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实验室分析仪器--液体固定相-固定液的作用及分类

2022.1.26

固定液必须是化学惰性物质,非挥发性和热稳定性的,对样品中要分离的组分具有一定的溶解度和选择性。此外,固定液应尽可能均匀和完全地覆盖在载体表面(填充柱)或内壁(开管柱),并在尽可能短的时间内达到尽可能完全的分离。


①化学惰性:要求不与载气、固体载体和样品组分发生不可逆反应。这其中氧含量要小于5μL/L。


②蒸气压、热稳定性和最大操作温度:最大操作温度由液相的蒸气压和热稳定性限制。由于蒸发或分解,固定相的损失影响柱寿命、分离化合物的保留时间和检测。在色谱文献中同一固定相的温度使用范围往往相差很大,这不足为奇,因为它们与要解决的分析问题、柱型、衬底的性质、液膜的厚度、柱的长度、载气的纯度、柱老化、检测器类型等相关。作为一个经验法则,只要检测器不是很敏感,固定液的最大操作温度是在压力13~67Pa下低于其沸点70℃。对离子化检测器,最大操作温度更低,在上述压力下低于固定液沸点90℃和150℃。对于聚合物相,它们的热稳定性比它们的蒸气压更重要。较高分子量的聚合物,只要没有残留的单体和低聚物溶解在聚合物中,后者可忽略。为了避免聚合物中的挥发性杂质引起的干扰,强烈建议使用色谱级聚合物固定相,工艺级的聚合物通常不符合要求。

固定液分类
曾有上千种物质被作为气相色谱固定液使用,经常使用的还有200多种,其中硅氧烷类和聚酯类化合物占多数,下面将以往曾有较大影响、现在使用较频的固定液(包括减尾剂)。


1、烃
烃类固定相是烃类化合物很好的溶剂,因此,对烃类样品有较大的比保留体积。对烷烃分离起主要作用的是色散力。烷烃的异构会减少色散力,卤原子取代也减低色散相互作用,但环状溶质可有一个增强的色散相互作用。烃类化合物在烃类固定相中按沸点次序流出。


2.硅氧烷
硅氧烷是气相色谱中最受欢迎和最广泛使用的固定相,具有很好的化学惰性、热稳定性及很大的选择性范围。空气、水分及酸、碱会影响其稳定性。

(1)聚甲基硅氧烷     聚甲基硅氧烷是目前最广泛使用的固定相,极性很低,烃通常以沸点增加的次序流出。对含氧化合物的分离也具有相当的选择性。由于具有较宽的温度使用范围,这类固定相适合于分离宽沸点范围的样品。对未知样品,此类固定相是首选。轻微的修饰对固定相在石英表面的交联非常重要,1%乙烯基的存在就起这个作用。


(2)聚甲基苯基硅氧烷   此类固定相含4%~75%的苯基,因此具有不同的选择性。选择性与强的色散相互作用和苯基的高极化率相关。随着苯基的增加, McReynolds探针溶质中的比保留体积明显增加。


(3)甲基三氟丙基硅氧烷 三氟丙基取代聚硅氧烷是被广泛使用的卤素取代的聚有机硅氧烷(氯取代的硅氧烷在气相色谱固定相中不具重要性)。该类固定相具中等极性,选择性来自于键合到硅氧烷骨架上的三氟丙基的受主特性。CF3可以与自由电子对相互作用,因此,优势保留羰基、硝基化合物,含不同官能团的激素的保留按醚<羟基<酯<酮基的次序增加。烯和芳烃可很好地与烷和环烷烃分离。此固定相也适于分离卤化物、碳水化合物、非立体对映体、金属螯合物、有机硅化合物、药物、硝基芳烃、PCBS、农药、醛、酮等一些典型固定相的性质。


(4)氰烷基取代聚硅氧烷    氰烷基取代聚硅氧烷具备高极性/选择性与合理的热稳定性。氰乙基和氰丙基聚硅氧烷展示了极性和可极化的特性,是最有用的极性固定相选择性可用氰丙基的比率来调节。


聚氰烷基硅氧烷的主要应用在于分离不饱和脂肪酸甲酯(FAME),位置和几何异构体可被分离和识别。与聚酯固定相比,聚氰烷基硅氧烷有增强的顺/反选择性(反式比顺式流出较早)和炔烯选择性(炔基FAME比在聚酯上更早流出)。含1~7个不饱和键的具不同不饱和度及其位置的C28~C44蜡酯可用此类柱子分离。酚、羟基联苯、酚醚、芳胺、生物碱、有机氯、类固醇、氮杂环等均在此类柱子上得到较好的分离。


3.醇、酯和碳水化合物
这类固定相中的醚和羟基中的氧原子具备做氢键受主的能力,因此,醇、酸、酚、伯/仲胺等较强地被保留。羟基固定相中的氢原子也可形成氢键,醚、酯、酮、醛、叔胺、N-或O-杂环化合物、环丙烷衍生物等都会有较强的保留。具pi-电子系统的物质也会流出较迟。


除硅氧烷外,聚醇是最受欢迎的气相色谱固定相,可用于含氧、氮、硫、卤化物的分离。该类固定相不仅与羟基化合物和伯胺,而且与含羰基、仲/叔胺、氮或氧杂环化合物强烈地相互作用。稳定性应该被注意,高温、载气中的氧、水都会引起该类固定相分解。样品中的硅烷化试剂也应该被消除。


羧酸和磷酸酯具有氢键的施主氧原子,对具质子的溶质有较大的保留。邻苯二甲酸酯、癸二酸酯和己二酸酯十分类似,它们与极性官能团展示强的相互作用。以聚乙二醇与不同酸反应得到的酯类固定液是一类极性固定液,如DEGA,DEGS,EGA,CTPA,FFAP等,特别适合于分离喹啉衍生物、高沸点的烯烃、芳烃和杂环化合物、脂肪酸酯、氨基酸的非立体对映异构体等,缺点是热稳定性稍差。DEGS主要用于分离饱和、单不饱和脂肪酸以及不同饱和程度高碳酸酯。 


4.氰和氰醚
氰和氰醚主要用于极性、不饱和和质子性化合物的分离。可用于烯烃与炔烃,烷烃与环烷烃或芳烃,伯胺与仲或叔醇,酮、醛与醚、酯,极性的卤代烃与较小极性的烃,顺/反异构体的分离等。


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