杭州检测中心:【实验课堂】色谱柱知识百科

云梦县怀薇温度检测有限公司 技术支持 2020-06-08 15:10:33 0 固定  毛细管  选择  
【实验课堂】色谱柱知识百科

一、色谱柱工作原理

当流动相中携带的混合物流经固定相时,其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异,与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同,随着流动相的移动,混合物在两相间经过反复多次的分配平衡,使得各组分被固定保留的时间不同,从而按一定次序由固定相中流出。

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二、色谱柱的分类

2.1 色谱柱主要分为填充柱和毛细管柱 注:此外,还有一些综合了填充柱和毛细管柱特点的特殊色谱柱。

2.2 填充柱与毛细管柱的比较

表1 填充柱与毛细管柱的比较

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注:毛细管柱外层为聚酰亚胺,可修补柱子缺陷(即增强柔韧性)并且增加强度。

三、填充柱

3.1 填充柱的构成

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3.1.1 填充柱的柱管

填充柱可以使用任何类型的柱管,只要它对样品是清洁,、惰性的, 以及能够承受GC的柱箱温度,像:不锈钢管、玻璃管、铜管、聚四氟乙烯管、聚合物管等。

3.1.2固体载体(颗粒)和固定相

近距离观察一个填充颗粒,会发现它是由一个固体载体(颗粒)和在它上面均匀涂渍的涂敷物(叫做固定相)所组成。 固体载体即液态固定相附着的载体,其细小、均匀、多孔,增加与样品接触的表面积。 常用的固体载体为硅土。固体载体也有不同大小的颗粒度,颗粒度是指“目数大小”。一般是根据柱径来选择固体载体的粒度,保持载体的直径为柱内径的1/20为宜。常用60-80目及80-100目。

表2 直径大小与目号的关系

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四、毛细管柱

4.1 毛细管柱的构成

毛细管色谱柱由两个主要部分组成:管身和固定相。

4.1.1 管身

毛细管柱的管身一般使用熔融二氧化硅或不锈钢作为基本材质。 熔融二氧化硅即高纯度合成石英(以下通称熔融石英),通常在其表面涂上一层聚 酰亚胺做为保护层。 当实验要求更高的使用温度时,我们可以来用不锈钢毛细柱来代替熔融石英毛细柱。不锈钢毛细柱在使用温度(耐高温)及日常维护(不易折断等)的性能和指标上都优于熔融石英毛细柱。但是不锈钢材质的惰性没有熔融石英好,它可以和许多的化合物相互作用,产生反应。所以通常我们也会用化学方法对其进行处理,或者是在它的内壁再涂上薄薄的一层熔融石英,以增加不锈钢管的隋性:经过适当处理后,不锈钢毛细柱的惰性与熔融石英毛细柱的不相上下。

4.1.2 固定相

固定相种类很多。大部分的固定相是液体或胶状的高分子量,具有高热稳定性的聚合物,最常用的是聚硅氧烷(有时误称为硅氧烷)和聚乙二醇,另外还有一类是小的多孔粒子组成的聚合物或沸石(例如氧化铝、分子筛等)。 聚硅氧烷在其用途的多用性、性质的稳定性上都有优良的表现也是目前最为常用的固定相。标准的聚硅氧烷是由许多单个的硅氧烷重复联接构成:每个硅原子与两个功能团相连,功能团的类型和数量决定了固定相总体类型和性质常见的四种功能基团为甲基、氰丙基、三氟丙基和苯基。最基本的聚硅氧烷是由100%甲基取代的。

五、毛细管色谱柱的选择

选择毛细管柱,有四个要考虑的主要参数:固定相、内径、长度和液膜厚度。

5.1 固定相的选择

选择毛细管柱时,最重要的是选择最佳固定相。最可靠的方法是参考色谱柱制造商和供应商、GC制造商以及出版的文献中所提供应用实例的汇编。尽管可能无法参考确切的实例,但是通常可以得到足够信息来简化决策或减少潜在色谱柱数量。

固定相选择性和极性的概念在选择固定相时非常有用。 选择性决定于溶质和固定相分子的物理化学相互作用力,可以认为是固定相在区分两种溶质分子在其化学或物理性质方面的差异能力。如果固定相和溶质间的相互作用力不同,则可分离。固定液与组分分子间的作用力主要包括:静电力、诱导力、色散力和氢键力。气相色谱试样中各组分通过色谱柱的保留时间与组分和固定液分子间作用力的大小有关,作用力小的组分先流出色谱柱,反之作用力大的组分后流出。

极性决定于固定相的结构,是由取代基团的极性及其相对量确定。极性并不直接与选择性相关,但是会影响化合物保留以及分离。极性确实对分离有影响,但仅是影响峰分离的众多固定相性质之一。

选择固定液时,一般是根据“相似相容”的选择来选择。即固定相与被分离组分的性质(如极性、官能团、化学键等)越相似之间的作用力就越强,则固定相对其的流动阻力就越大,其保留时间也越长。色谱柱就是通过这个原理将不同性质的混合物相互分开的.

5.2 内径

毛细管柱的内径可从0.10 - 0.80 mm。色谱柱内径的大小将影响柱效、保留值、压力、载气流速和柱容量。

色谱柱内径的选择概述:

a. 如果需要较高的柱效,请使用0.18-0.25 mm内径的色谱柱。0.18 mm 内径的色谱柱十分 适用于泵容量较低的GC/MS系统。直径较小的色谱柱容量最小,并需要最高的柱头压。

b. 如果需要较大的样品容量,请使用0.32 mm内径的色谱柱。与0.25 mm 内径的色谱柱相 比,此色谱柱通常对不分流进样或大体积(>2 μl)进样时较早流出的溶质有更佳的分离度。

c. 只有在仪器配备大口径直接进样器,且要求柱效较高时,才使用0.45 mm内径的色谱柱。 特别适用于高载气流速的情况,例如吹扫捕集、顶空进样器和阀进样应用。

d. 只有配备大口径直接进样器时,才使用0.53 mm 内径的色谱柱。特别适用于高载气流速 的条件,例如吹扫捕集、顶空进样器。0.53 mm 内径的色谱柱在恒定的膜厚情况下具有最高的样品容量。

5.3 长度

毛细管柱长度可从10-100m(可根据需要进行裁剪也可大于100 m),普通的一般为30 m。柱长将会影响柱效率、保留(分析时间)和载气压力。色谱柱柱长的选择概述:

a. 如果不知道最佳长度,请先使用25-30米长的色谱柱,多数分析在此长度的柱子上完成。

b. 10-15 米长的色谱柱十分适用于分离含易分离溶质的样品或含溶质较少的样品。内径较小的色谱柱通常长度较短,以便降低柱头压力。

c. 如果通过其它方法(直径较小的色谱柱、不同的固定相、改变柱温)不能达到满意的分离度时,应使用50-60米长的色谱柱。这种色谱柱适用于分离含多种溶质的复杂样品。

需要注意的是较长色谱柱的分析时间较长,费用较高。

5.4 液膜厚度

液膜厚度影响柱子的保留特性、分离度和柱容量。色谱柱膜厚的选择概述:

a. 对于0.18-0.32 mm 内径的色谱柱,平均或标准膜厚为0.18-0.25 μm,可用于大多数分析。

b. 对于0.45-0.53 mm 内径的色谱柱,其平均或标准膜厚为0.8-1.5 μm,可用于大多数分析。

c. 厚膜色谱柱用于保留和分离挥发性溶质(如气体)。厚液膜色谱柱惰性更强,容量更大。

厚液膜色谱柱具有较高流失性,使用温度上限也有所降低。

d. 薄膜色谱柱用于将高沸点、高分子量溶质(如类固醇、甘油三酸酯)的保留时间降至最小。薄液膜色谱柱惰性更弱、容量更小、色谱柱流失更少。

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