气液色谱固定相介绍

1、第二节气液色谱固定相气液色谱固定相是固定液均匀地涂在载体上，载体是化学惰性的固体微粒，用来支持固定液的，气液色谱固定相中的固定液大多数是高沸点的有机化合物，在气相色谱工作条件下呈液态，所以叫固定液。在气液色谱柱内，被测物质中各组分的分离是基于各组分在固定液中溶解度的不同。当载气携带被测物质进入色谱柱，和固定液接触时，气相中的被测组分就溶解到固定液中去。载气连续进入色谱柱，溶解在固定液中的被测组分会从固定液中挥发到气相中去。随着载气的流动，挥发到气相中的被测组分分子又会溶解到固定液中。这样反复多次溶解、挥发、再溶解、再挥发。由于各组分在固定液中溶解能力不同。溶解度大的组分就较难挥发，停留在柱中的

2、时间长些，往前移动得就慢些。而溶解度小的组分，往前移动得快些，停留在柱中的时间就短些。经过一定时间后，各组分就彼此分离。固定液配比一般是3-25%，配比指固定液在固定相中所占重量，色谱柱起分离决定作用的是固定液。载体作用是提供一个大的惰性表面，以便涂上固定液。一、气液色谱载体载体是一种化学惰性、多孔性的颗粒，它的作用是提供一个大的惰性表面，用以承担固定液，使固定液以薄膜状态分布在其表面上。对载体的要求1载体表面应是化学惰性的，即表面没有吸附性或和吸附性很弱，更不能与被测物质起化学反应。2足够大的表面积。多孔性，即表面积较大，使固定液与试样的接触面较大。3热稳定性好，有一定的机械强度，不易破碎。

3、4形状规则、大小均匀。对担体粒度的要求，一般希望均匀、细小，这样有利于提高柱效。载体的分类气液色谱中所用担体可分为硅藻土型和非硅藻土型两大类。1硅藻土类载体：由天然硅藻土煅烧而成的。常用此类担体，主要成分无机盐。根据制造工艺和助剂不同，又可分为红色担体和白色担体两种。红色载体：孔径较小，表面孔穴密集，比表面积较大(4m2/g)，机械强度好。适宜分离非极性或弱极性化合物。缺点是表面存有活性吸附中心点。常见的有201、202系列、6201系列等白色载体：白色担体是在煅烧时加Na2CO3之类的助熔剂，使氧化铁转化为白色的铁硅酸钠。白色载体颗粒疏松，孔径较大。表面积较小(1m2/g)，机械强度较差。但

4、吸附性显著减小，适宜分离极性化合物。常见的有101、102系列。2非硅藻土载体玻璃微球：是小玻璃珠，颗粒规则，涂渍困难。聚四氟乙烯：吸附性小，耐腐蚀，分析S02、Cl2、HCl等气体。高分子多孔微球GDX既可做GSC固定相，又可做GLC载体GDX-101、102、103、104、105-201、202-301-401-501(GDX系列产品)前面的数字表示极性，后面的数字是不同的稀釋剂(汽油、甲苯等)用量。硅藻土类载体的表面处理普通硅藻土类载体表面并非惰性，含有三Si-OH,Si-O-Si,=AI-O-,=Fe-0-等基团，故既有吸附活性又有催化活性。若涂渍上极性固定液，会造成固定液分布不均匀

5、；分析极性试样时，由于活性中心的存在，会造成色谱峰拖尾，甚至发生化学反应。因此，载体使用前应进行钝化处理，方法如下：会造成色谱峰拖尾，甚至发生化学反应。因此，使用前应进行钝化处理，钝化处理方法如下：1酸洗、碱洗（除去酸性基团）：用浓HCl、KOH的甲醇溶液分别浸泡，以除去铁等金属氧化物及表面的氧化铝等酸性作用点。2硅烷化：（消除氢键结合力）用硅烷化试剂（二甲基二氯硅烷等）与载体表面的硅醇、硅醚基团反应，以消除担体表面的氢键结合力。处理后，性能好，但试剂昂贵。3釉化（表面玻璃化、堵微孔）：以碳酸钠，碳酸钾等处理后，在担体表面形成一层玻璃化釉质。（四）载体的选择1红色硅藻土载体用于烷烃、芳烃等非极

6、性、弱极性物的分析。2白色硅藻土载体用于醇、胺、酮等极性物的分析。3固定液含量大于5%，一般选用的红色、白色载体。4固定液含量小于5%，一般选用处理过的载体。5高沸点化合物的分析要选玻璃微球；强腐蚀的物质的分析选氟载体。二、气液色谱固定液（一）特点气液色谱固定液的特点是可得较对称的色谱峰；可供选择的固定液很多；谱图重现性好；可在一定范围内调节液膜厚度。（二）对固定液的要求1.选择性好（对填充柱要求a121.15，或a121.08）;2化学稳定性好，热稳定性好热稳定，化学稳定性好（每种固定液都有一个“最高使用温度”），固定液的蒸汽压要低，固定液流失要少；对组分要有一定的溶解度，即对组分有一定的滞

7、留性；凝固点低，粘度适当（因为凝固点以下，固定液凝固，只起吸附作用，所以凝固点就是固定液的“最低使用温度”）。（三）固定液与组份分子间作用力固定液为什么能固定在载体表面，而不被载气带走？组分分子为什么能溶解在固定液里，而且有不同的溶解度？这都是由于固定液、组分分子间的相互作用结果。组分之所以能够分离，是由于组分在色谱柱中容量因子k不同，在固定液中的溶解力不同，也就是组分与固定液分子间的作用力不同。固定液与组分分子间作用力从t反映出来。分子间作用力包括定向力、诱导力、色散力、氢键作用力。1定向力（静电力）一一向力、诱导力、色散力、氢键作用力。1定向力（静电力）一一极性分子和极性分子间的作用力E(

8、5-1)5-1式中，PA虫为两种极性分子的永久偶极矩；为分子间距离；k为波兹曼常数；T为温度。极性固定液分离极性样品组分时，定向力起主导作用，分子间距离越小，相互作用越强，偶极矩越大，作用力越大。该组分滞留时间就越长。图5-6表明用极性固定液甘油分离极性组分乙醇时，定向力起主导作用，乙醇的保留时间长。2,2甲基戊烷用赧性甘油作固定液图5-6用极性固定液分离极性组分乙醇2诱导力ED一个具有永久偶极的极性分子，永久偶极对非极性分子会产生诱导作用，产生偶极，此时两分子间相互吸引而产生诱导力。(5-2)5-2式中，aSaS为组分和固定液的分子极化率。诱导力通常是很小的，但在分离非极性和可极化分子的混合

9、物时，极性固定液的诱导力就突出表现出来，例如图5-7表达了苯（沸点：80.109）与环己烷（沸点80.819）在不同极性固定液中的分离情形。苯的环己烷的两种组分都是非极性分子，无永久偶极，沸点接近。若用非极性固定液很难分开，但苯比环己烷易极化。若用强极性的邮氧二丙腈固定液，使苯产生诱导偶极矩，很易分离。tR苯=6.3tR环己烷。强极性月旷-氧二:1r：-Tl定液=等扱性DNPH固定液|：扱性石蜡杵.吕定戒图5-7苯（沸点：80.109）与环己烷（沸点80.819）在不同极性固定液中的分离3色散力El非极性分子间唯一的相互作用力.(5-3)式中，IA、lS为组分和固定液分子的电离能，有机物分子电

10、离能接近。非极性分子间没有静电力与诱导力，由于分子电中心瞬间位移产生瞬间偶极矩，能使周围分子极化，被极化的分子又反过来加剧瞬间偶极矩变化幅度产生所谓色散力。例如用非极性角鲨烷固定液，分离非极性C1C4正构烷烃，因为色散力与沸点成正比，所以按沸点顺序出峰。4氢键作用力-一个氢原子与一个电负性大的原子构成共价键，又能与另外一个电负性大的原子形成一种有方向性的静电吸附力，叫氢键力。假如固定液分子中含一0HCOOHNH2官能团，分析组分含F、O、N化合物时，常有显著氢键作用，使保留值增大。氢键强弱顺序为：FHF0H00HNNHNN三CHN（四）固定液的分类如何评价固定液？目前约有700多种可供使用的固

11、定液，如何对众多的固定液有规律的排列，以利于选择，方法有如下几种:1五级分类法用（5-4）式计算时要选择一物质对，常用苯与环己烷。分别在非极性、极性、被测固定液柱上测出物质对的相对保留值，并取对数。这种分类法的优点是直观、简单。缺点是粗分，有时P出现负值。(5-4)五级分类法规定了氧二丙腈的相对极性P=100；角鲨烷（异30烷）相对极性P=0;其它固定液按下式计算：和（q一q）x（qq）12（5-5）5-5式中，q用极性柱测定；q用非极性柱；q用被测固定液柱。12X是苯与环己烷在氧二丙腈柱上相对保留值的对数值q=log（t苯用环己烷）;q2是苯与环己烷在异30烷柱上相对保留值的对数值q2=lo

12、g（t苯/t环己烷）;qX是苯与环己烷在被测固定液柱上相对保留值的对数值qX=log（t苯/t环己烷）。根据（5-5）式算出各种固定液的P，然后把极性分为五级，每20为1级，共粗分为X五级。所有固定液相对极性都在0100之间。所有固定液分成为强极性，极性，中等极性，弱极性，非极性五类。这样最强极性固定液B，B氧二丙晴极性为100;非极性固定液角鲨烷极性为0;其余，0-100之间。见表5-2。如果020+1如果2140+2如果4160+3如果6180+4如果81100+5表5-2固定液的相对极性、分级、最高使用温度和分析对象固定液名称固定液的相对极性级别最咼使用温度C分析对象异烷（角鲨烷）0C8

13、前烷烃阿皮松N高沸点有机物SE30高沸点有机物邻苯二甲酸二壬酯（DNP）有机物PEG600744120含D,N有机物氧二丙腈脂肪烃、芳香烃、氧化物、等极性化合物这种表示固定液极性方法的缺点是未能反映出固定液与组分间的全部作用力，主要反映分子间的诱导力，所以不完善，为此提出下列的特征常数分类法。2罗什那德常数（特征常数法）按相对极性分类只反映分子间的诱导力，而实际上，组分与固定液分子间除诱导力外，还尚有定向力、色散力、氢键作用力等。因此相对极性不能反映分子间的全部作用力。1966年，Rohrschneider提出，称为罗什那德常数，使极性的表达更加完善。为全面反映被测固定液的极性，选了五种物质为

14、标准物，见表5-3。分别代表各种不同的作用力.每种组分与固定液间作用力类型不同，见表5-3。用五种代表物在多种固定液柱上的保留指数，与在非极性固定液柱上保留指数之差CI）来代表固定液的相对极性，显然越大，该固定液的极性越强，就是选择性指标。表5-3罗什那德常数的五种标准物苯乙醇甲乙酮硝基甲烷吡啶各种作用力电子给予体易极化，大n键质子给予体形成氢键定向偶极力接受氢键电子接受体质子接受体代表物芳烃、烯烃醇、腈、酸、氯化物酮、醚、醛、酯硝基化合物、腈类衍生物喹啉、吡啶、氧、氮杂环P=I=IP-IS=aX+bY+cZ+dU+eS其中：a、b、c、d、e叫组分常数，组分不同，常数也不同；X、丫、Z、U、

15、S叫溶剂常数，固定液决定这些常数，数值越大，极性越大。X-对苯而言，柱的极性；丫-对乙醇而言，柱的极性；Z-对甲乙酮而言，柱的极性；U-对硝基甲烷而言，柱的极性；S-对吡啶而言，柱的极性。对苯定义a=100，bcde=0对乙醇定义b=100，acde=0对甲乙酮定义c=100，abde=0对硝基甲烷定义d=100，abce=0对吡啶定义e=100，abcd=0其它abcde100*0罗什那德常数可查手册，用分子间各种相互作用力的总和来确定固定液的选择性。总纠值越大，极性越强。二固定相常数相同，则表明它们的性质基本相同。二固定相常数差别大，则表明它们的性质差别较大。某固定相常数越小，则该固定相性

16、质越接近非极性鲨鱼烷。某固定相常数越大，则该固定相极性越强，越接近氧二丙腈。利用罗什那德常数的值，将有助于固定液的评价、分类和选择。3麦克雷诺常数1970年Mcreynalds(麦克雷诺)在罗氏工作基础上提出的改进方案，柱温改在1209,用十种化合物测得麦克雷诺常数制成表供查阅，在许多手册上都能查到。为了提高代表性，Mcreynaids做了大量工作最后他认为，用五种代表物丁醇-乙醇，戊酮2-甲乙酮,硝基丙烷-硝基甲烷,比罗什那德常数更准确些。为了区别,将麦氏常数分别用X、丫、Z、U、S表示。五种化合物的值之和称为总极性，按总极性由小到大的顺序，就构成M氏、R氏常数表。一些书中，R氏常数表示溶剂

17、常数，M氏常数表示4值。4=100XR、M氏常数表的应用如下：有效的按五项平均极性把固定液分类、排对,为选择固定液提供方便。比较极性，选代用固定液OV-1和SE-30。优选少量有代表性的固定液(例如可以在200种中选5种,10种等)作为固定液的技术指标。验证新型固定液的极性范围。选适当的固定液以上固定液常数帮助我们如何选择固定液。总之对固定液评价是一个相当复杂的问题,至今尚未找出一种非常满意的方法。最近仍有学者在考虑以上常数的可靠性,提出这种方法在数学上、理论上还不够严格。4按化学类型分类烃类极性最弱,有角鲨烷、石蜡油、聚乙烯等。适用于非极性物分析。基本上按沸点顺序出峰。聚硅氧烷类应用最广,使

18、用温度范围宽(50-3509),固定液的种类日益增多,引入不同的取代基,使极性不同,如甲基聚硅氧烷,苯基聚硅氧烷等。中、英文名称对照：methylsilicone-甲基硅酮methyipoiysiioxane-甲基聚硅氧烷、硅醚结构,见图5-8。根据分子量不同,状态分别为油、橡胶等。C也CH3CHsCHsi-0Si0SLHsch3ch3ch3图5-8甲基聚硅氧烷、硅醚结构图醇、醚类易形成氢键,选择性取决于氢键作用力。聚乙二醇固定液应用最多。种类有PEG-200、300、400、1000、1500、6000、20M。PEG-后面的数字代表平均分子量。酯类为中等极性，含有极性和非极性集团。例如邻苯

19、二甲酸二壬酯(DNP)丁二酸二乙二醇聚酯(DEGS)其它固定液还有有机皂土；液晶；手性固定相等固定液。固定液的选择固定液的选择没有严格的规律可循,一般规则是根据样品来选固定液。固定液的分离特征是选择固定液的基础。固定液的选择，一般根据“相似相溶”原则进行。在GC中，常用“极性”来说明固定液和被测组分的性质。如果组分与固定液分子性质（极性）相似，固定液和被测组分两种分子间的作用力就强，被测组分在固定液中的溶解度就大，K就大，也就是说，被测组分在固定液中溶解度或K的大小与被测组分和固定液两种分子之间相互作用的大小有关。1已知样品分离非极性物质，一般选用非极性固定液，这时试样中各组分按沸点次序先后流出色谱柱，沸点低的组分先出峰，沸点高的组分后出峰。分离极性物质，选用极性固定液，这时试样中各组分主要按极性顺序分离，极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出色谱柱。分离非极性和极性混合物时，一般选用极性固定液，这时非极性组分先出峰，极性组分（或易被极化的组分）后出峰。对于能形成氢键的试样，如醇、酚、胺和水等的分离。一般选择极性的或是氢键型的固定液，这时试样中各组分按与固定液分子形成氢键的能力大