色譜分離條件選擇

1、23色譜分離條件的選擇分高度（resolution） 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(duì)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(duì)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(duì)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離，所以第二是峰必須窄。只有

2、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)（over-all resolu

3、tion efficiency） 從理論上可以證明，若峰形對(duì)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) 時(shí)，分離程度可達(dá) 。因而可用 R 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(cè)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(duì)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(duì)其中難分離物質(zhì)對(duì)來進(jìn)行，這就是說要抓主要矛盾。對(duì)于難分離物質(zhì)對(duì)，由于它們的保留值差別小，可合理地認(rèn)為 Y1=Y2=Y，k1k2=

4、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(duì)的確定后，欲使達(dá)到一定的分離度，將取決于n。增加征長(zhǎng)可改進(jìn)分離度，但增加柱長(zhǎng)使各組分的保留時(shí)間增長(zhǎng)，延長(zhǎng)了分析時(shí)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(zhǎng)外，增加

5、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分離度與容量比的關(guān)系（容量因子） k值大一些對(duì)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(duì) R的改進(jìn)不明顯，反而使分析時(shí)間大為延長(zhǎng)。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(zhǎng)。使峰的擴(kuò)展不會(huì)太嚴(yán)重而對(duì)檢測(cè)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

6、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，分離度從增加至，對(duì)應(yīng)于各值所需的有效理論塔板數(shù)大致增加一倍。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1

7、50，在此柱上的分離度就可增大到以上。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(jiǎn)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載氣及其流速的選擇 對(duì)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(cè)得的塔板高度H對(duì)流速U作圖，得HU曲線圖（圖27）

8、。在曲線的最低點(diǎn)，塔板高度H最小（H最?。４藭r(shí)柱效最高。該點(diǎn)所對(duì)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(duì)分子質(zhì)量較大的載氣（N2，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(duì)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

9、對(duì)不同檢測(cè)器的適應(yīng)性。 對(duì)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(cè)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(duì)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

10、低，被測(cè)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(zhǎng)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(duì)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(cè)器。對(duì)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(duì)于沸點(diǎn)在10

11、0200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(duì)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(duì)于沸點(diǎn)范圍較寬的試樣，宜采用程序升溫（programmed temperature），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)溫度上升的速度是恒定的，例如每分鐘2，4， 6，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。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28為寬沸程

12、試樣在恒定柱溫及程序升溫時(shí)的分離結(jié)果比較。圖（a）為柱溫（tc）恒定于45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；圖（b）為柱溫恒定于120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（C）為程序升溫時(shí)的分離情況，從對(duì)起始，升溫速度為5min-1，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。 3固定法的性質(zhì)和用量固定液的性質(zhì)對(duì)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

13、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(duì)擔(dān)體粒度要求均勻、細(xì)小，這樣有利于提高柱效。但

14、粒度過細(xì)，阻力過大，使柱壓降增大，對(duì)操作不利。對(duì)36 mm內(nèi)徑的色譜柱，使用 6080目的擔(dān)體較為合適。 5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(zhǎng)，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5 L。氣體試樣10 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(cè)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

15、當(dāng)提高氣化溫度對(duì)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 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(duì)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

16、，弱極性的氧化鋁，強(qiáng)極性的硅膠等。它們對(duì)各種氣體吸附能力的強(qiáng)弱不同，因而可根據(jù)分析對(duì)象選用。一些常用的吸附劑及其一般用途列于表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(duì)稱，有拖尾現(xiàn)象等等。近年來，通過對(duì)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(guó)產(chǎn)商品牌號(hào)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(cè)定，若應(yīng)用氣液色譜柱，

17、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；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(duì)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(duì)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(cè)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(hào)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。

18、 氣一液色譜固定相擔(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)固定液，使固定液以薄膜狀態(tài)分布在其表面上。對(duì)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(cè)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(duì)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(duì)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

19、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，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

20、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（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

21、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(duì)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

22、，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)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(duì)于高沸點(diǎn)組分，可選用玻璃微球擔(dān)體。 （4）對(duì)于強(qiáng)腐蝕性組分，可選用氟擔(dān)體。 固定液 A對(duì)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(duì)試樣各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰?，否則易被載氣

23、帶走而起不到分配作用。 （4）具有高的選擇性，即對(duì)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)穩(wěn)定性好，不與被測(cè)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。可用作固定液的高沸點(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(duì)被測(cè)物質(zhì)的性質(zhì)選擇合適的固定液。 B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(cè)組分有謀些相似

24、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(cè)組分的性質(zhì)。由電負(fù)性不同的原子所構(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(cè)組分兩種分子間的作用力就強(qiáng)，被測(cè)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(cè)組分在固定液中溶解度或分配系數(shù)的大小與被測(cè)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

25、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(zhǎng)。因?yàn)殪o電力的大小與絕對(duì)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(duì)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(chǎng)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（8010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

26、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(chǎng)，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(duì)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

27、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

28、間的相互作用力是與分子的極性有關(guān)的。固定液的極性可以采用相對(duì)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(duì)極性P=100，非極性的固定液角鯊?fù)榈南鄬?duì)極性P=100，然后用一對(duì)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(cè)定這一對(duì)試驗(yàn)物質(zhì)在,一氧二丙睛，角鯊?fù)榧坝麥y(cè)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(cè)固定液的相對(duì)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(cè)固定液。這樣測(cè)得的各種固定液的相對(duì)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(jí)，每 20為一級(jí)，P在 0+1間的為非極性固定液，+

29、l+2為弱極性固定液，3為中等極性固定液，45為強(qiáng)極性固定液，非極性亦可用 “-”表示。 應(yīng)用相對(duì)極性Px表征固定液性質(zhì)，顯然并未能全面反映被測(cè)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?duì)極性概念的基礎(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(cè)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?/p>

30、羅氏工作的基礎(chǔ)上，選用10種物質(zhì)來表征固定液的分離特性。實(shí)際上通常采用麥?zhǔn)系那?種探測(cè)物，即苯、丁醇、2一戊酮、硝基丙烷和吡啶測(cè)得的特征常數(shù)（麥?zhǔn)铣?shù)）已能表征固定液的相對(duì)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(cè)固定液，S為角鯊?fù)楣潭ㄒ?，I苯P為以苯作為探測(cè)物時(shí)在待測(cè)固定液上的保留指數(shù)，I苯S為以苯作探測(cè)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(cè)固定液的相對(duì)極性麥?zhǔn)铣?shù)，以X，Y，Z，U，S符號(hào)表示各相應(yīng)作用力的麥?zhǔn)铣?shù)。將這5種探測(cè)物I值之和 稱為總極性，其平均

31、值稱為平均極性。固定液的總極性越大，則極性越強(qiáng)；不同固定液的麥?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(duì)相應(yīng)的探測(cè)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(píng)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(cè)查找。表26中固定液的極性隨序號(hào)增大而增加。其中標(biāo)有序號(hào)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

32、性間距的典型固定液，它對(duì)固定選擇是有用的依據(jù)。 C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(jiǎn)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(duì)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

33、氫鍵型的固定液，這時(shí)試樣中各組分按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(cè)物、乙酸乙酯比擬為2一戊酮探測(cè)物，它們相應(yīng)在醚類固定液上Y與Z比值為，在酯類固定液上為，在醇類固定液上為，其結(jié)果反而是醚類固定液分離效果好。從這一簡(jiǎn)例中可顯示麥?zhǔn)铣?shù)在固定液選擇上的作用。 對(duì)于試樣性質(zhì)不

34、夠了解的情況，一種較簡(jiǎn)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 的難分離物質(zhì)對(duì)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，I150

35、0）、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(duì)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(cè)器 檢測(cè)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(hào)。因此檢測(cè)器是檢知和測(cè)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(cè)原理的不同，可將檢測(cè)器分為濃度型檢測(cè)器（concentration sensitive det

36、ector）和質(zhì)量型檢測(cè)器（mass flow rate sensitive detector）兩種 濃度型檢測(cè)器： 測(cè)量的是載氣中某組分濃度瞬間的變化，即檢測(cè)器的響應(yīng)值和組分的濃度成正比。如熱導(dǎo)地檢測(cè)器和電子捕獲檢測(cè)器等。質(zhì)量型檢測(cè)器： 測(cè)量的是截氣中某組分進(jìn)入檢測(cè)器的速度變化，即檢測(cè)器的 響應(yīng)值和單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器某組分的質(zhì)量成正比。如氫火焰離子化檢測(cè)器和火焰光度檢測(cè)器等。 熱導(dǎo)地檢測(cè)器 熱導(dǎo)地檢測(cè)器（thermal conductivity detector），常用TCD表示。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度適宜，穩(wěn)定性較好，而且對(duì)所有物質(zhì)都有響應(yīng)，因此是應(yīng)用最廣、最成熟的一種檢測(cè)器。 1熱導(dǎo)池的

37、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(duì)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(zhǎng)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(cè)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。為克服鎢絲的氧化問題，可

38、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(cè)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(cè)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(cè)量地。 2熱導(dǎo)地檢測(cè)器的基本原理 熱導(dǎo)地作為檢測(cè)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而增加）。在末進(jìn)試樣時(shí)

39、，通過熱導(dǎo)地兩個(gè)池孔（參比他和測(cè)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(cè)量地， 由于被測(cè)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(cè)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(cè)量出來。 氣相色譜儀中的橋路，如圖210所示。 圖210中，R1和R2分別為參比池和測(cè)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)，挑選配對(duì)的鎢絲，使R1=R2 從物理學(xué)中知道，電橋平衡時(shí)， R1

40、R4=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(cè)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(hào)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)樣器注入試樣，經(jīng)色譜柱分離后，由載氣先后帶人測(cè)量地。此時(shí)由于被測(cè)組分與載氣組成的二元導(dǎo)熱系數(shù)與純載氣不同，使測(cè)量地中鎢絲散熱情況發(fā)生變化，導(dǎo)致測(cè)量地中鎢絲溫度和電阻值的改變，