毛細(xì)管柱氣相色譜簡(jiǎn)單知識(shí)

一,、毛細(xì)管柱與填充柱的區(qū)別

與填充柱相比，毛細(xì)管柱的特點(diǎn)為：

1、分離效能高

2、分析速度快

3、樣品用量少

可在幾十分鐘內(nèi)分離出包含幾百種化合物的汽油分餾，然而樣品用量?jī)H有數(shù)微克

在快速分析方面，可在幾秒鐘內(nèi)分離含十幾組份的樣品

其*的特點(diǎn)在于：

滲透性大,，分析速度快

傳質(zhì)阻力小，可用長(zhǎng)柱,，并得高的總柱數(shù),。

色譜動(dòng)力學(xué)認(rèn)為：填充柱可看作是一束長(zhǎng)毛細(xì)管的組合,，其內(nèi)徑約等于粒子粒度，因其彎曲,，多徑擴(kuò)散嚴(yán)重,，故理論板數(shù)少。

毛細(xì)管柱*沒有這些缺陷,，故理論板數(shù)可高大106數(shù)量級(jí),。

用毛細(xì)管柱，有利于：

提高色譜分離能力,，

加快色譜分析速度,，

促進(jìn)色譜的應(yīng)用都是十分必要的；

二,、毛細(xì)管色譜法相關(guān)理論

在毛細(xì)管柱,，柱內(nèi)只有一個(gè)流路，故多徑項(xiàng)2ldp為0,，彎曲因子g=1,，且用其液膜厚代替了填充柱中載體的顆粒直徑dp。

1,、毛細(xì)管柱的zui小理論板高

毛細(xì)管柱的H——U圖也是一個(gè)雙曲線,，在U值是*值時(shí)，H值z(mì)ui小,。

式中Cg、Cl的大小取決于分配系數(shù)及柱的幾何性（以相比ß為代表）,，但一般毛細(xì)管柱液膜薄,，ß值較大，液相傳質(zhì)阻力Cl項(xiàng)不起控制作用,。

當(dāng)被測(cè)物質(zhì)的k>10時(shí),，如果每米理論板數(shù)大于1000/d時(shí)，則所用柱子的性能較好

表中未K值很大時(shí)柱效（每米板數(shù)）值,，其值由H/L=1000/d

一般認(rèn)為直徑在0.1——0.7mm較好

小于0.1mm,，入口壓力增加，柱負(fù)荷減少

大于0.7mm,，雖柱負(fù)荷增大,，但柱效下降

目前流行0.53mm的大口徑管，不必分流,。

2,、載氣線速

從速率方程可知，zui小板高時(shí)的*線速為：

如果Cl很小,，則有：

可見,，細(xì)管徑,，輕載氣更適合于快速分析。

3,、樣品容量

一根色譜柱的zui大允許進(jìn)樣量,，約為一塊理論板的有效體積。

可見zui大允許進(jìn)樣量與柱半徑,、柱長(zhǎng),、分配比成正比，與塔板數(shù)稱反比

比較填充柱和毛細(xì)管柱的柱容量

一根長(zhǎng)20米,，內(nèi)徑為0.25毫米的毛細(xì)管柱,，一般可涂上6mg的固定液，柱內(nèi)體積

而一根長(zhǎng)兩米,，內(nèi)徑3毫米的不銹鋼填充柱,，柱內(nèi)體積

按12:100的液載比，可涂上800mg固定液,。

可見,，一根2米長(zhǎng)的填充柱中固定液的含量時(shí)一根20米長(zhǎng)毛細(xì)管柱中固定液含量約150倍，故允許進(jìn)樣量也在一百倍以上,。

4,、柱效能

毛細(xì)管柱每米塔片數(shù)通常在2000——5000之間，長(zhǎng)20米的毛細(xì)管柱總柱效為4萬至10萬,。

填充柱每米塔片數(shù)在1000——1500之間,，長(zhǎng)2米的填充柱的柱效為2000——3000

所以毛細(xì)管柱的總柱效可以比填充柱高10——100倍。

根據(jù)上式,，分離度正比于總塔片數(shù)N,。即毛細(xì)管柱色譜總效高，其分離效能也高,。

如果柱效高,，K值夜大時(shí)的，目前流行大孔厚膜毛細(xì)管柱可塑具有這兩重性質(zhì),。

5,、分析時(shí)間

根據(jù)公式，樣品的保留時(shí)間正比于柱長(zhǎng),，在以氮為載氣時(shí),，毛細(xì)管柱的線速可達(dá)16厘米/秒，而填充柱在4厘米/秒,。

毛細(xì)管柱可采用很高的載氣線速來縮短保留時(shí)間,。且毛細(xì)管柱的K值比填充柱小，因此保留時(shí)間小。

故：毛細(xì)管柱上可實(shí)現(xiàn)快速分析,。

三,、毛細(xì)管柱的色譜系統(tǒng)

與填充柱系統(tǒng)的基本一樣

因毛細(xì)管柱內(nèi)徑細(xì)，柱容量小,，出峰快,、峰形窄，因此對(duì)色譜儀本身（如進(jìn)樣系統(tǒng),、檢測(cè)器,、記錄器等）有些特殊的要求。

1,、進(jìn)樣系統(tǒng)

毛細(xì)管柱進(jìn)樣量必須極?。ㄒ话阋簶?0—2~10—3微升，氣樣約1微升）,。

要引進(jìn)如此微量樣品,，可采用分流法進(jìn)樣。即在氣化室出口分兩路,，絕大部分放空,，極小部分進(jìn)柱子，這兩部分比例較分流比,。分流法又分為動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法兩種,。

對(duì)分流器的要求

為使分流后的樣品不改變組成：

1、分流后樣品混合物中各峰的相對(duì)大小應(yīng)與未分流的嚴(yán)格一致,。

2,、分析不同濃度的混合物時(shí)，峰面積必須正比與濃度,。

3,、當(dāng)柱溫、分流比,、流速改變時(shí)各色譜峰的相對(duì)大小要保持恒定。

A,、動(dòng)態(tài)分流法

是目前毛細(xì)管柱進(jìn)樣系統(tǒng)zui常用的分流方法,，不同儀器上的分流有不同的形式。

對(duì)分流器設(shè)計(jì)要求：整個(gè)分流器要保持在氣化室的溫度下,，防止樣品冷凝,；

分流前要有一定的混合體積，使試樣,、載氣*混勻,；

放空管體積至少要等于樣品氣化后的體積加載氣體積。

A為氣化樣品與載氣混合部分，B為分流點(diǎn),，C為噴嘴,，引起放空部分與進(jìn)入部分在分流過程中進(jìn)一步混合，確保寬沸程樣品分流后部失真,。然后通過放空閥 分流比,。這種分流器只是在進(jìn)樣時(shí)才打開開關(guān)閥，幾秒鐘后就關(guān)閉大部分載氣,，而留下一點(diǎn)出氣,，防止試樣反擴(kuò)散進(jìn)柱中。

簡(jiǎn)易分流器

在一般填充柱氣化室出口,，并排插入兩根同內(nèi)徑不同長(zhǎng)度的不銹鋼毛細(xì)管,，墊上硅橡膠構(gòu)成，其長(zhǎng)度比即分流比,。

注意：在分流前要有一段混合體積,，內(nèi)裝硅烷化玻璃球，可保證分流后組成不失真,。

2,、尾吹

毛細(xì)管柱內(nèi)流動(dòng)相流速低，流量小,，組分會(huì)因柱后死體積突然增加而發(fā)生嚴(yán)重的縱向擴(kuò)散,，從而導(dǎo)致峰形展寬，有可能使在柱中以分離的組分在柱后再次重疊,，影響分離,。

也可在使用FID時(shí)受阻于引入的H2壓力而出柱困難。

增加尾吹氣將改善這一狀況,。

3,、檢測(cè)器

因流速低，且內(nèi)徑細(xì),，只能分析小量樣品,，約10—5~10—6克，有的組份如占1.0%,，則相當(dāng)于10—7~10—8克,，要求高靈敏度檢測(cè)器。

快速分析時(shí)因峰寬只有幾秒或少于1秒,，要求檢測(cè)器,、記錄器響應(yīng)時(shí)間快，則檢測(cè)器和記錄器的時(shí)間常數(shù),，應(yīng)少于zui早峰峰寬的流出時(shí)間的1/20,。

適用的檢測(cè)器有：

高靈敏度的離子化檢測(cè)器,，常用FID。（靈敏度高,，死體積趨近于零,，響應(yīng)時(shí)間快等。）也可用氬離子化和電子捕獲檢測(cè)器,，此時(shí)需在毛細(xì)管出口外加吹洗氣以降低檢測(cè)器死體積,。也可應(yīng)用特制的微型熱絲檢測(cè)器，微型熱敏電阻檢測(cè)器,，但因其屬于非商品化檢測(cè)器,，使用頻率不高。

4,、記錄系統(tǒng)

因毛細(xì)管色譜法很窄,，應(yīng)配備快速記錄系統(tǒng)。

曾經(jīng)用示波儀或電流計(jì)型記錄器記錄,，其滿刻度筆速0.1秒,。

目前的各種色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)和色譜工站已完滿足記錄系統(tǒng)的要求。

5,、毛細(xì)管柱的種類

經(jīng)典的毛細(xì)管柱為壁涂開管柱（WCOT——WallCoatedOpenTubularColumn）,。因其制備難、柱子的重復(fù)性差,、內(nèi)表面小,、涂漬量小和ß值大，將導(dǎo)致有效塔板數(shù)和實(shí)際分離能力不高,，且熱穩(wěn)定性也較差,，故已幾無人使用。其他的幾種柱子及其性能如下,。

多孔層壁涂柱（PLOT——PorousLayerOpenTubularColumn）：先涂上吸附劑或惰性固體與柱壁,，再涂漬固定液。

載體壁涂柱（SCOT——SupportCoatedOpenTubularColumn）：把載體和固定液同時(shí)涂于壁上制備而成,。

必須注意,，以上兩種柱子中的載體只是涂布于毛細(xì)管柱的壁上，而非充滿整根柱子,。

熔融石英毛細(xì)管柱（FSOT——FusedSilicaOpenTubularColumn）：其表面惰性度好,，能耐高溫，zui主要的是有彈性,，不易折斷,。

交聯(lián)毛細(xì)管柱（CLOT——Cross-LinkedOpenTubularColumn）：涂好固定液后再用偶聯(lián)劑交聯(lián)鍵合,，柱子性能有很大改善,，能耐高溫，抗水、抗溶劑,。

大口徑毛細(xì)管柱：一般口徑在0.53毫米,，液膜厚度為0.88~2.65微米，負(fù)載大,，可不經(jīng)分流而直接進(jìn)樣分析,。微型填充柱（Micro-packedColumn）：制備過程和填充柱基本相似，知識(shí)所填的載體粒度很小,。微填充柱有很高的柱效,，zui低板高可達(dá)0.2~0.3毫米。

選定毛細(xì)柱的四個(gè)基本參數(shù)

一,、固定液

非極性：SE30*,，OV101，SE54*

中極性：OV17,，XE60*,OV1701*

極性：PEG20M*,，F(xiàn)FAP*, DEGS*

二、柱內(nèi)徑

0.2~0.25柱效高,、負(fù)荷量低,、流失小

0.3~0.35負(fù)荷量大于毛細(xì)口徑柱60%，柱效低

0.53~0.6大口徑毛細(xì)柱,，負(fù)荷量近似填充柱,，總柱效遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過填充柱，分析速度快

三,、柱長(zhǎng)（m）

短柱10~15米 分離少于10個(gè)組份的樣品

中長(zhǎng)柱20~30米  分離10~15個(gè)組份的樣品

長(zhǎng)柱50米以上分離50個(gè)組份以上的樣品

四,、液膜厚度（微米）

薄液膜0.1~0.2微米低負(fù)荷量、高沸點(diǎn)化合物

標(biāo)準(zhǔn)液膜0.25~0.33微米一般標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)柱分析

厚液膜0.5~1微米符合量較大,，低沸點(diǎn)樣品

特厚液膜1~5微米取代填充柱,，分析沸點(diǎn)200℃以下復(fù)雜樣品

毛細(xì)管色譜柱的使用注意事項(xiàng)

毛細(xì)管色譜柱在氣相色譜儀分析中是一個(gè)核心部分，正確使用毛細(xì)管色譜柱對(duì)氣相色譜儀分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和延長(zhǎng)毛細(xì)管色譜柱的使用壽命至關(guān)重要,，現(xiàn)根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)整理如下資料供氣相色譜儀分析工作者參考：

1,、在沒有載氣通過時(shí)，柱的固定液熱分解叫迅速,，所以在柱箱（爐）升溫前總是應(yīng)該先通上載氣（這與TCD操作要求相似）,，柱箱冷卻后才能把載氣關(guān)上。

2,、載氣中若夾帶灰塵或其它顆粒狀物體就會(huì)導(dǎo)致柱迅速損壞,，因此在載氣進(jìn)入儀器管線前需加凈化器。（帶填充劑的汽化室玻璃襯管必須注意不能帶有微?；蚧覊m吹出）

3,、載氣中的水分通過固定液的液膜吸附在柱管表面上,，將取代或破壞固定液液膜，所以,，固定液極性越強(qiáng),，越需要采用干燥的載氣，例如： OV-1,、SE-30,、SE-54、OV-101對(duì)載氣干燥要求不高,，而PEG20M,、SP1000對(duì)載氣要求就很高。但在涂布于碳酸鋇沉積層上的柱子情況就恰恰相反,，涂極性固定液的柱子能經(jīng)受含水樣品的直接進(jìn)樣,，而涂非極性固定液的柱反而不能經(jīng)受含水樣品。

4,、對(duì)于那些能被氧化的固定液（如PEG20M,、Caxbowax、FFAP等）對(duì)載氣除氧也很重要,，在N2和He中往往含O2較高,，而H2中含O2少，所以,，ECD-CS,、FIS-CS常用高純N2作載氣，TCD-CS用H2作載氣,，可用105催化劑常溫下除O2,。同時(shí)，停機(jī)使用時(shí),，應(yīng)將排空端密封住,，以防止空氣中的O2對(duì)柱固定液的氧化作用。

5,、在大多數(shù)情況下,，柱的壽命與它的使用溫度成反比。采用稍低些的溫度上限,，可顯著提高柱的壽命,，程序升溫到較高溫度所維持的時(shí)間短對(duì)柱的壽命的影響小。

①聚二甲基硅酮類固定相：OV-1,SE-30(彈性體,，OV-101,SF96,DC2000流體),，使用溫度上限為300℃，但把溫度上限改為280℃,，可使柱子壽命顯著延長(zhǎng),。一般來說,，彈性體類固定液比流體類更穩(wěn)定些，SF96,DC200因含有較高水平的殘留催化劑和不純物,，不宜作GC/MS分析。

②聚苯基乙基硅酮：SE52(彈性體,，5%苯基),，SE54(彈性體，5%苯基,，1%乙烯基),，DC10（液體，35%苯基）,，OV17(液體,，50%苯基)實(shí)際上限250℃。SE-52,、SE54在280時(shí)穩(wěn)定性很好,，常用于GC/MS分析，并能容納超負(fù)荷的大進(jìn)樣量,。苯基含量增加,、穩(wěn)定性要差點(diǎn)。

③聚氰丙基硅酮是極性強(qiáng)的硅酮固定液：OV225（液體,，25%氰丙基,，25%苯基），Silav10c,、SP2340(液體,，75%氰丙基)，實(shí)際溫度上限是250℃,。

④聚乙二醇型（Carbowaxor  PEG）固定液是乙烯氧化物聚合體的混合物,，其名稱反映了

6、水,、醇（尤其是甲醇）,、二硫化碳這類的溶劑，有著非常強(qiáng)的置換固定液的能力,，因此用于有意將相當(dāng)大量的溶劑聚集在柱上（溶劑效應(yīng)）的不分流進(jìn)樣法進(jìn)樣法以及柱上進(jìn)樣法的溶劑,，應(yīng)根據(jù)它們對(duì)柱壁的吸附親和力（或固定液被置換的可能性）小心的加以選擇。（例如：甲醇不宜用于PEG20M,，丙酮往往會(huì)引起硅酮降解,。）

7、毛細(xì)管柱zui大特點(diǎn)是高的柱效,，但是必須清楚一般所測(cè)得的柱效不僅反映了柱的質(zhì)量,，而且還包括進(jìn)樣過程的整個(gè)系統(tǒng)的效率的總質(zhì)量,，也就是說，自樣品進(jìn)入系統(tǒng)的一瞬間開始到記錄筆繪出色譜峰為止,，每一個(gè)能影響峰的加寬或分離的因素,，如進(jìn)樣器、柱的連接,、輔助氣引入位置,、管路死體積、進(jìn)樣器內(nèi)襯的毛病等等,，都一定會(huì)影響柱效,。

8、一根好的柱子,，由于安裝不當(dāng),，可以造成理論塔板數(shù)降低，峰形增寬或拖尾,、活性物質(zhì)的吸附性拖尾或消失,、靈敏度降低或組分分離不佳等等。

9,、進(jìn)樣器與色譜柱連接方式：

①分流進(jìn)樣方式：分流點(diǎn)要求位于載氣流速較高的區(qū)域,。

②不分流進(jìn)樣方式：色譜柱不伸進(jìn)進(jìn)樣器內(nèi)，避免造成氣流掃不到的區(qū)域,，通常直接接連接到進(jìn)樣器的末端,。

③檢測(cè)器與色譜柱出口端連接：對(duì)FID不僅插入深度要超過尾吹和氫氣的進(jìn)口，而且應(yīng)盡可能將柱出口端插到FID的噴嘴下面1mm處為佳,，對(duì)Micro    TCD 應(yīng)插到TCD氣體入口處為佳,。可以改善輕度拖尾,。

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