毛细管色谱柱知识.doc

毛细管气相色谱简单知识一、毛细管柱与填充柱的区别与填充柱相比，毛细管柱的特点为：1. 分离效能高2.分析速度快3.样品用量少可在几十分钟内分离出包含几百种化合物的汽油馏分，然而样品用量仅有数微克在快速分析方面，可在几秒钟内分离含十几个组份的样品其独特的特点在于：渗透性大，分析速度快传质阻力小，可用长柱，并得高的总柱效色谱动力学认为：填充柱可看作是一束长毛细管的组合，其内径约等于粒子粒度，因其弯曲，多径扩散严重，故理论板数少毛细管柱完全没有这些缺陷，故理论板数可高大106数量级用毛细管柱，有利于：提高色谱分离能力，加快色谱分析速度，促进色谱的应用都是十分必要的：二、毛细管色谱法的相关理论在毛细管柱，柱内只有一个流路，故多径项2ldp为0，弯曲因子g=1，且用其液膜厚代替了填充柱中载体的颗粒直径dp2．毛细管柱的最小理论板高毛细管柱的H—U图也是一个双曲线，在U值是最佳值时，H值最小式中Cg、C1的大小取决于分配系数及柱的几何性（以相比B为代表），但一般毛细管柱液膜薄，B值较大，液相传质阻力C1项不起控制作用当被测物质的k>10时，如果每米理论板数大于1000/d时，则所用柱子的性能较好表中为K值很大时最好柱效（每米板数）值，其值由H/L=1000/d一般认为直径在0.1—0.7mm较好小于0.1mm，入口压力增加，柱负荷减少大于0.7mm，虽柱负荷增大，但柱效下降目前流行0.53mm的大口径管，不必分流。

3．载气线速从速率方程可知，最小板高时的最佳线速为：如果Cl很小，则有：可见，细管径，轻载气更适合于快速分析4．样品容量一根色谱柱的最大允许进样量，约为一块理论板的有效体积可见最大允许进样量与柱半径、柱长、分配比成正比，与塔板数成反比比较填充柱和毛细管柱的柱容量一根长20米，内径为0.25毫米的毛细管柱，一般可涂上6mg的固定液，柱内体积而一根长两米，内径3毫米的不锈钢填充柱，柱内体积按12：100的液载比，可涂上800mg固定液可见，一根2米长的填充柱中固定液的含量是一根20米长毛细管柱中固定液含量约150倍，故允许进样量也在一百倍以上5、柱效能毛细管柱每米塔片数通常在2000－5000之间，长20米的毛细管柱总柱效为4万至10万填充柱每米塔片数在1000－1500之间，长2米的填充柱的柱效为2000－3000所以毛细管柱的总柱效可以比填充柱高10－100倍根据上式，分离度正比于总塔片数N即毛细管柱色谱总效高，其分离效能也高如果柱效高，K值也大是最理想的，目前流行大孔厚膜毛细管柱可望具有这两重性质6、分析时间根据公式,样品的保留时间正比于柱长，在以氮为载气时，毛细管柱的线速可达16厘米/秒，而填充柱在4厘米/秒毛细管柱可采用很高的载气线速来缩短保留时间。

且毛细管柱的K值比填充柱小，因此保留时间小故：毛细管柱上可实现快速分析三、毛细管柱的色谱系统与填充柱系统基本一样因毛细管柱内径细，柱容量小，出峰快、峰形窄，因此对色谱仪本身（如进样系统、检测器、记录器等）有些特殊的要求1、进样系统毛细管柱进样量必须极小（一般液样10—2〜10—3微升，气样约1微升）要引进如此微量样品，可采用分流法进样即在气化室出口分两路，绝大部分放空，极小部分进柱子，这两部分比例叫分流比分流法又分为动态法和静态法两种对分流器的要求为使分流后的样品不改变组成：1、分流后样品混合物中各峰的相对大小应与未分流的严格一致2、分析不同浓度的混合物时，峰面积必须正比于浓度3、当柱温、分流比、流速改变时各色谱峰的相对大小要保持恒定A•动态分流法是目前毛细管柱进样系统最常用的分流方法，不同仪器上的分流有不同的形式对分流器设计要求：整个分流器要保持在气化室的温度下，防止样品冷凝；分流前要有一定的混合体积，使试样、载气完全混匀，放空管体积至少要等于样品气化后的体积加载气体积A为气化样品与载气混合部分，B为分流点，C为喷嘴，引起放空部分与进入部分在分流过程中进一步混合，确保宽沸程样品分流后不失真。

然后通过放空阀调节分流比这种分流器只是在进样时才打开开关阀，几秒钟后就关闭大部分载气，而留下一点出气，防止试样反扩散进柱中简易分流器在一般填充柱气化室出口，并排插入两根同内径不同长度的不锈钢毛细管，垫上硅橡胶构成，其长度比即分流比注意在分流前要有一段混合体积，内装硅烷化玻璃球，可保证分流后组成不失真2、尾吹毛细管柱内流动相流速低，流量小，组分会因柱后死体积突然增加而发生严重的纵向扩散，从而导致峰形展宽，有可能使在柱中以分离的组分在柱后再次重叠，影响分离也可在使用FID时受阻于引入的H2压力而出柱困难增加尾吹气将改善这一状况3、检测器因流速低，且内径细，只能分析小量样品，约10—5〜10—6克，有的组份如占1.0%，贝U相当于10—7〜10—8克，要求高灵敏度检测器快速分析时因峰宽只有几秒或少于1秒，要求检测器、记录器响应时间快，则检测器和记录器的时间常数，应少于最早峰峰宽的流出时间的1/20适用的检测器有：高灵敏度的离子化检测器，常用FID灵敏度高，死体积趋近于零，响应时间快等)也可用氩离子化和电子捕获检测器，此时需在毛细管出口外加吹洗气以降低检测器死体积也可应用特制的微型热丝检测器，微型热敏电阻检测器，但因其属于非商品化检测器，使用频率不高。

4、记录系统因毛细管色谱峰很窄，应配备快速记录系统曾经用示波仪或电流计型记录器记录，其满刻度笔速0.1秒目前的各种色谱数据处理机和色谱工站已完全能满足记录系统的要求5、毛细管柱的种类经典的毛细管柱为壁涂开管柱(WCOT——WallCoatedOpenTubularColumn)因其制备难、柱子的重复性差、内表面小、涂渍量小和B值大，将导致有效塔板数和实际分离能力不高，且热稳定性也较差，故已几无人使用其他的几种柱子及其性能如下多孔层壁涂柱(PLOT——PorousLayerOpenTubularColumn)：先涂上吸附剂或惰性固体于柱壁，再涂渍固定液载体壁涂柱(SCOT——SupportCoatedOpenTubularColumn)：把载体和固定液同时涂于壁上制备而成必须注意，以上两种柱子中的载体只是涂布于毛细管柱的壁上，而非充满整根柱子熔融石英毛细管柱(FSOT——FusedSilicaOpenTubularColumn)：其表面惰性度好，能耐高温，最主要的是有弹性，不易折断交联毛细管柱(CLOT——Cross-LinkedOpenTubularColumn)：涂好固定液后再用偶联剂交联键合，柱子性能有很大改善，能耐高温，抗水、抗溶剂。

大口径毛细管柱：一般口径在0.53毫米，液膜厚度为0.88~2.65微米，负载大，可不经分流而直接进样分析微型填充柱(Micro-packedColumn)：制备过程和填充柱基本相似，只是所填的载体粒度很小微填充柱宽有很高的柱效，最低板高可达0.2~0.3毫米毛细管柱使用技术及常见故障1.毛细管的安装毛细管柱的安装常为人们所忽视，往往会出现填充色谱柱多年的技术人员，刚使用毛细管柱时，做出的色谱图还不如填充柱的色谱图，这使人们很难理解但究其原因，多数是由于毛细管柱的安装和操作上的毛病，而不是柱子本身和仪器系统的问题因此，一根好的毛细管柱和设计得很好的色谱系统，还必须使柱子在系统中安装得合理，才能做出好的结果1.1毛细管柱与进样器的连接对于分流进样，毛细管柱的入口端一定要伸过分流进样器的分流出口，亦就是使毛细管柱的入口处于载气的高流速区域如果毛细管柱的入口在分流进样器的分流出口以下，处于载气的低流速区域，得到的色谱图还不如填充柱，所以必须将毛细管的入口伸过分流进样器的分流出口，这样才会得到尖锐的峰形对于分流/不分流进样，毛细管的入口应接到进样器的底部，这样可以使汽化管中的样品完全进入柱子，也不会出现气流清洗不到的死区”。

1.2毛细管柱与检测器的连接在毛细管连接到检测器之前，先接通载气，看一下柱子的出口是否有载气通过，（将柱子出口浸入清水中看是否有气泡出现）如果没有载气从柱子出来，说明柱前的系统中有的地方漏气或柱子堵塞，应找出原因加以解决然后将柱子的末端尽可能的伸到检测器（FID）的喷嘴以下的1~2厘米处（但不能超过喷嘴，并使柱子的出口处于气流的最高流速区域（即氢气引入口以上），如果柱子不能直接伸到检测器的喷嘴下1~2厘米处，但必须伸到尾吹气入口的上部使柱子的末端处于气流的高速区域1.3分流比的测定与选择分流比可以定义：样品完全汽化时与载气充分混合后，样品通过分流进样器进入柱子的流量FC与通过分流器的流量F分流之比：分流比=FC/F分流（式1）有的人把分流比定义为：样品进入汽化室后，进样器中总的流速=FC十F分流与柱流速FC之比：分流比=FC/（FC+F分流）（式2）例如，柱子出口流速为1ml/分，分流器放空的流速为99ml/分，则分流比为100:1，因为柱流速FC比分流流速小得多，所以（式1）、（式2）的结果很相近，FC和F分流可通过皂沫流量计测量如果载气通过毛细管柱的流量很小，用皂沫流量计不容易测量，FC也可以通过计算求出：FC=60unr2其中u为载气的平均线速度，单位厘米/秒。

u可以通过进样后用某物质的保留时间求得，某物质可以用甲烷、甲醇等均可，要求是色谱柱对该物质的吸附要小，一般以甲烷为宜，具体计算方法为：u=柱长（厘米）/保留时间（秒）分流比及分流有大小靠分流阀进行调节，选择适当的分流比也很重要如果分流比很小，样品大多数进入柱子、容易使峰变宽，形成前伸峰分流比一般选择在1:100~200之间，这时样品的起始组分的谱带扩展很小，出峰尖锐对一根0.25mm内径的毛细管柱，用N2作载气，最佳流速0.3~0.4ml/分，则分流流量调到50ml/分左右即可在毛细管分流进样系统中一般以柱头压力来恒量柱流量的大小，下表给出一些常用的毛细管柱在标准线速度的情况下的柱头压力.柱内径柱长度0.2mm0.25mm0.32mm0.53mm15m0.06Mpa0.039Mpa0.024Mpa0.009Mpa25m0.1Mpa0.065Mpa0.04Mpa0.016Mpa30m0.13Mpa0.08Mpa0.048Mpa0.019Mpa50m0.22Mpa0.14Mpa0.08Mpa0.032Mpa上表所使用的载气为氮气，线速度为20cm/秒或氢气，线速度为40cm/秒1.4尾吹气流量的测量与选择毛细管色谱分析用FID检测器时，一定要加尾吹气，一般用空气或N2气。

加尾吹气的作用之一是减少柱后死体积对色谱峰造成的扩散，之二是保证FID有合适的氮氢比FID系质量型检测器，适当地增加尾吹气可提高检测的灵敏度，但尾吹气太高，会引起基线不稳以至灭火.尾吹气流速对峰高的影响尾吹气太低，会引起色谱峰拖尾、对毛细管柱效损失大大尾吹气流量一般在20-30ml比较适合，可用皂沫流量计来测量1.5毛细管柱的老化涂渍好的毛细管柱首先要经过充分的老化，以除去固定液中的低分子量物质，一般商品毛细管柱，在制造出厂前都已经过充分老化；但柱子一经从仪器上拆卸下来，较长时间接触空气，在下一次使用之前，最好以较低的初始温度程序升温至最高使用温度老化2—3次各种固定液因其性质和生产厂家不同而最高使用温度有所不同，所以要注意毛细管柱的说明，生产毛细管柱的厂家应注明最高使用温度老化中应注意载气的流速不易过大，否则会破坏均匀的液膜一般非极性柱在250C以下老化使用，可用普通氮。