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色谱法概述

Date: 2019-02-16 9:34:39 * 浏览: 182

     色谱法是一种重要的分离分析方法,它是利用不同物质在两相中具有不同的分配系数(或吸附系数、渗透性),当两相作相对运动时,这些物质在两相中进行多次反复分配而实现分离。在色谱技术中,流动相为气体的叫气相色谱,流动相为液体的叫液相色谱。固定相可以装在柱内,也可以做成薄层。前者叫柱色谱,后者叫薄层色谱。根据色谱法原理制成的仪器叫色谱仪,目前,主要有气相色谱仪和液相色谱仪。
    色谱法的创始人是俄国的植物学家茨维特。1905年,他将从植物色素提取的石油醚提取液倒人一根装有碳酸钙的玻璃管顶端,然后用石油醚淋洗,结果使不同色素得到分离,在管内显示出不同的色带,色谱一词也由此得名。这就是最初的色谱法。后来,用色谱法分析的物质已极少为有色物质,但色谱一词仍沿用至今,在50年代,色谱法有了很大的发展。1952年,詹姆斯和马丁以气体作为流动相分析了脂肪酸同系物并提出了塔板理论。1956年范第姆特总结了前人的经验,提出了反映载气流速和柱效关系的范笨姆特方程,建立了初步的色谱理论。同年,高莱(Golay)发明了毛细管拄,以后又相继发明了各种检测器,使色谱技术更加完善。50年代末期,出现了气相色谱和质谱联用的仪器,克服了气相色谱不适于定性的缺点。则年代,由于检测技术的提高和高压泵的出现,高效液相色谱迅远发展,使得色谱法的应用范围大大扩展。目前,由于高效能的色谱往、高灵敏的检测器及微处理机的使用,使得色谱法已成为一种分析速度快、灵敏度高、应用范围广的分析仪器。
    在这里主要介绍气相色谱分析法。同时也适当介绍液相色谱法。气相色谱法的基本理论和定性定量方法也适用于液相色谱法。其不同之处在液相色谱法中介绍。典型的气相色谱仪具有稳定流量的载气,将汽化的样品由汽化室带入色谱柱,在色谱柱中不同组分得到分离,并先后从色谱柱中流出,经过检测器和记录器,这些被分开的组分成为一个一个的色谱峰。色谱仪通常由下列五个部分组成:
    载气系统(包括气源和流量的调节与测量元件等)
    进样系统(包括进样装置和汽化室两部分)
    分离系统(主要是色谱柱)
    检测、记录系统(包括检测器和记录器)
    辅助系统(包括温控系统、数据处理系统等)

    载气通常为氮、氢和氢气,由高压气瓶供给。由高压气瓶出来的载气需经过装有活性炭或分子筛的净化器,以除去载气中的水、氧等有害杂质。由于载气流速的变化会引起保留值和检测灵敏度的变化,因此,一般采用稳压阀、稳流阀或自动流量控制装置,以确保流量恒定。载气气路有单柱单气路和双柱双气路两种。前者比较简单,后者可以补偿因固定液流失、温度被动所造成的影响,因而基线比较稳定。
    进样系统包括进样装置和汽化室。气体样品可以用注射进样,也可以用定量阀进样。液体样品用微量注射器进样。 固体样品则要溶解后用微量注射器进样。样品进入汽化室后在一瞬间就被汽化,然后随载气进入色谱柱。根据分析样品的不同,汽化室温度可以在50―400℃范围内任意设定。 通常,汽化室的温度要比使用的最高柱温高10―50℃以保证样品全部汽化。进洋量和进样速度会影响色谱柱效率。进样量过大造成色谱柱超负荷,进样速度慢会使色谱峰加宽,影响分离效果。
    试样中各组分的分离在色谱柱中进行,因此,色谱柱是色谱仪的核心部分。色谱往主要有两类:填充柱和毛细管柱,现分别叙述如下:
    1、填充柱 :填充柱由柱管和固定相组成,柱管材料为不锈钢或玻璃,内径为2―4毫米,长为1―3米。往内装有固定相,固定相又包括固体固定相和液体固定相两种。
    2、毛细管往 :毛细管柱又叫空心柱,空心柱分涂壁空心柱,多孔层空心柱和涂载体空心柱。涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0.1―0.5毫米的毛钢管内壁而成。毛细管的材料可以是不锈钢、玻璃或石英。这种色谱柱具有渗透性好、传质阻力小等特点,因此柱子可以做得很长(一般几十米,最长可到三百米)。和填充柱相比,其分离效率高,分析速度快,样品用量小。其缺点是样品负荷量小,因此经常需要采用分流技术。柱的制备方法也比较复杂;多孔层空心柱是在毛细管内壁适当沉积上一层多孔性物质,然后涂上固定液。这种柱容量比较大,渗透性好,故有稳定、高效、决速等优点。
 
   1、热导检测器热导检测器(Thermal coductivity detector,简称TCD ):是应用比较多的检测器,不论对有机物还是无机气体都有响应。热导检测器由热导池池体和热敏元件组成。热敏元件是两根电阻值完全相同的金属丝(钨丝或白金丝),作为两个臂接入惠斯顿电桥中,由恒定的电流加热。如果热导池只有载气通过,载气从两个热敏元件带走的热量相同,两个热敏元件的温度变化是相同的,其电阻值变化也相同,电桥处于平衡状态。如果样品混在载气中通过测量池,由于样号气和载气协热导系数不同,两边带走的热量不相等,热敏元件的温度和阻值也就不同,从而使得电桥失去平衡,记录器上就有信号产生。这种检测器是一种通用型检测器。被测物质与载气的热导系数相差愈大,灵敏度也就愈高。此外,载气流量和热丝温度对灵敏度也有较大的影响。热丝工作电流增加―倍可使灵敏度提高3―7倍,但是热丝电流过高会造成基线不稳和缩短热丝的寿命。热导检测器结构简单、稳定性好,对有机物和无机气体都能进行分析,其缺点是灵敏度低。
    2、氢火焰离子化检测器:氢火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector,FID)简称氢焰检测器。它的主要部件是一个用不锈钢制成的离子室。离子室由收集极、极化极(发射极)、气体入口及火焰喷嘴组成。在离子室下部,氢气与载气混合后通过喷嘴,再与空气混合点火燃烧,形成氢火焰。无样品时两极间离子很少,当有机物进入火焰时,发生离子化反应,生成许多离子。在火焰上方收集极和极化极所形成的静电场作用下,离子流向收集极形成离子流。离子流经放大、记录即得色谱峰。
    有机物在氢火焰中离子化反应的过程如下:当氢和空气燃烧时,进入火焰的有机物发生高温裂解和氧化反应生成自由基,自由基又与氧作用产生离子。在外加电压作用下,这些离子形成离子流,经放大后被记录下来。所产生的离子数与单位时间内进入火焰的碳原子质量有关,因此,氢焰检测器是一种质量型检测器。这种检测器对绝大多数有机物都有响应,其灵敏度比热导检测器要高几个数量级,易进行痕量有机物分析。其缺点是不能检测惰性气体、空气、水、C0,CO2,NO、S02等。
    3、电子捕获检测器:电子捕获检测器是一种选择性很强的检测器,它只对合有电负性元素的组分产生响应,因此,这种检测器适于分析合有卤素、硫、磷、氮、氧等元素的物质。在电子捕获检测器内一端有一个多放射源作为负极,另一端有一正极。两极间加适当电压。当载气(N2)进入检测器时,受多射线的辐照发生电离,生成的正离子和电子分别向负极和正极移动,形成恒定的基流。合有电负性元素的样品AB进入检测器后,就会捕获电子而生成稳定的负离子,生成的负离子又与载气正离子复合。结果导致基流下降。因此,样品经过检测器,会产生一系列的倒峰。电子捕获检测器是常用的检测器之一,其灵敏度高,选择性好。主要缺点是线性范围较窄。
    气相色谱法是一种很好的分离、分析方法,它具有分析速度快、分离效能好和灵敏度高等优点。但是气相色谱仅能分析在操作温度下能汽化而不分解的物质。据估计,在已知化合物中能直接进行气相色谱分析的化合物约占15%,加上制成衍生物的化合物,也不过20%左右。对于高沸点化合物;难挥发及热不稳定的化合物、离子型化合物及高聚物等,很难用气相色谱法分析。为解决这个问题,70年代初发展了高效液相色谱。高效液相色谱的原理与经典液相色谱相同,但是它采用了高效色谱拄、高压泵和高灵敏度检测器。因此,高效液相色谱的分离效率、分析速度和灵敏度大大提高。就其分离机理的不同,高效液相色谱可以分为液―固吸附色谱、液―液分配色谱、离子交换色谱和凝胶渗透色谱四类。
    液―固色谱的色谱柱内填充固体吸附剂,由于不同组分具有不同的吸附能力,因此,流动相带着被测组分经过色谱柱时,各组分被分开。液―液色谱的流动相和固定相都是液体。作为固定相的液体涂在惰性担体上,流动 相与固定液不互溶。当带有被测组分的流动相进入色谱柱时,组分在两相间很快达分配平衡,由于各组分在两相间分配系数不同而彼此分离。以非极性溶液作流动相,极性物质作固定相的液―液色谱叫正相色谱;极性溶液作流动相,非极性物质作固定相的液―液色谱叫反相色谱。离子交换色谱的色谱柱内填充离子交换树脂,依靠样品离子交换能