第五章填充柱氣相色譜法教案

1、第五章 填充柱氣相色譜法第一節(jié) 填充柱氣相色譜 一、系統(tǒng)流程圖二、分析單元（一）氣路系統(tǒng) 作用 供給色譜分析所需要的載氣、燃?xì)?、助燃?xì)狻０?氣體鋼瓶（氣體發(fā)生器）、減壓閥、干燥管等。1、載氣：最常用的有n2，h2等。所走的路線為： 鋼瓶（或氣體發(fā)生器）-壓力表-減壓閥-凈化管-（儀器）-表-汽化室-柱-檢測器。2、燃?xì)?、助燃?xì)猓篽和空氣。所走的路線為： 鋼瓶（或氣體發(fā)生器-壓力表-減壓閥-凈化管-（儀器）-表-汽化室-檢測器。（二）常見氣路系統(tǒng)常見的有單柱單氣路、多（雙）柱單氣路、雙柱雙氣路。1、單柱單氣路 一個(gè)柱子、一條氣路，最簡單、多用。2、多（雙）柱單氣路：將兩根裝有不同固定相柱子串聯(lián)

2、起來，解決單柱不易解決的問題。3、雙柱雙氣路 將載氣分成兩路，分別進(jìn)入兩個(gè)裝填完全相同的柱子，分別進(jìn)入兩個(gè)裝填完全相同的柱子，再分別進(jìn)入檢測器的兩臂或進(jìn)入兩個(gè)檢測器，其中一路作為分析用，一路供補(bǔ)償用，消除條件誤差。（三）進(jìn)樣系統(tǒng) 將樣品快速、定量地加到柱頭，進(jìn)行色譜分離。 包括：將樣品瞬間氣化的氣化室，進(jìn)樣器兩部分1、氣化室 a 散熱片 b玻璃插入管 c 加熱器 d 載氣入口 e 進(jìn)色譜柱2、進(jìn)樣瞬間完成進(jìn)樣 氣體：六通閥液體：注射器a、在通常狀態(tài)下，載氣通過六通閥一臂。b、進(jìn)樣狀態(tài) c、工作狀態(tài)（四）色譜柱1、形狀及規(guī)格：有u型和螺旋型兩種 規(guī)格 內(nèi)徑 一般 4-6mm 高效 2-3mm 毛

3、細(xì)管 01-05mm 制備 8-20mm材質(zhì) 不銹鋼、玻璃，石英（五）檢測器（六）記錄儀自動平衡電子電位差計(jì)作用：記錄檢測器的輸出信號注意：1、量程選擇合適0-5 mv 0-10mv 2、信號過載不可太嚴(yán)重3、清潔、干燥。 要求：噪聲小于0.2%（滿量程）。漂移小于1%（滿量程）。第二節(jié) 氣固色譜固定相氣相色譜gscglc氣液中 固定相=載體+固定液氣固中 固定相固體吸附劑一、氣固色譜的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)1、k值比氣液色譜中大，適合分析永久氣體，氣態(tài)烴。2、熱穩(wěn)定性好，柱溫上限高。3、一般情況下，吸附等溫線不成線性，峰不對稱。4、表面結(jié)構(gòu)不均勻，重現(xiàn)性不好。二、常用固定相雖然吸附劑的種類很多，但是在氣

4、固色譜中作為固定相的卻不多，一般僅限于活性炭、硅膠、氧化鋁，分子篩等。由于吸附劑的性能與制備、活化條件等有很大關(guān)系，所以，不同來源的同種吸附劑，甚至于同一來源的非同批產(chǎn)品，其色譜分離效能均不重復(fù)。1、炭：活性炭、碳分子篩 用于惰性氣體、永久氣體，氣態(tài)烴的分析等。 2、氧化鋁 熱穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高，用于分析c4以下烴及異構(gòu)體。 3、硅膠 sio2 xh2o 分離能力決定于孔徑大小及含水量，一般用來分離c2-c4烴及某些含硫氣體。4、分子篩 人工合成的泡沸石，化學(xué)組成為moal2o3 xsio2yh2o，其中是金屬離子na+、k+、 ca2+等，合成的泡沸石加熱時(shí)，結(jié)構(gòu)水就從空隙中逸出，留下一定

5、大小均勻的孔穴。 當(dāng)樣品分子經(jīng)過分子篩時(shí)，比孔徑小的分子被吸進(jìn)去，比孔徑大的分子通過分子篩出來，故分子篩實(shí)際是個(gè)反篩子。分子篩的種類很多，用做分析的有4a、5a、13x三種，其中前面的數(shù)字代表孔徑（4a），a、x表示類型，a、x化學(xué)組成不同。用于分析氣樣中n2和o2有特效。 5、gdx高分子多孔微球 既可做固定相，又可做載體，用于分析多元醇、脂肪酸等極性化合物分析。第三節(jié)氣液色譜固定相 固定相載體固定液均勻地涂在載體上，固定液配比3-25%，配比固定液固定相，起決定作用的是固定液。載體作用是提供一個(gè)大的惰性表面，以便涂上固定液。一、氣液色譜載體（一）對載體的要求 1、足夠大的表面積。 2、較好

6、的化學(xué)惰性。 3、形狀規(guī)則、大小均勻。 4、有一般的機(jī)械強(qiáng)度。（二）載體的分類 1、硅藻土載體： 常用，由天然硅藻土鍛燒而成，主要成分無機(jī)鹽。根據(jù)制造工藝和助劑不同，分為紅色與白色硅藻土兩類。色：表面積大，活性大，易吸附、催化，強(qiáng)度高。一般用于極性物分析。色：表面積小，活性小，不易吸附、催化，一般用于非極性物分析。 白色的用的更多，常見的有：101、102、201-等，紅色常見的有6201等。 、非硅藻土載體 （）玻璃微球：小玻璃珠，顆粒規(guī)則，涂漬困難。（）聚四氟乙烯：吸附性小，耐腐蝕,分析so2、cl2、hcl等氣體。（）高分子多孔微球 gdx 既可做g s c固定相，又可做g l c載體

7、gdx-101、102、103、104、105 -201、202 -301 -401 -501 （一大系列產(chǎn)品） 前面的數(shù)字表示極性，后面的數(shù)字是不同的稀釋劑（汽油、甲苯等）用量。（三）載體的表面處理 1、處理的原因 （1）在載體的表面存在si -oh，與樣品分子形成氫鍵。 （2）載體中含有礦物雜質(zhì)，fe、al2o3等，會使樣品分子催化降解。 2、處理的方法 （1）酸洗：濃hcl泡半小時(shí)，洗至中性，烘干、備用，除去無機(jī)雜質(zhì)，適用于分析酸性樣品。 （2）堿洗：10%的naoh泡，洗至中性，烘干、備用，除去酸性作用點(diǎn)，適用于分析堿性樣品。 （3）硅烷化：除去載體表面的硅醇基，消除氫鍵作用點(diǎn)，方法是

8、加入硅烷化試劑，如二甲基二氯硅烷等，處理后，性能好，但試劑昂貴。（四）載體的選擇 1、紅色硅藻土載體：烷烴、芳烴等非極性、弱極性物。 2、白色硅藻土載體：醇、胺、酮等極性物 3、固定液含量大于5%，一般的紅色、白色載體 4、固定液含量小于5%，處理過的載體。 5、高沸點(diǎn)：選玻璃微球；強(qiáng)腐蝕的選氟載體。 二、氣液色譜固定液 （一）對固定液的要求 1、對組分有良好的選擇性，溶解度不同。 2、蒸汽壓低，固定液流失少。 3、化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好。 4、潤濕性好。（二）組分與固定液分子間的作用力 組分之所以能夠分離，是由于它們在柱中k不同，在固定液中的溶解力不同，組分與固定液分子間的作用力不同，作用

9、力 定向力、誘導(dǎo)力、色散力、氫鍵作用力。 1、定向力：極性分子間的作用力e = - a、s兩極性分子的永久偶極矩； r 分子間距離; k波茲曼常數(shù) t溫度 極性固定液分離極性樣品組分，定向力起主導(dǎo)作用，分子間距離越小，相互作用越強(qiáng)，偶極矩越大，作用力越大。2、誘導(dǎo)力：一個(gè)具有永久偶極的極性分子，對另外一個(gè)分子會產(chǎn)生誘導(dǎo)作用，這種作用力叫誘導(dǎo)力。 sa2 +as2 ed = - r6 ss為組分和固定液的分子極化率 誘導(dǎo)力通常是很小的，但在分離非極性和可極化分子的混合物時(shí)，極性固定液的誘導(dǎo)力就突出表現(xiàn)出來，例如：苯（沸點(diǎn)80.10c）和環(huán)己烷（80.80c）的分離。 3、色散力：非極性分子間唯一

10、的相互作用力。 el = ia、is為組分和固定液分子的電離能，有機(jī)物分子電離能接近。4、氫鍵作用力：一個(gè)氫原子與一個(gè)電負(fù)性大的原子構(gòu)成共價(jià)鍵，又能與另外一個(gè)電負(fù)性大的原子形成一種有方向性的靜電吸附力-氫鍵作用力 （三）固定液的分類 目前，可以使用的固定液有700多種，對眾多的固定液有規(guī)律的排列，以利于選擇，方法如下。 1、按極性分類 a、按相對極性分類規(guī)定：最強(qiáng)極性固定液，氧二丙晴極性為100；非極性固定液角鯊?fù)闃O性為0；其余，0-100之間。如果 0 -20 一度 +如果 21-40 二度 +2如果 41-60 三度 +3如果 61-80 四度 +4如果 81-100 五度 +5 計(jì)算方法

11、：選擇一物質(zhì)對，常用正丁烷-丁二烯，分別在非極性、極性、被測固定液柱上測物質(zhì)對的相對保留值，并取對數(shù)： q = lg 被測固定液的相對極性 px = 100 (1-) q1-極性柱 q2-非極性柱 qx-被測固定液柱 該方法分類的優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡單，缺點(diǎn)是，有時(shí)p出負(fù)值。 b、相特征常數(shù)法 rohrschneider（羅氏常數(shù)） 按相對極性分類只反映分子間的誘導(dǎo)力，而實(shí)際上，組分與固定液分子間除誘導(dǎo)力外，尚有定向力、色散力、氫鍵作用力等。因此相對極性不能反映分子間的全部作用力。1966年，rohrschneider提出了相特征常數(shù)法，常稱為羅氏常數(shù)。1、選用五種不同性質(zhì)的組分來表征一種固定液的特

12、性，每種組分與固定液間作用力類型不同；2、用五種代表物在多種固定液柱上的保留指數(shù)，與在非極性固定液柱上保留指數(shù)之差，來代表固定液的相對極性，使極性的表達(dá)更加完善。 p = i = ip - is = ax + by + cz + du + es其中：1、a、b、c、d、e叫組分常數(shù)，組分不同，常數(shù)不同。2、x、y、z、u、s叫溶劑常數(shù)，又稱相常數(shù)，固定液決定這些常數(shù)，數(shù)值越大，極性越大。 3、x-對苯而言柱的極性； y-對乙醇而言柱的極性； z-對甲乙酮而言柱的極性 ； u-對硝基甲烷而言柱的極性； s-對吡啶而言柱的極性。 4、對苯定義 a = 100, b c d e = 0 對乙醇定義

13、b = 100, a c d e = 0 對甲乙酮定義 c = 100, a b d e = 0 對硝基甲烷定義 d = 100, a b c e = 0 對吡啶定義 e = 100, a b c d = 0 其它 a b c d e < 1000 5、各種作用力 代表物 苯-易極化、大鍵 芳烴、烯烴 乙醇-形成氫鍵 醇、腈、酸、氯化物 甲乙酮-接受氫鍵 酮、醚、醛、酯 硝基甲烷-特殊氫鍵 硝基化合物、腈類衍生物 吡啶-雜環(huán)代表 喹啉、吡啶、氧、氮雜環(huán) mcreynalds（麥?zhǔn)铣?shù)）為了提高i值的準(zhǔn)確代表性，mcreynalds做了大量工作，最后，他認(rèn)為，五種代表物，將丁醇-乙醇，戊酮

14、2-甲乙酮，硝基丙烷-硝基甲烷，更準(zhǔn)確些。為了區(qū)別，將麥?zhǔn)铣?shù)分別用x、y、z、u、s表示。 五種化合物的i值之和稱為總極性，按總極性由小到大的順序，就構(gòu)成m氏、r氏常數(shù)表。 一些書中，r氏常數(shù)表 溶劑常數(shù) m氏常數(shù)表 i值 i = 100 x r、m氏常數(shù)表的應(yīng)用1、有效的按五項(xiàng)平均極性把固定液分類、排對，為選擇固定液提供方便。2、比較極性，選代用固定液 ov-1和se-30。3、優(yōu)選少量有代表性的固定液（在226種中選5種，12種等） 4、作為固定液的技術(shù)指標(biāo)。 5、驗(yàn)證新型固定液的極性范圍。 6、選適當(dāng)?shù)墓潭ㄒ?2、按固定液的化學(xué)類型分類a、烴類 特點(diǎn)：極性最弱，角鯊?fù)?、石蠟油、聚乙烯?/p>

15、。適用于非極性物分析?；旧习捶悬c(diǎn)順序出峰。b、聚硅氧烷類 特點(diǎn)：應(yīng)用最廣，使用溫度范圍寬（50-350），固定液的種類日益增多，引入不同的取代基，使極性不同，如甲基聚硅氧烷，苯基聚硅氧烷等。 注意：中、英文名稱不統(tǒng)一 methyl silicone 甲基硅酮 methyl polysiloxane 甲基聚硅氧烷 硅醚 ch3 ch3 ch3 結(jié)構(gòu)： ch3-si-o-si-o-si-ch3 ch3 ch3 ch3 根據(jù)分子量不同，狀態(tài)分別為油、橡膠等。c、醇、醚類 特點(diǎn)：易形成氫鍵，選擇性取決于氫鍵作用力。聚乙二醇用的最多 peg-200，300，400，1000，1500，6000，20m

16、。后面的數(shù)字代表平均分子量。 d、酯類 特點(diǎn)：中等極性，含有極性和非極性集團(tuán)。 例：dnp-鄰苯二甲酸二壬酯 degs丁二酸二乙二醇聚酯e 其它 1、有機(jī)皂土2、液晶3、手性固定相 （四）固定液的選擇沒有嚴(yán)格的規(guī)律可循，一般規(guī)則1、已知樣品 （1） 按相似性原則 a、 按極性選擇固定液b、 按化學(xué)官能團(tuán)選擇固定液（2） 按主要差別tb或極性差。如果主要差別tb ，選非極性固定液；主要差別極性，選極性固定液。 （3） 按麥?zhǔn)铣?shù)選擇固定液 不同類組分的分離。 （4） 特殊樣品選特殊固定液 醇、水-gdx n2 o2-分子篩 （5） 混合固定液 復(fù)雜的樣品，單一固定液分不開，可選混合固定液2、未知

17、樣品（1）毛細(xì)管柱初分離 由于毛細(xì)管柱具有很高的分離效能，一般的組分未知樣品大都可以得到良好的分離，使用不同極性的毛細(xì)管柱，進(jìn)行定性分離，可以確定樣品中組分的峰數(shù)、極性范圍等。 （2）幾種最佳固定液 就目前來說，被優(yōu)選的次數(shù)最多，性能好、有代表性的有 se30 ov17 qf1 （丙酮會使其分解） peg20m degs 極性依次增大，未知樣品先在qf1上分離，而后換成ov17，若有所改善，再減小到se30。若由qf1到ov17分離度變壞，可增加極性。再細(xì)分12種。 三、氣液色譜填充柱的制備 1、根據(jù)樣品選擇固定液、載體。 2、根據(jù)固定液選擇溶劑。3、根據(jù)配比和所需固定相的量，計(jì)算所需固定液的量、載體的量。 例 dnp 101白色載體 固定相20克 配比10% 計(jì)算所需固定液 = 2克 載體 = 18克 4、涂漬將稱好的固定液放在一個(gè)燒杯中，加入適量的溶劑溶解。將稱好的載體，倒入溶解好固定液的燒杯中，在適當(dāng)?shù)臏囟认?，輕輕搖動燒杯，讓溶劑均勻揮發(fā)。如果溶劑沸點(diǎn)高，可在紅外等下烘干，直至載體呈顆粒狀、沒有溶劑氣味-為止。 5、柱的填充a、柱的清洗