浅析色谱分离条件的选择

(新疆广汇新能源有限公司，新疆  哈密 839303)

摘  要：气相色谱分析是现代分析的重要手段之一。它具有分离效能高，分析速度快、定量结果准确、应用范围广的特点。色谱的柱效和分离度是气相色谱理论的两个重要内容。色谱分离条件的选择是每个色谱工作者必须掌握的内容。色谱柱的选择性可用“分离度”来表示。同一色谱柱在同一条件下，对不同的物质有不同的R值。一般认为R≥1.5时，两个组分可完全分离。本文根据自己多年的经验，针对色谱分离条件的选择，做一简单介绍。

关键词：色谱；色谱分离条件；选择；温度；载气

1 温度的选择

气相色谱中温度的选择包括三个部分：气化室温度、检测器温度、柱温。三者中的柱温是影响色谱分离效能和分析时间的一个重要的才操作参数。宽沸程的试样，可采用程序升温，即在一个分析周期内，以一定的升温速率使柱温由低到高随时间成线性或非线性增加，使混合物各组分能在最佳温度下，洗出色谱柱，达到用最短的时间获得最佳的分离效果。

1.1 柱温的选择

柱子对各组分的选择性要好，既能将复杂样品中的各组分分离开。从色谱图上看，各组分色谱峰之间的距离要大，而选择性的好坏与固定相的性质、柱温等因素有关。当固定相选定后，并不等于选择能力就确定了。柱温对选择性也有影响，通常降低柱温能提高选择性，但会增加保留时间，延长了分析时间，往往降低了柱效率，因此选择柱温时要兼顾选择性和柱效率。柱温影响色谱分离的分配系数、传质速率等都与温度密切相关，因此柱温是色谱分离中的重要操作参数，是气相色谱重要操作条件，柱温改变，对柱效率，分离度R、选择性以及柱子的稳定性都发生改变。

柱温高有利于传质，加快分析速度，所以柱温提高，扩散系数增大，有利于改善传质，提高柱效。但是，增加柱温会使纵向扩散加剧，导致柱效下降。同时，提高柱温，一般相对保留值降低，分离选择性下降。，但柱温过高，组分的分配系数K值变小，且各组分的K值也变小，将使分离度下降，降低了选择性，所以宜选择较低的柱温，柱温低有利于分配，有利于组分的分离。但柱温又不能太低，否则将降低传质效率，被测组分可能在柱中冷凝或者传质阻力增加，柱效能下降，而且延长分析时间，使色谱峰扩张，甚至拖尾。因此柱温的选择要兼顾热力学和动力学因素对分离度的影响；兼顾分离和分析速度等多方面的因素。根据实际情况选定柱温，一般情况下的柱温选择，首先需要考虑的是固定液的最高使用温度。为了避免固定液的流失，还应注意，柱温不可超过固定液的最高使用温度，否则固定液将流失，缩短色谱柱的使用寿命，而且如固定液随载气进入检测器，还将污染检测系统。

采用的柱温要低于固定液的最高使用温度，（低于30～50℃）。使用毛细管柱上限温度要比填充柱低，最好比固定液的最高使用温度低50～70℃.某些固定液有最低操作温度，即凝固点温度，一般操作温度就应选择在凝固点温度以上，一般通过实验选择最佳柱温，要使物质对既完全分离，又不使峰形扩展、拖尾。通常是选择比各组分平均沸点低20～30℃，作为柱温。经验表明选择的柱温等于样品的平均沸点或高于平均沸点10℃时是最为适宜。

当被分析组分的沸点范围很宽时，用同一柱温往往造成低沸点组分分离不好，而高沸点组分峰形扁平，这是就采用程序升温的办法，程序升温使柱温按预定的加热速度，随时间呈线性或非线性地增加，使不同沸点的组分都能在最佳的柱温下进行分离。一般升温速度是成线性的，即单位时间内温度上升的速度恒定，如每分钟上升4℃、6℃、8℃等。程序升温的方法就能使高沸点及低沸点组分都能获得满意结果。

1.2 气化室温度的选择

气化室的温度选择取决于试样的沸点范围、化学稳定性以及进样量等因素。一般气化室温度比柱温高30～70℃或比样品组分中最高的沸点高30～50℃，用于保证试样快速而且完全气化。合适的气化室温度既能保证样品全部组分瞬间完全气化，又不引起样品分解。温度过低，气化速度慢，使样品峰扩展，产生伸舌头峰；温度过高则产生裂解峰，而使样品分解。温度是否合适，可通过实验检查，如果温度过高，出峰数目变化，重复进样时很难重现；温度太低则峰形不规则，出现平头峰或伸舌头宽峰；若温度合适则峰形正常，峰数不变，并能多次重复。

1.3 检测器的温度一般均应高于柱温，以防止污染或出现异常响应。

2 载气的选择

2.1 气相色谱最常用的载气是：氢、氮、氩、氦。

  选择何种气体做载气，首先要考虑使用何种检测器。使用热导池检测器时，宜采用氢气做载气，氢火焰离子化检测器宜用氮气做载气，也可用氢气，电子捕获检测器常用氮气(纯度大于99.99﹪)，火焰光度检测器常用氮气和氢气。

    扩散系数Dg与载气性质有关，Dg与载气的摩尔质量平方米根成反比，所以选用摩尔质量大的载气（ N2、Ar）可以使Dg减小，减小分子扩散系数B,提高柱效。但选用摩尔质量小的载气，使Dg增大，会使气相传质阻力系数Cg减少，使柱效提高。因此使用低线速载气时，应选用摩尔质量大的N2，，使用高线速时，宜选用摩尔质量小的H2或He.

2.2 载气流速的选择

载气流速对柱效的分析速度都产生影响，根据范氏方程，载气流速慢有利于传质，有利于组分的分离；但载气流速快，有利于加快分析速度，减少分子扩散，载气流量对柱效率的影响表现为流量过低或过高都会降低柱效率，只有选择最佳流量才可以提高柱效率，对一般色谱柱，载气流量为20～100ml/min。有时为了缩短分析时间，可加大流量，但此时分离效果不好，色谱峰会有拖尾或重叠现象。在实际工作中要具体情况选择最佳流速。

3 色谱柱形、柱内径及柱长的影响

色谱柱形、柱内径、柱长均可影响柱效率。

色谱柱形以U形为好，因载气流动会受柱弯曲的影响而产生紊乱、不规则的流动，降低柱效率，因此要求柱弯曲的地方其曲率半径应尽量大一些。使用螺旋形柱时，柱本身的直径要尽可能均匀。

填充柱内径过小易造成填充困难和柱压降增大，给操作带来麻烦，故一般选择内径为3～4mm。柱内径增大虽可增大样品用量，但会使柱效率下降。

柱子长，一般柱效率高，当柱长度增加时，分析时间会延长，并要增大载气的柱前压力，因此希望在保证选择性和柱效率的前提下，使柱长减至最短。故填充色谱柱常用1～2m。

在已知柱子上先测出某难分离物质对的分离度R原来再进行简易计算可求所得所需柱长。

4  进样量与进样时间的影响

在进行气相色谱分析时，进样量要适当。进样量与固定相总量及检测器灵敏度有关，对于内径4～6mm，长2m，固定液用量为15﹪～20﹪的色谱柱，液体进样量为0.1～10ul，气体样品为0.1～10ml。通常用导热池检测器时液样为1～5ul；氢火焰检测器小于1ul。

这样进样量过大会导致：①分离度变小；②保留值变化，难于定性；③峰高、峰面积与进样量不成线性关系，不能定量。最大允许进样量可以通过实验确定：若进样量太小，又会因检测器灵敏度不够，不能检出。色谱柱最大允许进样量可以通过实验确定。方法是：其它实验条件不变，多次进样，仅逐渐加大进样量，直至所出的峰的半峰宽变宽或保留值改变时，此进样量就是最大允许进样量。

进样时，要求速度快，这样可以使样品在气化室气化后随载气以浓缩状态进入柱内，而不被载气所稀释，因而峰的原始宽度就窄，有利于分离。反之若进样缓慢，样品气化后被载气稀释，使峰形变宽，并且不对称，既不利于分离也不利于定量。

进样时应当固定进样针深度及位置，针头切勿碰着气化室内壁，进样速度应尽可能快，一般小于0.1s，从注射器接触气化室密封橡胶片算起，包括注射、拔针等动作都有快，而且平行测定速度一致。此项操作技术必须十分重视，要反复练习达到熟练、准确的程度。

从以上所述可以看出，各种操作条件往往同时影响色谱柱的选择性和柱效率，它们之间是密切联系而又矛盾的，因此我们选择操作条件时，既要良好的选择性，又要兼顾柱效率，而柱的效率高又会相应提高选择性。例如，两个组分在色谱图上只有分离一半，若提高选择性就可以把两个组分完全分开，另外，若提高柱效率，使每个峰变窄，两个组分也能得到完全分离。

所以，我们对影响分离的各个操作条件要综合考虑，决不能顾此失彼，片面强调某个因素。例如，柱温的选择们一般是柱温越低，选择性越好。但柱温低柱效率会降低，从而分析速度变慢，因此我们必须在有良好的选择性前提下尽量降低柱温。如果两者不能兼顾，还可以通过适当选择其他操作条件来解决。在有一定的选择性时，若柱效率很低，如果不能用提高柱温的办法提高柱效率，可以降低固定液含量来提高柱效率。另外提高载体涂渍的效率，使固定液均匀的涂在载体表面，和保证载体颗粒的均匀性，改变载气流量，都可以提高柱效率。当然，在改变这些条件时，必须注意到由此产生的不良因素。

在影响选择性和柱效率的各种因素中，关键的问题还是合理地选择一种固定液，这是解决分离的主要矛盾。

参考文献

 [1] 孙传经.气相色谱分析原理与技术.化学工业出版社，1979年12月

 [2] 刘珍.化验员读本（下册）. 化学工业出版社，2003年10月.

来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>