《氣相色譜柱概述》word版

1、.氣相色譜柱概述第1節(jié) 色譜柱概述 氣相色譜柱是氣相色譜儀中的一個最重要部件，有色譜心臟之稱。色譜柱的選擇在整個建立分析方法的過程中是很重要的。色譜工作者分析一個樣品時，需要考慮怎樣才能在最短的時間內(nèi)定性定量的分析出最多的組分。這樣就要求選擇一根合適的色譜柱，它既能滿足分離的要求，又能滿足快速的要求。不僅要考慮被測組分的性質(zhì)，還要考慮到實驗條件（例如柱溫、柱壓的高低），包括對儀器的了解。這其中最主要的是對色譜柱的選擇，對色譜柱各個方面性質(zhì)的了解有助于這些工作的開展。氣相色譜柱有多種類型，可以按色譜柱的材料、形狀、柱內(nèi)徑的大小、長度、固定液的化學性能等進行分類。通常氣相色譜柱分為兩個大

2、類：一類是固定相以顆粒填料形式填滿整個柱子，稱為填充氣相色譜柱（Packed Column）；另一類是把固定相涂敷在毛細管的內(nèi)壁，柱管中心是空的，稱為毛細管氣相色譜柱（Capillary Column）或者稱開管柱（Open Tubular Column）。 圖3-1是色譜柱的一個分類表。1.1、填充柱與毛細管色譜柱的比較   填充柱和毛細管色譜柱在外觀、操作、性能和制備上有很大的差別。這兩類色譜柱在我國的使用面都很廣，毛細管色譜柱是將來色譜柱發(fā)展的趨勢，應該重點掌握。從表3-1可以大致了解填充柱與毛細管柱的差別     填充柱內(nèi)當載

3、氣和組分通過填充物間隙孔道時，受到大小和疏密不均勻顆粒的阻礙，分子間移動速度不等，加上顆粒孔徑和顆粒間接觸點處固定液分布不均勻，致使組分分子在不同位置停留時間不同，造成峰形擴寬，限制了填充柱理論柱效的進一步提高；填充柱滲透性差，通常只能裝填15米長的色譜柱，一般只能分離10-15個混合物組分。而毛細管柱由于內(nèi)壁涂敷的液膜很薄，不但減小了液相傳質(zhì)阻力，同時也使相比增大。一般毛細管柱的相比要比填充柱大10-100倍，這樣就有很大的優(yōu)越性：1.相比大使得組分的分配比減小，因此對于同一樣品在毛細管柱上可以在更低的溫度下取得分離，這對固定液的穩(wěn)定性、方便操作和延長色譜柱的使用壽命無疑都是有益的；2.提高

4、了單位時間內(nèi)色譜柱的分離能力。Etter曾經(jīng)以硬脂酸甲酯和油酸甲酯的分離為例，在相同溫度下分別在填充柱和毛細管柱上對比了兩者的分離度與保留時間的關(guān)系，如圖3-2。    從圖中可以看出，假如保持兩種色譜柱上的流出時間相同，則毛細管柱上的分離度比填充柱要高達10倍。這充分說明了毛細管色譜柱可以在更短的時間內(nèi)獲得比填充柱好得多的分離能力，具有快速高效的特點。在痕量分析方面，由于一支柱效高、化學惰性和熱穩(wěn)定性好的毛細管色譜柱能提供更為尖銳的色譜峰，使痕量極性組分得以流出，提高了分離度，同時也提高了檢測靈敏度，可以用于10-12克量級痕量組分的測定，最低檢測限要比填充柱低

5、1-2個數(shù)量級?；诿毠苌V柱以上的優(yōu)點，目前已經(jīng)成為環(huán)保樣品、煙草、飲料、體液和天然產(chǎn)物等復雜混合物分離的唯一有效工具。第2節(jié) 色譜固定相概述    色譜分離的基本原理是試樣組分通過色譜柱時與固定相之間發(fā)生相互作用，這種作用的大小與固定相和組分分子的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)有關(guān)；正是由于這種相互作用大小的差異，各組分在色譜柱內(nèi)滯留的時間就不同，從而使他們相互分離，按先后次序從色譜柱中流出。因此，固定相是色譜分離過程中關(guān)鍵性的部分。    固定相大致可以分為四個大類：聚合物、吸附劑、載體、固定液。聚合物是一類比較特殊的固定相，在某些方面雖然具有類

6、似吸附劑性能的特點，但在另外一些方面又顯示出溶解的性能。有的文獻將聚合物劃歸載體一類，也有的文獻將他劃歸吸附劑一類。聚合物固定相的主要應用是不涂漬固定液而單獨作為固定相。   由于固定相種類繁多，每一類又有許多品種，沒有必要一一介紹，這里只是粗略的介紹一下，詳細情況可以參考相關(guān)資料。2.1、聚合物固定相    在氣相色譜的分離分析中，從早期采用的填充柱到現(xiàn)在的高效PLOT色譜柱，有機多孔高聚物起到了舉足輕重的作用，它是氣相色譜應用較為廣泛的色譜柱填料之一。近幾年來隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，有機多孔高聚物不僅在氣相色譜領域，而且在液相色譜和毛細管電

7、泳中的應用也有了很大的進展。多孔高聚物固定相的發(fā)展已有30多年歷史，由于種類多、耐腐蝕、熱穩(wěn)定性好，長期使用無固定相流失現(xiàn)象以及對水的保留值很小，不僅具有類似吸附劑的性能，而且還顯示出分配色譜固定液的性能，因此，它本身既可以作為吸附劑直接使用，也可以作為載體涂覆固定液后用于色譜分離，并已在烷烴、芳烴、氯代烴、醇、酮、醛、醚、脂、酸、胺、腈以及各種氣體的氣相色譜分析中得到廣泛應用。有機多孔高聚物的優(yōu)點主要有：（1）吸附活性低，無論對非極性物質(zhì)還是極性物質(zhì)都可以獲得對稱色譜峰峰形；（2）對含羥基化合物有相對低的親和力，出峰次序基本上按分子量大小分離，故特別適合有機物中痕量水的快速測定；（3）色譜柱

8、可選擇性大，可以依據(jù)樣品性質(zhì)選擇不同極性多孔聚合物，還可以在其表面涂漬固定液，使親油性化合物的保留時間縮短，極性組分的保留時間適當延長，從而增加色譜柱的選擇性。此外，高聚物小球在高溫流失小，機械強度好，粒度均勻，較易獲得重現(xiàn)性好的色譜柱。因此在石油化工，食品衛(wèi)生，環(huán)境保護，商品檢驗，航空航天及生命物質(zhì)探索等領域均獲得了較為成功的應用。目前已商品化的高聚物固定相有：Porapak(美國)系列；Chromosorb(美國)系列；Chromosorb 100（美國）系列；TENAX（荷蘭）系列；HayeSep（美國）系列； Synachrom(捷克)系列；Polysorb(前蘇聯(lián))系列；國內(nèi)由中國科

9、學院北京化學所色譜組開發(fā)出GDX系列，上海試劑一廠開發(fā)出401408系列，浙江黃巖分析化學材料廠開發(fā)出A101、A101S、B101、B101S以及C101系列等高聚物固定相。第3節(jié) 氣相填充色譜柱概述 氣相填充色譜柱通常簡稱為填充柱，在實際分析工作中的應用非常普遍。雖然從發(fā)展的眼光看，填充柱有被毛細管色譜柱取代的趨勢，但我國目前很多國家標準、行業(yè)標準、分析方法標準中都采用填充柱。根據(jù)統(tǒng)計資料，日常色譜分析中至少有60%的是采用填充柱完成的。因此填充柱在我國的氣相色譜分析中還有很大的應用前景。3.1、填充柱柱管的選擇用作填充柱柱管的材料通常有不銹鋼、銅管、鋁管、銅鍍鎳管、玻璃管、聚四

10、氟乙烯管等。銅管和鋁管由于催化活性太強且易變形已經(jīng)不太常用。柱材料的選擇應根據(jù)待分析樣品性質(zhì)和試驗條件而定。如果待分析的樣品易分解或者具有腐蝕性，應考慮采用玻璃管或者聚四氟乙烯管。玻璃管柱的優(yōu)點是化學惰性好，制備的色譜柱柱效高，制作時便于觀察制作情況及填充物的填充情況。缺點是玻璃易碎，在制作和安裝時都必須十分小心，操作很不方便，新手經(jīng)常發(fā)生斷裂情況。聚四氟乙烯管的優(yōu)點是耐腐蝕，缺點是不耐高溫、不耐高壓。在填充柱中目前最長采用的材料就是不銹鋼管，他的最大優(yōu)點是不破碎、傳熱性能好、色譜柱使用壽命長，能過滿足常見樣品的分析要求。缺點是內(nèi)壁較粗糙，有活性，比較難于清洗干凈。3.2、填充柱柱管的處理分析

11、用的填充柱內(nèi)徑一般采用2-4mm，制備用的柱內(nèi)徑大一些，一般使用5-10mm。長度可以選擇0.5-10m。填充柱的形狀可以是螺旋形的，也可以是U型的。使用后者較容易獲得高的柱效。如果使用螺旋形的，應該注意柱圈內(nèi)徑的大小對柱效的影響，一般柱圈徑應比柱內(nèi)徑大15倍。填充柱的柱管在使用前都應該經(jīng)過清洗和試漏檢查。清洗的方法和柱材料有關(guān)，不同的材料采用不同的方法。對于不銹鋼管，通常先用10%的熱氫氧化鈉水溶液浸泡，抽洗除去管內(nèi)壁的油污，然后用自來水清洗至中性，再用5%的鹽酸水溶液重復處理一次，則可以顯著降低柱內(nèi)壁的吸附作用。玻璃柱也可以采用上述方法，也可以用洗液浸泡處理。填充柱的檢漏方法比較簡單：給色

12、譜柱通氣，一邊堵死然后置入水中另一端加壓，若無氣泡冒出即說明柱子無泄漏現(xiàn)象。   3.3、填充柱擔體和固定相的選擇填充柱擔體和固定相的選擇是一個很復雜的工作，需要對固定相、擔體、無機和有機吸附劑的各種性質(zhì)以及被分析樣品的性質(zhì)有很深的了解（在本教材的上一章節(jié)對這些內(nèi)容已經(jīng)做了比較詳細的描述，這里不再贅述），同時也要求具備相關(guān)的化學知識和色譜技能。但是對初學者而言，上述要求不易達到。色譜經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)積累了大量的數(shù)據(jù)，初學者只要查閱相關(guān)資料一般就可以確定制作填充柱的擔體、固定液及其配比。當確定這些參數(shù)后制作一根填充柱就比較容易了。第4節(jié) 毛細管色譜柱概述

13、60;  毛細管色譜柱是近年來發(fā)展極為迅速的一個領域，它的高效分離能力使它能夠廣泛應用于許多分析問題。是當今世界上分離分析復雜有機化合物的重要工具。我國毛細管色譜柱的應用逐漸普及。最新制定的許多國家、行業(yè)標準也采用了毛細管色譜柱。毛細管色譜柱是今后色譜分析的發(fā)展方向。有人估計，一個常規(guī)GC實驗室只要購置三種毛細管柱，就可應付85%以上的GC分析任務。這三種柱是：OV-1（SE-30）、SE-54（SE-52）、OV-17（OV-1701）。如果再加一根PEG-20M（FFAP）柱。則可應付95%的GC分析任務。因此對毛細管色譜柱柱性能的掌握、毛細管色譜柱的使用、維護、保養(yǎng)等的了解都十

14、分有必要。4.1毛細管色譜柱的制備   毛細管色譜柱的制備比較復雜，一般個人在實驗室制作不容易獲得高性能的色譜柱。而目前市場上有出售的各種性能的色譜柱，進口的價格偏高，國產(chǎn)的性能稍差一些，但是價格卻低的很多。因此本節(jié)內(nèi)容對毛細管色譜柱的制備只做一個粗略介紹。4.1.1、毛細管色譜柱的材料   毛細管色譜柱的材料對制備一支高質(zhì)量的色譜柱是十分重要的。毛細管色譜柱的材料應具有化學惰性，熱穩(wěn)定性好，內(nèi)表面光滑，易潤濕以及操作方便等性能。自從毛細管氣相色譜柱發(fā)明以來，對許多材料，如塑料、銅、鎳、不銹鋼等進行研究。但是目前普遍使用的則是玻璃和石英玻璃材料，應用最多

15、的是石英玻璃材料。由它制作的毛細管柱人們通常稱之為彈性石英毛細管柱。4.1.2、毛細管柱的拉制   目前玻璃毛細管柱已經(jīng)很少使用，對玻璃毛細管的拉制不作介紹。石英玻璃毛細管的拉制比較復雜。需將石英原料管在石墨爐中加熱到石英的軟化溫度（1900-2000）時才能拉制出薄壁毛細管。如果石英的表面被污染或受潮，其強度會下降而易破損。所以拉制出的石英毛細管必須立即通過一個盛有耐高溫聚酰亞胺溶液的容器。然后通過加熱爐烘干，是柱子的外表涂敷一層保護膜，最后將拉制好的毛細管繞倒一個轉(zhuǎn)鼓上。目前拉制的石英毛細管內(nèi)徑為0.1-0.5mm，壁厚0.05mm。作為柱子外涂層材料的聚酰亞胺最高使用

16、溫度為350。近年來市場上出現(xiàn)了鋁涂層的彈性石英毛細管，可耐熱400-480的高溫。這類色譜柱可以用一些高級烷烴（大于100個碳原子）以及甘油三酯類的分離。4.1.3、毛細管柱的內(nèi)壁表面處理   在涂漬固定液之前必須對毛細管柱內(nèi)表面進行處理，以改變化學和物理性能適合于制作毛細管色譜柱。柱內(nèi)表面處理的目的如下：a、改善不同極性固定液在毛細管柱內(nèi)壁表面的潤濕性，獲得均勻穩(wěn)定的液膜，制備高效色譜柱；b、除去柱內(nèi)壁表面的金屬離子，消除催化活性中心，減小固定相流失；c、鈍化內(nèi)壁表面的吸附中心，提高柱惰性；d、適當增加表面的硅醇基，以便能夠更好的去活、涂漬固定液。毛細管柱的內(nèi)壁改性一般

17、有以下幾種方法：a、柱內(nèi)壁表面的粗造化；b、柱內(nèi)壁的羥基化；c、柱內(nèi)壁表面的惰性化。4.1.4、毛細管柱的涂漬、動態(tài)涂漬法：動態(tài)法系以惰性氣體壓力推動固定液溶液通過毛細管柱，在柱內(nèi)壁上留下一層液膜。固定液的濃度一般為10-20，。根據(jù)固定液黏度和極性不同，選擇二氯甲烷或丙酮作溶劑。操作時需在毛細管柱尾連接一根與柱子內(nèi)徑相同、長度約10m的廢毛細管，以免溶液走到柱尾時速度發(fā)生變化。柱子的另一端插入固定液溶液中，用高壓氮氣把固定液溶液壓人柱內(nèi)。當液體到達柱體積的1/5時，將插入固定液中的毛細管柱拉起離開液面。用N2氣推動溶液的液栓向前移動，速度為2-6cms，不得超過10cms。涂完后柱子繼續(xù)通N

18、2氣3-4h，以完全除去溶劑。動態(tài)法涂漬固定液速度快，但常常得不到均勻的液膜，重復性較差，柱效也比較低。為了提高動態(tài)法的效果，人們不斷提出改進的方法。Levy等人提出一種限制流速的辦法，將裝置置于要涂漬柱的后邊，在涂漬過程中使溶液流動速度穩(wěn)定。也可采用汞塞法提高動態(tài)法的效果：往色譜柱管中吸入柱長10的固定液溶液，停止抽空，使毛細管入口離開液面，讓液栓后的彎月面移動幾厘米。然后把柱人口處擦干凈，取一小滴干凈的汞放人管中，使汞塞長度為8-10cm，舉起毛細管人口端以重力使汞塞進入柱中。把毛細管柱平放在沒有對流風的桌面上，并用一塊玻璃片蓋在毛細管平面上，在毛細管末端裝一段緩沖柱。施加一定壓力使汞塞向

19、前移動，速度約為0.50.7cms，待液體離開毛細管柱之后，取下緩沖柱。加大氣體流量吹掃色譜柱20min，然后進行色譜柱的老化。、靜態(tài)涂漬法：靜態(tài)涂漬法的優(yōu)點是重現(xiàn)性好，柱效高。其方法要點是把固定液的稀溶液(2-20mg/ml)用真空系統(tǒng)吸人毛細管柱中，一端封口，從另一端抽真空，在低于溶劑沸點1015的恒溫條件下使溶劑慢慢蒸發(fā)出去。這樣在管壁留下一層薄薄的液膜。在靜態(tài)涂柱的方法中，毛細管口的密封是一個關(guān)鍵性問題，溶劑與封口的交界面不能留下氣泡，否則它將會把柱內(nèi)的部分或全部涂漬液帶出柱外。    為了縮短制作柱子的時間，選用溶劑時除考慮對固定液的溶解性能外，還應盡量

20、選用揮發(fā)性強的。例如，一支20m長、內(nèi)徑為0.32mm的毛細管柱在室溫下蒸發(fā)，若用二氯甲烷作溶劑需要15h，而選用正戊烷只需要8h。Kong等人提出了高溫(85)下的靜態(tài)涂漬法，加快了溶劑的揮發(fā)速度。國內(nèi)徐秉玖等人改進了這一方法，建立了所謂自由逸出靜態(tài)涂漬法。該方法是在高于溶劑沸點75或80的恒溫條件下進行。不需抽真空使溶劑自由揮發(fā)，蒸發(fā)溶劑時在毛細管柱上接上一段緩沖柱增加阻力。這種方法簡便，涂漬速度快，柱效高，可用于各種柱徑和固定液的涂漬。、毛細管柱的交聯(lián)：涂漬在毛細管柱內(nèi)的固定液，通過分子間的共價連接(原位交聯(lián))或與毛細管柱壁連接(鍵合)，使液膜穩(wěn)定性得到提高。制備這種毛細管柱的技術(shù)稱之為

21、毛細管柱的交聯(lián)。交聯(lián)柱有以下優(yōu)點：減小柱流失，提高柱子的使用溫度，交聯(lián)使原來線性的固定液分子變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。制備好之后，用溶劑把未交聯(lián)的低分子物質(zhì)洗去，從而提高了固定液的熱穩(wěn)定性。抗溶劑沖洗，有利于柱內(nèi)污染物的清除。防止固定液在柱中脫落，允許注入大體積稀溶液而不致于造成損壞液膜。 防止固定液的熱重排。固定液交聯(lián)形成的固定液網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)阻止熱重排。制備交聯(lián)柱有兩種方法，其一是通過固定液的縮合或固定液在柱壁上的硅醇基反應形成Si-O-Si鍵而實現(xiàn)交聯(lián)固化。另一方法是聚硅氧烷上的甲基(或乙烯基)經(jīng)引發(fā)劑引發(fā)產(chǎn)生SiC-C-Si(即碳與碳間形成鍵)的反應。第5節(jié) 填充色譜柱的制作填充色譜柱的制作o 

22、;   管材: 玻璃管, 金屬管和塑料管.o    尺寸: 分析用的填充色譜柱管外徑有3.18, 4.76和6.35mm三種; 供制備用的填充色譜柱管外徑1-10cm; 色譜柱的長度都很少超過10m; 分析用填充色譜柱的長度大多在3m以內(nèi).1.不同填充色譜柱尺寸條件下載體粒徑和載氣流量的選擇 柱內(nèi)徑/mm短柱載體粒徑/目長柱載體粒徑/目氮氣/ml.min-1氫氣/ml.min-1o    2o  

23、  3o    4100-120100-12080-10080-10080-10060-808-15 15-3030-6015-30 30-6060-100注: 短柱長度大于3米, 長柱長度小于3米2.色譜柱的試漏將色譜柱浸在水中, 出口堵死通氣, 在高于使用壓力條件下不應有氣泡冒出. 注意在清洗后還應試漏一次, 以防止因堵在漏洞處的污物被清洗后造成的泄漏.3.色譜柱的清洗o    玻璃柱: 可用洗耳球?qū)

24、2CrO4.H2SO4洗液吸入, 浸泡一段時間后用自來水沖洗至中性后烘干備用.o    銅柱: 用10%的鹽酸溶液浸泡. 為了增加去污效果應用水泵抽洗, 直至抽洗液中沒有金屬, 銅銹或其他懸浮雜質(zhì)為止, 然后用自來水沖洗至中性后烘干備用.o    不繡鋼柱: 用5%-10%的熱NaOH的水溶液抽洗4-5 次, 以除去管內(nèi)壁的油膩和污物, 然后用自來水沖洗至中性后烘干備用. 4.載體的選擇常用的載體有紅色硅藻

25、土載體, 主要用于分析非極性和弱極性化合物, 白色硅藻土載體, 主要應用于極性和堿性物質(zhì)的分析, 非硅藻土載體如玻璃微球可分析甾族化合物, 氟載體耐腐蝕用于分析強極性化合物.5.載體和固定液的用量先依據(jù)柱長和柱內(nèi)徑計算所需載體的體積(V), V=r2L (r, L均以cm為單位). 然后用量杯量取計算值V的1.2倍的載體在天平上稱量質(zhì)量(m=V/),再按配比稱取固定液的質(zhì)量, 常用固定液的質(zhì)量百分含量為5-30%.6.溶劑的選擇所選溶劑應不和固定液發(fā)生化學反應, 但能和固定液形成無限互溶體系, 且容易揮發(fā)

26、, 選擇的依據(jù)是溶劑和固定液之間的相似相溶原理, 溶劑的用量為載體體積的0.8-1.0倍.7.固定液的涂漬o    浸漬法: 將固定液溶于適量溶劑中, 待完全溶解后, 迅速傾入載體, 輕輕攪拌均勻, 用紅外燈加熱使溶劑緩慢揮發(fā). 使用低溫固定液時, 盡量使溶劑緩慢自然蒸發(fā).o    回流法: 難溶解的固定液可與溶劑回流加熱至溶解, 然后倒入載體加熱回流1.5-2 h, 倒出使溶劑揮發(fā)掉, 

27、;其中的載體在配置前應先烘干.o    減壓抽濾涂漬: 在吸濾瓶中放入10ml液相溶液, 加20 g載體. 用水泵抽吸濾瓶幾分中, 然后停止抽吸, 放置15分鐘. 將吸濾瓶中的物質(zhì)倒入燒結(jié)玻璃漏斗中, 抽真空15分鐘后將載體分散在濾紙上干燥, 最后在80-l00的烘箱中干燥, 熔點低的溶液應在室溫下干燥.8.固定相的裝填與成型固定相的裝填應緊密, 均勻, 不能存在溝槽和斷裂, 同時柱端的死體積要小, 裝填過程中還應防止載體破碎

28、. 在鏈接色譜柱時, 一定要注意方向！把原來接真空泵的, 裝填比較緊密的一端接檢測器, 另一端接汽化室. 這樣可以提高柱出口壓力, 使載氣的線速均勻, 柱效高, 若方向接反, 柱效將下降約10-20%. 常用的固定相的裝填方法有o    振動法: 將柱管直立, 一端塞上玻璃棉, 由上端漏斗加入固定相, 邊裝邊敲, 裝滿后用玻璃棉(最好經(jīng)過硅烷化)堵死, 再加工成所需形狀.o  

29、  抽空法: 裝填螺旋柱時可用有干燥裝置的真空泵抽, 抽空時稍加振動, 柱一端堵好玻璃棉防止載體進入泵內(nèi).9.色譜柱的老化涂漬好的柱子, 使用前都需經(jīng)過老化處理, 以除去制備柱子時可能產(chǎn)生的揮發(fā)性成分和不穩(wěn)定物質(zhì). 老化溫度一般應選在固定相最高使用溫度之下, 實際操作使用溫度之上, 老化時將制得的柱裝在色譜儀上, 并將柱末端和檢測器斷開, 緩慢升溫. 或者可選擇在高于使用溫度20-50的條件下通氮氣老化至少6-8 h. 注意老化過程色譜柱出口不能接監(jiān)測器以

30、防污染.第6節(jié) 毛細管色譜柱的發(fā)展與分類毛細管色譜柱的發(fā)展與分類毛細管的材質(zhì)最常用的是玻璃和石英, 工業(yè)上使用熔融拉制的方法生產(chǎn), 其中石英毛細管一拉出來時總要在外表面涂上一層聚酰亞胺保護膜以增加毛細管的強度和彈性. 石英毛細管柱表面往往呈酸性, 使用之前應在室溫下通氮氣清洗柱子, 對于20m的柱子可用氮氣清洗20min(pH試紙不變紅)以除去部分酸性氣體, 更嚴格的試驗可在260下通氮氣2 h以進一步除去酸性氣體.毛細管色譜法的歷史包括三個明顯的發(fā)展階段o    70年代毛細管鍵合交聯(lián)柱的制備

31、(immobolization), 通過固定液薄膜的三維共價交聯(lián)生成具有低固定相流失特征的良好穩(wěn)定性毛細管色譜柱.o    80年代, 大孔徑毛細管柱的制備(megabore column), 通過增加毛細管的孔徑和固定液薄膜的用量來提高分析樣品的容量和組分檢測的靈敏度.o    90年代, 集束毛細管柱的制備(multicapillary column), 使用一束小孔徑毛細管色譜柱做為一個整體用于色譜分析, 以達到大容量進樣條件下具有較高分辨率的目的.

32、按照固定相的分布特征毛細管色譜柱分為1.常規(guī)開管型毛細管色譜柱o    涂壁毛細管柱(Wall Coated Open Tubular column, WCOT), 直接在毛細管的內(nèi)壁涂載固定液.o    多孔層毛細管柱(Porous Layer Open Tubular column, PLOT), 在毛細管的內(nèi)壁制成一層多孔.2.固體載體做為色譜固定相涂載體毛細管柱(Support Coated Open Tubular column, SCOT) 在毛細管的內(nèi)壁制成一層多孔固體載

33、體, 再將固定液涂載在載體上.o    小孔徑毛細管柱(microbore column), 內(nèi)徑小于100m的彈性石英毛細管柱o    大孔徑毛細管柱(megaobore column), 內(nèi)徑530m, 常做成厚液膜柱(如5-8 m)3.填充型毛細管色譜柱先在玻璃管中裝載體或吸附劑, 然后拉制成毛細管色譜柱, 或者先拉制成毛細管, 再把固定相直接填充到毛細管柱. 后一種方法制備的色譜柱也叫微填充柱.第7節(jié) 玻璃毛細管內(nèi)表面有機固定相

34、的潤濕和分散玻璃毛細管內(nèi)表面有機固定相的潤濕和分散1.潤濕性和接觸角潤濕性是指液體在固體表面上的分散程度, 潤濕性好壞可以直觀的用液體在固體表面分散以后的接觸角來判斷. 當液體分散在固體表面上時, 液體-固體之間的界面與液體-氣體之間的曲面切面形成的通過液體內(nèi)部的夾角叫接觸角. 接觸角越小, 液體在固體上的潤濕性越好, 接觸角為零時液體在固體上完全分散, 潤濕性最好.2.表面張力和玻璃的臨界表面張力液體在固體表面的分散性能取決于固體表面, 液體表面和固體-液體界面三種界面張力作用于交界處力的平衡結(jié)果. 一

35、般情況下由于液體的表面張力(3.0-5.0×10-4N/cm)多大于玻璃的臨界表面張力(CST3.0×10-4 N/cm), 大多數(shù)固定液在玻璃表面的潤濕性能較差, 很難涂漬成均勻分散的液體薄膜. 通常從兩個方面考慮改變玻璃管內(nèi)壁有機固定相的潤濕性, 改性處理玻璃管內(nèi)壁, 提高玻璃管內(nèi)壁的表面張力; 改變固定液的性能, 如添加表面活性劑等, 減小固定液的表面張力.第8節(jié) 毛細管的化學腐蝕法和物理填充法改性毛細管的化學腐蝕法和物理填充法改性普通玻璃的化學腐蝕法表面處理化學腐蝕法適用于普通玻璃制備的

36、毛細管, 常用的處理方法有以下兩種1.用HCl處理鈉鈣玻璃毛細管柱使內(nèi)臂生成氯化鈉結(jié)晶將HCl氣體連續(xù)地通過置于350 的鈉鈣玻璃柱管2 h, 生成均勻的氯化鈉顆粒, 或?qū)Cl氣體充滿柱管, 封死其兩端后, 在360加熱3 h, 生成較大的氯化鈉顆粒.這種方法形成的晶體與玻璃的表面組成有關(guān), 難于重復; 涂漬液會溶解少量氯化鈉晶體; 同時由于鈉鈣玻璃內(nèi)壁存在堿性活性位, 這種活性位在高溫條件下往往容易催化分解固定液.2.用HF處理硼硅玻璃毛細管柱使生成SiO2晶須直接將HF氣體或加熱

37、后產(chǎn)生HF氣體的物質(zhì)填充到硼硅玻璃毛細管內(nèi), 在一定溫度下腐蝕, 使毛細管內(nèi)壁產(chǎn)生SiO2晶須狀物質(zhì). 這種方法產(chǎn)生的晶須不易脫落, 可能導致柱效不高.填充毛細管和多孔層空心毛細管的制備1.填充毛細管柱(packed capillary column)在玻璃管中填裝固體, 然后拉制成毛細管柱, 固體則嵌在柱內(nèi)壁, 固體可以是吸附劑做固定相直接使用, 或固體載體拉制后再涂漬固定液使用.2.多孔層空心毛細管柱 (porous layer open tubular column)在拉制的毛細柱管內(nèi)壁分散一層多孔

38、性物質(zhì), 如石墨化碳黑, 分子篩等, 然后涂漬固定液或做為吸附劑固定相直接使用.第9節(jié) 石英毛細管柱的粗糙化石英毛細管柱的粗糙化1.沉積石墨化碳黑使用靜態(tài)或動態(tài)法把石墨化碳黑的膠體溶液沉積到毛細管內(nèi)壁上, 也可以把石墨化碳黑膠體溶液沉積到彈性石英毛細管柱內(nèi)壁上.2.沉積氯化鈉氯化鈉的膠體溶液以動態(tài)法涂漬在毛細管內(nèi)壁上. 首先往 NaCl 飽和水溶液中加入 1,1,1-三氯乙烷制成膠體溶液, 把此溶液通過毛細管柱, 等溶劑蒸發(fā)后根據(jù)需要再涂第二次, 第三次, 第四次. 

39、;最后在 350 下加熱 1 h , 使之重結(jié)晶. 其中膠體溶液通過柱子的量最少為25L/cm2柱表面,接觸時間不少于40min, 流動速度控制在1-5 cm/s.用三氯甲烷代替1,1,1-三氯乙烷制成氯化鈉的膠體溶液, 制備出沉積氯化鈉的玻璃或石英毛細管柱. 這樣粗糙化過的毛細管柱上可以涂漬多種極性固定相, 如: OV-17 PEG-20M FFAP OV-225 和DEGS等.3.沉積二氧化硅首先將少量固定相用超聲波與Silanox 101 和高密度溶劑制成懸浮液, 其中

40、的Silanox 101為一種三甲基硅烷化的二氧化硅, 高密度溶劑為四氯化碳或三氯甲烷等. 在通入懸浮液之前首先用溶劑將毛細管柱濕潤一下, 通入懸浮液的量為25%的柱長, 以 5 cm/s 的速度使懸浮液向前移動. 等懸浮液的液柱離開毛細管后用氮氣吹掃3 h 使之干燥. 這樣在利用固定相將二氧化硅粒子黏附在毛細管壁上, 這一步也可以加入一定量的表面活性劑如氯化芐基二苯基膦以增加二氧化硅粒子的分散性. 接著將固定相溶于黏度小的溶劑如異辛烷中, 把固定相溶液通入經(jīng)氧化硅粒子處理過

41、的毛細管柱中使固定相達到所需的擔載用量. 這種方法不易用于極性固定液的涂漬, 其中使用的二氧化硅尺寸大到7m, 目前使用更小粒度的二氧化硅涂漬.使用粒度小于1 m的高純SiO2粉末也可以實現(xiàn)粗糙化石英毛細管的目的. 先將SiO2粉末在300烘3小時, 然后和溶劑三氯甲烷和二氧雜環(huán)己烷等溶劑相混合,超聲波振蕩后將二氧化硅粒子分散成均勻的懸浮液. 涂漬二氧化硅粒子之前先用三氯甲烷潤濕毛細管,把毛細管一端插入配置好的二氧化硅懸浮液抽入一定量的二氧化硅懸浮液, 用汞塞法使液柱通過柱子, 再使用較低的氮氣流速吹掃溶劑后得到二

42、氧化硅粒子涂層. 這種方法可以方便的用于石英毛細管柱的粗糙化, 二氧化硅粗糙化后的石英柱可以涂漬極性較強的固定液, 如OV-225,OV-275等, 得到極性色譜柱.第10節(jié) 石英毛細管柱的去活石英毛細管柱的去活由于材料中雜質(zhì)的存在, 未經(jīng)處理的毛細管表面總是不可避免的分布著各種各樣的活性位點. 這些活性位可能使固定液分解, 也可能對所要分離的酸性或堿性組分產(chǎn)生較強的吸附, 或者使分離組分催化分解, 所以在色譜柱的制作過程中總是要對毛細管表面進行去活處理, 而經(jīng)過去活處理后的色譜柱往往對色譜固定

43、液具有良好的分散性. 根據(jù)處理方法的差異, 去活過程可能產(chǎn)生如下三種的效果:o    除去或減少活性物質(zhì)o    改變活性基團的性質(zhì)o    把活性基團隱藏起來, 使之不發(fā)生作用毛細管的水熱處理把石英毛細管表面在高溫條件下用稀鹽酸進行處理, 這種過程在毛細管的內(nèi)表面產(chǎn)生大量的硅羥基, 同時能使金屬氧化物雜質(zhì)溶解, 增加毛細管的親水性, 同時減少毛細管表面活性位的數(shù)量. 實驗在毛細管中裝入一段2%的

44、鹽酸溶液, 以大約5 cm/s的速度讓鹽酸溶液動態(tài)涂漬到毛細管內(nèi)壁, 再用丁烷-氧火焰把毛細管柱兩端封口, 封口后的毛細管柱在220下加熱6 h.毛細管的去活處理o    聚乙二醇處理這種方法用一定含量的PEG-20M溶液涂漬毛細管柱, 把兩端封口后在280下加熱 16 h, 然后用二氯甲烷和甲醇洗滌毛細管柱即可. 當使用的PEG-20M含量較低時可用于涂漬非極性色譜固定液, 當PEG-20M含量較高時可以用于極性固定液的涂漬, 所得色譜柱在250分離條件下使用效果

45、很好, 當溫度大于250性能變差.o    硅烷化處理1.高溫硅烷化去活方法把六甲基二硅胺烷(HMDS), 三甲基氯硅烷(TMCS)等試劑以動態(tài)4-5 cm/s的線速度涂漬在毛細管內(nèi)表面, 柱兩端封口后快速加熱到300保持20小時.2.聚硅氧烷高溫裂解去活用動態(tài)法把OV-101涂漬在毛細管柱中, 柱兩端封口后加熱2-20 h . 在加熱過程中聚硅氧烷受熱部分分解, 一些分解產(chǎn)物和毛細管柱表面上的硅醇基反應, 然后用溶劑把未分解的聚硅氧烷洗去. 這一方法要在高達450的溫度下進

46、行, 不能用于彈性石英毛細管柱的去活, 這一溫度條件下彈性石英毛細管外的聚酰亞胺涂層分解.3.含氫硅油裂解去活由于聚硅氧烷高溫裂解去活需要高溫下處理, 為此有人提出用含氫硅油作硅烷化試劑, 使用含氫硅油代替聚硅氧烷可以在250對石英毛細管進行去活處理.其它的方法完全類似, 其中當硅烷化試劑中含有和固定液相似的官能團時去活效果和固定液的分散性能均較好. 第11節(jié) 毛細管固定液的涂漬毛細管固定液的涂漬涂漬過程是固定液在毛細管柱內(nèi)表面的均勻散過程, 包括動態(tài)涂漬和靜態(tài)涂漬兩種方法. 改性后的毛細管可用于固定液的涂漬.1.

47、動態(tài)涂漬法動態(tài)涂漬法是將要涂漬的固定液配制成一定濃度的溶液, 溶液在氣體的推動下流過要涂漬的毛細管柱, 控制涂漬液的線速度待溶液流出毛細管柱后繼續(xù)通氣體使溶劑揮發(fā)完全, 這樣在毛細管內(nèi)表面就留下一層很薄的固定液液膜.例如以二氯甲烷或丙酮作溶劑, 配成5-30 g/100ml的溶液, 放入適當?shù)娜萜鲀?nèi), 用高壓氮氣在嚴格控制流速條件下將固定液壓入毛細管內(nèi);當25%柱體積被充滿時, 將插入固定液端的毛細管提起, 讓氮氣氣流以1-2 cm.s-1穩(wěn)定流速推動液柱流過柱子, 為防止液柱離開柱子時柱壓突然變化,&#

48、160;柱后連接一段內(nèi)徑相同長度為1/4涂漬柱長的緩沖柱. 涂后的柱子繼續(xù)通氮氣3-4小時以完全去除溶劑.動態(tài)涂漬適用于粘度低, 流動性好的固定液涂漬, 所得毛細管柱的液膜厚度和均勻性取決于涂漬液的濃度, 粘度, 溫度, 流動速度以及溶劑的揮發(fā)速度.這種方法簡便快速但重復性差, 所得色譜柱的柱效比靜態(tài)法低, 并且液膜厚度較難準確預測.2.汞塞動態(tài)涂漬法汞塞動態(tài)涂漬法將一小段汞插在涂漬液與推動氣體之間. 由于表面張力的存在, 汞塞滾壓后多余的涂漬液從柱內(nèi)壁表面移出柱外, 由于汞塞的作用這

49、種方法還可以涂漬濃度和粘度較大的固定液.汞塞法是動態(tài)涂漬固定液較好的方法, 但不適于涂含引發(fā)劑的固定液, 因引發(fā)劑可將汞氧化堵塞毛細管. 所以當采用引發(fā)劑時, 一般先用汞塞法涂上液膜, 再用動態(tài)法涂引發(fā)劑交聯(lián).3.超動態(tài)涂漬法用高流速氣體使液柱快速通過色譜柱, 當液柱完全離開緩沖柱后, 在同樣壓力下用氮氣吹0.5-1.5小時即可.超動態(tài)法快速, 簡便, 適應于大口徑厚液膜毛細管色譜柱的制備, 而且柱效與靜態(tài)法涂漬的效果相當, 但超動態(tài)法涂柱速度比靜態(tài)法快的多.4.靜態(tài)涂漬法靜態(tài)法將準確

50、計量的低濃度固定液溶液充滿毛細管柱, 將一端除氣后封死, 另一端接真空系統(tǒng)恒溫減壓下條件下抽去溶劑, 這樣在毛細管內(nèi)壁就留下了一層固定液液膜.如用戊烷, 二氯甲烷等易揮發(fā)溶劑配成的低濃度固定液充滿色譜柱, 一端封死先放置數(shù)小時, 再將另一端接真空泵, 在低于溶劑沸點10-15條件下恒溫緩慢蒸發(fā)溶劑. 最后在色譜柱中就留下了一層良好分散的固定液薄膜.靜態(tài)涂漬法制備的毛細管色譜柱柱效很高, 但制備過程時間長, 一般只能制備30m以內(nèi)的色譜柱.靜態(tài)涂漬法操作過程中溶劑與封口的交界處不能留下氣泡,

51、60;否則它會部分或全部將柱內(nèi)的涂漬液帶出柱外, 使涂漬操作失效. 其中常用的封口物質(zhì)有水玻璃, 有機膠以及各種蠟酯等等.5.自由逸出靜態(tài)涂漬法自由逸出靜態(tài)涂漬法不需要抽真空, 制備過程將充滿固定液溶液的色譜柱一端封死, 另一端開口與大氣環(huán)境相連, 在遠高于溶劑沸點的恒溫條件下使溶劑快速蒸發(fā).自然溢出靜態(tài)涂漬法簡便快速, 柱效高, 液膜厚度可準確控制, 特別適應于長而管徑小的色譜柱的制備. 第12節(jié) 毛細管固定液的交聯(lián)與鍵合毛細管固定液的交聯(lián)與鍵合正常情況下固定液分子之間以及固定液和氧化硅玻璃表

52、面之間的聚集和分散僅僅依靠分子之間相互作用力的形式來維持, 這樣較高的溫度或溶劑的作用都可能使固定液分子從毛細管壁上流失. 這種流失現(xiàn)象可以從固定液分子之間的共價鍵交聯(lián)和固定液在玻璃表面的共價鍵鍵合兩個方面來改善.1.固定液在玻璃表面的共價鍵鍵合固定液與毛細管壁硅醇基直接反應形成共價鍵, 這種共價鍵的形成使固定液分子牢固的結(jié)合在毛細管玻璃表面, 增強了毛細管色譜柱的穩(wěn)定性.如將端羥基聚硅氧烷和有機金屬催化劑混合涂漬在毛細管柱的內(nèi)壁, 通載氣的條件下程序升溫至280反應6小時, 即可在固定液分子和色譜柱的端羥基之間形成Si-O-Si鍵.

53、 同時通過改變端羥基化合物的結(jié)構(gòu)和極性, 如進一步結(jié)合一定含量的苯基或氰基生成不同極性的玻璃毛細管表面.這種鍵合了不同極性官能團色譜柱進一步涂漬相應極性的固定液可以生成不同極性的性能穩(wěn)定的色譜柱.2.固定液分子之間的交聯(lián)反應當固定液分子中含有可發(fā)生聚合反應的官能團時, 通過引發(fā)這些官能團之間的聚合反應在固定液分子之間形成共價鍵, 形成固定液分子之間的三維共價網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 從而達到增加固定液穩(wěn)定性的目的. 如含有乙烯基官能團的聚硅氧烷SE-54,OV-1701等通過過氧化物引發(fā)后發(fā)生烯鍵之間的聚合反應形成Si-C-C-Si共價交聯(lián)結(jié)構(gòu).常

54、見的交聯(lián)反應有:o    過氧化合物或偶氮化合物引發(fā)的交聯(lián)反應. 其中的過氧化物引發(fā)劑包括過氧化苯甲酰(BP), 過氧化二異丙苯(DCUP), 過氧化叔丁基(TBP)等.偶氮化合物引發(fā)劑有偶氮叔丁烷(ATB), 偶氮叔辛烷(ATO), 偶氮二異丁腈(ATBN), 氮叔十二烷(ATD)等.o    臭氧引發(fā)的自由基交聯(lián)反應可用于非極性和中等極性固定液的交聯(lián)反應. 固定液中含甲苯基和乙烯基時有利于交聯(lián)反應的發(fā)生. 這種反應更適合于固定液膜較

55、薄的毛細管柱的制備, 其中的交聯(lián)條件易于控制, 重復性好, 設備簡單, 同時固定液膜中不存在引發(fā)劑單體分解后殘留的副產(chǎn)物.o    輻射引發(fā)的交聯(lián)反應將涂漬好固定液的柱子用射線照射, 輻射劑量為0.5MR.h-1, 照射時間0.2-100小時. 和臭氧引發(fā)的交聯(lián)反應類似, 這種方法不會引入任何雜質(zhì), 結(jié)果可靠, 可用于非極性和中等極性固定液的交聯(lián).3.溶膠凝膠法近年來也出現(xiàn)了溶膠-凝膠法制備毛細管柱的做法. 經(jīng)過預水解制備的溶膠-凝膠前體與石英管

56、內(nèi)壁牢固結(jié)合形成二氧化硅三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 同時固定相與三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)結(jié)合形成穩(wěn)定涂層. 這一技術(shù)把傳統(tǒng)工藝中的脫活, 涂漬, 固定相鍵合等操作合為一體, 顯著簡化了操作過程, 在手性杯芳烴和環(huán)糊精衍生物色譜柱等的制備中均取得了良好的效果.第13節(jié) 毛細管色譜柱的老化毛細管色譜柱的老化涂漬好的柱子, 使用前都需經(jīng)過老化處理, 以除去制備柱子時可能產(chǎn)生的揮發(fā)性成分和殘留在固定相中的不穩(wěn)定物質(zhì). 老化溫度一般應小于固定相的最高使用溫度, 大于實際分析中使用的工作溫度. 將制備的毛細管色譜柱裝在色

57、譜儀上, 色譜柱的末端和檢測器斷開, 在載氣流通條件下緩慢升溫到老化溫度維持6-7小時. 其中的老化溫度也可以參考選擇高于工作溫度20-50. 這里一定注意當老化溫度過高時會發(fā)生固定液的流失或分解, 損壞色譜柱.第14節(jié) 毛細管色譜柱的評價毛細管色譜柱的評價毛細管色譜是色譜分析技術(shù)中最成功的分析技術(shù)之一, 隨著毛細管色譜技術(shù)的廣泛采用, 高柱效, 低流失的性能成了今后毛細管色譜柱的發(fā)展方向.一般評價毛細管色譜柱的方法是在一定條件下分離一組混合物樣品, 包含各種典型官能團, 檢測色譜柱的分離性能.

58、 樣品中的典型組分包括烷烴, 芳烴, 醇, 二元醇, 醛, 酮, 酚, 胺酯和游離酸, 文獻中更多使用的是Grob試劑. 一個好的毛細管柱不僅應該柱效高和選擇性好, 還應兼具熱穩(wěn)定性好和催化活性小等特點. 柱子的選擇性主要通過要分離的對象進行考核, 不同的柱子會有不同的要求. 柱效的評價是測定單位長度色譜柱的理論板數(shù)和涂漬效率, 即每米色譜柱的理論板數(shù)和涂漬效率, 一個好的非極性色譜柱的涂漬效率應該在90%以上. 色譜柱的熱穩(wěn)

59、定性可通過程序升溫過程中色譜基線漂移的大小來衡量; 也可通過色譜柱經(jīng)升溫處理后再降到一定溫度來測量柱保留值, 柱效和峰對稱性, 對照升溫前后色譜柱的分離性能判斷色譜柱是否能承受對應的處理溫度的考驗. 色譜柱惰性的評價大多項選擇擇Grob試劑進行考核, 也有采用極性組分, 如苯酚, 苯胺, 脂肪酸酯等對正構(gòu)烷烴的峰面積比是否恒定進行考核.1.理論塔板數(shù)用單位長度色譜柱理論塔板的數(shù)目來表示n/m = 16(tR/Wb)2/L = 5.54(tR/Wh/2)2/L其中: -色譜峰保留時間, -色譜峰峰底寬, Wh/2-色

60、譜峰峰高一半處的寬度, L-柱長2.分離度(R)是兩個相鄰色譜峰的分離程度, 以兩組分保留值之差與其平均峰寬值之比表示.R=2(tR2-tR1)/(W1+W2)其中: tR2和tR1是兩個樣品的保留時間, W1和W2為兩個相鄰色譜峰的寬度, 當R=1.5時, 分離可達99.7%, 所以常用R=1.5作為相鄰兩峰完全分離的標志.3.分離數(shù)(TZ)在碳原子數(shù)為n和n+1的兩個相鄰標準同系物的峰之間, 完全分離條件下可插入組分的數(shù)目.TZ=(tn+1-tn)/(wn+1+wn)-1其中: tn+1和tn為相鄰同系物的保留時間, wn+1和wn為相鄰同系物的色譜峰寬度.4.涂漬效率(CE