高效氣相色譜儀分析中，某一多組分混合物中各組分能否完全分離主要取決于色譜柱的效能和選擇性，而選擇性在很大程度上取決于固定相選擇是否適當。高效氣相色譜儀固定相有液體固定相和固體固定相。

 

第一節(jié) 高效氣相色譜儀液體固定相

 

高效氣相色譜儀液體固定相由載體和固定液組成。

一、載體：

載體是一種化學惰性的固體顆粒，提供一個承擔固定液的惰性表面，使固定液以薄膜狀態(tài)均勻分布在其表面上。

1、對一般載體的要求：

（1）比表面積大，孔穴結構好。

（2）表面沒有吸附性能或很弱。

（3）不與被分離物質和固定液發(fā)生化學反應。

（4）熱穩(wěn)定性好，粒度均勻，有一定機械強度等。

2、載體類型：

載體可分為硅藻土載體與非硅藻土載體。

（1）硅藻土載體：

硅藻土載體是天然硅藻土經鍛燒等處理而獲得的具有一定粒度的多孔性固體微粒。因處理方法不同分為紅色載體和白色載體。

1）紅色載體：

將天然硅藻土與粘合劑在900℃煅燒后，破碎過篩而得。因鐵生成氧化鐵呈紅色，故稱為紅色載體。

表孔密集，孔徑較小，比表面積較大，機械強度好。

表面存有活性吸附中心點，分離極性物質時易產生拖尾峰。

適合涂非極性固定液，分離非極性和弱極性樣品。

2）白色載體：

將天然硅藻土與20%的碳酸鈉等助熔劑混合煅燒，使氧化鐵在煅燒后生成鐵硅酸鈉，變?yōu)榘咨�，故稱為白色載體。

由于助溶劑的存在，生成的硅酸鈉玻璃體破壞了硅藻土中大部分細孔結構，粘結為較大的顆粒。顆粒疏松，孔徑較大，比表面積較小，機械強度較差。

載體中堿金屬氧化物含量較高，pH值大。

載體有較為惰性的表面，表面吸附作用和催化作用小，減少色譜峰拖尾。

適合于低固定液含量，適合涂漬極性固定液，分離極性樣品。

（2）非硅藻土載體：

1）高分子多孔微球載體：

高分子多孔微球載體是由苯乙烯與二乙烯苯交聯(lián)而成的多孔共聚物。

由于是人工合成的，可控制孔徑大小和表面性質。

表面積大，機械強度好。

圓球形顆粒容易填充均勻。

疏水性很強，可快速測定有機物中的微量水分。

耐腐性好。

不存在固定液流失問題，有利于大幅度程序升溫。

適合于低固定液含量，適合分離高沸點和強極性樣品。

2）聚四氟乙烯載體：

表面惰性，耐腐蝕。

適合分離強極性和腐蝕性樣品。

3、載體鈍化：

載體鈍化是除去或減弱載體表面的吸附性能。

硅藻土載體表面不是完全惰性的，具有活性中心，如硅醇基和礦物雜質等，使色譜峰產生拖尾。因此，硅藻土載體使用前要除去這些活性中心，使載體表面結構鈍化。鈍化方法有酸洗、堿洗、硅烷化、釉化和添加減尾劑等。

（1）酸洗：

除去載體表面的氧化鐵等。

用3～6mol/L鹽酸浸煮硅藻土載體，過濾，水洗至中性，甲醇淋洗，脫水烘干，可除去無機鹽和氧化鐵等。

適用于分離酸性樣品。

（2）堿洗：

除去氧化鋁等堿性雜質。

用5%～10%NaOH的甲醇溶液回流或浸泡硅藻土載體，用水和甲醇洗至中性，可除去氧化鋁。

適用于分離堿性樣品。

（3）硅烷化：

除去載體表面的硅醇基，減弱生成氫鍵的能力，使表面惰化。

鹽酸浸泡載體，用硅烷試劑與之反應生成Si－O－Si－C鍵，只能涂漬非極性或弱極性固定液，柱效差。

常用硅烷化試劑有二甲基二氯硅烷（DMCS）和六甲基二硅烷胺（HMDS）等。

適用于分離水、醇和胺等易形成氫鍵而拖尾的樣品。

（4）釉化：

堵塞載體表面的微孔和改變表面性質。

用2%的硼砂水溶液浸泡硅藻土載體，抽濾后，用和其體積相當的0.5%的硼砂水溶液淋洗，干燥后于870℃灼燒3.5h，再升溫至980℃灼燒40min，冷卻，用蒸餾水煮4次，洗滌并干燥。

載體吸附性能低，機械強度增加。

適用于分離醇和酸類極性較強的樣品，分離甲醇和甲酸時有不可逆吸附。

（5）添加減尾劑：

用一些表面活性劑飽和載體表面的吸附中心。

二、固定液：

固定液大多為高沸點有機化合物，在操作溫度下呈液態(tài)，室溫時為固態(tài)或液態(tài)。

1、對固定液的要求：

（1）在操作溫度下應呈液態(tài)，蒸氣壓要很低。否則固定液易流失，色譜柱壽命短，檢測器噪聲大。每種固定液都有最高使用溫度，超過此溫度，固定液蒸氣壓會急劇上升，造成固定液流失加快。使用時不能超過最高使用溫度。

（2）對樣品中各組分應具有足夠的溶解能力。否則分配系數太小，各組分來不及分離就流出色譜柱。

（3）對樣品中各組分應具有較高的選擇性，即對各組分的分配系數應有較大差別，以將兩個沸點或性質相近的組分分開。固定液的選擇性可用選擇性因子α來衡量，對于填充柱一般要求α＞1.1，對于毛細管柱一般要求α＞1.05。

（4）穩(wěn)定性要好。固定液與樣品組分和載體不發(fā)生化學反應，高溫下不分解。

（5）粘度要小，凝固點要低。粘度和凝固點決定固定液最低使用溫度。在此溫度下，液相傳質阻力劇增，柱效迅速下降，色譜峰嚴重展寬。

（6）對載體具有良好的浸潤性，以形成均勻的薄膜。

2、固定液類型：

高效氣相色譜固定液已有上千種，按極性大小可分為非極性、中等極性、強極性和氫鍵型固定液。

（1）非極性固定液：

主要是一些飽和烷烴和甲基聚硅氧烷類等。

非極性固定液與組分之間的作用力主要是色散力。

常用固定液有二甲基聚硅氧烷如OV－101、OV－1和SE－30等耐高溫、極性很弱的固定液，低苯基聚硅氧烷如SE－52和SE－54等弱極性固定液。

適用于分離非極性和弱極性樣品。

（2）中等極性固定液：

由較大的烷基和少量的極性基團或可誘導極化的基團組成。

中等極性固定液與組分之間的作用力主要是誘導力和色散力。

常用固定液有中苯基聚硅氧烷如OV－17，氰丙基聚硅氧烷如OV－1701和OV－1301等，酯類如鄰苯二甲酸二壬酯（DNP）等。

適用于分離弱極性和中等極性樣品。

（3）強極性固定液：

含有較強的極性基團。

強極性固定液與組分之間的作用力主要是靜電力。

常用固定液有聚酯類如丁二酸二乙二醇聚酯（DEGS）等。

適用于分離極性樣品。

（4）氫鍵型固定液：

氫鍵型固定液是強極性固定液中特殊的一類，與組分之間的作用力主要是氫鍵作用力。

常用固定液有聚乙二醇類及其衍生物如PEG－20M和FFAP等，其中PEG－20M是藥物分析中最常用的固定液之一。

適用于分離含F、N和O等樣品。

3、固定液選擇：

高效氣相色譜分析中，對組分已知的樣品，如果難分離物質對初步確定，選擇固定液的指標是使難分離物質對達到完全分離。固定液的選擇原則是根據相似相溶原理選擇、按主要差別選擇、利用羅氏常數和麥氏常數選擇、利用最相鄰技術優(yōu)選固定液等。

（1）根據相似相溶原理選擇：

相似相溶原理是指結構或極性相似的物質之間的溶解度較大。

1）分離非極性樣品：

一般選擇非極性固定液。

非極性固定液與組分之間的作用力主要是色散力。

樣品中各組分按沸點高低順序分離。沸點低的組分先出峰，沸點高的組分后出峰。

對含有同沸點的烴類和非烴類樣品，極性組分先出峰。

2）分離中等極性樣品：

一般選擇中等極性固定液。

中等極性固定液與組分之間的作用力主要是誘導力和色散力。

樣品中各組分按沸點高低順序分離。沸點低的組分先出峰，沸點高的組分后出峰。

對含有同沸點的極性和非極性樣品，由于誘導力起主要作用，使極性組分與固定液之間的作用力加強，非極性組分先出峰。

3）分離強極性樣品：

一般選擇強極性固定液。

強極性固定液與組分之間的作用力主要是靜電力和誘導力。

樣品中各組分按極性大小順序分離。極性小的組分先出峰，極性大的組分后出峰。

對含有極性和非極性的樣品，非極性組分先出峰。

4）分離能形成氫鍵的樣品（如醇、酚、胺和水）：

一般選擇強極性和氫鍵型固定液，如腈醚和多元醇等。

氫鍵型固定液是強極性固定液中特殊的一類，與組分之間的作用力主要是氫鍵作用力。

樣品中各組分按與固定液之間形成氫鍵的能力大小順序分離。不易形成氫鍵的組分先出峰，易形成氫鍵的組分后出峰。

5）分離復雜的和難分離的樣品：

可選擇兩種或兩種以上的混合固定液。

可將兩種或兩種以上不同極性固定液按一定比例混合后，涂漬在載體上（混涂）。

可將分別涂漬不同極性固定液的載體按一定比例混勻后，裝入一根色譜柱內（混裝）。

可將不同極性的色譜柱串聯(lián)使用（串聯(lián)）。

6）分離含異構體的樣品（主要是含芳香型異構體）：

一般選擇有特殊保留作用的有機皂土和液晶固定液。

如苯系物的分離，苯系物指苯、甲苯、乙苯、二甲苯（包括對位、間位和鄰位等同分異構體）、異丙苯和三甲苯等。使用有機皂土固定液，能使間位和對位二甲苯分開，但不能使乙苯和對位二甲苯分開。若使用有機皂土配入適量鄰苯二甲酸二壬醋的混合固定液，能將各組分分開。

（2）按主要差別選擇：

1）若組分的沸點差別是主要矛盾，可選擇非極性固定液。

2）若組分的極性差別是主要矛盾，可選擇極性固定液。

（3）利用羅氏常數和麥氏常數選擇：

各種固定液的羅氏常數X、Y、Z、U、S和麥氏常數X′、Y′、Z′、U′、S′的總和表示了固定液相對極性的大小，總和越大，相對極性越強。極性強的樣品應選擇總和大的固定液。

如固定液的特征常數Y′大，表示此種固定液選擇性保留醇類組分好，醇較后出峰。

在羅氏常數和麥氏常數中，不少固定液的特征常數值不一樣。但如果它們的總和相同或相近，可選擇其中一種。

羅氏和麥氏常數只能用于某一類化合物與另一類化合物分離時固定液的選擇，如醇與醚分離、酸與酯分離、烷烴與胺類分離等，而不適用于按沸點順序的分離、同系物的分離和同分異構體的分離。

（4）利用最相鄰技術優(yōu)選固定液：

里利等人提出利用最相鄰技術優(yōu)選固定液。他采用Fortran語言程序把麥氏常數用N維模型向量表示，若它們在N維空間是緊靠的，則認為是相似的。兩種固定液極性的差別可用樣品組分在兩固定液上保留指數的差值表示。

以上僅是固定液選擇的大致原則，應用時有一定的局限性。樣品在高效氣相色譜分析中的作用比較復雜，固定液的選擇應主要靠實踐。

4、十二種最優(yōu)固定液：

近年來通過研究大量實驗數據，利用計算機優(yōu)選出了十二種最優(yōu)固定液，這些固定液在較寬的溫度范圍內穩(wěn)定，占據了固定液的全部極性范圍。最常用的OV－101、OV－17、OV－210、Carbowax－20M和DEGS為一般色譜實驗室必備固定液。

（1）角鯊烷：

1）型號：SQ

2）相對極性：0

3）羅氏常數總和：0

4）麥氏常數總和：0

5）D值：0

6）最高使用溫度：150℃

7）常用溶劑：甲苯

8）分析對象：氣態(tài)烴和輕餾分液態(tài)烴

（2）甲基聚硅氧烷：

1）型號：OV－101（類似型號有SE－30）

2）相對極性：+1

3）羅氏常數總和：1.99

4）麥氏常數總和：217

5）D值：100

6）最高使用溫度：350℃

7）常用溶劑：氯仿和甲苯

8）分析對象：各種高沸點化合物

（3）苯基（10%）甲基聚硅氧烷：

1）型號：OV－3

2）相對極性：+1

3）羅氏常數總和：4.49

4）麥氏常數總和：423

5）D值：194

6）最高使用溫度：350℃

7）常用溶劑：丙酮和苯

8）分析對象：各種高沸點化合物，對芳香族和極性化合物保留值大。

（4）苯基（20%）甲基聚硅氧烷：

1）型號：OV－7

2）相對極性：+2

3）羅氏常數總和：6.33

4）麥氏常數總和：592

5）D值：271

6）最高使用溫度：350℃

7）常用溶劑：丙酮和苯

8）分析對象：各種高沸點化合物，對芳香族和極性化合物保留值大。

（5）苯基（50%）甲基聚硅氧烷：

1）型號：OV－17

2）相對極性：+2

3）羅氏常數總和：10.05

4）麥氏常數總和：884

5）D值：37

6）最高使用溫度：350℃

7）常用溶劑：丙酮和苯

8）分析對象：各種高沸點化合物，對芳香族和極性化合物保留值大。OV－17+QF－1可分析含氯農藥。

（6）苯基（60%）甲基聚硅氧烷：

1）型號：OV－22

2）相對極性：+2

3）羅氏常數總和：11.28

4）麥氏常數總和：1075

5）D值：488

6）最高使用溫度：350℃

7）常用溶劑：丙酮和苯

8）分析對象：各種高沸點化合物，對芳香族和極性化合物保留值大。

（7）三氟丙基（50%）甲基聚硅氧烷：

1）型號：OV－210（類似型號有QF－1）

2）相對極性：+3

3）羅氏常數總和：14.86

4）麥氏常數總和：1500

5）D值：709

6）最高使用溫度：250℃

7）常用溶劑：氯仿和二氯甲烷

8）分析對象：含鹵化合物、金屬螯合物和甾類。OV－17+QF－1可分析含氯農藥。

（8）β－氰乙基（25%）甲基聚硅氧烷：

1）型號：XE－60

2）相對極性：+3

3）羅氏常數總和：18.33

4）麥氏常數總和：1785

5）D值：821

6）最高使用溫度：275℃

7）常用溶劑：氯仿和二氯甲烷

8）分析對象：苯酚、酚醚、芳胺、生物堿和甾類

（9）聚乙二醇2000：

1）型號：Carbowax－20M

2）相對極性：+4

3）麥氏常數總和：2038

4）D值：1052

5）最高使用溫度：200℃

6）常用溶劑：丙酮和氯仿

7）分析對象：選擇性保留含O、N官能團和O、N雜環(huán)化合物

（10）聚己二酸二乙二醇酯：

1）型號：DEGA

2）相對極性：+4

3）麥氏常數總和：2764

4）D值：1259

5）最高使用溫度：200℃

6）常用溶劑：丙酮和氯仿

7）分析對象：C₁～C₂₄脂肪酸甲酯和甲酚異構體

（11）聚丁二酸二乙二醇酯：

1）型號：DEGS

2）相對極性：+4

3）羅氏常數總和：36.52

4）麥氏常數總和：3504

5）D值：1612

6）最高使用溫度：225℃

7）常用溶劑：丙酮和氯仿

8）分析對象：飽和及不飽和脂肪酸酯、苯二甲酸酯異構體

（12）1，2，3三（2－氰乙氧基）丙烷：

1）型號：TCEP

2）相對極性：+5

3）羅氏常數總和：43.58

4）麥氏常數總和：4145

5）D值：1885

6）最高使用溫度：175℃

7）常用溶劑：氯仿和甲醇

8）分析對象：選擇性保留低級含O化合物、伯和仲胺、不飽和烴、環(huán)烷烴等

 

第二節(jié) 高效氣相色譜儀固體固定相

 

高效氣相色譜儀固體固定相是固體吸附劑。

一、硅膠：

1、主要成分：SiO₂•xH₂O

2、性質：氫鍵型

3、最高使用溫度：＞400℃

4、活化方法：粉碎過篩后，用6mol/l鹽酸浸泡1～2h，然后用蒸餾水洗到沒有Clˉ為止，再在180℃烘箱中烘6～8h。裝柱后于使用前在200℃下通載氣活化2h。

5、應用：適用于分離O₂、N₂、CO、CO₂、C₁～C₄氣體烴、N₂O、NO、NO₂、SO₂和O₃等氣體。

二、分子篩：

人工合成的堿及堿土金屬的硅鋁酸鹽（沸石）多微孔晶體。

1、主要成分：xMO•yAl₂O₃•zSiO₂•nH₂O

2、性質：極性

3、最高使用溫度：400℃

4、分子篩類型：

常用分子篩有4A、5A、10X和13X。4、5、10和13分別表示平均孔徑（埃米）， A和X分別表示類型。

分子篩是一種特殊吸附劑，具有吸附和分子篩兩種作用。

（1）4A：

1）組成：硅鋁酸鈉

2）孔徑：0.4nm

（2）5A：

1）組成：硅鋁酸鈉鈣

2）孔徑：0.5nm

（3）10X：

1）組成：硅鋁酸鈉鈣

2）孔徑：0.8～1nm

（4）13X：

1）組成：硅鋁酸鈉

2）孔徑：1nm

5、分子篩的選擇性：

（1）不同的分子篩具有不同的尺寸，選擇性與分子篩類型和被分離物的臨界尺寸有關。

（2）對極性分子和極化率大的分子的作用力強，O₂＜N₂＜CH₄＜CO＜C₂H₆＜C₂H₄＜CO₂＜C₂H₂。

（3）對可形成氫鍵的化合物有很強的作用力。

（4）對H₂O、CO₂、NO₂、H₂S、SO₂、Cl₂和HCl等有不可逆吸附作用。

6、活化方法：粉碎過篩后于使用前在350～550℃下活化3～4h，或在350℃真空下活化2h。

7、特點：

（1）具有多孔性，孔結構均勻，表面積大。

（2）在低濃度、高溫和高流速下對被吸附物也有較高的吸附能力。

8、應用：廣泛用于H₂、O₂、N₂、CH₄和CO等分離，還能分離He、Ne、Ar、NO和N₂O等。在藥物分析上遠不如高分子多孔微球用途廣。

三、高分子多孔微球（GDX）：

高分子多孔微球是一種人工合成的新型固定相，還可作為載體（有機載體）。它由苯乙烯或乙基乙烯苯與二乙烯苯交聯(lián)共聚而成，聚合物為非極性。若苯乙烯與含有極性基團的化合物聚合，則形成極性聚合物。高分子多孔微球的分離機理一般認為具有吸附、分配和分子篩三種作用。

1、主要成分：多孔共聚物

2、性質：極性和非極性

3、最高使用溫度：200℃

4、活化方法：170～180℃下烘去微量水分后，在H₂或N₂中活化10～20h。

5、特點：

（1）呈球形，粒度均勻，機械強度高，耐腐蝕。有利于色譜柱填充，提高柱效。

（2）疏水性很強，水峰可在乙烷后洗脫出。特別適合分離混合物中的微量水分。

（3）無有害的吸附活性中心，極性組分也能獲得正態(tài)峰。

（4）無流失現象，色譜柱壽命長。

（5）改變聚合條件和原料，可改變高分子多孔微球的極性、孔徑和比表面，可制備各種性能的高分子多孔微球。

6、應用：適用于分離氣體中的水、液體中的水、低級醇、CO、CO₂、CH₄、H₂S、SO₂、NH₃和NO₂等。藥物分析中，常用于乙醇、水分和殘留有機溶劑的測定。

四、氧化鋁：

1、主要成分：Al₂O₃

2、性質：弱極性

3、最高使用溫度：＞400℃

4、活化方法：200～1000℃下烘烤活化。

5、應用：適用于分離O₂、N₂、CO、C₁～C₄氣體烴等。CO₂能被氧化鋁強烈吸附而不能分離。

五、活性炭：

1、主要成分：C

2、性質：非極性

3、最高使用溫度：＜300℃

4、活化方法：粉碎過篩后，用苯浸泡幾次，以除去其中的硫磺和焦油等雜質，然后在350℃下通入水蒸汽，吹至乳白色物質消失為止，再在180℃烘干備用。

5、特點：表面活性大而不均勻，吸附性較強，色譜峰易發(fā)生拖尾。

6、應用：適用于分離永久性氣體和低沸點烴類。現很少用。

六、石墨化碳黑：

1、主要成分：C

2、性質：非極性

3、最高使用溫度：＞500℃

4、活化方法：粉碎過篩后，用苯浸泡幾次，以除去其中的硫磺和焦油等雜質，再在350℃下通入水蒸汽，吹至乳白色物質消失為止，然后在180℃烘干備用。

5、應用：適用于分離氣體和烴類。分離高沸點有機化合物能獲得較對稱峰形。

   

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