概述20世紀(jì)中期大量采用一些經(jīng)典的分離方法沉淀.ppt

1,11.1概述 20 世紀(jì)中期，大量采用一些經(jīng)典的分離方法：沉淀、蒸餾和萃取 現(xiàn)代分析中，大量采用色譜和電泳分離方法。迄今為止，色譜方法是最為有效的分離手段！其應(yīng)用涉及每個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。 11.1.1 歷史： 1903年，俄國(guó)植物學(xué)家Mikhail Tswett 最先發(fā)明。他采用填充有固 體CaCO3細(xì)粒子的玻璃柱，將植物色素的混合物(葉綠素和葉黃素加于柱頂端，然后以溶劑淋洗，被分離的組份在柱中顯示了不同的色帶，他稱之為色譜 (希臘語(yǔ)中“chroma”=color; “graphein”=write) 。 50年代，色譜發(fā)展最快（一些新型色譜技術(shù)的發(fā)展；復(fù)雜組分分析發(fā)展的要求。 1937-1972年，15年中有12個(gè)Nobel獎(jiǎng)是有關(guān)色譜研究的！,第十一章 氣相色譜法,2,11.1.2 概念,固定相 ；在色譜法中，將填入玻璃管或不銹鋼管內(nèi)靜止不動(dòng)的一相（固體或液體） 流動(dòng)相 : 自上而下運(yùn)動(dòng)的一相（一般是氣體或液體） 色譜柱 : 裝有固定相的管子（玻璃管或不銹鋼管） 11.1.3 色譜分離基本原理： 使用外力使含有樣品的流動(dòng)相（氣體、液體或超臨界流體）通過(guò)一固定于柱或平板上、與流動(dòng)相互不相溶的固定相表面。樣品中各組份在兩相中進(jìn)行不同程度的作用。與固定相作用強(qiáng)的組份隨流動(dòng)相流出的速度慢，反之，與固定相作用弱的組份隨流動(dòng)相流出的速度快。由于流出的速度的差異，使得混合組份最終形成各個(gè)單組份的“帶(band)”或“區(qū)(zone)”，對(duì)依次流出的各個(gè)單組份物質(zhì)可分別進(jìn)行定性、定量分析。,3,分配系數(shù)K 分配色譜的分離是基于樣品組分在固定相和流動(dòng)相之間反復(fù)多次的分配過(guò)程，而吸附色譜的分離是基于反復(fù)多次的吸附-脫附過(guò)程。這種分離過(guò)程經(jīng)常用樣品分子在兩相間的分配來(lái)描述，而描述這種分配的參數(shù)稱為分配系數(shù)K。 它是指在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動(dòng)相之間分配達(dá)平衡時(shí)的濃度之比值，即 K=溶質(zhì)在固定相中的濃度 / 溶質(zhì)在流動(dòng)相中的濃度 = Cs / Cm,4,混合組分的分離過(guò)程及檢測(cè)器對(duì)各組份在不同階段的響應(yīng),5,11.1.4 色譜分類方法： a. 按固定相外形分： 柱色譜（填充柱、空心柱）、平板色譜（薄層色譜和紙色譜。 b. 按組份在固定相上的分離機(jī)理分： 吸附色譜：不同組份在固定相的吸附作用不同； 分配色譜：不同組份在固定相上的溶解能力不同； 離子交換色譜：不同組份在固定相（離子交換劑）上的親和力不同； 凝膠色譜（尺寸排阻色譜）不同尺寸分子在固定相上的滲透作用。,6,c. 按兩相狀態(tài)分,7,11.1.5氣相色譜分析流程,氣相色譜法用于分離分析樣品的基本過(guò)程如下圖： 氣相色譜過(guò)程示意圖 由高壓鋼瓶1供給的流動(dòng)相載氣。經(jīng)減壓閥2、凈化器3、流量調(diào)節(jié)器4和轉(zhuǎn)子流速計(jì)5后，以穩(wěn)定的壓力恒定的流速連續(xù)流過(guò)氣化室6、色譜柱7、檢測(cè)器8，最后放空。,1,2,3,4,5,6,7,8,8,第二節(jié) 氣相色譜固定相,在介紹色譜儀器時(shí)，我們提到色譜分離系統(tǒng)是色譜儀器中最為靈魂的部分，而其中分離柱中固定相組成與性質(zhì)更是直接與分離效能有關(guān)。 氣相色譜柱可分為兩類： 1）用于氣固色譜的固定相：固體吸附劑； 2）用于氣液色譜的固定相：固定液+載體。 11.2.1氣固色譜固定相固體吸附劑 該類型色譜柱是利用其中固體吸附劑對(duì)不同物質(zhì)的吸附能力差別進(jìn)行分離。主要用于分離小分子量的永久氣體及烴類。 1. 常用固體吸附劑,9,高分子多孔微球可分為兩類： 非極性：苯乙烯+二乙烯苯共聚：GDX-1和2型（國(guó)產(chǎn)）；Chromosorb系列（ 國(guó)外） 極性：苯乙烯+二乙烯苯共聚物中引入極性基團(tuán)：GDX-3和4型（國(guó)產(chǎn)）； Porapak N等（國(guó)外）,10,11.2.2、氣液色譜固定相載體+固定液 氣液色譜固定相由載體(Solid support material)和固定液(Liquid stationary phase) 構(gòu)成：載體為固定液提供大的惰性表面，以承擔(dān)固定液，使其形成薄而勻的液膜。 1. 載體(也稱擔(dān)體) 對(duì)載體的要求：粒度均勻、高強(qiáng)度的球形小顆粒；至少1m2/g的比表面(過(guò)大可 造成峰形拖尾)；高溫下呈惰性(不與待測(cè)物反應(yīng))并可被固定液 完全浸潤(rùn)。 載體類型：分為硅藻土型和非硅藻土型，后者又分為白色和紅色擔(dān)體。,11,載體表面處理：硅藻土含有硅醇基(SiOH)、Al2O3、Fe等，也就是說(shuō)，它具有活性而不完全化學(xué)惰性，需進(jìn)行化學(xué)處理。 其處理過(guò)程如下：,12,2. 固定液及其選擇 對(duì)固定液的要求： a) 熱穩(wěn)定性好、蒸汽壓低流失少； b) 化學(xué)穩(wěn)定性好不與其它物質(zhì)反應(yīng)； c) 對(duì)試樣各組分有合適的溶解能力（分配系數(shù)K適當(dāng)）； d) 對(duì)各組分具有良好的選擇性。 固定液與組分的作用力： a) 色散力非極性分子之間（瞬時(shí)偶極之間靜電吸引）； b) 誘導(dǎo)力極性與非極性分子之間（偶極與瞬時(shí)偶極之間靜電吸引）； c) 取向力極性與極性分子之間（偶極與偶極之間靜電吸引） d) 氫鍵力強(qiáng)度介于化學(xué)鍵力和范德華力之間的靜電吸引，亦屬取向力。 前三種統(tǒng)屬范德華力，后者屬特殊范德華力。,13,3. 固定液的選擇 固定液的特性是指其極性和選擇性。 極性的表示方法 (i) 相對(duì)極性P：規(guī)定非極性固定液角鯊?fù)榈臉O性為0，強(qiáng)極性固定液,-氧二丙腈的極性為100，以物質(zhì)對(duì)正丁烷-丁二烯或環(huán)已烷-苯在角鯊?fù)椤?-氧二丙腈及待測(cè)固定液上分離得到相對(duì)保留值，并取對(duì)數(shù)： 從下列公式求得待測(cè)固定液的相對(duì)極性Px： 其中q1, q2, qx分別表示物質(zhì)對(duì)在角鯊?fù)椤?-氧二丙腈和待測(cè)固定液的相對(duì)保留值。Px在0100之間，每20單位為一級(jí)，即將極性分為5級(jí)：0, +1(非極性)；+1, +2(弱極性)；+3(中等極性；+4, +5(強(qiáng)極性) (ii) 固定液特性常數(shù)I：包括羅氏常數(shù)麥?zhǔn)铣?shù)。此處介紹略,14,固定液分類及選擇：,固定液選擇：按“相似相溶”原理選擇固定液。 非極性組分非極性固定液沸點(diǎn)低的物質(zhì)先流出； 極性物質(zhì)極性固定液極性小的物質(zhì)先流出； 各類極性混合物極性固定液極性小的物質(zhì)先流出； 氫鍵型物質(zhì)氫鍵型固定液不易形成氫鍵的物質(zhì)先流出； 復(fù)雜混合物兩種或以上混合固定液,15,1基線：在實(shí)驗(yàn)條件下，色譜柱后僅有純流動(dòng)相進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)的流出曲線稱為基線，S/N大的、穩(wěn)定的基線為水平直線。 2峰高：色譜峰頂點(diǎn)與基線的距離。,3保留值(Retention value, R) a. 死時(shí)間(Dead time, t0) ：不與固定相作用的物質(zhì)從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值時(shí)的時(shí)間，它與色譜柱的空隙體積成正比。由于該物質(zhì)不與固定相作用，因此，其流速與流動(dòng)相的流速相近。據(jù) t0 可求出流動(dòng)相平均流速,第三節(jié) 氣相色譜分析理論基礎(chǔ) 11.3.1色譜流出曲線和有關(guān)術(shù)語(yǔ),16,b. 保留時(shí)間tr：試樣從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰極大值時(shí)的時(shí)間。它包括組份隨流動(dòng)相通過(guò)柱子的時(shí)間t0和組份在固定相中滯留的時(shí)間。 c. 調(diào)整保留時(shí)間 ：某組份的保留時(shí)間扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間，它是組份在固定相中的滯留時(shí)間。即 由于時(shí)間為色譜定性依據(jù)。但同一組份的保留時(shí)間與流速有關(guān)，因此有時(shí)需用保留體積來(lái)表示保留值。 d. 死體積V0：色譜柱管內(nèi)固定相顆粒間空隙、色譜儀管路和連接頭間空隙和檢測(cè)器間隙的總和。勿略后兩項(xiàng)可得到： 其中，F(xiàn)co為柱出口的載氣流速（mL/min)，其值為： F0-檢測(cè)器出口流速；Tr-室溫；Tc-柱溫；p0-大氣壓；pw-室溫時(shí)水蒸汽壓。,17,e. 保留體積Vr：指從進(jìn)樣到待測(cè)物在柱后出現(xiàn)濃度極大點(diǎn)時(shí)所通過(guò)的流動(dòng)相的體積。 f. 調(diào)整保留體積 ：某組份的保留體積扣除死體積后的體積。 g. 相對(duì)保留值r2,1：組份2的調(diào)整保留值與組份1的調(diào)整保留值之比。 注意： r2,1只與柱溫和固定相性質(zhì)有關(guān)，而與柱內(nèi)徑、柱長(zhǎng)L、填充情況及流動(dòng)相流速無(wú)關(guān)，因此，在色譜分析中，尤其是GC中廣泛用于定性的依據(jù)！ 具體做法：固定一個(gè)色譜峰為標(biāo)準(zhǔn)s，然后再求其它峰 i 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)峰的相對(duì)保留值，此時(shí)以 表示： 1, 又稱選擇因子(Selectivity factor)。,18,從色譜流出曲線中，可得許多重要信息： (i) 根據(jù)色譜峰的個(gè)數(shù)，可以判斷樣品中所含組分的最少個(gè)數(shù)； (ii) 根據(jù)色譜峰的保留值，可以進(jìn)行定性分析； (iii) 根據(jù)色譜峰的面積或峰高，可以進(jìn)行定量分析； (iv) 色譜峰的保留值及其區(qū)域?qū)挾?，是評(píng)價(jià)色譜柱分離效能的依據(jù)； (v) 色譜峰兩峰間的距離，是評(píng)價(jià)固定相（或流動(dòng)相）選擇是否合適的依據(jù)。,19,11.3.2 色譜柱性能,20,一。. 塔板理論（Plate theory) 1952年，Martin等人提出的塔板理論將一根色譜柱當(dāng)作一個(gè)由許多塔板組成的精餾塔，用塔板概念來(lái)描述組分在柱中的分配行為。塔板是從精餾中借用的，是一種半經(jīng)驗(yàn)理論，但它成功地解釋了色譜流出曲線呈正態(tài)分布。 塔板理論假定： 1）塔板之間不連續(xù)； 2）塔板之間無(wú)分子擴(kuò)散； 3）組分在各塔板內(nèi)兩相間的分配瞬間達(dá)至平衡，達(dá)一次平衡所需柱長(zhǎng)為理論 塔板高度H； 4）某組分在所有塔板上的分配系數(shù)相同； 5）流動(dòng)相以不連續(xù)方式加入，即以一個(gè)一個(gè)的塔板體積加入。 當(dāng)塔板數(shù)n較少時(shí)，組分在柱內(nèi)達(dá)分配平衡的次數(shù)較少，流出曲線呈峰形，但不對(duì)稱；當(dāng)塔板數(shù)n50時(shí)，峰形接近正態(tài)分布。,21,根據(jù)呈正態(tài)分布的色譜流出曲線可以導(dǎo)出計(jì)算塔板數(shù)n的公式，用以評(píng)價(jià)一根柱子的柱效。由于色譜柱并無(wú)真正的塔板，故塔板數(shù)又稱理論塔板數(shù)： 可見(jiàn)理論塔板數(shù)由組分保留值和峰寬決定。 若柱長(zhǎng)為L(zhǎng)，則每塊理論塔板高度H為 由上述兩式知道，理論塔板數(shù)n越多、理論塔板高度H越小、色譜峰越窄，則柱效越高。 但上述兩式包含死時(shí)間t0，它與組分在柱內(nèi)的分配無(wú)關(guān)，因此不能真正反映色譜柱的柱效。通常以有效塔板數(shù)neff 和有效塔板高度Heff 表示：,22,有關(guān)塔板理論的說(shuō)明： 1）說(shuō)明柱效時(shí)，必須注明該柱效是針對(duì)何種物質(zhì)、固定液種類及其含量、流動(dòng)相種類及流速、操作條件等； 2）應(yīng)定期對(duì)柱效進(jìn)行評(píng)價(jià)，以防柱效下降、延長(zhǎng)柱壽命。 3）塔板理論描述了組分在柱內(nèi)的分配平衡和分離過(guò)程、導(dǎo)出流出曲線的數(shù)學(xué)模型、解釋了流出曲線形狀和位置、提出了計(jì)算和評(píng)價(jià)柱效的參數(shù)。 但該理論是在理想情況下導(dǎo)出的，未考慮分子擴(kuò)散因素、其它動(dòng)力學(xué)因素對(duì)柱內(nèi)傳質(zhì)的影響。因此它不能解釋： 峰形為什么會(huì)擴(kuò)張？ 影響柱效的動(dòng)力學(xué)因素是什么？,23,2. 速率理論（Rate theory） 1956年，荷蘭化學(xué)工程師van Deemter提出了色譜過(guò)程動(dòng)力學(xué)速率理論：吸收了塔板理論中的板高H概念，考慮了組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過(guò)程，從而給出了van Deemter方程： u 為流動(dòng)相線速度； A，B，C為常數(shù)，其中 A分別表示渦流擴(kuò)散系數(shù)； B分子擴(kuò)散系數(shù)； C傳質(zhì)阻力系數(shù)（包括液相和固相傳質(zhì)阻力系數(shù)）。 該式從動(dòng)力學(xué)角度很好地解釋了影響板高（柱效）的各種因素！任何減少方程右邊三項(xiàng)數(shù)值的方法，都可降低H，從而提高柱效。,24,1）渦流擴(kuò)散項(xiàng)(Multipath term, A) 在填充柱中，由于受到固定相顆粒的阻礙，組份在遷移過(guò)程中隨流動(dòng)相不斷改變方向，形成紊亂的“渦流”：從圖中可見(jiàn)，因填充物顆粒大小及填充的不均勻性同一組分運(yùn)行路線長(zhǎng)短不同流出時(shí)間不同峰形展寬。 展寬程度以A表示： A=2dp 其中dp填充物平均直徑；填充不規(guī)則因子。,可見(jiàn)，使用細(xì)粒的固定相并填充均勻可減小A，提高柱效。對(duì)于空心毛細(xì)管柱，無(wú)渦流擴(kuò)散，即A=0。,流動(dòng)方向,25,2）分子擴(kuò)散項(xiàng)(Longitudinal diffusion term, B/u) 縱向分子擴(kuò)散是由于濃度梯度引起的。當(dāng)樣品被注入色譜柱時(shí)，它呈“塞子”狀分布。隨著流動(dòng)相的推進(jìn)， “塞子”因濃度梯度而向前后自發(fā)地?cái)U(kuò)散，使譜峰展寬。其大小為 B=2D 稱為彎曲因子，它表示固定相幾何形狀對(duì)自由分子擴(kuò)散的阻礙情況； D組分在流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)。組份為氣體或液體時(shí)，分別以Dg或Dm表示； 討論： 分子量大的組分，Dg小，即B小 Dg 隨柱溫升高而增加，隨柱壓降低而減?。?流動(dòng)相分子量大，Dg 小，即 B ??； u 增加，組份停留時(shí)間短，縱向擴(kuò)散??；（B/u） 對(duì)于液相色譜，因Dm 較小，B 項(xiàng)可勿略。,球狀顆粒； 大分子量流動(dòng)相； 適當(dāng)增加流速； 短柱； 低溫。,26,3）傳質(zhì)阻力項(xiàng)(Mass-transfer term, Cu) 因傳質(zhì)阻力的存在，使分配不能“瞬間”達(dá)至平衡，因此產(chǎn)生峰形展寬。氣相色譜以氣體為流動(dòng)相，液相色譜以液體為流動(dòng)相，二者傳質(zhì)過(guò)程不完全相同。下面分別作討論。 a）氣液色譜：傳質(zhì)阻力項(xiàng)C包括氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cs和液相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cl。,討論： 減小填充顆粒直徑dp； 采用分子量小的流動(dòng)相，使Dg增加； 減小液膜厚度df，Cl下降。但此時(shí)k又減小。 因此，當(dāng)保持固定液含量不變時(shí)，可通過(guò) 增加固定液載體的比表面來(lái)降低df。但比 表面過(guò)大又會(huì)因吸附過(guò)強(qiáng)使峰拖尾。 增加柱溫，可增加Dl，但k值也減小，為保 持合適Cl值，應(yīng)控制柱溫。,27,b）液液色譜：傳質(zhì)阻力項(xiàng)C包括流動(dòng)相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cm和固定相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cs。 討論： 流動(dòng)相傳質(zhì)阻力包括兩方面：流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力Cm、滯留的流動(dòng)相傳 質(zhì)阻Cs力。分別與填充物大小 dp、擴(kuò)散系數(shù)(Dm)、微孔大小及其數(shù)量等有 關(guān)。 因此，降低流動(dòng)相傳質(zhì)阻力的方法有：細(xì)顆粒固定相、增加組分在 固定相和流動(dòng)相中的擴(kuò)散系數(shù)D、適當(dāng)降低線速度、短柱。 固定相傳質(zhì)阻力與液膜厚度df、保留因子 k 和擴(kuò)散系數(shù)Ds等有關(guān)。 因此，降低固定相傳質(zhì)阻力的方法有：與氣液色譜中的表述相同。,sm,28,三、分離度(Resolution, R) 同時(shí)反映色譜柱效能和選擇性的一個(gè)綜合指標(biāo)。也稱總分離效能指標(biāo)或分辨率。其定義為： 利用此式，可直接從色譜流出曲線上求出分離度R。 R 越大，相鄰組分分離越好。當(dāng)R=1.5時(shí)，分離程度可達(dá)99.7%，因此R=1.5通常用作是否分開(kāi)的判據(jù)。,29,第四節(jié) 色譜分離操作條件的選擇,各項(xiàng)因素對(duì)板高H的影響,圖中曲線的最低點(diǎn)，塔板高度最小，柱效最高，所以該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流速即為最佳流速。,H,凈影響,Cu,B /u,A,當(dāng)u值較小時(shí)，分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u將成為影響色譜峰擴(kuò)張的主要因素，此時(shí)，宜采用相對(duì)分子質(zhì)量較大的載氣（N2、Ar），以使組分在載氣中有較小的擴(kuò)散系數(shù)。,當(dāng)u較大時(shí)，傳質(zhì)項(xiàng)Cu將是主要控制因素。此時(shí)宜采用相對(duì)分子質(zhì)量較小，具有較大擴(kuò)散系數(shù)的載氣（H2、He），以改善氣相傳質(zhì)。,30,最佳線速和最小板高可以通過(guò)H = A + B / u + C u進(jìn)行微分后求得。 上圖的虛線是速率理論中各因素對(duì)板高的影響。比較各條虛線可知，當(dāng)u值較小是，分子擴(kuò)散項(xiàng)B/u將成為影響色譜峰擴(kuò)張的主要因素，此時(shí)，宜采用相對(duì)分子質(zhì)量較大的載氣（N2、Ar），以使組分在載氣中有較小的擴(kuò)散系數(shù)。另一方面，當(dāng)u較大時(shí)傳質(zhì)項(xiàng)Cu將是主要控制因素。此時(shí)宜采用相對(duì)分子質(zhì)量較小，具有較大擴(kuò)散系數(shù)的載氣（H2、He），以改善氣相傳質(zhì)。當(dāng)然，還須考慮與所用的檢測(cè)器相適應(yīng)。,31,二、柱溫的選擇 柱溫是一個(gè)重要的色譜操作參數(shù)，它直接影響分離效能和分析速度。 柱溫不能高于固定液的最高使用溫度，否則會(huì)造成固定液大量揮發(fā)流失。某些固定液有最低操作溫度。一般地說(shuō)，操作溫度至少必須高于固定液的熔點(diǎn)，以使其有效地發(fā)揮作用。 降低柱溫可使色譜柱的選擇性增大，但升高柱溫可以縮短分析時(shí)間，并且可以改善氣相和液相的傳質(zhì)速率，有利于提高效能。所以，這兩方面的情況均需考慮。,32,在實(shí)際工作中，一般根據(jù)試樣的沸點(diǎn)選擇柱溫、固定液用量及載體的種類。對(duì)于寬沸程混合物，一般采用程序升溫法進(jìn)行。 三、柱長(zhǎng)和內(nèi)徑的選擇 由于分離度正比于柱長(zhǎng)的平方根，所以增加柱長(zhǎng)對(duì)分離是有利的。但增加柱長(zhǎng)會(huì)使各組分的保留時(shí)間增加，延長(zhǎng)分析時(shí)間。因此，在滿足一定分離度的條件下，應(yīng)盡可能使用較短的柱子。 增加色譜柱的內(nèi)徑，可以增加分離的樣品量，但由于縱向擴(kuò)散路徑的增加，會(huì)使柱效降低。,33,毛細(xì)管柱的發(fā)明使得氣相色譜分析發(fā)生了革命性的變化！ 50 年代初，主要進(jìn)行填充柱的理論和應(yīng)用研究，并開(kāi)始進(jìn)行非填充柱(內(nèi)徑為十分之幾毫米)的理論可行性研究。 1956 年Golay正式提出了非填充柱（空心柱）的理論并制作出效率極高毛細(xì)管柱；次年發(fā)表了該研究論文。 50 年代后期，一些研究人員都制成了各類毛細(xì)管柱，經(jīng)測(cè)定，一些毛細(xì)管的理論塔板數(shù)可達(dá)到300,000！ 然而，自毛細(xì)管柱發(fā)明以來(lái)，20多年都沒(méi)有廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)椋?）柱容量??；2）柱強(qiáng)度?。?）樣品引入及管與檢測(cè)器的連結(jié)問(wèn)題；3）固定液涂漬的重現(xiàn)性不好；4）壽命短；5）柱易堵塞；6）專利1977年才過(guò)期。 70 年代后期，以上問(wèn)題大多得到解決，毛細(xì)管柱的應(yīng)用越來(lái)越多。 1987 年，荷蘭Chrompack Inter. Coporation制成了世界最長(zhǎng)、理論塔板數(shù)最多的熔融石英毛細(xì)管柱(2100m長(zhǎng)，內(nèi)徑0.32mm，內(nèi)壁固定液厚度0.1m，理論塔板數(shù)超過(guò)3,000,000)并被載入吉力斯世界記錄。,第五節(jié) 毛細(xì)管氣相色譜法,34,二、毛細(xì)管柱 1. 分類 填充型：先在玻璃管內(nèi)填充疏松載體，再拉制成毛細(xì)管，最后再涂漬固定液。 開(kāi)管型：按固定液涂漬方法不同，可分為 (i) 涂壁開(kāi)管柱(Wall-coated open tubular, WCOT) 管內(nèi)壁經(jīng)處理后，直接涂漬固定液； 管內(nèi)壁經(jīng)處理后，將固定液引入到管壁，再經(jīng)高溫處理，使其交聯(lián)(Cross- lined)至管壁高效、耐高溫、抗溶劑沖刷。 管內(nèi)壁經(jīng)處理后，將固定液以化學(xué)鍵合(Bonded)的方式引入到管壁或預(yù)先涂 漬的硅膠上高熱穩(wěn)定性。 (ii) 載體涂漬開(kāi)管柱(SCOT)： 管內(nèi)壁經(jīng)處理后，先涂載體，再涂固定液液膜厚，因而柱容量大。 (iii) 多孔層開(kāi)管柱(Porous layer coated open tubular, PLOT) 管內(nèi)壁涂漬一層多孔吸附劑顆粒，不涂固定液，實(shí)際上是毛細(xì)管氣固色譜柱。 以上開(kāi)管柱玻璃材料已被外涂聚酰亞胺保護(hù)層的熔融石英管(含金屬氧化合物 少、管壁更薄，因而不與待測(cè)物作用、柔韌性好、強(qiáng)度高、更易彎曲）所取代。 此外，現(xiàn)在也發(fā)展了一種大口徑開(kāi)管柱(Megabore colum, 0.53mm i.d.)，可容許更大樣品量（類似于填充柱），盡管柱效低些，但大大高于填充柱。,35,36,2. 毛細(xì)管柱特點(diǎn) (i) 滲透性好：可使用較長(zhǎng)的色譜柱； (ii) 相比率大：分配快，有利于提高柱效；加上保留因子k小，滲透性 好，因而分析速度快； (iii) 柱容量小：因而進(jìn)樣量小。需采用分流技術(shù)并使用更高靈敏度的檢 測(cè)器； (iv) 總柱效高：盡管毛細(xì)管柱效比填充柱大，但仍處于同一數(shù)量級(jí)。但 毛細(xì)管柱長(zhǎng)很大，因而總柱效高。,37,38,39,第六節(jié) 氣相色譜檢測(cè)器,40,工作過(guò)程： 1）在只有載氣通過(guò)時(shí)，四個(gè)臂的溫度都保持不變，電阻值也不變。此時(shí)，調(diào)節(jié)電路電阻使電橋平衡，AB兩端無(wú)電壓信號(hào)輸出； 2）當(dāng)有樣品隨載氣進(jìn)入兩個(gè)樣品臂時(shí)，此時(shí)熱導(dǎo)系數(shù)發(fā)生變化，或者說(shuō)，測(cè)量臂的溫度發(fā)生變化，其電阻亦發(fā)生變化，電橋失去平衡，AB兩端有電壓信號(hào)輸出。當(dāng)載氣和樣品的混合氣體與純載氣的熱導(dǎo)系數(shù)相差越大，則輸出信號(hào)越強(qiáng)。 特點(diǎn)： 對(duì)任何氣體均可產(chǎn)生響應(yīng)，因而通用性好，而且線性范圍寬、價(jià)格便宜、應(yīng)用范圍廣。但靈敏度較低。 * 1979 年，出現(xiàn)了一種高靈敏度、基線漂移小、平衡時(shí)間短的“調(diào)制式單絲熱導(dǎo)檢測(cè)器：將參比氣（載氣）和樣品、載氣混合氣交替(10Hz)導(dǎo)入微型陶瓷熱導(dǎo)池(5L)中，從而產(chǎn)生10Hz的交變信號(hào)，該信號(hào)正比于熱導(dǎo)系數(shù)的差。因?yàn)榉糯笃髦粰z測(cè)頻率為10Hz的信號(hào)，因此可克服熱噪聲的干擾。,41,影響TCD靈敏度的因素： 1）橋電流 i：i 增加熱敏元件溫度增加元件與池體間溫差增加氣體熱傳導(dǎo)增加靈敏度增加。但 i 過(guò)大，熱敏元件壽命下降。電流通常選擇在100200 mA之間(N2作載氣，100150 mA；H2作載氣，150200 mA)。 2）池體溫度：池體溫度低，與熱敏元件間溫差大，靈敏度提高。但溫度過(guò)低，可使試樣凝結(jié)于檢測(cè)器中。通常池體溫度應(yīng)高于柱溫。 3）載氣種類：載氣與試樣的熱導(dǎo)系數(shù)相差越大，則靈敏度越高。通常選擇熱導(dǎo)系數(shù)大的H2和Ar作載氣。用N2作載氣，熱導(dǎo)系數(shù)較大的試樣(如甲烷)可出現(xiàn)倒峰。 4）熱敏元件阻值：阻值高、電阻溫度系數(shù)大（隨溫度改變，阻值改變大，或者說(shuō)熱敏性好）的熱敏元件，其靈敏度高。 綜述：較大的橋電流、較低的池體溫度、低分子量的載氣以及具有大的電阻溫度系數(shù)的熱敏元件可獲得較高的靈敏度。,42,2. 火焰離子化檢測(cè)器（FID） 又稱氫焰離子化檢測(cè)器。主要用于可在H2-Air火焰中燃燒的有機(jī)化合物(如烴類物質(zhì))的檢測(cè)。 原理：含碳有機(jī)物在H2-Air火焰中燃燒產(chǎn)生碎片離子，在電場(chǎng)作用下形成離子流，根據(jù)離子流產(chǎn)生的電信號(hào)強(qiáng)度，檢測(cè)被色譜柱分離的給分。 結(jié)構(gòu)：主體為離子室，內(nèi)有石英噴嘴、發(fā)射極(極化極，此圖中為火焰頂端)和收集極。 工作過(guò)程：來(lái)自色譜柱的有機(jī)物與H2-Air混合并燃燒，產(chǎn)生電子和離子碎片，這些帶電粒子在火焰和收集極間的電場(chǎng)作用下（幾百伏）形成電流，經(jīng)放大后測(cè)量電流信號(hào)（10-12 A）。,43,44,FID特點(diǎn)： 1）靈敏度高(10-13g/s)； 2）線性范圍寬(107數(shù)量級(jí))； 3）噪聲低； 4）耐用且易于使用； 5）為質(zhì)量型檢測(cè)器，色譜峰高取決于單位時(shí)間內(nèi)引入檢測(cè)器中組分的質(zhì)量。 在樣品量一定時(shí)，峰高與載氣流速成正比。因此在用峰高定量時(shí)，應(yīng)控 制流速恒定！ 6）對(duì)無(wú)機(jī)物、永久性氣體和水基本無(wú)響應(yīng)（不足？），因此FID特別適于 水中和大氣中痕量有機(jī)物分析或受水、N和S的氧化物污染的有機(jī)物分析。 7）對(duì)含羰基、羥基、鹵代基和胺基的有機(jī)物靈敏度很低或根本無(wú)響應(yīng)。 8）樣品受到破壞。,45,46,ECD 特點(diǎn)： 1）響應(yīng)電流i與濃度c是非線性的，即， 該式類似于比爾定律。其中，i0為基流，K 為電子吸收系數(shù)(不同物質(zhì)K值不同)。 2）對(duì)如鹵素基、過(guò)氧基、醌基、硝基等含電負(fù)性的功能團(tuán)的分子具有極 高的選擇性和靈敏度；但對(duì)含酰胺基和羥基的化合物以及烴類物質(zhì)不 靈敏。 3）與FID相比，ECD對(duì)樣的破壞不大； 4）線性范圍為兩個(gè)數(shù)量級(jí)，相對(duì)FID來(lái)說(shuō)，這不算大; 5）要求載氣純度要高(99.99%)，否則雜質(zhì)會(huì)降低基流；（通常將載氣通 入480oC的紫銅屑除O2）。,47,4. 火焰光度檢測(cè)器（FPD） FPD對(duì)含S、P化合物具有高選擇性和高靈敏度的檢測(cè)器。因此，也稱硫磷檢測(cè)器。主要用于SO2、H2S、石油精餾物的含硫量、有機(jī)硫、有機(jī)磷的農(nóng)藥殘留物分析等。 FPD結(jié)構(gòu)： 噴嘴+濾光片+光電管。 原理： 待測(cè)物在低溫H2-Air焰中燃燒產(chǎn)生S、P化合物的分解產(chǎn)物并發(fā)射特征分子光譜。測(cè)量光譜的強(qiáng)度則可進(jìn)行定量分析。,48,FPD 特點(diǎn)： 1）對(duì)含S、P化合物有較高靈敏度和一定的選擇性； 2）對(duì)鹵素氣X2、N2、Sn、Cr、Se和Ge等也有響應(yīng)； 3）相對(duì)其它檢測(cè)器如ECD和FID，F(xiàn)PD價(jià)格較貴。 4）對(duì)測(cè)S的靈敏度比硫熒光檢測(cè)器*(SCD) 低； *硫熒光檢測(cè)器（SCD）：FPD檢測(cè)器中含硫化合物燃燒產(chǎn)物可與O3反應(yīng)并產(chǎn)生與S含量成正比的熒 光，通過(guò)測(cè)定熒光強(qiáng)度來(lái)分析含S化合物。SCD的靈敏度極高。,含S、P化合物在氫焰中的變化過(guò)程如下：,49,第七節(jié) 氣相色譜定性鑒定方法,由于各種物質(zhì)在一定的色譜條件下均有確定的保留值，因此保留值可作為一種定性指標(biāo)。目前各種色譜定性方法都是基于保留值的。但是不同物質(zhì)在同一色譜條件下，可能具有相似或相同的保留值，即保留值并非專屬的。因此僅根據(jù)保留值對(duì)一個(gè)完全未知的樣品定性是困難的。 （一）利用純物質(zhì)對(duì)照定性 在一定的色譜條件下，一個(gè)未知物只有一個(gè)確定的保留時(shí)間。因此將已知純物質(zhì)在相同的色譜條件下的保留時(shí)間與未知物的保留時(shí)間進(jìn)行比較，就可以定性鑒定未知物。若二者相同，則未知物可能是已知的純物質(zhì)；不同，則未知物就不是該純物質(zhì)。 純物質(zhì)對(duì)照法定性只適用于組分性質(zhì)已有所了解，組成比較簡(jiǎn)單，且有純物質(zhì)的未知物,50,（二）相對(duì)保留值法 相對(duì)保留值is 是指組分i與基準(zhǔn)物質(zhì)s調(diào)整保留值的比值 is = tri / trS= Vri / Vrs 它僅隨固定液及柱溫變化而變化，與其它操作條件無(wú)關(guān)。 相對(duì)保留值測(cè)定方法：在某一固定相及柱溫下，分別測(cè)出組分i和基準(zhǔn)物質(zhì)s的調(diào)整保留值，再按上式計(jì)算即可。,51,第七節(jié) 氣相色譜定性鑒定方法,用已求出的相對(duì)保留值與文獻(xiàn)相應(yīng)值比較即可定性。 通常選容易