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在氣相色譜分析中，我們總希望在較短的時(shí)間內(nèi)，用較短的柱子達(dá)到滿(mǎn)意的分析結(jié)果，為此，在進(jìn)行分析時(shí)，需要選擇適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件。此時(shí)應(yīng)考慮如下兩個(gè)問(wèn)題。
柱子對(duì)各組分的選擇性要好，即能將復(fù)雜樣品中的各組分分離開(kāi)。從色譜圖上看，各組分色譜峰之間的距離要大，而選擇性的好壞與固定相的性質(zhì)、柱溫等因素有關(guān)。
色譜柱的選擇性可用“分離度”來(lái)表示。它綜合考慮了兩個(gè)相鄰組分保留值的差值和每個(gè)色譜峰的寬窄這兩方面的因素。分離度(如圖1 所示)定義為相鄰兩色譜峰保留時(shí)間的差值與兩色譜峰基線(xiàn)寬度和之半的比值，可用下述數(shù)學(xué)式來(lái)表示：
式中tR(2)-tR(1)—組分(2)與組分(1)的保留時(shí)間(定義見(jiàn)定性分析)之差;
Wb(1)+Wb(2)—兩個(gè)組分基線(xiàn)寬度之和。
分離度R還可表示為：
式中，n為理論塔板數(shù);r2/1為兩相鄰組分的相對(duì)保留值;k2為容量因子。
圖1相鄰色譜峰的分離度
同一色譜柱在相同條件下，對(duì)不同的物質(zhì)有不同的R值。一般認(rèn)為R≥1.5時(shí)，兩個(gè)組分可*分離。
第二柱子的效率要高，即每個(gè)組分的色譜峰要窄。柱效率的高低與載氣流量、載體性能、進(jìn)樣量等因素有關(guān)。
色譜柱的柱效率可用“理論塔板高度”、“有效理論塔板高度”和“理論塔板數(shù)”、“有效理論塔板數(shù)”來(lái)表示。
應(yīng)注意同一色譜柱對(duì)不同物質(zhì)的柱效率并不相同，因而當(dāng)測(cè)定柱效率時(shí)應(yīng)注明所用實(shí)驗(yàn)物質(zhì)。顯然對(duì)一根色譜柱，其有效理論塔板數(shù)n有效愈大或有效理論塔板高度H有效愈小，則色譜柱的柱效率愈高。
條件的選擇
1.載氣的選擇
氣相色譜常用的載氣是：氫、氮、氬、氦。
擴(kuò)散系數(shù)Dg與載氣性質(zhì)有關(guān)，Dg與載氣的摩爾質(zhì)量平方根成反比，所以選用摩爾質(zhì)量大的載氣(N2、Ar)可以使Dg減小，減小分子擴(kuò)散系數(shù)B，提高柱效。但選用摩爾質(zhì)量小的載氣，使Dg增大，會(huì)使氣相傳質(zhì)阻力系數(shù)Cg減小，使柱效提高。因此使用低線(xiàn)速載氣時(shí)，應(yīng)選用摩爾質(zhì)量大的N2，使用高線(xiàn)速時(shí)，宜選用摩爾質(zhì)量小的H2或He。
2.載氣流速的選擇
載氣流速對(duì)柱效率和分析速度都產(chǎn)生影響，根據(jù)范氏方程，載氣流速慢有利于傳質(zhì)，有利于組分的分離;但載氣流速快，有利于加快分析速度，減少分子擴(kuò)散，載氣流量對(duì)柱效率的影響表現(xiàn)為流量過(guò)低或過(guò)高都會(huì)降低柱效率，只有選擇*流量才可提高柱效率，對(duì)一般色譜柱，載氣流量為20～100mL/min。有時(shí)為了縮短分析時(shí)間，可加大流量，但此時(shí)分離效果不好，色譜峰會(huì)有拖尾或重疊現(xiàn)象。在實(shí)際工作中要根據(jù)具體情況選擇*流速。
3.柱溫的選擇
柱溫是氣相色譜重要操作條件，在范氏方程中對(duì)D1、Dg、k都會(huì)產(chǎn)生影響，柱溫改變，柱效率、分離度R、選擇性r1,2以及柱子的穩(wěn)定性都發(fā)生改變。
柱溫低有利于分配，有利于組分的分離，但溫度過(guò)低，被測(cè)組分可能在柱中冷凝或者傳質(zhì)阻力增加，使色譜峰擴(kuò)展，甚至拖尾。柱溫高有利于傳質(zhì)，但柱溫過(guò)高時(shí)，分配系數(shù)變小，不利于分離。一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇*柱溫，要使物質(zhì)對(duì)既*分離，又不使峰形擴(kuò)展、拖尾。
當(dāng)固定相選定后，并不等于選擇能力就確定了。柱溫對(duì)選擇性也有影響，通常降低柱溫能提高選擇性，但會(huì)增加保留時(shí)間，延長(zhǎng)分析時(shí)間，往往降低柱效率，因此選擇柱溫時(shí)要兼顧選擇性和柱效率。經(jīng)驗(yàn)表明選擇的柱溫等于樣品的平均沸點(diǎn)或高于平均沸點(diǎn)10℃時(shí)為適宜。顯然柱溫高會(huì)加快分析速度，但降低了選擇性。柱溫對(duì)選擇性和柱效率的影響見(jiàn)圖2。
當(dāng)被分析組分的沸點(diǎn)范圍很寬時(shí)，用同一柱溫往往造成低沸點(diǎn)組分分離不好，而高沸點(diǎn)組分峰形扁平，若采用程序升溫的辦法，就能使高沸點(diǎn)及低沸點(diǎn)組分都能獲得滿(mǎn)意結(jié)果。如圖3所示。
圖2 柱溫的選擇
圖3 等溫及程序升溫時(shí)對(duì)寬沸點(diǎn)范圍混合物的分離
4.色譜柱的選擇
色譜柱對(duì)分離度的影響巨大，包括色譜柱填料的選擇、色譜柱內(nèi)徑及柱長(zhǎng)的影響
柱子長(zhǎng)，一般柱效率高，當(dāng)柱長(zhǎng)度增加時(shí)，分析時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，并要增大載氣的柱前壓力，因此希望在保證選擇性和柱效率的前提下，使柱長(zhǎng)減至短。
5.氣化室溫度的選擇
合適的氣化室溫度既能保證樣品全部組分瞬間*氣化，又不引起樣品分解。一般氣化室溫度比柱溫高30～70℃或比樣品組分中高的沸點(diǎn)高30～50℃。溫度過(guò)低，氣化速度慢，使樣品峰擴(kuò)展，產(chǎn)生伸舌頭峰;溫度過(guò)高則產(chǎn)生裂解峰，而使樣品分解。溫度是否合適，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢查：如果溫度過(guò)高，出峰數(shù)目變化，重復(fù)進(jìn)樣時(shí)很難重現(xiàn);溫度太低則峰形不規(guī)則，出現(xiàn)平頭峰或伸舌頭寬峰;若溫度合適則峰形正常，峰數(shù)不變，并能多次重復(fù)。
6.進(jìn)樣量與進(jìn)樣時(shí)間的影響
進(jìn)樣量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致：①分離度變小;②保留值變化，難以定性;③峰高、峰面積與進(jìn)樣量不成線(xiàn)性關(guān)系，不能定量。大允許進(jìn)樣量可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定：多次進(jìn)樣，逐漸加大進(jìn)樣量，如果發(fā)現(xiàn)半峰寬變寬或保留值改變時(shí)，這個(gè)量就是大允許進(jìn)樣量。
進(jìn)樣時(shí)應(yīng)當(dāng)固定進(jìn)針深度及位置，針頭切勿碰著氣化室內(nèi)壁，進(jìn)樣速度應(yīng)盡可能快，一般小于0.1s，從注射器接觸氣化室密封橡膠墊片算起，包括注射、拔針等動(dòng)作都要快，而且平行測(cè)定中速度一致。此項(xiàng)操作技術(shù)必須十分重視，要反復(fù)練習(xí)達(dá)到熟練、準(zhǔn)確的程度。
從以上所述可看出，各種操作條件往往同時(shí)影響色譜柱的選擇性和柱效率，它們之間是密切聯(lián)系而又相互矛盾的，因此選擇操作條件時(shí)，既要保證良好的選擇性，又要兼顧柱效率，而柱的效率高又會(huì)相應(yīng)提高選擇性。例如，兩個(gè)組分在色譜圖上只能分離一半，若提高選擇性就可以把兩個(gè)組分*分開(kāi)，另外，若提高柱效率，使每個(gè)峰變窄，兩個(gè)組分也能得到*分離。
所以，我們對(duì)影響分離的各個(gè)操作條件要綜合考慮，絕不能顧此失彼，片面強(qiáng)調(diào)某個(gè)因素。例如，柱溫的選擇，一般是柱溫越低，選擇性越好。但柱溫低柱效率會(huì)降低，從而分析速度變慢，因此我們必須在有良好的選擇性的前提下盡量提高柱溫，在有較高柱效率的前提下盡量降低柱溫。如果二者不能兼顧，還可以通過(guò)適當(dāng)選擇其它操作條件來(lái)解決。在有一定的選擇性時(shí)，若柱效率很低，如果不能用提高柱溫的辦法提高柱效率，可用降低固定液含量來(lái)提高柱效率。另外提高載體涂漬的效率，使固定液均勻涂在載體表面，和保證載體顆粒的均勻性，改變載氣流量，都可以提高柱效率。當(dāng)然，在改變這些條件時(shí)，也必須注意到由此產(chǎn)生的不良因素。
在影響選擇性和柱效率的各種因素中，關(guān)鍵的問(wèn)題還是合理地選擇一種固定液，這是解決分離的主要矛盾。
應(yīng)當(dāng)特別注意的是：上面敘述的只是一般規(guī)律，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須根據(jù)不同的儀器、分析對(duì)象、分析要求，通過(guò)實(shí)踐選擇合適的操作條件。
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