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【求助】固定相吸附原理

气相色谱(GC)

  • 活性炭、硅胶和分子筛都可以用来分离永久性气体,但它们的极性很不相同,请问其分离原理是什么,各有什么特点?
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  • 睿武孝文

    第1楼2010/05/14

    活性炭、硅胶和分子筛都是属于气相色谱中的气固类的固体固体相,是吸附剂,因此分离原理应为吸附,是永久性气体在这些固定相上被吸附的不同吧。
    活性炭:由于其批与批之间再现性差,在色谱上使用有限。
    硅胶:过去,硅胶曾用于分离CO2和其他永久性气体,CO2在C2H6后流出,因而在多柱系统中很有用。但是,现在这方面的应用大多数已由多孔聚合物代替。硅胶的缺点是分离性能不稳定,不同批次生产的性能不一样,几乎不可逆地吸附水。
    新一代的硅胶如Chromsil已被发展出来专门用于痕量硫化物的分析。其他如Spherosil和Porasil有较好的标准化的色谱性能。这些材料是多孔小球,是否涂固定液均可使用。新一代硅胶的另一重要用途是作为衬底,表面用有机物(n-Octane, Oxypropionitrile, Carbowax和Phenylisocyanate)改性(化学键合)做成硅胶固定相,通过改变改性剂的种类和含量,可在很大范围内调节分离的选择性。
    分子筛:分子筛是GSC是广泛应用的吸附剂,有0.5A和13X两种,前者由Ca-Al-Si的氧化物组成,有效孔径为0.5nm;后者则由Na-Al-Si的氧化物组成,有效孔径为1nm.分子筛受欢迎是由于它们分离O2/N2的独特能力,在通常的长度(1-2m)和正常的操作温度(室温-100度)即可。它们也能用于分离H2、CH4、CO、NO和惰性气体。
    有两种机理对保留起作用。第一种机理与分子的大小有关,就5A分子筛来说,如果被分离组分小于0.5nm,就可扩散进入孔内,较大的分子如SF6不能进去,没有保留而流出,这种作用将大于0.5nm和小于0.5nm的分子分开。第二种机理即为发生在孔内外表面的吸附动力学,起因于分子筛较大的表面积和较强的极性。也由于此,使得具偶极相互作用的化合物如CO2、H2O等,在分子筛上的保留变得相当高,在通常的操作温度下被不可逆地吸附,只有通过升温才可能赶出。相比之下,13X分子筛比5A分子筛具更强的抵抗CO2和H2O的能力,由于5A的小孔径,对大多数气体有较长的保留,因此可使用较短的柱子。CH4和CO间的间隔在5A分子筛上比在13X分子筛上大。
    O2/Ar的分离,需低温或长柱才能在分子筛上获得成功,Ar先流出,适宜于O2或N2中的Ar的分析。至于氮的氧化物的分析,需预处理分子筛方可成功。
    最近才发展的5A PLOT柱,具有毛细管柱和分子筛吸附色谱的所有优点,引起了分离效能的戏剧性增加,同时分析时间减少,它能用于H2、D2、T2、HD、HT、DT、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn、CO、NO、N2O、O2、N2、CH4、CD4、C2H6、C2D6等永久性气体的分析。O2/Ar在常温下即可分离,O2/N2的分离只需4s.与5A PLOT不同,13X PLOT可用于烷烃/环烷烃的族分离。
    分子筛可能是吸附剂中极性最强的,因此CO2、H2O应从载气中除去。同时使用前要活化好,否则分离性能不好,柱中的水量将影响CO和CH4的分离状况及流出次序。
    注:以上引自许国旺教授主编的《现代实用气相色谱法》

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  • 阿宝

    第2楼2010/05/14

    色谱大致可以分为气固吸附、气液分配。分离就是在不断的吸附-解吸附-吸附-解吸附中完成的。具体的机理可以参考相关专业书籍。

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