手细管气相色谱法

1毛细管气相色谱法

26.1概述

毛细管柱气相色谱法是1957年由美国学者Golay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。由于这种柱子的固定液涂在内壁上，中心是空的，故称为开管柱（opentubularcolumn），习惯上称为毛细管柱。3毛细管色谱柱材质（1）不锈钢优点：弹性好、不易破裂、导热性好、和仪器连接方便等。缺点: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。4毛细管色谱柱材质（2）玻璃

优点：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。缺点：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、峰拖尾等。5毛细管色谱柱材质（3）石英

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。6毛细管柱的类型

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涂壁空心柱（WCOT）：固定液直接涂在管内壁；涂载体空心柱（SCOT）：先在管内壁涂上一层很细的多孔物质，然后再涂固定液；7毛细管柱的类型多孔层空心柱（PLOT）：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）；化学键合相毛细管柱：将固定液用化学键合的方法键合到柱的内壁，大大提高热稳定性；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，柱寿命长。8毛细管柱与填充柱性能比较9毛细管色谱柱的特点

自加工困难，需购买成品柱高分辨率（理论塔板数10万以上）省时和高分离效能任选省时－－短柱，高流速高分离－－长柱、膜薄、适当的流量

3种类型WCOT，SCOT，PLOT

适于复杂样品的分析（30个峰以上）10

外购毛细管柱要注明四要素：长度

10、25m（有时50m）内径

0.1mm，0.22mm，0.32mm，0.53mm固定液种类少，CBP-1,5,10,20理论塔板数高(10万以上)膜厚

1.0-5.0μm材质熔融石英、玻璃(惰性、弹性)11毛细管柱使用的固定液牌号固定液极性对应名称最高使用温度CBP1聚甲基硅氧烷非极性OV-1，SE-30320℃CBP55%聚苯基甲基硅氧烷弱极性SE-52，54320℃CBP10氰基硅油中极性OV1701240℃CBP20聚乙二醇强极性PEG-20250℃

12毛细管色谱法特点

分离效能高，柱效好，峰形狭窄、对称；分析速度快；操作条件严格，允许进样量小，对进样技术与检测器要求高；适于分析复杂的有机混合物，如石油化工产品、环境污染物、天然产物等。13145.2进样方法1.大口径毛细管柱直接进样

直接进样指用大口径（0.53mm内径）毛细管柱接在填充柱进样口，像填充柱一样，所有汽化的样品全部进入色谱柱。

151.大口径毛细管柱直接进样a.柱连接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，其柱内载气流速可高达20mL/min左右，但要将填充柱接头换成大口径毛细管柱专用接头。16柱容量

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。可增加柱容量的因素:膜厚(df).

温度.

内径(ID).

固定相的选择性.如果过载，可导致:

峰变宽.

不对称.

拖尾或前伸峰.171.大口径毛细管柱直接进样b.样品的适用范围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；“脏”样品采用普通直接进样，利用衬管来保护色谱柱不被污染。

181.大口径毛细管柱直接进样c.操作参数设置

进样口温度：一般应高于待测组分沸点10-25℃。进样量和进样速度：不超过1µL；进样速度宜慢，以减少倒灌，改善早流出峰的分离度。191.大口径毛细管柱直接进样c.操作参数设置载气流速：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15mL/min

，而这正是大口径毛细管柱的流量上限，故载气流速低于10mL/min（0.53mm内径柱的最佳流量为3.5mL/min）时，应在气路中增加一个限流器，以稳定流速。

202.分流/不分流进样分流(split)进样

允许样品中的代表部分进入到色谱柱中（适于当被测物浓度较高时）。不分流(splitless)进样

样品中绝大部分进入到色谱柱中（类似于直接进样）。21a.仪器分流/不分流进样口原理示意图

样品在玻璃衬管汽化，均匀汽化的样品通过分流点(柱尖端Colomntip).22b.样品的适用性

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，分流比可调范围广。对于一些相对“脏”的样品，更应采用分流进样，可将大部分样品放空，防止色谱柱污染。23注意：

可能会有进样歧视现象。对宽沸程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(<50ppm)的分析24c.操作参数设置温度进样口温度应接近于或等于样品中最重组分的沸点，以保证样品快速汽化，减小初始谱带宽度。未知新样品，可设置为300℃进行试验。25c.操作参数设置载气线流速氦气30-50cm/s；氮气20-40cm/s;氢气40-60cm/s。分流比范围为20:1-200:1，样品浓度大或进样量大时，分流比可相应增大，反之则减小。26c.操作参数设置进样量：不超过2µL，最好小于0.5µL。进样速度：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。27d.分流歧视问题分流歧视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。28d.分流歧视问题引起分流歧视的原因：

样品不均匀汽化即样品中各组分的极性不同，沸点各异，因而汽化速度各不相同；

分流比的大小分流比越大，越有可能造成分流歧视。29d.分流歧视问题如何消除分流歧视？色谱柱的初始温度尽可能高一些，以减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通过色谱柱进行分离。3.冷柱上进样31

岛津冷柱头进样器OCI-G9323.冷柱上进样优点：消除了进样口对样品的歧视效应因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

避免了样品的分解不接触可能有催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333.冷柱上进样缺点：进样体积小大的进样量易造成柱超载

操作复杂对初始柱温、溶剂性质、进样速度等要求严格，且要用特殊的注射器毛细管柱易受污染样品记忆效应较明显冷柱上进样口需另购仪器成本高34

因此，冷柱上进样不如分流/不分流进样使用普遍，主要在分析热不稳定化合物或要求准确度、灵敏度和精密度极高时使用。354.程序升温汽化进样程序升温汽化（PTV）进样

将液体或气体样品注射入处于低温的进样口衬管内，然后按设定程序升高进样口温度。36

消除了注射器针头的样品歧视；抑制了进样口歧视（即分流歧视）；可除去溶剂和低沸点组分，实现样品浓缩；不挥发物可滞留在衬管中，保护色谱柱；有多种操作模式，即分流、不分流模式等；重现性好，接近于冷柱上进样。特点376.3毛细管气相色谱柱的制备及维护1.预处理（P109-111）1）粗糙化a.沉积石墨化炭黑b.沉积氯化钠c.沉积二氧化硅一、毛细管气相色谱柱的制备382）去活（P111-114）（1）石英毛细管柱的水热处理（2）石英毛细管柱的去活

a.硅烷化去活三甲基氯硅烷（TMCS）、六甲基氯硅烷（HMDS）

b.聚硅氧烷高温裂解去活

c.含氢硅油裂解去活

d.全硅烷化去活用硅烷胺、环硅氧烷、含氢的硅烷氧烷进行全硅烷化去活。391）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：乙烯基具有选择性基团，便于分离异构体2.毛细管色谱柱固定相的涂渍402）聚硅氧烷毛细管气相色谱固定相聚二甲基硅氧烷、含（苯基、氰基）的聚硅氧烷、含氟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Frank等把L-缬氨酸-叔丁酰胺接枝到聚硅氧烷上）、环糊精衍生物413）色谱柱的涂渍（P115-116）

静态涂渍法方法要点：把固定液的稀溶液（2-20mg/mL）用真空系统吸入毛细管柱中，一端封口，从另一端抽真空，在低于溶剂沸点10-15℃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。42动态涂渍法方法要点：以惰性气体压力推动固定液溶液通过毛细管柱，在柱内壁上留下一层液膜。固定液浓度一般为10-20%，根据固定液黏度和极性不同，选择二氯甲烷或丙酮作溶剂。434)交联（1）交联的目的：使线形固定相分子成为网状结构，使其稳定性和耐热性更好。（2）交联方法通过高温缩合，使毛细管内壁的两分子Si-OH形成Si-O-Si键；聚硅氧烷上的甲基（或乙烯基）经引发剂而产生碳碳键，形成Si-C-C-Si，此法普遍使用。44（3）交联引发剂过氧化物引发剂—叔丁基过氧化物(TBP)、过氧化苯甲酰(BP)、过氧化异丙苯（DCP）等。DCP使用最多。偶氮化合物引发剂—偶氮叔丁烷(ATB)、偶氮叔辛烷(ATO)、偶氮叔十二烷（ATD），优于过氧化物。臭氧引发剂—由瑞典Buijten在1984年提出。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

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，降低检测器的噪音）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，可老化柱子、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

老化柱子：柱温升到柱子最高使用温度，将高沸点组分气化排除（保持1-2小时，观察基线情况）

溶剂清洗：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：从入口侧一端折断5-20cm（使用专用工具，将折断面折成直角）47高尔夫球场使用的21种农药中，约有18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（FPD），火焰热离子检测器（FTD），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，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49

１．用ECD检测４种农药各组分浓度为100ppb,进样1μl获得的结果。分析条件仪器：岛津GC-14A

色谱柱：CBP1-S25-050(25m×0.3mmφ，0.5μm)

柱温：50℃(3min)→240℃(10℃／min)

进样口温度：240℃检测器温度：300℃

载气：He尾吹气体：N2

进样法：无分流50出峰顺序:

丙草安百菌清(TPN)

可菌丹稻瘟灵51２．FTP分析农药仪器：岛津GC-14A色谱柱：CBP17-M30(30m×0.25m