毛细管气相色谱简单知识Word文件下载.docx
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4．样品容量
一根色谱柱的最大允许进样量，约为一块理论板的有效体积。
可见最大允许进样量与柱半径、柱长、分配比成正比，与塔板数成反比
比较填充柱和毛细管柱的柱容量
一根长20米，内径为0.25毫米的毛细管柱，一般可涂上6mg的固定液，柱内体积
而一根长两米，内径3毫米的不锈钢填充柱，柱内体积
按12：
100的液载比，可涂上800mg固定液。
可见，一根2米长的填充柱中固定液的含量是一根20米长毛细管柱中固定液含量约150倍，故允许进样量也在一百倍以上。
5、柱效能
毛细管柱每米塔片数通常在2000－5000之间，长20米的毛细管柱总柱效为4万至10万。
填充柱每米塔片数在1000－1500之间，长2米的填充柱的柱效为2000－3000
所以毛细管柱的总柱效可以比填充柱高10－100倍。
根据上式，分离度正比于总塔片数N。
即毛细管柱色谱总效高，其分离效能也高。
如果柱效高，K值也大是最理想的，目前流行大孔厚膜毛细管柱可望具有这两重性质。
6、分析时间
根据公式,样品的保留时间正比于柱长，在以氮为载气时，毛细管柱的线速可达16厘米/秒，而填充柱在4厘米/秒
毛细管柱可采用很高的载气线速来缩短保留时间。
且毛细管柱的K值比填充柱小，因此保留时间小。
故：
毛细管柱上可实现快速分析。
三、毛细管柱的色谱系统
与填充柱系统基本一样。
因毛细管柱内径细，柱容量小，出峰快、峰形窄，因此对色谱仪本身（如进样系统、检测器、记录器等）有些特殊的要求。
1、进样系统
毛细管柱进样量必须极小（一般液样10—2～10—3微升，气样约1微升）。
要引进如此微量样品，可采用分流法进样。
即在气化室出口分两路，绝大部分放空，极小部分进柱子，这两部分比例叫分流比。
分流法又分为动态法和静态法两种。
对分流器的要求
为使分流后的样品不改变组成：
1、分流后样品混合物中各峰的相对大小应与未分流的严格一致。
2、分析不同浓度的混合物时，峰面积必须正比于浓度。
3、当柱温、分流比、流速改变时各色谱峰的相对大小要保持恒定。
A．动态分流法
是目前毛细管柱进样系统最常用的分流方法，不同仪器上的分流有不同的形式。
对分流器设计要求：
整个分流器要保持在气化室的温度下，防止样品冷凝；
分流前要有一定的混合体积，使试样、载气完全混匀，
放空管体积至少要等于样品气化后的体积加载气体积。
A为气化样品与载气混合部分，B为分流点，
C为喷嘴
，引起放空部分与进入部分在分流过程中进一步混合，确保宽沸程样品分流后不失真。
然后通过放空阀调节分流比。
这种分流器只是在进样时才打开开关阀，几秒钟后就关闭大部分载气，而留下一点出气，防止试样反扩散进柱中。
简易分流器
在一般填充柱气化室出口，并排插入两根同内径不同长度的不锈钢毛细管，垫上硅橡胶构成，其长度比即分流比。
注意在分流前要有一段混合体积，内装硅烷化玻璃球，可保证分流后组成不失真。
2、尾吹
毛细管柱内流动相流速低，流量小，组分会因柱后死体积突然增加而发生严重的纵向扩散，从而导致峰形展宽，有可能使在柱中以分离的组分在柱后再次重叠，影响分离。
也可在使用FID时受阻于引入的H2压力而出柱困难。
增加尾吹气将改善这一状况。
3、检测器
因流速低，且内径细，只能分析小量样品，约10―5～10－6克，有的组份如占1.0%，则相当于10―7～10－8克，要求高灵敏度检测器。
快速分析时因峰宽只有几秒或少于1秒，要求检测器、记录器响应时间快，则检测器和记录器的时间常数，应少于最早峰峰宽的流出时间的1/20。
适用的检测器有：
高灵敏度的离子化检测器，常用FID。
（灵敏度高，死体积趋近于零，响应时间快等。
）
也可用氩离子化和电子捕获检测器，此时需在毛细管出口外加吹洗气以降低检测器死体积。
也可应用特制的微型热丝检测器，微型热敏电阻检测器，但因其属于非商品化检测器，使用频率不高。
4、记录系统
因毛细管色谱峰很窄，应配备快速记录系统。
曾经用示波仪或电流计型记录器记录，其满刻度笔速0.1秒。
目前的各种色谱数据处理机和色谱工站已完全能满足记录系统的要求。
5、毛细管柱的种类
经典的毛细管柱为壁涂开管柱（WCOT——WallCoatedOpenTubularColumn）。
因其制备难、柱子的重复性差、内表面小、涂渍量小和β值大，将导致有效塔板数和实际分离能力不高，且热稳定性也较差，故已几无人使用。
其他的几种柱子及其性能如下。
多孔层壁涂柱（PLOT——PorousLayerOpenTubularColumn）：
先涂上吸附剂或惰性固体于柱壁，再涂渍固定液。
载体壁涂柱（SCOT——SupportCoatedOpenTubularColumn）：
把载体和固定液同时涂于壁上制备而成。
必须注意，以上两种柱子中的载体只是涂布于毛细管柱的壁上，而非充满整根柱子。
熔融石英毛细管柱（FSOT——FusedSilicaOpenTubularColumn）
：
其表面惰性度好，能耐高温，最主要的是有弹性，不易折断。
交联毛细管柱（CLOT——Cross-LinkedOpenTubularColumn）：
涂好固定液后再用偶联剂交联键合，柱子性能有很大改善，能耐高温，抗水、抗溶剂。
大口径毛细管柱：
一般口径在0.53毫米，液膜厚度为0.88~2.65微米，负载大，可不经分流而直接进样分析。
微型填充柱（Micro-packedColumn）：
制备过程和填充柱基本相似，知识所填的载体粒度很小。
微填充柱宽有很高的柱效，最低板高可达0.2~0.3毫米。
选定毛细柱的四个基本参数
一、固定液
非极性：
SE30*，OV101，SE54*
中极性：
OV17，XE60*，OV1701*
极性：
PEG20M*，FFAP*，DEGS*
二、柱内经（mm）
0.2~0.25柱效高、负荷量低、流失小
0.3~0.35负荷量大于毛细口径柱60%，柱效低
0.53~0.6大口径毛细柱，负荷量近似填充柱，总柱效远远超过填充柱，分析速度快
三、柱长（m）
短柱10~15米分离少于10个组份的样品
中长柱20~30米分离10~15个组份的样品
长柱50米以上分离50个组份以上的样品
四、液膜厚度（μm）
薄液膜0.1~0.2μm低负荷量、高沸点化合物
标准液膜0.25~0.33μm一般标准毛细柱分析
厚液膜0.5~1μm符合量较大，低沸点样品
特厚液膜1~5μm取代填充柱，分析沸点200℃以下复杂样品
毛细管色谱柱的使用注意事项
窗体顶部
毛细管色谱柱在气相色谱仪分析中是一个核心部分，正确使用毛细管色谱柱对气相色谱仪分析结果的准确性和延长毛细管色谱柱的使用寿命至关重要，现根据相关文献整理如下资料供气相色谱仪分析工作者参考：
1.在没有载气通过时，柱的固定液热分解较迅速，所以在柱箱（炉）升温前总是应该先通上载气（这与TCD操作要求相似），柱箱冷却后才能把载气关上。
2.载气中若夹带灰尘或其它颗粒状物体就会导致柱迅速损坏，因此在载气进入仪器管线前需加净化器。
（带填充剂的汽化室玻璃衬管必须注意不能带有微粒或灰尘吹出）
3.载气中的水分通过固定液的液膜吸附在柱管表面上，将取代或破坏固定液液膜，所以，固定液极性越强，越需要采用干燥的载气，例如：
象OV-1、SE-30、SE-54、OV-101对载气干燥要求不高，而PEG20M、FFAP和SP1000对载气要求就很高。
但在涂布于碳酸钡沉积层上的柱子情况就恰恰相反，涂极性固定液的柱子能经受含水样品的直接进样，而涂非极性固定液的柱反而不能经受含水样品。
4.对于那些能被氧化的固定液（如PEG20M、Caxbowax、FFAP等）对载气除氧也很重要，在N2和He中往往含O2较高，而H2中含O2少，所以，ECD-CS、FID-CS常用高纯N2作载气，TCD-CS用H2作载气，可用105催化剂常温下除O2。
同时，停机使用时，应将排空端密封住，以防止空气中的O2对柱固定液的氧化作用。
5.在大多数情况下，柱的寿命与它的使用温度成反比。
采用稍低些的温度上限，可显著提高柱的寿命，程序升温到较高温度所维持的时间短对柱的寿命影响较小。
①.聚二甲基硅酮类固定相：
OV-1,SE-30（弹性体，OV-101,SF96,DC2000流体），使用温度上限为300C,但把温度上限改为280℃，可使柱子寿命显著延长。
一般来说，弹性体类固定液比流体类更稳定些，SF96,DC200因含有较高水平的残留催化剂和不纯物，不宜作GC/MS分析。
②聚苯基乙基硅酮：
SE52（弹性体，5％苯基），SE54（弹性体，5％苯基，1％乙烯基），DC10（液体，35％苯基），OV17（液体，50％苯基）实际上限250℃。
SE-52、SE54在280时稳定性很好，常用于GC/MS分析，并能容纳超负荷的大进样量。
苯基含量增加、稳定性要差点。
③聚氰丙基硅酮是极性强的硅酮固定液：
OV225（液体，25％氰丙基，25％苯基），Silav10c、SP2340（液体，75％氰丙基），实际温度上限是250℃。
④聚乙二醇型（CarbowaxorPEG）固定液是乙烯氧化物聚合体的混合物，其名称反映了他们分子量变化范围的平均值。
Carbowax20000（腊状固体），FFAP（两终端都是对苯二甲酸的Carbowax20000），实际温度上限是220℃。
6.水、醇（尤其是甲醇）、二硫化碳这类的溶剂，有着非常强的置换固定液的能力，因此用于有意将相当大量的溶剂聚集在柱上（溶剂效应）的不分流进样法以及柱上进样法的溶剂，应根据它们对柱壁的吸附亲和力（或固定液被置换的可能性）小心的加以选择。
（例如：
甲醇不宜用于PEG20M，丙酮往往会引起引起硅酮降解。
7.毛细管柱最大特点是高的柱效，但是必须清楚一般所测得的柱效不仅反映了柱的质量，而且还包括进样过程的整个系统的效率的总质量，也就是说，自样品进入系统的一瞬间开始到记录笔绘出色谱峰为止，每一个能影响峰的加宽或分离的因素，如进样器、柱的连接、辅助气引入位置、管路死体积、进样器内衬的毛病等等，都一定会影响柱效。
8.一根好的柱子，由于安装不当，可以造成理论塔板数降低，峰形增宽或拖尾、活性物质的吸附性拖尾或消失、灵敏度降低或组分分离不佳等等。
9.进样器与色谱柱连接方式：
①.分流进样方式：
分流点要求位于载气流速较高的区域。
②不分流进样方式：
色谱柱最好不伸进进样器内，避免造成气流扫不到的区域，通常直接连接到进样器的末端。
③检测器与色谱柱出口端连接：
对FID不仅插入深度要超过尾吹和H2气的进口，而且应尽可能将柱出口端插到FID的喷嘴下面1mm处为佳，对MicroTCD应插到TCD气体入口处为佳。
可以改善轻度拖尾。
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毛细管柱使用技术及常见故障
1．毛细管的安装
毛细管柱的安装常为人们所忽视，往往会出现填充色谱柱多年的技术人员，刚使用毛细管柱时，做出的色谱图还不如填充柱的色谱图，这使人们很难理解。
但究其原因，多数是由于毛细管柱的安装和操作上的毛病，而不是柱子本身和仪器系统的问题。
因此，一根好的毛细管柱和设计得很好的色谱系统，还必须使柱子在系统中安装得合理，才能做出好的结果。
1.1毛细管柱与进样器的连接
对于分流进样，毛细管柱的入口端一定要伸过分流进样器的分流出口，亦就是使毛细管柱的入口处于载气的高流速区域。
如果毛细管柱的入口在分流进样器的分流出口以下，处于载气的低流速区域，得到的色谱图还不如填充柱，所以必须将毛细管的入口伸过分流进样器的分流出口，这样才会得到尖锐的峰形。
对于分流/不分流进样，毛细管的入口应接到进样器的底部，这样可以使汽化管中的样品完全进入柱子，也不会出现气流清洗不到的“死区”。
1.2毛细管柱与检测器的连接
在毛细管连接到检测器之前，先接通载气，看一下柱子的出口是否有载气通过，（将柱子出口浸入清水中看是否有气泡出现）如果没有载气从柱子出来，说明柱前的系统中有的地方漏气或柱子堵塞，应找出原因加以解决。
然后将柱子的未端尽可能的伸到检测器（FID）的喷嘴以下的1~2厘米处（但不能超过喷嘴，并使柱子的出口处于气流的最高流速区域（即氢气引入口以上），如果柱子不能直接伸到检测器的喷嘴下1~2厘米处，但必须伸到尾吹气入口的上部使柱子的未端处于气流的高速区域。
1.3分流比的测定与选择
分流比可以定义：
样品完全汽化时与载气充分混合后，样品通过分流进样器进入柱子的流量FC与通过分流器的流量F分流之比：
分流比=FC/F分流 （式1）
有的人把分流比定义为：
样品进入汽化室后，进样器中总的流速=FC十F分流与柱流速FC之比：
分流比=FC/（FC+F分流） （式2）
例如，柱子出口流速为1ml/分，分流器放空的流速为99ml／分，则分流比为100:
1，因为柱流速FC比分流流速小得多，所以（式1）、（式2）的结果很相近，FC和F分流可通过皂沫流量计测量。
如果载气通过毛细管柱的流量很小，用皂沫流量计不容易测量，FC也可以通过计算求出：
FC=60uπr2
其中u为载气的平均线速度，单位厘米／秒。
u可以通过进样后用某物质的保留时间求得，某物质可以用甲烷、甲醇等均可，要求是色谱柱对该物质的吸附要小，一般以甲烷为宜，具体计算方法为：
u=柱长（厘米）/保留时间（秒）
分流比及分流有大小靠分流阀进行调节，选择适当的分流比也很重要。
如果分流比很小，样品大多数进入柱子、容易使峰变宽，形成前伸峰。
分流比一般选择在1:
100~200之间，这时样品的起始组分的谱带扩展很小，出峰尖锐。
对一根0.25mm内径的毛细管柱，用N2作载气，最佳流速0.3~0.4ml/分，则分流流量调到50ml/分左右即可。
在毛细管分流进样系统中一般以柱头压力来恒量柱流量的大小，下表给出一些常用的毛细管柱在标准线速度的情况下的柱头压力.
柱内径
柱长度
0.2mm
0.25mm
0.32mm
0.53mm
15m
0.06Mpa
0.039Mpa
0.024Mpa
0.009Mpa
25m
0.1Mpa
0.065Mpa
0.04Mpa
0.016Mpa
30m
0.13Mpa
0.08Mpa
0.048Mpa
0.019Mpa
50m
0.22Mpa
0.14Mpa
0.032Mpa
上表所使用的载气为氮气，线速度为20cm/秒。
或氢气，线速度为40cm/秒。
1.4尾吹气流量的测量与选择
毛细管色谱分析用FID检测器时，一定要加尾吹气，一般用空气或N2气。
加尾吹气的作用之一是减少柱后死体积对色谱峰造成的扩散，之二是保证FID有合适的氮氢比。
FID系质量型检测器，适当地增加尾吹气可提高检测的灵敏度，但尾吹气太高，会引起基线不稳以至灭火.
尾吹气流速对峰高的影响
尾吹气太低，会引起色谱峰拖尾、对毛细管柱效损失大大。
尾吹气流量一般在20-30ml比较适合，可用皂沫流量计来测量。
1.5毛细管柱的老化
涂渍好的毛细管柱首先要经过充分的老化，以除去固定液中的低分子量物质，一般商品毛细管柱，在制造出厂前都已经过充分老化；
但柱子一经从仪器上拆卸下来，较长时间接触空气，在下一次使用之前，最好以较低的初始温度程序升温至最高使用温度老化2—3次。
各种固定液因其性质和生产厂家不同而最高使用温度有所不同，所以要注意毛细管柱的说明，生产毛细管柱的厂家应注明最高使用温度。
老化中应注意载气的流速不易过大，否则会破坏均匀的液膜。
一般非极性柱在250℃以下老化使用，可用普通氮气，在250℃以上高温使用时，必须使用高纯氮气或普通氮气经脱氧后使用，以延长柱子的使用寿命。
对极性柱，尤其是PEG类（聚乙二醇）、FFAP、含氰基的固定液（OV225、•OV275），一定要用高纯氮气（最好高纯氮气经过脱）99.99%否则，固定液很快被氧化，以致不能使用。
1.6交联毛细管柱的清洗
交联毛细管柱最重要的优点是当柱被可溶性有机重组分污时，可以用溶剂清洗除去污染物，使柱得以再生，根据污染的性质，可适用非极性溶剂（如正戊烷）或极性浴剂（如二氯甲烷、丙酮、苯等）。
清洗方法：
将溶剂装入小瓶的2/3处，把毛细管的出口端（接检测器的一端）刺过青霉素的橡皮盖插入溶剂底部。
（青霉橡皮盖较硬，不易被弹性石英毛细管刺透，可用一金属丝或注射针预先刺透，在留的痕迹处插入石英毛细管）。
接着用25ml或50ml的注射针，向小瓶内压入空气，溶液即会压入柱内，直全部溶剂从柱中流出，（如果是20米以上的大口径毛细管柱，再加一次溶剂清洗）
后，将柱从小瓶中拉出与仪器的进样连接，用载气将柱中的溶剂吹干后，再把柱的另一端与检测连接。
用程序升温的方式老化l～2次，即可使用。
清洗过程应注意：
①溶剂必须用分析纯试剂；
②溶剂在柱浸泡时间不能过长，以防止固定液液膜溶涨，使柱效下降。
1．25或50ml注射器 2．青霉素小瓶 3．毛细管柱
1.7毛细管色谱分析中常见故障及排除
1.7.1进样不出峰
这是最常见的问题之一，主要原因有以下凡个方面：
漏气：
进样隔垫、柱子两端的接头以及放空针形阀前的连接处漏气。
火焰熄灭：
调节氢气或尾吹气流量的大小，看记录笔是否向一边偏移，如笔不动，说明火熄了或火没点着。
电路不正常：
离子线、放大器、记录仪连线接错或接触不好，放大器有问题。
系统堵塞：
在上述情况均正常时应怀疑系统堵塞，样品没有进到检测器，先检查柱后是否有气流通过，如果没有气流通过，可能柱子堵塞，从柱后折断1~2厘米，仍不通气，再检查柱前是否堵塞，在确认柱子通气的情况下，检查柱子到检测器的连接管路是否堵塞。
尾吹气没加上：
调节尾吹流量，如果记录笔不动（在保证火点着和仪器正常情况下），应怀疑流量不够。
关掉氢气和空气，喷嘴口若没有气流，证明是气路堵塞或尾吹管路堵塞。
灵敏度太低；
可能高压没加上，绝缘不好等仪器本身的问题，也有操作上的原因，高太低，衰减大大，记录仪满刻度毫伏数大大等。
毛细管色谱常用10~10
欧姆的高阻，衰减尽可能小，记录仪满刻度1毫伏（噪音可允许的情况下）。
如果记录仪满刻度只有5毫伏或10毫伏，衰减可相应小一些或高阻高一挡。
另外，柱子从中间断开。
样品浓度大低、放空流量太大。
注射针堵塞等原因都可能造成不出峰。
1.7.2色谱峰拖尾,拖尾峰引起的原因比较复杂，毛细管柱和仪器系统都可能引起拖尾。
柱子两端安装不正确，没有超过分流点和尾吹点；
或者是安装好后又在接头处断裂；
柱外死体积较大；
尾吹气流量小，样品在柱内或者系统内壁非线性吸附；
汽化室污染，此时应检查柱子的连接是否正确，有无断裂，尾吹气流量是否合适，强极性组份在金属、载体、固定液和载气以及固定液和玻璃界面上都会发生吸附作用，这些表面吸附作用可以通过表面纯化来解决。
最好是将系统全玻璃化，并使用石英毛细管柱，或将样品适当地转化。
前伸峰是由于进样量太大，柱子超负荷，进样器或柱温太低引起的、只要提高仪器的灵敏度，减小进样量，提高进样器温度或柱温，就能或少解决色谱峰的前伸问题。
毛细管柱被污染柱效和分辨率如何恢复
根据柱污染程度可采取不同的方法来解决，如果污染不严重，污染物沸点不是太高，可通过老化来解决，但老化温度不可超过柱子的最高使用温度，且一般要较长时间（8-30）小时，如果污染较严重，或通过老化仍不能使柱性能恢复，那就必须采用溶剂清洗，通常是用5倍柱容积的溶剂（如正戊烷，二氯甲烷等）通过色谱柱。
当然，清洗熔剂用的越多，对柱性能的损坏越大，清洗完后，在通载气老化一定时间，如果柱性能恢复，便可继续使用。
必须指出：
只有交联柱才能清洗，对于非交联柱，清洗柱子会彻底失效，因为固定液被洗掉了，至于清洗用熔剂的选择，可参考说明书。
一、
SPB-1型非极性柱（键合，聚二甲基硅氧烷）
对照品牌：
HP-1，DB-1，BP-1，CP-SIL
5CB，UItra-1，007-1，RTx-1，AT-1
类似固定相：
SE-30，SP-2100，OV-1，OV-101
使用温度：
-60℃-320℃
应用范围：
烷烃，芳烃，多环芳烃，醇，酚，酮，酯，醛，胺，卤代烃，吡啶，糖衍生物，氨基酸衍生物，维生素衍生物，镇痛药，农药，溶剂，胆固醇，香料，咖啡，食品添加剂等
二、
SPB-5型弱极性柱（键合，5%苯基，95%甲基聚硅氧烷）
HP-5，DB-5，BP-5，CP-SIL
8CB，UItra-2，007-2，RTx-5，AT-5
SE-54，SE-52，OV-73
烷基苯，多环芳烃，醇，酚，酮，脂肪酸酯，苯二甲酸酯，硝基芳烃，芳胺，烷基胺，联苯胺，卤代烃，多氯联苯，糖类衍生物，维生素衍生物，有机酸，镇痛药，农药，抗组胺药，溶剂，生物碱，防腐剂，香料等
三、
SUPELCOWAX
10型极性柱（键合
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