出，不易形成氨鍵的先流出，最易形成氨鍵的最后流出。 然而，相似相溶原理是一個(gè)原則性提法，應(yīng)用時(shí)有一定局限性。例如，欲分離組分為乙醇（沸點(diǎn)78）和乙酸乙酯（沸點(diǎn)77）的混合物，根據(jù)相似相溶原理，則固定液應(yīng)為醇類或酯類，比較聚乙二醇十八醚、苯二甲酸二癸酯和聚乙二醇一20 000的麥?zhǔn)铣?shù)（列于表 26），若將乙醇比擬為丁醇探測物、乙酸乙酯比擬為2一戊酮探測物，它們相應(yīng)在醚類固定液上y與z比值為1.6，在酯類固定液上為1.2，在醇類固定液上為1.5，其結(jié)果反而是醚類固定液分離效果好。從這一簡例中可顯示麥?zhǔn)铣?shù)在固定液選擇上的作用。 對于試樣性質(zhì)不夠了解的情況，一

36、種較簡便且實(shí)用的方法是由前述李拉提出的12種固定液（表26）中選出，一般選用4種固定液（se30，dc710， peg20m，degs），以適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件進(jìn)行色譜初步分離，觀察本知樣分離情況，然后進(jìn)一步按12種固定液的極性程序作適當(dāng)調(diào)整或更換，以選擇較適宜的一種固定液。 值得注意的是毛細(xì)管往氣相色譜現(xiàn)在已得到廣泛應(yīng)用。由于毛細(xì)管柱的柱效很高，如以每米 3 000理論塔板數(shù)計(jì)，50 m的毛細(xì)管柱具有 15萬塊理論塔板，那么 a 1.015的難分離物質(zhì)對已可得到分離，所以有人主張大部分分析任務(wù)可用三根毛細(xì)管柱完成：甲基硅橡膠柱（非極性，i一217）、三氟丙基甲基聚硅氧烷柱（中等極性，i1500）、

37、聚乙二醇一20m柱（中強(qiáng)極性，i2 308）。因而固定液選擇就變得容易得多。但還有少數(shù)分析問題，如高沸點(diǎn)多組分試樣、沸點(diǎn)結(jié)構(gòu)極相近的對映異構(gòu)體等還需選用特殊的。耐高溫、高選擇性固定液。鑒于分子的手性是生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)，各種類型手性固定相的研制已引起廣泛關(guān)注并取得了成果，使氣相色譜在生命物質(zhì)的分離、分析中起重要作用。 25氣相色譜檢測器 檢測器的作用是將經(jīng)色譜柱分離后的各組分按其特性及含量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電訊號。因此檢測器是檢知和測定試樣的組成及各組分含量的部件，是氣相色譜儀中的主要組成部分。 根據(jù)檢測原理的不同，可將檢測器分為濃度型檢測器（concentration sensitive detect

38、or）和質(zhì)量型檢測器（mass flow rate sensitive detector）兩種 濃度型檢測器：濃度型檢測器： 測量的是載氣中某組分濃度瞬間的變化，即檢測器的響應(yīng)值和組分的濃度成正比。如熱導(dǎo)地檢測器和電子捕獲檢測器等。質(zhì)量型檢測器：質(zhì)量型檢測器： 測量的是截氣中某組分進(jìn)入檢測器的速度變化，即檢測器的 響應(yīng)值和單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測器某組分的質(zhì)量成正比。如氫火焰離子化檢測器和火焰光度檢測器等。 熱導(dǎo)地檢測器 熱導(dǎo)地檢測器（thermal conductivity detector），常用tcd表示。由于結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度適宜，穩(wěn)定性較好，而且對所有物質(zhì)都有響應(yīng)，因此是應(yīng)用最廣、最成熟的一

39、種檢測器。 1熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu) 熱導(dǎo)地由油體和熱敏元件構(gòu)成，又可分雙臂熱導(dǎo)地和四臂熱導(dǎo)地兩種，參閱圖29（a）和（b）。 熱導(dǎo)地體用不銹鋼塊制成，有兩個(gè)大小相同、形狀完全對稱的孔道，每個(gè)孔里固定一根金屬絲（如鎢絲，鉑絲），兩根金屬絲長短、粗細(xì)、電阻值都一樣，此金屬絲稱為熱敏元件。為了提高檢測器的靈敏度，一般選用電阻率高，電阻溫度系數(shù)（即溫度每變化l，導(dǎo)體電阻的變化值）大的金屬絲或半導(dǎo)體熱敏電阻作熱導(dǎo)他的熱敏元件。 鎢絲具有較高的電阻溫度系數(shù)（6.5 x 10-3 cm-1-1）和電阻率（5.5 x10-6cm），而且價(jià)廉，容易加工，因此是目前最廣泛使用的熱敏元件。鎢絲的主要缺點(diǎn)是高溫時(shí)容易氧化。為

40、克服鎢絲的氧化問題，可采用錸鎢合金制成的熱絲，錸鎢絲抗氧化性好，機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性及靈敏度都比鎢絲高。 熱導(dǎo)池有兩根鎢絲（采用 220v，40w白熾燈鎢絲）的是雙臂熱導(dǎo)地，其中一臂是參比池，一臂是測量池；有四根鎢絲（采用220v，50w白熾燈鎢絲）的是四臂熱導(dǎo)池；其中兩臂是參比池，兩臂是測量池。 熱導(dǎo)池體兩端有氣體進(jìn)口和出口，參比池僅通過載氣氣流，從色譜柱出來的組分由載氣攜帶進(jìn)入測量地。 2熱導(dǎo)地檢測器的基本原理 熱導(dǎo)地作為檢測器，是基于不同的物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)系數(shù)。一些物質(zhì)的熱導(dǎo)系數(shù)見表27。當(dāng)電流通過鎢絲時(shí)，鎢絲被加熱到一定溫度，鎢絲的電阻值也就增加到一定值（一股金屬絲的電阻值隨溫度升高

41、而增加）。在末進(jìn)試樣時(shí)，通過熱導(dǎo)地兩個(gè)池孔（參比他和測量池）的都是載氣。由于載氣的熱傳導(dǎo)作用，使鎢絲的溫度下降，電阻減小，此時(shí)熱導(dǎo)池的兩個(gè)地孔中鎢絲溫度下降和電阻減小的數(shù)值是相同的。在試樣組分進(jìn)入以后，載氣流經(jīng)參比地，而載氣帶著試樣組分流經(jīng)測量地， 由于被測組分與載氣組成的混合氣體的熱導(dǎo)系數(shù)和載氣的熱導(dǎo)系數(shù)不同，因而測量池中鎢絲的散熱情況就發(fā)生變化，使兩個(gè)池孔中的兩根鎢絲的電阻值之間有了差異。此差異可以利用電橋測量出來。 氣相色譜儀中的橋路，如圖氣相色譜儀中的橋路，如圖2 21010所示。所示。 圖210中，r1和r2分別為參比池和測量池的鎢絲的電阻，分別連于電橋中作為兩臂。在安裝儀器時(shí)，挑選

42、配對的鎢絲，使r1=r2 從物理學(xué)中知道，電橋平衡時(shí)， r1r4=r2r3。 當(dāng)電流通過熱導(dǎo)地中兩臂的鎢絲時(shí)，鎢絲加熱到一定溫度，鎢絲的電阻值也增加到一定值，兩個(gè)池中電阻增加的程度相同。如果用氫氣作載氣，當(dāng)載氣經(jīng)過參比他和測量油時(shí)，由于氫氣的熱導(dǎo)系數(shù)較大，被氫氣傳走的熱量也較多，鎢絲溫度就迅速下降，電阻減小。在載氣流速恒定時(shí)，在兩只池中的鎢絲溫度下降和電阻值的減小程度是相同的，亦即 r1 =r2 ， 因此當(dāng)兩個(gè)池都通過載氣時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，能滿足（r1十ri）r4=（r2 r2）r3。此時(shí) c，d兩端的電位相等，e=0，就沒有信號輸出，電位差計(jì)記錄的是一條零位直線，稱為基線。如果從進(jìn)樣器注

43、入試樣，經(jīng)色譜柱分離后，由載氣先后帶人測量地。此時(shí)由于被測組分與載氣組成的二元導(dǎo)熱系數(shù)與純載氣不同，使測量地中鎢絲散熱情況發(fā)生變化，導(dǎo)致測量地中鎢絲溫度和電阻值的改變，而與只通過純載氣的參比池內(nèi)的鎢絲的電阻值之間有了差異，這樣電橋就不平衡，即 r1 r2 （r1十ri）r4 （r2 r2）r3 這時(shí)電橋c，d之間產(chǎn)生不平衡電位差，就有信號輸出。載氣中被測組分的濃度愈大，測量地鎢絲的電阻值改變亦愈顯著，因此檢測器所產(chǎn)后的響應(yīng)信號，在一定條件下與載氣中組分的濃度存在定量關(guān)系。電橋上c，d間不平衡電位差用一自動(dòng)平衡電位差計(jì)記錄其響應(yīng)電位，在記錄紙上即可記錄出各組分的色譜峰。 w1，w2，w3為三個(gè)電位器。當(dāng)調(diào)節(jié)w1或w2時(shí)，都要影響電橋一臂的電位值，也就是影響電橋輸出信號，因此w1，w2都可用來調(diào)節(jié)橋路平衡，其中w1為零點(diǎn)調(diào)節(jié)粗調(diào)，w2為零點(diǎn)調(diào)節(jié)細(xì)調(diào)。在進(jìn)樣前，先調(diào)節(jié)w1，w2，使記錄器基線處在一定位置。w3用來調(diào)節(jié)橋路工作電流的大小。c，d之間的一串電阻是衰減電阻，用以調(diào)節(jié)輸入記錄器電位信號的大