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气相色谱如何有效地进行分离条件优化？

检测人王大锤

2024/07/15

私聊

气相色谱（GC）

气相色谱是有机实验室主要的设备之一，由于样品组分在气相中传质速度快，与固定相相互作用次数多，加上可供选择的固定液种类很多，可供使用的检测器灵敏度高、选择性好，因此气相色谱被广泛地应用在有机样品检测领域。

色谱操作条件的选择和优化

1、固定相的选择

固定相类型：

气－固色谱：固体吸附剂

气－液色谱：固定液与载体

混合物在不同固定相上的分离，如图所示：

注：1－乙腈(强极性)；2－2-丙醇(质子受体)；3－1,2－二氯乙烷（弱极性）；4－三乙胺（质子受体）；5－正辛烷。

固定相种类的不同，直接影响到样品中各组分分离效果优劣。

固定相的选择一般按照“相似相溶原理”。

常用固定液：

固定相液的选择：

分离非极性物质，一般选用非极性固定液。

分离极性物质，一般按极性强弱来选择相应极性的固定液。

分离非极性和极性混合物时，一般选用极性固定液。

能形成氢键的试样，一般选用氢键型固定液。

对于复杂组分，一般可选用两种或两种以上的固定液配合使用。

2、载气种类的选择

载气种类的选择应考虑三个方面：载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质。

(1) 载气摩尔质量大，可抑制试样的纵向扩散，提高柱效。

(2) 载气流速较大时，传质阻力项起主要作用，采用较小摩尔质量的载气(如H2、He)，可减小传质阻力，提高柱效。

(3) 在载气选择时，还应综合考虑载气的安全性、经济性及来源是否广泛等因素。

载气的选择与检测器有关：

TCD一般选用氢气或氦气做载气

FID 一般选氮气和氩气做载气

ECD 一般选氮气做载气

FPD 一般选氮气做载气

3、载气流速的选择

根据公式，绘制H~u曲线，以实现最佳载气流速的获取，实际载气流速的选择。

在曲线的最低点，塔板高度H最小（Hmin），此时柱效最高。与H最小所对应的流速为最佳流速uopt

4、柱长和内径的选择

柱长增加，分离度增大，对分离有利。但柱长增加也使传质阻力增大，色谱峰区扩展加剧，分析时间延长。因此，在确保一定分辨率的条件下应尽可能使用短色谱柱。

填充柱：柱长1~5 m，柱内径2~6 mm。

毛细管柱：柱长20~200 m，柱内径0.1~0.5 mm。

5、柱温的选择

柱温对分离度的影响比较复杂。兼顾分离度和分析速度两个方面。

（1）柱温升高，被测组分的挥发度↑，即被测组分在气相中的浓度↑，tR↓，改善气相和液相的传质速率，有利于提高柱效，但低沸点组份峰易产生重叠。

（2）柱温降低，分离度↑，分析时间↑。对于难分离物质对，降低柱温虽然可在一定程度内使分离得到改善，但是不可能使之完全分离。这是由于两组分的相对保留值增大的同时，两组分的峰宽也在增加，当后者的增加速度大于前者时，两峰的交叠更为严重。

（3）柱温选择：接近或略低于组分平均沸点时的温度。

沸点

柱温

固定液用量

气体

室温~100℃

20-30:100 红色担体

100~200℃

150℃

10-20:100 红色担体

200~300℃

150~200℃

5-10:100 白色担体

300~400℃

200~250℃

1-5:100 白色或玻璃担体

⑷ 组分复杂：宽沸程的试样，采用程序升温。

采用程序升温的方法能兼顾高、低沸点组分的分离效果和分析时间，使不同沸点组分基本上都在其较合适的平均柱温下进行分离。

程序升温条件：升温方式；起始温度；升温速度；终止温度。

6、进样条件和进样量的选择

进样速度越快越好，这样可使样品汽化后能立即被载气带入色谱柱中。若进样时间过长，试样原始宽度变大，流出峰宽也必然变宽甚至发生峰变形。液体试样量一般进样0.1~5 uL，气体试样0.1~5 mL。进样量大，会使几个峰重叠在一起分离不好；但进样量太少，又会使含量少的组分因检测器灵敏度不够而检不出。最大允许的进样量,应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系的范围内。

7、气化室和检测器温度的选择

气化室温度的选择：

（1）原则是保证样品，同时不分解

（2）一般比样品组分最高沸点高30-50度或比柱温高30-70度。

检测器温度的选择：一般比柱温高30-50度。TCD要求温度恒定，FID要求温度>120度

分
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沸点	柱温	固定液用量
气体	室温~100℃	20-30:100 红色担体
100~200℃	150℃	10-20:100 红色担体
200~300℃	150~200℃	5-10:100 白色担体
300~400℃	200~250℃	1-5:100 白色或玻璃担体