色谱分析仪Word格式文档下载.docx
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液体固定相是将固定液均匀地涂在担体上制成的。
担体（载体）的表面和孔结构决定了固定液在载体上的分布和样品分子在载体孔中的扩散。
担体的作用是提供一个具有较大表面积的惰性表面，以保证固定液在
担体表面均匀涂布。
要求担体比表面积大、化学稳定性和热稳定性好、粒度均匀。
固定液往往是高沸点有机物，蒸汽压低、稳定性好、能溶解被分离混合物中的各组分，使各组分有足够的分离能力、黏度低。
担体的粒度直径一般为柱内径的1/20,1/25为宜。
分析柱常用60,80目，80,100目，100,120的担体，当需用长柱或制备色谱柱时，为了减小柱压降，选用60,80目或40,60目的担体。
表2为几种常用的固定液，表3为气相色谱常用的一些担体。
固定液选择的一般规律:
首先根据样品沸点范围，选择合适温度、适用范围的固定液。
其次根据结构相似和相似相溶的原则，要求固定液挥发性小、蒸汽压低、热稳定性好、不易分解等特性。
（1）分离非极性化合物选择非极性固定液。
（2）分离极性化合物选用极性固定液。
（3）分离酸性和碱性化合物选用强极性固定液。
（4）利用特殊作用力分离，如氢键、π键选择性分离。
例如，分析测定混合样品中苯、甲苯、乙苯的含量，选择OV,17固定液涂布在101白色担体上作为液体固定相即可。
表1气相色谱常用的固体吸附剂
吸附剂使用温度（?
）分析对象使用前活化处理
惰性气体、N2、CO2和低沸装柱，在N2保护下加热活性炭,200点碳氢化合物到140,180?
，活化2,
4h
C1,C4烃类，N2O、SO2、装柱，在200?
下通载气硅胶,400H2S、SF6、CF2Cl2等气体活化2,4h
粉碎过筛，600?
下烘烤氧化铝,400C1,C4烃类异构体4h。
装柱，高于柱温20?
下活化
惰性气体。
H2、O2、N2、粉碎过筛栽50,600?
分子筛,400CO、CH4、NO、N2O等下烘烤4h
表2一些常用的固定液
序号固定相名称型号最高使用温度/?
1角鲨烷SQ1502二甲基聚硅氧烷OV,1,SE-3350
3苯基（10%）甲基聚硅氧烷OV,33504苯基（20%）甲基聚硅氧烷OV,7350
DC,710，OV,17，5苯基（50%）甲基聚硅氧烷375
SP,2250
Carbowax,2308
6聚乙二醇,20000250
DEGS
7聚丁二酸二乙二醇酯200
3（色谱柱的制备
填充色谱柱的制备目前还无规范化的操作，一般应遵守以下基本原则:
（1）尽可能筛选粒度分布均匀的载体或固定相填料。
（2）保证固定液在载体表面涂渍均匀。
（3）保证固定相填料在色谱柱内填充均匀，不允许柱管内存在死体积。
（4）避免载体颗粒破碎和固定液的氧化作用。
色谱柱的制备包括三个步骤:
即固定液的涂渍、色谱柱填充和色谱柱老化。
固定液的涂渍首先选用合适的溶剂。
溶剂对固定液有足够的溶解能力和适宜的挥发性。
常用的溶剂有:
氯仿、丙酮、乙酸乙酯、乙醇、苯、甲苯等，根据样品性质确定固定液涂渍浓度。
一般以固定液与载体重量比表示。
低沸点样品，固定液用量一般在20%,30%;
高沸点样品一般用量在1%,10%;
固定液用量高，采用红色载体;
固定液用量低，采用白色载体;
强极性、热不稳定的高沸点化合物如有机磷农药采用玻璃载体，用量<
1%。
涂渍方法是蒸发法和过滤法。
蒸发法是将固定液溶解于略大于载体体积的溶剂中，将担体倾入固定液溶液，让溶剂在红外灯照射下慢慢蒸发。
过滤法是把载体与已知浓度的固定液溶液混合，然后过滤掉过量溶液，测定过滤前后的溶液体积，可计算出担体中固定液的含量。
然后让溶剂慢慢挥发，使固定液涂渍在载体表面。
柱子填充方式根据柱子形状而异。
一般采用抽吸、震动或敲击柱管填充。
在色谱柱一端塞上少量硅烷化玻璃棉，然后接上真空泵，另一端装上漏斗，将填料分小批量装入柱内，并轻轻敲击管壁，装满后在另一端塞上玻璃棉，柱两端玻璃棉能防止柱中填料漏出。
装柱过程中应防止填料破碎，要求填充均匀、紧密。
色谱柱固定相必须在高于柱操作使用温度25?
、低于固定液的最高使用温度下-1老化2,24h，老化过程应通以少量的载气流（5,10mL?
min），柱出口与检测器的入口脱开，以免污染检测器。
柱子老化的目的是除去固定相残余溶剂和挥发性杂质，并促进固定液在载体表面分布均匀。
在高温和载气流作用下也可使柱内填料分布更趋均匀，有助于提高柱效。
表3一些常用的气相色谱担体担体名称特点用途
孔径较小（约0.4-1um）,机械强分析非极性弱极性6201担体
度较高，比表面积较大（约组分
4m2/g）,有较多的活性吸附中心
同上
同上硅藻土类201担体同上
同上红色担体202担体经釉化处理,性能介于红色担体
分析中等极性组分与白色担体之间
301担体
孔径较大（约9um）,机械强度较分析极性组分,高沸101担体
差,比表面较小（1m2/g）,表面活点组分
性吸附中心较少
同上硅藻土类102担体氢键作用减弱,比表面减小,使用
分析水、醇、酚、胺、温度降低
101/102硅白色担体酸等极性化合物
烷化具有白色担体共性,吸附性低,催
分析高沸点、极性和化活性小
405担体易分解组分
热稳定性好,形状规则,大小均分析高沸点,易分解玻璃微球
一,机械强度高,比表面小（约组分
0.02m2/g）,固定液涂量低
非硅藻土耐腐蚀,热稳定性好,形状规则,分析强极性组分,腐氟担体
大小均一,比表面大的达12m2/g,蚀性气体以及具有类担体
小的仅0.2m2/g化学活性的组分
比表面积大，耐腐蚀，热稳定性分析强极性物质
好
高分子多孔
微球
4（柱温
选择柱温的一般原则是:
在使最难分离组分有尽可能好的分离前提下，柱温的选择以低柱温、保留时间适宜、峰形不拖尾为准。
提高柱温可使气相、液相传质速率加快，有利于降低理论塔板高度，改善柱效。
但增加柱温又使纵向扩散加剧从而加大了理论塔板高度，导致柱效下降。
另一方面，为了改善分离效果，提高选择性，希望柱温较低，这又使分析时间加长。
因此，选择柱温要兼顾这几方面的因素。
一般多采用较低的柱温，同时减少固定液的含量和适当增加流速。
柱温必须在固定液的最高使用温度之下，且组分在柱内不会冷凝、也不会分解。
一般柱温选在试样各组分的平均沸点左右或比平均沸点略低一些（,50?
。
柱温过高不利于分离。
表4为分离各类组分的参考柱温和固定液配比。
对于宽沸程的多组分混合物，如果柱子恒定在一个温度上，则会出现低沸点组分出峰拥挤以至不易辨认，高沸点组分拖延时间很长甚至停在柱中不能出峰的缺陷。
为此，可采用程序升温法。
程序升温的条件要反复实验加以选择。
程序升温可以改善分离，缩短时间，得到的峰形也好。
表4柱温和固定液含量参考表
混合物沸点/?
固定液参考含量/%参考柱温/?
300,400,3200,250
200,3005,10150,200
100,20010,1580,150
气体15,25,50
（二）检测器
1（检测器种类
气相色谱中使用的检测器有浓度型检测器（热导检测器和电子俘获检测器）和质量型检测器（氢火焰离子化检测器和火焰光度检测器）两种。
热导检测器（TCD）具有结构简单、性能稳定、线性范围宽、灵敏度适中、不破坏样品、应用广泛等特点，是一种通用型检测器。
氢火焰离子化检测器（FID）具有结构简单、死体积小、灵敏度高、线性范围宽、选择性好等优点，缺点是对载气要求高、检测时要破坏样品、不能检测永久性气体如H、N、CS、CO、NO、HO、HS、SiF、HCOOH等。
22222224
电子俘获检测器（ECD）具有灵敏度高、选择性好、对电负性物质特别敏感等特点;
在环境监测、农药分析等领域应用广泛。
火焰光度检测器（FPD）是一种选择性和灵敏度较高的检测器，主要应用于含磷、含硫化合物的分析，也可检测某些金属（如Mo、W、Ti、As、Zr、Cr等）的螯合物及一般的有机物。
实验中一般选择热导检测器和氢火焰离子化检测器。
2（检测器的温度
TCD的灵敏度与热丝和池体间的温差成正比。
提高桥流以提高热丝温度或降低池体温度均可提高灵敏度，这取决于被分析样品的沸点。
但检测器池体温度不能低于被分析样品的沸点。
在FID中，由于氢燃烧，产生大量水蒸气，若检测器温度低于80?
，水蒸气不能以蒸汽状态从检测器中排出，冷凝成水，使灵敏度下降，噪声增加。
所以，要求FID检测器温度务必在120?
以上（如惠普公司的仪器要求150?
），以确保正常响应。
一般测器温度比柱温高30,50?
（但要高于100?
）。
3（电极电压
在FID的收集极和极化极之间，加一极化电压，即可形成一电场，使火焰中形成正负离子能彼此分开而被有效收集。
实验表明:
圆筒形和喇叭形收集极的收集效率最佳，约50V就可完全收集。
FID的极化电压一般为150,350V，点火一般用镍铬丝做点火线圈，接3,5V交流电源，点火时通电后线圈发红即可。
电极电压较低时（,50V），电压增加，离子信号加大，电压过高（,250V），噪声加大。
4（TCD的灵敏度
当样品组分随着载气从色谱柱流出并进入检测器后，使检测器测量臂的气体组成发生变化，因而气体的热导率、热丝的温度和电阻值也随之发生变化，其结果是使热导检测器桥路产生一个不平衡电压信号值，被定义为热导检测器的灵敏度（简称S）。
影响S的因素有工作电流，与响应值的3次方成正比。
工作电流大则钨丝处于灼热状态不稳定且易烧坏。
（三）载气
载气通常为氮、氦和氢气，由高压气瓶供给。
由高压气瓶出来的载气需经过装有活性炭或分子筛的净化器，以除去载气中的水、氧等有害物质。
由于载气流速的变化会引起保留值和检测灵敏度的变化，因此，一般采用稳压阀、稳流阀或自动流量控制装置，以确定流量恒定。
载气气路有单柱单气路和双柱双气路两种。
前者比较简单，后者可以补偿因固定液流失、温度波动所造成的影响，因而基线比较稳定。
选择载气需要考虑试样组分性质，沸点高、分子量大的物质选用低分子量载气（H、He）;
沸点低、分子量小的物质选用高分子量载气（N、Ar）。
载气22的选择还要与所用检测器配合。
如TCD选用H、He等提高灵敏度，FID选用N22作载气，稳定性高、线性范围宽。
载气纯度影响TCDL灵敏度。
在桥流160,200Ma范围内，用99.999%的超纯氢气比用99%的普氢灵敏度高6%,13%。
载气流量以稍高于最佳流速为宜。
填充柱以H、He为载气，线速15,2-1-120cm?
s，以N、Ar作载气，线速为10,20cm?
s。
为了使柱内线速均匀，柱2
内载气压力不易过大，要求控制在p/p,3。
这时柱内线速比较均匀，有利于入出
将低板高。
压力降过大则会引起湍流，柱效下降，在高温条件下仪器稳定性也降低。
载气流速的选择要考虑两种情况;
当响应值用峰高表示时，其峰高与流速成正比;
当响应值用峰面积表示时，峰面积与流速无关。
在FID中，一般N?
H22,1?
1或1.5?
1，氢气?
空气,1?
10或1?
15。
-1TCD灵敏度受外界影响的数据表明:
单臂TCD载气流速每改变1mL?
min，灵敏度变化25,V，双臂则改变7,V。
（四）样品
1（样品制备
气相色谱分析的对象是在汽化室温度下能成为气态的物质。
除了少数情况以外，大多数物质都需要进行预处理以适应气相色谱分析的需求。
有些精油以及诸如浓度较大的化学反应物或低沸点石油馏分试样，可以原样注射进色谱柱。
即使在这种情况下也存在预分离或分馏处理的问题，以便将某些痕量组分提高到可检
测的水平。
水或空气中有机污染物的分析更需要对样品进行浓缩处理。
而对生物样品，这种处理就更必不可少了。
如果样品中含有大量的水、乙醇或被强吸附的物质，这些物质进到柱内可能导致某些色谱柱损坏。
一些非挥发性物质进入色谱柱，除了导致柱损坏外，它们本身还会逐渐降解，生成挥发性物质，造成严重的噪音。
这些物质都需要事先除去，或者将分析组分分离出来。
样品的预处理主要有两类:
一类是把要研究的物质从干扰物质中提取出来;
另一类是把浓度低的样品浓缩富集。
当然，有时在去掉干扰物质的同时，待测组分也就得到了浓缩。
常用的分离富集方法有蒸馏、萃取、吸附和冷冻富集等。
有时也把这几种方法联合使用。
还有一些物质，如有机酸，极性很强，挥发性低，热稳定性差，必须进行化学处理才能进行色谱分析。
特别是一些碳数较高的有机酸，一般需甲酯化后进行色谱分析。
甲酯化的方法很多，可以在浓硫酸或三氟化硼催化下，通过和甲醇的反应实现甲酯化，也可以利用有机酸和重氮甲烷反应实现甲酯化。
2（进样
进样系统包括进样装置和汽化室。
气体样品可以用注射器进样，也可以用定量阀进样。
液体样品用微量注射器进样。
固体样品则要溶解后用微量注射器进样。
样品进入汽化室后在一瞬间就被汽化，然后随载气进入色谱柱。
根据分析样品的不同，汽化室温度可以在50,400?
范围内任意设定。
通常，汽化室的温度要比使用的最高柱温高10,50?
，以保证样品全部汽化。
进样量和进样速度会影响色谱柱效率。
进样量过大造成色谱柱超负荷，进样速度慢造成色谱峰加宽，影响分离效果。
3（进样量和进样时间
色谱柱有效分离样品量随色谱柱内径大小、固定液用量不同而不同。
柱内径大，固定液用量高，可适当增加进样量。
进样量不宜过大，应控制在峰高或峰面积与进样量呈线性关系的范围内。
若进样量过大会引起色谱柱超负荷、柱效下降、峰形扩张、保留时间改变甚至出现重叠峰、平顶峰等畸形峰。
若进样量太小，择优的组分不能出峰。
一般来说，对于填充柱气体进样量0.1,10mL，液体进样量0.1,5,L。
对于微量组分分析，为降低最低检出浓度，有时需适当增加进样量。
在实际分析中，最大允许进样量应控制在使半峰宽基本不变、而峰高与进样量呈线性关系。
一般色谱柱越粗、越长、固定液含量越高，容许进样量就越大。
进样速度要快，须在1秒内完成，形成浓度集中的样品“塞子”。
进样时间短则样品在载气中扩散时间短，有利于分离。
如果进样慢，试样的起始宽度增加，峰展宽，影响分离效果甚至不出峰。
4（汽化室温度
液体样品进入汽化室后要求能被瞬时气化又不被分解。
进样量大要求汽化室温度高些，进样量小可低些。
一般汽化室温度比柱温高30,100?
。
在保证样品
不被分解的前提下，高一些更好。
否则出先峰前沿平坦后沿陡峭的伸舌峰，峰展宽，不利于分析。
（五）高效液相色谱仪
高效液相色谱法是一种分离与分析技术，是以液体作为流动相的一种色谱过程。
根据溶质在两相中分配机理的不同，可分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、离子色谱、排阻色谱等。
高效液相色谱仪主要由高压输液泵、进样器、色谱柱、检测器以及数据记录系统组成，如图1所示。
图1高效液相色谱仪示意图
1（溶剂;
2（混合室;
3（泵;
4（进样阀;
5（微量注射器;
6（预柱;
7（分离柱;
8（检测器;
9（记录系统;
10（废液
贮液器用于存放溶剂，溶剂必须很纯。
贮液器材料要耐腐蚀，对溶剂呈惰性，通常采用1,2L的大容量玻璃瓶，也可用不锈钢制成。
贮液器应配有溶剂过滤器，以防止流动相中的颗粒进入泵内。
溶剂过滤器一般用耐腐蚀的镍合金制成，孔隙大小一般为2μm。
1（高压输液泵
高压输液泵是高效液相色谱仪中最关键的设备，除要求泵提供高压之外，还要求输出流量精确度高。
高压输液泵一般分为恒压泵和恒流泵两类。
恒压泵主要指气动放大泵，在系统中，泵的压力始终保持恒定，但流速随着系统压力的变化而变化，即不能保证在任何时刻的流速都保持不变。
恒流泵有往复泵和螺旋柱塞泵，这类泵输出流量恒定。
在液相色谱中应用最多的是往复泵。
泵的柱塞在输液过程中前后往复运动。
柱塞向后移动时，把溶剂吸入泵的腔体中;
柱塞向前移动时，把液体排出腔体。
柱塞的前后移动，是由一个偏心轮的旋转驱动的。
液体的流向是由泵的一对单向阀控制。
如果溶剂组成随洗脱时间按一定规律变化，则称这种洗脱过程为梯度洗脱或溶剂程序。
往复泵可以连续不断地以恒定的流量输送液体，更换溶剂方便，适合梯度洗脱。
梯度洗脱是根据组分的复杂程度，在组分的洗脱过程中，不断调整混合溶剂的组成，改变溶剂的强度或溶剂的选择性，使多组分复杂混合物得到分离。
实现梯度洗脱主要依赖于泵系统，根据溶剂混合时所处的压力，一般分为两种类型，即低压梯度和高压梯度。
（1）低压梯度。
低压梯度是溶剂在常压下混合，然后用高压泵将其送至柱系统中。
这种方法简单，只需一个泵，经济实用。
实现低压梯度的最好方法是使用时间比例电磁阀，通过微处理机控制溶剂输入电磁阀的开关频率，以控制泵输出的溶剂组成。
（2）高压梯度。
高压梯度一般使用两台高压输液泵，每台泵输送一种溶剂。
两台泵输出的溶剂在一混合室内混合，每台泵的溶剂流量单独控制。
2（进样装置
在液相色谱中，进样方式有微量注射器进样、阀进样、自动进样器进祥等。
多通路进样阀广泛应用于液相色谱仪中，与气相色谱六通阀原理相似，分为采样和进样两种位置。
液相色谱中系统处在高压下，因此要求多通路进样阀要耐高压、耐腐蚀、耐磨、死体积小等。
它们可以承受很高的压力，不需要停流进样。
3（色谱柱
色谱柱包括柱管与固定相两部分，是液相色谱的心脏部件。
柱管材料有玻璃、不锈钢、铝、铜及内衬光滑的聚合材料的其它金属等，金属管用的最多。
一般色谱柱长5,30cm，内径为4,5mm，凝胶色谱柱内径3,12mm。
柱子装填得好坏对柱效影响很大。
对于细粒度的填料（,20μm）一般采用匀浆填充法装柱，先将填料调成匀浆，然后在高压泵作用下快速将其压入装有洗脱液的色谱柱内，经冲洗后，备用。
4（检测器
液相色谱检测器可分为两类:
一类是测量样品和流动相的共有性质，采用差分法测量总体特性的微小差别，如示差折光检测器、蒸发光散射检测器;
另一类是测量样品中溶质所特有的性质，如特定波长下的紫外吸收或荧光检测器。
（1）紫外吸收检测器。
这种检测器在液相色谱中应用最广，几乎是一切色谱仪的必备检测器，它噪声低、灵敏度高、结构简单。
紫外吸收检测器的工作原理是根据比尔（Beer）定律。
当一束紫外光通过样品池时，入射光的一部分被样品组分吸收，吸光度与组分浓度及光程长度有如下关系
式中为入射光强度;
为透射光强度;
ε为摩尔吸光系数;
为检测器光程长IIb0
度;
c为组分的体积摩尔浓度;
A为组分吸光度;
T为组分透光率。
（2）示差折光检测器。
示差折光检测器又称折光指数检测器（RefractiveIndexDetector），最大的特点是对所有的物质都有响应，因此是通用型检测器。
示差折光检测器工作原理是根据不同的物质具有不同的折光指数，当样品组分随流动相从柱中流出，它的折光指数与纯流动相不同。
示差折光检测器是以纯溶剂作参比，连续监测柱后洗脱物折光指数的变化，并根据变化的差值确定样品中各组分的量。
示差折光检测器根据光路设计分成三种不同类型:
弗列斯涅耳（Fresnel）反射型、光束偏转型和干涉测量计型。
（3）荧光检测器。
有两种类型的化合物可用荧光检测器（F1uorescenceDetector）检测，它们自身发射荧光或者通过衍生的方法使原来不发射荧光的化合物发射荧光，很多生物活性物质、药物制品、环境污染物等自身能发射荧光。
由于荧光检测器具有很高的灵敏度和选择性，因而成为液相色谱常用检测器之一。
（4）电化学检测器。
电化学检测器是根据电化学分析方法而设计的，主要有两种类型:
一是根据溶液的导电性质，通过测定离子溶液电导率的大小来测量离子浓度;
另一类是根据化合物在电解池中工作电极上所发生的氧化,还原反应，通过电位、电流和电量的测量，确定化合物在溶液中的浓度。
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