气相色谱柱参数怎么设置（气相色谱柱参数的选择）

气相色谱柱参数怎么设置（气相色谱柱参数的选择）二、柱内径这里，R是分辨率；k是最迟流出化合物的容量因子；a是相对保留值；塔板数n=L/H；H代表板高；u为平均载气线速:H/u是操作条件和柱参数的复杂函数，它含压力校正因子以及气相（Cm）和液相（Cs）传质阻力项。Etre曾推出等温下分离最难分离物质对所需分析时间的表达式:​式（1）

2018/12/29 作者/EWG1990仪器学习网

最佳操作条件只有在正确的柱系统中才有意义。为保证做到这一点，除了选择最佳的固和载气之外，还需要选择最佳的柱参数。本节将会从最佳化角度介绍柱参数的选择方法。

一、柱长

在高效毛细管色谱中，柱长的选择应该同时考虑分析时间和分离度的关系。分析时间正比于一、柱长，而分辨率和柱长的平方根成正比。因此，为了使分辨率增加至2倍，柱长应增加至4倍，分析时间也会延长至4倍。如果采用长柱，不但分析时间延长，灵敏度也会下降，因此较好的方法是调整液膜厚度、柱内径、炉温、流速或改变固定相来达到所需目的，而不是增加柱长

Etre曾推出等温下分离最难分离物质对所需分析时间的表达式:

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式（1）

这里，R是分辨率；k是最迟流出化合物的容量因子；a是相对保留值；塔板数n=L/H；H代表板高；u为平均载气线速:H/u是操作条件和柱参数的复杂函数，它含压力校正因子以及气相（C_m）和液相（C_s）传质阻力项。

二、柱内径

毛细管柱内径的选择受多种影响因素制约。对于一个给定的分配比，毛细管柱的柱效随着柱内径的增加而减小，以柱效考虑也许会建议采用最细的柱子，但所用的柱子还必须与色谱仪相匹配，也要考虑样品的类型。因此，在柱参数选择时，常常作折中处理，考虑的要点是:分析寿命、所需柱效、样品容量、检测器灵敏度、样品种类和样品数量。

对中等浓度的性质较类似的溶质，宜选择较细的毛细管柱来分析，而对一个宽沸程的样品的痕量分析，选择一根宽孔毛细管柱较佳，在柱直径选择的同时，液膜厚度也应考虑。

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对薄液膜柱，Cs的贡献可忽略，在最佳操作条件下，H/u的值可由吉丁斯方程和哈根泊肃叶方程推导出来。考虑两种特定的情况

（1）柱子板数有限，压降较小（P=P_i/P_o，P为入ロ压力P_i和出口压力P_o之比），此时P=1，分析时间t_R由下式给出:

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式（2）

D_{m 1}是单位压力P_i下溶质载气扩散系数:r_n是柱内径。因此，对低压降（低板数或宽孔径），t_R正比于r_n²，増加柱内径对分析时间有较大的副作用。

（2）柱子的塔板数较高，具较大压降（P很大），在最佳色谱条件下，可推出下式

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式（3）

这里η是载气的动力学黏度。从式（3）知分辨率给定时，保留时间正比于rn，显示出细孔径柱的好处

从式（2）、式（3）可引出以下几个结论

（1）应用H₂作载气，因为η/D_{m 1}较低，He和N₂分别比H₂慢50％和250％

（2）由于_tR受a/（a-1）二次或三次幂的影响，因此，固定相应仔细选择

（3）应避免过大的分辨率，也就是说，应选择合适的柱温和柱长。

（4）式（2）、式（3）的k项应最小（k_min=2），因此应调节相比和柱温以使感兴趣的组分的k在1~3间。

三、液膜厚度

液膜厚度既影响柱子的分离性能，也影响分析时间，而且与柱内径相互关联。与厚液膜相比，薄液膜柱通常具有分析时间短、动力学工作范围宽及柱性能高等优点。

液膜厚度d_f及相比β和柱内径有关:

β=r_n/2d_f 式（4）

也与分配系数K和容量因子k’有关:

K=k‘β 式（5）

式（4）可重写成更好的形式:

式（6）

大多数高效气相色谱柱是未填充的、平滑的开管柱，它的内表面积和液膜厚度决定了液相的体积，而这些都与柱直径有关。因为K是k’和β之积，当增加时，恒定K下k‘减小，表溶质在较高的柱中比在较低的柱中以更短的保留时间流出很低，溶质在液相停留的时就越长。

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四、柱参数对压降的影响

在P→∞时，压降和难分离对获得给定分辨率时的时间有近似关系：

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式（7）

因此，如果有高塔板数如百万理论塔板，那么获得短的分析时间就有大的压降。比如在70m×50μm的柱子上，一百万理论塔板的压降为32bar（1bar=10⁵Pa，下同）。

五、柱参数对最小检知量、样品容量及工作范围的影响

色谱柱和检测器性质决定最小检知量φ₀，对质量型检测器，如FID:

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式（8）

对浓度型检测器，如TCD:

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式（9）

R_n是检测器的“噪声”；S是检测器的灵敏度:σ为流出峰的二阶矩；F是在检测器温度和压力下测量的体积流量。

φ₀正比于峰宽σ。对给定的板数N，φ₀正比于保留时间t_R。因此对高塔板数柱，φ₀线性依赖于柱内径r_n［等式（1）］，在细孔径柱上可检测很低量。

样品量φ_s是组分注入柱子并使峰宽有限增加（如10％）时的最大进样量。φ_s被认为近似正比手由一个理论板占据的体积。对毛细管柱，k’是常数时，正比于r_n³。因此改变柱直径对样品容量有很大的影响。

φ_s的方程为:

式（10）

这里M是组分分子量:P_s是柱温下的饱和蒸气压；R*为气体常数。

对样品容量来说，使用宽孔径的好处直接反映在此方程中。应注意到（LH）^1/2正比于r_n，k‘中包含有与df有关的固定相体积。

样品的工作范围W为：

W=φs/φ0 式（11）

般应超过待分析样品中化合物的浓度比。否则，只有当主峰超负荷时，痕量化合物才可以与“噪声”区别，而且这或许会掩盖某些超负荷峰附近流出的小峰。

实际上，高塔板数时W正比于r_n²，宽孔径具有明显优点

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在很多研究中也讨论了柱参数改变对毛细管柱性能的影响，改变上述参数对柱效、分析时间、柱压降、最小检知量、样品容量等都有较大影响，色谱工作者只有在实际工作中明确这些影响因素，才能获得最佳分析条件，完成相应分析任务。

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