*章    氣相色譜法  

     氣相色譜法是以氣體作為流動(dòng)相對(duì)復(fù)雜樣品進(jìn)行分離、檢測(cè)和定量的一種分析方法。它是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的 分析技術(shù)，在不斷豐富發(fā)展和提高過(guò)程中，已逐漸形成一個(gè)專(zhuān)門(mén)的學(xué)科——氣相色譜學(xué)。由于該分析方法有分離效能高，分析速度快，樣品用量少等特點(diǎn)，因此目前 已廣泛的被用于石油化工、生物化學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生、衛(wèi)生檢疫、食品檢疫、環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)保護(hù)、食品發(fā)酵、臨床等部門(mén)。氣相色譜法在這些領(lǐng)域中解決了工業(yè)生產(chǎn)的 中間體和工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)、科學(xué)研究、公害檢測(cè)、生產(chǎn)控制的分析問(wèn)題。

1—1 氣象色譜一般介紹

    氣相色譜儀   氣相色譜儀是以氣相色譜法為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)的儀器、氣相色譜儀是以氣相色譜住為分離基礎(chǔ)，樣品進(jìn)入進(jìn)樣器后由載氣傳送，到達(dá)色譜柱得到分離，分離后樣品由柱中溜出后到達(dá)檢測(cè)器，并給出相應(yīng)的電訊號(hào)，然后排空。氣相色譜儀的系統(tǒng)方框示意圖見(jiàn)圖1—1。

圖1—1 氣相色譜儀的系統(tǒng)方框示意圖

    在氣相色譜中，分離是分析的前提，只有使樣品組份能得到彼此分離才可能有正常的分析數(shù)據(jù)。 在 氣相色譜中常用填充柱或毛細(xì)管柱對(duì)樣品進(jìn)行分離。用氣體作為流動(dòng)的傳輸氣，稱(chēng)作流動(dòng)相或稱(chēng)為載氣。樣品通過(guò)一定的方式導(dǎo)入色譜儀后，由載氣把樣品組份帶進(jìn) 色譜柱，色譜柱中填充物是涂漬了固定液的擔(dān)體（稱(chēng)為固定相），由于固定液對(duì)不同的物質(zhì)有不同的分子引力，使樣品各組份在柱中與固定液分子間發(fā)生了相互作用 （主要有吸附、溶解、絡(luò)合、離子交換……），于是使樣品分子在載氣和固定液之間進(jìn)行分配，樣品中各組份的物理化學(xué)性質(zhì)不同，所以各自在二相間的分配的比也 不同，于是各組份在色譜中運(yùn)動(dòng)的速度也就不同，當(dāng)經(jīng)過(guò)一段距離后，各組份通過(guò)反復(fù)多次的分配，彼此間距離拉開(kāi)，按先后次序從色譜柱后流出，從而獲得分離。 樣品組份分離示意圖1—2.

圖1—2.樣品組份在色譜柱中分離示意圖。

    氣相色譜儀流路原理示意圖見(jiàn)圖1—3 圖1—3單流路系統(tǒng)示意圖

    被分析樣品組份由進(jìn)樣器導(dǎo)入，由于進(jìn)樣器加熱溫度是樣品的zui高沸點(diǎn)，使瞬時(shí)把液態(tài)的樣品汽化為氣態(tài)，他們?cè)谳d氣的攜帶下進(jìn)入色譜柱，樣品中的組份在注重哦 得到分離然后依次進(jìn)入檢測(cè)器。檢測(cè)器將各組份的濃度變化訊號(hào)轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)（毫伏或毫安），由記錄儀記錄即可得到一張色譜分析圖，示意圖見(jiàn)1—4.

    圖1—4中縱坐標(biāo)表示檢測(cè)器所給出的訊號(hào)，橫坐標(biāo)為時(shí)間，所描繪的曲線(xiàn)稱(chēng)為色譜流出曲線(xiàn)。其中t_R1、t_R2 、t_R3，分別是組份A、B、C的進(jìn)樣到的時(shí)間稱(chēng)作為保留時(shí)間，保留時(shí)間作為組份的定性數(shù)據(jù)，而A、B、C三色譜峰面積作為定量的依據(jù)。 由圖1—3的流程可知，氣象色譜儀載氣流經(jīng)的次序是：載氣高壓瓶→減壓閥→凈化器→穩(wěn)壓閥→柱前壓力表→刻度流量閥→進(jìn)樣器→色譜柱→檢測(cè)器→放空。 （1）高壓瓶是載氣的儲(chǔ)存器，其內(nèi)壓力較高（灌滿(mǎn)時(shí)zai 15Mpa左右），使用時(shí)需特別注意安全。切莫把出氣口對(duì)準(zhǔn)人或儀器，也不可把高壓瓶靠近熱源或受日曬，搬動(dòng)時(shí)也要小心，應(yīng)當(dāng)輕拿輕放，勿在地上踢滾，勿 敲打撞擊，以免發(fā)生爆炸，造成損失。有條件的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)把高壓氣瓶放到實(shí)驗(yàn)室外的通風(fēng)條件比較好的小屋里，使用氫氣瓶的實(shí)驗(yàn)室在室內(nèi)禁止吸煙。

（2）減壓閥：主要起降低氣壓的作用，以便使用。所有減壓閥必須與高壓氣瓶嘴緊密配合（注意：一般氫氣減壓閥與氣瓶連接處有一尼龍密封墊圈，使用前必須用扳手上緊，國(guó)內(nèi)減壓閥密封螺母的六角扳手同一尺寸是30毫米），否則開(kāi)啟時(shí)會(huì)發(fā)生意外或漏氣，使色譜儀器無(wú)法正常工作。

（3）凈化器：凈化器系用一金屬圓筒制成，內(nèi)盛硅膠和分子篩，其作用是將鋼瓶出來(lái)的載氣中所帶有的水分及雜質(zhì)除 去。在使用高靈敏度檢測(cè)器時(shí)，對(duì)載氣的凈化要求往往很高，這點(diǎn)必須注意。管內(nèi)的硅膠和分子篩等物質(zhì)，每隔一段時(shí)間后因吸附雜質(zhì)太多而失效，就應(yīng)當(dāng)再活化才 能繼續(xù)使用。

（4）穩(wěn)壓閥：經(jīng)過(guò)凈化的載氣進(jìn)入色譜儀后，加了穩(wěn)壓閥，它的作用是使載氣有一穩(wěn)定壓力輸出（也有加穩(wěn)流閥的，經(jīng)過(guò)穩(wěn)流閥使載氣有一恒定的流速）。

 （5）柱前壓力表：習(xí)慣上氣相色譜儀器有一個(gè)柱前壓力表，通過(guò)柱前壓力表可以了解色譜柱阻力情況，并能使用柱前壓力表對(duì)載氣流路系統(tǒng)探漏，檢查流路的漏氣。

（6）刻度流量閥：該閥為機(jī)械刻度式，由上游穩(wěn)壓閥提供穩(wěn)定的輸入氣壓（出廠時(shí)調(diào)至約0.3Mpa）穩(wěn)流閥的輸出流量可以從相應(yīng)的流量曲線(xiàn)查得。

 （7）進(jìn)樣器：是把樣品以一定方式導(dǎo)入的設(shè)備，進(jìn)樣器有氣體、液體和固體進(jìn)樣器。

（8）色譜柱：這是色譜儀器分離的心臟部分，色譜柱通常用玻璃、不銹鋼等材料制作。內(nèi)部填充有固定相（涂有固定液的 擔(dān)體或吸附劑），色譜柱有U型柱或螺旋形柱。色譜柱種類(lèi)有填充柱、毛細(xì)管柱等。填充柱內(nèi)徑在2—4毫米，長(zhǎng)度在0.5~10米，而毛細(xì)管柱內(nèi)徑在 0.1~0.5毫米，柱長(zhǎng)在10~200米。

（9）檢測(cè)器：其作用是將色譜柱分離后的物質(zhì)濃度的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)的電部件后由記錄儀記錄下來(lái)作為色譜分析的數(shù)據(jù)。

（10）溫度控制系統(tǒng)：由于進(jìn)樣器、色譜柱及檢測(cè)器都必須要求在一定的溫度下工作，所以氣相色譜儀都有溫度控制器， 色譜柱的溫度對(duì)樣品分離的影響較大，一般要求在恒溫下進(jìn)行分離，對(duì)寬沸程樣品應(yīng)當(dāng)能進(jìn)行程序升溫操作，這樣可以縮短分離時(shí)間，又能得到較好的分離效果。當(dāng) 使用一般液體樣品進(jìn)樣器時(shí)，其溫度要根據(jù)柱溫及樣品的沸點(diǎn)來(lái)選擇，使樣品進(jìn)入進(jìn)樣器后能瞬時(shí)汽化。

（11）與檢測(cè)器有關(guān)的電部件：熱導(dǎo)池檢測(cè)器有直流穩(wěn)壓電源或穩(wěn)流電源供電，有的熱導(dǎo)池檢測(cè)器還配有前置放大器。氫 火焰離子化檢測(cè)器，有正負(fù)極化電壓和微電流放大器，電子捕獲檢測(cè)器有直流供電或脈沖供電和微電流放大器，有的電子捕獲檢測(cè)器有調(diào)頻脈沖放大器。氮磷檢測(cè)器 有直流低壓電源供電和微電流放大器，火焰光度檢測(cè)器有供光電倍增管工作的高壓電源及微電流放大器，這里不作一一贅述。

 （12）記錄儀及數(shù)字積分儀：色譜用記錄儀是一種電子電位差計(jì)，它能直觀的記錄色譜儀的工作狀況及描繪色譜圖。國(guó)內(nèi)記錄儀主要有大華儀表廠的XWC—100、XWC—200、XWT—100、XWT—200、LM14-Y（t）100LW’12—Y（t）200等。 色譜數(shù)據(jù)積分儀有模擬式數(shù)字積分儀和微處理機(jī)控的色譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)，模擬式數(shù)字積分儀由于積分精度數(shù)據(jù)的完整性沒(méi)有微處理機(jī)控制的色譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)好，所以逐漸淘汰，近年來(lái)生命力zui強(qiáng)的是微處理機(jī)控制的數(shù)據(jù)臺(tái)，該數(shù)據(jù)臺(tái)能描繪出色譜圖和以表格形式給出運(yùn)算結(jié)果。

1—2 與氣相色譜儀有關(guān)的概念

（1）色譜柱：色譜工作者應(yīng)當(dāng)考慮色譜柱材料應(yīng)不與樣品起不良反應(yīng)。不銹鋼材料的色譜柱能承受較高的溫度，且使用過(guò) 程中不易破裂，但對(duì)酸類(lèi)、鹵素等樣品不銹鋼柱管易與之反應(yīng)，其中某些金屬元素還具有催化作用，故在分離生化樣品及某些農(nóng)藥殘留物就會(huì)引起不良作用，因此分 析這些樣品給人們多用玻璃管色譜柱。玻璃柱的優(yōu)點(diǎn)是耐酸、堿，無(wú)催化作用，但易碎，所以使用玻璃柱前必須注意柱管不要碰撞。 色譜柱內(nèi)徑太粗則柱效明顯下降，色譜柱太細(xì)則填充固定相就很困難，近年來(lái)應(yīng)用在商品儀器上常用的色譜柱內(nèi)徑是Ф2~Ф3毫米，而柱長(zhǎng)要根據(jù)被測(cè)樣品及色譜柱的效能，常用的色譜柱長(zhǎng)度是小于3米。

（2）基線(xiàn)：通常為一水平直線(xiàn)，它表示只有載氣通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，所得到的信號(hào)。它是檢查色譜儀器工作正常與否的重要指標(biāo)。 （3）色譜峰：當(dāng)載氣中混有其他的物質(zhì)一起通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，所得到的高于基線(xiàn)的峰形（信號(hào)——時(shí)間的曲線(xiàn)）。 （4）載氣：利用氣體來(lái)輸送樣品流經(jīng)色譜柱和檢測(cè)器。常用的載氣有氮、氫、氦、氬與甲烷的混合氣。 （5）載氣速度：載氣的質(zhì)量流速，單位為毫升/分。 （6）檢測(cè)器：把柱末端溜出樣品組份轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的設(shè)備。檢測(cè)器能檢測(cè)氣體的某些物理性質(zhì)的變化。 （7）空氣峰：與固定相無(wú)相互作用的峰（對(duì)多數(shù)檢測(cè)器是空氣）。 （8）衰減器：電子線(xiàn)路的一部分，它決定放大了的檢測(cè)信號(hào)傳送到記錄器的量值（也可以不改變電子線(xiàn)路的衰減而改變記錄器的滿(mǎn)量程毫伏值）。 （9）拖尾峰：出峰時(shí)上升很快，而后緩慢回到基線(xiàn)的峰。 （10）伸舌峰:出峰時(shí)上升很緩慢，而后能很快回到基線(xiàn)的峰。 （11）怪峰：除被分析組份之外的色譜峰，這些峰出現(xiàn)與氣相色譜儀結(jié)構(gòu)，柱流失或系統(tǒng)污染及樣品分解、沾污等有關(guān)。 （12）流速：儀器中柱前流量計(jì)所讀出的體積流速（Fco’）,并不表示柱體積流速，需經(jīng)算成指示體積流速Fo’。 Fo’=Fco’?（1+P₁） P₁為柱前壓，Fco’可以在柱出口或檢測(cè)器出口用皂沫流量計(jì)來(lái)測(cè)定，Fo’系近似方法計(jì)算的柱體積流速，由于載氣流經(jīng)高溫的色譜柱和熱導(dǎo)池檢測(cè)器，必須把計(jì)算后的柱體積流速（Fo’）經(jīng)溫度校正，常用的溫度校正公式如下：

          273+T_TCD Fo=Fo’?  ————          273+T_A

式中，T_TCD系熱導(dǎo)池檢測(cè)器溫度，T_A為環(huán)境溫度。

 （13）死時(shí)間：惰性物質(zhì)（空氣）通過(guò)色譜柱所需要的時(shí)間，即從進(jìn)樣開(kāi)始至惰性物質(zhì)峰zui高點(diǎn)所需的時(shí)間，用t₀表示。

（14）平均線(xiàn)速（ū）：平均線(xiàn)速是柱長(zhǎng)（L）除以惰性氣體物質(zhì)流經(jīng)色譜柱所需要的時(shí)間（t_O）即： ū=L/ t_O 厘米/秒

（15）保留時(shí)間（t_R）：樣品通過(guò)色譜柱所需的時(shí)間，即從進(jìn)樣開(kāi)始到樣品通過(guò)色譜柱所需要的時(shí)間，即從進(jìn)樣開(kāi)始到樣品峰zui高點(diǎn)所需的時(shí)間。

 （16）保留體積（V_R）：保留時(shí)間（分）和流速（毫升/分）的乘積。單位是毫升。

（17）校正保留時(shí)間（t_R’）：保留時(shí)間（t_R）減去死時(shí)間（t₀）。

（18）校正保留體積（V_R’）：保留體積（V_R）減去死體積（V_O）。

（19）死體積：死時(shí)間（t_O）和流速（毫升/分）的乘積。

（20）分配系數(shù)（K）：載氣攜帶樣品進(jìn)入色譜柱時(shí)，在氣相中的溶質(zhì)分子就要溶解到固定液中去，隨著固定液中溶質(zhì)的 增加，從固定液揮發(fā)到氣相中的溶質(zhì)也逐漸增加，zui后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這種物質(zhì)在氣液兩相之間發(fā)生的溶解和揮發(fā)的過(guò)程，稱(chēng)為分配過(guò)程，平衡時(shí)氣液兩相中溶質(zhì)的 濃度的定義為分配系數(shù)（K）

      固定相中溶質(zhì)的濃度（C_S）

K= ————————————

    固定相中溶質(zhì)的濃度（C_T）

    固定相中溶質(zhì)的濃度（C_T） （21）拖尾因子的計(jì)算：正常的色譜峰應(yīng)當(dāng)是對(duì)稱(chēng)峰，在數(shù)學(xué)上稱(chēng)為正太分布函數(shù)曲線(xiàn)，如果儀器有超線(xiàn)性將可能出現(xiàn)色譜峰的不對(duì)稱(chēng)，對(duì)不對(duì)稱(chēng)峰的計(jì)算可以用拖尾因子的表達(dá)來(lái)計(jì)算，見(jiàn)圖1—5。

在10%峰高處量基線(xiàn)，分別測(cè)量前后兩半寬度，前半寬度和后半寬度之比，即為拖尾因子。

（22）峰的容量因子（K）：又稱(chēng)分配比、容量比。是衡量色譜柱對(duì)被分離組份保留能力的重要參數(shù)。定義為刺組份在固定相和流動(dòng)相中分配量（重量、體積或克分子）之比，用：

    校正保留時(shí)間t_R’

K= ———————

    死時(shí)間t_O

  死時(shí)間t_O K值大者，在柱內(nèi)保留強(qiáng)，反之保留弱。

（23）相對(duì)保留值：某組份的1保留值與另一組份2的保留值之比稱(chēng)相對(duì)保留值或溶劑效率。相對(duì)保留值用二組份校正保留時(shí)間，校正保留體積比值來(lái)計(jì)算。 r=V_R2’/V_R1’=t_R2’/t_R1’ 對(duì)保留值的優(yōu)點(diǎn)是：只要柱溫、固定相性質(zhì)不變，即使柱徑、柱長(zhǎng)、柱填情況及流動(dòng)相流速有所變化，相對(duì)保留值也即溶劑效率仍保持不變（示意圖1—6）。

（24）分離因子：指二組份未經(jīng)校正保留值（V_R或t_R）的比值以Sf表示： Sf=V_R2/V_R1=t_R2/t_R1 分離因子是評(píng)價(jià)色譜柱選擇性的一種指標(biāo)，由物質(zhì)對(duì)所給定固定相中的熱力學(xué)性質(zhì)決定，與柱溫有很大關(guān)系，在保留體積V、死體積V_M時(shí)，分離因子與溶劑效率即相對(duì)保留值相一致。

1—3 理論概要

（1）分離度（R）：色譜分析中總是要求把樣品中的各組份加以一一分離。在多組份樣品中經(jīng)常會(huì)遇到二個(gè)或更多組份相 互交疊在一塊，說(shuō)明色譜峰擴(kuò)張影響分離度。兩個(gè)相鄰的實(shí)際分離度，用R來(lái)度量，分離度R既是柱效率又是溶劑效率的量度，它取決于峰的寬度和兩峰峰頂之間的 間隔。

分離度表示見(jiàn)圖1—6。

分離度及其定義是：相鄰兩峰之間的差距之差被除以?xún)煞鍖挼钠骄怠?/span>     2（t_R1-t_R2） R= —————     W₁+W₂    t_R2-t_R1：兩色譜峰頂間的距離 1/2（W1+W2）色譜峰峰底寬總和的一半。 W1、W2分別是二色譜峰的峰底寬度。 由上式可以看出： 當(dāng)R=0時(shí)，二峰重合。 當(dāng)R=1時(shí)，實(shí)際仍有交鋒。 當(dāng)R=1.5時(shí)，兩個(gè)色譜峰*分開(kāi)。 當(dāng)R＜1時(shí)，兩個(gè)色譜峰有明顯的交疊。

對(duì)于分離度還可以用圖1—7多給的分離示意圖表示：     2△t_R             △t_R R=———— ≈———— W1+W2       W2 由圖所示分離度是峰寬和峰之間距離的函數(shù)。 （2）塔片理論：典型的色譜峰見(jiàn)圖1—8

（a）理論塔板數(shù)（n）：描述樣品在色譜柱中分配行為的半徑驗(yàn)理論——“塔板”理論，把色譜柱比擬為一個(gè)分餾塔的模式，并引入理論塔板數(shù)作為描述色譜柱效能的一個(gè)指標(biāo)，用n表示，n值越大則柱效率越高，n可以用下述表達(dá)式計(jì)算：

n=16?（t_R/W）²或n=5.54（t_R/2△t_1/2）² 式中tR是被測(cè)樣品的保留時(shí)間，W是峰底寬，從峰的兩側(cè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)做的切線(xiàn)與基線(xiàn)相交點(diǎn)之間的截距。 2△t_1/2是半峰寬度，※t_R、2△t_1/2和W三者均需以同一單位表示（時(shí)間或距離）※※對(duì)伸舌峰或拖尾峰計(jì)算理論塔片數(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)用n=16?（t_R/W）²式來(lái)表達(dá)。 理論塔板數(shù)表達(dá)了色譜峰的擴(kuò)張程度和色譜峰的陡度，但不能說(shuō)明色譜柱對(duì)組份的選擇。

 （b）有效塔板數(shù)：由于系統(tǒng)有死時(shí)間或死體積存在，理論塔板數(shù)與理論塔板高度不能完成反應(yīng)柱效率，特別是對(duì)過(guò)早流出色譜柱的樣品，而扣除死時(shí)間（死體積）后算出來(lái)的有效塔板數(shù)是不隨保留值而變化的，因而它更能反映柱效率。n_有效表達(dá)式如下：

n_有效=16?（t_R’/W）²或n_有效=5.54（t’_{R /}△t_1/2）²

式中t_R’=t_R-t_O，t_R’是校正保留時(shí)間

（c）理論塔高度：又稱(chēng)理論等板高度、等度高度或板高、zui小板高，相當(dāng)于一個(gè)理論塔板的高度，用H或HETP表示。 H=L/n 式中L是柱長(zhǎng)（通常用厘米或毫米表示）

（d）有效塔板高度用H_有效=L/n_有效表示。

（e）根據(jù)分離的要求確定塔板數(shù) 下述方程可用測(cè)定所需要的板數(shù)，進(jìn)而確定所需要的柱長(zhǎng)：

n_需=16?R²（α/α-1）²（k₂’+1/k₂’）² 式中R為分離度，α為相對(duì)保留值，K₂’為峰2的容量因子。   舉例說(shuō)明：圖1—9表示二化合物分離是在一根2米色譜柱上得到的，問(wèn)為使R=1.5（即達(dá)到二峰*分開(kāi)），柱長(zhǎng)需要多少米？踏板高度（H）是多少？

圖1—9 所需要的塔板數(shù)計(jì)算

n=5.54（t_R /2△t_1/2）²  =5.54（15’30’’/30’’）² =5324（塊板）

r=t’_R2/t’_R1  =（15’30’’-45’’）/（12’20’’-45’’）  =1.27

R2’= t’_R2/to=（15’30’’-45’’）/45’’=19.66

n_需=16?R²（α/α-1）²（R₂’+1/R₂’）²    =16×1.5²×（1.27/1.27-1）²×（19.66+1/19.66）²=875

需要柱長(zhǎng)=原來(lái)柱長(zhǎng)×（n_需/n_原有）         =2×（875/5324）=0.33米

由此可見(jiàn)，用一根短得多的色譜柱即可提供令人滿(mǎn)意的分離結(jié)果，因分離是在2米柱上完成的，因此可以使用更高的流速（降低柱效），以縮短分析時(shí)間。 （3）速率理論： 范特姆塔（Van deemter）在1956年提出了比較柱尺寸和分析條件的非常有用的方程式。這一方程式與理論塔板數(shù)（n），理論塔板高度（H）和載氣流速有關(guān)，其zui簡(jiǎn)單的形式是： H=A+（B/u）+（C_G+C_L）ū   這一方程可以用圖1—10表示的那樣，用理論塔板高度（H）作為載氣線(xiàn)速（u）的函數(shù)而繪制曲線(xiàn)，曲線(xiàn)上有u的zui小值稱(chēng)為*載氣線(xiàn)速（uopt）。在這一點(diǎn)的理論塔板高度位于zui低值，因而柱效能為zui高值。 上式中引入了三個(gè)與樣品分子通過(guò)柱子期間的各種基本過(guò)程有關(guān)的復(fù)合項(xiàng)：即多路效應(yīng)（A），縱向氣態(tài)擴(kuò)散（B）和與樣品分子在氣相和液相中的擴(kuò)散過(guò)程有關(guān)的傳質(zhì)阻力（C_G+C_L）

圖1—10 Van deemter理論塔板高度與載氣線(xiàn)速關(guān)系圖

其中A項(xiàng)是多路（渦流擴(kuò)散）項(xiàng),在填充柱里由于填充物的顆粒大小、形狀、填充方法和柱的直徑不同，流動(dòng)相通過(guò)填充物會(huì)改變流動(dòng)方向。在填充物的不規(guī)則空隙中其流動(dòng)方向不斷改變。因此樣品組份分子在流動(dòng)相中形成了紊亂的類(lèi)似渦流的流動(dòng)，多路效應(yīng)示意圖見(jiàn)圖1——11.

圖1—11 填充柱多路效應(yīng)示意圖

為減少多路（渦流擴(kuò)散）影響，減少A項(xiàng)的一個(gè)明顯途徑是使用較小和均勻顆粒的固定相，而填充柱子時(shí)必須使柱有一個(gè)很高的填充密度，而又不使粒子破碎。 而分子擴(kuò)散項(xiàng)B是表示樣品進(jìn)入色譜柱后運(yùn)動(dòng)著的分子會(huì)發(fā)生各方面擴(kuò)散作用而使色譜峰擴(kuò)張，它與組份在柱內(nèi)停留時(shí)間，載氣的分子量有關(guān)。較大的載氣分子量和較高的載氣流速能減少分子擴(kuò)散項(xiàng)的影響。 傳質(zhì)阻力項(xiàng)在色譜過(guò)程中溶質(zhì)分子不斷進(jìn)出于流動(dòng)相與固定相之間，但溶質(zhì)在此二相之間的平衡不 是瞬間完成的。溶質(zhì)進(jìn)入色譜柱后，由流動(dòng)相至二相界面，再由二相界面流動(dòng)至相內(nèi)，反復(fù)發(fā)生質(zhì)量傳遞過(guò)程，除去縱向擴(kuò)散外，所有阻礙溶質(zhì)組份在二相間達(dá)到平 衡的因素都?xì)w于傳質(zhì)阻力。由于這些阻力的存在，使色譜峰產(chǎn)生區(qū)域擴(kuò)張，傳質(zhì)阻力與流速，樣品的擴(kuò)散系數(shù)、液膜的厚度，載體顆粒大小，填充情況等有關(guān)。為減 少傳質(zhì)阻力應(yīng)選擇較薄的固定液涂層，涂漬要均勻，樣品分子量要小（這是由于同系物中分子量大的樣品比分子量小的有較小的擴(kuò)散系數(shù)和較大的傳質(zhì)阻力。）降低 柱流速可以減小傳質(zhì)阻力項(xiàng)的影響。 為了提高色譜柱的效率，必須壓縮多路（渦流擴(kuò)散），分子擴(kuò)散的影響，同時(shí)要加快氣相和液相的傳質(zhì)速率，因?yàn)?/span>H越小，樣品在一定長(zhǎng)度的色譜柱上達(dá)到的分配次數(shù)越多，柱效率就越高，色譜圖也越窄，分離得也就越好。 （4）分離條件的選擇 人們都希望能滿(mǎn)意的取得分析結(jié)果，可對(duì)不同的樣品進(jìn)行分析時(shí)必須把已掌握的知識(shí)，經(jīng)過(guò)幾次試驗(yàn)后能比較準(zhǔn)確的找到適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件，以達(dá)到分離的目的。 本節(jié)將就載氣的性質(zhì)、載氣的流速、擔(dān)體性質(zhì)、固定液配比、柱溫、柱徑和柱長(zhǎng)、進(jìn)樣技術(shù)等對(duì)塔板高度H作一簡(jiǎn)單介紹。   （A）載氣的性質(zhì)：載氣的性質(zhì)對(duì)柱效率是有一定影響的。圖1—12表示不同載氣時(shí)平均線(xiàn)速度與塔板高度關(guān)系。

圖1—12 不同載氣時(shí)平均線(xiàn)速度與理論塔板高的關(guān)系

由圖可知分子量小的載氣，*線(xiàn)速和塔板高度都比分子量大的載氣大，這一實(shí)驗(yàn)表明氮?dú)饽塬@得較高的柱效而氫氣能得到較快的分析速度，對(duì)于不同的檢測(cè)器應(yīng)選擇不同的載氣（這在第三章里要詳細(xì)介紹）。 （B）載氣流速的選擇 為 了獲得zui高的柱效，色譜柱必須在*流速下操作，*流速可以在理論塔板高度與線(xiàn)速度曲線(xiàn)中找到。zui小的理論塔板高度決定了*載氣線(xiàn)速所使用的流速。在 實(shí)際分析中，為了縮短分析周期，對(duì)選擇略比*線(xiàn)速度高的載氣流速，而面對(duì)理論塔板高度沒(méi)有明顯的影響，略高于*載氣線(xiàn)速的一點(diǎn)稱(chēng)為*實(shí)用線(xiàn)速。如圖 1—13圖見(jiàn)下面。

圖1-13 *線(xiàn)速與*實(shí)用線(xiàn)速示意圖

（C）擔(dān)體直徑（粒度）   擔(dān)體表面結(jié)構(gòu)和孔徑的分布決定固定液在擔(dān)體上的分布以及傳質(zhì)阻力和縱向擴(kuò)散的情況，所以不同粒度的擔(dān)體，其柱效是不同的，擔(dān)體直徑與塔板高度的關(guān)系見(jiàn)圖1—14。

圖1—14 擔(dān)體粒度與塔板高度的影響

使用小而均勻的擔(dān)體直徑能改善柱效。由圖1—14可見(jiàn)80~100目硅藻土型擔(dān)體能給出zui高的柱效。 （D）固定液配比 固定液含量越低則可以減少傳質(zhì)阻力，從而提高柱效率縮短分析周期，但是固定液用量也不能太低，否則所用固定液不足以覆蓋擔(dān)體而出現(xiàn)擔(dān)體的吸附現(xiàn)象，柱效反而會(huì)下降，不同固定液配比與塔板高度影響見(jiàn)圖1—15。

圖1—15 不同固定液配比載氣線(xiàn)速與塔板高度關(guān)系

（E）柱溫影響 一般柱溫選擇在被分析樣品的平均沸點(diǎn)左右或稍低一些，對(duì)于寬沸程的樣品多采用程序升溫方法來(lái)解決。 通常較低的柱溫能改善分離，但由此造成的分析時(shí)間，對(duì)低的柱溫能減少化合物的分解，但可能增加了吸附，所以平時(shí)人們都用較低的固定液配比來(lái)降低柱溫。 （F）柱內(nèi)徑和柱長(zhǎng) 減少柱子內(nèi)徑，保持其他條件不變，結(jié)果柱效將會(huì)明顯提高，柱內(nèi)徑與塔板高度關(guān)系見(jiàn)圖1—16。

圖1—16 不同柱內(nèi)徑時(shí)載氣線(xiàn)速與塔板高度關(guān)系

當(dāng)填充小內(nèi)徑的柱子時(shí)，可能會(huì)有些困難，近年來(lái)常用的色譜柱內(nèi)徑是Ф1.5~2毫米，小的柱內(nèi)徑使用的樣品量也比較小。 如果進(jìn)入柱子的樣品量過(guò)大，其結(jié)果損失柱效率。正如圖1—17中看到那樣，當(dāng)對(duì)一定規(guī)格的柱子增加樣品量時(shí)，柱效差不多穩(wěn)定到某一點(diǎn)，此后開(kāi)始迅速下降。

圖1—17 不同進(jìn)樣量與塔板高度關(guān)系

若氣體流速保持不變，則分析時(shí)間隨柱長(zhǎng)的增加而增加，分離度也有所改善。增加了柱長(zhǎng)往往增加了柱前壓力，因此希望在維持一定分離度時(shí)使柱長(zhǎng)減到zui短。近年來(lái)Ф2毫米內(nèi)徑色譜柱常用柱長(zhǎng)在0.5~2米左右。 （5）進(jìn)樣技術(shù)對(duì)柱效的影響 進(jìn)樣速度必須很快，注射器的針尖要插到底，動(dòng)作要熟練，每次動(dòng)作要力求重復(fù)，讓樣品迅速到達(dá)進(jìn)樣器或色譜柱頂（柱上進(jìn)樣法），同時(shí)進(jìn)樣器要求有足夠的汽化溫度，進(jìn)樣器溫度太低會(huì)引起伸舌色譜峰，而進(jìn)樣速度太慢會(huì)使樣品指數(shù)式的汽化而出現(xiàn)拖尾的色譜峰。