气相色谱法
气相色谱法
GC
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发展 英国Martin等人于1941年首次提出了用 气体作流动相； 1952年第一次用气相色谱法分离测定复 杂混合物； 1955年第一台商品气相色谱仪； 近年电子计算机技术。
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概念：使混合物中各组分在两相间进行分配,其中一相
是不动的(固定相),另一相(流动相)携带混合物流过此
从色谱图得到的信息: 1.样品中所含组分数(峰个数) 2.定性分析(色谱峰的保留值) 3.定量分析(色谱峰面积或峰高) 4,评价色谱柱分离性能(区域宽度)
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三、塔板理论
1.理论塔板数n:某一组分的保留时间与半峰宽比值 的平方，乘以5.54的积为理论塔板数。
n=5.54(tR/Wh/2)2 色谱柱长L与理论塔板数n的比值为理论塔 板高度H。 H=L/n
固定相,与固定相发生作用,在同一推动力下,不同组分 在固定相中滞留的时间不同,依次从固定相中流出,又
称色层法,层析法。 以气体作为流动相的色谱法。
分类：
按固定相的聚集状态: 气固色谱（GSC）、气液色谱（GLC） 按分离原理： GSC属于吸附色谱，GLC属于分配色谱。 按色谱柱的粗细：柱色谱（分填充柱色谱 毛细管柱色谱）
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3．柱的制备
柱的制备包括固定液的涂渍和柱的填装。当选定固定 液和担体后，还需确定固定液用量，原则是固定液应能均匀 覆盖担体表面形成薄的液膜，固定液的用量通常用配比来表 示（固定液与担体的质量比），一般在5%~25%之间。低配 比，柱效较高。分析速度快，但允许的进样量低。 固定液的涂渍是将选定的固定液用合适的溶剂溶解后 （溶剂用量以能完全浸没单体为宜），加入担体，缓慢蒸发 溶剂至干燥。 螺旋形柱的填充通常采用真空填充法，应注意填充均匀， 致密，但又不可使柱压太大。 4．色谱柱的老化 制备好的色谱柱在使用前要进行老化处理，即将柱子在 比其工作过程中的最高使用温度高25℃的情况下通载气加热 几小时。为防止污染检测器，需将柱出口与检测器脱离直接 引至室外。在老化过程中，填料中残存的溶剂以及固定相中 46 可能存在的低沸点组分随载气流出。此外，还有助于使担体
气相色谱法
气相色谱法气相色谱法1、气相色谱法（gc）是以气体为流动相的色谱分析法。
2、气相色谱缺点要求样品气化，不适用于大部分沸点高和热不稳定的化合物，对于腐蚀性能和反应性能较强的物质更难于分析。
大约有15%-20%的有机物能用气相色谱法进行分析。
3、气相色谱仪的组成气路系统、进样系统、分离系统、检测系统、温控系统、记录系统。
4、气路系统包括气源、净化器和载气流速控制；常用的载气有：氢气、氮气、氦气:。
5、进样系统包括进样装置和气化室。
气体进样器（六通阀）：试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中的试样气体进入分离柱；液体进样器：不同规格的微量注射器，填充柱色谱常用10μl；毛细管色谱常用1μl；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。
6、进样方式分流进样：样品在汽化室内气化，蒸气大部分经分流管道放空，只有极小一部分被载气导入色谱柱；不分流进样：样品直接注入色谱的汽化室，经过挥发后全部引入色谱柱。
7、分离系统色谱柱：填充柱（2-6 mm直径，1-5 m长），毛细管柱（0.1-0.5 mm直径, 几十米长）。
8、温控系统的作用温度是色谱分离条件的重要选择参数，气化室、色谱柱恒温箱、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度。
气化室：保证液体试样瞬间气化；检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；色谱柱恒温箱：准确控制分离需要的温度。
9、检测系统作用：将色谱分离后的各组分的量转变成可测量的电信号。
指标：灵敏度、线性范围、响应速度、结构、通用性。
通用型——对所有物质均有响应；专属型——对特定物质有高灵敏响应。
检测器类型：浓度型检测器、热导检测器、电子捕获检测器、质量型检测器、氢火焰离子化检测器、火焰光度检测器。
10、热导检测器的主要特点结构简单，稳定性好；对无机物和有机物都有响应，不破坏样品；灵敏度不高。
11、氢火焰离子化检测器的特点优点：(1)典型的质量型检测器；(2)通用型检测器（测含c有机物）；(3)氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速、死体积小、线性范围宽等特点；(4)比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，检测下限可达10-12g·g-1。
气相色谱法
当含较大电负性有机物被载气带入ECD内时，将 捕获已形成的低速自由电子，生成负离子并与载 气正离子复合成中性分子，基流下降形成“倒峰”
四、火焰光度检测器（FPD）
FPD对含S、P化合物具有高选择性和高 灵敏度的检测器。因此，也称硫磷检测 器。主要用于SO2、H2S、石油精馏物的 含硫量、有机硫、有机磷的农药残留物 分析等。
检测器: 将被分离的组分的量转为 易于测量的电信号的装置
检测器类型
浓度型检测器：检测器的响应值与组分的 浓度成正比，如热导检测器和电子捕获检 测器。 质量型检测器：检测器的响应值与单位时 间内进入检测器某组分的质量成正比，如 氢火焰离子化检测器和火焰光度检测器。
一、热导池检测器
热导池检测器（TCD)：根据不同的物质具 有不同的热导率这一原理制成。 通用型检测器: 对任何气体均可产生响应。 因而通用性好 特点：线性范围宽、价格便宜、应用范围 广，但灵敏度较低。
工作原理
仅有载气通过时，电桥 平衡 R参=R测 ; R1=R2 ， R参· 2=R测· 1 R R 无电压信号输出； 有样品随载气进入样品臂时，热导系数发生变化， 测量臂的温度发生变化，其电阻亦发生变化，电 桥失去平衡 R参≠R测；R参· 2≠R测· 1，有电压信号输出。 R R
规律：载气和样品混合气体与纯载气的热导系数相 差越大，则输出信号越强。
3. 分离系统
分离柱包括填充柱和开管柱(或称毛细管柱)。 柱材料包括金属、玻璃、融熔石英、等。
填充柱：多为U形或螺旋形，内径2~4 mm， 长1~3m，内填固定相。
开管柱： ①涂壁开管柱：将固定液均匀地涂在内径为0.1～ 0.5mm的毛细管内壁而成; ②多孔层开管柱：在管壁上涂一层多孔性吸附剂 固体微粒; ③载体涂渍开管柱：先在毛细管内壁涂上一层载 体，如硅藻土载体，在此载体上再涂以固定液。 ④键合型开管柱：将固定液用化学键合的方法键 合到涂敷硅胶的柱表面或经表面处理的毛细管内 壁上，该类柱的固定液流失少，热稳定性高。
气相色谱法
第七章 气相色谱法
7-2 气相色谱固定相
一 气-固色谱固定相 二 气-液色谱固定相
7-3 气相色谱检测器 7-4 气相色谱法的实验技术
一 分离操作条件的选择 二 样品衍生化方法
7-1 气相色谱仪的基本组成：
关键部件： 色谱柱：是混合物中各组分能否分离的关键。 （色谱仪的“心脏” （色谱仪的“心脏”） 检测器：决定分离后的组分能否产生信号。 （色谱仪的“眼睛” （色谱仪的“眼睛”） 因此，色谱仪的核心是分离系统和检测系统。 →☆←
7-2 气相色谱固定相
一 、气-固色谱固定相 、气固定相：多孔性的较大表面积的固体吸附 剂颗粒。（易吸潮失活，使用前需活化） 分离对象：永远性气体及低分子量，低沸 点的烃类等。 →☆←
二、 气-液色谱固定相
１．载体（又称担体）
固定相：涂在载体表面上的固定液。
作用：提供一个具有较大表面积的惰性表面，使固定液 显均匀薄膜状地牢固保留在其表面上。 载体要求：（1 载体要求：（1）表面多孔且分布均匀； （2）表面积大； （3）化学惰性好； （4）热稳定性好； （5）机械强度好。 一般使用硅藻土载体。由天然硅藻土经锻炼制得，按制 造方法不同，可分为红色载体和白色载体。 →☆←
一般选择气化室温度高于样品中沸点最高的 组分的沸点10-50℃。以保证样品在气化室中瞬 组分的沸点10-50℃。以保证样品在气化室中瞬 间气化。但温度不能高于各组分的化学稳定温度。 （2）柱温的选择 通常情况，比各组分平均沸点稍低。 柱温不能高于固定液的最高使用温度。防止 固定液挥发流失。 柱温提高时：组分的保留时间缩短，扩散时 间减少，柱效提高，但各组分保留时间靠近，分 离度降低。 →☆←
3 衍生物的制备
衍生化试剂一般活性很高，需在无水条件进行 反应，且通常在密封体系内完成。 衍生反应结束后，可直接取样分析，必要时可 用干燥惰性气体吹去副产物及过量试剂。有时衍生 反应不能计量地转化，给定量分析带来误差。 可采用下列方法补救： 让衍生试剂大大过量，推动平衡向生成物方向 移动。 加入一个与样品性质接近的标准物，让两者都 与衍生试剂反应，假定两者转化率相同，由于衍生 前后二者比例不变，根据类比，进行定量。 →☆←
气相色谱法
气相色谱法的机理及其在环境监测中的应用一．气相色谱法的概述气相色谱法（gas chromatography 简称GC）是色谱法的一种，它是俄国学者茨威特于1906年首先提出的。
色谱分析是一种对多组分混合物的分离、分析工具，它主要利用物质的理化性质不同进行分离并测定混合物中各组分的含量。
色谱法中有两个相，一个相是流动相，另一个相是固定相。
如果用液体作流动相，就叫液相色谱，用气体作流动相，就叫气相色谱。
气相色谱法有不同的分类方法。
由于所用的固定相不同，可以将其分为两种，用固体吸附剂作固定相的叫气固色谱，用涂有固定液的担体作固定相的叫气液色谱。
按色谱分离原理来分，气相色谱法亦可分为吸附色谱和分配色谱两类，在气固色谱中，固定相为吸附剂，气固色谱属于吸附色谱，气液色谱属于分配色谱。
按色谱操作形式来分，气相色谱属于柱色谱，根据所使用的色谱柱粗细不同，可分为一般填充柱和毛细管柱两类。
一般填充柱是将固定相装在一根玻璃或金属的管中，管内径为2～6毫米。
毛细管柱则又可分为空心毛细管柱和填充毛细管柱两种。
空心毛细管柱是将固定液直接涂在内径只有0.1～0.5毫米的玻璃或金属毛细管的内壁上，填充毛细管柱是近几年才发展起来的，它是将某些多孔性固体颗粒装入厚壁玻管中，然后加热拉制成毛细管，一般内径为0.25～0.5毫米。
在实际工作中，气相色谱法是以气液色谱为主。
二．气相色谱法所用仪器的结构机理及流程2.1结构机理气相色谱法所用的仪器为气相色谱仪。
气相色谱是以气体做流动相的色谱过程，它包括气-固色谱(即气-固吸附色谱)和气-液色谱(即气-液分配色谱)。
用气体做流动相的主要优点是气体的粘度小，因而在色谱柱内流动的阻力小；同时因为气体的扩散系数大，因此组分在两相间的传质速度快，有利于高效、快速地分离。
和气-固色谱相比，气-液色谱由于它可供选择的固定液多，它的应用范围更为广泛。
目前，气相色谱已广泛用于沸点在500℃以下、热稳定的各种组分的分离和测定。
第十一章 气相色谱法
程序升温：指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高 温作线性或非线性变化，以达到用最短时间获得最佳 分离的目的。
（二）进样系统
包括进样装置和气化室。
1、进样器：微量注射器（液体），六通阀（气体） 2、气化室：液体样品引入后需要瞬间气化而不分解
气固色谱（GSC）：
多孔性固体为固定相， 分离的对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物。
气液色谱（GLC）
固定相是用高沸点的有机物涂渍在惰性载体上。 由于可供选择的固定液种类多，故选择性较好，应用亦广泛。。
第 一 节 气相色谱仪
一 结构流程
一 结构流程
GC工作过程
气路系统 分离系统
+
CH3 Si CH3 Cl Cl
CH3 Si CH3 OO
Si O Si
+ HCl
二甲基 二氯硅
烷
3 气固色谱固定相
永久性气体 分离对象 惰性气体
低沸点有机化合物
固体吸附剂
硅胶－强极性 氧化铝－弱极性 活性炭－非极性 分子筛－强极性（特殊吸附作用）
4 .合成固定相
a.高分子多孔微球
极性：苯乙烯－二乙烯苯共聚物
A R1 R2 B 参比 测量
只有载气通过时 R1*R参比=R2*R测量
载气+组分 R1*R参比≠R2*R测量
测量依据：利用载气与组分热导系数的差异进行测量
b.影响热导检测器灵敏度的因素
桥路电流：但I大，RN大，基线不稳，精密 S I 3
度降低，且金属丝易氧化烧坏。 载气：导热系数大小：H2>He>N2
浸润性。 c. 热稳定性好。 d. 有一定的机械强度，使固定相在制备
气相色谱法
3）高分子多孔微球（GDX，苯乙烯、二乙烯基苯聚合交联而成： 常用于药物分析（乙醇量、水分、残留有机溶剂）定性、定量
有机合成高分子聚合物 吸附 + 分配 + 分子筛机制 4）化学键合相（化学键合多孔微球固定相） 稳定性好，分析极性和非极性组分 吸附 + 分配机制
一、 气相色谱速率理论
Van Deemter 等人在研究气液色谱时提出了速率理论，他在 塔板理论的基础上引入了影响板高的动力学因素，将色谱 过程与柱内组分的分子运动联系起来，认为影响板高的因 素有三，并建立了速率方程（范第姆特方程）。
RC
质量型检测器：测量组分质量的变化
响应值与单位时间进入检测器的组分质量成正比
[FID、FPD、NPD(TID)]
2、按对组分的选择性分
R dw dt
通用型检测器：TCD
专属型检测器：FID（含C、H）、FPD（含S、P ）、NPD
（含N、P ）、ECD（含电负性基团）
三、检测器的性能指标 噪音（noise；N）
适用范围：溶剂、一般气体和惰性气体，工业流程中气体， 药物中微量水分
3）使用注意事项 A、热导检测器为浓度型检测器，当进样量一定时，峰面积 与载气流速成反比，而峰高受流速影响较小。因此，用A定 量时，需严格保持流速稳定。 B、为避免热丝烧断，没有通载气时不能加桥电流，关仪器 时应先切断桥电流再关载气。 C、在热导池体温度与载气流速等实验条件恒定时，检测器 的灵敏度取决于载气与组分的热导率之差。在用TCD 检测 器时，用氮气为载气，灵敏度低、易出倒峰 一般选氢气为载气。 见 p255 表12-1 D、检测器温度不得低于柱温，通常检测器温度高于柱温 2050C。
气相色谱法的定义
气相色谱法的定义气相色谱法是一种分离和分析化合物的技术，广泛应用于化学、生物化学、环境科学等领域。
它利用气相色谱仪将混合物中的化合物分离出来，然后通过检测器进行定量和定性分析。
气相色谱法具有分离效率高、分析速度快、灵敏度高等优点，因此在科学研究和工业生产中得到了广泛的应用。
气相色谱法的原理是利用气相色谱柱对混合物中的化合物进行分离。
当混合物进入色谱柱时，不同化合物会因为其与固定相的亲和力不同而在色谱柱中以不同速度移动，从而实现分离。
随后，通过检测器对分离出来的化合物进行检测和定量分析。
气相色谱法可以通过不同的检测器实现对化合物的定性和定量分析，常用的检测器包括质谱检测器、火焰光度检测器、电子捕获检测器等。
气相色谱法的应用非常广泛。
在化学领域，气相色谱法可以用于分析有机化合物、无机化合物、生物大分子等。
在生物化学领域，气相色谱法可以用于药物代谢动力学研究、蛋白质结构分析等。
在环境科学领域，气相色谱法可以用于大气污染物的监测、水体中有机污染物的分析等。
此外，气相色谱法还被广泛应用于食品安全监测、药品质量控制等领域。
随着科学技术的不断发展，气相色谱法也在不断改进和完善。
新型的色谱柱材料、检测器技术以及数据处理方法的不断涌现，使得气相色谱法在分析精度、灵敏度和分辨率上得到了显著提高。
同时，气相色谱法与其他分析技术的结合也为其应用拓展提供了更多可能性，例如与质谱联用技术结合可以实现对复杂混合物的高效分析。
总之，气相色谱法作为一种重要的分离和分析技术，在化学、生物化学、环境科学等领域发挥着重要作用。
随着科学技术的不断进步，相信气相色谱法在未来会有更广阔的应用前景。
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2. 聚合物固定相
e、高分子多孔微球(GDX系列)： 新型的有机合成固定相 (苯乙烯与二乙烯苯共聚 )，
适用于水、气体及低级醇的分析。
特点： 固体固定相的性能与制备和活化条件有很大关系，同一
种固定相，不同的活化条件，分离效果差异较大，使用时应 注意。固体固定相种类有限，常用于永久性气体和低沸点物 质的分析。
担体
硅藻土类担体 非硅藻土类担体
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(1)硅藻土类—由硅藻土制得的多孔性颗粒
硅藻土类担体
红色担体： 孔径较小，表孔密集，比表面积较大， 机
械强度好。 适宜分离非极性或弱极性组分的试样 。 缺点是表面存有活性吸附中心点。
白色担体： 煅烧前原料中加入了少量助熔剂（碳酸钠）。 颗粒疏松，孔径较大。 表面积较小，机械强度较差但吸附性显著减
（ii）碱洗：用5% 或10%NaOH 的甲醇溶液回流或浸泡，然后用 水、甲醇洗至中性，除去氧化铝，用于分析碱性物质。
(iii) 硅烷化：用硅烷化试剂与载体表面硅醇基反应，使生成硅 烷醚，以除去表面氢键作用力。如：
Si OH
O
+
Cl Si OH
CH2
Si CH2 Cl
Si O
CH2
O
Si
+ 2HCl
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二、气-液色谱固定相
气-液色谱固定相—涂敷有固定液的担体（支持体） 将涂敷好的固定相均匀装填到空柱中就构成
了色谱柱。 将固定液直接涂敷在毛细管柱壁上就构成了
毛细管色谱柱。
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1.担体：
化学惰性的多孔性固体颗粒，具有较大的比 表面积，固定液能均匀的分布在其表面。 可以作为担体使用的物质应满足以下条件： a、比表面积大，孔径分布均匀； b、化学惰性，表面无吸附性或吸附性很弱，与被分 离组分不起反应； c、具有较高的热稳定性和机械强度，不易破碎； d、颗粒大小均匀、适度。
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2) 固定液与组分分子间的作用力
这种分子间作用力是一种较弱的分子间的吸引力，它不像 分子内的化学键那么强。
它包括有范德华力（定向力、诱导力、色散力）和氢键力。
① 定向力
-
+- +
Mobile Phase Flow
6201 红色担体 101 白色担体 101 酸洗 101 硅烷化白色担体 102 白色担体 高分子微球 玻璃微球 氟担体
特点及用途 适用于涂渍非极性固定液分析非极性物质 由 201 釉化而成，性能介于红色与白色硅藻土担体之间， 适用于分析中等极性物质
适用于涂渍极性固定液分析极性物质 催化吸附性小，减小色谱峰拖尾
色谱柱
检测系统
温控系统
3
4
一、气路系统
5
气路系统包括载气钢瓶、减压阀 、净化干 燥管、针形阀 、流量计、压力表等部件
1、载气：氢气、氮气、 氦气和氩气
2、气路结构 单柱单气路：适用于恒温分析 双柱双气路：适用于程序升温分析
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二、进样系统：
1.进样器： 液体：
微量注射器； 气体：
推拉式六通阀或 旋转式六通阀。 2.气化室：由电加热的金属块构成，使试样能瞬间气化。
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，而且能够分离臭氧。 d、分子筛：
碱及碱土金属的硅铝酸盐，多孔性。如 3A、4A、5A、 10X及13X分子筛等。除了广泛用于 H2、O2、N2、CH4、CO等的 分离外，还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O等。
第十六章 气相色谱法
§16-1 气相色谱仪 §16-2 气相色谱固定相 §16-3 气相色谱操作条件的选择 §16-4 气相色谱检测器 §16-5 毛细管柱色谱法简介 试题
1
§16-1 气相色谱仪
2
气相色谱平面结构流程 process of gas chromatograph
载气系统
进样系统
1-载气钢瓶；2-减压阀； 3-净化干燥管；4-针形阀； 5-流量计;6-压力表；4针形阀；5-流量计;6-压 力表；7-进样阀;8-分离 柱;9-热导检测器；10-放 大器；11-温度控制器； 12-记录仪.
由苯乙烯和二乙烯苯共聚而成 经酸碱处理，比表面积 0.02 m 2·g-1 , 可在较高温度下使用， 适宜分析高沸点物质。 由四氟乙烯聚合而成，比表面积 10.5 m2·g-1 适宜分析强极 性物质和腐蚀性物质
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2.固定液：
气相色谱固定液主要是一些高沸点的有机化合物
1) 对固定液的要求
a.高沸点，难挥发； b.热稳定性好； c.化学稳定性好； d.应对被分离试样中的各组分具有适当且不同的溶解能力； e.具有高选择性。
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三、分离系统
1. 填充柱(填充固定相 ) 不锈钢、玻璃、铜等材质，内 2~4mm， 长1~10m ，U型或螺旋形
2. 毛细管柱(内壁涂有固定液 ) 玻璃或石英材质，内径 0.2~0.5mm， 长30 ~300m ，螺旋形
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四、温控系统： 控制和测量柱室、气化室及检测器的温度。
五、检测和记录系统： 检测器是将通过色谱柱分离后的各组分的量转变 为易测量的电信号的装置。
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§16-2 气相色谱固定相
一、气 -固色谱固定相
气-固色谱固定相通常是具有一定活性的吸附剂颗粒， 经活化处理后直接填充到色谱柱中使用。
1. 固体吸附剂
a、活性炭： 有较大的比表面积，吸附性较强。
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b、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。 c、硅胶：
Si O
CH2
常用硅烷化试剂有二甲基二氯硅烷（ DMCS），六甲基二硅烷胺（HMDS ）等。
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(2)非硅藻土类—有玻璃微球、石英微球和聚四氟乙烯等。
填充柱气液色谱担体一览表
种类 硅 红色 藻 硅藻土 土 担体 类
白色 硅藻土 担体
非 硅 藻 土 类
担体名称 201 红色担体 301 釉化红色担体
小，适宜分离极性组分的试样。
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担体的表面处理
硅藻土担体表面不是完全惰性的，具有活性中心。如硅醇 基，或含有矿物杂质，如氧化铝、铁等，使色谱峰产生拖尾。
OH Si
因此，使用前要进行化学处理，以改进孔隙结构，屏蔽 活性中心。处理方法有酸洗、碱洗、硅烷化等。
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（i）酸洗：用3--6mol·cm-3盐酸浸煮载体、过滤，水洗至中性。 甲醇淋洗，脱水烘干。可除去无机盐， Fe,Al等金属氧化物。 适用于分析酸性物质。