毛細(xì)管柱選擇規(guī)則

1、要選擇一根合適的商用毛細(xì)管柱，主要需要考慮以下幾個(gè)因素：固定相、內(nèi)徑、柱長(zhǎng)、膜厚。下面分別就這些因素加以討論。1固定相色譜理論上講，選擇固定相首選遵循相似性原則，即：用非極性固定相分析非極性物質(zhì)，用 極性固定相分析極性物質(zhì)，用含芳香基團(tuán)的固定相分析芳香族化合物。在填充柱時(shí)代，這個(gè) 想法是非常正確的，因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候，分離度是首先需要把握的關(guān)鍵因素，分不開(kāi)，就沒(méi)辦法 想其它。它的理由在于塔板理論的推論，即：組分在固定相中有越大的溶解度，同樣的溶解 度差異就會(huì)產(chǎn)生越大的分離度。但是在毛細(xì)管色譜時(shí)代，分離度不再始終是分析的首選問(wèn)題。毛細(xì)管具有幾十萬(wàn)塊塔板，如此大的柱效率，以至于不再需要充分考慮分離問(wèn)題了

2、。這個(gè)時(shí)候，樣品兼容性、使用溫度、穩(wěn)定性、柱流失情況等，都可能成為選擇的主要理由。例如分析甲醇乙醇丙醇等低級(jí)醇類(lèi)，正常應(yīng)選擇 wax類(lèi)高極性色譜柱。但是在雜質(zhì)較少的情況下，選擇DB-1這樣的非極性柱具有更高的靈活性和使用壽命。具體選擇主要依據(jù)以下規(guī)則：1）、因?yàn)榉菢O性毛細(xì)管柱具有明顯的穩(wěn)定性、高使用溫度、良好的色譜峰型等有利因素，因此易分離物質(zhì)應(yīng)首先選用極性小的色譜柱。2） 、分析氫鍵型物質(zhì)用氫鍵型PEG柱更佳。3）、輕烴或永久氣體用 Plot柱更佳。4） 、高苯基固定相對(duì)芳香族物質(zhì)保留能力更強(qiáng)。但是分析二甲苯等芳烴異構(gòu)體，首選Wax 類(lèi)強(qiáng)極性色譜柱。2、內(nèi)徑毛細(xì)管柱理論塔板高度與內(nèi)徑成正比。

3、因此相同長(zhǎng)度的毛細(xì)管，內(nèi)徑越小柱效率越高。但內(nèi)徑越小，通常 意味著柱容量的減小，在分析低含量組分時(shí)，對(duì)檢測(cè)器靈敏度和進(jìn)樣口分流能力的要求越高。因此在選擇 內(nèi)經(jīng)的時(shí)候，首先考慮的是樣品分析難點(diǎn)在于分離還是檢測(cè)。對(duì)于分離困難的樣品，首選較小口徑的色譜 柱；對(duì)于含量過(guò)低檢測(cè)困難的樣品，首選較大口徑的色譜柱。在沒(méi)有分析難點(diǎn)的情況下，選擇小口徑毛細(xì) 管柱可以縮短柱長(zhǎng)，減小分析時(shí)間。F面一張譜圖，可以看到不同口徑毛細(xì)管柱的分離效果。Rs = 0.fl7RS = L(1色譜柱： DB62取 30 mk 1.3Z氯苯2 14二氯苯053 min ID., 3 J pmnww J ft s if1 w/TJ j

4、On t.匕 dm Cm*0.32 mm L0.P 18 pmN=lD7.2&060m SPB-1 毛細(xì)柱 0.25&0.32nm內(nèi)徑：025i>n膜厚 0.53&0.75aw內(nèi)徑： 線速度：21cm/s上弓畫(huà)!以上數(shù)據(jù)均為參考值(plates/m)(He mL/mir0105-107000 125M0.180205-3050005940040,2550-1004170 4750060.32400-5003330 37ioro9；1000_20000環(huán)2.807510,000-15,0001170562 (packed)20,000200020F面一張表格，是不同

5、口徑毛細(xì)管柱理論塔板數(shù)的參考數(shù)據(jù)。柱效率中的小字，是另一公司的測(cè)試數(shù)據(jù)。內(nèi)徑nun樣品容量（ng）柱效最佳流量EI3、柱長(zhǎng)。柱長(zhǎng)增加一倍，理論塔板數(shù)增加一倍，但同時(shí)分析時(shí)間也增加一倍，分離度由于與柱長(zhǎng)的平方根成正比，因此理論上就只能夠得到0.414倍的增加， 但實(shí)際得到的收益要更小。 雖然如此，在分離度難以達(dá)到的時(shí)候選擇更長(zhǎng)的毛細(xì)管柱，仍然是最直接有效的方法。4、膜厚。膜厚并不能直接影響毛細(xì)管柱的理論塔板高度，但他直接影響色譜柱的相比。越大膜厚，色譜柱的柱容量就越大，組分出峰的時(shí)間就越晚。在需要更大的進(jìn)樣量的情況下，首選厚膜色譜柱；在需要快速分析的情況下，首選薄膜色譜柱。7.00DB-11 3

6、0 m x 0.32 mm 氨氣，38 cm/sec100 °C恒溫0.25 pm0 '癸正正r 2 324.59too1卩1 嘰.i1A0510152025Time (min.)Vr其他講座資料看>>>學(xué)習(xí)氣相色譜跟yuen72老師入門(mén)毛細(xì)管色譜柱的一個(gè)經(jīng)常被遺忘的重要參數(shù)就是膜厚。當(dāng)我們選擇一個(gè)毛細(xì)管柱的時(shí)候，通常都是指出固定液類(lèi)型 （毛細(xì)管柱商品名稱(chēng)，如DB-1）、內(nèi)徑（如0.32mm、長(zhǎng)度（如50m），很少顧及到膜厚。事實(shí)上，膜厚對(duì)分析的影響是巨大的。下面給出2張不同膜厚色譜柱的分析結(jié)果對(duì)比圖，請(qǐng)朋友們比較兩張圖中不同膜厚譜圖的差異，并試著用塔板理論

7、加以分析。DB-1, 30 m x 0.32 mm 1氨氣.38 cm/sec2100 oc恒溫0.25 pm.10 247.001.00 pm61癸烷 2正十一烷23.正十二烷24.591020 25儀器信息網(wǎng)www匕Oe. Cr>47 minR3.140,25 /R=3 607.4 mln0.50/R=4.9613 2 min13 2 min20 mmcrlesJVriJVV ¥譜圖對(duì)比情況分析:從譜圖可以看到：1厚液膜色譜柱出峰時(shí)間明顯增加，液膜厚度增加一倍，出峰時(shí)間增加接近一倍。2、厚液膜的分離度略有增加。膜厚增加一倍，分離度沒(méi)有達(dá)到增加0.414倍，只是略有增加。知識(shí)

8、回顧：塔板理論共有四個(gè)基本假設(shè)，分別是：（i ）在柱內(nèi)一小段長(zhǎng)度 H內(nèi)，組分可以在兩相間迅速達(dá)到平衡。這一小段柱長(zhǎng)稱(chēng)為理論塔板高度H。（ii ）流動(dòng)相（如載氣）進(jìn)入色譜柱不是連續(xù)進(jìn)行的，而是脈動(dòng)式，每次進(jìn)氣為一個(gè)塔板體積（Vn）（iii ）所有組分開(kāi)始時(shí)存在于第0號(hào)塔板上，而且試樣沿軸（縱）向擴(kuò)散可忽略。（iv ）分配系數(shù)在所有塔板上是常數(shù)，與組分在某一塔板上的量無(wú)關(guān)。理論推演：根據(jù)假設(shè)，當(dāng)載氣脈動(dòng)進(jìn)入色譜柱時(shí)，組分分子中，能夠跟隨載氣前行的只有在氣相中的那一部分，而液體固定相中的組分分子，受到固定相的保護(hù)，停留在原地。思考：組分分子的平均移動(dòng)速度與哪些條件相關(guān)？為什么？提示：組分分子平均移動(dòng)

9、速度：V=u/（ 1+k），這里載氣線速度為 u，k為組分分子在液相中的量與在氣相 中的量之比。分析時(shí)間t=L/V= （ 1+k）L/u=tO + ktO，這里tO為死時(shí)間L/u。譜圖情況分析：1、出峰時(shí)間延長(zhǎng)。由于組分在固定液中溶解度較大（這就是選擇固定液依據(jù)相似性原則的基礎(chǔ)），因此膜厚增加一倍，固定液體積增加一倍，k也就隨之增加了一倍。因此組分調(diào)整保留時(shí)間t'增加一倍，在死時(shí)間 tO較短的情況下，所以分析時(shí)間增加了一倍。2、分離度增加。根據(jù)塔板理論，理論塔板高度H和液膜厚度并沒(méi)有關(guān)系，僅和進(jìn)樣寬度即 0號(hào)塔板高度h有關(guān)，因此分離度R應(yīng)該保持不變。但由于毛細(xì)管柱柱容量小，因此進(jìn)樣狀態(tài)

10、絕大多數(shù)情況下處于柱過(guò)載狀態(tài)。當(dāng)膜厚增加的時(shí)候，柱容量增加，由于柱過(guò)載造成的0號(hào)塔板展寬情況得到緩解，因此0號(hào)塔板高度h略有減小，理論塔板高度H也因此減小，柱效率即理論塔板數(shù)n=L/H有所增加。所以分離度 R得到了一些改善。3、深度分析：理論塔板數(shù) n增加，應(yīng)該導(dǎo)致色譜峰變得窄而高。但是看第一張譜圖，可以發(fā)現(xiàn)峰變矮變寬 了。這是因?yàn)槔碚撍鍞?shù) n增加很少，而保留時(shí)間的增加，會(huì)導(dǎo)致分子縱向擴(kuò)散情況加重，根據(jù)速率理論， 峰寬應(yīng)該增加。其他講座資料看>>>學(xué)習(xí)氣相色譜跟yuen72老師入門(mén)不同的膜厚，帶來(lái)了不同的保留時(shí)間。不同的內(nèi)徑，帶來(lái)了不同的理論塔板數(shù)。選擇內(nèi)徑和膜 厚，要考慮

11、分離難度和檢測(cè)難度。與此同時(shí)，如何控制分析時(shí)間？事實(shí)上，相比是決定一 個(gè)固定長(zhǎng)度色譜柱中組分流出時(shí)間的決定性因素。什么是相比？在毛細(xì)管柱上:定義：色譜柱中氣相容積和固定相容積;計(jì)算公式:rP 2d意義：近似相比的色譜柱在同樣的色譜條件下可C 時(shí)間和化合物流出順序。低相比的色譜柱將提供更高的樣品容量和弓不同內(nèi)徑和膜厚毛細(xì)管柱的相比情況如下表:內(nèi)徑（mm）膜厚（um0L000.1845018090450.25625250125630.32800320160800531325530265128在相同的載氣流速和色譜柱長(zhǎng)度下，相同的相比，具有相同的保留時(shí)間。如下2張譜圖:2500

12、ito61820211819SUPELCOWAX 1030m x 0.53mm ID x 0*50卩SUPELCOWAX 1030m x 0.20mni ID x 0.20pm dfSLB-Sms, 30 m x 0+25 025 pm (p = 250)需要注意的是：相比是決定保留時(shí)間的主要因素，但并不是決定理論塔板數(shù)（柱效率）的主要SLB5ms, 30 ntx 0,53 mrn LD. 050 pm (B = 265)14020I |T因素。在綜合平衡柱容量、柱效率、分析時(shí)間三方面因素的時(shí)候，需要注意相比的影響。i i一1c19在色譜柱這里，決定柱容量（最小檢出量）的主要因素是內(nèi)徑和膜厚，

13、決定柱效率的是內(nèi)徑,決定保留時(shí)間的是相比。在塔板理論脈沖進(jìn)氣的情況下，樣品進(jìn)樣都在第 0塊塔板上。如此，第0塊塔板體積應(yīng)該等于進(jìn)樣體積。但是，在毛細(xì)管柱的進(jìn)樣上，明顯并不如此。以0.32mm色譜柱正常柱效為3300塊塔板每米來(lái)看，每塊塔板高度應(yīng)為0.3mm如果考慮進(jìn)樣 量為0.2ml，分流比為50倍，則進(jìn)入色譜柱的樣品體積是為0.004ml，如此應(yīng)該占有50mm的色譜柱，按照塔板理論假設(shè)，理論塔板高度應(yīng)為 50mm為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的差異呢？顯然問(wèn) 題來(lái)自與理論假設(shè)中的脈動(dòng)進(jìn)樣。通常，我們把實(shí)際進(jìn)樣體積占色譜柱高度與理論塔板高度之比稱(chēng)為進(jìn)樣寬度，這里即50mm/0.3mm=1（塊塔板。在樣品逐漸

14、進(jìn)入色譜柱的時(shí)候，溶解和解析的過(guò)程是不斷進(jìn)行的，實(shí)際的樣品進(jìn)樣過(guò)程中，已經(jīng)形成了色譜峰的形狀。如下圖，上面的是進(jìn)樣寬度為 100塊塔板高度情況下，進(jìn)樣完畢 時(shí)組分濃度的柱內(nèi)分布。當(dāng)包括進(jìn)樣在內(nèi)共有 200塊塔板體積載氣進(jìn)入色譜柱后，形成的色 譜峰成為下面的形狀。注意，圖中橫坐標(biāo)為色譜柱頭 0至 n塊塔板。120理論塔板高度事實(shí)上是與進(jìn)樣無(wú)關(guān)的，只與載氣流速、縱向擴(kuò)散速度和傳質(zhì)速度有關(guān)，即速 率理論：H = B/u + Cu。因此在相同線速度（縱向擴(kuò)散相同）和相比（液膜厚度與內(nèi)徑成 正比）的情況下，存在理論塔板高度與毛細(xì)管色譜柱內(nèi)徑成正比的關(guān)系，因?yàn)榇藭r(shí)傳質(zhì)距離 正好與內(nèi)徑成正比。因此，厚液膜的

15、色譜柱，因?yàn)樵黾恿艘合嗪穸榷黾恿艘合鄠髻|(zhì)阻力，因此并不能提供更好的理論塔板數(shù)。相反的，厚液膜色譜柱理論塔板數(shù)（即柱效率）要略低一些。這與我們實(shí)際工作似乎略有出入，事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)厚液膜的柱子具有更好的分離度R。但這與理論并不沖突，發(fā)生這樣情形的原因在于進(jìn)樣量。我們知道，毛細(xì)管柱的主要特點(diǎn)之一就是柱容量小。因此毛細(xì)管柱極易超載。毛細(xì)管柱超載可以分為兩個(gè)情況：1進(jìn)樣體積超載。2、組分總量超載。下面我們分別對(duì)此加以描述。1進(jìn)樣體積超載。如上面的圖，即當(dāng)進(jìn)樣寬度達(dá)到100塊塔板（進(jìn)入色譜柱的樣品體積達(dá)到理想塔板氣相體積100倍），分配比=5情況下的進(jìn)樣狀態(tài)圖。 此時(shí)，色譜柱已經(jīng)出現(xiàn)了進(jìn)樣體積

16、超載，柱頭的1-10塊塔板已經(jīng)呈現(xiàn)進(jìn)樣平臺(tái)，這一平臺(tái)必然造成了色譜峰的柱外展寬-進(jìn)樣展寬。進(jìn)樣展寬不屬于塔板理論和速率理論下正常峰展寬，因此屬于柱外展寬， 與此相似的還有檢測(cè)器響應(yīng)時(shí)間帶來(lái)的峰展寬等。當(dāng)沒(méi)有出現(xiàn)這樣的進(jìn)樣平臺(tái)時(shí)，可近似認(rèn)為滿(mǎn)足塔板理論第4假設(shè)：進(jìn)樣時(shí)所有組分都位于第0號(hào)塔板，色譜峰具有最細(xì)寬度和最好的分離度。要消除這個(gè)平臺(tái)，只能減小進(jìn)樣體積，或者增加柱容量。液膜厚度增加一倍，分配比k增加一倍，進(jìn)樣平臺(tái)將明顯縮小。例如,上圖當(dāng)分配比k=10,增加一倍后，柱頭組分濃度分配情況如下：雖然進(jìn)樣體積超載會(huì)帶來(lái)色譜峰展寬，減小分離度，但這種展寬不影響色譜峰流出的形狀，通常是可以接受的。而且

17、，這種超載是難以克服的，如果定量管或者汽化室玻璃襯管體積已經(jīng)確定，無(wú)法通過(guò)降低樣品濃度，或減小注射器進(jìn)樣體積來(lái)解決。但它可以通過(guò)增加分流比、增加色譜柱膜厚來(lái)減小。這種平臺(tái)峰只出現(xiàn)在色譜柱頭，當(dāng)組分到達(dá)色譜柱末端已經(jīng)呈現(xiàn)為良好的色譜峰型了。這里提供一個(gè)低分配比k=2, 200塔板體積的柱頭平臺(tái)峰供參考.冋樣在分配比k=2的情況下，進(jìn)樣寬度為10的時(shí)候，色譜峰型如下：1009080706050403020100/J114 27 40 S3 66 79 92 105 118 131 144 157 170 183 1%因此，在發(fā)生進(jìn)樣體積超載的情況下，厚液膜色譜柱（更小的相比）由于減小了進(jìn)樣展寬,通

18、常具有更好的分離度。2、組分總量超載。當(dāng)進(jìn)樣體積一定，樣品組分濃度過(guò)大時(shí)，塔板理論第 4假設(shè)：組分在兩相的分配系數(shù)K為常數(shù),將不成立。此時(shí)由于組分濃度過(guò)大，固定相無(wú)法快速溶解組分，組分將蔓延在非常寬的色譜柱 上，形成大平臺(tái)。同時(shí)由于在固定相中過(guò)多溶解，固定相中濃度過(guò)大，將和固定相載體（毛細(xì)管石英壁）發(fā)生二次吸附解析，由于二次吸附解析為慢過(guò)程，將形成峰拖尾。這種情況發(fā)生時(shí)，可以看到平臺(tái)峰或峰拖尾，分離度大大下降，因此在分析中一般無(wú)法接受, 應(yīng)該調(diào)整進(jìn)樣量。當(dāng)然，有些時(shí)候我們也能認(rèn)可，例如分析微量組分，溶劑的過(guò)量峰；或者本身吸附較強(qiáng)或強(qiáng)極 性色譜柱分析常量組分略有拖尾等情況。事實(shí)上，Plot色譜柱

19、吸附較強(qiáng)，柱容量較小，拖尾經(jīng)常發(fā)生。用AI2O3色譜柱分析混合碳四,常量烯烴和炔烴基本都有拖尾，并不影響分析。但細(xì)心的人可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這些組分含量很低時(shí)， 峰型都是非常好的 其他講座資料看 >>>學(xué)習(xí)氣相色譜跟yuen72老師入門(mén)毛細(xì)管色譜柱的一個(gè)經(jīng)常被遺忘的重要參數(shù)就是膜厚。當(dāng)我們選擇一個(gè)毛細(xì)管柱的時(shí)候，通常都是指出固定液類(lèi)型（毛細(xì)管柱商品名稱(chēng)，如DB-1）內(nèi)徑（如0.32mm、長(zhǎng)度（如500），很少顧及到膜厚。事實(shí)上，膜厚對(duì)分析的影響是巨大的。下面給出2張不同膜厚色譜柱的分析結(jié)果對(duì)比圖，請(qǐng)朋友們比較兩張圖中不同膜厚譜圖的差異, 并試著用塔板理論加以分析。DB-1 ±

20、; 30 m x 0.32 mm 1孰氣，38cm/sec3川loo °c恒溫 li3012i42Gr癸烷2正十一烷3正十二烷324.591 too11Mm i A05ib152Q25Time (min.)JIJI0積(厶vm從譜圖可以看到:i厚液膜色譜柱出峰時(shí)間明顯增加，液膜厚度增加一倍，出峰時(shí)間增加接近一倍。2、厚液膜的分離度略有增加。膜厚增加一倍，分離度沒(méi)有達(dá)到增加0.414倍，只是略有增加。知識(shí)回顧:塔板理論共有四個(gè)基本假設(shè)，分別是:(i )在柱內(nèi)一小段長(zhǎng)度 H內(nèi)，組分可以在兩相間迅速達(dá)到平衡。這一小段柱長(zhǎng)稱(chēng)為理論塔板高度Ho(ii )流動(dòng)相(如載氣)進(jìn)入色譜柱不是連續(xù)進(jìn)行的，而是脈動(dòng)式，每次進(jìn)氣為一個(gè)塔板體R=3 60譜圖對(duì)比情況分析:20 minutes13 2伽R»4-96Fl3.t4了-4 min（iii ）所有組分開(kāi)始時(shí)存在于第0號(hào)塔板上，