色谱条件的选择

一、分离度的最佳化二、色谱柱参数选择三、操作参数的选择第三章色谱条件的选择choiceofchromatographicoperatingcondition理想的色谱条件：在较短的时间内获得较高的分离度，同时还要具有适当的柱容量。色谱条件的选择依据：一般而言，首先要保证分离度和速度，其次是柱容量。色谱条件选择方法：理论估计和实验比较相结合。综合考虑确定。色谱条件特点：分离度、分析时间和柱容量三者之间相互制约。一、分离度最佳化：使R在1.0~1.25范围内r21r-211R＝4n理1+kk依据:k增大，增加，则R增加，但当k增大到一定程度时，趋近于1，其对分离度影响变小，因此容量因子没必要太大。另一方面，且k增大时，保留时间增长，谱带加宽，色谱峰检测难度加大。结论：一般k=1－10即可，最佳值为2－5。k1＋kk1＋k1、容量因子k对分离度R的影响:容量因子调节：Msmmk组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量容量因子与固定相的性质、厚度及柱温有关。选择与样品之间作用力大的固定相，k大；固定液液膜增厚，k增大；温度降低，k增大；2、相对保留值r21对分离度R的影响r21从1.0011.500，从10-30.333，增大了300倍。r21r-211思考题：对于一个分析任务r21越大越好吗？r21增大，R提高，r21趋近于1时，需要的理论塔板数很大，而r21稍微增大，n有效即可大幅度下降，即柱效提高。一般当r211.1时，首要问题是设法增加r21，否则不管理论塔板数如何增加，都不能实现理想分离。反之，如果两个相邻峰的r21足够大，如r21＝2时，即使峰扩展很严重，分离也能轻而易举地实现。因此，当r21较小时，增大r21是改善分离度的最有效的手段。思考题：如何提高r21？在GC中，r21的大小主要取决于固定相的性质和柱温。3、理论塔板数n有效对分离度R的影响n有效增加，R提高，但分析时间延长。n有效与固定相的性质、柱长及流动相的流速有关。分离参数选择一般规则：首先调整容量因子k值至2－5，复杂混合物为1－10；其次确定n有效值，即选择合适的固定相和载气流速；最后再通过r21调整R。二、色谱柱参数的选择1、柱材质及其选择：常见填充柱材质有：不锈钢、玻璃和聚四氟乙烯。选择依据：样品性质（化学活性、腐蚀性等）、操作条件（柱温、柱压）；不锈钢柱：坚固耐用、耐高温、耐压，便于同仪器连接；但化学性质不够稳定，内表面不够光滑，可能与活泼样品发生作用。玻璃柱：化学性质稳定，内表面光滑，耐腐蚀，没有催化效应，适用于分析酸类、含卤和腐蚀性化合物；但易碎，安装和使用时均需小心。聚四氟乙烯柱：耐腐蚀，易弯成任一形状，结实；但不耐高温。2、柱型及其选择：填充柱有直管、U形管和螺旋管。短柱一般用U形管；长管一般用螺旋管，但螺管直径一般要比色谱柱内径大15－20倍以上，否则影响柱效。柱效：直管U形管螺旋管3、柱内径选择：内径粗，固定相填充不均匀，A项大，峰扩展严重，柱效低；柱内径细，峰尖，柱效高；但柱内径太细会造成填充困难。一般填充柱内径为：2－6mm，大多3－4mm。4、柱长选择：增加柱长对提高分离度有利(分离度R2正比于柱长L)但组分的保留时间tR↑,且柱阻力↑,不便操作。柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。填充色谱柱的柱长通常为1－3米。可根据要求的分离度通过计算确定合适的柱长或实验确定。柱长选择方法：先在一个已知长度L1的柱子上初步实验测得一个R1值，然后根据要求的分离度R2利用下式：LRRL121222求出L25.固定相的选择气－液色谱，应根据“相似相溶”的原则①分离非极性组分时，通常选用非极性固定相。各组分按沸点顺序出峰，低沸点组分先出峰。②分离极性组分时，一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰。③分离非极性和极性的（或易被极化的）混合物，一般选用极性固定液。此时，非极性组分先出峰，极性的（或易被极化的）组分后出峰。④醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物的分离，通常选择极性或氢键性的固定液。⑤组成复杂、较难分离的试样，通常使用特殊固定液，或混合固定相。6.固定液配比（涂渍量）的选择配比：固定液在担体上的涂渍量，一般指的是固定液与担体的百分比，配比通常在5%～25%之间。配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越小，柱效越高，分析速度也越快。配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量较小。分析工作中通常倾向于使用较低的配比。固定液选择要考虑担体表面积和样品沸点，一般低沸点或气体样品配比15％～25％沸点100C-200C样品配比10％～15％沸点200C-300C样品配比5％～10％沸点300C样品配比3％7、载体（担体）的选择1）粒度：粒度dp大涡流扩散项A大，传质阻力项Cg也大，柱效低；粒度dp小柱内阻力大，tR↑；2）筛分范围：筛分范围窄，载体粒度均匀，容易装填均匀，小，柱效高；要求担体筛分范围20目。粒度范围：60－80目（0.28-0.18mm）100目三、操作参数的选择1.载气种类的选择载气种类的选择应考虑三个方面：载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质。载气摩尔质量大，可抑制试样的纵向扩散，提高柱效。载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用较小摩尔质量的载气（如H2，He），可减小传质阻力，提高柱效。热导检测器需要使用热导系数较大的氢气有利于提高检测灵敏度。在氢焰检测器中，氮气仍是首选目标。在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性及来源是否广泛等因素。2.载气流速的选择由图可见存在最佳流速（uopt）。实际流速通常稍大于最佳流速，以缩短分析时间。CBuCuBuHuCuBAH-opt20dd若忽略A项，则Hmin=2BC3.柱温的确定首先应使柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。柱温升高，分离度下降，色谱峰变窄变高。柱温↑，被测组分的挥发度↑，即被测组分在气相中的浓度↑，k↓，tR↓，低沸点组份峰易产生重叠。柱温↓，分离度↑，分析时间↑。对于难分离物质对，降低柱温虽然可在一定程度内使分离得到改善，但是不可能使之完全分离，这是由于两组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增加速度大于前者时，两峰的交叠更为严重。柱温一般选择在接近或略低于组分平均沸点时的温度。组分复杂，沸程宽的试样，采用程序升温。柱温选择一般原则：1）根据检测器性质选择：色谱柱与检测器处于同一个腔体中时，T，TCD热丝电阻R，检测器灵敏度S，因此，使用TCD时柱温应低些。2）根据固定液配比选择：T，有利于传质，固定液配比可大些，反之亦然。3）根据载气流速选择：T，纵向扩散加剧，应增大载气流速，以抑制纵向扩散。4）根据样品沸点选择：样品沸点100C-200C，柱温取平均沸点温度，150C；样品沸点200C-300C，柱温取平均沸点温度以下50C-100C，即约200C；样品沸点300C-450C，柱温取平均沸点温度以下150C-200C，即约250C；程序升温4.气化温度的选择色谱仪进样口下端有一气化器，液体试样进样后，在此瞬间气化；气化温度一般较柱温高30－70°C防止气化温度太高造成试样分解。5.进样方式和进样量的选择液体试样采用色谱微量进样器进样，规格有1μL，5μL，10μL等。进样量应控制在柱容量允许范围及检测器线性检测范围之内。进样要求动作快、时间短。气体试样应采气体进样阀进样。在气相色谱分析中,相邻两组分的分离度与下列哪些参数无关?()(1)塔板高度(2)塔板数(3)固定相量(4)检测器灵敏度在色谱流出曲线上,两峰间距离决定于相应两组分在两相间的()(1)保留值(2)分配系数(3)扩散速度(4)传质速率在气-液色谱分析中,正确的说法是()(1)柱温只影响组分的气化与冷凝;(2)柱温只影响动力学因素(3)柱温只影响热力学因素;(4)柱温影响动力学因素和热力学因素在采用低固定液含量柱,高载气线速下进行快速色谱分析时,选用哪一种气体作载气，可以改善气相传质阻力？为什么？一气相色谱柱的操作条件如下：载气流速FC(25℃)40.0mL/min柱温122℃进口压力pi143988Pa出口压力p0102658Pa保留时间t(min)空气0.24苯1.41甲苯2.67乙苯4.18异丙苯5.34固定液体积Vs(122℃)14.1mL试计算：(1)每一种物质的校正保留体积VR'；(2)每一种物质的分配系数K；(3)每一对相邻组分的相对保留值2,1；(4)如果这些组分都能完全分开，柱的有效理论塔板数至少是多少？