柱温( 色谱柱温度)如何影响物质的分离过程?

(1)提出问题

柱箱和色谱柱是气相色谱柱系统的重要组成部分。柱温,即色谱柱温度(或柱箱温度),是气相色谱的三个重要温度(汽化室温度、柱箱温度和检测器温度)之一,也是最重要的一个温度。那么,柱温如何影响物质的分离过程?

(2)分析原因

色谱柱是气相色谱分离的核心,柱温是气相色谱分离的核心温度。结合热力学和动力学因素以及分离过程和分离结果考虑,柱温影响物质的分离过程,表现在以下几方面。

① 柱效。提高柱温,传质阻力减小,有利于样品组分在气液相中的传质速率,能提高柱效,但同时加剧了纵向扩散,使色谱图峰形可能展宽,可适当提高线速度加以克服。

② 保留时间。保留时间的对数和柱温的倒数成线性关系,提高柱温,可使样品组分在两相的传质速率加快,有利于缩短分析时间。

③ 相对保留值。提高柱温,相对样品组分柱效提高,但同时相对保留值α减小,使样品总的分离效果降低;降低柱温,则相反。

(3)解决方案

选择柱温的原则是既要保证样品组分完全分离,又要保证样品所有组分都不会在色谱柱内冷凝,且峰形较好,同时分析时间越短越好。确定柱温,主要考虑色谱柱固定液的使用温度、色谱柱类型、样品组分的复杂程度、色谱柱升温方式以及汽化温度等。

首先,要考虑色谱柱固定液的最高使用温度,选择的柱温至少要比固定液最高使用温度低40℃左右。当固定液相同时,填充柱和毛细管柱相比较,毛细管柱的最高使用温度比填充柱低,至少要比固定液的最高使用温度低60℃左右。如果使用的固定液有凝固点,柱温应高于凝固点的温度。

其次,应考虑样品组分的复杂程度,包括样品的沸点范围和组分间的沸点差别,当然还有样品组分的极性差别等。若样品组成简单即组分少、样品沸程窄且组分沸点有一定差别,可选择恒温程序,分析时间短,且比程序升温基线要好。相反,如果样品组成复杂,不易兼顾低沸点组分和高沸点组分的分离,最好选择程序升温。

最后,应结合汽化温度来考虑。如果汽化温度是程序升温,那么柱温的升温方式应选择程序升温;如果汽化温度的升温方式是恒温,柱温的升温方式可选择恒温和程序升温。色谱柱恒温分析时,填充柱分析温度可设为样品中高含量组分沸点的平均值。

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