chapter色谱分离操作条件的选择
气相色谱分析法--分离条件的选择与优化
色谱热力学因素（3）
常用固定液 固定相液的选择
分离非极性物质，一般选 用非极性固定液。 分离极性物质，一般按极 性强弱来选择相应极性的固 定液。 分离非极性和极性混合物 时，一般选用极性固定液。 能形成氢键的试样，一般 选用氢键型固定液。 对于复杂组分，一般可选 用两种或两种以上的固定液 配合使用。
动情况；
与各组分在两相间的传质阻力有关。
色谱热力学因素（1）
分配系数K：平衡状态时，组分在固定相与流动相中的浓度比 。
两组分分配系数不同，则在色谱柱中有不同的保留值，因而就以
不同的速度先后流出色谱柱，从而达到分离。 组分分子结构不同，组分性质不同，则相应的分配系数也不同， 这是色谱分离的基础。
1 M 载气
；
M载气↑，B值↓。
色谱动力学因素（4）
传质阻力
传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即： C =（Cg + CL）
2 0.01k d f Cg 2 (1 k ) Dg
d2 2 k f CL 3 (1 k ) 2 DL
k为容量因子； Dg /DL为扩散系数。 减小担体粒度，选择小分子量的气 体作载气，可降低传质阻力。
分离操作条件的选择（1）
载气流速的选择
较高 载气 流速 较低 传质阻力项是影响柱效的主 要因素，流速，柱效。 分子扩散项成为影响柱效的 主要因素，流速,柱效。 u有一 最佳值
H＝A
B Cu u
H~u曲线的绘制 最佳载气流速的获取 实际载气流速的选择
分离操作条件的选择（2）
气相色谱分析法
分离条件的选择与优化
吴朝华
问题引入
请仔细观察右面的4个色谱分离图，
色谱分离过程具备的条件
色谱分离过程具备的条件
色谱分离过程具备的条件包括：
1. 有效的分离介质：色谱分离过程中需要使用一种适当的分离介质，如固定相或移动相。
固定相通常是固体或涂在固体上的液体，而移动相通常是液体或气体。
2. 合适的样品处理方法：样品在进入色谱仪之前，通常需要经过一些前处理步骤，如稀释、过滤、萃取等，以提高分离效果或减少可能的干扰。
3. 适当的分离机制：色谱分离基于不同物质在分离介质中的亲和性差异。
不同物质的分离机制可以有吸附、分配、离子交换、排阻等方式。
4. 适当的温度和压力控制：温度和压力的控制可以影响色谱分离的效果和速度。
不同物质具有不同的热力学性质和溶解度，因此适当的温度和压力条件对于实现高效的分离是必要的。
5. 良好的仪器设备：色谱分离通常需要使用高质量的色谱柱、色谱仪及其配套的进样器、检测器等设备，以保证准确和精确的分离过程。
6. 专业的操作技术：色谱分离过程需要操作人员具备一定的专业知识和实践经验，以正确操作仪器设备、准确调节分离条件，并正确解读和分析分离结果。
简述气相色谱分离操作条件的选择
气相色谱分离操作条件的选择包括以下几个方面：
1.柱温选择：柱温是气相色谱分离操作中最关键的因素之一，它直接影响到分离效果和分离速度。
一般来说，选择较高的柱温可以提高分离速度，但也会降低分离效果。
因此，需要根据样品的性质和分析目的来选择适当的柱温。
2.载气流速选择：载气流速也是影响气相色谱分离效果的重要因素之一。
一般来说，选择较高的载气流速可以提高分离速度，但也会降低分离效果。
因此，需要根据样品的性质和分析目的来选择适当的载气流速。
3.进样方式选择：进样方式包括顶空进样和液相进样两种方式。
顶空进样适用于挥发性较强的样品，而液相进样适用于挥发性较弱的样品。
需要根据样品的性质和分析目的来选择适当的进样方式。
4.柱子选择：柱子的选择也是影响气相色谱分离效果的重要因素之一。
不同类型的柱子具有不同的分离效果和分离速度，需要根据样品的性质和分析目的来选择适当的柱子。
5.检测器选择：检测器的选择也是影响气相色谱分离效果的重要因素之一。
不同类型的检测器具有不同的灵敏度和响应速度，需要根据样品的性质和分析目的来选择适当的检测器。
总之，选择适当的气相色谱分离操作条件需要综合考虑样品的性质、分析目的、仪器设备等多个因素，并通过试验和优化来确定最佳的操作条件。
色谱分离操作条件的选择
色谱分离操作条件的选择在气相色谱中，除了要选择合适的固定液之外，还要选择分离时的最佳条件，以提高柱效能，增大分离度，满足分离的需要。
一、载气及其线速的选择根据van Deemter方程的数学简化式为H = A + B / u + C u可得到下图所示的H-u关系曲线。
当u值较小时，分子扩散项B/u将成为影响色谱峰扩张的主要因素，此时，宜采用相对分子质量较大的载气（N2、Ar），以使组分在载气中有较小的扩散系数。
当u较大时，传质项Cu将是主要控制因素。
此时宜采用相对分子质量较小，具有较大扩散系数的载气（H2、He），以改善气相传质。
各项因素对板高H的影响图中曲线的最低点，塔板高度最小，柱效最高，所以该点对应的流速即为最佳流速。
最佳线速和最小板高可以通过H = A + B / u + C u进行微分后求得。
上图的虚线是速率理论中各因素对板高的影响。
比较各条虚线可知，当u值较小是，分子扩散项B/u将成为影响色谱峰扩张的主要因素，此时，宜采用相对分子质量较大的载气（N2、Ar），以使组分在载气中有较小的扩散系数。
另一方面，当u较大时传质项Cu将是主要控制因素。
此时宜采用相对分子质量较小，具有较大扩散系数的载气（H2、He），以改善气相传质。
当然，还须考虑与所用的检测器相适应。
二、柱温的选择柱温是一个重要的色谱操作参数，它直接影响分离效能和分析速度。
柱温不能高于固定液的最高使用温度，否则会造成固定液大量挥发流失。
某些固定液有最低操作温度。
一般地说，操作温度至少必须高于固定液的熔点，以使其有效地发挥作用。
降低柱温可使色谱柱的选择性增大，但升高柱温可以缩短分析时间，并且可以改善气相和液相的传质速率，有利于提高效能。
所以，这两方面的情况均需考虑。
在实际工作中，一般根据试样的沸点选择柱温、固定液用量及载体的种类。
对于宽沸程混合物，一般采用程序升温法进行。
三、柱长和内径的选择由于分离度正比于柱长的平方根，所以增加柱长对分离是有利的。
色谱分离操作条件的选择
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。
2020/5/23
3.柱长和柱内径的选择
增加柱长对提高分离度有利（分离度R正比于 柱长L2），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，内径3~4mm。
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4.柱温的确定
(1) 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。
(2) 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。
(3) 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。
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2.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30~50℃
防止气化温度太高造成试样分解。
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2. 载气流速的选择
作图求最佳流速。实际流速稍大于最佳流速，缩短时 间。
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三、 其它操作条件的选择
1.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。
浅谈气相色谱分离条件的选择
浅谈气相色谱分离条件的选择在气相色谱分析中,人们期望的理想状态是在最短的时间内对样品中各个组分完全分离并分析。
所以,选择高效率的色谱柱和适当的分离条件十分重要。
本文简要介绍了气相色谱仪分离条件的选择原则,并列举了应用实例。
1、固定相的选择一般来说,载体或固定相的粒度越小越有利于提高柱效率,但是粒度过小会使分析时间变长。
一般要求填充颗粒直径是柱直径的十分之一左右,即60～80目或80～100目。
粒度要均匀,粒度越一致,填充的越均匀,柱效率越高。
除分析气体外,分析其他物质大多使用涂装固定相的色谱柱。
其优点是可在较低温度下分析高沸点的样品,由于柱温低,固定相选择系数增大,从而提高了柱效率。
同时,固定相含量低,缩小了保留值,节省了分析时间。
固定相配比的选择取决于样品性质(如沸点、极性)、载体性质及柱温等,此外要求固定相粘度小,蒸汽压力低。
2、色谱柱的选择制作色谱柱的材料很多,其中不锈钢和玻璃是最常用的材料。
不锈钢柱质地坚硬,化学稳定性好,耐高温高压,应用最为广泛。
玻璃柱表面吸附性小,化学活性差,常用于微量分析或分析某些和金属发生化学反应以及易受热金属表面催化作用而分解的样品。
制作毛细管柱的材质主要是玻璃或石英。
在其他操作条件不变的前提下,适当增加柱长能获得较好的分离效果。
但柱子增长,分析时间也相应增加。
如在相同的操作条件下,柱长L1=1.0m时求得样品的分离度R1=0.8,若R2=1.5时,样品完全分离,则此条件下理想的柱长L2=L1/(R1/R2)2≈3.5m。
3、载气压力和流速的选择载气压力对柱效率有直接的影响。
如提高柱内压力,有助于提高柱效率。
但只提高入口压力,使流速加大且压降太大时,反而会降低柱效率,因此也必须提高出口压力。
一般采用在柱后加装适当气阻的方法来解决这一问题。
载气流速是决定色谱分离的重要因素之一。
一般情况下,流速高色谱峰窄,反之则宽些,但流速过高或过低对分离都有不利的影响。
流速要求要平稳,常用的流速范围为20～70mL/min。
第三节 分离条件的选择
4t R ( 2) 4 12.8 4 12.2 0.8133 Y2 0.8533 n 3600 n 3600
[12.8 12.2] R 1 1 0.72 ) 1 Y2 ) 1 0.8133 2 (Y 2 (0.8533
R2 L2 L1 4.34m R1
二、色谱分离基本方程
• 对于难分离的混合物，在选择合适的实验条件 时，合理认为Y1=Y2=Y,k1 ≈ k2=k 2 • 由 t 得： 1 n 1
n 16 R Y
Y 4 tR
• 代入
t R(2) t R(1) R 1 (Y1 Y2 ) 2
取决于两组分的热力学性质
取决于两组分的动力学因素
★ R 越大，表明两组分分离效果越好 ★ 保留值之差取决于固定液的热力学性质 ★ 色谱峰宽窄反映色谱过程动力学因素 及柱效能高低
对于峰形对称且满足正态分布的色谱峰： R=1, 分离程度为98%； R=1.5，分离程度可达 99.7%。 所以R=1.5时可认为色谱峰已完全分开。
tR 2 n 16( ) Y
4t R (1)
4t R Y n
由于两峰及其接近，保留时间只差10 s，即AB的n值可视作一致
4 90 Y1 9s n 1600 4t R ( 2) 4 100 Y2 10s n 1600
注意： Rs＜1.5，即两峰不能完全分离。
《例二》
在某色谱柱上，组分AB的保留时间分别为90s和100s， 要达到完全分离(Rs=1.5),理论塔板数最少应为多少？ 解：
R
(Y1 Y2 )
(t R ( 2) t R (1) )
色谱分离条件选择中的几个主要方面
色谱分离条件选择中的几个主要方面色谱分离条件选择中的几个主要方面1.难分离物质的预测在分离多组分复杂混合物时，那些份子量级为相近，沸点差极小，结构相似又极性相近的组分，保留值相差小的为难分的物质对。
这样可以通过柱系统选择性指标Sd值大小和某些经验规律来预测难分物质对分离的影响，引出Sd值作难分物质的量度，在给定色谱条件下，规定Sd为：从上式中看到，决定物质对分离难易的不止是r2.1值，而是Sd值，其中主要有热力学因素，K'值影响，同时也有动力学系数β*的影响，Sd等值越小，则物质对就越难分，即此时K'值相差很小，故可将式近似地写为：想而易见，K'2/K'1比值越小，Sd值就越小，越难分。
日常工作中对难分物质对强调有可能，是指可以调整柱温改善热力学性质，几大K'2K'1比值；同时也可改变动力学系数β值（例如，改变流动相线速度，柱长）以达到Sd 设定值，使物质对分离，对高效液相色谱也可改变流动相组成，从而改善Sd值，达到同样的目的。
1.同系物种难分物质对的预测因为同系物种相邻二组分只差一个CH2量，其保留值服从碳数规律：式中：NC——同系物种的组成碳数A1——碳数规律中的经验常数C1——碳数规律中相关系数，即NC=0时1gVg值。
式中表明，当相差Nc相同时，分子量越大，则lgVg越大，K值越大，越易分离。
故同系物中难分离的物质对可能是系类中对组分，即流出柱的分子量小的一对，例如C1-C6烃中，乙烷-乙烯对难分，所以选择的色谱分离条件只要能分离好组分，则其余较大分子量组分对则不成问题。
2.异构体中难分物质对的预测同分异体中沸点差值小的物质对，可能是难分物质对，其保留变化服从沸点规律有上式可见，Tb上身，则1gVg值增加，对沸点差值相同的物质对，低沸点者难分离，故非极性或弱极性组分对，在非极性固定相上沸点且差值小的组分对难分离，若对芳烃异构体而言，间对位异构体不但沸点相近，且极性相当，构型相似，故难分离，若用柱系统选择性指标量度，则有：显然，Sd值决定于沸点差与之比，当△Tb=Tb2-Tb1很小时，“可能”还会得到好的分离，还有改善β*和K'的可能，毕竟有构型不同的溶解能力差别，同时β*的影响通前述。