气相色谱柱相关技术总体介绍

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1、 气相色谱柱相关技术总体介绍 1 主要内容 一 色谱概述 2 发展了一个世纪的分离方法 色谱法色谱分离形象化的理解色谱的过去 现在和未来色谱法的特点色谱的分类介绍 色谱概述 3 俄国植物学家茨维特Tswett 茨维特 于1903年在波兰华沙大学研究植物叶子的组成时 用碳酸钙作吸附剂 分离植物干燥叶子的石油醚萃取物 把干燥的碳酸钙粉末装到一根细长的玻璃管中 然后把植物叶子的石油醚萃取液 倒到管中的碳酸钙上 萃取液中的色素就吸附在管内上部的碳酸钙里 再用纯净的石油醚洗脱被吸附的色素 于是在管内的碳酸钙上形成三种颜色的六个色带 发展了一个世纪的分离方法 4 茨维特的实验装置 5 叶绿素A 叶绿素B

2、胡萝卜素 色谱一词的问世及定义 当时茨维特把这种色带叫作 色谱 在这一方法中把玻璃管叫作 色谱柱 碳酸钙叫作 固定相 纯净的石油醚叫作 流动相 把茨维特开创的方法叫液固色谱法 色谱学或色谱法 Chromatography 也称之为色层法或层析法 是一种物理化学分析方法 它利用混合物中各物质在两相间分配 或吸附 系数的差别 当两相做相对移动时 各物质在两相间进行多次分配 从而使各组分得到分离 这种方法叫色谱法 可完成这种分离的仪器叫色谱仪 Chromatograph 6 色谱分离形象化的理解 7 对色谱的进一步理解 保留机制 8 载气流 固定相 固定相 每一个化合物以其分子进出固定的快慢速度来决

3、定其流出色谱柱的速度 迁移 移动快速的化合物 迁移缓慢的化合物 分离过程及检测谱图效果 9 B样品以不同的速度迁移 C第1个洗脱物通过检测器 D第2个洗脱物通过检测器 等等 A样品聚焦 进样口 载气流 载气流 载气流 载气流 检测器 信号 检测器信号 时间 检测器 时间 检测器 时间 毛细管柱 气相色谱系统 10 气相色谱仪组成方框图 色谱柱 流量控制器 稳压器 空气 氢气 载气 脱水管 进样口 检测器 电子部件 PC 限流器 色谱的过去 现在和未来 50多年来已基本成熟 但有潜力可挖 目前的零备件 附件和耗材的销售额已超过仪器 过去 50 70年代 从无到有 在技术上不断有突破 现在 80年

4、代 至今 应用新技术 新材料 新工艺 新器件等 对现有GC仪器和外围设备完善 改进 提高性能和增加功能 大大的扩大应用范围 如 光纤 计算机 网络 EPC推广与应用等 11 色谱的过去 现在和未来 未来 如何进一步提高仪器性能 价格比和仪器的使用效率及超值服务等 单从仪器发展角度讲未来应注意一下几方面 在技术性能上 高选择性 高灵敏度 高精度 高可靠性 高环保性 高稳定性 高便捷性和长寿命 硬件 仪器或功能部件 光机电一体化 微型化 数字化 自动化 模块化 集成化 规模化 标准化 通用化 多功能化 成套化 智能化 网络化 功能上 专用化 分析对象的典型化 并不追求高精度 更主要是重现性 12

5、色谱法的特点 色谱法是以其高超的分离能力为特点 它的分离效率远远高于其他分离技术如蒸馏 萃取 离心等方法 1 分离效率高2 应用范围广3 分析速度快4 样品用量少5 灵敏度高6 分离和测定一次完成7 易于自动化和联用 13 色谱的分类介绍 按流动相和固定相的状态分类 气相色谱液相色谱平面色谱 薄层和纸色谱 体积排阻色谱超临界流体色谱 14 发展了一个世纪的分离方法 色谱法色谱分离形象化的理解色谱的过去 现在和未来色谱法的特点色谱的分类介绍 色谱概述 15 1气相色谱 气相色谱 又可分为气 固色谱和气 液色谱 前者是以气体做流动相 以固体做固定相的色谱 后者是以气体为流动相 以液体为固定相的色谱

6、 16 2液相色谱 液相色谱 又可分为液 固色谱和液 液色谱 前者是以液体做流动相 以固体做固定相的色谱 后者是以一种液体做流动相 以另一种液体做固定相的色谱 在液相色谱中如把固定相装在一个管子里 色谱柱 液体流动相流过色谱柱中的固定相 这种形式的色谱叫柱色谱 17 3纸色谱和薄层色谱 如果是用滤纸或是涂在玻璃板 或铝箔或塑料膜 上的硅胶 或三氧化二铝等 做固定相 就叫纸色谱和薄层色谱 总称平面色谱 平面色谱是滤纸或或硅胶层的毛细管作用把流动相 溶剂 从一端吸上来 使混合物得到分离 18 4体积排阻色谱 是以一定尺寸的多孔固体做固定相 以液体做流动相 按分子尺寸大小进行分离的方法 多用于高聚物

7、分子量分布的测定 19 5超临界流体色谱 以超临界流体做流动相 以固体或液体做流动相的色谱 所谓超临界状态流体是指温度和压力都在超临界温度和超临界压力之上的一种既不是气体也不是液体的超临界状态流体 这种流体因其密度的不同具有不同的溶解各种物质的能力 因而它更类似于液相色谱 20 主要内容 色谱概述 一 二 色谱柱概述 三 四 气相毛细管色谱柱 五 色谱柱应用及常见问题 六 气相毛细管色谱柱 气相色谱系统概述 21 发明气相色谱的诺贝尔奖获得者 22 Martin马丁上世纪40年代提出了塔板理论 把色谱柱假想为分馏塔 23 气相色谱仪的基本组成 日常操作时 最关注的四大关键部分 检测器 色谱柱

8、进样器 含进样技术 数据处理方法与操作技巧 24 检测器 进样口 柱箱 色谱柱 气源 数据处理 典型GC系统的示意图 25 1样品制备 2进样 3柱分离 5数据分析 4检测 样品制备决定于许多因素 诸如样品类型 工业的规章 污染源等 在这里不做详细讨论 载气流 1 2 3 主要内容 色谱的历史及未来 一 气相色谱系统概述 二 三 气相填充色谱柱 四 气相毛细管色谱柱 五 色谱柱应用及常见问题 六 色谱柱概述 26 气相色谱柱概述气相色谱固定相的分类及介绍气相色谱柱的分类毛细管色谱柱介绍填充色谱柱介绍毛细管色谱柱与填充色谱柱的比较 气相色谱柱概述 27 气相色谱柱是气相色谱仪中的一个最重要部件

9、有色谱心脏之称 色谱柱的选择在整个建立分析方法的过程中是很重要的 色谱工作者分析一个样品时 需要考虑怎样才能在最短的时间内定性定量的分析出最多的组分 这样就要求选择一根合适的色谱柱 它既能满足分离的要求 又能满足快速的要求 不仅要考虑被测组分的性质 还要考虑到实验条件 例如柱温 柱压的高低 包括对仪器的了解 这其中最主要的是对色谱柱的选择 对色谱柱各个方面性质的了解有助于这些工作的开展 气相色谱柱概述 28 气相色谱柱概述气相色谱固定相的分类及介绍气相色谱柱的分类毛细管色谱柱介绍填充色谱柱介绍毛细管色谱柱与填充色谱柱的比较 气相色谱柱概述 29 30 气相色谱固定相 气相色谱固定相 对固定液的

10、要求 热稳定性好 在操作温度下 不发生聚合 分解或交链等现象 且有较低的蒸气压 以免固定液流失 化学稳定性好 固定液与试样或载气不能发生不可逆的化学反应 固定液的粘度和凝固点要低 以便在载体表面能均匀分布 各组分必须在固定液中有一定的溶解度 否则试样会迅速通过柱子 难以使组分分离 31 气相色谱固定液 聚硅氧烷 其中聚硅氧烷类高聚物的地位最突出 如 甲基和二甲基聚硅氧烷 苯基 或二苯基 氯苯基 甲基聚硅氧烷 三氟丙基聚硅氧烷等 这类固定液因含有键能大的Si O和Si C键 故热稳定性和化学稳定性好 使用温度范围宽 当取代不同数目的有机侧基时 又可以设计合成出许多性能不同的聚硅氧烷 此外 粘度系

11、数小 易制备出性能稳定的高效柱 因此应用范围广 非聚硅氧烷 有脂肪烃类 脂类 聚二醇类 氰类等 32 气相色谱 载体 33 载体是固定液的支持骨架 固定液可在其表面上形成一层薄而匀的液膜 以加大与流动相接触的表面积 特点 具有多孔性 即比表面积大 化学惰性 即不与试样组分发生化学反应 表面没有活性 但有较好的浸润性 热稳定性好 气相色谱合成固定相 高分子多孔微球既是载体又起固定液作用 可以在活化后直接分离 也可以作为载体在其表面上涂渍固定液后再用于分离 非极性的是由苯乙烯 二乙烯苯共聚而成的 极性的是在苯乙烯 二乙烯苯共聚物中引入了极性官能团 键合固定相 34 35 气相色谱固体吸附剂 用气相

12、色谱分析永久性气体时 常用固体吸附剂作固定相 因为气体在一般固定液里的溶解度甚小 目前还没有一种满意的固定液能用于它们的分离 气相色谱柱概述气相色谱固定相的分类及介绍气相色谱柱的分类毛细管色谱柱介绍填充色谱柱介绍毛细管色谱柱与填充色谱柱的比较 气相色谱柱概述 36 气相色谱柱的分类 37 38 填充柱 毛细管柱 开管柱 色谱柱类型 气相色谱柱的分类 气相色谱柱概述气相色谱固定相的分类及介绍气相色谱柱的分类毛细管色谱柱介绍填充色谱柱介绍毛细管色谱柱与填充色谱柱的比较 气相色谱柱概述 39 毛细管气相色谱 分离效率高分析速度快色谱峰窄 峰形对称一般采用氢焰检测器 灵敏度高 40 当采用毛细管作为气

13、相色谱分离柱时 柱内不装填料 空心柱 管径0 2mm 阻力小 长度可达百米 载气气流以单途径通过柱子 消除了组分在柱中的涡流扩散现象 此外 将固定液直接涂在管壁上 总柱内壁面积较大 涂层很薄 则气相和液相传质阻力大大降低 特点 毛细管柱的种类 涂壁开管柱 wallcoatedopentubular WCOT柱 将固定液直接涂敷在管壁上 柱制作相对简单 但柱制备的重现性差 寿命短 多孔层开管柱 porouslayeropentubular PLOT柱 在管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒 构成毛细管气固色谱 载体涂渍开管柱 supportcoatedopentubular SCOT柱 将非常细的

14、担体微粒粘接在管壁上 再涂固定液 柱效较WCOT柱高 化学键合或交联柱 将固定液通过化学反应键合在管壁上或交联在一起 使柱效和柱寿命进一步提高 这是应用最广的毛细管柱 41 毛细管柱的特点 毛细管柱因内径很细 固定液的液膜厚度很小 相应进样量必须很小 液体样只需10 2 10 3 L 气体试样为10 7mL 在毛细管柱色谱中 载气的流量一般很低 约为0 5 2mL min 1 加之进样量小 因此要求高灵敏度的检测器与之匹配 此外 要求检测器有快的响应时间 常用的是FID 要求快速记录系统 42 气相色谱柱概述气相色谱固定相的分类及介绍气相色谱柱的分类毛细管色谱柱介绍填充色谱柱介绍毛细管色谱柱与

15、填充色谱柱的比较 气相色谱柱概述 43 气相填充柱色谱柱 气相填充色谱柱通常简称为填充柱 在实际分析工作中的应用非常普遍 虽然从发展的眼光看 填充柱有被毛细管色谱柱取代的趋势 但我国目前很多国家标准 行业标准 分析方法标准中都采用填充柱 根据统计资料 日常色谱分析中至少有40 的是采用填充柱完成的 因此填充柱在我国的气相色谱分析中还有很大的应用前景 44 填充柱 涂渍固定液载体的表面 45 毛细深孔的固定液 气液界面 液固界面 固定液液膜 载气 气相色谱柱概述气相色谱固定相的分类及介绍气相色谱柱的分类毛细管色谱柱介绍填充色谱柱介绍毛细管色谱柱与填充色谱柱的比较 气相色谱柱概述 46 填充柱与毛

16、细管色谱柱的比较 填充柱和毛细管色谱柱在外观 操作 性能和制备上有很大的差别 这两类色谱柱在我国的使用面都很广 毛细管色谱柱是将来色谱柱发展的趋势 应该重点掌握 47 填充柱与毛细管色谱柱的比较 不同长度的DEGS涂层柱上分离度和保留时间的关系 48 在痕量分析方面 由于一支柱效高 化学惰性和热稳定性好的毛细管色谱柱能提供更为尖锐的色谱峰 使痕量极性组分得以流出 提高了分离度 同时也提高了检测灵敏度 可以用于 10 12克量级痕量组分的测定 最低检测限要比填充柱低1 2个数量级 填充柱与毛细管色谱柱的比较 基于毛细管色谱柱以上的优点 目前已经成为环保样品 烟草 饮料 体液和天然产物等复杂混合物分离的唯一有效工具 49 主要内容 色谱的历史及未来 一 气相色谱系统概述 二 色谱柱概述 三 气相操作条件的选择 四 五 色谱柱应用及常见问题 六 气相毛细管色谱柱介绍 50 气相毛细管色谱柱介绍 气相毛细管色谱柱 常规WCOT色谱柱 PLOT色谱柱 专用色谱柱 手性毛细管色谱柱 51 MEGA 1100 二甲基聚硅氧烷固定液 通用型非极性固定液 热稳定性达到350 化学键合交联柱 可用溶剂清洗