手细管气相色谱法

1、1 毛细管气相色谱法毛细管气相色谱法 2 6.1 概述概述 毛细管柱气相色谱法是毛细管柱气相色谱法是1957年由美国学者年由美国学者 Golay在填充柱气相色谱法的基础上提出来的。在填充柱气相色谱法的基础上提出来的。 用内壁涂渍一极薄而均匀的固定液膜的毛用内壁涂渍一极薄而均匀的固定液膜的毛 细管代替填充柱，这种柱子分离能力远远高于细管代替填充柱，这种柱子分离能力远远高于 填充柱。由于这种柱子的填充柱。由于这种柱子的固定液涂在内壁上，固定液涂在内壁上， 中心是空的中心是空的，故称为开管柱故称为开管柱（open tubular column），），习惯上称为毛细管柱习惯上称为毛细管柱。 3 毛细管

2、色谱柱材质 （1 1）不锈钢）不锈钢 n优点：弹性好、不易破裂、导热性好、优点：弹性好、不易破裂、导热性好、 和仪器连接方便等。和仪器连接方便等。 n缺点缺点: :柱效低，有一定催化性、吸附性，柱效低，有一定催化性、吸附性， 不透明、不易涂渍固定液等。后来少用。不透明、不易涂渍固定液等。后来少用。 4 毛细管色谱柱材质 （2 2）玻璃）玻璃 n优点：优点：19601960年，发明了玻璃毛细管拉制机，年，发明了玻璃毛细管拉制机， 玻璃成为理想的色谱柱材质。具有非催化玻璃成为理想的色谱柱材质。具有非催化 性表面、透明、易加工价廉性表面、透明、易加工价廉 。 n缺点：易碎，与仪器部件连接困难；玻璃缺

3、点：易碎，与仪器部件连接困难；玻璃 表面的羟基有较强的活性，造成组分吸附、表面的羟基有较强的活性，造成组分吸附、 峰拖尾等。峰拖尾等。 5 毛细管色谱柱材质 （3）石英）石英 n 1979年，出现了年，出现了 石英毛细管柱，它石英毛细管柱，它 具有化学惰性好、具有化学惰性好、 热稳定性好和机械热稳定性好和机械 强度高、强度高、 有弹性等，有弹性等， 已得到广泛的应用。已得到广泛的应用。 6 毛细管柱的类型毛细管柱的类型 大小：内径大小：内径0.10.5 mm； 长度：几十至几百米。长度：几十至几百米。 分类：按柱内固定液涂渍方法不同分类：按柱内固定液涂渍方法不同 涂壁空心柱（涂壁空心柱（WCO

4、T）：固定液直接涂：固定液直接涂 在管内壁；在管内壁； 涂载体空心柱（涂载体空心柱（SCOT）：先在管内壁涂：先在管内壁涂 上一层很细的多孔物质，然后再涂固定上一层很细的多孔物质，然后再涂固定 液；液； 7 毛细管柱的类型毛细管柱的类型 多孔层空心柱多孔层空心柱（PLOT）：在管内壁涂上：在管内壁涂上 一层多孔性吸附剂微粒，不再涂固定液一层多孔性吸附剂微粒，不再涂固定液 （气固色谱）；（气固色谱）； 化学键合相毛细管柱化学键合相毛细管柱：将固定液用化学键：将固定液用化学键 合的方法键合到柱的内壁，大大提高热稳合的方法键合到柱的内壁，大大提高热稳 定性；定性； 交联毛细管柱交联毛细管柱：由交联引

5、发剂将固定相交：由交联引发剂将固定相交 联到毛细管管壁上，耐高温，抗溶剂抽提，联到毛细管管壁上，耐高温，抗溶剂抽提， 液膜稳定，柱效高，柱寿命长。液膜稳定，柱效高，柱寿命长。 8 色谱柱种类色谱柱种类WCOTSCOT填充柱填充柱 长度长度/m10100105015 内径内径/mm0.10.80.50.824 液膜厚度液膜厚度/m0.150.50.810 每个峰的容每个峰的容 量量/ng 1005030010000 分离能力分离能力高高中中低低 毛细管柱与填充柱性能比较毛细管柱与填充柱性能比较 9 毛细管色谱柱的特点毛细管色谱柱的特点 自加工困难，需购买成品柱自加工困难，需购买成品柱 高分辨率（

6、理论塔板数高分辨率（理论塔板数10万以上）万以上） 省时和高分离效能任选省时和高分离效能任选 省时短柱，高流速省时短柱，高流速 高分离长柱、膜薄、适当的流量高分离长柱、膜薄、适当的流量 3种类型种类型WCOT，SCOT，PLOT 适于复杂样品的分析（适于复杂样品的分析（30个峰以上）个峰以上） 10 外购毛细管柱要注明四要素：外购毛细管柱要注明四要素： 长度长度 10、25m（有时（有时50m） 内径内径 0.1 mm ，0.22 mm ，0.32mm， 0.53mm 固定液固定液 种类少，种类少， CBP-1,5,10,20 理论塔板理论塔板 数高数高 (10万以上万以上) 膜厚膜厚 材质材

7、质 熔融石英、玻璃熔融石英、玻璃(惰性、弹性惰性、弹性) 11 毛细管柱使用的固定液毛细管柱使用的固定液 牌号牌号固定液固定液极性极性对应名称对应名称最高使用最高使用 温度温度 CBP 1 聚甲基硅聚甲基硅 氧烷氧烷 非极性非极性OV-1， SE-30 320 CBP 5 5%聚苯聚苯 基甲基硅基甲基硅 氧烷氧烷 弱极性弱极性SE-52， 54 320 CBP 10 氰基硅油氰基硅油中极性中极性OV1701240 CBP 20 聚乙二醇聚乙二醇强极性强极性PEG-20250 12 毛细管色谱法特点毛细管色谱法特点 分离效能高，柱效好，峰形狭窄、对称；分离效能高，柱效好，峰形狭窄、对称； 分析速

8、度快；分析速度快； 操作条件严格，允许进样量小，对进样技操作条件严格，允许进样量小，对进样技 术与检测器要求高；术与检测器要求高； 适于分析复杂的有机混合物，如石油化工适于分析复杂的有机混合物，如石油化工 产品、环境污染物、天然产物等。产品、环境污染物、天然产物等。 13 14 5.2 进样方法进样方法 1. 1. 大口径毛细管柱直接进样大口径毛细管柱直接进样 直接进样直接进样 指用大口径（指用大口径（0.53mm内径）毛细管柱内径）毛细管柱 接在填充柱进样口，像填充柱一样，所有接在填充柱进样口，像填充柱一样，所有 汽化的样品全部进入色谱柱。汽化的样品全部进入色谱柱。 15 1. 1. 大口径

9、毛细管柱直接进样大口径毛细管柱直接进样 a. 柱连接柱连接 大口径毛细管柱的柱容量介于填充柱大口径毛细管柱的柱容量介于填充柱 和常规毛细管柱之间，其柱内载气流速可和常规毛细管柱之间，其柱内载气流速可 高达高达20mL/min左右，但要左右，但要将填充柱接头换将填充柱接头换 成大口径毛细管柱专用接头成大口径毛细管柱专用接头。 16 柱容量柱容量 柱容量是指色谱峰没有明显变形，样品能够进柱容量是指色谱峰没有明显变形，样品能够进 入到色谱柱中的最大允许量。入到色谱柱中的最大允许量。 可增加柱容量可增加柱容量的因素的因素: : 膜厚膜厚 ( (d df f).). 温度温度. . 内径内径 (ID).

10、 (ID). 固定相的选择性固定相的选择性. . 如果过载，可导致如果过载，可导致: : 峰变宽峰变宽. . 不对称不对称. . 拖尾或前伸峰拖尾或前伸峰. . 17 1. 1. 大口径毛细管柱直接进样大口径毛细管柱直接进样 b. 样品的适用范围样品的适用范围 基本与填充柱分析相同，对热不稳定基本与填充柱分析相同，对热不稳定 的样品宜采用柱内直接进样；的样品宜采用柱内直接进样；“脏脏”样品样品 采用普通直接进样，利用衬管来保护色谱采用普通直接进样，利用衬管来保护色谱 柱不被污染。柱不被污染。 18 1. 1. 大口径毛细管柱直接进样大口径毛细管柱直接进样 c. 操作参数设置操作参数设置 进样口

11、温度进样口温度： 一般应高于待测组分沸点一般应高于待测组分沸点10- 25。 进样量和进样速度进样量和进样速度：不超过：不超过1L；进样速度；进样速度 宜慢，以减少倒灌，改善早流出峰的分离度。宜慢，以减少倒灌，改善早流出峰的分离度。 19 1. 1. 大口径毛细管柱直接进样大口径毛细管柱直接进样 c. 操作参数设置操作参数设置 载气流速载气流速：填充柱进样口的载气控制是恒流：填充柱进样口的载气控制是恒流 控制模式，其稳定流速不应低于控制模式，其稳定流速不应低于15 mL/min ， 而这正是大口径毛细管柱的流量上限，故载而这正是大口径毛细管柱的流量上限，故载 气流速低于气流速低于10 mL/m

12、in（0.53mm内径柱的最内径柱的最 佳流量为佳流量为 3.5mL/min ）时，应在气路中增加）时，应在气路中增加 一个限流器，以稳定流速。一个限流器，以稳定流速。 20 2.分流/不分流进样 分流分流(split)进样进样 允许样品中的代表部分进入到色谱柱允许样品中的代表部分进入到色谱柱 中中（适于（适于当被测物浓度较高时当被测物浓度较高时）。 不分流不分流(splitless)进样进样 样品中绝大部分进入到色谱柱中样品中绝大部分进入到色谱柱中（类似类似 于直接进样于直接进样） 。 21 a. a. 仪器分流仪器分流/ /不分流进样口原理示意图不分流进样口原理示意图 n 样品在玻样品在玻

13、 璃衬管璃衬管汽汽化化， 均匀均匀汽化汽化的的 样品通过分样品通过分 流点流点(柱尖柱尖 端端Colomn tip). 22 b. 样品的适用性样品的适用性 n 适用范围宽（大部分可挥发样品，包括适用范围宽（大部分可挥发样品，包括 液体和气体样品），灵活性很大，分流比可液体和气体样品），灵活性很大，分流比可 调范围广。调范围广。 n 对于一些相对对于一些相对“脏脏”的样品，更应采用的样品，更应采用 分流进样，可将大部分样品放空，防止色谱分流进样，可将大部分样品放空，防止色谱 柱污染。柱污染。 23 注意：注意： 可能会有进样歧视现象。对宽沸程可能会有进样歧视现象。对宽沸程 的样品易产生非线性分

14、流，使样品失真的样品易产生非线性分流，使样品失真。 不适于高纯度物质和痕量组分不适于高纯度物质和痕量组分 (50ppm)的分析的分析 24 c. 操作参数设置操作参数设置 n温度温度 n 进样口温度应接近于或等于样品进样口温度应接近于或等于样品 中最重组分的沸点，以保证样品快速中最重组分的沸点，以保证样品快速 汽化，减小初始谱带宽度。未知新样汽化，减小初始谱带宽度。未知新样 品，可设置为品，可设置为300进行试验。进行试验。 25 c. 操作参数设置操作参数设置 n载气线流速载气线流速 n 氦气氦气30-50cm/s；氮气；氮气20-40cm/s;氢气氢气40- 60cm/s。 分流比分流比

15、范围为范围为20:1-200:1，样品浓度大或进样量大，样品浓度大或进样量大 时，分流比可相应增大，反之则减小。时，分流比可相应增大，反之则减小。 26 c. 操作参数设置操作参数设置 n进样量：进样量：不超过不超过2L，最好小于，最好小于0.5L。 n进样速度：进样速度：越快越好，一是防止不均匀汽化，越快越好，一是防止不均匀汽化， 二是保持窄的初始谱带宽度。二是保持窄的初始谱带宽度。 27 d. 分流歧视问题分流歧视问题 分流歧视分流歧视 指在一定分流比条件下，不同样品指在一定分流比条件下，不同样品 组分的实际分流比是不同的，这就会造成组分的实际分流比是不同的，这就会造成 进入色谱柱的样品组

16、成不同于原来的样品进入色谱柱的样品组成不同于原来的样品 组成，从而影响定量分析的准确度。组成，从而影响定量分析的准确度。 28 d. 分流歧视问题分流歧视问题 引起分流歧视的原因：引起分流歧视的原因： 样品不均匀汽化样品不均匀汽化 即样品中各组分即样品中各组分 的极性不同，沸点各异，因而汽化速度的极性不同，沸点各异，因而汽化速度 各不相同；各不相同； 分流比的大小分流比的大小 分流比越大，越有分流比越大，越有 可能造成分流歧视。可能造成分流歧视。 29 d. 分流歧视问题分流歧视问题 如何消除分流歧视？如何消除分流歧视？ 色谱柱的初始温度尽可能高一些，以减色谱柱的初始温度尽可能高一些，以减 小

17、汽化温度和柱箱温度之差，避免汽化后的小汽化温度和柱箱温度之差，避免汽化后的 样品发生部分冷凝样品发生部分冷凝 色谱柱的安装，一是要保证柱入口端超色谱柱的安装，一是要保证柱入口端超 过分流点，二是保证柱入口端处于汽化室衬过分流点，二是保证柱入口端处于汽化室衬 管的中央，即汽化室内衬柱与衬管是同轴的管的中央，即汽化室内衬柱与衬管是同轴的 30 将样品直接注入处于室温或更将样品直接注入处于室温或更 低温度下的色谱柱内，然后再逐低温度下的色谱柱内，然后再逐 步升高温度使样品组分依次汽化步升高温度使样品组分依次汽化 通过色谱柱进行分离。通过色谱柱进行分离。 3.冷柱上进样 31 岛津冷柱头进样器岛津冷柱

18、头进样器 OCI-G9 OCI-G9 32 3.冷柱上进样 优点：优点： 消除了进样口对样品的歧视效应消除了进样口对样品的歧视效应 因因 为液体样品直接进入柱内，进样过程为液体样品直接进入柱内，进样过程 中样品不会汽化，且没有分流问题中样品不会汽化，且没有分流问题 避免了样品的分解避免了样品的分解 不接触可能有催不接触可能有催 化作用的汽化室内表面，不经受高温，化作用的汽化室内表面，不经受高温， 更适于分析热不稳定的化合物更适于分析热不稳定的化合物 33 3.冷柱上进样 缺点：缺点： 进样体积小进样体积小 大的进样量易造成柱超载大的进样量易造成柱超载 操作复杂操作复杂 对初始柱温、溶剂性质、对

19、初始柱温、溶剂性质、 进样速度等要求严格，且要用特殊的注进样速度等要求严格，且要用特殊的注 射器射器 毛细管柱易受污染毛细管柱易受污染 样品记忆效应较明样品记忆效应较明 显显 冷柱上进样口需另购冷柱上进样口需另购 仪器成本高仪器成本高 34 因此，冷柱上进样不如分流因此，冷柱上进样不如分流/ /不分流不分流 进样使用普遍，主要在分析热不稳定化进样使用普遍，主要在分析热不稳定化 合物或要求准确度、灵敏度和精密度极合物或要求准确度、灵敏度和精密度极 高时使用。高时使用。 35 4.程序升温汽化进样 程序升温汽化（程序升温汽化（PTV）进样）进样 将液体或气体样品注射入处于低温将液体或气体样品注射入

20、处于低温 的进样口衬管内，然后按设定程序升高的进样口衬管内，然后按设定程序升高 进样口温度。进样口温度。 36 u 消除了注射器针头的样品歧视；消除了注射器针头的样品歧视； u 抑制了进样口歧视（即分流歧视）；抑制了进样口歧视（即分流歧视）； u 可除去溶剂和低沸点组分，实现样品浓缩；可除去溶剂和低沸点组分，实现样品浓缩； u 不挥发物可滞留在衬管中，保护色谱柱；不挥发物可滞留在衬管中，保护色谱柱； u 有多种操作模式，即分流、不分流模式等；有多种操作模式，即分流、不分流模式等； u 重现性好，接近于冷柱上进样。重现性好，接近于冷柱上进样。 特点特点 37 6.3 毛细管气相色谱柱的制备及维护

21、毛细管气相色谱柱的制备及维护 n1. 预处理预处理（P109-111） n1）粗糙化）粗糙化 na. 沉积石墨化炭黑沉积石墨化炭黑 nb. 沉积氯化钠沉积氯化钠 nc. 沉积二氧化硅沉积二氧化硅 n一、毛细管气相色谱柱的制备一、毛细管气相色谱柱的制备 38 n2） 去活去活（P111-114） （1）石英毛细管柱的水热处理）石英毛细管柱的水热处理 （2）石英毛细管柱的去活）石英毛细管柱的去活 n a. 硅烷化去活硅烷化去活 n 三甲基氯硅烷（三甲基氯硅烷（TMCS）、六甲基氯硅烷）、六甲基氯硅烷 （HMDS） n b. 聚硅氧烷高温裂解去活聚硅氧烷高温裂解去活 n c. 含氢硅油裂解去活含氢硅

22、油裂解去活 n d. 全硅烷化去活全硅烷化去活 n 用硅烷胺、环硅氧烷、含氢的硅烷氧烷进行全用硅烷胺、环硅氧烷、含氢的硅烷氧烷进行全 硅烷化去活。硅烷化去活。 39 1 1）毛细管柱固定相的要求：）毛细管柱固定相的要求： 热稳定性好的高聚物，熔点低，粘度大热稳定性好的高聚物，熔点低，粘度大 对石英毛细管内壁具有较好的湿润能力对石英毛细管内壁具有较好的湿润能力 最好含有交联基团，如：乙烯基最好含有交联基团，如：乙烯基 具有选择性基团，便于分离异构体具有选择性基团，便于分离异构体 2. 2. 毛细管色谱柱固定相的涂渍毛细管色谱柱固定相的涂渍 40 2）聚硅氧烷毛细管气相色谱固定相）聚硅氧烷毛细管气

23、相色谱固定相 聚二甲基硅氧烷、含（苯基、氰基）的聚二甲基硅氧烷、含（苯基、氰基）的 聚硅氧烷、含氟聚硅氧烷聚硅氧烷、含氟聚硅氧烷 含乙烯基等易交联的聚硅氧烷含乙烯基等易交联的聚硅氧烷 手性分离用聚硅氧烷（如手性分离用聚硅氧烷（如Frank等把等把L- 缬氨酸缬氨酸-叔丁酰胺接枝到聚硅氧烷上）、环叔丁酰胺接枝到聚硅氧烷上）、环 糊精衍生物糊精衍生物 41 n3） 色谱柱的涂渍色谱柱的涂渍（P115-116） n 静态涂渍法静态涂渍法 n 方法要点：把固定液的稀溶液（方法要点：把固定液的稀溶液（2- 20mg/mL）用真空系统吸入毛细管柱中，）用真空系统吸入毛细管柱中， 一端封口，从另一端抽真空，

24、在低于溶一端封口，从另一端抽真空，在低于溶 剂沸点剂沸点10-15恒温条件下使溶剂慢慢蒸恒温条件下使溶剂慢慢蒸 发出去，在管壁上留下一层薄薄的液膜。发出去，在管壁上留下一层薄薄的液膜。 42 n动态涂渍法动态涂渍法 n 方法要点：以惰性气体压力推动固定液方法要点：以惰性气体压力推动固定液 溶液通过毛细管柱，在柱内壁上留下一溶液通过毛细管柱，在柱内壁上留下一 层液膜。固定液浓度一般为层液膜。固定液浓度一般为10-20%，根，根 据固定液黏度和极性不同，选择二氯甲据固定液黏度和极性不同，选择二氯甲 烷或丙酮作溶剂。烷或丙酮作溶剂。 43 4)交联交联 （1）交联的目的）交联的目的：使线形固定相分子

25、成为：使线形固定相分子成为 网状结构，使其网状结构，使其稳定性和耐热性更好稳定性和耐热性更好。 （2）交联方法）交联方法 通过高温缩合，使毛细管内壁的两分通过高温缩合，使毛细管内壁的两分 子子Si-OH形成形成Si-O-Si键；键； 聚硅氧烷上的甲基（或乙烯基）经引聚硅氧烷上的甲基（或乙烯基）经引 发剂而产生碳碳键，形成发剂而产生碳碳键，形成Si-C-C-Si，此，此 法普遍使用。法普遍使用。 44 （3）交联引发剂）交联引发剂 a.过氧化物引发剂过氧化物引发剂叔丁基过氧化物叔丁基过氧化物(TBP)、 过氧化苯甲酰过氧化苯甲酰(BP)、过氧化异丙苯（、过氧化异丙苯（DCP） 等。等。DCP使用

26、最多。使用最多。 b.偶氮化合物引发剂偶氮化合物引发剂偶氮叔丁烷偶氮叔丁烷(ATB)、 偶氮叔辛烷偶氮叔辛烷(ATO)、偶氮叔十二烷、偶氮叔十二烷 （ATD），优于过氧化物。），优于过氧化物。 c.臭氧引发剂臭氧引发剂由瑞典由瑞典 Buijten 在在1984年提年提 出。适于液膜薄的毛细管柱的交联。出。适于液膜薄的毛细管柱的交联。 45 二、毛细管色谱柱的最佳用法和维护方法二、毛细管色谱柱的最佳用法和维护方法 柱温设定值应比毛细管柱最高使用温度尽柱温设定值应比毛细管柱最高使用温度尽 可能低一些（可延长柱子寿命，降低检测可能低一些（可延长柱子寿命，降低检测 器的噪音）器的噪音） 为避免难挥发组

27、分进入柱内，应很好进行为避免难挥发组分进入柱内，应很好进行 样品前处理；使用玻璃衬管和石英棉；可样品前处理；使用玻璃衬管和石英棉；可 连接一次性的短的前置柱。连接一次性的短的前置柱。 为除掉柱内残留的难挥发组分，可为除掉柱内残留的难挥发组分，可老化柱老化柱 子、溶剂清洗、除掉柱入口污染的部分子、溶剂清洗、除掉柱入口污染的部分。 46 二、毛细管色谱柱的最佳用法和维护方法二、毛细管色谱柱的最佳用法和维护方法 老化柱子老化柱子：柱温升到柱子最高使用温度，将：柱温升到柱子最高使用温度，将 高沸点组分气化排除（保持高沸点组分气化排除（保持1-2小时，观察基小时，观察基 线情况）线情况） 溶剂清洗溶剂清

28、洗：用少量有机溶剂清洗柱子，将高：用少量有机溶剂清洗柱子，将高 沸点组分溶解后排除。（流动方向从出口侧沸点组分溶解后排除。（流动方向从出口侧 到入口侧。用正己烷、三氯甲烷、丙酮即可）到入口侧。用正己烷、三氯甲烷、丙酮即可） 除掉柱入口污染的部分除掉柱入口污染的部分：从入口侧一端折断：从入口侧一端折断 5-20cm（使用专用工具，将折断面折成直角）（使用专用工具，将折断面折成直角） 47 高尔夫球场使用的高尔夫球场使用的21种农药中，约有种农药中，约有 18种是用气相色谱仪分析的。所需的检测器种是用气相色谱仪分析的。所需的检测器 为火焰光度检测器（为火焰光度检测器（FPD），火焰热离子检），火焰

29、热离子检 测器（测器（FTD），电子捕获检测器（），电子捕获检测器（ECD）。）。 各检测器检测范围如下（有的组分重复出现，各检测器检测范围如下（有的组分重复出现， 它表示用哪种检测器都可以）它表示用哪种检测器都可以） 毛细管气相色谱应用实例 48 检测农药种类和所用的检测器检测农药种类和所用的检测器 检测器检测器 农农 药药 种种 类类 ECD(4组分组分) 稻瘟灵稻瘟灵 克菌丹克菌丹 百菌清百菌清(TPN) 丙草安丙草安 FPD(P)(9组组 分分) 异恶唑硫磷异恶唑硫磷 异丙胺磷异丙胺磷 氯卑硫磷氯卑硫磷 地亚农地亚农 敌敌 百虫百虫(DEP) 杀螟松杀螟松(MEP) Tolcophos

30、-methyl Butamifos 砜草磷砜草磷(SAP) FPD(S)(3组组 分分) 稻瘟灵稻瘟灵 可菌丹可菌丹 砜草磷砜草磷(SAP) FTD(13组组 分分) 异恶唑硫磷异恶唑硫磷 异丙胺磷异丙胺磷 氯卑硫磷氯卑硫磷 地亚农地亚农 Iprodione Flutolanil 萘丙安萘丙安 Butamifos 砜草磷砜草磷(SAP) Pendimethalin 49 用用ECD检测种农药检测种农药 各组分浓度为各组分浓度为100ppb,进样进样1l获得的结果。获得的结果。 分析条件分析条件 仪仪 器：岛津器：岛津GC-14A 色谱柱：色谱柱：CBP1-S25-050(25m0.3mm， 0