毛細(xì)管氣相色譜法課件

毛細(xì)管氣相色譜法

（capillarygasChromatography）概述毛細(xì)管氣相色譜與填充柱色譜的比較毛細(xì)管氣相色譜柱的評價(jià)毛細(xì)管氣相色譜法

（capillarygasChrom1一、概述（一）發(fā)展歷史1957年高雷(Golay)發(fā)表“涂壁毛細(xì)管氣液分配色譜理論和實(shí)踐”論文，首先提出毛細(xì)管速率方程，并第一次實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)管氣相色譜分離。1958年戈雷在阿姆斯特丹的國際氣相色譜會(huì)議上發(fā)表了著名的高雷方程，闡述了各種參數(shù)對柱性能的影響。1979年彈性石英毛細(xì)管開始應(yīng)用,將毛細(xì)管氣相色譜推上高潮。一、概述（一）發(fā)展歷史2八十年代將固定液固定化。它大大提高了色譜柱的穩(wěn)定性,延長了柱壽命,并使液膜進(jìn)一步增厚,提高了色譜性能(如可在高溫下使用)。1983年惠普公司推出大孔徑毛細(xì)管柱，可直接代替填充柱20世紀(jì)90年代Alltech公司推出“集束毛細(xì)管柱”，919只內(nèi)徑為40um的毛細(xì)管柱20世紀(jì)90年代后期耐高溫色譜柱、手性色譜柱八十年代將固定液固定化。它大大提高了色譜柱的穩(wěn)定性,延長了3（二）毛細(xì)管氣相色譜柱的類型高雷：開管柱（opentubularcolumn）習(xí)慣稱毛細(xì)管柱（Capillarycolumn）（二）毛細(xì)管氣相色譜柱的類型高雷：開管柱（opentubu4毛細(xì)管氣相色譜法課件51.填充型毛細(xì)管柱

（1）填充毛細(xì)管柱：近年很少使用。

(2)微填充柱：目前應(yīng)用不多。PackedCapillary1.填充型毛細(xì)管柱

（1）填充毛細(xì)管柱：近年很少使用。

62.開管型毛細(xì)管柱2.開管型毛細(xì)管柱7a.壁涂毛細(xì)管柱：簡稱WCOT柱。目前多數(shù)為該種類型。b.多孔層毛細(xì)管柱(Porous-LayerOpenTubularColumn)簡稱PLOT柱，這一類使用最多的是“載體涂層毛細(xì)管柱”(SupportCoatedOpenTubularColumn)簡稱SCOT柱。（1）常規(guī)毛細(xì)管柱：內(nèi)徑為0.1～0.3mm，一般為0.25mm左右PorousLayerOpenTubularWallCoatedOpenTubular（1）常規(guī)毛細(xì)管柱：內(nèi)徑為0.1～0.3mm，一般為0.28

（2）小內(nèi)徑毛細(xì)管柱(MicroboreColumn)：內(nèi)徑是小于100μm的彈性石英毛細(xì)管柱，多用來進(jìn)行快速分析。(3)大內(nèi)徑毛細(xì)管柱(MegaoboreColumn)：內(nèi)徑為320μm和530μm，為了用這種色譜柱代替填充柱，常做成厚液膜柱，如液膜厚度為5～8μm。（4）集束毛細(xì)管柱（multicapillarycolumn）：容量高，分析速度快，適用于工業(yè)分析。（2）小內(nèi)徑毛細(xì)管柱(MicroboreColumn)：9（四）毛細(xì)管色譜柱的特點(diǎn)①滲透性好：一般毛細(xì)管的比滲透率約為填充柱的100倍,在同樣的柱前壓下,可使用更長的毛細(xì)管柱(如100米以上),而載氣的線速可保持不變。這就是毛細(xì)管柱高柱效的主要原因。②

相比（）大：相比大，傳質(zhì)快，有利于提高柱效；k’值小實(shí)現(xiàn)有利于快速分析。毛細(xì)管柱的液膜厚度小,柱效高，加上柱滲透性大，可采用較高線流速縮短分析時(shí)間。（四）毛細(xì)管色譜柱的特點(diǎn)①滲透性好：一般毛細(xì)管的比滲透率10

③

總柱效高從單位柱長的柱效看,毛細(xì)管柱和填充柱處于同一數(shù)量級(jí),但毛細(xì)管柱的長度比填充柱可長1~2個(gè)數(shù)量級(jí),因此其總柱效遠(yuǎn)高于填充柱，這樣就大大提高分離復(fù)雜混合物的能力?？傊?xì)管柱滲透性大,可采用長柱子和高載氣流速縮分析技術(shù)，使其保持高柱效和快速分離。④

柱容量小毛細(xì)管柱允許的進(jìn)樣量小。這樣對進(jìn)樣和檢測技術(shù)要求更高。進(jìn)樣量取決于柱內(nèi)固定液含量，由于毛細(xì)管柱涂漬的固定液僅幾十mg，液膜厚度為0.35~1.5m，柱容量小，一般進(jìn)樣量為10－3~10－5L，故需要采用分流進(jìn)樣技術(shù)。

③

總柱效高④

柱容量小11二、毛細(xì)管氣相色譜與填充柱的比較（一）比滲透率（B0)L：柱長η：柱溫下載氣的粘度；U：平均載氣線流速；ΔP：柱出口和進(jìn)口壓力降j：壓力校正因子填充柱：B0＝dp2/1012毛細(xì)管柱：B0＝r2/8B0=(Lu)/(pj)二、毛細(xì)管氣相色譜與填充柱的比較（一）比滲透率（B0)B0122.4m填充柱的柱壓降是2.5×106Pa，在同樣的柱壓降下，可使用0.27mm內(nèi)徑WCOT柱192m，0.5mm內(nèi)徑SCOT柱250m。2.4m填充柱的柱壓降是2.5×106Pa，在同樣的柱壓13（二）.填充柱和毛細(xì)管柱性能的比較

（二）.填充柱和毛細(xì)管柱性能的比較14毛細(xì)管柱與填充柱分離一些硝基化合物的比較

（a）填充柱1.5m，涂QF-1，恒溫；（b）毛細(xì)管柱，21m，涂OV-101毛細(xì)管柱與填充柱分離一些硝基化合物的比較

（a）填充柱1.515（三）毛細(xì)管氣相色譜儀與填充柱氣相色譜儀比較（三）毛細(xì)管氣相色譜儀與填充柱氣相色譜儀比較16分流進(jìn)樣作用：毛細(xì)管柱的載氣體積流量比填充柱低得多，將樣品從氣化室沖洗到色譜柱需要較長的時(shí)間，導(dǎo)致進(jìn)樣器內(nèi)色譜區(qū)帶嚴(yán)重?cái)U(kuò)張。此外，柱容量小，采用常規(guī)的進(jìn)樣方式，無法控制這樣小的進(jìn)樣量。尾吹氣路作用：由于毛細(xì)管柱的載氣體積流量很小，進(jìn)入檢測器后發(fā)生突然減速，引起色譜峰擴(kuò)張。為了減少譜帶擴(kuò)展，同時(shí)也是調(diào)節(jié)氫火焰檢測器靈敏度，使氫氮比達(dá)到1左右，必須在色譜柱出口增加輔助尾吹氣。分流進(jìn)樣作用：毛細(xì)管柱的載氣體積流量比填充柱低得多，將樣品從171.氣源和流量控制系統(tǒng)

壓力-流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)：對高壓氣體減壓，穩(wěn)定流量和壓力，使色譜系統(tǒng)具有優(yōu)異精度和重現(xiàn)性?，F(xiàn)代高檔氣相色譜儀均采用高精度的電子壓力控制（Electromicpneumaticcontrol,EPC）或電子流量控制（EFC）技術(shù)，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性達(dá)到新的高度。

電子壓力控制（EPC）：采用電子壓力傳感器和電子流量控制器，通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)壓力和流量的自動(dòng)控制。1.氣源和流量控制系統(tǒng)壓力-流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)：對高壓氣體減壓18載氣控制方式的選擇填充柱分析采用恒流方式毛細(xì)柱分析采用恒壓方式，恒線速度方式6kg/cm2SPL/SplitlessINJ1INJ2毛細(xì)柱填充柱1填充柱2返回載氣控制方式的選擇填充柱分析采用恒流方式6kg/cm2SPL19電子壓力控制系統(tǒng)示意圖電子壓力控制系統(tǒng)示意圖202.進(jìn)樣系統(tǒng)－一般采用分流/不分流進(jìn)樣器進(jìn)樣技術(shù)：“Achillesheel”。毛細(xì)管柱的柱容量很小，要使柱子不超載，進(jìn)入柱中的樣品量不應(yīng)超過0.01-0.001L。2.進(jìn)樣系統(tǒng)－一般采用分流/不分流進(jìn)樣器進(jìn)樣技術(shù)：“A21填充柱的進(jìn)樣系統(tǒng)填充柱的進(jìn)樣系統(tǒng)22毛細(xì)管分流/不分流進(jìn)樣系統(tǒng)毛細(xì)管分流/不分流進(jìn)樣系統(tǒng)23毛細(xì)管氣相色譜法課件24①分流進(jìn)樣

使樣品瞬間氣化并與載氣混合，使小部分樣品進(jìn)入色譜柱，大部分放空。一般儀器是在氣化室的出口將載氣分成兩路,絕大部分載氣放空,而極小部分載氣流入色譜柱。①分流進(jìn)樣使樣品瞬間氣化并與載氣混合，使小部分樣品進(jìn)入色譜25當(dāng)進(jìn)樣時(shí)把分流閥關(guān)閉，但注射隔膜吹洗氣（~2mL/min)一直保持，經(jīng)過一段時(shí)間（30~90s），大部分溶劑和溶質(zhì)蒸氣進(jìn)入色譜柱，電磁閥打開。氣化室中剩余的溶劑和溶質(zhì)通過分流閥吹走。②不分流進(jìn)樣優(yōu)點(diǎn)：大部分樣品入柱，避免分離歧視，盡可能消除溶劑脫尾。當(dāng)進(jìn)樣時(shí)把分流閥關(guān)閉，但注射隔膜吹洗氣（~2mL/min)一26毛細(xì)管氣相色譜法課件273.色譜柱系統(tǒng)4.檢測系統(tǒng)5.記錄系統(tǒng)：響應(yīng)速度要快。響應(yīng)快的記錄儀,如時(shí)間常數(shù)<50ms。要求采用高靈敏度的檢測器,如FID、小池體積的TCD(HP單絲微型TCD的檢測池僅有3.5μl)等；在使用毛細(xì)管柱時(shí)必須用補(bǔ)充氣。3.色譜柱系統(tǒng)要求采用高靈敏度的檢測器,如FID、小28三、毛細(xì)管色譜柱性能評價(jià)（一）、評價(jià)色譜柱的指標(biāo)和測試物評定三項(xiàng)重要指標(biāo)：柱效、表面惰性和熱穩(wěn)定性。一般評價(jià)色譜柱的方法是在一定的色譜條件下分離一組測試混合物考核色譜柱的各種性能。測試混合物包含：烷烴、芳烴、醇、二元醇、醛、酮、酚、胺、酯和游離酸，普遍實(shí)用的是所謂Grob試劑三、毛細(xì)管色譜柱性能評價(jià)（一）、評價(jià)色譜柱的指標(biāo)和測試物29Grob試劑的組成和濃度Grob試劑的組成和濃度30圖用Grob試劑測試SE-52柱（5％苯基－95％聚二甲基硅氧烷）的色譜圖Diol—2,3-丁二醇；C10—正癸烷；C8-OH—正辛醇；C11—正11烷；C9-OH—正壬醇；DMP—2,6-二甲基苯酚；DMA—2,6-二甲基苯胺；E10—癸酸甲酯；E11—十一酸甲酯；E12—十二酸甲酯圖用Grob試劑測試SE-52柱（5％苯基－95％聚二甲31（二)評價(jià)色譜柱的柱效1.柱分離能力的測量每米柱長理論塔板=[5.54×(tR/Wh)2]/L2、涂漬效率：CE=(hmin/h)×100%式中CE—涂漬效率；hmin—最小理論塔板高度；h—實(shí)際測定的理論塔高度。（二)評價(jià)色譜柱的柱效1.柱分離能力的測量32毛細(xì)管氣相色譜法

（capillarygasChromatography）概述毛細(xì)管氣相色譜與填充柱色譜的比較毛細(xì)管氣相色譜柱的評價(jià)毛細(xì)管氣相色譜法

（capillarygasChrom33一、概述（一）發(fā)展歷史1957年高雷(Golay)發(fā)表“涂壁毛細(xì)管氣液分配色譜理論和實(shí)踐”論文，首先提出毛細(xì)管速率方程，并第一次實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)管氣相色譜分離。1958年戈雷在阿姆斯特丹的國際氣相色譜會(huì)議上發(fā)表了著名的高雷方程，闡述了各種參數(shù)對柱性能的影響。1979年彈性石英毛細(xì)管開始應(yīng)用,將毛細(xì)管氣相色譜推上高潮。一、概述（一）發(fā)展歷史34八十年代將固定液固定化。它大大提高了色譜柱的穩(wěn)定性,延長了柱壽命,并使液膜進(jìn)一步增厚,提高了色譜性能(如可在高溫下使用)。1983年惠普公司推出大孔徑毛細(xì)管柱，可直接代替填充柱20世紀(jì)90年代Alltech公司推出“集束毛細(xì)管柱”，919只內(nèi)徑為40um的毛細(xì)管柱20世紀(jì)90年代后期耐高溫色譜柱、手性色譜柱八十年代將固定液固定化。它大大提高了色譜柱的穩(wěn)定性,延長了35（二）毛細(xì)管氣相色譜柱的類型高雷：開管柱（opentubularcolumn）習(xí)慣稱毛細(xì)管柱（Capillarycolumn）（二）毛細(xì)管氣相色譜柱的類型高雷：開管柱（opentubu36毛細(xì)管氣相色譜法課件371.填充型毛細(xì)管柱

（1）填充毛細(xì)管柱：近年很少使用。

(2)微填充柱：目前應(yīng)用不多。PackedCapillary1.填充型毛細(xì)管柱

（1）填充毛細(xì)管柱：近年很少使用。

382.開管型毛細(xì)管柱2.開管型毛細(xì)管柱39a.壁涂毛細(xì)管柱：簡稱WCOT柱。目前多數(shù)為該種類型。b.多孔層毛細(xì)管柱(Porous-LayerOpenTubularColumn)簡稱PLOT柱，這一類使用最多的是“載體涂層毛細(xì)管柱”(SupportCoatedOpenTubularColumn)簡稱SCOT柱。（1）常規(guī)毛細(xì)管柱：內(nèi)徑為0.1～0.3mm，一般為0.25mm左右PorousLayerOpenTubularWallCoatedOpenTubular（1）常規(guī)毛細(xì)管柱：內(nèi)徑為0.1～0.3mm，一般為0.240

（2）小內(nèi)徑毛細(xì)管柱(MicroboreColumn)：內(nèi)徑是小于100μm的彈性石英毛細(xì)管柱，多用來進(jìn)行快速分析。(3)大內(nèi)徑毛細(xì)管柱(MegaoboreColumn)：內(nèi)徑為320μm和530μm，為了用這種色譜柱代替填充柱，常做成厚液膜柱，如液膜厚度為5～8μm。（4）集束毛細(xì)管柱（multicapillarycolumn）：容量高，分析速度快，適用于工業(yè)分析。（2）小內(nèi)徑毛細(xì)管柱(MicroboreColumn)：41（四）毛細(xì)管色譜柱的特點(diǎn)①滲透性好：一般毛細(xì)管的比滲透率約為填充柱的100倍,在同樣的柱前壓下,可使用更長的毛細(xì)管柱(如100米以上),而載氣的線速可保持不變。這就是毛細(xì)管柱高柱效的主要原因。②

相比（）大：相比大，傳質(zhì)快，有利于提高柱效；k’值小實(shí)現(xiàn)有利于快速分析。毛細(xì)管柱的液膜厚度小,柱效高，加上柱滲透性大，可采用較高線流速縮短分析時(shí)間。（四）毛細(xì)管色譜柱的特點(diǎn)①滲透性好：一般毛細(xì)管的比滲透率42

③

總柱效高從單位柱長的柱效看,毛細(xì)管柱和填充柱處于同一數(shù)量級(jí),但毛細(xì)管柱的長度比填充柱可長1~2個(gè)數(shù)量級(jí),因此其總柱效遠(yuǎn)高于填充柱，這樣就大大提高分離復(fù)雜混合物的能力?？傊?xì)管柱滲透性大,可采用長柱子和高載氣流速縮分析技術(shù)，使其保持高柱效和快速分離。④

柱容量小毛細(xì)管柱允許的進(jìn)樣量小。這樣對進(jìn)樣和檢測技術(shù)要求更高。進(jìn)樣量取決于柱內(nèi)固定液含量，由于毛細(xì)管柱涂漬的固定液僅幾十mg，液膜厚度為0.35~1.5m，柱容量小，一般進(jìn)樣量為10－3~10－5L，故需要采用分流進(jìn)樣技術(shù)。

③

總柱效高④

柱容量小43二、毛細(xì)管氣相色譜與填充柱的比較（一）比滲透率（B0)L：柱長η：柱溫下載氣的粘度；U：平均載氣線流速；ΔP：柱出口和進(jìn)口壓力降j：壓力校正因子填充柱：B0＝dp2/1012毛細(xì)管柱：B0＝r2/8B0=(Lu)/(pj)二、毛細(xì)管氣相色譜與填充柱的比較（一）比滲透率（B0)B0442.4m填充柱的柱壓降是2.5×106Pa，在同樣的柱壓降下，可使用0.27mm內(nèi)徑WCOT柱192m，0.5mm內(nèi)徑SCOT柱250m。2.4m填充柱的柱壓降是2.5×106Pa，在同樣的柱壓45（二）.填充柱和毛細(xì)管柱性能的比較

（二）.填充柱和毛細(xì)管柱性能的比較46毛細(xì)管柱與填充柱分離一些硝基化合物的比較

（a）填充柱1.5m，涂QF-1，恒溫；（b）毛細(xì)管柱，21m，涂OV-101毛細(xì)管柱與填充柱分離一些硝基化合物的比較

（a）填充柱1.547（三）毛細(xì)管氣相色譜儀與填充柱氣相色譜儀比較（三）毛細(xì)管氣相色譜儀與填充柱氣相色譜儀比較48分流進(jìn)樣作用：毛細(xì)管柱的載氣體積流量比填充柱低得多，將樣品從氣化室沖洗到色譜柱需要較長的時(shí)間，導(dǎo)致進(jìn)樣器內(nèi)色譜區(qū)帶嚴(yán)重?cái)U(kuò)張。此外，柱容量小，采用常規(guī)的進(jìn)樣方式，無法控制這樣小的進(jìn)樣量。尾吹氣路作用：由于毛細(xì)管柱的載氣體積流量很小，進(jìn)入檢測器后發(fā)生突然減速，引起色譜峰擴(kuò)張。為了減少譜帶擴(kuò)展，同時(shí)也是調(diào)節(jié)氫火焰檢測器靈敏度，使氫氮比達(dá)到1左右，必須在色譜柱出口增加輔助尾吹氣。分流進(jìn)樣作用：毛細(xì)管柱的載氣體積流量比填充柱低得多，將樣品從491.氣源和流量控制系統(tǒng)

壓力-流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)：對高壓氣體減壓，穩(wěn)定流量和壓力，使色譜系統(tǒng)具有優(yōu)異精度和重現(xiàn)性?，F(xiàn)代高檔氣相色譜儀均采用高精度的電子壓力控制（Electromicpneumaticcontrol,EPC）或電子流量控制（EFC）技術(shù)，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性達(dá)到新的高度。

電子壓力控制（EPC）：采用電子壓力傳感器和電子流量控制器，通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)壓力和流量的自動(dòng)控制。1.氣源和流量控制系統(tǒng)壓力-流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)：對高壓氣體減壓50載氣控制方式的選擇填充柱分析采用恒流方式毛細(xì)柱分析采用恒壓方式，恒線速度方式6kg/cm2SPL/SplitlessINJ1INJ2毛細(xì)柱填充柱1填充柱2返回載氣控制方式的選擇填充柱分析采用恒流方式6kg/cm2SPL51電子壓力控制系統(tǒng)示意圖電子壓力控制系統(tǒng)示意圖522.進(jìn)樣系統(tǒng)－一般采用分流/不分流進(jìn)樣器進(jìn)樣技術(shù)：“Achillesheel”。毛細(xì)管柱的柱容量很小，要使柱子不超載，進(jìn)入柱中的樣品量不應(yīng)超過0.01-0.001L。2.進(jìn)樣系統(tǒng)－一般采用分流/不分流進(jìn)樣器進(jìn)樣技術(shù)：“A53填充柱的進(jìn)樣系統(tǒng)填充柱的進(jìn)樣系統(tǒng)54毛細(xì)管分流/不分流進(jìn)樣系統(tǒng)毛細(xì)管分流/不分流進(jìn)樣系統(tǒng)55毛細(xì)管氣相色譜法課件56①分流進(jìn)樣

使樣品瞬間氣化并與載氣混合，使小部分樣品進(jìn)入色譜柱，大部分放空。一般儀器是在氣化室的出口將載氣分成兩路,絕大部分載氣放空,而極小部分載氣流入色譜柱。①分流進(jìn)樣使樣品瞬間氣化并與載氣混合，使小部分樣品進(jìn)入色譜57當(dāng)進(jìn)樣時(shí)把分流閥關(guān)閉，但注射隔膜吹洗氣（~2mL/min)一直保持，經(jīng)過一段時(shí)間（30~90s），大部分溶劑和溶質(zhì)蒸氣進(jìn)入色譜柱，電磁閥打開。氣化室中剩余的溶