【2017年整理】第三章 气相色谱法

第三章 气相色谱法Gas Chromatography气相色谱法又可分为气固色谱（GSC）和气液色谱（GLC）：气固色谱（GSC）前者是用多孔性固体为固定相，分离的对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物；气液色谱（GLC）的固定相是用高沸点的有机物涂渍在惰性载体上由于可供选择的固定液种类多，故选择性较好，应用亦广泛。填充柱气相色谱与毛细管气相色谱填充柱（Packed columns）内径： r：2-6mm L：2-6m载样品大，可以用于制备，可以选择的固定相种类多，制作方便，价格低，但：分离效能低。空心柱： （Open tubular columns）内径 0.1-0.5mm 长：10-100m气阻小，分析速度快，柱长，分离效能高但：制作困难，价格高，进样量小，要有分流系统。 3-1 气相色谱仪一. GC 工作过程二. 气路系统三. 进样系统四. 分离系统色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。1）填充柱 填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相，一般内径为 26 mm，长 1 6m。填充柱的形状有 U 型和螺旋型二种。2）毛细管柱：又叫空心柱，毛细管材料可以是不锈钢，玻璃或石英。柱长几十米。其分离效率高（理论塔板数可达 106）分析速度块、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。 五. 控制温度系统控制温度主要指对色谱柱炉、气化室、检测器三处的温度控制。色谱柱的温度控制方式有：恒温和程序升温二种。六.检测和数据处理系统浓度或质量信号转化成电信号，经过必要的放大传递给记录仪或计算机，最后得到色谱流出曲线及定性和定量信息。3-2 气相色谱固定相(1).固体吸附剂 (2).液体固定相一、气液色谱固定相由载体(担体) 和固定液组成1. 载体(担体)（l）对载体的要求： 具有足够大的表面积（1-20 平方米）和良好的孔穴结构；表面呈化学惰性；热稳定性好； 形状规则，粒度均匀，具有一定机械强度。 （2）载体类型： 硅藻土和非硅藻土两类。硅藻土：红色载体和白色载体。红色载体（特性：结构紧密，填充密度 0.5g/cm3，孔径较小 1u，表面积 4m2/g，机械强度好，用于非极性固定液）白色载体（特性：结构疏松填充密度 0.3g/cm3孔径较粗 8u表面积 1m2/g机械强度差，易产生细粉极性中心较红色少，用于极性固定液 ）非硅藻土载体：有机玻璃微球载体，氟载体，高分子多孔微球等。这类载体常用于特殊分析，如氟载体用于极性样品和强腐蚀性物质 HF、Cl2。等分析。（3）载体的表面处理 具有活性中心。如硅醇基或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾。因此，使用前要进行化学处理，以改进孔隙结构，屏蔽活性中心。处理方法有酸洗、碱洗、硅烷化及添加减尾剂等。（i）酸洗：用 3-6mol/l 盐酸浸煮载体、过滤，水洗至中性。甲醇淋洗，脱水烘干。可除去无机盐，Fe,Al 等金属氧化物。用于分析酸性物质。（ii）碱洗：用 5%或 10%NaOH 的甲醇溶液回流或浸泡， 然后用水、甲醇洗至中性，除去氧化铝，用于分析碱性物质。(iii) 硅烷化：用硅烷化试剂与载体表面硅醇基反应，使生成硅烷醚，以除去表面氢键作用力。如：常用硅烷化试剂有二甲基二氯硅烷（DMCS） ，六甲基二硅烷胺（HMDS）等。Si OH2固定液 （l）对固定液要求：选择性好。良好的热稳定性和化学稳定性；对试样各组分有适当的溶解能力；有较低蒸气压，以免流失太快。 （2）组分分子与固定液间的作用力 作用力：组分与固定液分子间的作用力，作用力大的组分，由于溶解度大，分配系数大。包括有定向力、诱导力、色散力和氢键作用力 4 种。前三种统称范德华力，都是由电场作用而引起的。而氢键力则与它们有所不同，是一种特殊的范德华力。此外，形成化合物或配合物等的键合力。 （3）固定液的特性： 固定液的特性主要是指它的极性或选择性。（i）相对极性：规定非极性固定液角鲨烷的极性为 0。强极性固定液 ，-氧二丙睛的极性为 100。选择一对物质（如正丁烷一丁二烯或环乙烷一苯） ，试验。测定它们在氧二丙腈、角鲨烷及欲测固定液的色谱柱上的相对保留值。将其取对数后，得到:式中下标 1，2 和 X 分别表示氧二丙睛，角鲨烷及被测固定液。由此测得的各种固定液构相对极性均在 0100 之间。一般将其分为五级，每 20 单位为一级。相对极性在 0+l 之间的叫非极性固定液，+2 级为弱极性固定液，+3 级为中等极性，+4+5 为强极性。（ii）固定液特征常数 罗氏常数（ Rohrschneider 常数）I=IpIs 式中 I 为任一标准物质保留指数差值，标准物质：苯、乙醇、甲乙酮、硝基甲烷、吡啶Ip 和 Is 分别为任一标准物质在被测固定液和参比固定液(角鲨烷)的保留指数。（4） 固定液的分类 按固定液的极性和化学类型分类。极性分类：可用固定液的极性和特征常数（罗氏常数和麦氏常数）表示。化学类型：将有相同官能团的固定液排列在一起，然后按官能团的类型分类。（5）固定液的选择 “相似相溶”原则（i）分离非极性物质：非极性固定液按沸点次序流出，沸点低的先流出，沸点高的后流出。正 丁 烷 ）（ 丁 二 烯 ）(lgrtq（ii）分离极性物质：极性固定液按极性次序分离，极性小的先流出。极性大的后流出。（iii ）分离非极性和极性混合物：极性固定液非极性组分先流出，极性组分后流出。（vi）分离能形成氢键的试样：极性或氢键型固定液。形成氢键能力大小先后流出（v）复杂的难分离物质：两种或两种以上混合固定液。二气固色谱固定相 1常用的固体吸附剂硅胶： 强极性氧化铝： 弱极性活性炭、分子筛： 非极性和特殊作用机理：吸附能力不同2人工合成的固定相高分子多孔微球：直接用于固定相，也可作为载体。特性： 可控制其孔径大小及表面性质。颗粒容易填充均匀，数据重现性好。没有“流失”问题，有利于大幅度程序升温。特别适用痕量水的分析、多元醇、脂肪酸、脂类、胶类的分析。3-4. 毛细管气相色谱柱优缺点：1、总柱效高 2、分析速度快 3、柱容量小一、概况1、毛细管柱的分类和命名毛细管；填充毛细管柱；空心毛细管柱：按制备方法，所用材料不同分类1）WCOT 柱（wall coated Open Tubular）壁涂开管柱，经典一种，固定相直接涂在毛细管内壁特点：表面光滑，润湿性差，重复性不好。 2）WTOT 柱（wall Treated Open Tubular）壁处理开管柱：内壁用盐酸、氢氟酸等腐蚀气体腐蚀软质玻璃。在内表面生成，NaCl，NaF，CaCl2， “刷子” ，表面粗糙化处理，HCl硅烷化处理涂布3）PLOT 柱（Porous Layer Open Tubular）多孔层开管柱：内壁涂上一层多孔性物质。如：分子筛，氧化产品，石墨化炭，高分子多孔微球4） 、SCOT 柱（Support Coated Open Tubular ）载体涂渍开管柱：用硅藻土，二氧化硅，石墨化碳，涂渍在管壁上，然后，再涂渍各种固定相。特点：重复性好；易于涂渍各种固定相；柱容量大5）化学键合相毛细管：柱内壁，硅胶涂敷或 HCl 处理，固定相化学键合。特点： 稳定性好，热稳定性。6）FSOT （Fused Silica Open Tubucar ）溶融氧化硅开管柱石英毛细管柱特点：柔性好； 内壁惰性2、制柱材料金属：不锈钢、铜等尼龙、塑料玻璃石英、多用。 3、玻璃毛细管的拉制4、毛细管的表面处理（粗糙化）光滑不易铺展均匀，润湿性差处理方法：化学反应法；沉积细颗粒法；玻璃管预处理法（1）化学反应法：HCl 气体，通入毛细管，两头封闭，350加热 12hr 丙酮洗 氮气吹干有-OH 、NaCl氟化氢，氟醚或氟化氰氨处理其他，Ba（OH）2 与 CO2 反应，表面生成 BaCO3（2）沉积细颗粒法将 1-10 微米的细颗粒物质沉积在表面动态法：悬浮液通过柱静态法：悬浮液充满柱抽真空（3）玻璃预处理法：没拉制前粗糙化a：LiCl 黏合剂+载体b：玻璃粉+载体c：硅藻土 内表面表面有活性要处理4、毛细管的表面钝化玻璃毛细管表面活性中心：碱金属氧化物，硅羟基石英细管表面活性中心：表面硅羟基，表面酸性消除方法：a：消除活性基因 b：遮住活性中心 c：改变表面润湿性1） 、硅烷化常用的硅烷化试剂有：二甲基二氯硅烷 DMCS三甲基氯硅烷 TMSS六甲基二硅胺烷 HMDS二苯基四甲基二硅胺烷 DPTMDS四苯基二甲基二硅胺烷 TPDMDS 三苯基硅胺烷 TPSA最常用 HMDS 和 TMCS 混合物硅烷化方法与优点方法：甲苯液动态法或静态法涂布一遍，以 2/min 升到 400，四小时，甲苯、甲醇和乙醚淋洗，氮气干燥优点：化学惰性；润湿能力强2） 、用 FEG-20M 钝化（聚乙二醇）1-5%的 PEG20M，二氯甲烷溶液动态法：高纯 N2 充满 ，两端封住， 280加热 24 小时，二氯甲烷淋洗3） 、用表面活性剂钝化常用表面活性剂，苄基三苯基氯化磷（BTPPC）方法：1%的 BTPPC 动态法处理，二氯甲烷溶媒氮气吹干 4） 、用固定相自身钝化动态法涂布：最高使用温度以上 20保持几小时，达到目的。5、固定液的涂渍动态法；静态法 1）动态法：浓度 10-60%不等，根据固定液粘度液塞长度：20%的 L。液膜厚度计算df=VsC/100dLVs固定液的实际消耗量，体积C涂渍液中固定液的体积百分浓度d柱直径L柱长特点：对粘度低的非极性固定液，方便。但：重复性差。 2） 、静态法：浓度：0.5-2% W/V充满，一头封口，一头真空、温度低于 bp10-20 度df= dC/400d：毛细管的直径、C：浓度。特点：重复性好，柱效也高，但周期长 3） 、老化控制 N2 流量，8-12 小时老化温度6、固定化固定相毛细管柱的制备涂布：柱流失固定化：交联 crosslinling键合 bonding1)：固定化涂渍方法早期：原位加热缩合法：二氯二甲基硅烷 碱性水解 缩合：硅氧烷自由端羟基与玻璃表面的硅羟基缩合成交聚物-Si-O-Si-网状交联缩合法 1958 年方法改进，网状交联缩合法用 二氯苯基硅烷与二氯甲基硅烷或四氯化硅水解，存在许多：非端羟基2） 、固定化固定相毛细管柱的优点（1）可用溶剂洗涤。（2） 减少流失。（3）减少超载峰的拖尾。（4）固定相膜不易剥落（特别是进口端）可以经受大量溶剂冲洗。 7、有机胶法制备 SCOT 柱有机胶：（聚甲基丙烯酸二乙胺基乙酯醋酸盐）有机胶 （作为吸附剂吸附 405 白色载体） 形成均匀的载体表面 钝化 涂布优点：柱效高； 较大的样品容量8、柱性能的评价理想的毛细管柱：高分离效率，较大容量，惰性，热稳定性，选择性。评价困难：选择什么样的试验物质选择什么样的色谱条件选择什么样的结果计算方法评价原则： 柱评价应在一次色谱的实验中完成试验混合物应包含各类化合物对各种液相所制备的柱，应用同一方法进行评价应包含定量方面的某些信息评价条件应标准化，以便比较 1） 、评价方法样品：各种化合物，色谱条件：最佳，系统要合理、t0 要小 仪器的灵敏度高 进样量小2） 、分离效率理论塔板数 n3） 、有效理论塔板数 4） 、分离数 Tz 两相邻同系物色谱峰之间能够插入被分离峰的数目。22/1)(6)(54.WttrrnLH22/1)(6)(54.wttnrref effn5） 、涂渍效率 C·E%C·E%=h 理论/h 实验 ×100h 理论：在最佳流速处的 h6）柱容量a：不同化合物在同