色谱基本原理

Group/PresentationTitleAgilentRestrictedDec10,2011色谱基本原理

Dec13，2011HuizhouChenHongboGroup/PresentationTitleAgilentRestrictedMonth##,200X与我联系

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陈洪波AgilentTechnoligiesChemicalAnalysisGroupCustomerEngineer13602844215800-8203278Fax(020)86695861Hong-bo_chen@自我介绍Group/PresentationTitleAgilentRestricted色谱基本原理色谱法的提出：俄国的科学家Tswett（茨维特）于1903年在波兰华沙大学研究植物叶子的组成时，用碳酸钙做吸附剂，分离植物干燥叶子的石油醚萃取物，石油醚萃取物能在碳酸钙上形成三种颜色的6个色带，当时茨维特把这种色带叫作色谱。并于1906年发表在德国植物学杂志上提到了此名称，英译名为：Chromatography。但是色谱技术直到1952年才由James和Martin发表了从理论到实践比较完整的气液色谱方法，并获得了当年的诺贝尔化学奖。Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestrictedDec10,2011色谱基本原理

色谱法的优点：1、分离效率高，毛细管气相色谱柱30m-50m的理论塔板数可以达到7万-12万，毛细管电泳柱一般可以达到几十万的理论塔板数。2、应用范围广，几乎所有的化合物都可以分离和测定3、分析速度快，一般是几分钟或几十分钟就可以完成4、样品用量少，极少的样品就可以完成一次测试5、灵敏度高，FID可达10-12gC/sGroup/PresentationTitleAgilentRestricted气相色谱的分类：1、色谱过程中两相的物理状态分类（1）气液色谱法（2）气固色谱法2、色谱分离过程的作用原理分类（1）分配色谱法——气液色谱法（2）吸附色谱法——气固色谱法3、色谱柱的类型分类（1）填充柱气相色谱法（2）毛细管柱气相色谱法气相色谱基本原理

Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted填充柱----气固色谱：利用不同物质在固体吸附剂上的物理吸附-解吸能力不同实现物质的分离。气相色谱基本原理

玻璃填充柱不锈钢填充柱Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted气相色谱基本原理

吸附色谱

气-固色谱固定相为吸附剂，有以下特点：

1)较大的比表面——大于200M2/克传统固定相•活性炭(ActivatedCarbon)——非极性，分析永久性气体2)较好的选择性

•氧化铝(Alumina)——中等极性，分析气体混合物3)良好的稳定性

•硅胶(SilicaGel)——氢键型，分析小分子烷烃4)使用方便

•分子筛(MolecularSieves)——强极性，永久性气体

新型气固色谱固定相•石墨化炭黑(Cabopack系列，GCB系列)：加热使炭黑成片状石墨化结构，选择性提高，色谱峰形改善。

•碳分子筛(TDX系列等)：是高分子产品，对-CH2-保留强。

•多孔硅胶(Porasil系列等)：分离性能提高。

•高分子多孔小球(Porapak,Chropmosorb等):既是吸附剂又是载体，效果好。Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted填充柱----气液色谱：利用待测物在气体流动相和（固定在惰性固体表面的）液体固定相之间的分配差异实现分离。气相色谱基本原理

Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted填充柱----气液色谱：气相色谱基本原理

气液色谱载体（亦称担体）•分为硅藻土和非硅藻土两大类，基本要求为：1)表面积大，孔径均匀：承载更多固定液，并使液膜薄而均匀。2)惰性好：能附着固定液且不和样品反应。3)热稳定性和机械强度好：保证柱效4)粒度均匀：便于填充硅藻土:由具有一定气孔的单细胞海藻残骸堆积而成，因此硅藻土保持了海藻的多孔结构Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted填充柱----气液色谱：气相色谱基本原理

气液色谱固定相（液）•为高分子有机化合物，在操作温度下必须呈液态，基本要求为：1)对组分有良好的选择性

：使样品中各组分能彼此分离

2)蒸气压低

：减少色谱柱固定液的流失

3)热稳定性和润湿性好好：保证柱效4)化学惰性好

：不与组分、载体、载气发生不可逆的化学反应

5)凝固点低，粘度适当，成分稳定

：由于填充柱柱效较低，其固定相种类比毛细管固定相种类更多常见固定液举例极性分离对象烃类角鲨烷最弱分离非极性化合物硅氧烷类甲基聚硅氧烷氟基聚硅氧烷氰基聚硅氧烷弱强不同极性化合物醇类聚乙二醇强强极性化合物Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted

1）不锈钢

•优缺点：弹性好、不易破裂、导热性好，和仪器连接方便等。但有一定催化性、吸附性，不透明、不易涂渍固定液等。后来少用。（2）

玻璃

•优缺点：1960年，发明了玻璃毛细管拉制机、玻璃成为理想的色谱柱材质。具有非催化性表面、透明、易加工价廉

。

但易碎，而且，玻璃表面的羟基有较强的活性，造成组分吸附、峰拖尾等。（3）石英•优缺点：1979年，出现了石英毛细管柱，它具有化学惰性好、热稳定性好和机械强度高、

有弹性等，已得到广泛的应用。大小：内径0.1～0.5mm；长度：几十至几百米。

分类：按柱内固定液涂渍方法不同1)涂壁空心柱：固定液直接涂在管内壁；2)涂载体空心柱：先在管内壁涂上一层很细的多孔物质，然后，再涂固定液；3)多孔层空心柱：在管内壁涂上一层多孔性吸附剂微粒，不再涂固定液（气－固色谱）；4)化学键合相毛细管柱：蒋固定液用化学键合的方法键合到柱的内壁。大大提高热稳定性；5)交联毛细管柱：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，液膜稳定，柱效高柱寿长。气相色谱基本原理

毛细管色谱柱：Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted壁涂开管柱WCOT:WallCoatedOpenTubular多孔层开管柱PLOT:PorousLayerOpenTubularWCOT壁涂开管柱固体多孔层熔融石英PLOT多孔层开管柱气相色谱基本原理

毛细管色谱柱：Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted利用不同物质在固体吸附剂上的物理吸附-解吸能力不同实现物质的分离气-固色谱常用的毛细管色谱柱——PLOT色谱柱。POLT柱为在熔融的毛细管柱中涂渍一层吸附剂颗粒的开管柱

使用粘合剂或相似的方法将该微粒粘附在毛细管内壁POLT柱与WCOT柱比较：柱容量大，灵敏度高，初始柱温提高等特点

气相色谱基本原理

毛细管色谱柱：气-固色谱（吸附色谱）Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted•常用的POLT柱：分子筛PLOT柱HP-PLOTMolesieve用于分析永久气体或惰性气体，三氧化二铝PLOT柱KCl，Na2SO4适用于烃类C11以下式样的分析，C1-C6异构体的分离，不适合极性物质的分离（醇、硫化物和酮等），水和二氧化碳对色谱柱有影响，最高使用温度小于200C苯乙烯二乙烯基苯的PLOT柱HPPLOT-Q适用于烃类（小于C14）及含氧、硫极性化合物，C1-C3异构体分析苯乙烯/乙二醇二甲基丙酸烯的PLOT柱：HPPLOT-U极性大于HPPLOT-Q，GSGasPro：环糊精PLOT柱，适用于烃类（小于C12）、含硫极性化合物，CO、CO2、氢化物、卤代烃，高灵敏度，稳定，不受水的影响，最高使用温度为260/300C。气相色谱基本原理

毛细管色谱柱：气-固色谱（吸附色谱）Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted它是利用待测物在气体流动相和（涂布或键合在惰性固体表面的）液体固定相之间的分配差异实现分离。气相色谱基本原理

毛细管色谱柱：气-液色谱（分配色谱）Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted气相色谱基本原理

毛细管色谱柱：气-液色谱（分配色谱）Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestrictedDec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted安捷伦科技毛细管柱发展历史1979年，惠普公司（现为安捷伦）采用弹性的、化学惰性的熔融石英GC柱管，使GC分析发生了革命性的变化。在同一年，J&WScientific推出了第一个交联键合固定相。1991年，J&WScientific推出了DB-5ms色谱柱，这是第一个采用亚芳基技术的商品化低流失GC固定相。1992年，安捷伦推出了具有低流失性能的HP-5ms色谱柱。气相色谱基本原理

Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted气相色谱基本原理

Dec10,2011安捷伦科技毛细管柱发展历史2000年，安捷伦与J&WScientific将世界上享有盛誉的HP和DB品牌色谱柱合并成一个品牌，即安捷伦J&WGC柱。2008年，安捷伦开辟了色谱柱新纪元：采用行业最严格的测试混合物对色谱柱进行惰性QC测试。安捷伦的J&WGC毛细管柱在加州的Folsom制造。每根色谱柱都经过单独测试，以满足行业最严格的质量控制指标。我们的目标是不断精选原料和改进制作工艺，为您提供世界一流的色谱柱。所以每根柱子都具有高品质和最佳性能。Group/PresentationTitleAgilentRestricted色谱基本原理

“相似相溶”原则1、非极性试样一般选用非极性固定液。非极性固定液对样品的保留作用，主要靠色散力。分离时，试样中各组分基本上按沸点从低到高的顺序流出色谱柱；若样品中含有同沸点的烃类和非烃类化合物，则极性化合物先流出。2、中等极性的试样应首先选用中等极性固定液。在这种情况下，组分与固定液分子之间的作用力主要为诱导力和色散力。分离时组分基本上按沸点从低到高的顺序流出色谱柱，但对于同沸点的极性和非极性物，由于此时诱导力起主要作用，使极性化合物与固定液的作用力加强，所以非极性组分先流出。3、强极性的试样应选用强极性固定液。此时，组分与固定液分子之间的作用主要靠偶极力，组分一般按极性从小到大的顺序流出；对含有极性和非极性的样品，非极性组分先流出。Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestricted

色谱基本原理

Dec10,20114、具有酸性或碱性的极性试样，可选用带有酸性或碱性基团的高分子多孔微球。组分一般按相对分子质量大小顺序分离。此外，还可选用极性强的固定液，并加入少量的酸性或碱性添加剂，以减小谱峰的拖尾。5、能形成氢键的试样，应选用氢键型固定液。如腈醚和多元醇固定液等。各组分将按形成氢键的能力大小顺序分离。6、对于复杂组分，可选用两种或两种以上的混合液。配合使用，增加分离效果Group/PresentationTitleAgilentRestrictedMonth##,200XGroup/PresentationTitleAgilentRestricted

Dec10,2011气相色谱基本原理

被分离物色谱柱固定相选择作用力

非极性（烃）非极性

色散力以沸点小先出峰,同系物碳数小先出峰中等极性中等极性色散力+诱导力沸点小先出峰,同沸点化合物按极性小先出峰强极性强极性偶极力极性小先出峰极性与非极性混合物能形成氢键的试样（醇、酚、胺）氢键型或极性氢键力形成氢键能力小先出峰复杂难分离物混合固定液或其它技术

Group/PresentationTitleAgilentRestricted速率理论-影响柱效的因素1.速率方程（也称范.德姆特方程式）

H

=A+B/u+C·u

H：理论塔板高度，

u：载气的线速度(cm/s)色谱基本原理

Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestrictedA─涡流扩散项

A

=2λdp

dp：固定相的平均颗粒直径λ：固定相的填充不均匀因子

固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓，H↓，柱效n↑。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。Dec10,2011Group/PresentationTitleAgilentRestrictedB/u—分子扩散项

B

=2νDg

ν

：弯曲因子，填充柱色谱，ν<1。

Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1）

(1)存在着浓度差，产生纵向扩散;(2)扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差;(3)分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑;(4)扩散系数：Dg

∝(M载气)-1/2；M载气↑，B值↓。Dec10,2011Group/Presentation