气相色谱固定相及其选择
气相色谱柱固定相简介
气相色谱柱固定相简介毛细管色谱柱最常用的是聚硅氧烷和聚乙二醇，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)。
1、聚硅氧烷聚硅氧烷由于其用途广泛、性能稳定性，是目前最常用的固定相。
标准的聚硅氧烷是由许多单个的硅氧烷链接而成。
每个硅原子与两个功能集团相连，最常见的功能集团为甲基和苯基，此外还有氰丙基和三氟丙基。
这些功能集团的类型和数量决定了色谱柱固定相的性质。
最基本的聚硅氧烷是由100%甲基取代的，相应的柱子牌号有：HP-1、BP-1、DB-1、SE-30等。
若有其他取代基取代甲基时，该取代基的数量一般由一个百分数来表示。
例如：5%二苯基-95%二甲基聚硅氧烷表示其包含有5%的苯基集团和95%的甲基集团（“二”是表示每个硅原子包含有两个特定集团）。
相应的柱子牌号有：HP-5、BP-5、DB-5、SE-54等。
如果甲基的百分数没有表征，则表示它们的含量是100%(如50%苯基-甲基聚硅氧烷表示甲基的含量为5 0%)。
相应的柱子牌号有：HP-50+、BPX-200、DB-17等。
2、聚乙二醇聚乙二醇是另外一类广泛应用的固定相。
有些我们称之为“WAX”或“FFAP”。
聚乙二醇的稳定性、使用温度范围都比聚硅氧烷要差一些。
聚乙二醇固定相色谱柱的寿命较短，而且容易受温度和环境(有氧环境等)的影响。
但由于它的极性比较强，对极性物质有特殊的分离效能，所以仍是我们常用的固定相之一。
为了提高分离效能，还有用pH阳离子改性聚乙二醇固定相。
FFAP柱就是一类用对苯二甲酸改性的聚乙二醇作为固定相的(DB-FFAP)。
这种色谱柱常用于分析分离酸性化合物。
另外，我们也用碱性化合物对聚乙二醇固定相改性用来分析分离碱性化合物(CAM)。
相应的柱子牌号有：HP-Wax、DB-Wax、Carbowax-10，HP-INNOWax、DB-WAXetr、Car bowax-20M，HP-FFAP、DB FFAP、OV-351等。
气相色谱的定性分析方法
fm'
Ms Mi
(3)、相对响应值
相对响应值是物质 i 与标准物质 S 的响应值(灵敏度)
之比，单位相同时，与校正因子互为倒数，即
Si
1 fi
和只与试样、标准物质以及检测器类型有关，而与操
作条件和柱温、载气流速、固定液性质等无关，不受
操作条件的影响，因而具有一定的通用性，是一个能
二、气相色谱的定量分析方法
定量分析就是要确定样品中组分的准确含量。气相 色谱的定量分析与大多数的仪器分析方法一样，是一 种相对定量方法，而不是绝对定量方法。
气相色谱定量分析的依据是：在一定的条件下，被
测谱本组峰公分的式峰为i 通面：过积检A测i 成器正的比数。量因(或此浓气度相)色w谱i定与量该分组析分的色基 W i = fi Ai 析再必用式须适中测当的量的f 其 定i称峰量为面计组积算分方A的法i校和，正确将因定色子组谱。分峰由的面式校积可正换知因算，子为定f试量i ，样分
的组分的量 mi ，另一方面要准确测量出峰面积或峰高，
并要求严格控制色谱操作条件，这在实际工作中有一 定困难。因此，实际测量中通常不采用绝对校正因子， 而采用相对校正因子。
(2)、相对校正因子
相对校正因子是指组分 i 与另一标准物 S 的绝
对校正因子之比，用表示：
fi'
fi fs
mi / Ai ms / As
中组分的含量。
1、峰面积的测量
在使用积分仪和色谱工作站测量蜂高和峰面积时，仪器可根据 人为设定积分参数(半峰宽、峰高和最小峰面积等)和基线来计算 每个色谱峰的峰高和峰面积。然后直接打印出峰高和峰面积的结 果，以供定量计算使用。
当使用一般的记录仪记录色谱峰时，则需要用手工测量的方法 对色谱峰和峰面积进行测量。虽然目前已很少采用手工测量法去 测量色谱峰的峰高和峰面积。但是了解手工测量色谱峰峰高和峰 面积的方法对理解积分仪和色谱工作站的工作原理及各种积分参 数的设定是大有裨益的。所以，以下简单介绍两种常用的手工测 量法。
如何选择合适的气相色谱柱？
如何选择合适的气相色谱柱？选择合适的气相色谱柱需要考虑以下几个关键因素：1. 固定相类型- 非极性柱：适用于分析非极性和弱极性化合物，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）柱。
- 极性柱：适合分离极性化合物，如聚乙二醇（PEG）柱。
- 中等极性柱：用于分析极性适中的物质，如氰丙基苯基聚硅氧烷柱。
2. 柱长- 短柱（10 - 15 米）：适用于快速分析简单混合物，分离效果相对较弱。
- 中长柱（25 - 30 米）：能提供较好的分离效果，适用于中等复杂的混合物。
- 长柱（50 - 60 米）：对于复杂混合物或需要高分离度的情况，如同分异构体的分离。
3. 内径- 小内径（0.1 - 0.25 毫米）：适用于样品量少、需要高灵敏度和高分离度的分析。
- 常规内径（0.25 - 0.32 毫米）：应用广泛，能满足大多数常规分析需求。
- 大内径（0.53 毫米）：适用于大体积进样或分析浓度较高的样品。
4. 膜厚- 薄液膜（0.1 - 0.25 微米）：适合分析低沸点、小分子化合物，出峰快。
- 厚液膜（0.5 - 5 微米）：用于保留挥发性较差的化合物，提高检测灵敏度。
5. 样品性质- 了解样品的极性、沸点范围、分子量等。
极性样品选择极性柱，高沸点样品选择厚液膜柱。
6. 分析目的- 定性分析：更注重分离度，可能选择长柱和膜厚适中的柱子。
- 定量分析：考虑灵敏度和重复性，选择与样品匹配的柱子。
7. 温度限制- 确保所选柱子能承受分析过程中的最高和最低温度。
8. 预算- 不同类型和规格的柱子价格有所差异，需根据预算进行选择。
例如，分析挥发性有机化合物（VOCs）混合物时，如果需要快速分离且样品较简单，可能会选择短的、小内径、薄液膜的非极性柱；而分析复杂的天然产物提取物时，可能需要长的、常规内径、厚液膜的中等极性柱。
综合考虑以上因素，可以选择到适合具体分析需求的气相色谱柱。
气相色谱固定相及色谱柱技术
气液色谱固定相
（iii）分离非极性和极性混合物：一般选用 极性固定液，这时非极性组分先流出，极 性组分后流出。
（vi）分离能形成氢键的试样：一般选用极 性或氢键型固定液。试样中各组分按与固 定液分子间形成氢键能力大小先后流出， 不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的 最后流出。
气液色谱固定相
（v）复杂的难分离物质：可选用两种或两 种以上混合固定液。
另外还要求固定液有良好的热稳定 性和化学稳定性；对试样各组分有适当 的溶解能力；在操作温度下有较低蒸气 压，以免流失太快。
气液色谱固定相
固定液的特性 固定液的特性主要是指它 的极性或选择性，用它可描述和区别固定液 的分离特征。目前大都采用相对极性和固定 液特征常数表示。
（i）相对极性：1959年由Rohrschneider提出用相
气相色谱固定相 及色谱柱技术
气相色谱固定相 包括气液色谱固定相和气固色谱固定相。
固体吸附剂 用于制备PLOT柱和气-液-固毛细 管柱。
液体固定相 由载体(担体)和固定液组成。
色谱柱技术( 柱材料、柱制备及柱评价）
气液色谱固定相
气液色谱固定相
载体(担体)和固定液组成气液色谱固定相 载体(担体)
对载体的要求 具有足够大的表面积和良 好的孔穴结构，使固定液与试样的接触面较 大，能均匀地分布成一薄膜，但载体表面积 不宜太大，否则犹如吸附剂，易造成峰拖尾； 表面呈化学惰性，没有吸附性或吸附性很弱， 更不能与被测物起反应；热稳定性好；形状 规则，粒度均匀，具有一定机械强度。
10010（0q1 qx） q1 q2
上右式中下标1，2和X分别表示氧二丙睛，角鲨烷
及被测固定液。由此测得的各种固定液构相对极 性均在0～100之间。一般将其分为五级，每20单 位为一级。相对极性在0～+l之间的叫非极性固 定液，+2级为弱极性固定液，+3级为中等极性， +4～+5为强极性。非极性亦可用“－”表示。下 表列出了一些常用固定液的相对极性数据。
气相色谱色谱柱的选择及分类
气相色谱色谱柱的选择及分类气相色谱色谱柱的选择及分类1.1 固定相的选择当面对一个未知物时，先试用现有GC 柱，如果该柱分离不理想，根据你对样品的了解，基本原则是分析物与固定相有相似化学性质时才会相互作用。
这说明对样品越了解，越容易找到合适的固定相。
非极性分子——通常仅由C和H组成并且无偶极矩，直联（正烷）是常见的非极性化合物的例子。
极性分子——主要由C和H组成同时也有其他原子，如：N、O、P、S或卤素。
样品包括有醇类、胺类、硫醇类、酮类、有机卤化物等。
可极化物质——主要由C和H组成同时包含不饱和键。
通常有：炔和芳香族化合物。
如果你的样品是具有相似的化学性质的非极性组分的混合物，比如大多数石油馏分中的烃，你可以试用OV-1毛细管色谱柱，它按沸点顺序分离。
如果你怀疑有芳族化合物，试着用有苯基的SE-52或SE-54柱。
极性或可极化组分样品能够在中极性和/或可极化固定相色谱柱上进行分析，如有苯基或类似基团固定相，比如OV-17或OV-225柱。
如果需要更高极性，可以选用聚乙二醇（P EG）固定相，即通常所说的WAX固定相。
1.2膜厚选择薄膜比厚膜洗脱组分快、峰分离好、温度低。
一般而言，色谱柱的膜厚为0.25到0.5μm。
对于流出达300℃的大多数样品（包括蜡、甘油三脂、甾族化合物等）能够很好的分析。
对于更高的洗脱温度，可以用0.1μm的液膜。
而厚液膜对于低沸点化合物有利，对于流出温度在100℃～200℃之间的物质，用1～1.5μm的液膜效果较好。
超厚膜（3～5μm）用于分析气体、溶剂和可吹扫出来的物质，以增加样品组分与固定相的相互作用。
另一个选择厚膜的原因是当用大口径柱时保持分离度和保留时间。
由于这个原因，大口径柱都只有厚膜。
厚膜的流失较大，温度极限必须随膜厚度增加而下降。
1.3长度选择一般情况，15m柱用于快速筛选简单混合物或分子量极高的化合物。
30m柱是最普遍的柱长。
超长柱（50、60或100m、150m）用于非常复杂的样品。
气相色谱柱的选择 色谱柱解决方案
气相色谱柱的选择色谱柱解决方案气相色谱柱的分别效果紧要取决于其固定相，柱长度，柱内径，液膜厚度这几个因素，从原理上讲，这几个因素相同的柱子，其分别效果是完全一样的。
1）柱长度的选择辨别率与柱长的平方根成正比。
在其他条件不变的情况下,为取得加倍的辨别率需有4倍的柱长。
较短的柱子适于较简单的样品,尤其是由那些在结构、极性和挥发性上相差较大的组分构成的样品。
一般来说：15m的短柱用于快速分别较简单的样品，也适于扫描分析；30m的色谱柱是常用的柱长，大多数分析在此长度的柱子上完成；50m、60m或更长的色谱柱用于分别比较多而杂的样品。
应当注意，柱长加添分析时间也加添。
2）柱内径的选择柱径直接影响柱子的效率、保留特性和样品容量。
小口径柱比大口径柱有更高柱效，但柱容量更小。
0.25mm：具有较高的柱效，柱容量较低。
分别多而杂样品较好。
0.32mm：柱效稍低于0.25mm的色谱柱，但柱容量约高60%。
0.53mm：具有仿佛于填充柱的柱容量，可用于分流进样，也可用于不分流进样，当柱容量是紧要考虑因素时（如痕量分析），选择大口径毛细管柱较为合适。
3）液膜厚度的选择液膜厚度影响柱子的保留特性和柱容量。
厚度加添，保留也加添。
0.1～0.2m ：薄液膜厚度的毛细管柱比厚液膜的毛细管柱洗脱组分快，所需柱温度低，且高温下柱流失较小，适用高沸点的化合物的分析。
0.25～0.5m ：常用的液膜厚度。
厚液膜：对分析低沸点的化合物较为有利。
4）固定相的选择不同的固定相对不同的分析物的影响不同，依据相像相溶原理，性质越相近，固定相对其的流动阻力越大，其保留时间越长．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。
固定相等同产品应用使用温度BP1AC1 100%二甲基聚硅氧烷OV—1,OV101,SE—30DB—1,HP—1,Rtx—1,Ultra—1SPB—1,CP—SiL5CB常规使用，碳氢化合物，芳香化合物，农药，酚类，除草剂，胺脂肪酸甲酯，GC/MS应用0.1μm—1.0μm—60℃—340℃/360℃>1.0μm,—60℃—280℃/300℃ BP5AC5 5%苯基95%二甲基聚硅氧烷SE—54,DB—5,Rtx—5,CP—Sil8CB,SPB—5,HP—5,Ultra—2,PTE—5 芳香化合物，农药，除草剂，滥用药物，碳氢化合物0.1μm—1.0μm—60℃—340℃/360℃>1.0μm,—60℃—280℃/300℃BP10AC10 14%氰丙苯基聚硅氧烷OV17,OV1701,DB—1701,Rtx—1701,SPB—1701,HP1701,CP—Sill9CB 农药，除草剂，药物，环境样品0.25μm—1.0μm—20℃—280℃/300℃BP20AC20 聚乙二醇DB—Wax,HP20M,StabilwaxSupelcowax—10,AT—WaxNakol,CP Wax52CB 醇类，游离酸，脂肪酸甲酯，芳香化合物，溶剂，香精油0.25μm—1.0μm20℃—280℃/300℃>1.0μm,20℃—240℃/260℃BP21聚乙二醇（TPA处理）FFAP,DB—FFAP,HP—FFAP,Stabilax—DA,Cpwax—DA,Cpwax—58CB挥发性游离酸，脂肪酸甲酯，醇，醛，丙烯酸酯，酮类0.25μm—0.5μm20℃—240℃/260℃BP22550%氰丙苯基聚硅氧烷HP—225,DB—225,Rtx—225 脂肪酸甲酯，碳水化合物，中性固醇0.25μm—0.5μm40℃—220℃/240℃BPX608DB—608,Rtx—35,SPB—608有机氯农药/除草剂0.4μm0℃—360℃/370℃BP624DB—624,Rtx—VolatilesVOCOLEPA方法624，饮用水中的挥发物卤代烃，溶剂 1.2μm—1.3μm30℃—260℃/280℃CYDEX—BCyclodex—B,Rt—BDEXm天然产物的对映异构体0.25μm—0.5μm0℃—230℃/240℃HT5—模拟蒸馏MXT—1,SimDist,DistCBHT—Sim模拟蒸馏聚亚酰胺涂层柱0.5μm—20℃—380℃/400℃2.0μm，—20℃—370℃/380℃镀铝涂层柱0.75μm—0.15μm，—20℃—460℃/480℃ BP1—PONAPetrocolDH,DB—Petro1100石油烃，汔油等组份，MTBE0.5μm，—60℃—280℃/300℃ BP—Xylene二甲苯异构体拆分—20℃—240℃/260℃ OV1701—MTBEMTBE分析—10℃—120℃/140℃离子交换色谱柱是指离子交换色谱中的固定相中的一些带电荷的基团，这些带电基团通过静电相互作用与带相反电荷的离子结合。
第4节 色谱固定相及其选择
第四节 气相色谱固定相
stationary phases in gas chromatograph
2013-7-1
一、气固色谱固定相
在GC分析中，各组分能否完全分离，主要取决 于色谱柱的效能和选择性，固定相的选择是关键问 题。 气固色谱用的固定相是一种有一定活性的吸附 剂。 常用于分析永久性气体和低沸点的烃类。
2013-7-1
二、气液色谱固定相
在气液色谱中，固定相是液体，是一种高沸点的
有机液膜－称固定液。
固定相必须有两部分组成：①固定液 ②担体
1．组分和固定液之间的分子作用力
组分在柱中的保留时间主要决定于组分和固定
液之间的作用力。 静电力，诱导力，色散力 分子间的作用力
2013-7-1
氢键作用力
静电力：极性分子之间产生的作用力 。
分离极性物质，选择极性固定液。组分按极性从 小到大流出。
分离极性和非极性物质，一般选极性固定液。非 极性组分先出峰。 能形成氢键的物质，选择氢键型固定液。组分按 形成氢键能力大小分离。
2013-7-1
复杂的难分离物质，可选用两种以上的固定液。 研究和使用过的固定液有1000多种，但最常用 总之，应选择固定液与被测组分的作用力 的不到10种。 大，溶解度大，分配系数大，充分发挥色谱
1. 种类
活性炭：有较大的比表面积，吸 附性较强。适于永久性气体和低沸 点的烃类。
2013-7-1
活性氧化铝：有较大的极性。
适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4
等气体的相互分离。CO2能被活性氧化铝强烈吸附
而不能用这种固定相进行分析。
硅胶：与活性氧化铝大致相同的分离性能。 除能分析上述物质外，还能分析CO2、N2O、 NO、NO2等，且能够分离臭氧。。
气相色谱色谱柱的选择及分类
气相色谱色谱柱的选择及分类气相色谱色谱柱的选择及分类1.1 固定相的选择当面对一个未知物时，先试用现有GC 柱，如果该柱分离不理想，根据你对样品的了解，基本原则是分析物与固定相有相似化学性质时才会相互作用。
这说明对样品越了解，越容易找到合适的固定相。
非极性分子——通常仅由C和H组成并且无偶极矩，直联（正烷）是常见的非极性化合物的例子。
极性分子——主要由C和H组成同时也有其他原子，如：N、O、P、S或卤素。
样品包括有醇类、胺类、硫醇类、酮类、有机卤化物等。
可极化物质——主要由C和H组成同时包含不饱和键。
通常有：炔和芳香族化合物。
如果你的样品是具有相似的化学性质的非极性组分的混合物，比如大多数石油馏分中的烃，你可以试用OV-1毛细管色谱柱，它按沸点顺序分离。
如果你怀疑有芳族化合物，试着用有苯基的SE-52或SE-54柱。
极性或可极化组分样品能够在中极性和/或可极化固定相色谱柱上进行分析，如有苯基或类似基团固定相，比如OV-17或OV-225柱。
如果需要更高极性，可以选用聚乙二醇（P EG）固定相，即通常所说的WAX固定相。
1.2膜厚选择薄膜比厚膜洗脱组分快、峰分离好、温度低。
1.3长度选择一般情况，15m柱用于快速筛选简单混合物或分子量极高的化合物。
30m柱是最普遍的柱长。
超长柱（50、60或100m、150m）用于非常复杂的样品。
柱长度在柱性能上不是一个重要参数，例如：加倍柱长，恒温分析时间则加倍但峰分辨率仅增大约40%。
如果分析只是比较好但不是特别好时，有比增加柱长度更好的办法来改进分析结果，如考虑更薄的膜，优化载气流量或用程序升温等。
分析活性极强的组分是一种特殊情况。
如果样品与柱材质接触，那么峰会严重拖尾。
较厚的膜、相对短的柱可以由于较少的柱材和较厚的固定液体掩盖其表面以屏蔽活性表面,从而减少相互作用的机会。
1.4内径选择增加直径意味着需要更多的固定相，即使厚度不增加，也有较大的样品容量。
同时也意味着降低了分离能力且流失较大。
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气相色谱固定相及其选择
一、气-固色谱固定相
在气—固色谱法中作为固定相的吸附剂，常用的有非极性的活性炭，弱极性的氧化铝，强极性的硅胶等。
它们对各种气体吸附能力的强弱不同，因而可根据分析对象选用。
一些常用的吸附剂及其一般用途均可从有关手册中查得。
二、气—液色谱固定相
1．担体
担体(载体)应是一种化学惰性、多孔性的颗粒，它的作用是提供一个大的惰性表面，用以承担固定液，使固定液以薄膜状态分布在其表面上。
对担体有以下几点要求：
(1)表面应是化学惰性的，即表面没有吸附性或和吸附性很弱，更不能与被测物质越化学反应；
(2)多孔性，即表面积较大，使固定液与试样的接触面较大；
(3)热稳定性好，有一定的机械强度，不易破碎；
(4)对担体粒度的要求，一般希望均匀、细小，这样有利于提高柱效。
气—液色谱中所用担体可分为硅藻土型和非硅藻土型两类。
常用的是硅藻土型担体，它又是可分为红色担体和白色担体两种。
在分析这些试样时，担体需加以钝化处理，以改进担体孔隙结构，屏蔽活性中心，提高柱效率。
处理方法可用酸洗、碱洗、硅烷化等。
2．固定液
A．对固定液的要求
(1)挥发性小，在操作温度下有较低蒸气压，以免流失。
(2)稳定性好，在操作温度下不发生分解。
在操作温度下呈液体状态。
(3)对试样各组分有适当的溶解能力，否则被载气带走而起不到分配作用。
(4)具有高的选择性，即对沸点相同或相近的不同物质有尽可能高的分离能力。
(5)化学稳定性好，不与被测物质起化学反应。
B．固定液的分离特征。
固定液的分离特征是选择固定液的基础。
固定液的选择，一般根据“相似相溶”原理进行，即固定液的性质和被测组分有某些相似性时，其溶解度就大。
如果组分与固定液分子性质(极性)相似，固定液和被测组分两种分子间的作用力就强，被测组分在固定液中的溶解度就大，分配系数就大，也就是说，被测组分在固定液中溶解度或分配系数的大小与被测组分和固定液两种分子之间相互作用的大小有关。
分子间的作用力包括静电力、诱导力、色散力、和氢键力等。
固定液的极性可以采用相对极性P来表示。
规定强极性的固定液β, β’氧二丙腈的相对极性P=100，非极性的固定液角鲨烷的相对极性P=0，然后用一对物质正丁烷—丁二烯或环己烷—苯进行试验，分别测定这一对试验物质在β, β’氧二丙腈，角鲨烷及欲测极性固定液的色谱柱上的调整保留值，然后按下列两式计算欲测固定液的相对极性P x： P x=100－
q=lg
这样测得的各种固定液的相对极性均在0—100之间，为了便于在选择固定液时参考，又将其分为五级，每20为一级，P在0～+1间为非极性固定液，+1～+2
为弱极性固定液，+3为中等极性固定液，+4～+5 为强极性固定液，非极性亦可用“-”表示。
C．固定液的选择
(1) 分离非极性物质，一般选用非极性固定液，这时试样中各组分按沸点次序先后流出色谱柱，沸点低的先出峰，沸点高的后出峰。
(2) 分离极性物质，选用极性固定液，这时试样中各组分主要按极性顺序分离，极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出色谱柱，
(3) 分离非极性和极性混合物时，一般选用极性固定液，这时非极性组分先出峰，极性组分(或易被极化的组分)后出峰。
(4)对于能形成氢键的试样，如醇、酚、胺和水等的分离。
一般选择极性的或是氢键型的固定液，这时试样中各组分按与固定液分子形成氢键的能力大小先后流出，不易形成氢键的先流出，最易形成氢键的最后流出。