色譜柱基礎(chǔ)知識(shí)的總結(jié)

1、色譜柱基礎(chǔ)知識(shí)簡介1、 色譜柱工作原理當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，其與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強(qiáng)弱不同，隨著流動(dòng)相的移動(dòng)，混合物在兩相間經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡，使得各組分被固定保留的時(shí)間不同，從而按一定次序由固定相中流出。 2、 色譜柱的分類2.1 色譜柱主要分為填充柱和毛細(xì)管柱注：此外，還有一些綜合了填充柱和毛細(xì)管柱特點(diǎn)的特殊色譜柱，例如Alltech公司采用專利技術(shù)生產(chǎn)的集束管毛細(xì)管柱。2.2 填充柱與毛細(xì)管柱的比較表1 填充柱與毛細(xì)管柱的比較色譜柱內(nèi)徑/mm長度/m柱材料柱容量載氣流速填充柱2-50.5-3玻璃或

2、金屬材質(zhì)mg20-30mL/min毛細(xì)管柱0.10-0.8010-100熔融石英或不銹鋼、聚酰亞胺涂層ng1-10mL/min注：毛細(xì)管柱外層為聚酰亞胺，可修補(bǔ)柱子缺陷（即增強(qiáng)柔韌性）并且增加強(qiáng)度。3、 填充柱3.1填充柱的構(gòu)成3.1.1 填充柱的柱管填充柱可以使用任何類型的柱管，只要它對樣品是清潔,、惰性的, 以及能夠承受GC的柱箱溫度，像：不銹鋼管、玻璃管、銅管、聚四氟乙烯管、聚合物管等。3.1.2固體載體(顆粒)和固定相近距離觀察一個(gè)填充顆粒,會(huì)發(fā)現(xiàn)它是由一個(gè)固體載體(顆粒)和在它上面均勻涂漬的涂敷物(叫做固定相)所組成。固體載體即液態(tài)固定相附著的載體，其細(xì)小、均勻、多孔，增加與樣品接觸

3、的表面積。常用的固體載體為硅土。固體載體也有不同大小的顆粒度，顆粒度是指“目數(shù)大小”。一般是根據(jù)柱徑來選擇固體載體的粒度，保持載體的直徑為柱內(nèi)徑的1/20為宜。常用60-80目及80-100目。表2 直徑大小與目號(hào)的關(guān)系顆粒大?。浚┢骄闹睆椒秶?0/80目177至260m80/100目149至177m100/120目125至149m120/1400目105至125m四、毛細(xì)管柱4.1 毛細(xì)管柱的構(gòu)成 毛細(xì)管色譜柱由兩個(gè)主要部分組成：管身和固定相。4.1.1 管身 毛細(xì)管柱的管身一般使用熔融二氧化硅或不銹鋼作為基本材質(zhì)。 熔融二氧化硅即高純度合成石英（以下通稱熔融石英)，通常在其表面涂上一層

4、聚酰亞胺做為保護(hù)層。當(dāng)實(shí)驗(yàn)要求更高的使用溫度時(shí)，我們可以來用不銹鋼毛細(xì)柱來代替熔融石英毛細(xì)柱。不銹鋼毛細(xì)柱在使用溫度(耐高溫）及日常維護(hù)（不易折斷等)的性能和指標(biāo)上都優(yōu)于熔融石英毛細(xì)柱。但是不銹鋼材質(zhì)的惰性沒有熔融石英好，它可以和許多的化合物相互作用，產(chǎn)生反應(yīng)。所以通常我們也會(huì)用化學(xué)方法對其進(jìn)行處理，或者是在它的內(nèi)壁再涂上薄薄的一層熔融石英，以增加不銹鋼管的隋性：經(jīng)過適當(dāng)處理后，不銹鋼毛細(xì)柱的惰性與熔融石英毛細(xì)柱的不相上下。4.1.2 固定相固定相種類很多。大部分的固定相是液體或膠狀的高分子量，具有高熱穩(wěn)定性的聚合物，最常用的是聚硅氧烷（有時(shí)誤稱為硅氧烷）和聚乙二醇，另外還有一類是小的多孔粒子

5、組成的聚合物或沸石(例如氧化鋁、分子篩等)。聚硅氧烷在其用途的多用性、性質(zhì)的穩(wěn)定性上都有優(yōu)良的表現(xiàn)也是目前最為常用的固定相。標(biāo)準(zhǔn)的聚硅氧烷是由許多單個(gè)的硅氧烷重復(fù)聯(lián)接構(gòu)成：每個(gè)硅原子與兩個(gè)功能團(tuán)相連，功能團(tuán)的類型和數(shù)量決定了固定相總體類型和性質(zhì)常見的四種功能基團(tuán)為甲基、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。表3 常用固定液及相應(yīng)色譜柱 固定相極性相應(yīng)色譜柱應(yīng)用使用溫度100二甲基聚硅氧烷 非極性 OV-1,OV-101,SE-30,DB-1,HP-1,BP1 常規(guī)使用，碳?xì)浠衔?，芳香化合物，農(nóng)藥，酚類，除草劑，胺，脂肪酸甲酯0.1-1.0m -60-340/360&

6、gt;1.0m -60-280/3005苯基-95 二甲基聚硅氧烷非極性SE-54,DB-5,HP-5,BP5芳香化合物，農(nóng)藥，殺蟲劑，藥物，碳?xì)浠衔?.1-1.0m-60-340/360>1.0m-60-280/30014氰丙苯基-86二甲基聚硅氧烷中等極性HP-1701,DB-1701,OV-1701,BP-10農(nóng)藥，殺蟲劑，藥物0.25-1.0m-20-280/30050苯基-50 二甲基聚硅氧烷中等極性HP-50,DB-17,OV-17藥物，殺蟲劑，乙二醇40-280/300聚乙二醇極性HP-20M (HP-Wax),DB-Wax,BP20溶劑，醇類，游離酸，芳香化合物 0.2

7、5-1.0m 20-260/300 >1.0m 20-240/2604.2 毛細(xì)管柱又分為三類： a空心毛細(xì)管柱WCOT - - 內(nèi)表面涂有很薄的固定相，（Wall Coated Open Tube)； b填充毛細(xì)管柱SCOT 內(nèi)表面涂有多孔的固體層或吸附劑（Support Coated Open Tube)； c多孔層毛細(xì)管柱PLOT 內(nèi)表面先涂固態(tài)載體，然后再涂上固定相，（Porous Layer Open Tube).注：本實(shí)驗(yàn)室用的是空心毛細(xì)管柱WCOT，SCOT是根據(jù)其吸附性質(zhì)的不同來分離溶質(zhì)，PLOT（多孔層開管）柱用于易揮發(fā)性溶質(zhì)（主要是氣體）的分離，無需低溫技術(shù)或柱溫箱的

8、低溫冷卻。4.3 常用的毛細(xì)管色譜柱Agilent(J&W)（安捷倫科技公司）、 Alltech（奧泰公司）、 Restek（美國瑞斯泰克公司）、 Varia(Chrompak)、Supelco是世界上五大色譜柱制造商。表4 本實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有色譜柱及將要配備的色譜柱備注 安捷倫公司（Agilent Technologies）1999年從惠普（HP）分拆出來的，故其色譜柱牌號(hào)為HP；安捷倫公司2000年收購J&W科學(xué)公司并納入了其牌號(hào)為DB的色譜柱?！癿s”來表征一類固定相，其在硅氧烷聚合物中鏈接一定數(shù)量的苯基或苯基類的集團(tuán)，使聚合物的鏈接變得更加堅(jiān)固穩(wěn)定，保證了在較高溫度時(shí)，固定相

9、不會(huì)產(chǎn)生降解。也就是說，進(jìn)一步降低了色譜柱的柱流失，提高了色譜柱的使用溫度。與原始的非亞芳基類型的固定相相比，亞芳基固定相不僅擁有相同的分離指數(shù)，而且在色譜柱的維護(hù)等方面也有許多的調(diào)整（例如HP-5和HP-5ms）。五、毛細(xì)管色譜柱的選擇選擇毛細(xì)管柱，有四個(gè)要考慮的主要參數(shù)：固定相、內(nèi)徑、長度和液膜厚度。5.1 固定相的選擇選擇毛細(xì)管柱時(shí)，最重要的是選擇最佳固定相。最可靠的方法是參考色譜柱制造商和供應(yīng)商、GC 制造商以及出版的文獻(xiàn)中所提供應(yīng)用實(shí)例的匯編。盡管可能無法參考確切的實(shí)例，但是通?？梢缘玫阶銐蛐畔砗喕瘺Q策或減少潛在色譜柱數(shù)量。 固定相選擇性和極性的概念在選擇固定相時(shí)非常有用。選擇性決

10、定于溶質(zhì)和固定相分子的物理化學(xué)相互作用力，可以認(rèn)為是固定相在區(qū)分兩種溶質(zhì)分子在其化學(xué)或物理性質(zhì)方面的差異能力。如果固定相和溶質(zhì)間的相互作用力不同，則可分離。固定液與組分分子間的作用力主要包括：靜電力、誘導(dǎo)力、色散力和氫鍵力。氣相色譜試樣中各組分通過色譜柱的保留時(shí)間與組分和固定液分子間作用力的大小有關(guān)，作用力小的組分先流出色譜柱，反之作用力大的組分后流出。 極性決定于固定相的結(jié)構(gòu)，是由取代基團(tuán)的極性及其相對量確定。極性并不直接與選擇性相關(guān)，但是會(huì)影響化合物保留以及分離。極性確實(shí)對分離有影響，但僅是影響峰分離的眾多固定相性質(zhì)之一。選擇固定液時(shí)，一般是根據(jù)“相似相容”的選擇來選擇。即固定相與被分離組

11、分的性質(zhì)（如極性、官能團(tuán)、化學(xué)鍵等）越相似之間的作用力就越強(qiáng)，則固定相對其的流動(dòng)阻力就越大，其保留時(shí)間也越長。色譜柱就是通過這個(gè)原理將不同性質(zhì)的混合物相互分開的5.2 內(nèi)徑 毛細(xì)管柱的內(nèi)徑可從0.10 - 0.80 mm。色譜柱內(nèi)徑的大小將影響柱效、保留值、壓力、載氣流速和柱容量。色譜柱內(nèi)徑的選擇概述：a. 如果需要較高的柱效，請使用0.18-0.25 mm內(nèi)徑的色譜柱。0.18 mm 內(nèi)徑的色譜柱十分 適用于泵容量較低的GC/MS系統(tǒng)。直徑較小的色譜柱容量最小，并需要最高的柱頭壓。b. 如果需要較大的樣品容量，請使用0.32 mm內(nèi)徑的色譜柱。與0.25 mm 內(nèi)徑的色譜柱相 比，此色譜柱通

12、常對不分流進(jìn)樣或大體積(>2 l)進(jìn)樣時(shí)較早流出的溶質(zhì)有更佳的分離度。c. 只有在儀器配備大口徑直接進(jìn)樣器，且要求柱效較高時(shí)，才使用0.45 mm內(nèi)徑的色譜柱。 特別適用于高載氣流速的情況，例如吹掃捕集、頂空進(jìn)樣器和閥進(jìn)樣應(yīng)用。d. 只有配備大口徑直接進(jìn)樣器時(shí)，才使用0.53 mm 內(nèi)徑的色譜柱。特別適用于高載氣流速 的條件，例如吹掃捕集、頂空進(jìn)樣器。0.53 mm 內(nèi)徑的色譜柱在恒定的膜厚情況下具有 最高的樣品容量。5.3 長度 毛細(xì)管柱長度可從10-100m(可根據(jù)需要進(jìn)行裁剪也可大于100 m），普通的一般為30 m。柱長將會(huì)影響柱效率、保留（分析時(shí)間）和載氣壓力。色譜柱柱長的選擇

13、概述：a. 如果不知道最佳長度，請先使用25-30 米長的色譜柱，多數(shù)分析在此長度的柱子上完成。b. 10-15 米長的色譜柱十分適用于分離含易分離溶質(zhì)的樣品或含溶質(zhì)較少的樣品。內(nèi)徑較小 的色譜柱通常長度較短，以便降低柱頭壓力。c. 如果通過其它方法（直徑較小的色譜柱、不同的固定相、改變柱溫）不能達(dá)到滿意的分 離度時(shí)，應(yīng)使用50-60 米長的色譜柱。這種色譜柱適用于分離含多種溶質(zhì)的復(fù)雜樣品。 需要注意的是較長色譜柱的分析時(shí)間較長，費(fèi)用較高。5.4 液膜厚度液膜厚度影響柱子的保留特性、分離度和柱容量。色譜柱膜厚的選擇概述：a. 對于0.18-0.32 mm 內(nèi)徑的色譜柱，平均或標(biāo)準(zhǔn)膜厚為0.18

14、-0.25 m，可用于大多數(shù)分析。b. 對于0.45-0.53 mm 內(nèi)徑的色譜柱，其平均或標(biāo)準(zhǔn)膜厚為0.8-1.5 m，可用于大多數(shù)分析。c. 厚膜色譜柱用于保留和分離揮發(fā)性溶質(zhì)（如氣體）。厚液膜色譜柱惰性更強(qiáng)，容量更大。 厚液膜色譜柱具有較高流失性，使用溫度上限也有所降低。d. 薄膜色譜柱用于將高沸點(diǎn)、高分子量溶質(zhì)（如類固醇、甘油三酸酯）的保留時(shí)間降至最 小。薄液膜色譜柱惰性更弱、容量更小、色譜柱流失更少。六、毛細(xì)管柱的正確使用6.1 毛細(xì)管柱的安裝a. 從色譜柱架上色譜柱的兩端松開約0.5 m（1 圈到0.5 m）的柱管，以便安裝入進(jìn)樣器 和檢測器。避免小角度折彎柱管。b. 將色譜柱安裝

15、到柱溫箱中?？梢允褂脪旒?。c. 在色譜柱兩端安裝色譜柱螺母和石墨密封墊圈；將螺母和密封墊圈推到管線下方約 15 cm 的位置。d. 輕劃（切割）色譜柱。使用切割器從距色譜柱的兩端約4-5 cm 處輕劃色譜柱。e. 柱切割斷面要整潔。在盡可能接近劃痕處的位置用拇指和食指拿住色譜柱。輕輕拉動(dòng) 并彎曲色譜柱。色譜柱會(huì)很容易就斷開。如果色譜柱不容易斷開，請勿用力將其斷 開。在其他地方再次輕劃（比先前的一端較遠(yuǎn)）并再次嘗試干凈利落地將其斷開。f. 使用放大鏡檢查切割處。確保切割處與管線成直角，并且試管末端沒有聚酰亞胺或 “玻璃”碎片。g. 在進(jìn)樣口處安裝色譜柱。檢查GC 制造商的儀器手冊以確定正在使用的

16、進(jìn)樣口類型的 正確的插入深度。將色譜柱螺母和密封圈滑到合適的深度然后使用打字機(jī)修正液在色 譜柱上的色譜柱螺母后面標(biāo)記正確的插入深度。使液體晾干。將色譜柱插入進(jìn)樣器。 用手?jǐn)Q緊色譜柱螺母直到其將色譜柱固定，然后再擰緊1/4 至1/2 圈，以便在施加較 輕的壓力時(shí)不會(huì)將色譜柱從接頭處拉出。通過查看打字機(jī)修正液標(biāo)記來驗(yàn)證是否已保 持了正確的色譜柱插入深度。h. 打開載氣源并設(shè)定適當(dāng)?shù)牧魉?。將柱頭壓、分流和隔墊吹掃流速設(shè)定為相應(yīng)的值。 有關(guān)標(biāo)稱柱頭壓，請參見表7。如果使用分流/不分流進(jìn)樣口，請檢查是否已“打開” 吹掃（分流）閥。i. 確認(rèn)載氣流已通過色譜柱。把色譜柱的一端浸入盛有溶劑的瓶中，檢查是否有

17、氣泡冒出。j. 將色譜柱安裝進(jìn)檢測器。查看儀器制造商手冊以確定正確的插入深度。k. 檢查是否存在滲漏。這點(diǎn)十分重要。在進(jìn)行全面的泄漏檢查之前不要將色譜柱加熱。l. 設(shè)定適當(dāng)?shù)倪M(jìn)樣器和檢測器溫度。m.設(shè)定適當(dāng)?shù)奈泊禋夂蜋z測器氣流。點(diǎn)火或“打開”檢測器。n. 在室溫下將色譜柱吹掃最少10 分鐘。維護(hù)進(jìn)樣口或捕集阱之后，應(yīng)再吹掃一段時(shí)間。o. 注入非保留物質(zhì)以檢查進(jìn)樣器的安裝是否正確。例如：丁烷或甲烷(FID)、乙腈的頂 空蒸氣(NPD)、二氯甲烷的頂空蒸氣(ECD)、空氣(TCD)、氬氣（質(zhì)譜儀）。如果出現(xiàn) 對稱非保留峰，則說明安裝正確。如果觀察到拖尾峰，請重新將色譜柱裝入進(jìn)樣口。 6.2 純化載

18、氣毛細(xì)管柱的壽命與使用載氣的純度、水蒸氣含量等有關(guān)。在沒有載氣通過時(shí), 柱的固定液熱分解較迅速, 所以在柱箱升溫前應(yīng)該先通上載氣，柱箱冷卻后才能把載氣關(guān)上。載氣中的水分能透過固定液膜吸在柱管表面上, 會(huì)取代或破壞固定液膜, 所以固定液極性越高, 越需要采用干燥的載氣。而對于那些氧氣能氧化的固定液對載氣除氧亦很重要。多數(shù)情況下, 柱的壽命與它的使用溫度成反比。采用稍低些的溫度上限, 可以顯著提高壽命, 程序升溫到較高溫度所維持的時(shí)間短對柱壽命的影響小。一般實(shí)際使用溫度上限可比固定相使用溫度上限低20 。6.3 色譜柱的使用溫度色譜柱使用時(shí)有溫度上限和下限. a. 色譜柱使用溫度下限 如果色譜柱低

19、于使用溫度下限使用, 色譜柱的性能表現(xiàn)會(huì)不理想, 會(huì)得到饅頭峰與寬峰(例：柱效損失), 但色譜柱并不會(huì)因此而受損；而在高于色譜柱使用溫度下限的情況下使用, 可獲得較好的色譜峰峰形.b. 色譜柱使用溫度上限 色譜柱使用溫度上限的表達(dá)方式例如：325/350。前者較低的溫度是恒溫溫度上限. 色譜柱可無限期的在恒溫溫度上限下使用, 此時(shí)的色譜柱流失和壽命都不會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p傷. 后者較高的溫度是程序升溫溫度上限。色譜柱只在程序升溫溫度上限使用10至15分鐘是不會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷色譜柱壽命或引起色譜柱過度流失, 但如果長時(shí)間使用或高于程序升溫溫度上限，則會(huì)損傷固定相以及熔融硅膠柱管的惰性，導(dǎo)致嚴(yán)重縮短色譜柱壽命或

20、引起色譜柱過度流失. 6.4 色譜柱的老化 色譜柱老化的目的：是徹底柱內(nèi)殘留溶劑和某些揮發(fā)性的物質(zhì)；另一方面是促進(jìn)固定液均勻牢固地分布在擔(dān)體的表面上。a. 使用新毛細(xì)管柱前的老化使用新毛細(xì)管柱前，應(yīng)按照柱子的使用說明進(jìn)行老化。一般是先在50 柱溫下保持1h , 趕走溶劑, 然后以23 / min 的速度程序升溫, 當(dāng)達(dá)到固定液允許的最高使用溫度老化4h 即可。應(yīng)當(dāng)注意的是,一根放置較長時(shí)間的柱子, 在使用之前, 也必須按此程序進(jìn)行老化, 而不可突然將柱溫升至很高,防止柱液膜被破壞。B常用毛細(xì)管柱的老化 毛細(xì)管柱老化溫度不要超過柱子的最高使用溫度，其設(shè)定如下：高于最高分析溫度20 ºC（例如本實(shí)驗(yàn)室分析溫度260ºC，色譜柱老化溫度280ºC）；或設(shè)為色譜柱的最高使用溫度（以低者為準(zhǔn)）；也可以通過下式計(jì)算： Tcond = Tmax/2 - Tapp/2 + Tapp 其中: Tcond = 老化溫度 Tmax = 色譜柱推薦采用的最高溫度 Tapp = 應(yīng)用中使用的最高溫度6.5 色譜柱的保存 將毛細(xì)管色譜柱從GC 上卸下來之后，應(yīng)將其保存在原來