第六章 毛细管气相色谱法(capillary gas Chromatography)

载气控制方式的选择
填充柱分析采用恒流方式 毛细柱分析采用恒压方式， 毛细柱分析采用恒压方式，恒线速度方式
SPL/Splitless
毛细柱
6kg/cm2
INJ 1
填充柱1 填充柱
INJ2
填充柱2 填充柱
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电子压力控制系统示意图
2.进样系统－一般采用分流/不分流进样器 进样系统－一般采用分流 不分流进样器 进样系统
1.气源和流量控制系统 1.气源和流量控制系统
压力-流量调节系统：对高压气体减压， 压力-流量调节系统：对高压气体减压，稳定流量和 压力，使色谱系统具有优异精度和重现性。 压力，使色谱系统具有优异精度和重现性。现代高档气 相色谱仪均采用高精度的电子压力控制（ 相色谱仪均采用高精度的电子压力控制（Electromic pneumatic control, EPC）或电子流量控制（EFC）技 EPC）或电子流量控制（EFC） 使得系统的稳定性和重现性达到新的高度。 术，使得系统的稳定性和重现性达到新的高度。 电子压力控制（EPC） 电子压力控制（EPC）：采用电子压力传感器和电子 流量控制器，通过计算机来实现压力和流量的自动控制。 流量控制器，通过计算机来实现压力和流量的自动控制。
毛细管柱与填充柱分离一些硝基化合物的比较 （a）填充柱 ）填充柱1.5m，涂QF-1，恒温； ， ，恒温； （b）毛细管柱，21m，涂OV-101 ）毛细管柱， ，
（三）毛细管气相色谱仪与填充柱气相色谱仪比较
分流进样作用： 分流进样作用：毛细管柱的载气体积流量比填充 柱低得多， 柱低得多，将样品从气化室冲洗到色谱柱需要较 长的时间，导致进样器内色谱区带严重扩张。 长的时间，导致进样器内色谱区带严重扩张。此 柱容量小，采用常规的进样方式， 外，柱容量小，采用常规的进样方式，无法控制 这样小的进样量。 这样小的进样量。 尾吹气路作用： 由于毛细管柱的载气体积流量很 尾吹气路作用 ： 进入检测器后发生突然减速， 小 ， 进入检测器后发生突然减速 ， 引起色谱峰扩 为了减少谱带扩展， 张 。 为了减少谱带扩展 ， 同时也是调节氢火焰检 测器灵敏度，使氢氮比达到1左右， 测器灵敏度，使氢氮比达到1左右，必须在色谱柱 出口增加辅助尾吹气。 出口增加辅助尾吹气。
5. 记录系统：响应速度要快。响应快的记录仪 响应快的记录仪,
如时间常数< 如时间常数 50 ms。 。
三、 毛细管色谱柱的制备
由于柱制备技术较复杂, 一般用户通常使用商品柱。 由于柱制备技术较复杂 一般用户通常使用商品柱。 如OV-101, PEG-20, SE-54等。 等 固定液的固载化 ：一是固定液分子中的功能基团和 柱内表面产生化学结合，形成一个稳定的液膜， 柱内表面产生化学结合，形成一个稳定的液膜，称固 定液的键合；另一是固定液分子之间化学结合，交联 定液的键合；另一是固定液分子之间化学结合， 生成一个网状的大分子覆盖在毛细管内表面， 生成一个网状的大分子覆盖在毛细管内表面，成为一 个不可抽取的液膜， 固定液的交联（ ； 个不可抽取的液膜，称固定液的交联（Cross-linking)； 最后一种情况是固定液分子既和内表面形成化学键合， 最后一种情况是固定液分子既和内表面形成化学键合， 其自身又交联成网状大分子， 键合交联法。 其自身又交联成网状大分子，即键合交联法。
（二）毛细管气相色谱柱的类型
高雷：开管柱（open tubular column） open column） 习惯称毛细管柱（Capillary column ） Capillary
1. 填充型毛细管柱 （1）填充毛细管柱： 近年很少使用。 (2) 微填充柱： 目前应用不多。
Packed Capillary
④ 柱容量小
毛细管柱允许的进样量小。 毛细管柱允许的进样量小 。 这样对进样和检测技术要求更 进样量取决于柱内固定液含量， 高 。 进样量取决于柱内固定液含量 ， 由于毛细管柱涂渍的固 定液仅几十mg， 液膜厚度为0.35~1.5µm，柱容量小， 一般进 定液仅几十 ， 液膜厚度为 µ ，柱容量小， 样量为10 样量为 －3~10－5µL， 故需要采用分流进样技术。 ， 故需要采用分流进样技术。
优点：大部分样品入柱， 优点：大部分样品入柱，避免分 离歧视，尽可能消除溶剂脱尾。 离歧视，尽可能消除溶剂脱尾。
3. 色谱柱系统 4. 检测系统
要求采用高灵敏度的检测器, FID、 要求采用高灵敏度的检测器 , 如 FID 、 小池体积的 TCD(HP单丝微型TCD的检测池仅有 单丝微型TCD的检测池仅有3 μl)等 TCD(HP单丝微型TCD的检测池仅有3.5μl)等； 在使 用毛细管柱时必须用补充气。 用毛细管柱时必须用补充气。
• 八十年代将固定液固定化。它大大提高了色谱 八十年代将固定液固定化。 柱的稳定性, 延长了柱寿命, 柱的稳定性 延长了柱寿命 并使液膜进一步增 如可在高温下使用)。 厚, 提高了色谱性能 (如可在高温下使用 。 如可在高温下使用 • 1983 年 惠普公司推出 大孔径毛细管柱，可直 大孔径毛细管柱， 接代替填充柱 • 20世纪 年代 Alltech 公司推出“集束毛细管 世纪90年代 公司推出“ 世纪 只内径为40um的毛细管柱 柱”，919只内径为 只内径为 的毛细管柱 • 20世纪 年代后期耐高温色谱柱、手性色谱柱 世纪90年代后期耐高温色谱柱 世纪 年代后期耐高温色谱柱、
• 进样技术 ： “Achilles heel” 。 • 毛细管柱的柱容量很小，要使柱子不超载，进入 毛细管柱的柱容量很小，要使柱子不超载， 柱中的样品量不应超过0.01 - 0.001 µL。 柱中的样品量不应超过 。
填充柱的进样系统
毛细管分流/不分流进样系统
① 分流进样
使样品瞬间气 化并与载气混 合，使小部分 样品进入色谱 柱，大部分放 空。一般仪器 是在气化室的 出口将载气分 成两路, 成两路 绝大部 分载气放空, 分载气放空 而 极小部分载气 流入色谱柱。 流入色谱柱。
② 不分流进样
当进样时把分流
阀关闭 ， 但 注 射
隔 膜 吹 洗 气 （ ~2mL/min) 一 直 2 保持， 保持，经过一段时 30~90 90s 间（30 90s），大 部分溶剂和溶质蒸 气进入色谱柱， 气进入色谱柱，电 磁阀打开。 磁阀打开。气化室 中剩余的溶剂和溶 质通过分流阀吹走。 质通过分流阀吹走。
③ 总柱效高
从单位柱长的柱效看, 毛细管柱和填充柱处于同一数量级, 从单位柱长的柱效看 毛细管柱和填充柱处于同一数量级 但 毛细管柱的长度比填充柱可长1~2个数量级 因此其总柱效远 个数量级, 毛细管柱的长度比填充柱可长 个数量级 高于填充柱，这样就大大提高分离复杂混合物的能力。 高于填充柱，这样就大大提高分离复杂混合物的能力。 总之，毛细管柱渗透性大 总之，毛细管柱渗透性大, 可采用长柱子和高载气流速缩分 析技术，使其保持高柱效和快速分离。 析技术，使其保持高柱效和快速分离。
色谱柱类型 填充柱 壁涂毛细管柱 WCOT） （WCOT） 载体涂层毛细 管柱（SCOT） 管柱（SCOT）
柱内径/mm 柱内径/mm 2.2 0.25 0.27 0.50 0.50
Bo/10-7cm2 2 ~3 200 230 780 250~350
• 2.4m填充柱的柱压降是 ×106 Pa ，在同样的柱压降 填充柱的柱压降是2.5× 填充柱的柱压降是 可使用0.27mm内径 内径WCOT柱192m ，0.5mm内径 下，可使用 内径 柱 内径 SCOT柱250m。 柱 。
2. 开管型毛细管柱
（1）常规毛细管柱 ：内径为0.1～0.3mm， 一般为0.25mm左右
a.壁涂毛细管柱：简称WCOT柱 目前多数为该种类型。 a.壁涂毛细管柱：简称WCOT柱。目前多数为该种类型。 壁涂毛细管柱 WCOT b.多孔层毛细管柱( Porousb.多孔层毛细管柱( Porous-Layer Open Tubular 多孔层毛细管柱 Column)简称PLOT柱 这一类使用最多的是“ 简称PLOT Column)简称PLOT柱，这一类使用最多的是“载体涂层 毛细管柱” 毛细管柱”( Support Coated Open Tubular Column) 简称SCOT SCOT柱 简称SCOT柱。
二、毛细管气相色谱与填充柱的比较
（一）比渗透率（B0) 比渗透率（ B0 = (Lηu)/(∆pj) η ∆
3 ( Pi − P0 ) − 1 j= 3 2 ( Pi − P0 ) − 1
2
L：柱长 η：柱温下载气的粘度； ： ：柱温下载气的粘度； U： 平均载气线流速；∆P：柱出口和进口压力降 ： 平均载气线流速； ： j：压力校正因子 ： 填充柱： ＝ 填充柱：B0＝dp2/1012 毛细管柱： 毛细管柱： B0＝r2/8 ＝
（四）毛细管色谱柱的特点
① 渗透性好 ：一般毛细管的比渗透率约为填充柱的 100倍, 在同样的柱前压下 可使用更长的毛细管柱 如 倍 在同样的柱前压下, 可使用更长的毛细管柱(如 100米以上 而载气的线速可保持不变 。 这就是毛细 米以上), 米以上 而载气的线速可保持不变。 管柱高柱效的主要原因。 管柱高柱效的主要原因。 相比大，传质快， ② 相比（β）大：相比大，传质快，有利于提高柱 值小实现有利于快速分析。 效 ； k’值小实现有利于快速分析 。 毛细管柱的液膜 值小实现有利于快速分析 厚度小, 柱效高，加上柱渗透性大， 厚度小 柱效高，加上柱渗透性大，可采用较高线流 速缩短分析时间。 速缩短分析时间。
1~5 1~10 2~4 10 4~200 10~106 500~1000 0.5~2 低 高 5~20
WCOT
10~100 50~800 0.1~0.8 0.1~1 100~1500 <100 1000~4000 0.1~2 Biblioteka Baidu 低 10~100
SCOT
10~50 200~1000 0.5~0.8 0.8~2 50~300 50~300 600~1200 0.2~2 中等 低 20~160
第六章 毛细管气相色谱法 Chromatography） （capillary gas Chromatography）
• • • • • • 概述 毛细管气相色谱与填充柱色谱的比较 毛细管气相色谱柱的制备 毛细管气相色谱柱的评价 常用毛细管气相色谱柱 毛细管柱的选择
一、概述
（一）发展历史 • 1957年高雷(Golay)发表“涂壁毛细管气液分配 1957年高雷(Golay)发表 年高雷(Golay)发表“ 色谱理论和实践”论文， 色谱理论和实践”论文，首先提出毛细管速率 方程，并第一次实现了毛细管气相色谱分离。 方程，并第一次实现了毛细管气相色谱分离。 • 1958年戈雷在阿姆斯特丹的国际气相色谱会议 1958年戈雷在阿姆斯特丹的国际气相色谱会议 上发表了著名的高雷方程， 上发表了著名的高雷方程，阐述了各种参数对 柱性能的影响。 柱性能的影响。 • 1979年弹性石英毛细管开始应用, 将毛细管气 1979年弹性石英毛细管开始应用 年弹性石英毛细管开始应用, 相色谱推上高潮。 相色谱推上高潮。
Porous Layer Open Tubular Wall Coated Open Tubular
（2）小内径毛细管柱 ）小内径毛细管柱(Microbore Column)：内 ： 径是小于100µm的弹性石英毛细管柱，多用来 径是小于 的弹性石英毛细管柱， 的弹性石英毛细管柱 进行快速分析。 进行快速分析。 (3) 大内径毛细管柱 大内径毛细管柱(Megaobore Column)：内径 ： 为320µm和530µm，为了用这种色谱柱代替填 和 ， 充柱，常做成厚液膜柱，如液膜厚度为5～ 充柱，常做成厚液膜柱，如液膜厚度为 ～8µm。 。 （4）集束毛细管柱（multicapillary column）： ）集束毛细管柱（ ）： 容量高，分析速度快，适用于工业分析。 容量高，分析速度快，适用于工业分析。
（二）. 填充柱和毛细管柱性能的比较
色谱参数
柱长度， 柱长度，m 渗透性× 渗透性×10-7，cm 柱内径， 柱内径，mm 液膜厚度， 液膜厚度，µm 相比 每个峰的容量， 每个峰的容量，ng 柱效， 柱效，N/m 最小板高， 最小板高，mm 分离能力 相对压力 最佳线速， 最佳线速，cm/s
填充柱