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1、四、色 谱 柱 色谱分析是一种先分离后检测的分析方法。分离过程是由 色谱柱来完成的。一个特定分离的成败，在很大程度上取决于 色谱柱的选择。因此，色谱柱是气相色谱的心脏。 (一)色谱柱的几种类型 气固填充柱、气液填充柱、毛细管柱以及填充毛细管 柱等。 气-液填充色谱柱 是在柱管中装填着表面涂有一薄层高沸 点有机物液膜的惰性固体作为固定相，高沸点有机化合物是固 定液，而惰性固体是载体。 (二)柱管材料与形状 1柱管材料 选择柱管材料的主要依据之一是柱管壁表面的特性。常用玻 璃柱和不锈钢柱。 2柱管形状 柱的形状并无一定特殊要求，常用形状有U形和螺旋形两种 。实践证明，只要填充的均匀紧密，柱形状对柱
2、效没有显著的影 响。 3柱的内径和长度 填充柱的内径一般为26mm，常用4mm。柱内径细，柱效 高，为了提高柱的装填量，最好采用细颗粒度的载体。柱长从 0.5m一6.0m均可选用，具体柱长一般由分离任务的要求而定。在 可能的情况下，色谱柱短比色谱柱长好这样可以提高分析速度 。 (三)固 定 液 涂于色谱柱(空心柱除外)填充物表层的液膜状物质即 固定液。它在气相色谱分析中对各组分的分离起着决定性 的作用。 1对固定液的要求 用气相色谱分析农药时，柱温一般在150一250左 右，且化合物组分、试样类型、干扰物质等情况较为复杂 ，故对固定液要求为： (1)在操作温度下蒸气压低，热稳定性好，与被分析物
3、质 或载气不产生不可逆反应。由蒸气压和热稳定性的情况决 定固定液的最高使用温度。 (2)在操作温度下呈液态，而且粘度越低越 好。物质在高粘度的固定液中传质速率慢， 因而柱效率降低。这个要求决定了固定液的 最低使用温度。 (3)选择性高，即对两个沸点相同或相近的 不同类型的组分，要有尽可能高的分离能力 。 (4)对样品组分有足够的溶解能力。 2固定液的分类 色谱固定液已约有千种之多，分类方法主要 是根据固定液的分子结构、极性和保留指数，把 固定液按三种方法分类： 按固定液的化学结构和所含官能团； 按固定液相对极性； 按形成氢键能力的强弱。 因按分类，简单、实用，便于根据样品和 固定液的“相似相溶
4、原理“选择固定液故此种分 类法在实际工作中，对农药分析参考价值较大， 现介绍如下： 按固定液的化学结构和所含官能团分类，可把固定 液分为10类。仅重点介绍农药分析中常用的两类。 (1)烃类：包括烷烃、芳烃和其聚合物，是非极性或 弱极性固定液。其中角鲨烷是典型的非极性固定液，通 常把其相对极性定为零，有标准非极性固定液之称。 此外，还有石蜡油、真空脂、聚乙烯等。 (2)硅酮类：该类是目前使用最为广泛的固定液。 其主要优点为： 温度粘度系数小，柱温对柱效影响不大，使用温 度范围宽。 蒸气压低，热稳定性好，固定液流失少。 对大多数有机物都有很好的溶解能力，有通用型固 定液之称。 硅原子上可以引入多种
5、官能团，使其成为具有不同 极性的固定液，大大扩大了应用范围。 3固定液的选择 试样分离得好坏，以及分析水平的高低往往 取决于固定液也即是色谱柱选择恰当与否。 在农药分析中，多用“相似相溶”原理和“以实 验方法”选择固定液。 “相似相溶”原理： “相似相溶”原理是根据被 分离组分与固定液之间有某些相似性，如官能团 、极性、化学性质相似，则组分在固定液上的溶 解度大，分配系数就大，选择性就好；反之，溶 解度小，分配系数小，选择性就差。 （四）担 体 担体是承担固定液的固体材料。担体又 称载体。把固定液涂渍在担体表面上，形成 均匀薄膜，就构成气液色谱柱的填充物。 担体颗拉直径、担体颗粒均匀度、担体
6、表面积的大小均为影响柱效的因素。 担体表面的物理化学性质，担体的物理 结构是影响色谱柱峰形拖尾的主要原因。 1对担体的要求 (1)比表面积大：即指单位重量的担体具有 较大的表面积，一般指每克担体具有若干平方 米表面积。比表面积大，它的柱效就高； (2)表面对溶质无吸附或吸附性很弱； (3)热稳定性好； (4)化学惰性：即与固定液或被分析组分不 起任何化学反应； (5)颗粒大小尽可能均匀； (6)具有足够的机械强度。 2担体种类 色谱担体大致可分为两大类： 目前硅藻土型担体，在气液色谱中 普遍大量使用，农药分析中用非硅藻土型 担体甚少。 硅藻土担体很多，商品有百余 种。国内生产的硅藻土担体有十几
7、种。国 内外常用担体见表45、6。 二甲基二氯硅烷(DMCS) 六甲基二硅 胺(HMDS) 3担体表面的活性 色谱峰的拖尾现象，是色谱分析中经常遇到的问 题。这种现象既影响柱效，又影响保留值的测量与峰 面积的计算，所以解决峰形拖尾问题，一直是色谱分 析中必须研究的重要课题之一。 担体表面的活性是造成色谱峰形成拖尾的主要原 因。理想的担体表面无论对组分或固定液都是完全惰 性的。除了特氟隆担体之外，对经常使用的硅藻土担 体来说，由于表面存在相当数量的硅醚基团(SiO Si)和硅醇基团(SiOH)，存在杂原子基团， 如AlO，FeO等基团，担体偏酸性或偏 碱性，以及晶格不均匀性，因而表面既有催化活性
8、作 用点，又有吸附活性作用点。 (1)形成氢键的活性作用点：无论哪一种硅 藻土担体，其表面都存在硅醇基(硅羟基)，若 被分离的组分为醇、醛、酮、酯等，能造成 峰形的拖尾。 (2)酸性活性作用点：这系指表面上的酸性 氧化物杂质，分离碱性胺类化合物时能引起 峰形拖尾。 (3)碱性活性作用点：这系指表面上碱性氧 化物杂质，能引起酸性化合物、脂肪族和芳 香族羧酸酚类等峰形拖尾。 由于担体表面活性作用点的存在，它与组分 之间发生的不是溶解分配作用，而是吸附作用(不 可逆吸附现象)。它的分配等温线是非线性的，它 的峰形是拖尾的。 担体表面的活性是造成色谱峰拖尾的主要原 因。而表面活性则是由形成氢键的活性作
9、用点、 酸性活性作用点和碱性活性作用点等所引起，故 为了改善峰形，担体需经去活性处理。 4担体表面的去活性处理 吸附活性作用点，不仅存在于担体表面上，还存在于 金属或玻璃色谱柱的管壁以及其它联结管路的管壁上。 消除担体表面活性的方法，大致有以下几种： (1)酸洗法 采用盐酸法、冰醋酸法、硝酸法、硫酸法和磷酸法处 理担体能除去担体表面上大部分A1、Fe、Ca、Mg的杂质 ，从而使表面活性显著下降。 通常酸洗方法系用浓盐破浸渍担体几个小时后，滤去 盐酸，水洗至呈中性，然后用甲醇或乙醇漂洗，烘干，备 用。 酸洗除去铁和铝杂原子，可防止它们引起的催化作 用。这对于分析天然产物如甾类、萜烯类以及亚硝基化
10、合 物很有意义。 (2)碱洗法 一般用5KOH甲醇溶液浸泡，再 用水冲至呈中性，烘干备用。碱洗目的是 除去表面的Al2O3等酸性作用点。 (3)硅烷化法 硅烷化法是改变担体表面硅醇基团的 有效方法。用硅烷化试剂和担体表面的硅 醇基团起反应，可以除去表面的氢键结合 能力，从而可以改进担体的性能。 (五)色谱柱的制备 要制备一根分离效能较高的色谱柱，必须在 担体上涂上一层薄而均匀的液膜，再把涂好的固 定相均匀而紧密地装填到色谱柱管内。因此，固 定液的涂渍和色谱柱的装填是色谱分析重要操作 技术之一。这里主要介绍填充柱。 1色谱柱管的试漏和清洗 由于存放、运输等过程可能使色谱柱管沾污 或损坏，使用前应
11、将色谱柱进行试漏与清洗。 试漏 试漏的操作方法很简单，只要将柱管全部浸 入水中，将其出口堵死，人口通人氮气(N2)在高 于使用的操作压力下，以管壁没有气泡冒出为合 格。 清洗 (1)玻璃柱管 可注入洗液浸泡两次，然后用自来水冲至中性，再 用蒸馏水清洗，烘干后备用。 (2)不锈钢柱管 可用5一10的热碱(NaOH或KOH)水溶液抽洗4 5次，以除去内壁的油污，然后用自来水冲至中性，再 用蒸馏水清洗，烘干后备用。 (3)已经用过的色谱柱 需要重换其固定相时，柱管也应当用相应的溶剂(如 乙醚、乙醇、热碱液)依次洗涤，自来水冲至中性，然后 用蒸馏水清洗，以除去柱管中的担体粉末及粘附在管壁上 的固定液膜
12、，烘干后备用。 2固定液的涂渍技术 几种常用的涂渍方法： (1)“常规”涂渍法： 对配比大于5以上(所谓配比，即固定液与担体 的重量比)的固定液，可用“常规”法涂渍。 其方法是：将一定量的固定液放置在一蒸发皿中 ，加入适量的溶剂，待固定液溶解后，再加入定量的 载体。在一般实验室的条件下，固定液可借助溶剂作 用涂敷在载体表面上。 最后把涂渍上固定液的载体放在红外灯下轻轻搅 拌，烘干并赶走溶剂。一般要求，烘干后的固定相基 本上不应有溶剂气味，这样才可装入色谱柱老化后使 用。 对于配比小于3的固定液，由于固定液含量少，刚 能铺盖其担体表面时，如果涂渍不均匀，老化也不能完全 解决，只能采用下述两种方法
13、涂渍： (2)抽空盘涂法: 在蒸发皿或盘中，称取一定量固定液，加入适量的 溶剂，待其完全溶解后，再加入一定量的载体，将器皿置 于真空干燥器中，接水泵抽空5min，然后取出放在通风 柜中，让溶剂自然蒸发或红外灯下烘干，不要搅拌也不要 过筛。 (3)抽空蒸发法： 将一定量的固定液置于圆底烧瓶中，加入适量溶剂， 待完全溶解后加入一定量的担体。用旋转蒸发仪使溶剂蒸 发至干，然后装柱使用。 3色谱柱的填充 固定相填充的好坏，直接影响柱效能。通常采用 泵抽填充法，即把色谱柱的尾端(注意，即接检测器 的那一端)塞上玻璃棉，再接真空泵，色谱柱的前端( 即接气化室的那一端)接上一个漏斗。 在真空泵的抽吸下，不间
14、断地从漏斗中倒入要装 的固定相，并不断轻轻敲打色谱柱管，直至固定相不 再进入柱管为止。 4色谱柱的老化 装填好的色谱柱要进行老化处理后，才能接至 检测器使用。 老化的目的： 为了彻底除去固定相中残余溶剂和某些挥发 性杂质，确保检测器不受污染，使之有较低的本 底电流。 进一步促使固定液均匀地、牢固地分布在载 体表面上，可以提高柱效能。 老化的方法 把色谱柱接入载气气路系统(为安全起见 ，一股采用氮气作为载气，不可使用氢气) ，色谱柱的一端接在气化室上；另一端放 空(不要接在检测器上，以免沾污)，用与操 作时相近的载气流速，略高于操作温度10 一20(仅要低于固定液的最高使用温度)的 条件下，通气48h甚至24h。基本老化好 后，再接上检测器检查。当记录仪基线平 直以后，老化过程才算结束。 五、定性定量分析 5.1 气谱操作条件的选择 （1）色谱柱 色谱柱的选择是整个分析工作中的中心工作。应针对 试样的性质与要求选择柱长、柱材料、担体、固定液及吸附剂 等，其中以固定液的选择为主。 （2）柱温的选择 大多数色谱柱是在等温条件下操作的, 柱
