气相色谱和高效液相色谱

Gas Chromatography and High Pressure Liquid Chromatograph

【目的要求】

1.了解气相色谱和高效液相色谱的基本原理;

2.了解气相色谱仪和高效液相色谱仪的基本结构和工作原理;

3.掌握气相色谱法和高效液相色谱法分析测定有机化合物的方法。

【基本原理】

1．气相色谱

气相色谱简称GC。气相色谱目前发展极为迅速，已成为许多工业部门(如石油、化工、环保等部门)必不可少的工具。气相色谱主要用于分离和鉴定气体和挥发性较强的液体混合物，对于沸点高、难挥发的物质可用高压液相色谱仪进行分离鉴定。气相色谱常分为气－液色谱(GLC)和气－固色谱(GSC)，前者属于分配色谱，后者属于吸附色谱。本章主要介绍气－液色谱。

气相色谱中的气－液色谱法属于分配色谱，其原理与纸色谱类似，都是利用混合物中的各组分在固定相与流动相之间分配情况不同，从而达到分离的目的。所不同的是气－液色谱中的流动相是载气，固定相是吸附在载体或担体上的液体。担体是一种具有热稳定性和惰性的材料，常用的担体有硅藻土、聚四氟乙烯等。担体本身没有吸附能力，对分离不起什么作用，只是用来支撑固定相，使其停留在柱内。分离时，先将含有固定相的担体装入色谱柱中。色谱柱通常是一根弯成螺旋状的不锈钢管，内径约为3mm，长度1～10m不等。当配成一定浓度的溶液样品，用微量注射器注入气化室后，样品在气化室中受热迅速气化，随载体(流动相)进入色谱柱中，由于样品中各个组分的极性和挥发性不同，气化后的样品在柱中固定相和流动相之间不断地发生分配平衡，挥发性较高的组分由于在流动相中溶解度大于在固定相中的溶解度，因此，随流动相迁移快。这样，易挥发的组分先随流动相流出色谱柱，进入检测器鉴定，而难挥发的组分随流动相移动得慢，后进入检测器，从而达到分离的目的。气相色谱仪由气化室、进样器、色谱柱、检测器、记录仪、收集器组成，如图2－27所示。通常使用的检测仪器有热导检测器和氢火焰、离子化检验器。热导检测器是将两根材料相同、长度一样且电阻值相等的热敏电阻丝作为一惠斯通(Wheatstone)电桥的两臂，利用含有样品气的载气与纯载气热导率的不同，引起热敏丝的电阻值发生变化，使电桥电路不平衡，产生信号。将此信号放大并记录下来就得到一条检测器电流随时间变化的曲线，通过记录仪画在纸上便得到了一张色谱图。

图2－27　气相色谱仪示意图

在图谱中除空气峰以外，其余每个峰均代表样品中的一个组分。对应每个峰的时间是各组分的保留时间。所谓保留时间，就是一个化合物从注入时刻起到流出色谱柱所需的时间。当分离条件给定时，就像薄层色谱中的R f样，每一种化合物都具有恒定的保留时间。利用这一性质，可对化合物进行定性鉴定。在做定性鉴定时，最好用已知样品做参照对比，因为在一定条件下，有时不同的物质也可能具有相同的保留时间。利用气相色谱还可以进行化合物的定量分析。其原理是:在一定范围内色谱峰的面积与化合物各组分的含量呈直线关系。即色谱峰面积(或峰高)与组分的浓度成正比。

2．高压液相色谱

高压液相色谱又称为高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography)，简称HPLC。

高压液相色谱是一种高效、快速的分离分析有机化合物的仪器。它适用于那些高沸点、难挥发、热稳定性差、离子型的有机化合物的分离与分析。作为分离分析手段，气相色谱和高压液相色谱可以互补。就色谱而言，它们的差别主要在于，前者的流动相是气体，而后者的流动相则是液体。与柱色谱相比，高压液相色谱具有方便、快速、分离效果好、使用溶剂少等优点。高压液相色谱使用的吸附剂颗粒，比柱色谱要小得多，一般为5～50μm，因此，需要采用高的进柱口压(大于100 kg/cm2)以加速色谱分离过程。这也是由柱色谱发展到高压液相色谱所采用的主要手段之一。高压液相色谱流程和气相色谱流程的主要差别在于，气相色谱是气流系统，高压液相色谱则是由储液罐、高压泵等系统组成，具体流程见图2－28。

图2－28　液相色谱仪示意图

高压液相色谱的流动相和固定相:

(1)液相色谱的流动相在分离过程中有较重要的作用，因此在选择流动相时，不仅要考虑到检测器的需要，同时又要考虑它在分离过程中所起的作用。常用的流动相有正己烷、异辛烷、二氯甲烷、水、乙腈、甲醇等。在使用前一般都要过滤、脱气，必要时需要进一步纯化。

(2)常用固定相类型有:全多孔型、薄壳型、化学改性型等。常用固定相有:一氧二丙腈、聚乙二醇、三亚甲基异丙醇、角鳖烷等。高压液相色谱用的色谱柱大多数内径为2～5mm，长25 cm以内的不锈钢管。

(3)常用的检测器有紫外检测器、折光检测器、传动带氢火焰离子化检测器、荧光检测器、电导检测器等。

(4)高压泵一般采用往复泵。

【仪器与试剂】

仪器:SP－2305色谱仪，热导检测器，200 cm×4 mm(id)不锈钢色谱柱［载体:6201红色载体60～80目，固定液:聚乙二醇(PEG－20M)］，高效液相色谱仪，SPD－10A紫外可变检测器，数据处理机，200mm×4.6 mm(id)不锈钢色谱柱［内填固定相(SPHERIGEL ODSC18)］。

试剂:乙酸异戊酯(工业品)，含量95%的杀菌剂嘧霉胺(工业品)，甲醇(色谱纯)。

【实验内容】

1．乙酸异戊酯的气相色谱分析(analysis of isoamyl acetate)

(1)色谱条件

色谱仪:SP－2305　柱温:100℃

热导检测器:桥流200mA　载气:H2流速30mL/min

色谱柱:200 cm×4mm(不锈钢)　气化室温度:200℃

载体:6201红色载体60～80目　检测室温度:100℃

固定液:聚乙二醇(PEG－20M)　样品量:1μL

(2)分析测定在上述操作条件下，待仪器基线稳定后，即可进样品。注入1μL工业品乙酸异戊酯，记录其保留时间。假定每一曲线的面积和存在的物质量近似地成正比，计算混合物中乙酸异戊酯和杂质的含量。本实验约需2 h。

2．高效液相色谱法分析杀菌剂嘧霉胺

(1)色谱条件

色谱柱:200 mm×4.6 mm(id)不锈钢柱，内填固定相(SPHERIGEL ODS C18);

流动相:甲醇+水=75+25(V);流量1.0mL/min;检测波长:270 nm;柱温为室温;进样体积4μL。

(2)分析测定称取嘧霉胺样品0.04 g加入100mL容量瓶中，加入分析纯甲醇至刻度，摇匀。在上述操作条件下，待仪器基线稳定后，连续进数针样品，待两针的相对响应值小于1.5%时，再进样品，用数据处理机给出嘧霉胺和所含杂质的含量。本实验约需2 h。

实验指导

【预习要求】

1．了解气相色谱和高效液相色谱的基本原理;

2．了解气相色谱仪和高效液相色谱仪的基本结构和工作原理;

3．熟悉气相色谱法和高效液相色谱法分析测定有机化合物的基本操作过程。

【注意事项】

1．液相色谱的流动相在使用前一般都要过滤、脱气，必要时需要进一步纯化;在分析样品时，样品也需要采用微孔过滤器(一般为0.45μm的微孔滤膜过滤器)过滤，以免污染色谱柱;

2．气相色谱法或高效液相色谱法分析测定有机化合物时，均需要用流动相平衡，当仪器基线稳定后，方可进样品;

3．高效液相色谱法分析测定完后，需使用甲醇等流动相冲洗色谱柱，以利于保护色谱柱。

【思考题】

1.若待分析的有机化合物沸点很高或极容易分解、氧化，是否可以采用气相色谱法分析?为什么?

2.高效液相色谱法和气相色谱法在原理上有何不同?

(编写:钟世安　校核:王微宏)