气相色谱固定相及色谱柱技术.ppt

气相色谱固定相及色谱柱技术 气相色谱固定相包括气液色谱固定相和气固色谱固定相 固体吸附剂用于制备PLOT柱和气 液 固毛细管柱 液体固定相由载体 担体 和固定液组成 色谱柱技术 柱材料 柱制备及柱评价 气液色谱固定相 气液色谱固定相载体 担体 和固定液组成气液色谱固定相 载体 担体 对载体的要求具有足够大的表面积和良好的孔穴结构 使固定液与试样的接触面较大 能均匀地分布成一薄膜 但载体表面积不宜太大 否则犹如吸附剂 易造成峰拖尾 表面呈化学惰性 没有吸附性或吸附性很弱 更不能与被测物起反应 热稳定性好 形状规则 粒度均匀 具有一定机械强度 气液色谱固定相 载体类型大致可分为硅藻土和非硅藻土两类 硅藻土载体是目前气相色谱中常用的一种载体 它是由称为硅藻的单细胞海藻骨架组成 主要成分是二氧化硅和少量无机盐 根据制造方法不同 又分为 红色载体和白色载体 气液色谱固定相 红色载体是将硅藻土与粘合剂在900 煅烧后 破碎过筛而得 因铁生成氧化铁呈红色 故称红色载体 其特点是表面孔穴密集 孔径较小 比表面积较大 对强极性化合物吸附性和催化性较强 如醇 胺 酸等极性化合物会因吸附而产生严重拖尾 因此它适宜于分析非极性或弱极性物质 气液色谱固定相 白色载体是将硅藻土与20 的碳酸钠 助熔剂 混合煅烧而成 它呈白色 比表面积较小 吸附性和催化性弱 适宜于分析各种极性化合物 101 102系列 英国的Celite系列 英国和美国的Chromosorb系列 美国的Gas ChromA C L P Q S Z系列等 都属这一类 气液色谱固定相 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 但由于表面非浸润性 其柱效低 载体的表面处理硅藻土载体表面不是完全惰性的 具有活性中心 如含硅醇基 气液色谱固定相 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 硅烷化等 气液色谱固定相 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 适用于分析酸性物质 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 气液色谱固定相 常用硅烷化试剂有 二甲基二氯硅烷 DMCS 六甲基二硅烷胺 HMDS 气液色谱固定相 固定液 对固定液要求首先是选择性好 固定液的选择性可用相对调整保留值 2 1来衡量 对于填充柱一般要求 2 1 1 15 对于毛细管柱 2 1 1 08 另外还要求固定液有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 在操作温度下有较低蒸气压 以免流失太快 气液色谱固定相 固定液的特性固定液的特性主要是指它的极性或选择性 用它可描述和区别固定液的分离特征 目前大都采用相对极性和固定液特征常数表示 i 相对极性 1959年由Rohrschneider提出用相对极性P来表示固定液的分离特征 此法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 然后 选择一对物质 如正丁烷一丁二烯或环乙烷一苯 来进行试验 分别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 气液色谱固定相 上右式中下标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0 100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 非极性亦可用 表示 下表列出了一些常用固定液的相对极性数据 气液色谱固定相 气液色谱固定相 固定液的分类气液色谱可选择的固定液有几百种 它们具有不同的组成 性质 用途 如何将这许多类型不同的固定液做一科学分类 对于使用和选择固定液是十分重要的 现在大都按固定液的极性和化学类型分类 按固定液极性分类就是如前所述 此外 还可根据化学类型分类 这种分类方法是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 这样就便于按组分与固定液结构相似原则选择固定液 气液色谱固定相 固定液的选择对固定液的选择并没有规律性可循 一般可按 相似相溶 原则来选择 在应用时 应按实际情况而定 i 分离非极性物质 一般选用非极性固定液 这时试样中各组分按沸点次序流出 沸点低的先流出 沸点高的后流出 ii 分离极性物质 选用极性固定液 试样中各组分按极性次序分离 极性小的先流出 极性大的后流出 气液色谱固定相 iii 分离非极性和极性混合物 一般选用极性固定液 这时非极性组分先流出 极性组分后流出 vi 分离能形成氢键的试样 一般选用极性或氢键型固定液 试样中各组分按与固定液分子间形成氢键能力大小先后流出 不易形成氢键的先流出 最易形成氢键的最后流出 气液色谱固定相 v 复杂的难分离物质 可选用两种或两种以上混合固定液 对于样品极性情况未知的 一般用最常用的几种固定液做试验 气固色谱固定相 气固色谱固定相 常用的固体吸附剂用于制备PLOT柱和气 液 固毛细管柱 主要有强极性的硅胶 弱极性的氧化铝 非极性的活性炭和特殊作用的分子筛等 使用时 可根据它们对各种气体的吸附能力不同 选择最合适的吸附剂 见下表 气固色谱固定相 气固色谱固定相 人工合成的固定相作为有机固定相的高分子多孔微球是一类人工合成的多孔共聚物 它既是载体又起固定液作用 可在活化后直接用于分离 也可作为载体在其表面涂渍固定液后再用 由于是人工合成的 可控制其孔径大小及表面性质 圆球型颗粒容易填充均匀 数据重现性好 在无液膜存在时 没有 流失 问题 有利于大幅度程序升温 这类高分子多孔微球特别适用于有机物中痕量水的分析 也可用于多元醇 脂肪酸 脂类 胶类的分析 色谱柱技术 色谱柱材料 柱内表面处理 涂柱方法 毛细管柱固定相的固定化 毛细管色谱柱评价 常用的几类色谱柱 色谱柱技术 色谱柱材料 Golay第一根色谱柱 聚乙烯材料 1960年 Desty研制出第一台玻璃毛细管柱拉制机 1979年 Dandeneau报告了石英毛细管柱 玻璃柱 内表面吸附 催化活性来源石英柱 天然石英 人造石英 色谱柱技术 石英遇水易断裂 金属材料 机械强度好 耐高温 重点屏蔽金属表面的活性点 首先 完成屏蔽金属表面 完成柱惰化 改进表面湿润性并成为可键合固定相表面 色谱柱技术 柱内表面处理 为什么进行表面处理呢 表面处理的手段 采用柱内表面粗糙化 水热处理 毛细管内表面钝化 内表面粗糙化 使表面增大 液相与表面的接触角减小 改善固定液润湿性 色谱柱技术 水热处理 将一定浓度的盐酸灌进柱内 加热沥取 毛细管内表面钝化 产生一个稳定的层 以屏蔽柱表面的活性中心 使用与固定液有相似官能团的钝化试剂 改善固定液的润湿性 了解硅烷化去活试剂 色谱柱技术 涂柱方法 静态法 动态法 超动态法 静态法将固定液以合适的溶剂配制成涂渍溶液装进储液罐中 储液罐放进加压容器 待涂渍的毛细管垂直插入储液罐的溶液中 通N2加压使涂渍溶液慢慢压入毛细管 溶液要充满毛细管 柱一端严格排气泡后 用胶封口 制柱重复性好 柱效好 表面张力大但制柱时间长 充满涂渍液的柱内不能有气泡 色谱柱技术 动态法 涂渍液的浓度为10 60 涂柱时 在涂柱装置上将涂渍液压入柱 简单 快速 柱效 重复性较静态法差 适于粘度较低的固定液的涂渍 超动态法 高流速气体使液栓快速通过柱子 当液栓快速离开柱子时 通N2吹1 2小时 适于大口径厚液膜毛细管制备 色谱柱技术 毛细管柱固定相的固定化 可以是原位交联 也可以是固定相在柱内表面发生键合 交联的优点 液膜稳定 阻止固定液热重排 柱效稳定 交联后的固定液分子排列有变化 交联柱使用温度高 流失小 不易被熔剂冲洗 物理和化学稳定性好 色谱柱技术 交联方法 缩合法 自由基引发 臭氧引发交联 高能辐射交联 一般采用自由基引发 交联剂为过氧化物 偶氮化合物 固体吸附剂需先与固定液一起制成涂渍液进行交联 液体吸附剂 先涂好柱 然后用N2把引发剂通入毛细管 色谱柱技术 毛细管色谱柱评价 分离效率 涂敷效率 柱活性 酸 碱性 柱稳定性 交联效率 色谱柱技术 常用的几类色谱柱 吸附型PLOT柱 OV 1柱 FFAP柱 色谱柱技术 吸附型PLOT柱PLOT柱的制备方法用化学处理内管壁制PLOT柱从大内径玻璃管拉制毛细管制PLOT柱管内壁沉积多孔层物质制PLOT柱原位聚合制多孔高聚物PLOT柱 色谱柱技术 不同的PLOT柱类型氧化铝 分子筛 碳分子筛 硅胶 环糊精键合到硅胶柱 OPPLOT柱 重点介绍一下氧化铝和分子筛柱 色谱柱技术 Al2O3 KClPLOT柱对分离轻烃是非常有效的 尤其是碳四异构体的分离是独一无二的 需对Al2O3的表面进行处理 一般用水 有机液体进行钝化处理 目前常用的是能与活性部位有很强亲合力而本身又不会流失的无机盐 色谱柱技术 Al2O3 KClPLOT柱进行钝化后 对轻烃的分离非常好 但载气或样品中的微量水会被吸收 导致保留值降低 分离度下降 应对样品进行处理和使用绝对无水无氧的载气 使用Al2O3 KClPLOT柱的几点注意事项 色谱柱技术 分子筛柱分子筛是由不同阳离子的碱金属硅酸铝制备 是一种沸石分子筛 pH大约10 按分子的大小进行分离 常用作分离永久气体 主要包括5 和13x分子筛 5 分子筛 孔径大小为5 分离机理为筛分机理和吸附动力学机理 色谱柱技术 5 分子筛具有很大的比表面积 对能够形成偶极作用的化合物 如水 二氧化碳等有很强的吸附作用 对5 分子筛PLOT柱 当载气中有微量水时 可降低柱子的容量比 使分离能力下降 但不会伤害柱子 色谱柱技术 13x分子筛也可分离氧 氮 常用于分析石脑油中的链烷烃和环烷烃 对制备PLOT柱的涂层厚度有一定要求 13x分子筛柱对柱子材料的要求 13x分子筛PLOT柱比13x分子筛填充柱要优越 分离能力强 相同碳数样品的分离 其流出温度要低 色谱柱技术 OV 1柱通用性的非极性色谱柱 在石化领域 汽油族组成 柴油正碳分布 模拟蒸馏 硫化物类型分析等领域应用 甲基聚硅氧烷 按沸点规律出峰 FFAP柱 色谱柱技术 FFAP柱通用性的极性色谱柱 在石化领域 汽油中醇 酚类化合物的测定等领域应用 PEG 20M和硝基对苯二酸加成物 按化合物熄性大小进行分离