色谱柱基础知识的总结

色谱柱基础知识简介一、色谱柱工作原理当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。二、色谱柱的分类2.1色谱柱主要分为填充柱和毛细管柱注：此外，还有一些综合了填充柱和毛细管柱特点的特殊色谱柱，例如Alltech公司采用专利技术生产的集束管毛细管柱。2.2填充柱与毛细管柱的比较表1填充柱与毛细管柱的比较色谱柱内径/mm长度/m柱材料柱容量载气流速填充柱2-50.5-3玻璃或金属材质mg20-30mL/min毛细管柱0.10-0.8010-100熔融石英或不锈钢、聚酰亚胺涂层ng1-10mL/min注：毛细管柱外层为聚酰亚胺，可修补柱子缺陷（即增强柔韧性）并且增加强度。三、填充柱3.1填充柱的构成3.1.1填充柱的柱管填充柱可以使用任何类型的柱管，只要它对样品是清洁,、惰性的,以及能够承受GC的柱箱温度，像：不锈钢管、玻璃管、铜管、聚四氟乙烯管、聚合物管等。3.1.2固体载体(颗粒)和固定相近距离观察一个填充颗粒,会发现它是由一个固体载体(颗粒)和在它上面均匀涂渍的涂敷物(叫做固定相)所组成。固体载体即液态固定相附着的载体，其细小、均匀、多孔，增加与样品接触的表面积。常用的固体载体为硅土。固体载体也有不同大小的颗粒度，颗粒度是指“目数大小”。一般是根据柱径来选择固体载体的粒度，保持载体的直径为柱内径的1/20为宜。常用60-80目及80-100目。表2直径大小与目号的关系颗粒大小（目）平均的直径范围60/80目177至260μm80/100目149至177μm100/120目125至149μm120/1400目105至125μm四、毛细管柱4.1毛细管柱的构成毛细管色谱柱由两个主要部分组成：管身和固定相。4.1.1管身毛细管柱的管身一般使用熔融二氧化硅或不锈钢作为基本材质。熔融二氧化硅即高纯度合成石英（以下通称熔融石英)，通常在其表面涂上一层聚酰亚胺做为保护层。当实验要求更高的使用温度时，我们可以来用不锈钢毛细柱来代替熔融石英毛细柱。不锈钢毛细柱在使用温度(耐高温）及日常维护（不易折断等)的性能和指标上都优于熔融石英毛细柱。但是不锈钢材质的惰性没有熔融石英好，它可以和许多的化合物相互作用，产生反应。所以通常我们也会用化学方法对其进行处理，或者是在它的内壁再涂上薄薄的一层熔融石英，以增加不锈钢管的隋性：经过适当处理后，不锈钢毛细柱的惰性与熔融石英毛细柱的不相上下。4.1.2固定相固定相种类很多。大部分的固定相是液体或胶状的高分子量，具有高热稳定性的聚合物，最常用的是聚硅氧烷（有时误称为硅氧烷）和聚乙二醇，另外还有一类是小的多孔粒子组成的聚合物或沸石(例如氧化铝、分子筛等)。聚硅氧烷在其用途的多用性、性质的稳定性上都有优良的表现也是目前最为常用的固定相。标准的聚硅氧烷是由许多单个的硅氧烷重复联接构成：每个硅原子与两个功能团相连，功能团的类型和数量决定了固定相总体类型和性质常见的四种功能基团为甲基、氰丙基、三氟丙基和苯基。最基本的聚硅氧烷是由100%甲基取代的。表3常用固定液及相应色谱柱固定相极性相应色谱柱应用使用温度100％二甲基聚硅氧烷非极性OV-1,OV-101,SE-30,DB-1,常规使用，碳氢化合物，芳香化合物，农药，酚类，0.1-1.0μm-60℃HP-1,BP1除草剂，胺，脂肪酸甲酯-340/360℃1.0μm-60℃-280/300℃5％苯基-95％二甲基聚硅氧烷非极性SE-54,DB-5,HP-5,BP5芳香化合物，农药，杀虫剂，药物，碳氢化合物0.1-1.0μm-60℃-340/360℃1.0μm-60℃-280/300℃14％氰丙苯基-86％二甲基聚硅氧烷中等极性HP-1701,DB-1701,OV-1701,BP-10农药，杀虫剂，药物0.25-1.0μm-20℃-280/300℃50％苯基-50％二甲基聚硅氧烷中等极性HP-50,DB-17,OV-17药物，杀虫剂，乙二醇40℃-280/300℃聚乙二醇极性HP-20M(HP-Wax),DB-Wax,BP20溶剂，醇类，游离酸，芳香化合物0.25-1.0μm20℃-260/300℃1.0μm20℃-240/260℃4.2毛细管柱又分为三类：a空心毛细管柱WCOT--内表面涂有很薄的固定相，（WallCoatedOpenTube)；b填充毛细管柱SCOT–内表面涂有多孔的固体层或吸附剂（SupportCoatedOpenTube)；c多孔层毛细管柱PLOT–内表面先涂固态载体，然后再涂上固定相，（PorousLayerOpenTube).注：本实验室用的是空心毛细管柱WCOT，SCOT是根据其吸附性质的不同来分离溶质，PLOT（多孔层开管）柱用于易挥发性溶质（主要是气体）的分离，无需低温技术或柱温箱的低温冷却。4.3常用的毛细管色谱柱Agilent(J&W)（安捷伦科技公司）、Alltech（奥泰公司）、Restek（美国瑞斯泰克公司）、Varia(Chrompak)、Supelco是世界上五大色谱柱制造商。菲罗门表4本实验室现有色谱柱及将要配备的色谱柱五、毛细管色谱柱的选择选择毛细管柱，有四个要考虑的主要参数：固定相、内径、长度和液膜厚度。5.1固定相的选择选择毛细管柱时，最重要的是选择最佳固定相。最可靠的方法是参考色谱柱制造商和供应商、GC制造商以及出版的文献中所提供应用实例的汇编。尽管可能无法参考确切的实例，但是通常可以得到足够信息来简化决策或减少潜在色谱柱数量。固定相选择性和极性的概念在选择固定相时非常有用。选择性决定于溶质和固定相分子的物理化学相互作用力，可以认为是固定相在区分两种溶质分子在其化学或物理性质方面的差异能力。如果固定相和溶质间的相互作用力不同，则可分离。固定液与组分分子间的作用力主要包括：静电力、诱导力、色散力和氢键力。气相色谱试样中各组分通过色谱柱的保留时间与组分和固定液分子间作用力的大小有关，作用力小的组分先流出色谱柱，反之作用力大的组分后流出。备注安捷伦公司（AgilentTechnologies）1999年从惠普（HP）分拆出来的，故其色谱柱牌号为HP；安捷伦公司2000年收购J&W科学公司并纳入了其牌号为DB的色谱柱。“ms”来表征一类固定相，其在硅氧烷聚合物中链接一定数量的苯基或苯基类的集团，使聚合物的链接变得更加坚固稳定，保证了在较高温度时，固定相不会产生降解。也就是说，进一步降低了色谱柱的柱流失，提高了色谱柱的使用温度。与原始的非亚芳基类型的固定相相比，亚芳基固定相不仅拥有相同的分离指数，而且在色谱柱的维护等方面也有许多的调整（例如HP-5和HP-5ms）。极性决定于固定相的结构，是由取代基团的极性及其相对量确定。极性并不直接与选择性相关，但是会影响化合物保留以及分离。极性确实对分离有影响，但仅是影响峰分离的众多固定相性质之一。选择固定液时，一般是根据“相似相容”的选择来选择。即固定相与被分离组分的性质（如极性、官能团、化学键等）越相似之间的作用力就越强，则固定相对其的流动阻力就越大，其保留时间也越长。色谱柱就是通过这个原理将不同性质的混合物相互分开的．5.2内径毛细管柱的内径可从0.10-0.80mm。色谱柱内径的大小将影响柱效、保留值、压力、载气流速和柱容量。色谱柱内径的选择概述：a.如果需要较高的柱效，请使用0.18-0.25mm内径的色谱柱。0.18mm内径的色谱柱十分适用于泵容量较低的GC/MS系统。直径较小的色谱柱容量最小，并需要最高的柱头压。b.如果需要较大的样品容量，请使用0.32mm内径的色谱柱。与0.25mm内径的色谱柱相比，此色谱柱通常对不分流进样或大体积(2μl)进样时较早流出的溶质有更佳的分离度。c.只有在仪器配备大口径直接进样器，且要求柱效较高时，才使用0.45mm内径的色谱柱。特别适用于高载气流速的情况，例如吹扫捕集、顶空进样器和阀进样应用。d.只有配备大口径直接进样器时，才使用0.53mm内径的色谱柱。特别适用于高载气流速的条件，例如吹扫捕集、顶空进样器。0.53mm内径的色谱柱在恒定的膜厚情况下具有最高的样品容量。5.3长度毛细管柱长度可从10-100m(可根据需要进行裁剪也可大于100m），普通的一般为30m。柱长将会影响柱效率、保留（分析时间）和载气压力。色谱柱柱长的选择概述：a.如果不知道最佳长度，请先使用25-30米长的色谱柱，多数分析在此长度的柱子上完成。b.10-15米长的色谱柱十分适用于分离含易分离溶质的样品或含溶质较少的样品。内径较小的色谱柱通常长度较短，以便降低柱头压力。c.如果通过其它方法（直径较小的色谱柱、不同的固定相、改变柱温）不能达到满意的分离度时，应使用50-60米长的色谱柱。这种色谱柱适用于分离含多种溶质的复杂样品。需要注意的是较长色谱柱的分析时间较长，费用较高。5.4液膜厚度液膜厚度影响柱子的保留特性、分离度和柱容量。色谱柱膜厚的选择概述：a.对于0.18-0.32mm内径的色谱柱，平均或标准膜厚为0.18-0.25μm，可用于大多数分析。b.对于0.45-0.53mm内径的色谱柱，其平均或标准膜厚为0.8-1.5μm，可用于大多数分析。c.厚膜色谱柱用于保留和分离挥发性溶质（如气体）。厚液膜色谱柱惰性更强，容量更大。厚液膜色谱柱具有较高流失性，使用温度上限也有所降低。d.薄膜色谱柱用于将高沸点、高分子量溶质（如类固醇、甘油三酸酯）的保留时间降至最小。薄液膜色谱柱惰性更弱、容量更小、色谱柱流失更少。六、毛细管柱的正确使用6.1毛细管柱的安装a.从色谱柱架上色谱柱的两端松开约0.5m（1圈到0.5m）的柱管，以便安装入进样器和检测器。避免小角度折弯柱管。b.将色谱柱安装到柱温箱中。可以使用挂架。c.在色谱柱两端安装色谱柱螺母和石墨密封垫圈；将螺母和密封垫圈推到管线下方约15cm的位置。d.轻划（切割）色谱柱。使用切割器从距色谱柱的两端约4-5cm处轻划色谱柱。e.柱切割断面要整洁。在尽可能接近划痕处的位置用拇指和食指拿住色谱柱。轻轻拉动并弯曲色谱柱。色谱柱会很容易就断开。如果色谱柱不容易断开，请勿用力将其断开。在其他地方再次轻划（比先前的一端较远）并再次尝试干净利落地将其断开。f.使用放大镜检查切割处。确保切割处与管线成直角，并且试管末端没有聚酰亚胺或“玻璃”碎片。g.在进样口处安装色谱柱。检查GC制造商的仪器手册以确定正在使用的进样口类型的正确的插入深度。将色谱柱螺母和密封圈滑到合适的深度然后使用打字机修正液在色谱柱上的色谱柱螺母后面标记正确的插入深度。使液体晾干。将色谱柱插入进样器。用手拧紧色谱柱螺母直到其将色谱柱固定，然后再拧紧1/4至1/2圈，以便在施加较轻的压力时不会将色谱柱从接头处拉出。通过查看打字机修正液标记来验证是否已保持了正确的色谱柱插入深度。h.打开载气源并设定适当的流速。将柱头压、分流和隔垫吹扫流速设定为相应的值。有关标称柱头压，请参见表7。如果使用分流/不分流进样口，请检查是否已“打开”吹扫（分流）阀。i.确认载气流已通过色谱柱。把色谱柱的一端浸入盛有溶剂的瓶中，检查是否有气泡冒出。j.将色谱柱安装进检测器。查看仪器制造商手册以确定正确的插入深度。k.检查是否存在渗漏。这点十分重要。在进行全面的泄漏检查之前不要将色谱柱加热。l.设定适当的进样器和检测器温度。m.设定适当的尾吹气和检测器气流。点火或“打开”检测器。n.在室温下将色谱柱吹扫最少10分钟。维护进样口或捕集阱之后，应再吹扫一段时间。o.注入非保留物质以检查进样器的安装是否正确。例如：丁烷或甲烷(FID)、乙腈的顶空蒸气(NPD)、二氯甲烷的顶空蒸气(ECD)、空气(TCD)、氩气（质谱仪）。如果出现对称非保留峰，则说明安装正确。如果观察到拖尾峰，请重新将色谱柱装入进样口。6.2纯化载气毛细管柱的寿命与使用载气的纯度、水蒸气含量等有关。在没有载