毛细管气相色谱法PPT学习教案.pptx

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1、会计学1毛细管气相色谱法毛细管气相色谱法第一页，共32页。一、概述一、概述(i(i sh)sh)（一）发展历史（一）发展历史19571957年高雷年高雷(Golay)(Golay)发表发表“涂壁毛细涂壁毛细管气液分配色谱理论和实践管气液分配色谱理论和实践”论文，论文，首先提出毛细管速率方程，并第一首先提出毛细管速率方程，并第一次实现了毛细管气相色谱分离。次实现了毛细管气相色谱分离。19581958年戈雷在阿姆斯特丹的国际气相年戈雷在阿姆斯特丹的国际气相色谱会议上发表了著名的高雷方程，色谱会议上发表了著名的高雷方程，阐述了各种参数阐述了各种参数(cnsh)(cnsh)对柱性能对柱性能的影响。的影

2、响。19791979年弹性石英毛细管开始应用年弹性石英毛细管开始应用,将将毛细管气相色谱推上高潮。毛细管气相色谱推上高潮。第1页/共32页第二页，共32页。n n八十年代将固定液固定化。它大大八十年代将固定液固定化。它大大提高了色谱柱的稳定性提高了色谱柱的稳定性,延长了柱延长了柱寿命寿命,并使液膜进一步增厚并使液膜进一步增厚,提高提高了色谱性能了色谱性能(如可在高温下使用如可在高温下使用)。n n1983 年年 惠普公司推出惠普公司推出 大孔径毛细大孔径毛细管柱，可直接管柱，可直接(zhji)代替填充柱代替填充柱n n20世纪世纪90年代年代 Alltech 公司推出公司推出“集束毛细管柱集束

3、毛细管柱”，919只内径为只内径为40um的毛细管柱的毛细管柱n n20世纪世纪90年代后期耐高温色谱柱、年代后期耐高温色谱柱、手性色谱柱手性色谱柱第2页/共32页第三页，共32页。（二）毛细管气相色谱柱的类型（二）毛细管气相色谱柱的类型（二）毛细管气相色谱柱的类型（二）毛细管气相色谱柱的类型(lixng)(lixng)高雷：开管柱（open tubular column）习惯(xgun)称毛细管柱（Capillary column）第3页/共32页第四页，共32页。第4页/共32页第五页，共32页。1.1.填充填充(tinchng)(tinchng)型毛细管柱型毛细管柱（1 1）填充）填充(

4、tinchng)(tinchng)毛细管柱：毛细管柱：近近年很少使用。年很少使用。(2)(2)微填充微填充(tinchng)(tinchng)柱：柱：目前应用目前应用不多。不多。PackedCapillary第5页/共32页第六页，共32页。2.开管型毛细管柱开管型毛细管柱第6页/共32页第七页，共32页。a.a.a.a.壁涂毛细管柱：简称壁涂毛细管柱：简称壁涂毛细管柱：简称壁涂毛细管柱：简称(jinchng)WCOT(jinchng)WCOT(jinchng)WCOT(jinchng)WCOT柱。目前多数为该种柱。目前多数为该种柱。目前多数为该种柱。目前多数为该种类型。类型。类型。类型。b.

5、b.b.b.多孔层毛细管柱多孔层毛细管柱多孔层毛细管柱多孔层毛细管柱(Porous-Layer Open Tubular Column)(Porous-Layer Open Tubular Column)(Porous-Layer Open Tubular Column)(Porous-Layer Open Tubular Column)简简简简称称称称(jinchng)PLOT(jinchng)PLOT(jinchng)PLOT(jinchng)PLOT柱，这一类使用最多的是柱，这一类使用最多的是柱，这一类使用最多的是柱，这一类使用最多的是“载体涂层毛载体涂层毛载体涂层毛载体涂层毛细管柱细管

6、柱细管柱细管柱”(Support Coated Open Tubular Column)”(Support Coated Open Tubular Column)”(Support Coated Open Tubular Column)”(Support Coated Open Tubular Column)简称简称简称简称(jinchng)SCOT(jinchng)SCOT(jinchng)SCOT(jinchng)SCOT柱。柱。柱。柱。（1 1）常规毛细管柱）常规毛细管柱）常规毛细管柱）常规毛细管柱 ：内径：内径：内径：内径(ni jn(ni jn)为为为为0.10.10.3mm0.3m

7、m，一般为，一般为，一般为，一般为0.25mm0.25mm左右左右左右左右PorousLayerOpenTubular WallCoatedOpenTubular第7页/共32页第八页，共32页。（2）小内径毛细管柱）小内径毛细管柱(Microbore Column)：内径是小于：内径是小于100m的弹性的弹性石英毛细管柱，多用来进行快速分石英毛细管柱，多用来进行快速分析。析。(3)大内径毛细管柱大内径毛细管柱(Megaobore Column)：内径为：内径为320m和和530m，为了用这种色谱柱代替为了用这种色谱柱代替(dit)填充填充柱，常做成厚液膜柱，如液膜厚度柱，常做成厚液膜柱，如液

8、膜厚度为为58m。（4）集束毛细管柱（）集束毛细管柱（multicapillary column）：容量高，分析速度快，）：容量高，分析速度快，适用于工业分析。适用于工业分析。第8页/共32页第九页，共32页。（四）毛细管色谱（四）毛细管色谱（四）毛细管色谱（四）毛细管色谱(s p(s p)柱的特点柱的特点柱的特点柱的特点渗渗透透性性好好：一一般般(ybn)毛毛细细管管的的比比渗渗透透率率约约为为填填充充柱柱的的100倍倍,在在同同样样的的柱柱前前压压下下,可可使使用用更更长长的的毛毛细细管管柱柱(如如100米米以以上上),而而载载气气的的线线速速可可保保持持不不变变。这这就就是是毛毛细细管管

9、柱柱高高柱柱效效的的主要原因。主要原因。相相比比（）大大：相相比比大大，传传质质快快，有有利利于于提提高高(tgo)柱柱效效；k值值小小实实现现有有利利于于快快速速分分析析。毛毛细细管管柱柱的的液液膜膜厚厚度度小小,柱柱效效高高，加加上上柱柱渗渗透透性性大大，可可采采用用较高线流速缩短分析时间。较高线流速缩短分析时间。第9页/共32页第十页，共32页。总柱效高从单位柱长的柱效看,毛细管柱和填充柱处于同一数量级,但毛细管柱的长度比填充柱可长12个数量级,因此其总柱效远高于填充柱，这样就大大提高分离复杂混合物的能力(nngl)。总之，毛细管柱渗透性大,可采用长柱子和高载气流速缩分析技术，使其保持高

10、柱效和快速分离。柱容量小柱容量小毛毛细细管管柱柱允允许许的的进进样样量量小小。这这样样对对进进样样和和检检测测技技术术要要求求更更高高。进进样样量量取取决决于于柱柱内内固固定定(gdng)液液含含量量，由由于于毛毛细细管管柱柱涂涂渍渍的的固固定定(gdng)液液仅仅几几十十mg，液液膜膜厚厚度度为为0.351.5 m，柱柱容容量量小小，一一般般进进样样量量为为103105 L，故需要采用分流进样技术。故需要采用分流进样技术。第10页/共32页第十一页，共32页。二、毛细管气相色谱与填充二、毛细管气相色谱与填充(tinchng)柱的比较柱的比较（一）比渗透率（一）比渗透率（B0)L：柱长：柱长：

11、柱温下载气的粘度；：柱温下载气的粘度；U：平均载气线流速；平均载气线流速；P：柱出口和：柱出口和进口压力降进口压力降j：压力校正：压力校正(jiozhng)因子因子填充柱：填充柱：B0dp2/1012毛细管柱：毛细管柱：B0r2/8B0=(L u)/(pj)第11页/共32页第十二页，共32页。n n2.4m2.4m填充柱的柱压降是填充柱的柱压降是填充柱的柱压降是填充柱的柱压降是2.5106 Pa 2.5106 Pa，在同样的柱压降下，在同样的柱压降下，在同样的柱压降下，在同样的柱压降下(jin(jin xi)xi)，可使用，可使用，可使用，可使用0.27mm0.27mm内径内径内径内径WCO

12、TWCOT柱柱柱柱192m 192m，0.5mm0.5mm内径内径内径内径SCOTSCOT柱柱柱柱250m250m。色谱柱类型色谱柱类型柱内径柱内径/mm/mm B Bo o/10/10-7-7cmcm2 2填充柱填充柱2.22.22 2 3 3壁涂毛细管柱壁涂毛细管柱（WCOTWCOT）0.250.250.270.270.500.50200200230230780780载体涂层毛细载体涂层毛细管柱（管柱（SCOTSCOT）0.500.50250250 350350第12页/共32页第十三页，共32页。（二）（二）（二）（二）.填充填充填充填充(tinchng)(tinchng)柱和毛细管柱性

13、能的柱和毛细管柱性能的柱和毛细管柱性能的柱和毛细管柱性能的比较比较比较比较 色谱参数色谱参数填充柱填充柱WCOTSCOT柱长度，柱长度，m15101001050渗透性渗透性10-7，cm110508002001000柱内径，柱内径，mm240.10.80.50.8液膜厚度，液膜厚度，m100.110.82相比相比4200100150050300每个峰的容量，每个峰的容量，ng1010610050300柱效，柱效，N/m5001000100040006001200最小板高，最小板高，mm0.520.120.22分离能力分离能力低低高高中等中等相对压力相对压力高高低低低低最佳线速，最佳线速，cm/

14、s5201010020160第13页/共32页第十四页，共32页。毛细管柱与填充柱分离一些硝基化合物的比较毛细管柱与填充柱分离一些硝基化合物的比较(bjio)（a）填充柱）填充柱1.5m，涂，涂QF-1，恒温；，恒温；（b）毛细管柱，）毛细管柱，21m，涂，涂OV-101 第14页/共32页第十五页，共32页。（三）毛细管气相色谱仪与填充（三）毛细管气相色谱仪与填充（三）毛细管气相色谱仪与填充（三）毛细管气相色谱仪与填充(tinchng)(tinchng)柱气相色谱柱气相色谱柱气相色谱柱气相色谱仪比较仪比较仪比较仪比较第15页/共32页第十六页，共32页。分分流流进进样样作作用用(zuyng)

15、：毛毛细细管管柱柱的的载载气气体体积积流流量量比比填填充充柱柱低低得得多多，将将样样品品从从气气化化室室冲冲洗洗到到色色谱谱柱柱需需要要较较长长的的时时间间，导导致致进进样样器器内内色色谱谱区区带带严严重重扩扩张张。此此外外，柱柱容容量量小小，采采用用常常规规的的进进样样方方式式，无无法法控控制制这这样样小小的的进样量。进样量。尾尾吹吹气气路路作作用用：由由于于毛毛细细管管柱柱的的载载气气体体积积流流量量很很小小，进进入入检检测测器器后后发发生生突突然然减减速速(jin(jin s)s)，引引起起色色谱谱峰峰扩扩张张。为为了了减减少少谱谱带带扩扩展展，同同时时也也是是调调节节氢氢火火焰焰检检测

16、测器器灵灵敏敏度度，使使氢氢氮氮比比达达到到1 1左左右右，必必须须在在色色谱谱柱柱出出口增加辅助尾吹气。口增加辅助尾吹气。第16页/共32页第十七页，共32页。1.1.气源和流量气源和流量(liling)(liling)控制系控制系统统 压力压力-流量调节系统：对高压气体减压，稳定流量和压力，使流量调节系统：对高压气体减压，稳定流量和压力，使色谱系统具有优异精度和重现色谱系统具有优异精度和重现(zhn xin)(zhn xin)性。现代高档气相色性。现代高档气相色谱仪均采用高精度的电子压力控制（谱仪均采用高精度的电子压力控制（Electromic pneumatic Electromic p

17、neumatic control,EPCcontrol,EPC）或电子流量控制（）或电子流量控制（EFCEFC）技术，使得系统的稳定）技术，使得系统的稳定性和重现性和重现(zhn xin)(zhn xin)性达到新的高度。性达到新的高度。电子压力控制（电子压力控制（EPCEPC）：采用电子压力传感器和电子流量控制）：采用电子压力传感器和电子流量控制器，通过计算机来实现压力和流量的自动控制。器，通过计算机来实现压力和流量的自动控制。第17页/共32页第十八页，共32页。载气控制方式(fngsh)的选择填充柱分析填充柱分析(fnx)(fnx)采用恒流方式采用恒流方式毛细柱分析毛细柱分析(fnx)(

18、fnx)采用恒压方式，恒线速度方式采用恒压方式，恒线速度方式6kg/cm2SPL/SplitlessINJ1INJ2毛细柱毛细柱填充柱填充柱1填充柱填充柱2返回(fnhu)第18页/共32页第十九页，共32页。电子电子(dinz)压力控制系统示意压力控制系统示意图图第19页/共32页第二十页，共32页。2.进样系统进样系统(xtng)一般采用分流一般采用分流/不分不分流进样器流进样器n n进样技术进样技术：“Achilles heel”。n n毛细管柱的柱容量毛细管柱的柱容量(rngling)很小，很小，要使柱子不超载，进入柱中的样品要使柱子不超载，进入柱中的样品量不应超过量不应超过0.01-

19、0.001 L。第20页/共32页第二十一页，共32页。填充填充(tinchng)柱的进样系统柱的进样系统第21页/共32页第二十二页，共32页。毛细管分流毛细管分流(fn li)/不不分流分流(fn li)进样系统进样系统第22页/共32页第二十三页，共32页。第23页/共32页第二十四页，共32页。分流分流(fn li)(fn li)进样进样 使样品瞬间气化使样品瞬间气化并与载气混合并与载气混合(hnh)，使小，使小部分样品进入色部分样品进入色谱柱，大部分放谱柱，大部分放空。一般仪器是空。一般仪器是在气化室的出口在气化室的出口将载气分成两路将载气分成两路,绝大部分载气绝大部分载气放空放空,

20、而极小部而极小部分载气流入色谱分载气流入色谱柱。柱。第24页/共32页第二十五页，共32页。当当进进样样时时把把分分流流阀阀关关闭闭，但但注注射射隔隔膜膜吹吹洗洗气气（2mL/min)2mL/min)一一 直直保保持持，经经过过一一段段时时间间（3090s3090s），大大部部分分溶溶剂剂和和溶溶质质(rngzh)(rngzh)蒸蒸 气气 进进 入入色色谱谱柱柱，电电磁磁阀阀打打开开。气气化化室室中中剩剩余余的的溶溶剂剂和和 溶溶 质质(rngzh)(rngzh)通通过分流阀吹走。过分流阀吹走。不不分分流流(fn(fn li)li)进样进样优点优点(yudin)：大部分样品入：大部分样品入柱，

21、避免分离歧视，尽可能消除柱，避免分离歧视，尽可能消除溶剂脱尾。溶剂脱尾。第25页/共32页第二十六页，共32页。第26页/共32页第二十七页，共32页。3.色谱柱系统4.检测(jin c)系统5.记录系统：响应速度要快。响应快的记录仪,如时间常数 50 ms。要要求求采采用用高高灵灵敏敏度度的的检检测测器器,如如FIDFID、小小池池体体积积(tj)(tj)的的TCD(HPTCD(HP单单丝丝微微型型TCDTCD的的检检测测池池仅仅有有3.5l)3.5l)等等；在在使使用用毛毛细细管柱时必须用补充气。管柱时必须用补充气。第27页/共32页第二十八页，共32页。三、毛细管色谱三、毛细管色谱(s

22、p)柱性能评柱性能评价价（一）、评价色谱柱的指标和测试物评定三项重要指标：柱效、表面惰性和热稳定性。一般评价色谱柱的方法是在一定的色谱条件下分离一组测试混合物考核色谱柱的各种性能。测试混合物包含：烷烃、芳烃、醇、二元醇、醛、酮、酚、胺、酯和游离酸，普遍实用的是所谓(suwi)Grob试剂第28页/共32页第二十九页，共32页。Grob试剂的组成试剂的组成(z chn)和浓和浓度度组组成成浓度浓度/mgmL-1组组成成浓度浓度/mgmL-1十二酸甲酯十二酸甲酯41.3壬醛壬醛40十一酸甲酯十一酸甲酯41.82.3-丁二醇丁二醇53癸酸甲酯癸酸甲酯42.32,6-二甲基苯二甲基苯胺胺32癸烷癸烷2

23、8.32,6-二甲基苯二甲基苯酚酚32十一烷十一烷28.7二环己胺二环己胺31.31-辛醇辛醇35.52-乙基己酸乙基己酸38第29页/共32页第三十页，共32页。图图 用用Grob 试剂测试试剂测试SE-52柱（柱（5苯基苯基95聚二甲基硅聚二甲基硅氧烷）的色谱氧烷）的色谱(s p)图图Diol2,3-丁二醇；丁二醇；C10正癸烷；正癸烷；C8-OH正辛醇；正辛醇；C11正正11烷；烷；C9-OH正壬醇；正壬醇；DMP2,6-二甲基苯酚；二甲基苯酚；DMA2,6-二甲基苯胺；二甲基苯胺；E10癸酸甲酯；癸酸甲酯；E11十一酸甲十一酸甲酯；酯；E12十二酸甲酯十二酸甲酯第30页/共32页第三十一页，共32页。（二（二)评价评价(pngji)色谱柱的柱色谱柱的柱效效1.柱分离能力的测量每米柱长理论塔板=5.54(tR/Wh)2/L2、涂渍效率：CE=(hmin/h)100%式中 CE 涂渍效率；hmin最小理论塔板高度(god)；h 实际测定的理论塔高度(god)。第31页/共32页第三十二页，共32页。