气固色谱填充柱及选择讲义

气固色谱填充柱及选择
我们知道，色谱分离的基本原理是试样组分通过色谱柱时与填料之间发生相互作用，这种相互作用大小的差异使各组分互相分离而按先后次序从色谱柱流出。

我们把色谱柱内不移动、起分离作用的填料称为固定相。

气固色谱填充柱常采用固体物质作固定相。

这些固体固定相包括具有①吸附活性的无机吸附剂、②高分子多孔微球和③表面被化学键合的固体物质等。

气固色谱填充柱一般分为：无极吸附剂，高分子多空小球，化学键合固定相三类。

一、无机吸附剂
硅胶氧化铝碳素分子筛（强极性）（中等极性）（非极性）（有特殊吸附作用）
特点：它们大多数能在高温下使用，吸附容量大，热稳定性好，是分析永久性气体及气态烃类混合物理想的固定相。

使用时注意事项：①吸附剂的吸附性能与其制备、活化条件有密切关系。

不同来源的同种产品或者同一来源的非同批产品，其吸附性能可能存在较大的差异；②一般具有催化活性，不宜在高温和存在活性组分的情况下使用；③吸附等温线通常是非线性的，进样量较大时易出现色谱峰形不对称。

1、硅胶：
（1）性质：强极性；分为细孔硅胶、粗孔硅胶和多孔硅球，分离能力决定于孔径大小及含水量，气相色谱使用较多的是粗孔硅胶。

（2）用途：一般用来分离组分：C2-C4烃类及某些含硫气体如H2S、CO2、N2O、NO、NO2、N2O，SO2等，（与活性氧化铝大致相同的分离性能）。

（3）用前通常需要经过处理。

方法：对市售的色谱专用硅胶，可在200℃下活化处理2h后使用；如果使用市售的非色谱专用硅胶，则先将硅胶用6mol/L盐酸浸泡2h，然后用水冲洗至无Cl- 。

晾干后置于马弗炉内，在200-500℃温度下灼烧活化2h后降温取出，贮存于干燥器中备用。

2、氧化铝
（1）性质：中等极性，热稳定性好，机械强度高，其活性随含水量有较大的变化。

（2）用途：适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体的分离，对CO2能强烈吸附！因此不能用这种固定相进行分析。

（3）处理方法：使用前通常需对其进行活化处理（在450-1350℃灼烧2h。

3、碳素
活性炭：分析永久性气体和低沸点烃类，若涂少量固定液，可用来分
析空气、一氧化碳，甲烷、二氧化碳、乙炔、乙烯等混合物碳素石墨化炭黑：非极性。

为克服活性炭的缺点，把炭黑进行高温处理，如加热到3000℃，表面均匀、使活性点大为减少。

所以大大改善
了色谱峰形，提高了分析重现性。

据有关研究认为石墨化炭黑
的表面没有官能团，没有π键，它的吸附性主要靠色散力起作
用，因而石墨化炭黑的极性比角鲨烷还小。

特别适用于分离空
间和结构异构体，也可用于分析硫化氢、二氧化硫、低级醇类、
短链脂肪酸、酚、胶类。

方法是先用等体积的苯（或甲苯、二
甲苯）冲洗2-3次，然后在350℃通水蒸气洗涤至无浑浊，最后
在180℃活化2h即可使用。

碳分子筛：碳多孔小球；TDX系列别名碳多孔小球-01；TDX-01；601碳分子筛；碳化高分子小球TDX-01）：非极性。

系聚偏氯乙烯在惰性气体中，经180℃热烈解和1000℃灼烧而制成。

a、用途：TDX可用于分析H2、、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、以及C3的烃类和SO2等低碳烃类、惰性气体、亦用于空气中氧、氮的分离和石油裂解气轻组分的分离，乙烯中微量杂质的分析，低碳烃中微量水气体的分析；氮肥厂的半水煤气分析；金属热处理气氛的分析；低碳烃中水分的分析等。

b、特点：非极性很强，表面活性点少，疏水性强，可使水峰在甲烷前或后洗脱出；柱效高；耐腐蚀、耐辐射；寿命长；可分离CO2（非极性分子），能分离微量水分，耐微量H2S和SO2。

c、缺点：（1）在分离O2，N2，CO时，温度高于90℃时，不能完全分离开，温度过低，分离时间长，故柱温的设置不能过高，以能分离开和分离时间不能太长为原则。

（2）水分高时水峰提前出锋，容易盖住CO峰，水峰（包括H2S）极性分子，分离慢，出峰时间长，容易拖尾，不易定量，特别是水峰，甚至出面
C、老化方法：使用前通常在180℃通氮气活化3-4h，降温后存于干燥器内备用。

4、分子筛：有特殊吸附活性。

碱及碱土金属的硅铝酸盐（沸石），多孔性。

人工合成的泡沸石，化学组成为MOAl
2O
3
xSiO
2y
H2O其中Ｍ是金属离子Na+、K+、 Ca2+
等，合成的泡沸石加热时，结构水就从空隙中逸出，留下一定大小均匀的孔穴。

（1）种类：一般分为A型X型，常见的有4A,5A,13X。

（2）用途：分离永久气体、H2、H2S、O2、CH4、CO和气态烃分析等，分析气样中N2和O2有特效。

（3）特点：是能在高温下使用，
（4）缺点：但重复性好的吸附剂很难制备，往往使峰拖尾。

因吸水而失去活性，氨、甲酸、二氧化碳等会被分子筛不可逆吸附！
（5）失效的判断方法：分子筛是否失效通常可从氮、氧的分离情况来判断。

二、高分子多空小球：
1、简介：高分子多孔小球是以苯乙烯等为单体与交联剂二乙烯苯交联共聚的小球。

这种聚合物在有些方面具有类似吸附剂的性能，而在另外一些方面又显示出固定液的性能。

种类较多，以天津化学试剂二厂的GDX系列为多，外国的主要是美国的Parapak，chromosorb系列，分为非极性、中等极性、极性等。

2、型号：
国产：GDX-101、GDX-102、GDX-103、GDX-104、GDX-105,GDX-201 非极性；GDX-301，弱极性；GDX-501中等极性等。

适用于水、气体及低级醇的分析。

美国：Parapak Q，Parapak N,Parapak T；chromosorb等，中等极性。

3、优点：
（1）吸附活性低。

无论对非极性物质还是极性物质，使用这种固定相通常都可以获得对称色谱峰；
（2）疏水性很强，在非极性固定相上出峰次序基本上按分子量大小分离，可快速测定有机物中的微量水分。

（3）可选择的范围大；
（4）高温时不流失，机械强度好，耐腐蚀，圆球均匀，峰重现性好，峰型
4、用途：在烷烃、芳烃、卤代烷、醇（低级醇）、酮、醛、醚、酯、酸、胺、
腈（jing)以及各种气体的气相色谱分析，也适用于水、气体的分析。

三、化学键合固定相
化学键合固定相又称化学键合多孔微球固定相。

这是一种以表面孔径度可人为控制的球形多孔硅胶为基质，利用化学反应方法把固定液键合于载体表面上制成的键合固体相。

分为a、硅氧烷型，b、硅脂型；c、硅碳型。

（略）
四、气固色谱吸附剂的选择原则：
1、被分离组分沸点、极性相近，但分子直径不同，可选择适当孔径的分子筛，利用孔径效应。

2、被分离组分沸点相近，极性不同，沸点低可选活5A分子筛，沸点高，可选活性氧化铝或硅胶。

3、被分离组分极性相近，沸点不同，低沸点可选活性炭，高沸点可选活性氧化铝。

4、若使用一种吸附剂不能完全分离时，可用两张或者多种吸附剂串联使用。