主题：【分享】那些色谱柱不为人知的知识

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发表于：2024/06/24 16:05:06 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

固定相

固定相是指直接装填到色谱柱中作为固定相的具有活性的多孔性固体物质。

不管是气相色谱，还是液相色谱，待测样品组分的吸附保留主要取决于固定相。其基本分离原理主要是通过样品分子与固定相之间作用力类型以及作用强度的不同，进而实现组分的分离。不同的结构的固定相，其极性和与分子间的作用力也不相同。

固体固定相大体可分为三类：

第一类是吸附剂：如，分子筛、硅胶、活性炭、氧化铝等。。。

第二类是高分子聚合物：如，国内的GDX型高分子多孔微球，国外Porapak系列等。。。

第三类是化学键合固定相：在气相色谱中，通常是将固定液涂敷在载体表面上。

采用化学键合固定相分析极性或非极性物质通常都能够得到对称峰，柱效很高，固定相的热稳定性也有所改善。一般是一种高沸点的有机物的液膜，通过对不同组份的不同分子间的作用，使组份在色谱柱中得到分离。

气相色谱在做方法开发的时候，能变化的参数非常有限，主要就是温度的变化，因此在气相色谱中，分离很大程度都取决于固定相的选择。如何选择合适的气相色谱柱的固定相呢？

以毛细管柱为例，常用的毛细管柱固定相主要分为聚硅氧烷和聚乙二醇两大类型，结构分别如下图所示。

上图为聚硅氧烷的结构，R基团可为甲基，苯基，氰丙基等。

对于聚硅氧烷类型的固定相，一般来说R基团越少，或者说甲基基团越多，固定相的非极性越强。

另一大类就是聚乙二醇类型，这类型的固定相属于极性的固定相，主要有wax,waxplus,FFAP等几种固定相。

选择合适的固定相，首先必须了解气相固定相与化合物之间的相互作用，然后依据作用的差异来选择合适的固定相。气相色谱中固定相与化合物之间的相互作用大致分为以下三种：

1、色散力或范德华力色散力是所有聚硅氧烷和聚乙二醇固定相最主要的相互作用力，是所有分子间作用力最弱的一种，主要存在于非极性化合物之间。这种作用力在气相色谱中是最丰富，占主导的地位，导致化合物按沸点大小进行分离。一般来说，两种化合物的沸点相差大于30℃，则通常能被大部分固定相所分离；如果两种化合物的沸点相差小于10℃，则通常需要考虑其他的作用力。2、偶极-偶极作用偶极-偶极作用力可以作为一个永久性的偶极子出现，也可以是固定相与分析物之间的相互作用诱导产生的。选择具有较高偶极作用的柱子，可以帮助分离那些具有类似沸点，具有不同化学结构的化合物，如异构体之类。如果化合物之间的偶极作用相差较小，则需增强固定相的偶极作用，需要更多的基团（如可选择50%的氰丙基-甲基聚硅氧烷，而不是14%氰丙基-甲基聚硅氧烷）

固定相相互作用
官能团	色散力	偶极作用	氢键作用
甲基	强	无	无
苯基	强	无或弱	弱
氰丙基	强	极强	中等
三氟丙基	强	中等	弱
聚乙二醇	强	强	中等

3、氢键作用

在气相色谱中，如下表所示，氢键作用主要存在于酸碱性化合物之中，在这类物质中，氢键作用通常是不好的，容易引起待测物出现较差的峰形，如拖尾；或者引起待测物在进样口衬管或者柱子本身中发生不可逆的结合，影响检测的灵敏度和检测限。当然，我们同样也可以利用氢键的作用强弱对化合物进行分离。

相对氢键作用强度
强度	化合物
强	醇类，羧酸和胺类
中等	醛类，酯类和酮类
弱或无	烃，卤代烃和醚类

TIPs：

气相色谱柱固定相的选择，总体是根据“相似相溶”的原则：

1. 分离非极性组分时，通常选择非极性固定相；

2. 分离极性组分时，通常选择大极性的固定相；

3. 结构类似的化合物，如异构体，大极性固定相为首选；

4. 如果不确定使用哪个固定相或者未知化合物的分析，可以从-1和-5固定相开始；

5. 此外，还有很多类型的专用柱，如624主要用来做溶剂残留，1701主要用于农残的分析，FFAP则主要用于脂肪酸的分离等。

固定液

关于气相色谱，目前使用最多的是气-液分配模式，气-液色谱固定相在常规分析温度下也呈现液态，所以常被称为固定液，常见的固定液主要有以下几种：

毛细管柱气相色谱仪最常用固定液有聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇、含苯基的聚二甲基硅氧烷、含氰基的聚甲基硅氧烷和含三氟丙基的聚甲基硅氧烷等六种。

甲基聚硅氧烷固定液的结构图

1、聚二甲基硅氧烷：

聚二甲基硅氧烷主要是色散力起作用的固定液，是通用型固定液。一般按沸点顺序洗脱，而对含有不同官能团的化合物，不完全按沸点次序。在聚二甲基硅氧烷中有－Si－O－键，具有很弱的极性力和受质子力，周围的甲基不能完全屏蔽掉，所以聚二甲基硅氧烷可以分离非极性和极性混合物。

2、聚乙二醇：

聚乙二醇是一种氢键型固定液，对羟基和羧基化合物有较强的作用力，但不能用于和羟基发生作用的化合物。这类固定液对烷基苯类化合物有很好的分离能力，不能用于伯胺和苯胺，因为毛细管柱内如果有氧气，会和固定液发生作用形成乙醛和环氧乙烷，乙醛和伯胺发生作用生成席夫碱。

聚乙二醇固定液要避免与外界渗透到载气中的空气中的氧接触，这样会使聚乙二醇降解。无机强酸会使聚乙二醇降解。无机强碱不会使聚乙二醇降解，会屏蔽石英表面的酸性，在分离碱性化合物时使峰形尖锐。

3、含苯基的聚二甲基硅氧烷：

含苯基的聚二甲基硅氧烷，如含5%苯基聚甲基硅氧烷和50%苯基聚甲基硅氧烷，其中含5%苯基聚甲基硅氧烷使用居多。这是一类可极化非极性固定液，随苯基含量的增加可极化率增加。在药物和农药分析中使用广泛。

4、含氰基的聚甲基硅氧烷：

含氰基的聚甲基硅氧烷，如含7%氰基和7%苯基聚甲基硅氧烷、含25%氰基和25%苯基聚甲基硅氧烷。由于在聚硅氧烷链中引入氰基，使之成为中等或强极性固定液。氰基含量从3%～100%，随着氰基含量增加，极性（偶极作用）增加。在这一类固定液中含芳香基和烯基的化合物保留作用较强，氰基含量越高保留作用越强，所以这类固定液适合从复杂的烃类混合物中分离不饱和烃和芳烃，也适合分离不饱和脂肪酸。

5、含三氟丙基的聚甲基硅氧烷：

含三氟丙基的聚甲基硅氧烷固定液的给质子能力很强，对羰基化合物有很强的保留作用，同碳数的酮的保留时间高于同碳数的醇，而后者沸点要高。多用于禁用药物的分析。

对气相色谱用的固定液，一般有如下几点要求：1.在操作温度下蒸气压低，热稳定性好，与被分析物理或载气不产生不可逆反应；2.在操作温度下呈液态，而且粘度愈低愈好。物质在高粘度的固定液中传质速度慢，柱效率因而降低。这决定固定液的最低使用温度；3.能牢固地附着在载体上，并形成均匀和结构稳定的薄层；4.被分离的物质必须在其中有一定的溶解度，不然，就会很快地被载气带走而不能在两相之间进行分配；5.对沸点相近而类型不同的物质有分离能力，即，保留一种类型化合物的能力大于另一种类型，这种分离能力即是固定液的选择性。担体气相色谱中什么叫担体？对担体有哪些要求以及分类担体是一种多孔性化学惰性固体，在气相色谱中用来支撑固定液。对担体有如下几点要求：1.表面积较大，一般应在0.5-2米/克之间；2.具有化学惰性和热稳定性；3.有一定的机械强度，使涂渍和填充过程不引起粉碎；4.有适当的孔隙结构，利于两相间快速传质；5.能制成均匀的球状颗粒，利于气相渗透和填充均匀性好；6.有很好的浸润性，便于固定液的均匀分布。完全满足上述要求的担体是困难的，人们在实践中只能找出性能比较优良的担体。担体通常分为硅藻土和非硅藻土两大类，每一类又有种种小类。1.硅藻土类型：(1) 白色的：表面积小，疏松，质脆，吸附性能小，经适当处理，可分析强极性组分；(2) 红色的：有较大的表面积和较好的机械强度，但吸附性较大。2.非硅藻土类型：（1）氟担体：表面惰性好，可用来分析高极性和腐蚀性物质，但是，装柱不易，柱效率低些。（2）玻璃微球：表面积小，用它做担体柱温可以大大降低，而分离完全且快速，但是，涂渍困难，柱效低。（3）多孔性高聚物小球：机械强度高，热稳定性好，吸附性低，耐腐蚀，分离效率高，是一种性能优良的新型色谱固定相。（4）炭分子筛：中性，表面积大，强度高，祛寿命长，在微量分析上有无比的优越性。（5）活性炭：可以单独做为固定相。（6）沙：主要用于分离金属。管材色谱柱管材料应根据什么原则选择？常用的柱管是由什么材质制成？对色谱柱管材质，应按如下要求选择：1.应与固定相、试样、载气不起化学反应。2.要易于加工成型。管内壁应光滑，横截面应均匀呈圆形。一般色谱柱管形状呈Ｕ型或螺旋形，大多由铜、不锈钢，玻璃等材质制成。。。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