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色谱相关知识

  气相色谱相关知识

   色谱法是一种高效的分离技术。

其原理是利用欲分离的诸组分在两相间的分配有差异（即有不同的分配系数），当两相作相对运动时，这些组分在此两相中的分配反复进行，从几千次到百万次，即使组分的分配系数只有微小差异，随着流动相移动却可以有明显的差距，最后使这些组分都得到分离。

应用这种分离技术，并对组分进行测定的方法，就是色谱分析法，简称为色谱法。

色谱法的两相作相对运动时，其中一相是移动的，称为流动相：

另一相是固定的，称为固定相。

根据流动相是气体还是液体，色谱法分成两大类：

用气体作为流动相的称为气相色谱法，用液体作为流动相的称为液相色谱法。

在现代样品成分分析中，气相色谱和液相色谱（特别是高效液相色谱）都是普遍采用的分析方法。

另一方面，气相色谱和液相色谱之间存在着许多不同之处，它们有不同的特性。

这些不同的特性，决定了它们的应用范围也有所不同。

一、气相色谱法

1、气相色谱法的特点

气相色谱法出现于1952年，发展至今已经成为分离科学中较为成熟、使用最普遍、运行最容易的一种分离分析方法。

它具有以下几个特点：

（1）分离效率高，分离速度快，操作简便。

由于气体粘度小，用其作为流动相时样品组分在两相之间可很快进行分配：

气体通过盛有固定相管柱的阻力小，因此分离速度快。

一根长1~2m的色谱柱，一般可有几千个理论塔板，对于长柱，甚至有一百多万个理论塔板，这样就可使一些分配系数很接近的、难以分离的物质，经过多次分配平衡，得到分离。

（2）样品用量少，检测灵敏度高。

由于样品是在气态下分离和在气体中进行检测的，有许多高灵敏度的检测器可供使用，虽样品用量少也能检测出来。

气相色谱可以检测出10-11~10-13g物质。

（3）选择性好。

可选择对样品组分有不同作用力的液体、固体作为固定相，在适当操作温度下，使组分的分配系数有较大差异，从而将物理、化学性质相近的组分分离开。

2、气相色谱法的作用

气相色谱法既可以应用于分析气体试样，也可分析易挥发或可转化为易挥发的液体和固体，不仅可分析有机物，也可分析部分无机物。

气相色谱法在分析方面应用的领域主要有：

（1）环境分析中的应用环境保护分析是气相色谱法应用的一个重要领域，主要包括对大气与水质的分析。

例如采用开管捕集柱进行捕集和萃取，然后以毛细管气相色谱法对水样进行分析，用叔喘宁测定血浆和血红细胞中抗抑郁药三甲丙咪嗪等。

（2） 在食品农药土壤聚合物表面活性剂等方面的应用气相色谱法在食品、农药、土壤、聚合物、表面活性剂等方面也有广泛的应用。

例如用GC/MC 检验奶粉包装中的苯乙烯和它的低聚物；用毛细管气相色谱法分析植物油甲基酯中的游离和酯化的甾醇：

以大口径毛细管柱气相色谱法快速测定食品中的苯甲酸等。

（3） 在对映异构体分析中的应用气相色谱法，特别是毛细管气相色谱法，可以用以分析对映异构体。

二、液相色谱法

1、液相色谱法的特点

20世纪初，液相色谱开始出现，但它的发展速度非常缓慢，在相当长的一段时间内，没有得到广泛应用。

直到60年代中后期，出现了高效液相色谱后，液相色谱才得到了飞速发展，在各领域中广泛使用。

它的复兴既借鉴了气相色谱的成功经验，也因气相色谱的缺点与不足而促进。

液相色谱和气相色谱相比较，在以下几个方面具有优越性：

（1）气相色谱不适用于不挥发物质和对热不稳定物质，而液相色谱却不受样品的挥发性和热稳定性的限制。

有些样品因为难以汽化而不能通过柱子，热不稳定的物质受热会发生分解，也不适用于气相色谱法。

这使气相色谱法的使用范围受到了限制。

据统计，目前气相色谱法所能分析的有机物，只占全部有机物的15%~20%。

另一方面，液相色谱却不受样品的挥发性和热稳定性的限制。

所以液相色谱非常适合于分离生物、医药有关的大分子和离子型化合物，不稳定的天然产物，种类繁多的其它高分子及不稳定的化合物。

（2）对于很难分离的样品，用液相色谱常比用气相色谱容易完成分离，主要有以下三个方面的原因：

（a）液相色谱中，由于流动相也影响分离过程，这就对分离的控制和改善提供了额外的因素。

而气相色谱中的载气一般不影响分配，也就是说，在液相色谱中，有两个相与样品分子发生选择性的相互作用。

（b）液相色谱中具有独特效能的柱填料（固定相）的种类较多，这样就使固定相的选择余地更大，从而增加了分离的可能性。

（c）液相色谱使用较低的分离温度，分子间的相互作用在低温时更为有效，因此降低温度一般会提高色谱分离效率。

（3）和气相色谱相比，液相色谱对样品的回收比较容易，而且是定量的，样品的各个组分很容易被分离出来。

因此，在很多场合，液相色谱不仅作为一种分析方法，而且可以作为一种分离手段，用以提纯和制备具有中等纯度的单一物质。

在气相色谱中所分离出的各样品组分虽也可以回收，但一般都不太方便，而且定量性差。

2、液相色谱法的应用

液相色谱法由于具有这些气相色谱法不具备的优点，因此在许多领域得到广泛的应用。

（1）在环境污染和农药分析中的应用例如用反相液相色谱上柱后在线光化学衍生并用荧光检测法测定四种黄曲霉素B1,B2,G2和G用梯度洗脱HPLC分析氨基甲酸酯、尿素和三嗪三氯杂萘农药的含量等。

（2）在食品科学中的应用液相色谱法在食品科学中有着广阔的应用前景。

HPLC主要用于分析食品中组分。

例如可用HPLC分析食用氨基酸中的色氨酸；分析牛奶脂肪中的胆固醇；分析植物中的植物蜕化类固醇等。

（3）在其它科学领域中的应用液相色谱在化学工业和电子工业等领域也得到广泛的用。

例如化学工业中采用HPLC.分离较高分子量的富勒烯；电子工业中用HPLC.分析不同价态的铬离子、钡离子等。

气相色谱常用知识

一、气相色谱法特点 

气相色谱是色谱中的一种，就是用气体做为流动相的色谱法，在分离分析方面，具有如下一些特点：

1、高灵敏度：

可检出10ug-10克的物质，可作超纯气体、高分子单体的痕迹量杂质分析和空气中微量毒物的分析。

2、高选择性：

可有效地分离性质极为相近的各种同分异构体和各种同位素。

3、高效能：

可把组分复杂的样品分离成单组分。

4、速度快：

一般分析、只需几分钟即可完成，有利于指导和控制生产。

5、应用范围广：

既可分析低含量的气、液体，也可分析高含量的气、液体，可不受组分含量的限制。

6、所需试样量少：

一般气体样用几毫升，液体样用几微升或几十微升。

7、设备和操作比较简单，仪器价格便宜。

二、气相色谱的分离原理

气相色谱是一种物理的分离方法。

利用被测物质各组分在不同两相间分配系数（溶解度）的微小差异，当两相作相对运动时，这些物质在两相间进行反复多次的分配，使原来只有微小的性质差异产生很大的效果，而使不同组分得到分离。

三、何谓气相色谱？

它分几类？

凡是以气相作为流动相的色谱技术，通称为气相色谱。

一般可按以下几方面分类：

1、按固定相聚集态分类：

（1）气固色谱：

固定相是固体吸附剂，

（2）气液色谱：

固定相是涂在担体表面的液体。

2、按过程物理化学原理分类：

（1）吸附色谱：

利用固体吸附表面对不同组分物理吸附性能的差异达到分离的色谱。

（2）分配色谱：

利用不同的组分在两相中有不同的分配系数以达到分离的色谱。

（3）其它：

利用离子交换原理的离子交换色谱：

利用胶体的电动效应建立的电色谱；利用温度变化发展而来的热色谱等等。

3、按固定相类型分类：

（1）柱色谱：

固定相装于色谱柱内，填充柱、空心柱、毛细管柱均属此类。

（2）纸色谱：

以滤纸为载体，（3）薄膜色谱：

固定相为粉末压成的薄漠。

4、按动力学过程原理分类：

可分为冲洗法，取代法及迎头法三种。

四、气相色谱法简单分析装置流程是什么？

答：

气相色谱法简单分析装置流程基本由四个部份组成：

1、气源部分； 

2、进样装置； 

3、色谱柱； 

4、检测器和记录器。

五、气相色谱法的一些常用术语及基本概念解释？

答：

1、相、固定相和流动相：

一个体系中的某一均匀部分称为相；在色谱分离过程中，固定不动的一相称为固定相；通过或沿着固定相移动的流体称为流动相。

2、色谱峰：

物质通过色谱柱进到检测器后，记录器上出现的一个个曲线称为色谱峰。

3、基线：

在色谱操作条件下，没有被测组分通过检测器时，记录器所记录的检测器噪声随时间变化图线称为基线。

4、峰高与半峰宽：

由色谱峰的浓度极大点向时间座标引垂线与基线相交点间的高度称为峰高，一般以h表示。

色谱峰高一半处的宽为半峰宽，一般以×1/2表示。

5、峰面积：

流出曲线（色谱峰）与基线构成之面积称峰面积，用A表示。

6、死时间、保留时间及校正保留时间：

从进样到惰性气体峰出现极大值的时间称为死时间，以td表示。

从进样到出现色谱峰最高值所需的时间称保留时间，以tr表示。

保留时间与死时间之差称校正保留时间。

以Vd表示。

7、死体积，保留体积与校正保留体积：

死时间与载气平均流速的乘积称为死体积，以Vd表示，载气平均流速以Fc表示，Vd=td×Fc。

保留时间与载气平均流速的乘积称保留体积，以Vr表示，Vr=tr×Fc。

8、保留值与相对保留值：

保留值是表示试样中各组分在色谱柱中的停留时间的数值，通常用时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积来表示。

以一种物质作为标准，而求出其他物质的保留值对此标准物的比值，称为相对保留值。

9、仪器噪音：

基线的不稳定程度称噪音。

10、基流：

氢焰色谱，在没有进样时，仪器本身存在的基始电流（底电流），简称基流 

六、一般选择载气的依据是什么？

气相色谱常用的载气有哪些？

答：

作为气相色谱载气的气体，要求要化学稳定性好；纯度高；价格便宜并易取得；能适合于所用的检测器。

常用的载气有氢气、氮气、氩气、氦气、二氧化碳气等等。

七、载气为什么要净化？

应如何净化？

答：

所谓净化，就是除去载气中的一些有机物、微量氧，水分等杂质，以提高载气的纯度。

不纯净的气体作载气，可导致柱失效，样品变化，氢焰色谱可导致基流噪音增大，热导色谱可导致鉴定器线性变劣等，所以载气必须经过净化。

一般均采用化学处理的方法除氧，如用活性铜除氧；采用分子筛、活性碳等吸附剂除有机杂质；采用矽胶，分子筛等吸附剂除水分。

八、试样的进样方法有哪些？

答：

色谱分离要求在最短的时间内，以“塞子”形式打进一定量的试样，进样方法可分为：

1、气体试样：

大致进样方法有四种：

（1）注射器进样，

（2）量管进样，（3）定体积进样，（4）气体自动进样。

一般常用注射器进样及气体自动进样。

注射器进样的优点是使用灵活，方法简便，但进样量重复性较差。

气体自动进样是用定量阀进样，重复性好，且可自动操作。

2、液体试样：

一般用微量注射器进样，方法简便，进样迅速。

也可采用定量自动进样，此法进行重复性良好。

3、固体试样：

通常用溶剂将试样溶解，然后采用和液体进样同样方法进样。

也有用固体进样器进样的。

九、简述在气相色谱分析中柱长、柱内径、柱温、载气流速、固定相、进样等操作条件对分离的影响？

答：

操作条件对于色谱分离有很大影响。

1、柱长，柱内径：

一般讲，柱管增长，可改善分离能力，短则组分馏出的快些；柱内径小分离效果好，柱内径大处理量大，但柱内径过大，将导致担体不能均匀地分布在色谱柱中。

分析用柱管一般内径为3－6毫米，柱长为1－4米。

2、柱温：

是一个重要的操作变数，直接影响分离效能和分析速度。

选择柱温的根据是混合物的沸点范围，固定液的配比和鉴定器的灵敏度。

提高柱温可缩短分析时间；降低柱温可使色谱柱选择性增大，有利于组分的分离和色谱柱稳定性提高，柱寿命延长。

一般采用等于或高于数十度于样品的平均沸点的柱温为较合适，对易挥发样用低柱温，不易挥发的样品采用高柱温。

3、载气流速：

载气流速是决定色谱分离的重要原因之一。

一般讲流速高色谱峰狭，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，常用的流速范围每分钟在10－100亳升之间。

4、固定相：

固定相是由固体吸附剂或涂有固定液的担体构成。

（1）固体吸附剂或担体粗细：

一般采用40－60目、60－80目、80－100目。

当用同等长度的柱子，颗粒细的分离效率就要比粗的好些。

（2）固定液含量：

固定液含量对分离效率的影响很大，它与担体的重量比一般用15%－25%。

比例过大有损于分离，比例过小会使色谱峰拖尾。

5、进样：

一般讲进样快，进样量小，进样温度高其分离效果好。

对进液体样，速度要快，汽化温度要高于样品中高沸点组分的沸点值，一次汽化，保证色谱峰形不致展宽、使柱效高。

当进样量在一定限度时，色谱峰的半峰宽是不变的。

若进样量过多就会造成色谱柱超载。

一般讲柱长增加四倍，样品的许可量增加一倍。

对于常规分析，液体进样量为1－20微升；气体进样量为0.5－5毫升。

十、新的色谱柱管（铜或不锈钢管）应怎样处理后方能使用？

答：

新柱管应先用稀酸或稀碱（1：

1盐酸或氢氧化钠）洗涤，以除去油污等脏垢，而后用自来水冲洗,继而用蒸馏水冲洗至中性，再用干净的空气吹洗并烘干后，即可使用了。

十一、色谱柱的常用填充方法有哪些？

固定相填充的好坏，将直接影响柱效率.通常多用泵抽填充法，即把色谱柱的一端塞上玻璃棉，接真空泵，另一端接一漏斗，在抽吸下加入固定相，边装边敲打色谱柱，至固定相不再进入为止。

装好后，塞上玻璃棉。

装柱要求要填充得均匀、紧密，切忌有空隙。

十二、新装填的色谱柱为什么要老化一段时间才能使用?

装填好的色谱柱，连接于仪器上后，应先试压、试漏，而后在恒定的温度下用载气吹洗数小时后承受分析，一般称此为柱子的老化过程。

老化的目的是把固定相的残存溶剂，低沸点杂质，低分子量固定液等赶走，使记录器基线平直，并在老化温度下使固定液在担体表面有一个再分布过程，从而涂得更加均匀牢固。

装填好的色谱柱，经过老化一段时间后，柱效及性能均稳定了，这样才可使用。

十三、色谱柱失效后有哪些表现？

其失败原因是什么？

色谱柱失效主要表现为色谱分离不好和组分保留时间显著变短。

色谱柱失效的主要原因是：

对气固色谱来说是固定相的活性或吸附性能降低了，对气液色谱来说，是使用过程中固定液逐渐流失所致。