毛細管氣相色譜分析法

1、2024/3/28,1,色譜分析 ——研究生,主講：趙懷清,2024/3/28,2,第一節(jié) 毛細管色譜柱的分類,一、毛細管色譜柱的分類 涂壁開管柱（WCOT) 開管柱 壁處理毛細管柱(WTOT) 毛細管柱 填充柱 填充毛細管柱

2、 微型填充柱,,,,2024/3/28,3,二、 毛細管柱速率理論,（一）縱向擴散項峰展寬主要由氣相分子擴散引起的。 B = 2Dm（二）傳質(zhì)阻抗項 1.氣相傳質(zhì)阻抗,2024/3/28,4,2. 液相傳質(zhì)阻抗,2024/3/28,5,2024/3/28,6,與填充柱速率理論比較：（1）毛細管柱中，A=0（2）在毛細管柱中，因無填料，因此，阻礙因子γ=0（3）在毛細管柱中，

3、以柱半徑r代替填料顆粒直徑dp，且Cs一般比填充柱小，氣相傳質(zhì)阻抗常為色譜峰展寬的重要因素。,2024/3/28,7,三、 速率方程討論,（一）最小理論塔板高度,2024/3/28,8,（二）最佳適用載氣線速度,從速率方程可知，最小板高時的最佳流速：,2024/3/28,9,例1 用內(nèi)徑為0.25mm的毛細管柱進行分析，樣品為正庚烷。載氣為氮氣。正庚烷在氮氣中的擴散系數(shù)Dm＝0.038cm2/s。當k=0時，uopt=21.0cm/s

4、；當k=5時，uopt=7.3cm/s；當k=∞時，uopt=6.4cm/s。載氣為氫氣。正庚烷在氫氣中的擴散系數(shù)Dm＝0.095cm2/s。當k=0時，uopt=52.4cm/s；當k=5時，uopt=18.2cm/s；當k=∞時，uopt=16cm/s。,2024/3/28,10,當用氮氣為載氣時，要得到最小理論塔板高度，所需最佳流速比較小；當用氫氣為載氣時，要得到最小理論塔板高度，所需最佳流速比較大。計算出來的u

5、opt很小，分析時間就要長，所以實際操作時，載氣的流速要高于uopt。研究表明，使用比uopt更高一些的載氣流速，并使用較長一些的色譜柱，以補償因流速增加而降低了的柱效，這樣就會節(jié)省分析時間。,2024/3/28,11,例2 100ft(1ft=0.3048m)長，內(nèi)徑0.5mm毛細管柱，H2作載氣，uopt=16cm/s（正庚烷），如果線速度增加一倍，則洗脫時間減半，板高只增加25％，如果柱長增加25％以保持同樣柱效和分

6、離度，則分析時間可縮短5/8。,2024/3/28,12,四、 毛細管色譜操作條件的選擇,（一）毛細管柱的直徑 已知柱效與柱內(nèi)徑成反比，即柱內(nèi)徑越細，柱效越高。 目前，多采用細內(nèi)徑，短毛細管柱進行快速分析。,2024/3/28,13,2024/3/28,14,（1）一般內(nèi)徑250μm的柱，樣品容量約為100ng，而30μm柱，樣品容量低于1ng。樣品容量低，對儀器要求苛刻，檢測器的敏感度要小于10－11g／s。

7、（2）整個系統(tǒng)的流失、污染和鬼峰都要盡量排除。（3）檢測器的死體積要小，要加尾吹氣。當尾吹氣為30ml/min時，對250μm柱，檢測器死體積大于25μl，會引起1％峰展寬。對30μm柱，檢測器死體積超過10ml，就會引起1％峰展寬。,2024/3/28,15,（4）檢測器時間常數(shù)，對250μm柱，時間常數(shù)為50ms，就會引起1％峰展寬；30μm柱，時間常數(shù)為25ms就會引起1％峰展寬。而且隨柱內(nèi)徑繼續(xù)減小，所需時間常數(shù)急劇下降。（

8、5）樣品容量低，采用冷柱上樣比較困難，而且分流進樣時，需要很大的分流比，因此必須注意分流線性及定量失真問題。（6）載氣流量小，柱口壓力大（約15大氣壓），目前儀器難以解決。,2024/3/28,16,目前100～300μm、口徑大于500μm的毛細管柱。目的是讓色譜柱能夠與一些死體積大的檢測器如TCD、ECD、PID、Hall電導(dǎo)、MS與IR等匹配，可以方便地采用柱上進樣方法，還能收集一些組分作進一步鑒定用，以代替填充柱使用。,202

9、4/3/28,17,（二）載氣的選擇,根據(jù)以下三個因素選擇載氣：（1）分離效能和分析速度；（2）檢測器的適應(yīng)性和靈敏度；（3）載氣的物理化學(xué)性質(zhì)，如柱壓降、安全性、純度和價格等。 在毛細管柱色譜中，常用H2、N2和He，不同的載氣對Golay曲線的影響如下圖。,2024/3/28,18,2024/3/28,19,從曲線極小值和它的平坦程度可以看出：H2作載氣時，它的最佳柱效和N2差不多，可是它的最佳載氣線速度卻比N2大

10、4倍。所以多采用H2作載氣。,2024/3/28,20,（三）液膜厚度,液膜厚度增加，會使柱效降低。液膜厚度需按分析要求來決定。（1）分離揮發(fā)性低、熱穩(wěn)定性差的物質(zhì)時，需用薄液膜柱。這樣可以降低柱溫和減少柱流失，對快速分析液膜厚度可低至0.05μm。,2024/3/28,21,（2）分析高揮發(fā)性、保留值小的物質(zhì)時，液膜厚度要大于1μm。（3）液膜厚度還與毛細管柱的內(nèi)表面性質(zhì)、固定液的黏度、固定液的擴散系數(shù)和極性等有關(guān)系。

11、 有些固定液如SE-30，液膜增厚對柱效影響不大；有些固定液如OV-225，液膜增厚對柱效影響明顯。,2024/3/28,22,柱直徑、液膜厚度需要與柱容量和柱效綜合考慮。為了快速分析，往往用柱內(nèi)徑小、薄液膜的柱。近年來，發(fā)展了大口徑和厚液膜柱，使柱效和柱容量得到合理的折中。其相互關(guān)系如下圖：,2024/3/28,23,圖2－1－10柱內(nèi)徑、液膜厚度對柱效和柱容量的影響,2024/3/28,24,（四）溫度的影響,在分離度和理論塔

12、板數(shù)等函數(shù)的關(guān)系式中，有兩項是與溫度有關(guān)系的，即容量因子k和相對保留值α。這是因為兩者都和分配系數(shù)K有關(guān)，而K取決于柱溫?；娟P(guān)系如下：,2024/3/28,25,2024/3/28,26,容量因子與分配系數(shù)成正比，所以在限定的范圍內(nèi)，容量因子與溫度有下列關(guān)系：,2024/3/28,27,柱溫與相對保留值的關(guān)系：,根據(jù)a′數(shù)值的大小，曲線的斜率有三種情況：（1） a′為負值，表示降低柱溫，會使相對保留值增大；（2） a′近于0，無論

13、柱溫如何變化，相對保留值保持不變；（3） a′大于0，柱溫降低，相對保留值也減小。,2024/3/28,28,用2，2，5－三甲基戊烷/甲基環(huán)戊烷物質(zhì)對試驗數(shù)據(jù)如下：,2024/3/28,29,當柱溫從95℃降至74 ℃時，容量因子增大89％，而相對保留值僅增大2.8％。與此同時，達到同樣的分辨率所需的理論塔板數(shù)將降低為29％。結(jié)論： 降低柱溫，可增大容量因子，改善分離度，但降低柱溫要適當，以保留時間合適和不脫尾為宜。

14、對復(fù)雜的樣品應(yīng)采用程序升溫。,2024/3/28,30,五、 毛細管柱氣相色譜系統(tǒng),（一） 進樣系統(tǒng) 進樣器（樣品導(dǎo)入部件）進樣系統(tǒng) 分流器 分流比閥 針形閥和電磁閥,,,2024/3/28,31,2024/3/28,32,毛細管柱色譜進樣方式分為兩類：分流進樣和不分流進樣。根據(jù)操作方式，不分流進樣又包括柱上進樣和直接進樣。

15、1. 分流進樣法 讓較大體積的樣品先進到流量較大的載氣中，汽化后，將混合物分流成兩個流量懸殊的部分，只將其中較小的部分送進柱子，這就叫分流進樣。,2024/3/28,33,例如，載氣總流速為101ml/min，通過柱子的流速為1ml/min，那么向體系中注入1μl液體樣品時，實際進入柱子的體積為0.01μl。（1）分流比的測定分流比為進柱的樣品組分的物質(zhì)的量與放空的樣品組分物質(zhì)的量之間的相對值。,2024/3/28,

16、34,假定所進樣器完全汽化，并與載氣充分混合，則樣品通過分流進樣器進入柱子的流量Fc，與通過分流器放空的流量Fv之比。分流比=Fc / Fv也有把分流比定義為樣品進入汽化室后，進樣器中總的流速（Fc + Fv）與柱流速之比。分流比=（Fc + Fv）/ Fc,2024/3/28,35,例 柱出口流速為1ml/min，分流器放空的流速為100ml/min，則分流比為1:100或100:1，前一種表示方法較常用。Fc和Fv可以通過

17、一個合適的泡沫流量計測量，由于載氣通過毛細管柱的流量很小，用泡沫流量計不易測量，F(xiàn)c也可以通過計算求出。,,2024/3/28,36,r——毛細管柱的半徑（cm）；L——毛細管柱的柱長（cm）；tm——甲烷的保留時間（min） 也可寫成：,,2024/3/28,37,（2）分流進樣器的線性,所謂線性分流是指樣品組分經(jīng)過分流器分出的一小部分的量進入柱子時，它能夠代表原樣品中組分的含量。 對一個設(shè)計合理的分流器（即線性好的分

18、流進樣器），樣品中的每一組分都能準確地分流成相同的比例，而與組分的化學(xué)性質(zhì)、沸點差異以及濃度大小等因素無關(guān)。,2024/3/28,38,線性不好的分流進樣器，往往使被分流進入柱子的組分含量與原始樣品中組分的含量不同，即產(chǎn)生樣品的失真。樣品失真的原因： ①分流進樣器本身設(shè)計的不合理因素 ② 分流比的大小 一般由所用毛細管柱所允許的有效樣品體積或樣品量所決定。分流比常在1:（100～200）下進行。,2024/3/28,

19、39,,2024/3/28,40,分流器溫度250℃，試驗混合物為十三烷（熔點235℃）、十五烷（熔點271℃）、十四烷（熔點254℃）和十六烷（熔點287℃）。由圖可以看出，在分流比小于1：100時，樣品失真。 沸點高的組分進入柱子的比例大（響應(yīng)值大），沸點低的組分進入柱的比例小。當分流比提高到1：100以上時，所有組分的分流線性都變好了。 造成這種情況的原因是，高沸點的組分因汽化較慢，在分流比較低時，它會在一段較長的時間進入色

20、譜柱。,2024/3/28,41,③分流進樣器的溫度,分流進樣器的溫度應(yīng)接近于樣品中沸點最高的組分的沸點溫度。 特別在分流比較低時，進樣器的溫度低，對樣品組分的失真影響更大。 當分析的是對熱不穩(wěn)定的樣品時，不能使用較高的進樣溫度，可以用提高分流比的辦法或其他進樣方法來減小樣品組分失真的程度。,2024/3/28,42,④樣品與載氣的充分混合,樣品注入汽化室后，必須進行充分的混合，否則樣品組分失真也會增大。

21、使樣品和載氣在汽化室中充分混合均勻的有效辦法是在汽化室內(nèi)松散地填充玻璃毛或者玻璃珠 。 為了防止樣品的吸附，玻璃毛或玻璃珠最好硅烷化。,2024/3/28,43,⑤ 進樣體積對樣品組分失真的影響,當進樣體積很小時，由于注射器體積的消耗，相對來說，往往是樣品中易揮發(fā)的組分比不易揮發(fā)組分進入色譜柱多。所以在樣品的回收中就出現(xiàn)嚴重的失真。 進樣體積小于0.2μl時，對寬沸程范圍的樣品，用分流進樣法不能做定量分析。,202

22、4/3/28,44,（3）分流進樣法的優(yōu)缺點,分流進樣法是使用最多的一種進樣方法。它在分析高濃度的組分（濃度范圍在0.01%~10%）以及各組分的濃度分布均勻的樣品可以得到很好的定量結(jié)果，分流進樣法的優(yōu)點： ①在高分流比下（分流比高于1：100），樣品起始組分的譜帶擴展很小，出峰尖銳。,2024/3/28,45,②操作方便。能根據(jù)所用樣品的體積和濃度，很容易地調(diào)節(jié)分流比值。 ③很容易自動操作。用自動進樣法可以得到重復(fù)性

23、很好的保留時間和精度較高的定量結(jié)果。④在等溫和程序升溫操作時，結(jié)果的重復(fù)性都較好。,2024/3/28,46,分流進樣法缺點：,①當分析的樣品組分濃度范圍較寬，沸點范圍也寬時產(chǎn)生分流失真；②濃度低和沸點高的組分樣品回收率低，定量的精密度差；③不適宜于痕量分析；④當在高分流比時載氣消耗量大，測定的精密度和準確度依賴于進樣的操作技術(shù)和重復(fù)性。,2024/3/28,47,2、不分流進樣法,經(jīng)典分流進樣技術(shù)，由于不能很好地適用于痕量組分

24、分析，所以后來又出現(xiàn)了多種全樣品進柱的不分流進樣技術(shù)。不分流進樣技術(shù)是由Grob等提出，所以又稱為Grob不分流進樣技術(shù)。不分流進樣同分流進樣相比，痕量組分的絕對進樣量明顯增加，峰形尖銳，檢測靈敏度可高出1~3個數(shù)量級，而且準確度也高。因此，它在天然產(chǎn)物、食品、香料、生物代謝物質(zhì)、藥品和環(huán)境樣品等高度稀釋溶液的痕量和超痕量分析中得到了廣泛應(yīng)用。,2024/3/28,48,（1）基本原理,不分流進樣可以看成是利用進樣時暫時關(guān)閉分流閥和溶劑

25、效應(yīng)（或同時借助冷捕集效應(yīng)），并結(jié)合進樣后的系統(tǒng)清洗措施進行稀溶液全樣品直接進樣，從而實現(xiàn)毛細管色譜痕量分析的一種色譜進樣技術(shù)。,2024/3/28,49,①采用較低的汽化室溫度和進樣速度，避免汽化室的嚴重過載，因此允許使用較大的進樣量。 ②利用溶劑效應(yīng)對因緩慢進樣和汽化而擴展開來的樣品蒸汽，塞子重新進行了凝聚銳化。 ③進樣墊片清洗措施克服了進樣器內(nèi)部的吸附、溶劑峰的擴展和拖尾現(xiàn)象。,2024/3/28,50

26、,（2）不分流進樣特點和使用局限性,1）特點 ①進樣量大，樣品全部進柱，色譜峰絕對響應(yīng)值高。特別適用于有機溶劑稀溶液樣品的直接分析。②汽化室溫度較低且不要求動力學(xué)分流，較好地消除了樣品的吸附、分解和失真。適于熱敏感性及極性樣品分析，進樣墊使用壽命較長。,2024/3/28,51,③進樣墊片清洗措施清除了因樣品蒸汽的反擴散、吸附和墊片流失所造成的色譜峰拖尾和鬼峰干擾，縮短分析時間。④對各組分含量懸殊不大的多組分混合物，若可以用低起始

27、柱溫的程序升溫方式時，也可以采用不分流進樣。⑤節(jié)省樣品，對來之不易和數(shù)量有限的樣品更有實際意義。,2024/3/28,52,2） 使用局限性,常量分析樣品（約200μg/ml以上）應(yīng)事先用適當溶劑稀釋到10-4~10-5 ； 溶劑純度要求高，沸點至少應(yīng)比最先流出的組分沸點低20℃； 時間短于溶劑峰的組分無法利用溶劑效應(yīng)；,2024/3/28,53,分子量高過下列物質(zhì)的樣品不宜使用：正構(gòu)烷為C36，甲酸甲酯類為C8

28、0，多環(huán)芳烴為六苯并苯； 流出較早物質(zhì)的保留時間重復(fù)性較差，其精度取決于進樣量的重復(fù)性； 定量精確度與較多的操作因素有關(guān)。,2024/3/28,54,（3）溶劑效應(yīng),溶劑效應(yīng)是利用受控制的溶劑蒸汽膜去進行溶質(zhì)的濃縮、聚焦過程，在不分流進樣和冷柱頭進樣技術(shù)中都具有重要意義。 當樣品被引入到溫度比溶劑沸點低20～40℃的柱入口時，樣品中的溶劑便首先沿著載氣方向在柱入口冷凝成一層越來越厚的臨時性液膜（冷凝溶劑區(qū)或冷凝溶劑譜帶），,

29、2024/3/28,55,造成該區(qū)內(nèi)相比β隨液層厚度增加而呈現(xiàn)“表現(xiàn)性”遞減，從而迫使容量因子k明顯增大，結(jié)果導(dǎo)致樣品組分在溶劑區(qū)中的溶解保留作用相應(yīng)增大。由于樣品蒸汽譜帶的前沿總是在一個越來越厚的液膜上移動，其后部總是在一個相對較薄的液膜上移動，后部的移動速度就比前沿部分快些，結(jié)果沸點較高的樣品組分譜帶就被壓縮變窄或被聚焦。上述這個現(xiàn)象就叫溶劑效應(yīng)。,2024/3/28,56,（4）操作條件的選擇,不分流進樣在實際使用中，其成敗決定于

30、實驗條件的優(yōu)化。 最重要的參數(shù)是樣品量、溶劑選擇、注射速度、吹洗汽化室的時間、汽化室溫度、起始柱溫、載氣種類和流速。,2024/3/28,57,溶劑的選擇,不分流進樣溶劑的選擇，要視樣品的揮發(fā)度（決定所用的起始柱溫）、柱固定液的類別以及樣品組分的類型等通過反復(fù)試驗的方法選擇最適用的溶劑 。 當所用的溶劑沸點比柱溫低時，溶劑在柱頭不冷凝，就起不到溶劑效應(yīng)的作用；,2024/3/28,58,,如果所用溶劑的沸點太高，則溶劑與

31、樣品組分的分離會遇到困難； 一般所用溶劑的沸點比程序升溫時的起始柱溫高20~30℃為宜。常用溶劑建議使用的起始柱溫：,2024/3/28,59,如何獲得理想的溶劑效應(yīng)，不分流進樣能否成功，關(guān)鍵在于在正式色譜分離之前在柱入口處能否形成合乎要求的冷凝溶劑譜帶或溶劑區(qū)，冷凝溶劑區(qū)太小太薄不行，起不到峰冷聚焦作用，溶劑區(qū)過大也不好，會損害柱膜。因此，所謂操作條件的選擇主要是如何獲得理想溶劑效應(yīng)的條件選擇。,2024/3/28,60,

32、溶劑效應(yīng)的大小主要受柱溫、溶劑揮發(fā)度和進樣量三個因素控制。 如果上述三個因素的最佳值都不清楚，則應(yīng)先在溶劑沸點以下10~20℃的柱溫下用注射1μl樣品開始試驗，如此時溶劑效應(yīng)不足（早出的峰過寬），則宜慢慢降低柱溫或增大進樣量，一旦獲得滿意的分離效果后即應(yīng)立即停止試驗。,2024/3/28,61,3、直接進樣法,使用分流進樣法，樣品中含量低的組分往往不易監(jiān)測，而不分流進樣法需要將樣品用溶劑稀釋。 直接進樣法樣品可以不經(jīng)

33、過稀釋，直接進入汽化室汽化，再進入柱內(nèi)。 由于不利用溶劑效應(yīng)，起始柱溫可以根據(jù)分析要求自由選樣。由于樣品直接進入柱內(nèi)，常使用柱容量大的大口徑毛細管柱（一般0.4~0.8mm內(nèi)徑）。,2024/3/28,62,直接進樣法用在等溫操作時，進樣量要盡可能?。ㄒ话阈∮?.5μl），以減小起始峰變寬而損失柱效。進大量樣品時（大于0.5μl），使用程序升溫操作。 直接進樣法的主要優(yōu)點在于，當樣品濃度差別很大時，直接進樣可以得到較好的

34、分析結(jié)果。,2024/3/28,63,4、柱頭進樣法,柱頭進樣法是特制的微量注射器（具有非常細的注射針頭，外徑約0.18mm，常用石英或不銹鋼制備），將樣品直接注入到柱的頂端。進樣器不加熱，而用氣體冷卻（因此又叫冷柱頭進樣法）。樣品柱入柱頭后，然后程序升溫對樣品進行分離。,2024/3/28,64,柱頭進樣法與不分流進樣法一樣，采用了冷捕集技術(shù)和溶劑效應(yīng)。首先使樣品在柱頭進行預(yù)濃縮，然后再進行色譜分離，因此對沸點范圍寬的樣品可以得到非常

35、好的重復(fù)性和定量準確度。 柱頭進樣法除了對寬沸程范圍的樣品可以具有非常好的重復(fù)性和定量準確度外，還有以下優(yōu)點：,2024/3/28,65,①可以分析對熱不穩(wěn)定的化合物； ②能夠定量分析不易揮發(fā)的樣品； ③因為不分流可以節(jié)約載氣和樣品用量； ④由于是冷柱頭進樣器不加熱，避免了由橡皮墊的熱分解的流失造成的鬼峰。,2024/3/28,66,5、進樣方法的選擇,選擇進樣方法，要根據(jù)分析對象、樣品濃度、沸點范圍以及樣品對熱的穩(wěn)定性方

36、面綜合考慮。 分流進樣法：分析的樣品組分濃度0.01%~10%范圍內(nèi)，不分流進樣法：濃度低于0.01%的組分，且樣品來源小時。柱頭進樣法：用于對熱不穩(wěn)定樣品，如生化樣品的分析等。 直接進樣法：若樣品中各個組分的濃度差別較大，可以考慮采用此法進行分析。,2024/3/28,67,六、 程序升速毛細管氣相色譜法,程序升速（carrier gas flow programming）是一種逐漸增加柱中載氣流速的方法，可以減少分析時間，

37、提高較易保留成分的檢測靈敏度。 程序升速具有以下幾個優(yōu)點：①具有較高沸點的化合物可以在較低的柱溫下以較快速度流出。,2024/3/28,68,②與程序升溫相比較，程序升速的基線穩(wěn)定性較好，柱壽命也較長。同時固定液的蒸發(fā)速度，隨流速增加呈線性關(guān)系變化，隨溫度增加呈指數(shù)關(guān)系變化。③可以在較低柱溫下，分析熱不穩(wěn)定化合物，這對分離是有利有。④用于空心毛細管柱特別有利，因為板高對平均線速作用，曲線比較平坦。,2024/3/28,69,⑤不

38、需要特殊的設(shè)備，只需調(diào)整柱入口壓力。⑥每個程序開始，載氣流速能很快恢復(fù)，這樣可以有效利用時間。載氣流速程序能分步變化或連接變化，低載氣流速是用于高揮發(fā)性成分，接著增加流速用于流出較強保留的成分。,2024/3/28,70,在色譜柱中，載氣速度的平均值隨柱入口壓力增加而呈線性增加。假如柱入口壓力隨時間變化，而且以指數(shù)形式增加，溶質(zhì)保留時間則隨之減少，同時減少的情形是類似于程序線性升溫所得的情況 。,2024/3/28,71,2024/

39、3/28,72,同時采用程序升速和程序長溫，進一步減少分析時間。程序升速需要使用一入口高壓控制閥，以及一個相匹配的檢測器。 程序升速結(jié)合短柱可以大大地減少分離簡單化合物的時間。 短柱程序升速的優(yōu)點是容易得到寬程度升速范圍，不需要太高的入口柱壓，同時在運行一個周期后，流速能很快恢復(fù)，這樣運行周期之間的間隔很短。,2024/3/28,73,七、 程序升溫毛細管氣相色譜法,（一）程序升溫色譜法的特點 ①對具有寬沸程樣品，可獲得

40、良好的分離，并且縮短分析時間。 ②采用程序升溫，可以利用溶劑效應(yīng)、冷阱或溶質(zhì)集中技術(shù)，從而可減少由于大體積，慢進樣而引起的譜帶展寬。,2024/3/28,74,③重復(fù)多次分析，重現(xiàn)性較好。④可提高樣品的檢測靈敏度。 （二）保留溫度 在程序升溫中，某組分的濃度極大值流出色譜柱時的柱溫，稱為該組分的保留溫度，以TR表示。 TR為程序升溫的基本參數(shù)，它的重要性可與恒溫色譜中的保留體積或保留時間相比，對每一個組分在

41、一定的固定液體系中，TR是定性數(shù)據(jù)。,2024/3/28,75,1.程序升溫方式,（1）線性升溫柱溫T隨時間t成比例增加： TR=T0+rtR T0——起始溫度；r——升溫速度，℃/min；tR——程序升溫中某組分的保留時間；TR——該組分的保留溫度。,2024/3/28,76,（2）非線性升溫,①線性－恒溫加熱 首先線性升溫到固定液最高使用溫度，然后恒溫到最后幾個

42、高沸點組分沖洗出來，適于高沸點樣品分離。②恒溫-線性加熱 先恒溫分離低沸點組分，再線性升溫到分離完成。,2024/3/28,77,③恒溫-線性-恒溫加熱 開始恒溫分離低沸點組分，中間經(jīng)線性升溫，再恒溫把高沸點組分沖洗出來。適于沸點范圍很寬的樣品。④多種速度升溫 開始以r1速度升溫，然后用以r2、r3等速度升溫。,2024/3/28,78,2.保留溫度與碳數(shù)關(guān)系,保留溫度與正構(gòu)烷烴碳數(shù)（N）成線性關(guān)系：

43、 TR=aN+b a——斜率；b——截距，類似于恒溫色譜中的保留值對數(shù)與碳數(shù)成正比，lgVR=aN+b,2024/3/28,79,在恒溫分離時不同碳數(shù)的正構(gòu)烷烴在色譜圖上按指數(shù)距離分布， 在程序升溫中，同系物色譜峰按碳數(shù)等距離分布。,2024/3/28,80,3.保留溫度與沸點關(guān)系,保留溫度與正構(gòu)烷烴的沸點Tb成線性關(guān)系：,,2024/3/28,81,（三）初期凍結(jié),在

44、程序升溫中，當一多組分寬沸程混合物進樣后，由于起始溫度很低，因此對少數(shù)低沸點組分為最佳柱溫，得到良好的分離，而對高沸點組分，這個起始溫度是太低了，因其k值很大，蒸氣壓很低，大都溶解在固定液里，所以這些組分的蒸氣帶的移動速度非常慢，幾乎停在柱入口不動。這種現(xiàn)象是程序升溫中所特有的，叫做初期凍結(jié)或初期凝聚。,2024/3/28,82,隨著柱溫的升高，某些組分的蒸氣帶便開始以可觀的速度移動，柱溫越接近保留溫度即接近柱出口處，色譜帶速度增加得越

45、快。一般來說柱溫從（TR-30）℃升到TR，色譜帶通過柱長的后半段。大約在（TR-30）℃時，色譜帶恰好位于柱長的中央。,2024/3/28,83,一個柱長為L的程序升溫柱，其升溫速度為r。某一組分的保留溫度為TR， 由上述分析知道，柱溫每升高30℃，色譜帶的移行速度就提高一倍。 若選擇幾個柱溫點，TR、TR-30、TR-60、……對應(yīng)點的色譜帶移動速度分別為u、1/2u、1/4u… ,u是組分在柱出口時的移動速度。,202

46、4/3/28,84,而在TR與TR－30這個區(qū)間。組分的平均速度為1/2(u+1/2u)=3/4u，這一區(qū)間長應(yīng)為其平均速度乘以移動時間 :t=TR-(TR-30)/r即等于(3/4u)(30/r) 柱長L等于各區(qū)間長之和，則柱長為:,,2024/3/28,85,從TR－30到TR的區(qū)間長:,這說明，即使起始溫度很低，組分也是在最后升溫30℃的時間內(nèi)，通過柱子的后半段。,,2024/3/28,86,在TR－30℃時組分恰好在柱

47、子的中央，即1/2L處，TR－60℃時位于柱子的1/4L處， TR－90℃位于柱子的1/8L處……,2024/3/28,87,（四）有效柱溫,柱溫為TR-30℃時，組分在柱長的1/2處，在這個區(qū)間，可以認為色譜帶以TR-15℃處的平均速度移過色譜柱長的后半段，即1/2L。同樣在TR-60℃到TR-30℃區(qū)間， 譜帶以TR-45℃處的平均速度移動了柱長的1/4L。依此類推， 以TR-75℃處的平均速度移動了柱長的1/8L，以TR-15

48、0℃處的平均速度移動了柱長的1/16L…..,2024/3/28,88,各平均速度處的柱溫乘以移動柱長的分數(shù)之和，稱為有效溫度，以T′表示。,2024/3/28,89,在有效溫度下，對相鄰兩組分進行恒溫分離，能達到與程序升溫時同樣的柱效和分離度。因此，它是對應(yīng)一定理論塔板數(shù)和分離特征的溫度。 上式說明，當恒溫分離某一樣品時，其最佳柱溫可由保留溫度求出，而有效柱溫總是低于保留溫度。,2024/3/28,90,（五）柱效率的

49、評價,1.理論板數(shù)（n）,,2024/3/28,91,用tTR代替tR的原因： 是程序升溫色譜中有初期凍結(jié)存在，此時大部分組分停留在柱入口不動，這段時間對色譜峰的擴張或柱效影響很小，只有當柱溫接近TR時，色譜帶快速通過柱子的大部分，這時各種因素才對色譜帶擴散有明顯影響，只有這后一段保留時間對柱效計算才有意義。故必須用tTR代替tR。,,2024/3/28,92,2.分離度,,2024/3/28,93,因程序升溫中峰寬大

50、致相等，故取其平均峰寬W。,Ri叫真正分離度，是程序升溫保留值之差與恒溫（以TR為柱溫）保留值之比。 Ri與柱子的選擇性有關(guān)，Ri值大致可以看出固定液選擇的好壞；,,2024/3/28,94,（六）程序升溫操作條件的選擇,1.線性程序升溫方程式 在恒溫色譜中，如果柱溫為T，保留體積為VR，載氣流速F，則F/VR，當時間從零到保留時間tR時，則有：,,2024/3/28,95,2024/3/28,96,如果溫度從起始溫度T0上升

51、到保留溫度TR所需時間內(nèi)，則有：,,若F/r為常數(shù)，則有：,,這是程序升溫色譜中表示操作參數(shù)之間相互關(guān)系的基本方程式。,2024/3/28,97,討論：,①保留溫度主要由r/F決定，而與初始溫度無關(guān)。 從上式可知，如果T0及r/F確定后，則組分的保留溫度就一定。即r/F決定TR。特別是高沸點組分，與T0無關(guān)。因為大部分組分處于初期“凍結(jié)”狀態(tài)，而初溫的變化對TR影響很小，當初溫足夠低或TR-T0>100℃，T0對TR的影響就可

52、以忽略，故TR主要由r/F決定。,2024/3/28,98,②r/F與真正分離度的關(guān)系。 r/F與真正分離度Ri關(guān)系是：初始溫度越低，r/F值越小，則Ri越大，隨著r/F值的增大，Ri開始變小，對于中等r/F值，Ri有最大值。,2024/3/28,99,2.起始溫度,對未知樣品，起始溫度通常選擇室溫。 一般來說，在程序升溫中起始溫度的選擇根據(jù)以下幾點：①起始溫度通常選擇低于樣品中大多數(shù)低沸點組分的沸點，如果初溫選得太低，則分

53、析時間加長，如初溫太高，則低沸點組分分離不好。,2024/3/28,100,②起始溫度應(yīng)高于固定液的凍結(jié)溫度，因固定液凝固或黏度增加很大，會引起柱效下降。 ③采用溶劑效應(yīng)時，起始溫度應(yīng)低于溶劑沸點20℃，使樣品在柱入口處再濃縮，采用冷阱起始柱溫能低－50℃。,2024/3/28,101,3.終止溫度,程序升溫選擇終溫通?；趦煞N因素：①固定液和樣品中各組分的熱穩(wěn)定性，即要考慮固定液的最高使用溫度。②樣品中高沸點組分的沸點。,20

54、24/3/28,102,4.加熱速度,加熱速度的選擇要兼顧分離度和分析速度 。 在較低的加熱速度下，分離度增大，但高沸點組分分離時間太長，且色譜峰變寬； 在加高的加熱速度下，雖然可以縮短分析時間，但柱效和分離度都降低。,2024/3/28,103,填充柱：內(nèi)徑3～6mm，長2～3m色譜柱，加熱速度為3～8℃/min。毛細管柱：加熱速度為：0.2～2℃/min。,2024/3/28,104,5.載氣流速,在程序升溫中